Что такое флотация: преимущества и недостатки этого способа очистки

Флотация – способ очистки.
Стоки, проходящие очистку, проходят через отстойник, в котором крупные фрагменты опускаются на дно, потому что весят больше воды. В воде остаются нетонущие крупные частицы, флотация – способ очистки, помогает выделить сложные загрязнения данного типа. Способ является одной ступенью на этапе очистительного процесса нечистот.

В чем суть флотационного метода? Стоки проходят флотацию от примесей, которые легче водного состава. С английского слово флотация означает «плаванье на поверхности», похоже на русское слово флот. Цель метода является поднятие на поверхность частиц, чья плотность близка к воде, и они не тонут.

Флотация на основе физических законов.

Флотация происходит благодаря соблюдению физических и химических законов. В основе лежит свойство веществ смачиваться. Особенность частиц в этом процессе влияет на их поведение, когда они находятся в пограничном состоянии между жидкостью и газом.

Выделяют такие виды частиц:

1.гидрофильный тип хорошо смачивается.

2.гидрофобный тип не смачивается

Если вещество гидрофобное, оно поддается флотации и выделяется данным методом.

Эффективность метода.

Определенные условия и факторы способствуют повышению эффективности метода.

Самыми важными считаются такие факторы, как:

1.уровень гидрофобности веществ. При высоком показателе этого свойства, вещества быстро присоединятся к воздушным пузырькам, формируя крупные комплексы шлама. Некоторые частицы включают вещества из двух составов, гидрофобного и гидрофильного типа. В стоковые воды добавляют реагенты, повышающие гидрофобность и ускоряющие процесс флотации.

2.уровень прочности и размер пенных пузырьков. Во время флотации пузырьки должны достигать размера, при котором они легко поднимутся на поверхность.

Внимание! Пузыри с очень большим размером всплывают быстрее, не успевая присоединить загрязняющие вещества в достаточном количестве. Пузыри должны отличаться прочностью, чтобы реже разрушаться в составе флотокомплекса.

3.процесс пенообразования должен быть равномерным и непрерывным. Эффективность определяется равномерным распределением пузырьков в воде, их частота.

Эти факторы повышают, добавив в нечистоты специальные реагенты.

Флотационные методики

Классификация флотаторов ведется по способу образования газовых пузырей. Чаще используются такие флотационные методы:

• механический;
• напорный;
• вакуумный;
• биологический;
• электрохимический.

Напорная флотация – это простой способ очистки сточных вод, когда в жидкость добавляют реагенты и под большим давлением с помощью насоса подают кислород. Образуются пузыри по всему объему канализационных стоков. Такой метод нередко используется для очищения жидкости от активного ила. Технология предполагает наличие камеры сатурации.

В электрофлотаторах этого узла нет. Методика не требует электрофлотации и реагентов. Она подразумевает удаление взвесей из жидкости при помощи электрического тока. В электрофлотаторе осуществляется процесс электролиза: на катоде происходит выделение водорода, на аноде – кислорода.

Принцип работы вакуумного устройства заключается в снижении давления ниже атмосферного в емкости для флотации. При этом выделяется воздух, растворенный в воде.

Биологическая флотация – это подогрев осадка после первичной очистки при помощи пара и отстаивание его в течение нескольких дней. Образующиеся бактерии выделяют пузыри газа. Благодаря им осуществляется флотация частиц осадка в пенный слой, где происходит их уплотнение и обезвоживание. В течение пяти дней влажностный показатель можно уменьшить до 80 процентов, что позволяет упростить последующую обработку.

Принцип работы метода поэтапно.

Очистку с помощью флотации раскладывают на этапы.

1.в жидкость для очистки подается воздух диспергированного типа.

2.частицы с гидрофобией движутся навстречу пузырькам.

3.Частицы присоединяются к пузырькам, уменьшая прослойку воды. Образуется комплекс шлама, похожий на пену.

4.Он всплывает на поверхность вод, потому что весит легче той структуры, где располагается.

