Problema epurării apelor uzate este relevantă de multe decenii. Dificultatea constă în învechirea metodelor și echipamentelor, precum și în apariția de noi substanțe chimice în produsele chimice de uz casnic și în producție, necesitând abordări complet noi pentru eliminarea lor din apele uzate. Una dintre metodele universale de tratare a apelor uzate este flotația. În funcție de caracteristicile poluantului, necesită doar înlocuirea reactivilor și corectarea condițiilor de proces.
Tratarea apelor uzate
Această metodă a fost folosită cu succes pentru tratarea apelor uzate care conțin fibre, produse petroliere, uleiuri și grăsimi și alte substanțe care sunt slab solubile în apă. Apa uzată este mai întâi transferată în suspensie și emulsie folosind substanțe speciale.
Procesul de flotare se bazează pe capacitatea bulelor de gaz de a se atașa de particule, ajutându-le să plutească la suprafața lichidului.
Principii generale ale metodei
Cel mai simplu act de plutire este atașareaparticule insolubile (de exemplu, minerale, ulei sau orice altele) în bule de aer. Succesul purificării depinde de viteza cu care se formează o legătură între particulă și bule, de puterea acestei legături și de durata existenței acestui complex. Care, la rândul său, este determinată de natura particulelor, de tendința de a se umezi cu apă și de caracteristicile interacțiunii lor cu reactivii. Astfel, flotarea este un proces care depinde de mulți factori.
Un act elementar poate fi efectuat prin unul dintre următoarele mecanisme:
- bule se formează imediat în particule în suspensie;
- Particulele de suspensie se atașează de o bule de gaz atunci când se ciocnesc de aceasta;
- pe suprafața particulei se formează o bulă mică, care se combină cu alta la ciocnire și crește în volum.
Complexul, care se formează în timpul procesului de flotație, într-un mediu practic imobil poate pluti numai cu condiția ca forța de ridicare a bulei de gaz să fie mai mare decât greutatea particulei. Acest lucru va duce la formarea unui strat de spumă pe suprafața apei tratate.
În plus, suprafețele bulelor și particulelor din punctul de contact trebuie să fie într-un anumit raport. Forțele adezive cresc proporțional cu dimensiunea pătratului particulelor, deoarece perimetrul conexiunii lor este limitat de dimensiunea celei mai mari dintre fețele lor. Și forța de separare depinde direct de masa particulei poluante (adică dimensiunile sale liniare într-un cub). Astfel, când se atinge o anumită dimensiune a particulei, forțele de detașare depășesc forțele de lipire. Prin urmareTratarea cu succes a efluenților prin flotație este importantă nu numai pentru natura relației suspensiei cu bulele, ci și pentru dimensiunea acestora.
Moduri de a satura apa cu bule
Există multe tehnici care asigură apariția bulelor de gaz în apele uzate. Principalele metode utilizate în flotație sunt:
- Metoda de compresie (sau presiune) bazată pe creșterea solubilității aerului în apă cu creșterea presiunii.
- Metoda mecanică bazată pe amestecarea intensivă a lichidului cu aer.
- Trecerea apelor uzate prin materiale poroase, provocând dispersarea acestora.
- Metoda electrică bazată pe electroliza apei, însoțită de apariția bulelor de gaz.
- Un proces chimic care provoacă formarea de bule în timpul reacțiilor chimice ale anumitor reactivi cu componentele apei uzate.
- Metoda cu vid caracterizată prin reducerea presiunii.
Flotație sub presiune
Este cel mai eficient pentru extracția suspensiilor fine și coloidale de concentrație scăzută. Apa purificată este saturată cu aer sub presiune de până la 7 MPa într-un reactor special - saturator. După eliberarea apei din aceasta, presiunea scade brusc la normal (atmosferică), ceea ce provoacă un proces intens de bule de aer.
