Флотация с механическим диспергированием воздуха

При перемещении струи воздуха в воде создается интенсивное вихревое движение, под воздействием которого воздушная струя распадается на отдельные пузырьки. Различают импеллерную, безнапорную и пневматическую флотацию.

Импеллерная флотация (рис. 1.29). Энергичное перемешивание сточной воды во флотационных импеллерных установках создает в ней большое число мелких вихревых потоков, что позволяет получить пузырьки определенной величины. Основным элементом такой установки является импеллер – небольшая турбина насосного типа, представляющая собой диск с радиальными обращенными вверх лопатками. Сточная вода из приемного кармана 1 поступает к импеллеру 6, в который по трубке 4 засасывается воздух. Импеллер крутится на нижнем конце вала, заключенного в трубку через которую всасывается воздух по патрубку 4, т.к. при его вращении образуется зона пониженного давления им. Над импеллером расположен статор 3 в виде диска с отверстиями для внутренней циркуляции воды. Перемешанные импеллером вода и воздух выбрасываются через статор. Решетки 7, расположенные вокруг статора, способствуют более мелкому перемешиванию воздуха в воде.

Отстаивание пузырьков воздуха происходит над решеткой. Пена, содержащая флогируемые частицы, удаляется лопастым пеноснимателем. Обычно флотационная установка состоит из нескольких последовательно соединенных камер. Диаметр импеллеров 600-700 мм. Из первой камеры вода поступает во вторую такой же конструкции, где происходит дополнительная очистка сточной воды.

Степень диспергирования воздуха и эффективность очистки зависят от скорости вращения импеллера. Чем выше скорость импеллера, тем меньше пузырьки и тем выше эффективность процесса. Однако при высоких скоростях резко возрастает турбулентность потока и может происходить разрушение хлопьевидных частиц, что приведет, наоборот, к снижению эффективности процесса очистки. Диаметр импеллера должен быть не более 750 мм. Зона обслуживания импеллера не должна превышать размеров квадрата со стороной равной шести диаметрам импеллера. Высота флотационной камеры Н_ф принимается равной 1,5-3 м, продолжительность флотации 15-20 мин. Объем флотационной камеры находят по формуле

где – объем, м³; Q – расход сточных вод, м³/ч.

Пропускная способность флотатора

Удельный расход воздуха Q_{yд в} = 40-50 м³/ч на 1 м² площади поверхности.

Удельный расход воздуха Q_{yд в} = 40-50 м³/ч на 1 м² площади поверхности флотационной камеры. Количество подаваемого импеллером воздуха

Q_в= 0,000 278·Q_уд.в.·f, (1.2)

где f – площадь водного зеркала флотационной камеры, м².

Необходимое число флотационных камер определяется из соотношения

(1.3)

Применение импеллерных установок целесообразно при очистке сточных вод с высокой концентрацией нерастворенных загрязнений (более 2-3 г/л) и содержащих нефть, нефтепродукты и жиры.

Недостатком импеллерной флотации является относительно высокая обводненность пены. Особенно существенным этот недостаток становится в тех случаях, когда основной целью флотации является извлечение растворенных ПАВ, т.к. большой объем воды в пене заставляет создавать дополнительные установки для ее обработки, что увеличивает стоимость очистки в целом.

Импеллерные флотационные установки широко используют при обогащении полезных ископаемых, а также применяют для очистки сточных вод с высоким содержанием взвешенных частиц (при концентрации более 2 г/л).

Безнапорная флотация. Диспергирование воздуха в безнапорных установках происходит за счет вихревых потоков, создаваемых рабочим колесом центробежного насоса. Схема флотации аналогична напорной, но в ней отсутствует сатуратор, что является преимуществом безнапорной флотации. Образующиеся в камере безнапорной установки пузырьки имеют большую крупность, а следовательно, эффект флотации мелких частиц снижается. Безнапорные флотационные установки обычно применяют для очистки сточных вод от жира и шерсти.

Пневматическая флотация. Пневматические флотационные установки применяют при очистке сточных вод, содержащих растворенные примеси, которые агрессивны к механизмам (насосам, импеллерам и др.), имеющим движущиеся части. Измельчение пузырьков воздуха достигается путем впуска воздуха во флотационную камеру через сопла, которые расположены на воздухораспределительных трубках, укладываемых на дно флотационной камеры на расстоянии 0,25-0,3 м друг от друга.

Диаметр отверстий сопел составляет 1-1,2 мм, рабочее давление перед ними 0,3-0,5 МПа, глубина флотатора принимается 3-4 м. Скорость струи на выходе из сопла 100-200 м/с. Объем флотатора можно определить по формуле

где – продолжительность флотации, равная 15 – 20 мин; k_aэр = 0,2-0,3 – коэффициент аэрации; – расход сточной воды, м³/мин.

Требуемый расход воздуха зависит от интенсивности аэрации, которая лежит в пределах 15 – 20 м³/ч на м² площади проходного сечения флотатора.

Необходимое число сопел находят из выражения

n_c=Q_в / f_c·ξ,

где f_c – площадь отверстия одного сопла, м²; ξ – скорость выхода воздушной струи; Q_в – расход воздуха.