• 5

•8.2. ФЛОТАЦИЯ

Флотацию применяют для удаления из сточных вод нераствори­мых диспергированных примесей, которые самопроизвольно пло­хо отстаиваются. В некоторых случаях флотацию используют и для удаления растворенных веществ, например ПАВ. Такой процесс называют пенной сепарацией или пенным концентриро­ванием. Флотацию применяют для очистки сточных вод многих производств: нефтеперерабатывающих, искусственного волокна, целлюлозно-бумажных, кожевенных, машиностроительных, пи­щевых, химических. Ее используют также для выделения актив­ного ила после биохимической очистки.

15е

227

Рис. 11-19. Элементарный акт флотации {/-—пузырек газа; 2 — твердая частица)

Достоинствами флотации явля­ются непрерывность процесса, ши­рокий диапазон применения, не­большие капитальные и эксплуата­ционные затраты, простая аппара­тура, селективность выделения примесеи, по сравнению с отстаиванием большая скорость про­цесса, а также возможность получения шлама более низкой влажности (90—95%), высокая степень очистки (95—98%), возможность рекуперации удаляемых веществ. Флотация со­провождается аэрацией сточных вод, снижением концентрации ПАВ и легкоокисляемых веществ, бактерий и микроорганизмов. Все это способствует успешному проведению последующих ста­дий очистки сточных вод.

Элементарный акт флотации заключается в следующем; при ■сближении подымающегося в воде пузырька воздуха с твердой гидрофобной частицей разделяющая их прослойка воды при не­которой критической толщине прорывается и происходит слипа­ние пузырька с частицей. Затем комплекс пузырек — частица подымается на поверхность воды, где пузырьки собираются и возникает пенный слой с более высокой концентрацией частиц, чем в исходной сточной воде.

Возможность образования флотационного комплекса части­ца — пузырек, скорость процесса и прочность связи, продолжи­тельность существования комплекса зависят от природы частиц, а также от характера взаимодействия реагентов с их поверх­ностью и от способности частиц смачиваться водой.

При закреплении пузырька образуется трехфазный пери­метр-линия, ограничивающий площадь прилипания пузырька и являющийся границей трех фаз — твердой, жидкой и газооб­разной. Касательная к поверхности пузырька в точке трехфаз­ного периметра и поверхность твердого тела образуют обращен­ный в воду угол 8, называемый краевым углом смачивания (рис. 11-19).

Вероятность прилипания зависит от смачиваемости частицы, которая характеризуется величиной краевого угла 0. Чем боль­ше краевой угол смачивания, тем больше вероятность прилипа­ния и прочность удерживания пузырька на поверхности части­цы. Прилипание происходит при столкновении пузырька с части­цей или при образовании пузырька из раствора на поверхности частицы. На величину смачиваемости поверхности взвешенных частиц влияют адсорбционные явления и присутствие в воде примесей ПАВ, электролитов и др.

 

Поверхностно-активные вещества — реагенты-собиратели, адсорбируясь на частицах, понижают их смачиваемость, т. е, делают их гидрофобными. В качестве реагентов-собирателей используют масла, жирные кислоты и их соли, меркаптаны, ксантогенаты, дитиокарбонаты, ал кил сульфаты, амины и др. Повышения гидрофобности частиц можно достичь и сорбцией молекул растворенных газов на их поверхности.

Энергия образования комплекса пузырек —частица равна

Л=а(1— cos0),          (11.54)

где о — поверхностное натяжение воды на границе с воздухом.

Для частиц, хорошо смачиваемых водой, 0->О, a cos0-5-3, следовательно прочность прилипания минимальна, для несмачи- ваемых частиц —максимальна.

