Флотатор (установка напорной флотации)

Оглавление

Комплектация установки реагентной флотации — УФЛР

Состав установки	Описание типовой установки	Варианты модификаций
Блок приготовления и дозирования реагента	Растворно-расходная емкость из ПНД — 2 шт. Рамная и лопастная электромешалки Насос-дозатор с технологической обвязкой — 2 шт. Система подачи воды и опорожнения емкостей Запорная арматура с ручным приводом	Модель и марка насос-дозаторов Арматура с электроприводом
Флокулятор	Трубный регистр с расчетным временем реагентной обработки сточных вод — 40 сек Статические смесители из нержавеющей стали «СМК» и «СМВ» – 2 шт. Пробоотборники	Материал исполнения трубного регистра Материал исполнения смесителей
Флотационная емкость	Сварная металлическая емкость прямоугольной формы, усиленная профилем. Сварная опорная рама Материал: углеродистая сталь с антикоррозионным покрытием либо нержавеющая сталь Камера флотации Камера сепарации Конус сбора осадка Секция сбора очищенной воды Лоток для сбора и удаления флотопены
Система сатурации	Насосный агрегат в комплекте с технологической обвязкой (нержавеющая сталь, ПВХ) Сатуратор (нержавеющая сталь) Эжектор для подачи воздуха	Материал исполнения насоса, сатуратора, эжектора и обвязки Марка насоса
Механизм шламоудаления	Скребковый транспортер из нержавеющей стали Цепи транспортера из нержавеющей стали Мотор-редуктор Система натяжения приводной цепи Защитные ограждения Противоаварийная защита
Система технологических трубопроводов	Ручная запорная арматура Материал — сталь, ПВХ	Материал исполнения трубопроводов Арматура с электроприводом
Электрооборудование	Шкаф управления на ПЛК (Для реализации автоматического режима работы необходимо в шкаф управления установки обеспечить подачу управляющего сигнала (дискрет). Как правило этот сигнал поступает от расходомера на подающем трубопроводе, от насоса подачи стоков, или от центрального ШУ. Он обеспечивает запуск оборудования при подаче воды, и его остановку в момент прекращения подачи)
Контрольно-измерительные приборы	Сигнализаторы нижнего уровня в реагентных емкостях, визуальные уровнемеры Расходомер поступающих стоков Датчик уровня флотокамеры Электроконтактный манометр Датчик аварии шламоудалителя

Цели обуславливающие применение флотаторов

Для целей очистки стоков применяют специальные флотационные машины, устройства напорного типа, механические, электрофлотационные и другие аппараты. Зачастую механический флотационный способ очистки используют для стоков содержащих легкофлотируемые гидрофобные загрязнения, к которым относятся жиры, масла, нефтепродукты и другие вещества. Если следует очистить сточные воды от загрязняющих веществ, которые перед флотацией следует агрегировать, то применение таких устройств без предварительных этапов очистки является неэффективным.

Турбулентные потоки внутри камеры разрушают агрегаты загрязнителей, чем усложняют процесс очистки. Поэтому флотационные аппараты очищающие стоки механическим путем зачастую применяют для очистки нефтесодержащих и жиросодержащих стоков. В таких водах загрязнители являются легко флотируемыми, что обеспечивает высокую степень очистки. Также оправданным является использование механических флотаторных машин в тех случаях, когда напорные устройства применять нецелесообразно (например, для очистки стоков с температурой 30-60°С). Обуславливаются такие ситуации ухудшением показателей растворяемости газов в воде, что влечет за собой снижение эффективности работы напорных машин.

Использование для очищения стоков электрофлотационных машин и устройств повышает энергоемкость процедуры очистки, что ограничивает сферы применения этого метода. Известны случаи, когда используют флотационные пневматические машины, но отметим, что эффективность этого способа не высока. По сравнению с этими двумя видами флотационных аппаратов механические флотаторы имеют множество преимуществ.

Каков процесс?

Если в стоках большинство механических составляющих большого размера, достаточно пропустить жидкость через решетки с ячейками различного размера. При наличии масел и жиров перед решетками монтируются жироловки.

На дне отстойников оседают мелкие фракции.

От оставшихся микроскопических частиц избавляются фильтрованием.

