Напірна і вакуумна флотація
Флотація з виділенням повітря з пересиченого розчину знайшла досить широке застосування в практиці очищення стічних вод, тому що дозволяє одержати пухирці повітря з найменшої крупностю. Сутність цього процесу полягає в створенні пересиченого розчину повітря в стічній рідині. Повітря, що виділилося з такого розчину, утворить мікро пухирці, що флотують, що містяться в стічній рідині забруднення. У залежності від прийому, за допомогою якого створюють пересичений розчин розрізняють напірну і вакуумну флотацію. Напірну флотацію здійснюють при подачі стічних вод у флотоціну камеру через напірний резервуар насосом (мал.32).
Рис.32. Схема установки напірної флотації.
1.Прийомний резервуар; 2.Відцентровий насос; 3.усмоктувальний трубопровід; 4.Напірний резервуар; 5.Флотоційна камера.
З прийомного резервуара стічні води забирають насосом, причому в усмоктувальний патру-бок насоса за допомогою ежектора подають повітря. Повітря, що надійшло в насос, диспергується робітником колесом, а потім у результаті підвищеного тиску розчиняється у воді. Повноту розчинення повітря забезпечує напірний резервуар, обсяг якого розраховується на необхідну тривалість перебування. Найчастіше тривалість перебування стічних вод у напірному резервуарі приймають рівним у межах 0,5-3хв. У випадку віддаленого розташування насосів від флотоціної камери, необхідна тривалість перебування стічних вод для розчинення повітря досягається в напірних трубопроводах. Тоді пристрій напірного резервуара зайво.
Тиск, створюваний насосом для різних випадків очищення, складає 0,15-0,4МПа. Звичайно підбирають насоси розвиваючі тиск 0,2-0,3МПа. При такому тиску і температурі 20-250С в воді може розчинитися 30-50л повітря в 1м3 стічній рідині, що цілком достатньо для утворення необхідної кількості повітря для флотації. Коли стічна рідина надходить у флотоційну камеру, тиск у рідині падає, утвориться пересичений розчин повітря, у результаті чого на поверхні часток виникають мікро пухирці які флотують ці частки. Флотоційні камери конструктивно можуть виконуватися вертикальними, горизонтальними і радіальними. При продуктивності 150-200м3/година і при наявності в стоках великої кількості осідаючих домішок рекомендується улаштовувати вертикальні флотоціе камери. Горизонтальні флотоцііні камери при відсутності осідаючих домішок проектують на продуктивність до 150-200м3/година. Радіальні флотоційні камери приймають при продуктивності 90-1000м3/година. Конструкції флотоційних камер різних типів широко представлені в технічній літературі. На мал.33 зображена конструкція горизонтальної флотоційнї камери.
| |
Рис.33. Горизонтальна флотоційна камера.
1.Подача стічної рідини з напірного резервуара; 2.Надходження стічної рідини самопливом; 3.Прийомне відділення; 4.Флотоційне відділення; 5.Трубопровід осаду; 6.Скребковий механізм; 7.Шламоприйомний лоток; 8.Регулятор рівня води; 9.Додатковий трубопровід подачі води; 10.Відвід очищених стічних вод.
Обсяг флотоціх камер складається з обсягів робочої зони (глибина 1,0-3,0м), зони нагромадження флотоці шламу (глибина 0,2-1,0м) і зони нагромадження осаду (глибина 0,5-1,0м).
Обсяг робочої зони складе:
WP = QРАСЧ t , м3, де
QРАСЧ - розрахункова годинна витрата стічних вод, м3/година;
t - тривалість флотації, година.
Тривалість флотації приймається по експериментальним даним, а при їхній відсутності може бути прийнята в залежності від початкової концентрації нерозчинних домішок - СНАЧ ; при СНАЧ до 3г/л, t повинно бути не менш 0,35години, від 3 до 7г/л не менш 0,5години.
Вологість і обсяг флотоційного шламу залежить від вихідної концентрації зважених речовин і тривалості нагромадження його на поверхні. При безупинному зніманні флотоційного шламу розрахункова вологість складає 96-98%, при періодичному зніманні за допомогою шкребків чи транспортерів обертових шкребків - 94-95%, при зніманні шнеками і скребковими візками - 92-93%.
Обсяг флотоційного шламу при вологості 94-95%, може бути визначений по формулі (у % до обсягу оброблюваної води):
НАЧ ,
СНАЧ - вихідна концентрація нерозчинених домішок ,г/л.