Эффект разделения флотацией зависит от размера и коли­чества пузырьков воздуха. По некоторым данным, оптимальный размер пузырьков равен 15—30 мкм. При этом необходима вы­сокая степень насыщения воды пузырьками, или большое газо­содержание. Удельный, расход воздуха снижается с повышением концентрации примесей, так как увеличивается вероятность столкновения и прилипания. Большое значение имеет стабили­зация размеров пузырьков в процессе флотации. Для этой цели вводят различные пенообразователи, которые уменьшают по­верхностную энергию раздела фаз. К ним относят сосновое мас­ло, крезол, фенолы, алкилсульфат натрия и др. Некоторые из этих веществ обладают собирательными и пенообразующими свойствами.

Вес частиц не должен превышать силы прилипания ее к пу­зырьку и подъемной силы пузырьков. Размер частиц, которые хорошо флотируются, зависит от плотности материала и равен 0,2—1,5 мм.

Флотация может быть использована при сочетании с флокуляцией. Этот процесс иногда называют флотацией. При проведении флотации хлопь­ев иослс коагулирования необходимо учитывать, что вероятность прилипания пузырьков газа к свежеобразованным хлопьям выше, чем к хлопьям, име­ющим «возраст» несколько часов. Вероятность образования комплекса пу­зырек •— частица может быть определена по формуле

0)=[nV3n(^+r)»-nV3n^l/V=Cr[(l+r/^)3--l],     (11.55)

где п —число пузырьков радиуса R в объеме V жидкости; г— радиус час­тицы; с,, = n'1/aTtfi3/V —объемная концентрация газовой фазы.

Флотационная среда состоит из воды, пузырьков воздуха и твердых ча­стиц. Плотность среды равна

рс=р*(1 — Сч —Сг)+рчСч+ргСг,  (11.56)

где рж, рч, рг — плотность соответственно жидкости, частиц и газа; сч, сг — объемная концентрация соответственно частиц и газа в воде.

Скорость движения частиц ич и пузырьков и„ относительно среды опреде­ляется по формулам

о,—S/egr*/jlepX[(l — Сч) (Рч/Рж — 1)+Cr] ,         (11.57)

0п = 79£Я2/м.сРж[1+Сп(рч/рж— 1) — Сг],         (11.58)

где g — ускорение свободного падения (силы тяжести); цс — динамическая вязкость флотационной среды.

Скорость процесса выделения частиц флотацией описывает­ся уравнением реакции первого порядка

dc4/dT=— Kc4f         (11.59)

где К — коэффициент скорости флотации, зависящий от гидродинамических и конструктивных параметров.

Наиболее благоприятные условия разделения достигаются при соотношении между твердой и газообразной фазами Gr/G4— = 0,01—0,1. Это соотношение определяется по формуле

Gr/G4 = 1,3b (fP — 1) Qi/c4Q,        (11.60)

где Gr и (?ч—масса соответственно воздуха и твердых веществ, г; Ъ — рас­творимость воздуха в воде при атмосферном давлении и данной температуре, см3/л; f — степень насыщения (обычно / = 0,5—0,8); Р — абсолютное давле­ние, при котором вода насыщается воздухом; Qi — количество воды, насы­щенной воздухом, м3/ч; Q —расход сточной воды, м3/ч.

Различают следующие способы флотационной обработки сточных вод: с выделением воздуха из растворов; с механиче­ским диспергированием воздуха; с подачей воздуха через пори­стые материалы, электрофлотацию и химическую флотацию.

Флотация с выделением воздуха из раствора. Этот способ применяют для очистки сточных вод, которые содержат очень мелкие частицы загрязнений. Сущность способа заключается в создании пересыщенного раствора воздуха в сточной жидко­сти. При уменьшении давления из раствора выделяются пузырь­ки воздуха, которые флотируют загрязнения. В зависимости от способа создания пересыщенного раствора воздуха в воде раз­личают вакуумную, напорную и эрлифтную флотацию.