Внимание! Повысить эффективность можно, если установить по 2 единицы технологического назначения, образующие отдельные секции (2-3 решетки, 2-3 фильтра из различных материалов). При комплексном подходе сокращаются затраты на устройство систем биологической либо химической обработки

Схема очистного сооружения

Выбросы в системе канализации собираются в очистном сооружении. Практически всегда на первом этапе проводится процеживание. Примеси удаляются для утилизации или переработки.Если примеси очень грубые, процеживание дополняется измельчением дробилками. Для промышленных стоков могут использоваться системы для прессования отходов и промывания решеток, фракционирование, позволяющее разделить примеси по размерам.
Второй этап – отстаивание. В процессе перемещения потока тяжелые частицы оседают на дно. Для повышения эффективности отстойники оснащаются аэраторами, создающими поток воздуха, отделяющий органику от минеральных соединений. Осадок необходимо периодически удалять, чтобы предотвратить процесс брожения.
Заключительный этап – фильтрация, при помощи которой удаляются самые мелкие фракции.

Флотаторы для очистки стоков

Для того чтобы узнать принцип работы, по которому функционирует флотаторная камера, и то, как она выводит флотошлам, можно провести расчет, но проще рассмотреть все на примере. Результат флотации зависит от того, насколько гидрофобны частицы, и от количества пенообразования.

Эти реагенты делят на несколько групп.

Без очистки стоки нельзя сбрасывать

А именно:

Образователи пены;
Собиратели пены.

Чаще всего встречаются загрязнения, которые включают в свой состав частицы с двоякими качествами. Они могут смачиваться, но этот показатель недостаточен для того, чтобы связать их с воздухом. Для решения этого вопроса в специальные стоки добавляют собиратели. Такие реагенты также двояки и имеют активные вещества.

Это:

Аммонийная соль;
Нефтепродукт;
Масло;
Меркаптан.

Что же касается реагентов, которые образуют пену, то здесь все доступно. Они включают в себя добавки, которые защищают пузырьки воздуха от разрушения и при этом делают их более упругими.

В состав таких стабилизаторов входят:

Масло сосны;
Фенол;
Крезол.

Благодаря такому составу появляется возможность удалить большее количество загрязнений из воды.

Что это такое?

Флотатор – это устройство для удаления взвешенных частиц и органики из воды путем комбинирования физических и химических процессов.

Способом флотации стоки очищают от:

масел;
жировых загрязнений;
нефтепродуктов;
поверхностно-активных веществ;
примесей органики.

Справка. В зависимости от типа загрязнения подбирается вид установки.

Принципы функционирования

В стоки, которые подвергаются очищению, разнообразными способами подается воздушная смесь. Не растворенные частицы присоединяются к капсулам с газом, проходящим сквозь жидкую среду. Затем всплывают наверх емкости в состоянии пены (фотошлама).

С поверхности стоков она собирается механизированным способом с помощью специальных скребков. Очищенная вода отводится из камеры флотирования.

Насыщать жидкость капсулами с газом можно несколькими способами:

механически;
напорно;
вакуумно.

Механизированное наполнение загрязненной жидкости газообразными смесями выполняют по следующим этапам:

В центрифугах сточные воды перемешиваются до однообразного состояния. Одновременно проводят наполнение массы газами. Образующиеся капсулы притягивают и выводят на поверхность загрязняющие частицы.
Тщательное взбивание стоков в резервуаре, оборудованном лопастями, прикрепленных к колесам.
Вариант аэрации – наполнение стоков водовоздушной смесью через трубы, расположенные в нижней части резервуара.

При использовании напорного метода в загрязненную жидкость с помощью давления закачивается кислород. Применение вакуумного варианта – канализационные стоки насыщают молекулами воздуха в специальных емкостях.

Для того, чтобы воздушные капсулы имели требуемый объем, производят их дробление при помощи:

турбин;
форсунок;
пористых пластин;
решеток.

Интересно. С целью увеличения эффективности сбора мелкодисперсных загрязнений во флотационных установках часто применяют специальные реагенты. Они увеличивают степень адгезии взвесей с молекулами воздуха.

Достоинства и недостатки

Преимущества использования флотационных установок:

Устройство высокоэффективно для удаления многих видов мелкодисперсных веществ.
Флотация довольно быстро справляется с очищением сточных жидкостей.
Работа по очистке очищения выполняется непрерывно.
У всего оборудования простая конструкция.
Работы по обслуживанию флотаторов не подразумевают больших затрат.
Цена на оборудование достаточно невысокая.

При этом есть и определенные минусы флотационной чистки:

Этот вариант не позволяет удалить все виды взвесей из жидкой среды.
В некоторых процессах применяют реагенты, что удорожает стоимость очищения.
Необходимо постоянно контролировать параметры подаваемых газов. Иначе эффективность очищения значительно снизится.