Pentru a crește semnificativ eficiența tratării apei, flotația este combinată cu coagularea și flocularea. Ambele abordăricontribuie la creșterea dimensiunii particulelor nedizolvate. Coagulantele sunt atât compuși anorganici, de obicei săruri de fier feric sau aluminiu, cât și unele substanțe organice. Floculanții sunt polimeri speciali ale căror molecule într-un mediu apos formează o rețea încărcată capabilă să atragă particule poluante, ceea ce duce la apariția agregatelor floculante.
Instalări și diagrame de flux
Instalațiile care efectuează flotație sub presiune pot fi amplasate nu numai în interior, ci și în exteriorul acestora. Așadar, primele sunt potrivite pentru volume mici, dacă consumul de apă nu este mai mare de 20 m3/h, în timp ce cele din urmă au o capacitate mult mai mare. Amplasarea combinată a structurilor este adesea aranjată atunci când obiectele mari, de exemplu, un saturator și o celulă de flotație, sunt în aer liber, iar pompele sunt în interior.
In cazul instalatiilor in conditii de posibila scadere a temperaturii aerului la valori negative, este necesar sa se prevada un sistem de incalzire cu spuma. O instalație clasică de flotație prin compresie constă din următoarele echipamente:
- Pompă pentru alimentare cu lichid.
- Compresor pentru alimentarea cu aer (sau orice gaz) la sistemul de tratare a apei.
- Saturator (celăl alt nume este un rezervor sub presiune), în care aerul este dizolvat în apa uzată.
- Camere de flotație, dacă procesul prevede etapa de îngroșare a particulelor în suspensie.
- Dispozitiv reactiv, inclusiv dispozitive de dozare șiamestecarea reactivilor cu lichidul de purificat.
- Sistemul de control al procesului de curățare.
Schemele tehnologice care implică tratarea apelor uzate prin flotație sub presiune pot fi:
- Cocurent, atunci când volumul complet al lichidului de purificat trece prin saturator.
- Recirculare, când doar 20 - 50% din lichidul limpezit trece prin saturator.
- Cu curgere parțial directă, când aproximativ 30 -70% din apa brută intră în saturator, iar restul este alimentat direct în camera de flotație.
La alegerea uneia dintre aceste scheme se iau în considerare proprietățile fizice și chimice ale apei uzate tratate, cerințele privind gradul de epurare, condițiile locale și indicatorii economici.
Electroflotație
Această metodă a început să fie folosită în a doua jumătate a secolului al XX-lea. Apoi s-a constatat că gazele de electroliză sunt mult mai eficiente decât gazele inerte sau aerul în creșterea intensității flotației. Acest lucru face posibilă izolarea produselor petroliere insolubile în apă, uleiurilor lubrifiante, compușilor slab solubili ai metalelor grele și neferoase, care formează emulsii stabile în apele uzate. Dar, pe lângă gazele de electroliză, îndepărtarea unor impurități este afectată de un câmp electric creat artificial în care particulele încărcate se deplasează către electrozii încărcați opus.
Dezavantajele semnificative ale electroflotației sunt productivitatea scăzută, costul ridicat al electrozilor, uzura și contaminarea și pericolul de explozie.
Metoda de fracționare a spumei
Se reduce la adsorbția substanțelor tensioactive dizolvate (surfactanți) pe bulele de gaz care se ridică prin soluție. În acest caz, se formează intens spumă, îmbogățită cu substanța adsorbită.
Un domeniu important de aplicare pentru acest tip de flotație este purificarea apei din detergenții folosiți în spălătorii. Este, de asemenea, potrivit pentru separarea nămolului activ de la tratarea biochimică.
Pansament cu minereu
Procedeul de flotație este utilizat cu succes în prelucrarea primară a tuturor tipurilor de minereuri, ceea ce face posibilă separarea unei fracțiuni valoroase cu un conținut ridicat de metal sau compușii acestuia. Se bazează pe diferențele dintre proprietățile suprafeței mineralelor separate.
Flotarea minereului este un proces în trei faze:
- faza solidă este un mineral zdrobit;
- faza lichidă este pulpă;
- faza gazoasă este formată din bule de aer care trec prin pulpă.
Flotația poate fi spumoasă, peliculoasă sau uleioasă, în funcție de forma produsului format la suprafața fazei lichide.