При вакуумной флотации сточную воду предвари­тельно насыщают воздухом при атмосферном давлении в аэра- ционной камере, а затем направляют во флотационную камеру» где вакуум-насосом поддерживается разрежение 29,9—39,9 кПа (225—300 мм рт. ст.). Выделяющиеся в камере мельчайшие nyJ зырьки выносят часть загрязнений. Процесс флотации длится около 20 мин.

Достоинствами этого способа являются: образование пузырь­ков газа и их слипание с частицами происходит в спокойной сре­де (вероятность разрушения агрегатов пузырек — частица све­дена к минимуму); затрата энергии на процесс минимальна. Недостатки: незначительная степень насыщения стоков пузырь­ками газа, поэтому этот способ нельзя применять при высокой

230

Рис. 11-20. Схема установки

напорной флотации:

I емкость; 2 — насос; 3— л ■ miptiuil бак; 4 - флотатор

Воздух |—:«-ti Сточная |

4-1

Л

вода

 

 

 

Очищенная вода

концентрации взвешенных частиц (не более 250—300 мг/л): не­обходимость сооружать герметически закрытые флотаторы и размещать в них скребковые механизмы.

Н а п о р н ы е уста и о в к и имеют большее распространение, чем вакуумные. Они просты и надежны в эксплуатации. Напор­ная флотация позволяет очищать сточные воды с концентраци­ей взвесей до 4—5 г/л. Для увеличения степени очистки в воду добавляют коагулянты.

Аппараты напорной флотации обеспечивают по сравнению с нефтеловушками в 5—10 раз меньшее остаточное содержание загрязнений и имеют в 5—10 раз меньшие габариты. Процесс осуществляется в две стадии: 1) насыщение воды воздухом под давлением; 2) выделение растворенного газа иод атмосферным давлением. Схема напорной флотации показана на рис. 11-20.

Сточная вода поступает в приемный резервуар, откуда ее перекачивают насосом, во всасывающий трубопровод которого засасывается воздух. Обра­зующуюся водно-воздушную смесь направляют в напорную емкость, где при повышенном давлении (0,16—0,4 МПа) воздух растворяется в воде. При поступлении водно-воздушной смеси во флотатор, который работает при ат­мосферном давлении, воздух выделяется и виде пузырьков и флотирует взве­шенные частицы. Пену с твердыми частицами удаляют с поверхности воды скребковым механизмом. Осветленная вода выходит из нижней части флота­тора. При использовании коагулянтов хлоиьеобразовашге происходит в на- поркой емкости.

В данной схеме вся сточная вода, поступающая и а флотацию, насыщает­ся воздухом. Имеются и другие схемы (рис. 11-21). В схемах с рециркуля­цией (а) и с насыщением части потока — частичной подачей воды насосом (б) через напорную емкость подается лишь часть неочищенной сточной во­ды. Такие схемы рекомендуется использовать, если проводится предварите.'!).-

Сточная 1 г 0 т / Очшенш &V /Очищенная          Шп вода г-^   -| soda 0oea,:Ji —в ода

вода

 

Воздух

Сточная

р" вода 6

гг

СУ

Воздух

Чиста я Вода

Рис. 11-21. Схемы подачи воды при напорной флотации:

и с рециркуляцией; ti с частичной подачей воды насосом; я /••-приемные отделения; 2 флотационные отделения; Я сы; S■•■ напорные баки

{) ;i Гшч и П ж пдкос 1!>|0: линии неасыиаиия; 4 — нaim-

Рис. II-22. Флотатор «Аэрофлотор»:

1 — камера; 2 — скребок; 3 — шламопрнем- иик; 4 — поверхностные скребки

ная коагуляция сточных вод с целью предотвращения или уменьшения паз- рушения хлопьев коагулянтов в на­сосе.

Схема с рабочей жидкостью (и) используется при большой концентра­ции загрязнений в сточной воде, ког­да работа флотационной установки по схеме, представленной иа рис. 11-20, малоэффективна. В качестве рабочей жидкости используют при­родную или очищенную сточную во­ду. При этом объем рабочей жидко­сти значительно превышает объем очищаемой сточной воды. Улучшение фло­тации в этом случае происходит из-за сохранения хлопьев загрязнений и бо­лее быстрого всплывания их. Недостаток схемы—большой расход энергии на перекачивание рабочей жидкости.

