Флотационная очистка сточных вод: принцип работы, технологии и применение

Флотационная очистка сточных вод – это процесс удаления загрязняющих веществ путём подъёма на поверхность с использованием газа. Этот метод применяют в промышленности и хозяйстве для удаления взвесей, масел, жиров и других трудноосаждаемых загрязнений.

Принцип работы

Флотация основана на способности мелких пузырьков газа поднимать примеси на поверхность. Этапы:

1. Подготовка стоков. Перед флотацией их подвергают предварительной обработке, включающей коагуляцию и флокуляцию. Эти процессы позволяют объединять мелкие частицы в крупные.
2. Подача газа. Газ (чаще воздух) вводится в воду. Размер пузырьков – от нескольких микрометров до нескольких миллиметров, что обеспечивает необходимое взаимодействие с загрязняющими веществами.
3. Адсорбция частиц. Они адсорбируются на поверхности пузырьков газа. Это происходит за счёт гидрофобных взаимодействий, а также благодаря введению поверхностно-активных веществ (ПАВ), которые улучшают слипание примесей.
4. Подъём частиц на поверхность. После адсорбции они поднимаются на поверхность, образуя пену.
5. Удаление пены. Образовавшаяся на поверхности пена удаляется механическими средствами (например, скребками) или с помощью гидравлических систем.

Схема выше иллюстрирует принцип работы флотации. На ней показан процесс подъёма пузырьков воздуха, которые захватывают загрязнения и поднимаются на поверхность воды, образуя пену, которая затем удаляется. Вода с загрязнениями подаётся в резервуар, где происходит флотация, а очищенная вода отводится после процесса.

Виды установок

Флотаторы – оборудование для очистки сточных вод, представляющее собой открытый резервуар из стеклопластика или стали. В зависимости от способа подачи газа и формирования пузырьков различают следующие виды флотаторов:

Дисперсные

Дисперсная флотация заключается в механическом введении воздуха через специальные форсунки. Форсунки обеспечивают равномерное распределение пузырьков по объёму жидкости, что способствует захвату загрязняющих компонентов.

Напорные

Напорная флотация основана на предварительном растворении воздуха под высоким давлением (от 3 до 6 атмосфер). После понижения давления в специальной камере воздух выделяется в виде мелких пузырьков, которые поднимают загрязнения на поверхность. Технология применяется для обработки стоков с высоким содержанием мелких взвешенных частиц.

Электрофлотаторы

Электрофлотация использует принцип электролиза, который обеспечивают подъём примесей на поверхность. Методика используется для удаления органики, масел, жиров.

Вакуумные

Вакуумная флотация используется реже остальных типов. В ней вода насыщается воздухом под нормальным давлением, после чего давление резко снижается. Это приводит к выделению газа и подъёму осадка на поверхность.

Сравнение флотаторов

Таблица ниже позволяет наглядно сравнить различные виды флотаторов, учитывая их сильные и слабые стороны.

Преимущества и недостатки флотационной технологии

Преимущества:

• Эффективность. Флотация позволяет удалять механические компоненты, эмульгированные масла, жиры, нефтепродукты, а также некоторые растворённые органические соединения.
• Компактность оборудования. Оборудование занимает относительно небольшую площадь.
• Универсальность. Методика может применяться для разных видов стоков, включая промышленные, коммунальные, сельскохозяйственные стоки.
• Экономия реагентов. В отличие от коагуляции или флокуляции требует меньшего количества химических добавок.

Недостатки:

• Энергозатраты. Требует высокого потребления энергии, особенно в случаях, когда применяются электрофлотаторы или напорные флотаторы.
• Необходимость контроля. Флотаторы требуют регулярного технического обслуживания и контроля за процессом, чтобы избежать снижения эффективности очистки.
• Ограниченная эффективность для некоторых примесей. Флотация может быть менее эффективной для удаления растворённых неорганических веществ, таких как соли и тяжёлые металлы, что требует применения дополнительных способов очистки.

Применение

Флотационная очистка используется в разных секторах промышленности.

Пищевая промышленность

В пищевой промышленности технология используется для очищения вод, содержащих жиры, масла, органику. Например, при переработке мяса, молока или растительных масел стоки содержат жирные кислоты и эмульгированные жиры, которые удаляются с помощью флотации. Это позволяет снизить нагрузку на последующие этапы и уменьшить содержание загрязняющих веществ в сбросных водах.

Нефтехимическая и химическая промышленность

В нефтехимической промышленности технология применяется для удаления масел, нефтепродуктов и других органических примесей. Этот процесс эффективен для очистки как стоков, образующихся на этапах переработки нефти, так и в производственных процессах, связанных с использованием нефтехимической продукции. В химической промышленности флотация помогает удалять органические растворители, эмульсии, образующиеся при производстве различных химических продуктов.

Горнодобывающая промышленность

В горнодобывающей промышленности флотаторы используется для обработки стоков, а также для обогащения руд. Водоёмкие процессы, такие как добыча и переработка руд, сопровождаются образованием вод, содержащих мусор и тяжёлые металлы.

Коммунальное хозяйство

Методика применяется в очистке городских сточных вод, особенно в ситуациях, когда стоки содержат большое количество органических веществ, жиров, масел. Она используется как на первичных, так и на вторичных этапах очистки, обеспечивая высокую степень удаления загрязнений перед сбросом очищенных вод в водоёмы или повторным использованием.

На этапе проектирования принимается решение о целесообразности флотаторов в составе очистных сооружений. Это зависит от характеристик стоков и объема.