Пену с помощью спецоборудования удаляют по мере накопления.

Классификация руды по крупности

В каждой стадии дробления и измельчения разные минералы измельчаются по-разному в зависимости от их твердости, хрупкости, вязкости и формы кусков. После какой-либо стадии дробления часть руды может оказаться мельче заданной крупности, а значит лишней нагрузкой для следующей дробилки. Для лучшего использования дробилок руду после каждой стадии дробления классифицируют по крупности грохочением, подобным просеиванию. Для этого служат различные по устройству грохоты.

Рис. 12. Колосниковый грохот

Наиболее простой колосниковый грохот (рис. 12) состоит из наклоненных под углом 35–40 град, параллельных стальных брусьев – колосников. Расстояние между колосниками (прозор) соответствует пределу разделения по крупности: обычно оно не меньше 25 мм. Руда свободно скользит вдоль колосников и мелкая часть ее проваливается в прозоры. Колосниковые грохоты дешевы, но их коэффициент полезного действия (полнота отделения мелкого материала) невелик. Применяются они до и после крупного дробления.

Вместо стальных брусьев – колосников для вибрационных, барабанных и других грохотов;применяют решетки (рис. 13).

Рис. 13. Решетки, применяемые для вибрационных, барабанных и других грохотов

Вибрационный грохот представляет собой металлическую сетку, натянутую на раму. Сетка вибрирует или качается от механического привода либо электромагнитов. Для выделения нескольких классов крупности устанавливают несколько сеток – одну над другой. Вибрационные грохоты применяют после среднего или мелкого дробления.

Барабанный грохот имеет сортирующую сетку в виде цилиндра. Он вращается относительно оси, наклоненной на небольшой угол. Руда пересыпается по внутренней поверхности барабана, постепенно перемещаясь от приподнятого его конца к опущенному. Для одновременного выделения нескольких классов крупности устанавливают концентрично несколько сеток с ячейками разного размера.

Грохочение мало пригодно для тонких материалов, которые комкуются и легко распыляются. Поэтому тонкоизмельченные материалы классифицируют в пульпах. Такую классификацию называют мокрой или гидравлической, а применяемые для нее аппараты – классификаторами. Гидравлическая классификация основана на том, что чем крупнее (тяжелее) частица, тем быстрее она оседает из пульпы.

Всякий гидравлический классификатор представляет собой сосуд, заполненный непрерывно подающейся пульпой руды. За время пребывания в классификаторе крупные частицы (пески) оседают, а более мелкие уносятся сливом. Чем меньше скорость движения через классификатор пульпы, и чем меньше ее вязкость, тем тоньше частицы материала в сливе.

Классификаторы разных конструкций отличаются формой сосуда и способами выгрузки песков.

Рис. 14. Реечный классификатор: 1 – корыто; 2 – гребок; 3 – привод для движения гребка; 4 – сливной порог; 5 – выгрузка песков

Реечный классификатор (рис. 14) имеет наклонное стальное корыто с плоским днищем. Пульпа подается по желобу с одного конца корыта и сливается с противоположного через порог, высоту которого можно изменять. Пески, осевшие на дно корыта, постепенно перегребаются механизированным гребком к приподнятому его концу и выгружаются.

Рис. 15. Спиральный классификатор: 1 – корыто; 2 – спираль: 3 – сливной порог: 4 – выгрузка песков

Спиральный классификатор (рис. 15) отличается от реечного полукруглым сечением корыта. Для удаления песков здесь служит шнек. Механизм спирального классификатора более прост и надежен в работе, чем реечного классификатора.

Рис. 16. Гидроциклон

Весьма производительна классификация в часто применяемых гидроциклонах (рис. 16). Крупные и мелкие частицы пульпы разделяются здесь под действием центробежной силы. Пульпу подают в гидроциклон по касательной к его сечению с большой скоростью. От этого пульпа в аппарате закручивается и движется по спиральной траектории. Крупные частицы прижимаются центробежной силой к стенкам гидроциклона, теряют скорость и оседают в нижнюю его часть; мелкие зерна уносятся в слив.