Напорные флотационные установки имеют производитель­ность от 5—10 до 1000—2000 м3/ч. Они работают при измене­нии параметров в следующих пределах: давление в напорной емкости 0,17—0,39 МПа; время пребывания в напорной емкости 14 мин, а во флотационной камере 10—20 мин. Объем засасы­ваемого воздуха составляет 1,5—5% от объема очищаемой воды. Значения параметров зависят от концентрации и свойств загрязнений.

В случае необходимости одновременного проведения процес­са флотации и окисления загрязнений необходимо насыщать воду воздухом, обогащенным кислородом или озоном. Для устранения процесса окисления вместо воздуха на флотацию следует подавать инертные газы.

На практике используют флотационные камеры различных конструкций. Схема флотационной камеры («Аэрофлотор») по­казана на рис. П-22.

Сточную воду подают внутрь камеры, где выделяются пузырьки газа, которые всплывают вверх, захватывая взвешенные частицы. Пенный слой с твердыми частицами поверхностным скребком удаляют в шлакоприемиик. ■ Осветленную воду выводят из камеры. Твердые частицы, оседающие под дей­ствием гравитационной силы на дно камеры, донным скребком сдвигают в приемник и удаляют через трубопровод.

Применяют и другие цилиндрические флотаторы, которые имеют разный диаметр, а следовательно, и разную производи­тельность. Они отличаются конструкцией ввода и вывода сточ­ной воды и пены.

Например, флотатор производительностью 600 м3/ч имеет диаметр 12 м. Схема многокамерной флотационной установки с рециркуляцией очи­щенной воды представлена на рис. И-23. В этой установке загрязненная

 

\ocadox

 

Рис. II-23. Схема многокамерной флотационной установки с рециркуляцией: 1 — емкость; 2 — насос: 3 — флотационная камера; 4 — гадроцнклон; J — псноеьемлпк; О — напорный бак; 7 —аэраторы

сточная вода сначала поступает в гидроциклон, где удаляется часть взве­шенных частиц. Затем ее направляют в первую камеру, где смешивают с циркуляционной водой, насыщенной воздухом. Воздух выделяется в камере и флотирует загрязнение. Далее сточная вода поступает во вторую, а затем в третью камеры, в которых также происходит процесс флотации. После, третьей камеры очищенную воду удаляют из установки. Часть циркулирую­щей воды насосом подают в напорную емкость, где растворяется воздух. Пену удаляют пеиосъемниками.

Эрлифты ые установки применяют для очистки сточ­ных вод в химической промышленности. Они просты по устрой­ству, затраты энергии на проведение процесса в них в 2—4 раза меньше, чем в напорных установках. Недостаток этих устано­вок— необходимость размещения флотационных камер на боль­шой высоте. Схема эрлифтной установки показана на рис. II-24.

Сточная вода из емкости, находящейся на высоте 20—30 м, поступает в аэратор. Туда же подают сжатый воздух, который растворяется под по­вышенным давлением. Поднимаясь по эрлифтному трубопроводу, жидкость обогащается пузырьками воздуха, который выделяется во флотаторе. Обра­зующаяся пена с частицами удаляется самотеком или скребком. Осветлен­ную воду направляют иа дальнейшую очистку.

Флотация с механическим диспергированием воздуха. Меха­ническое диспергирование воздуха во флотационных машинах обеспечивается турбинками насосного типа — импеллерами,

Сточная Soda.