Флотационные устройства при очистке жидкостей не используют в качестве самостоятельного этапа. Они эффективны в сочетании с другими вариантами избавления от грязи и взвесей из сточных сред. До флотации устанавливаются отстойники и фильтры чистки жидкости.

Важно. После обработки флотатором необходимо обеззараживание и последующая прогонка воды через специальные фильтры

Чем большее количество взвесей в канализационных стоках, тем выше производительность флотационной установки.
Эффектность очищения во многом определяется объемом газовых капсул. Недостаточно большой пузырек не успеет подняться на поверхность. Они растворятся по пути наверх. Крупные пузыри будут всплывать очень быстро. Поэтому не соберут много взвесей.

Принцип работы флотатора

Эффективность работы также зависит от:

типа флотатора;
его производительности;
степени автоматизации процесса.

Область применения

Флотаторы используются в основном в системах очищения на производствах:

коммунальные очистные сооружения;
мясо-молочные комбинаты;
птицефабрики;
консервные заводы;
маслозаводы и жировые производства;
нефтегазовая отрасль.

На горнодобывающих производствах такой метод часто используется для обогащения породы.

Виды флотационных устройств

Можно выделить основные варианты:

На жидкости создается пленочный слой, на который налипают нерастворимые элементы грязи.
Пенистая – в жидкость нагнетают газы и пенообразующие реагенты. Газовые капсулы притягивают к себе и доставляют наверх нерастворимые вещества. Химикаты необходимы для устойчивости пенистой шапки, которая удаляется механически. Затем она сгущается и проходит фильтрацию.
Маслянистая – капли масел стремятся вверх, забирая по пути взвеси. После этого масляный слой убирают и очищают.

Важно. Чаще всего в очистных комплексах используется принцип пенистой флотации

Этот вариант избавления от загрязняющих веществ наиболее эффективен.

Кроме того, оборудование классифицируется по виду образования воздушных капсул.

Механический тип

Флотационное оборудование простого типа — резервуары, в которых осуществляют перемешивание канализационных отходов лопастями.

Оборудование подходит для жидкостей с высоким количеством взвешенных загрязнений, склонных к пенообразованию.

Напорный

Самыми эффективными и наиболее распространенными являются флотационная установка с подачей газов в воду напорным способом. Его используют, если плотность взвесей сравнима плотности жидкости. В этом варианте мелкодисперсные загрязнения не выпадают в осадок.

Напорный флотатор

Основой данного метода является введение газов в воду под давлением в специальных емкостях. Затем водовоздушная смесь подается в резервуар со стоками. Из-за перепада давления происходит активное образование мелких газовых капсул.

Действие сил поверхностного натяжения закрепляет их к молекулам загрязнений. Образованный флотошлам всплывает на верх резервуара. Здесь он механически удаляется.

Принцип работы простейшей флотационной машины:

В смесительную камеру насоса поступают воздух и вода. Здесь выполняется растворение газа в жидкости. Остатки избыточного воздуха выпускается посредством клапана.
Водная смесь с воздушными капсулами по системе труб поступает в танк флотационной установки.
В эту емкость также заливают канализационные стоки, которые прошли предварительную очистку в отстойнике.
В резервуаре происходит сбор взвешенных загрязнений посредством капсул с газом.
Фотошлам собирается в верхней части емкости в виде пенного слоя, который убирается механически.

Практически чистая вода сливается из флотационного танка. Часть ее перенаправляется в насос для повторного смешивания с газом.

Электрический

Для выделения взвешенных загрязнений из канализационной массы также используют электрический ток.

Электрический флотатор

Принцип работы флотатора для очистки сточных вод электрического типа:

В резервуаре с загрязненной водой размещаются электроды.
После подачи напряжения молекулы воды разделяются на кислород и водород. На концах электрических стержней образуются капсулы с электролитическими газами.
Они поднимаются вверх, собирая частицы загрязнений.

Справка. При проведении электрической очистки стоков используется минимальное количество химических добавок.

Этот вариант достаточно эффективен при установке стержней из алюминия или железа. В качестве вспомогательных реагентов для образования устойчивых соединений взвесей грязи и капсул газа выступают ионы металлов.

Большим достоинством использования электроустановок является простая конструкция, не занимающая много места.

В составе такого оборудования отсутствуют емкости для реагентов и сатураторы. Но увеличиваются затраты на электроэнергию при очистных работах. Кроме того, требуется оборудование для вывода водорода.

Для введения в воду воздуха также используют различные материалы с пористой структурой. В некотором оборудовании производится выделение газа в результате реакций химического типа.