Рис 17. Схема дробления, измельчения и классификации

На рис. 17 показана примерная схема дробления, измельчения и классификации. В основу ее положены два требования: не дробить лишнего и выдать материал не крупнее заданного размера. Для этого перед каждой стадией дробления руда поступает на грохот, а в дробилку попадают только куски, не прошедшие через его прозоры. Второе требование удовлетворяется дроблением или измельчением в замкнутых циклах: выделенные грохочением или классификацией недостаточно мелкие куски или зерна возвращаются в дробилку или мельницу.

Всякая схема дробления и измельчения должна быть четко продумана и рассчитана. В этих дорогих переделах не должно быть излишеств: они могут значительно ухудшить экономику производства.

Плюсы и минусы метода очистки.

Метод флотации считается популярным. Способ используют для стоков производства, в городских системах очистки.

Флотация имеет свои положительные характеристики:

1.низкая цена метода.

2.не требуется сложного специального оборудования.

3.некоторые частицы подвержены флотации быстрее, чем они бы осели на дно.

4.методом можно извлекать из воды даже нефтепродукты.

5.шлам, который образуется почти не содержит воды, поэтому ее потеря невелика.

Метод имеет не только плюсы, но минусы.

К недостаткам относят:

1.флотацией можно удалить не все частицы грязи, а только которые относятся к гидрофобным.

2.дополнительные расходы на реагенты, которые приходится применять в некоторых ситуациях.

3.любой тип грязи имеет свои особенности удаления, нет существует единого метода для извлечения взвесей разного характера.

От чего зависит качество очищения

На эффективность методики влияют следующие факторы:

• устойчивость воздушных пузырей к разрушению;
• равномерность образования пены;
• степень гидрофобности частиц — чем больше этот показатель, тем более активно они взаимодействуют с пузырями воздуха.

Важен и размер пузырей. Большие быстро всплывают, и не успевают захватить молекулы примесей, а маленькие менее прочны.

Применение методики флотации незаменимо для очищения сточных вод от жиров, волокнистых включений, нефтепродуктов, иных загрязнений, не поддающихся осаждению. Этот метод применяют для чистки канализации и при обогащении полезных ископаемых.

Добавки, которые улучшают процесс флотации.

Процесс очистки зависит от степени гидрофобности веществ, качества образования пены.

Чтобы повысить эти условия, применяют реагенты, которые делятся на два вида:

1.собирательные

2.пенообразующие.

Собирающие добавки.

Часто приходится работать с веществами, которые имеют двойной состав: гидрофобного и гидрофильного типа. Они имеют малую степень смачиваемости, чтобы соединиться с пузырьками, процесс в данном случае малоэффективен. Следует добавить в стоки собиратели, которые также имеют в составе две группы частиц: неполярные или гидрофобные, и полярные или гидрофильные.

Загрязнители и собиратели полярного гидрофильного характера соединяются друг с другом, при этом концы гидрофобного типа высвобождаются.

К таким собирателям относят вещества поверхностно – активные:

1.соли аммония.

2.масла.

3.меркаптан.

4.нефтепродукты.

Пенообразующие добавки.

Качество образованной пены влияет на процесс очистки. Определенные добавки улучшают ее свойства, не дают пузырькам разрушаться, повышают их прочность. Это позволяет удалять большое количество загрязняющих масс из вод.

К стабилизирующим пену веществам относят:

1.крезол.

2.сосновое масло.

3.фенол.

Используемые реагенты

Для повышения эффективности очищения применяются химические вещества-собиратели:

• коагулянты – реагенты, способствующие образованию хлопьев и представляющие собой соли железа и алюминия;
• флокулянты (полиакриламидные соединения) – вещества, создающие более крупные и устойчивые хлопья (флокулы);
• кислотные и щелочные реагенты, позволяющие корректировать pH. Их добавляют в воду, чтобы обеспечить нормальные условия работы двух предыдущих видов реактивов.