 

Рис. П-24. Схема эрлифтной установки:

1 — емкость; 2 — трубопровод; 3 — аэратор; 4 — труба эрлифта; S —флотатор

Сточная вода

 

5 Ч

I I I i I 1 I J-I-.I/ /

 

Рис. 11-25. Флотаторы:

а— с импеллером: 1 — каисрп: ■' •

труба; 3 вал; '/ — импеллер; б — l' пористыми колпачками; / кпмера; V — пористые колпачки; .4 ■ желоб; 4 — рсгулнтор урони»; « с фильтроснымп пл aci им а м и - I камера; :> фнльтроспые пла­стины; '1 — скребок; шламиирн- емипк

которые представляют собой диск с радиальными обращенными вверх лопатками. Такие установки широко используют при обо­гащении полезных ископаемых. В последнее время их стали: применять и для очистки сточных вод с высоким содержанием взвешенных частиц (более 2 г/л). При вращении импеллера в жидкости возникает большое число мелких вихревых потоков, которые разбиваются на пузырьки определенной величины. Сте­пень измельчения и эффективность очистки зависят от скорости: вращения импеллера. Чем больше скорость, тем меньше пузы­рек и тем больше эффективность процесса. Однако при высоких: окружных скоростях резко возрастает турбулентность потока и может произойти разрушение хлопьевидных частиц, что при­ведет к снижению эффективности процесса очистки. Схема фло­тационной машины с импеллером показана на рис. II-25,а.

Сточная вода поступает в приемный карман флотационной машины и по- трубопроводу попадает в импеллер, который крутится на нижнем конце на­ла. Вал заключен в трубку, через которую засасывается воздух, так как нрп вращении импеллера образуется зона пониженного давления. Для флотации требуется высокая степень насыщения поды воздухом (0,1—0,5 объемов воздуха на 1 объем воды). Обычно флотационная машина состоит из не­скольких последовательно соединенных камер. Диаметр импеллеров 600— 700 мм.

Пневматические у с т а н о в к и применяют для очистки сточных вод, содержащих растворенные примеси, агрессивные по отношению к механизмам, имеющим движущиеся части (на­сосы, импеллеры).

Измельчение пузырьков воздуха достигается при пропуска­нии его через специальные сопла и а воздухораспределительных трубках. Обычно применяют сопла с отверстиями диаметром 1,0—1,2 мм, рабочее давление перед ними 0,3—0,5 МПа. Ско­рость струи воздуха на выходе из сопел 100—200 м/с. Продол­жительность флотации в каждом случае устанавливают экспе­риментально, обычно в пределах 15—20 мин.

Флотация при помощи пористых пластин. При пропускании воздуха через пористые керамические рластины или колпачки получаются мелкие пузырьки, размер которых равен

R = 64/г%,      (П.61)

где. R иг — радиусы соответственно пузырьков и отверстий; а — поверхно­стное натяжение воды.

Давление, необходимое для преодоления сил поверхностно­го натяжения, определяется по формуле Лапласа:

AP = ia/r,        (11.62).

Этот способ флотации' по сравнению с другими имеет сле­дующие преимущества: простота конструкции флотационной камеры; меньшие затраты энергии (отсутствуют насосы, импел­леры). Недостатки способа: частое засорение и зарастание от­верстий пористого материала; трудность подбора материала с одинаковыми отверстиями, обеспечивающего образование мел­ких и равных по размеру пузырьков.

Для очистки небольших количеств сточных вод применяют флотацион­ные камеры с пористыми колпачками (рис.. II-25, б). Сточную воду подают сверху, а воздух в виде пузырьков — через пористые колпачки. Пена пере­ливается в кольцевой желоб и удаляется из него. Осветленную воду отво­дят через регулятор уровня. Установки могут иметь одну или несколько сту­пеней. В установках большой производительности воздух подают через фильтросные пластины (рис, И-25, s).

Эффект флотации зависит от величины отверстий материала,, давления воздуха, расхода воздуха, продолжительности флота­ции, уровня воды во флотаторе. По опытным данным размер отверстий должен быть от 4 до 20 мкм, давление воздуха 0,1— 0,2 МПа, расход воздуха 40—70 м3/(м2-ч), продолжительность флотации 20—30 мин, уровень воды в камере до флотации 1,5—2,0 м.