Электрофлотация

Этот метод стали использовать во второй половине 20-го века. Тогда обнаружилось, что электролизные газы гораздо эффективнее, чем инертные или воздух, увеличивают интенсивность флотации. Это позволяет выделять нерастворимые в водах нефтепродукты, смазочные масла, малорастворимые соединения тяжелых и цветных металлов, которые образуют в стоках устойчивые эмульсии. Но помимо электролизных газов на удаление некоторых примесей влияет искусственно созданное электрическое поле, в котором заряженные частицы движутся к противоположно заряженным электродам.

Существенным недостатком электрофлотации является малая производительность, высокая стоимость электродов, их износ и загрязнение, а также взрывоопасность.

Флотация стоков: определение и принципы действия метода

Флотация — это своеобразный способ очистки загрязненной воды, переводимый с английского как «плавание». То есть удаление примесей мусора из жидкой среды происходит за счет их всплытия на поверхность в результате добавления в стоки специального диспергированного воздуха. Под его воздействием все молекулы и частички мусора либо смачиваются водой (что является гидрофилией), либо не подвержены смачиванию (гидрофорбия).

Принцип действия и схема метода флотации сточных вод выглядит таким образом:

В специальной машине (электрофлотаторе) сточные воды проходят через рабочую камеру;
В этот момент стоки в зависимости от типа загрязнения обогащаются диспергированным воздухом;
Происходит контакт загрязняющих частиц с пузырьками кислорода;
В результате контакта происходит реакция в виде образования пенного слоя на поверхности воды. Именно эти плавающие частицы примесей и называются флотом. То есть плавающим мусором.
Пенный слой по мере образования удаляется с поверхности очищаемой среды специальными грабельными установками.

Преимущества и недостатки

В таблице собраны распространенные физико-химические методы очистки сточных вод:

Название метода	Механизм очистки	Плюсы	Минусы
Коагуляция	Нейтрализация отрицательного заряда мелких частиц, их слипание и осаждение.	Реакции проходят при любых условиях. Метод дешевый, доступный, практичный.	Нужно соблюдать четкую дозировку коагулянтов. Большой объем осадка. После очистки повышается степень минерализации вод.
Флокуляция	Специальные вещества соединяются с загрязнениями и образуют крупные хлопья.	Реакции протекают быстро. Дешевизна.	Большой объем осадка.
Адсорбция	Поглощение загрязнений поверхностью твердых веществ.	Удаление разных видов примесей. Очистка до ПДК. Отсутствие вторичного загрязнения очищаемых вод.	Высокая стоимость адсорбентов, их большой расход. Медленный темп очистки. Громоздкость оборудования.
Экстракция	Смешивание двух взаимно нерастворимых жидкостей и переход примесей в экстрагент.	Простая технологическая схема. Простое оборудование.	Меньше 90% примесей переходит в другую фазу. Процесс длительный и трудоемкий.
Флотация	Образование в воде пузырьков газов, которые поднимаются вверх и захватывают с собой примеси.	Простое оборудование. Высокая скорость очистки. Дешевизна. Малые потери воды.	Удаляет не все виды загрязнений. Часто приходится вносить реагенты, улучшающие гидрофобность примесей и качество пены.
Эвапорация	Захват загрязнений водяным паром, проходящим сквозь кипящие сточные воды.	Экономичность. Отсутствие специфических реагентов. Простота оборудования.	Большие потери тепла.
Ионный обмен	Обмен загрязнений из сточных вод на ионы, отделяющиеся с поверхностей пористых материалов.	Высокая эффективность очистки. Экологическая безопасность.	Дефицит ионообменных смол. Большой расход реагентов на восстановление ионитов. Большой объем растворов для регенерации.
Кристаллизация	Вымораживание воды.	Низкое потребление энергетических ресурсов. Высокая степень очистки.	Необходимость изучения и контроля процесса.
Мембранная очистка	Пропускание сточных вод через полупроницаемые среды (мембраны), которые задерживают примеси наноразмеров.	Очистка до требований ПДК. Не требуется внесение реактивов. Малые потери воды. Возможность утилизации тяжелых металлов.	Мембраны через время загрязняются и хуже пропускают воду. Дороговизна установок. Необходимость предварительной очистки вод от масел, органики, растворителей, ПАВ.
Электрохимическая очистка	Создание в воде электрического напряжения и запуск реакций, которые переносят, объединяют, осаждают примеси.	Извлечение из стоков ценных примесей при сравнительно простой технологической схеме. Нет необходимости в химических реагентах.	Большой расход электроэнергии и металла. Загрязнение поверхности электродов и необходимость их очистки.