Для стабилизации пенообразования применяют также сосновое масло, фенолы, крезол. Они позволяют предохранить воздушные пузырьки от разрушения, делая их упругими. Это способствует удалению большего количества загрязнений из канализационных стоков.

Использование химических реактивов, позволяющих улучшить процесс, требует точного подбора дозировки, что возможно достичь лишь опытным путем.

Разновидности флотации.

Процесс очистки заключается в образовании в воде воздушных диспергированных пузырьков. Чтобы метод работал, следует добиться формирования пузырей необходимого размера. Каким образом этого можно добиться.

1.Выделить из раствора пузырьки воздуха.

Применяя раствор для выделения пузырьков, применяют флотацию вакуумного либо напорного типа.

При напорной флотации нагнетают воздух, далее резко понижают давление в сети, этим создают выделение пузырьков в воду.

При вакуумной флотации вода проходит сквозь аэрационную камеру, там она впитывает воздух. Далее устремляется в дизаэратор, чтобы удалить нерастворенные частицы воздуха. Третий этап – это проход во флотационную камеру, здесь снижают давление воды, чем образуют множество пузырьков.

Данный метод применяют для удаления примеси мелкодисперсного характера.

2.Пропустить сквозь пористый материал воздух.

Способ для получения пузырьков считается самым простым по законам физики. Перед тем, как пустить воздух в стоки, он проходит через пластины, имеющие щели. Размер пузырьков зависит от диаметра пор.

3.С помощью электролизной флотации.

Для образования пузырьков в воду кладут два электрода, пропускающих ток. В процессе электролиза вода распадается на кислород с водородом. Электроды изготавливают из алюминия либо железа. Металлы способны выделять коагулянты, связывающие взвеси, образуя из них частицы в форме хлопьев. Пузырьки и хлопья соединяются друг с другом и устремляются на поверхность, формируя пену.

3.С помощью механического диспергирования.

Чтобы образовать пузырьки воздуха, подходят механические методы, которые имеют разные пути образования:

1.применение импеллерной установки. С помощью установки с турбиной воды перемешивают, образуя пузырьки малого диаметра. Данный метод подходит, чтобы удалять жировых вещества, нефтепродукты. На величину пузырьков влияет скорость вращения турбины. Если скорость большая, то пузырьки маленькие.

2.применение безнапорной флотации. С помощью колеса, соединенного с насосом центробежного типа, образуются пузырьки, которые справляются с удалением жировых частиц, с волокнами.

3.применение пневматической флотации происходит с помощью трубных форсунок, находящихся на дне камеры. Метод используют при очистке агрессивных веществ, если могут повредиться колесо с импеллером.

В основе трех методов образования пузырьков лежит вихревой процесс, сопровождающийся перемешиванием.

Направления применения

Флотация позволяет убрать из растворов разнообразные примеси, находящиеся в дисперсном состоянии.

Они образуются как побочный продукт при следующих производственных процессах:

• изготовления искусственных волокон;
• переработки нефти;
• обработки кожи;
• получения бумаги из целлюлозного сырья;
• реализации химических технологий;
• переработки продуктового сырья.

Флотацией очищают сточные воды, образующиеся на машиностроительных заводах, пищевых предприятиях, а также отделяют ил после биохимической очистки грязных водных растворов различного происхождения.

Нововведения

Методики не стоят на месте, и применяемая в медицине флотация в последнее время также была усовершенствована. В частности, удалось разработать такую центрифугу, которая оснащена угловым ротором. В этой установке контейнеры не колеблются свободно, последнее вращение не сопровождается наложением на покровное стекло.

При завершающем этапе обработки смеси в установке пробирку нужно поставить вертикально в специальный штатив, затем долить в нее раствор, сохраняя верхний слой в целости. Когда мениска становится положительной, устанавливают покровное стекло и оставляют стоять пробирку не более пяти минут. Далее стекло убирают и изучают его под микроскопом также под двумя мощностями увеличения.