Другие способы флотации. В этом разделе кратко описаны химическая, биологическая и ионная флотации.

Химическая флотация. При введении в сточную воду некоторых веществ для ее обработки могут протекать химические процессы с выделе-

Реагенты i

 

 

Рис. 11-26. Схема установки для химической флотации;

/— мешалка; 2—скребок; 3

шламоприемник; 4 — флотаци­онная камера; 5 — реакционная камера

 

/С*Э

 

нием газов: 02, С02, С1» и др. Пузырьки этих газов при некоторых условиях мо-

 

Осадан          гут прилипать к нераствори-

5

мым взвешенным частицам и выносить их в пенный слой. Такое явление, напри­мер, наблюдается при обра­

ботке сточных вод хлорной известью с введением коагулянтов. Схема фло­тационной камеры для химической флотации показана на рис. II-26. Сточные, воды поступают в реакционную камеру. Туда же подают реагенты. Во избе­жание дегазации время пребывания сточной воды в камере должно быть ми­нимальным. После насыщения вода поступает во флотационную камеру. Не­достаток метода — большой расход реагентов.

Биологическая флотация. Этот метод применяют для уплот­нения осадка из первичных отстойников при очистке бытовых сточных вод. Для этой цели осадок подогревают паром в специальной емкости до 35— 55 "С и при этих условиях выдерживают несколько суток. В результате де­ятельности микроорганизмов выделяются пузырьки газов, которые уносят частицы осадка в пенный слой, где они уплотняются и обезвоживаются. Та­ким путем за 5—6 сут влажность осадка можно понизить до 80% и тем; самым упростить дальнейшую обработку осадков. Разрабатываются мето­ды флотационного уплотнения активного ила.

Насыщение осадков, имеющих большую влажность, пузырьками газа для проведения флотационного уплотнения возможно не только биологиче­ским путем, но и другими рассмотренными выше более эффективными ме­тодами.

Ионная флотация. Этот процесс ведут следующим образом: в сточную воду вводят воздух, разбивая его на пузырьки каким-либо спо­собом, и собиратель (поверхностно-активные вещества). Собиратель обра­зует в воде ионы, которые имеют заряд, противоположный заряду извлекае­мого иона. Ионы собирателя и загрязнений концентрируются и а поверхно­сти газовых пузырьков и выносятся ими в пену. Пену удаляют из флотацион­ной камеры и разрушают; из нее извлекают сконцентрированные ионы уда­ляемого вещества.

Этот процесс можно использовать для извлечения из сточных вод метал­лов (Mo, W, V, Pt, Се, Re и др.). Процесс эффективен при низких концент­рациях извлекаемых ионов — 10—а—10—» моль ион/л.

Очистка методом пенного фракционирования (пенной сепа­рацией). Пенное фракционирование основано на селективной адсорбции одного или нескольких растворенных веществ на по­верхности газовых пузырьков, которые поднимаются вверх че­рез раствор. Образовавшаяся пена обогащается адсорбирован­ным веществом, что и обеспечивает парциальную сепарацию- компонентов раствора.

Этот процесс используют для удаления ПАВ из сточной воды; он аналогичен процессу адсорбции на твердых сорбентах. Адсорбция органических веществ на поверхности раздела фаз

газ — жидкость связана с изменением поверхностного натяже­ния а и избыточной поверхностной концентрацией следующим соотношением:

da^Tidin,        (И.бз)

где da — изменение поверхностного натяжения; Гг — избыточная концентра­ция веществ и а поверхности; —химический потенциал i-й составляющей» равный Rf>Ta lna,-, RB — газовая постоянная, Та — температура, at — термо­динамическая активность.