Виды флотационной очистки сточных вод

В основе разделения на виды очистки сточных вод методом флотации лежит способ насыщения стоков воздухом и механизм его диспергирования.

Выделение воздушных пузырьков из раствора

Из раствора пузырьки воздуха определенного размера выделяют методом напорной и вакуумной флотации. В первом случае в воду под давлением нагнетают воздух, после этого резко понижают давление в системе, в результате чего в толще сточной воды выделяются воздушные пузырьки.

Схема напорного флотатора

Вакуумная флотация по принципу схожа с напорной, но исполнение отличается. Сначала вода поступает в аэрационную камеру (1), где контактирует с воздухом и насыщается им, после этого в дезаэраторе (2) удаляется нерастворившийся в воде воздух. Потом вода поступает в камеру флотации (3), где происходит понижение давления в сточной воде, в результате чего образуются воздушные пузырьки.

Вакуумная флотация

Оба способа прекрасно подходят для очистки сточных вод от мелкодисперсных загрязнителей.

Механическое насыщение воды диспергированным воздухом

Обогащение воды пузырьками воздуха можно произвести механическим путем. Для этого могут применяться 3 метода: перемешивание воды при помощи небольшой турбины (импеллерные установки), колесом, соединенным с центробежным насосом (безнапорная флотация) или введением воздуха через форсунки труб, уложенных на дне флотационной камеры (пневматическая установка). Во время перемешивания образуются завихрения, благодаря которым стоки насыщаются пузырьками воздуха.

Импеллерная флотация

Импеллеры позволяют получить пузырьки небольшого диаметра и применяются для удаления нефтепродуктов и жиров. Этот метод дает возможность регулировать объем пузырьков: чем выше скорость вращения турбины, тем мельче пузырьки. Безнапорные установки позволяют получать более крупные пузырьки, которые не эффективны для удаления мелких взвесей. Безнапорную флотацию применяют для удаления жировых загрязнений, а также частиц шерсти и волокон. Пневматическая флотация используется в том случае, когда необходимо очистить воды, являющиеся агрессивными для таких механических конструкций как импеллер или колесо насоса.

Пропускание воздушных масс через материал с порами

Простым способом диспергирования воздушного потока является пропускание его перед подачей через пористые материалы (на рисунке обозначен цифрой 2), например, пластины с щелевидными прорезями. Чем меньше отверстие, тем меньше диаметр пузырьков.

Флотация с использованием пористых материалов

Получение пузырьков газа из раствора путем электролиза

При этом способе в сточные воды помещают 2 электрода, через которые пропускают ток. Это приводит к выделению возле электродов газовых пузырьков кислорода и водорода. Кроме того, часто используют электроды из алюминия или железа. Соединения этих металлов выделяются в сточную воду и представляют собой коагулянты, приводящие к объединению взвешенных загрязнителей в хлопья. Хлопьевидные частицы контактируют с воздушными пузырьками и поднимаются на поверхность стоков.

Реагенты, применяемые во флотационной очистке

В процессе очистки методом флотации могут применяться реагенты, действие которых различается по двум основным направлениям: повышение гидрофобности и стабилизация пены.

Так как многие загрязнители могут содержать как гидрофобную, так и гидрофильную группу, то их способность к смачиванию снижена, поэтому флотация затруднена. В этом случае прибегают к добавлению в сточные воды реагентов, которые называют собирателями. Они также содержат гидрофильную (полярную) и гидрофобную (неполярную) группы. Взаимодействие между собирателем и загрязнителем происходит на уровне полярных концов. Гидрофобная группа реагента остается свободной.

В качестве собирателей в очистке сточных вод применяют поверхностно-активные вещества: нефтепродукты, масла, меркаптан, аммонийные соли и т.п.

Другой группой флотационных реагентов являются пенообразователи. Они защищают пузырек от разрушения, таким образом повышая эффективность удаления загрязняющей частицы. К стабилизаторам пены относятся масло сосны, крезол, фенолы и др.

Химические добавки

Реагенты для флотационного очищения жидкости значительно повышают эффективность работы оборудования.

Флотореагенты классифицируются на три основных группы:

Коллекторы – предназначены для удаления водной пленки с поверхности взвешенных частиц. Этим обеспечивается возможность соединения взвесей с пузырьками газа.
Пенообразователи – образуют плотную оболочку газовых капсул. Они же регулируют размер пузырьков, препятствуя их увеличению.
Модификаторы или регуляторы – влияют на количество молекул, которые прилипают к молекулярным взвесям. Кроме того, от них зависит степень закрепления связи.

Подбор реагентов осуществляется в зависимости от вида оборудования и состава очищаемой жидкости.