О чем идет речь

Флотация руды представляет собой такую методику, которая позволяет сделать работу с полезными ископаемыми эффективнее и выгоднее. Разные элементы отличаются между собой способностью удерживаться на поверхности, где контактируют две фазы, то есть происходит раздел сред. Флотация – это процесс, который основан на удельной энергии поверхности.

Если говорить о частицах, то их можно разделить на следующие группы:

• гидрофобные;
• гидрофильные.

Ключевые преимущества

Флотация – очистка, имеющая ряд положительных параметров, что и стало причиной столь широкого распространения этой технологии в мире.

Основные аспекты:

• обширность применимости;
• непрерывность технологии;
• невысокая стоимость;
• простота эксплуатации;
• применение в работе простых машин;
• быстрота получения результата;
• селективность;
• не столь высокий уровень влажности шлама;
• эффективность (до 98%);
• выделяемые компоненты можно рекуперировать.

При флотации производится эффективная аэрация, понижается процентное соотношение жидкости и ПАВ, а также уменьшается количество микроскопических организмов, бактерий. Сточные воды, прошедшие флотацию, могут подаваться на очистительные установки более высокого уровня.

Монтаж

Монтирование флотаторов выполняется согласно инструкции по эксплуатации. Она поставляется в комплекте документов вместе с установкой.

Этапы работы:

1. Машину монтируют на фундамент и закрепляют.
2. Производят подключение трубопроводов.
3. К установке подводят силовые кабели.
4. Устанавливают и подключают автоматизированные системы управления.

Перед продажей все установки проходят гидроиспытания.

При подборе вида флотационного оборудования стоит учитывать:

• тип канализационных стоков;
• степень загрязнения жидкой среды;
• объемы очищения.

Центрифуга: как это происходит

Рабочий процесс врача, изучающего кал на предмет наличия в нем гельминтов при помощи специальной установки, выглядит следующим образом:

• готовится эмульсия, в которой на 30 мл раствора приходится 5 г испражнений;
• эмульсия фильтруется через марлю в пробирку;
• пробирка заполняется флотационной средой, пока мениска не станет положительной;
• пробирка помещается на стекло, балансируется в установке;
• центрифуга запускается на 10 минут на скорость до 15 тысяч оборотов в минуту.

По завершении этого процесса доктор получает покровное стекло (его необходимо доставать вертикально), которое можно изучить под микроскопом. Исследование проводится около 10 минут — начинают с десятикратного увеличения, увеличивая его затем в четыре раза. Это дает возможность с точностью говорить о наличии микроскопических организмов, а также делать выводы об их структурах и о том, какого размера есть вредные организмы и их частицы.

Кто занимается производством?

Перед покупкой флотационных машин требуется четко определиться с параметрами.

Параметры подбираются исходя из следующих условий:

• Состав и характер канализационных стоков.
• Температура и равномерность подачи воды.
• Куда сбрасывается очищенная вода.

В Москве и Санкт-Петербурге реализацией установок занимаются довольно много компаний:

1. — флотаторы марки ТР, стоимость от 313 500 рублей.
2. Торговый дом «Оборудование водоочистки» — напорные установки марки DAF.
3. ООО «Росинтерэко» — флотаторы и двухступенчатые установки марки «Ангара».

Важно. Необходимо учитывать требования к обработке и удалению осадка, степени обеззараживания.

…и гидрофильности

Под гидрофильными принято понимать такие частицы, которые жидкостью могут быть смочены без особенного труда. Для этих веществ нет «дискомфорта» в ситуации, когда вещество оказалось в суспензии.

Если гидрофобные молекулы стремятся вступить в контакт с газами, у гидрофильных такой особенности не зафиксировано. Также гидрофильные соединения в своей основной массе не проявляют специфических свойств относительно масел, к которым так и «липнут» гидрофобные молекулы.