При больших разбавлениях раствора щ = сi (где с,-— концен­трация растворенного вещества). С учетом этого коэффициент распределения равен

(— l/RgT^idafdct) =/<,,          ■ (11.64)

где fuCi = Ki — отношение концентраций в двух исследуемых фазах, которое является коэффициентом распределения Ki.

В случае разбавленных растворов da/dc, очень незначительно зависит от концентрации, и Ki для данной системы растворите­ля и растворенного вещества является практически постоянным.

При барботировании воздуха че^ез воду, содержащую ПАВ* на ее поверхности образуется пенный слой, состоящий из пу­зырьков газа различного диаметра. Распределение пузырьков газа по размерам в пенном слое соответствует нормально-лога­рифмическому закону.

Повышение скорости воздуха приводит к увеличению частоты образования пузырьков и росту объема пены. Соответственно растет поверхность раздела фаз и количество ПАВ, адсорби­рующихся на этой поверхности. Кинетика извлечения ПАВ оп­ределяется уравнением

In Ск/со == /Ст In [ (d a/d ск) / (d о/ dc0) ]. (II.65)

При линейном изменении величины поверхностного натяже­ния сточной воды от концентрации ПАВ уравнение кинетики процесса имеет вид

In <?k/Cq = —Кх.      (11.66)

При учете изменения объема системы в процессе пенного концентрирования кинетика процесса описывается уравнением

(-- l/V)ic/dx—Kcn.      (IT.67)

Здесь о -- поверхностное натяжение сточной воды, ск — остаточная концент­рация растворенного ПАВ в объеме воды; с0 — концентрация ПАВ в момент времени т0 (при То=0 ск=Со); х—время; К — константа; V — объем жидко­сти; п — формальный порядок реакции процесса перехода ПАВ в пену.

Степень извлечения ПАВ пеной равна

8lt= 100 (с и — ск)/сн=спл?н,         (И.68>

где с„— концентрация ПАВ в воде до извлечения, са — концентрация ПАВ в пене.

237

Степень извлечения зависит от многих параметров. С увели­чением исходной концентрации ПАВ в воде возрастает пенооб- разующая способность раствора и степень его извлечения^ а время, необходимое для максимально возможного извлечения ПАВ, уменьшается. Это происходит вследствие того, что с уве­личением концентрации ПАВ возрастает дисперсность образую­щихся пузырьков. С увеличением щелочности раствора, начиная: с рН»9,5, степень извлечения ПАВ сначала растет, а затем при рН» 12,3 несколько снижается. Небольшое количество добавок электролитов (<0,0005 моль/л) КС!, K2SO.(, K4P207, KN03v NaN03, NH4NO3 приводит к увеличению степени извлечения. Это объясняется тем, что ионы электролитов за счет гидратации поглощают часть воды, в результате чего возрастает эффектив­ная концентрация ПАВ.

Изменение температуры сказывается на стабильности пены ПАВ. С повышением температуры устойчивость пены уменьша­ется, что объясняется десорбцией пенообразователя с межфаз­ной поверхности и понижением вязкости дисперсной среды. По­нижение вязкости способствует более быстрому стеканию жидко­сти в пленке. Кроме того, рост температуры вызывает увеличе­ние диаметра пузырьков и изменяет растворимость ПАВ.

Коэффициент распределения ПАВ между пенным продук­том (пеноконденсатом) и сточной водой, характеризующей эф­фективность извлечения, равен

8„ = С„/С«.

Коэффициент распределения зависит от объема пенного про­дукта и степени извлечения ПАВ из сточной воды. При прове­дении процесса стремятся, чтобы пеноконденсат имел наимень­ший объем с максимальной концентрацией ПАВ. Коэффициент б„ всегда больше единицы.

Степень изменения объема сточной воды в процессе пенного фракционирования равна:

Rv=V„/.V ост,

где Vn — объем пеиоконденсата; VOCT — остаточный объем раствора.

Схема процесса очистки сточной воды от ПАВ методом пен­ной сепарации показана на рис. 11-27.