Обсяг зони нагромадження флотоційного шламу складе:
WФ.Ш. = 
, де
tН.Ш. - тривалість нагромадження шламу на поверхні, годину.
Дослідженнями встановлено, що відносний обсяг шламу значно зменшується в перші друга година ущільнення (нагромадження), потім процес сповільнюється і після 4 годин ущільнення змінюється дуже незначно.
Обсяг зони нагромадження осаду визначають з того розрахунку, що в осад випадає від 7 до 10% затриманих речовин при вологості 95-98%, при цьому глибина цієї зони в горизонтальних камерах повинна бути близько 0,5м у вертикальних - 1,0м.
При визначенні конструктивних розмірів флотоційних камер необхідно враховувати:
· ширину камер бажано призначати відповідно до конструкцій скребкових механізмів (1,0; 1,5; 2,0; 2,8; 3,0м).
· прийняті конструктивні розміри повинні бути такими, щоб горизонтальна швидкість руху стічних вод у камері була не більш 5мм/с.
· кількість флотоційних камер повинне бути не менш 2-х.
Подача повітря в усмоктувальну трубу насоса в установці напірної флотації незважаючи на наявність ежектора має істотний недолік. При витраті повітря перевищуючому 2-3% від витрати стічної рідини можлива хитлива робота насоса. У цьому випадку доцільно повітря подавати безпосередньо в напірний резервуар за допомогою компресора. Конструкція напірного резервуара повинна передбачати інтенсивне перемішування води в ньому шляхом пристрою чи перегородок механічних мішалок.
Схеми подачі води у флотоційну камеру можуть відрізнятися від приведеної на мал.32 схеми прямої напірної флотації, де перекачуванню під тиском піддається вся стічна рідина. Ця схема рекомендується при концентрації нерозчинних домішок не більш 5г/л і рівномірному надходженні стічних вод. При змісті нерозчинних домішок не більш 3г/л і нерівномірному надходженні стічних вод застосовується схема, зображена на мал.34. У цьому випадку продуктивність насоса підбирають по мінімальній витраті, а тиск насосів - з умови необхідної кількості повітря в період максимальної витрати стічних вод (чи максимального надходження забруднень). Схему напірної флотації, зображену на мал.35, застосовують як при рівномірному, так і при нерівномірному надходженні стічних вод у тих випадках, коли структура забруднень не допускає перекачування. Так, наприклад, пластівчасті частки (гідроокису металів, активний іл) проходячи через насос подрібнюються, що збільшує їхній винос із флотоційна камери. Крім того, цю схему доцільно застосовувати при змісті нерозчинних домішок понад 2г/л. Витрата робочої рідини підбирають так, щоб концентрація забруднень у суміші була в межах - 1-2г/л, що полегшує підбор насосного устаткування. Обсяг флотоційної камери тут визначають по сумарній витраті вихідної і робочої рідини (Q+QР.Ж.).
|
|
|
|
|
|
|
Рис.35. Схема напірної флотації з рециркуляцією
робочої рідини .
1.Прийомне відділення; 2.Флотоційне відділення; 3.Усмоктувальний трубопровід; 4.Насос; 5.Напірний бак.
Однією з істотних умов, що забезпечують необхідний ступінь насичення стічної рідини пухирцями повітря, є правильний підбор насосного устаткування.
У схемі прямої напірної флотації продуктивність насоса повинна відповідати розрахунковій витраті стічних вод. Напір, що розвивається насосом, визначається, виходячи з необхідної концентрації розчиненого повітря і розчинності повітря в залежності від температури і тиску.
Необхідна концентрація повітря в стічній рідині, що надходить у флотоційну камеру, дорівнює; л/м3:
СВ = УВ. С , де
С - розрахункова концентрація нерозчинних домішок, кг/м3.
УВ - питома витрата повітря на 1кг забруднень, л/кг, визначається по досвідченим даним у залежності від С.
Крім того, УВ рекомендується приймати:
40л/кг - при вихідній З < 200мг/л;
28л/кг - при З = 500мг/л;
20л/кг - при З = 1000мг/л;
15л/кг - при З = 3-4г/л.
Знаючи необхідну концентрацію розчиненого повітря і температуру стічної рідини можна визначити мінімальний тиск Р (м.в.ст.), при якому досягається ця концентрація.
Тиск, що повинний створити насос, визначають по формулі:
Н = 
, де
m - коефіцієнт, прийнятий з метою прискорення розчинення повітря в напірному резервуарі, прийнятий 1,5-1,2 при тиску Р відповідно 0,2-0,6МПа;
- утрати напору в трубопроводах від насоса до напірного резервуара (орієнтовно приймається рівним 0,05МПа).
При напірній флотації з частковою подачею стічної рідини насосом необхідна концентрація повітря в стічній рідині, що виходить з напірного резервуара, визначається так:
СВ = УВ. С∙
; де
- максимальний годинний приплив стічних вод, м3/година;
- подача води насосами, м3/година (приймається (0,2-0,5)).
За отриманим значенням СВ , користаюся формулами приведеними вище, визначають тиск, що повинний створювати насос і підбирають марку насоса. Оскільки продуктивність підібраного насоса може відрізнятися від спочатку прийнятого значення уточнюють СВ по формулі і знову визначають необхідний тиск насоса. При цьому тиск повинний бути не менш тиску, знайденого з характеристики насоса.
При розрахунку флотоційних установок з рециркуляцією робочої рідини змінюється поро-док розрахунку, що у даному випадку починається з визначення витрати робочої рідини, що реціркулює. Кількість реціркуляційної робочої рідини визначають по формулі:
, де
СВ - необхідна концентрація розчиненого повітря в робочій рідині, л/м3; попередньо приймається не більш 50-60л/м3, тому що велика концентрація вимагає значних тисків і тривалості насичення в напірному резервуарі.
Отримане значення QР.Ж. вимагає уточнення. Це уточнення роблять у такий спосіб. Визначають концентрацію нерозчинних домішок у суміші стічної і реціркуляційної робочої рідини:
;
За отриманим значенням Ссум, користаючись приведеними вище рекомендаціями, знаходять УВ і уточнюють Qр.р. Далі по СВ визначають тиск у напірному резервуарі і напір насоса. По отриманій витраті реціркуляційної робочій рідині й обчисленому напору підбирають насоси. Параметри обраних насосів можуть відрізнятися від обчислених, тому, приймаючи фактичну продуктивність насосів за QР.Ж. , користаючись формулами приведеними вище, визначають СВ , по цій величині визначають Р и напір насосів, що повинний бути чи менше дорівнює напору фактично прийнятих насосів.
Вакуумна флотація полягає в створенні пересиченого розчину повітря в стічній рідині під вакуумом. Хоча процес флотації під вакуумом вигідно відрізняється від напірй-ний флотації кращими умовами утворення частка-пухирець і спливання агрегатущо утворився , застосування вакуумної флотації обмежується поруч недоліків. До них відносяться незначний ступінь насичення стічної рідини пухирцями повітря, що не дає можливості використовувати її для очищення стічної рідини з концентрацією нерозчинних домішок більш 250-300мг/л, необхідність спорудження герметичних резервуарів, складність видалення флотоційні шламу, необхідність видалення очищеної стічної води чи насосами в резервуари, розташовані нижче флотоційних камер відповідно до створюваного в них вакуумом.
Якщо з технологічних схем напірної флотації виключити напірний резервуар, то флотація буде проходити по змішаному механізмі, тому що частина повітря буде встигати розчинятися у воді при русі її по напірному трубопроводі, а велика частина знаходиться у виді пухирців, що утворилися при диспергуванні повітря робочим колесом насоса. Пухирці тут утворяться більш великі, чим при напірній флотації. Такі установки звуться безнапірні. Насоси, що подають стічну рідину на флотацію, розміщають якнайближче до флотоційної камери для того, щоб уникнути передчасного утворення піни й укрупнення пухирців. Швидкість руху рідини в напірному трубопроводі повинна бути не менш 2х м/с. Конструкції флотоційних камер і їхні розрахункові параметри такі ж як і при напірній флотації.
Безнапірні флотоційні установки показують непогані результати при очищення стічних вод від жирів і вовни.
При введенні в стічну рідину деяких реагентів можуть відбуватися хімічні реакції, у результаті яких спостерігається утворення різних газів: кисню, вуглекислого газу, хлору й інших. У цих умовах утворення пухирців буде відбуватися безпосередно на поверхні зважених часток, при цьому агрегати, що утворяться, частку-пухирець будуть виноситься в пінний шар. Не виключене утворення агрегату за рахунок зіткнення пухирця і частки. Такі процеси з досить високим ефектом прояснення і хорошим ущільненням осаду спостерігаються при обробці деяких категорій стічних вод синтетичних продуктів хлорним вапном з одночасним уведенням коагулянтів, а також при додаванні глинозему і сарною кислоти в стічні води фабрик первинної обробки вовни.
ЛЕКЦІЯ 17