Сепаратор имеет несколько камер, в каждую из которых вводят воз­дух. Высота слоя воды в камерах составляет 0,5—0,8 м. Очищенная вода поступает в сборник, а пену вентилятором подают в циклон (в вентиляторе происходит частичное разрушение пены), где газовая фаза отделяется от жидкости. Из циклона смесь воды с пеной поступает в отстойник, где про­исходит разделение. Вода поступает в 1 камеру сепаратора, а пена в камеру концентрирования.

В процессе пенной сепарации происходит не только извлечение ПАВ, но неодновременное удаление из воды суспендированных или эмульгированных частиц, а также частичное удаление растворенных веществ.

 

Рис. 11-27. Схема установки очистки сточных вод методом пенной сепарации;

/ — емкость; 2 —насос; 3 — промежуточный сборник; 4 — расходомер; 5 ■ сепаратор; в • воздуходувка; 7 сборник: вентилятор: »— циклон: 10 - • отстойник; и камер:» концентрировании лены

Воздух в сточную воду можно подавать через перфорированные трубы» мелкопористые материалы, при помощи импеллера, а также из пересыщен­ных растворов при снижении давления над жидкостью (при напорной флота­ции) и при электрофлотации. Наибольшая степень удаления ПАВ из сточноГх воды достигается при диспергировании воздуха через пористые пластины.

В процессе разделения образуется пена с повышенной кон­центрацией ПАВ, количество которой пропорционально концен­трации ПАВ и расходу сточной воды. Выделение ПАВ из стой­кой пены связано со значительными трудностями, поэтому она в большинстве случаев является отходом.

Процесс разрушения пенного слоя протекает с. небольшой скоростью F, которая может быть вычислена по формуле:

f =245 V„„, (lg Lc„) 8'aV>\     (11.69}

где У„оз — расход воздуха при барботироваиин через раствор ПАВ, ьг'/'Ц L —- расход сточной воды, м3/ч; % —- продолжительность барботпроваиия, ч.

Для ускорения процесса разрушения пены могут быть исполь­зованы пеногасители, в качестве которых применяют кремний- органические и германийорганические соединения. Однако при использовании пеиогасителей происходит дополнительное за­грязнение пеноконденсата. Исходя из этого, целесообразнее ис­пользовать термические, электрические и механические способ­ности гашения пены.

Таким образом, процесс очистки сточных вод от ПАВ мето­дом пенного фракционирования имеет следующие недостатки: 1) образуется обогащенный ПАВ конденсат, который медленно разрушается; 2) при увеличении концентрации ПАВ в сточной воде эффективность очистки снижается.

Предложен способ очистки от Г1АВ, сочетающий пенное фракционирование и радиационную деструкцию и исключающий отход пены. Процесс можно проводить в одном или двух аппа­ратах. Принципиальные его схемы показаны и а рис. Н-28.

m

 

Рис. 11-28. Схемы установок пенно-радиационной очистки сточных вод: о— раздельная; 6—совместная; 1 — колонна; 2 — аппарат для облучения; Я — излуча­тель

По схеме а в колонну непрерывно подают сточную воду, содержащую' ПАВ, и через барботер воздух. Образующуюся пену из колонны направля­ют в радиационный аппарат, где облучают у-лучами. В результате часть ПАВ разрушается, а пена конденсируется. Конденсат возвращают в нижнюю часть колонны.

По схеме б пену из колонны не отводят, а разрушают Y-облучсцисм в верхней части колонны.

Метод позволяет очищать сточные воды с высоким содержа­нием ПАВ любого типа и строения. Следует отметить, что пол­ная деструкция ПАВ до воды и С02 экономически нецелесооб­разна. Радиационную деструкцию проводят до образования про­дуктов, легко окисляемых биологически.

Авторы: 1379 А Б В Г Д Е З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я

Книги: 1908 А Б В Г Д Е З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я