ОБРАБОТКА ВОДЫ ФЛОТАЦИЕЙ
Принцип действия и теоретические основы работы флотационныхустановок
Флотация — метод отделения диспергированных и коллоидных примесей от воды,основанный на способности частиц прилипать к воздушным (газовым) пузырькам ипереходить вместе с ними в пенный слой. Сущность этого процесса заключается вспецифическом действии молекулярных сил, вызывающих слипание частиц примесей спузырьками высокодиспергированного в воде газа (воздуха) и образованию наповерхности пенного слоя, содержащего извлеченные вещества. При сближении вводе газового пузырька с гидрофобной поверхностью частицы примеси разделяющийих тонкий слой становится неустойчивым и разрывается. Вследствиекратковременности контакта частицы и пузырька при их столкновении вероятностьслияния определяется кинетикой образования краевого угла смачивания.
Очевидно,что для успеха протекания процесса масса флотируемых частиц не должна превышатьсилы их прилипания к газовым пузырькам и их подъемной силы. Оптимальнаякрупность извлекаемых примесей находится в пределах 10-5-10-3 м, дисперсностьпузырьков газа— 15*10-6-30*10-6 м, а поверхностное напряжение воды не должнопревышать 0,06—0,065 н/м. С понижением поверхностного натяжения эффект очисткиводы флотацией повышается в отличие от отстаивания и фильтрования.
Интенсификацияпроцесса флотации достигается гидрофобизацией поверхности извлекаемых примесейреагентами, которые, избирательно сорбируясь на поверхности частиц, понижают ихсмачиваемость, что улучшает процесс слипания дисперсий и коллоидов с пузырькамигаза. В водоподготовке в качестве гидрофобизирующих реагентов применяют обычныекоагулянты и флокулянты. После флотационной обработки осадок отработанныхгидроксидов занимает значительно меньший объем и влажность его ниже, чемосадка, образующегося в отстойниках.
Известномного способов насыщения воды пузырьками газа (воздуха), среди которых поразмерам диспергирования газа следует указать следующие:флотация свыделением воздуха из воды — напорные, эрлифтные и вакуумные установки;флотация с механическим введением воздуха — безнапорные (пенные),импеллерные и пневматические аппараты;фротация с подачей воздуха черезпористые материалы; электрофлотация.
Впневматических установках насыщение воды воздухом осуществляютвоздухом, выделяющимся из нее в результате понижения давления, в механических —турбиной насосного типа. Пневматические установки могут быть напорными ивакуумными.
Обработкуводы флотацией рекомендуется применять при ее мутности до 150 мг/л и цветностидо 200 град. Это позволяет уменьшить объем водоочистных сооружений вследствиеускорения в 3… 5 раз, процесса выделения взвеси из воды, отказаться отмикрофильтров, улучшить санитарное состояние очистных сооружений.
В последниегоды в России и за рубежом для очистки поверхностных вод умеренной мутности сбольшим содержанием органических соединений или планктона применяютнапорнуюфлотацию, при которой выделение взвеси из воды производится с помощьюпузырьков газа, получаемых из перенасыщенного водовоздушного раствора. Принципэтого метода заключается в том, что 8… 10% исходной воды, в которой поддавлением 0,6… 0,8 МПа растворен воздух, распределяют в обрабатываемойводе, попадая в зону меньшего давления из насыщенной воздухом воды выделяютсямельчайшие его пузырьки, необходимые для флотации легкой взвеси. Способнапорной флотации позволяет путем регулирования давления легко изменятьколичество растворенного воздуха и размер пузырьков, вводимых в обрабатываемуюводу, в зависимости от состава взвеси в исходной воде. Флотация — это процесс,основанный на слиянии отдельных частиц примесей под действием молекулярных силс пузырьками тонкодиспергированного в воде воздуха, всплывании образующихся приэтом агрегатов и образовании на поверхности флотатора пены. Флотируемостьчастиц различной крупности зависит от размеров пузырьков воздуха, которыеопределяются поверхностным натяжением на границе вода — воздух. С понижениемповерхностного натяжения эффективность очистки воды флотацией повышается в отличиеот отстаивания и фильтрования. При предварительном коагулировании примесей водыэффект флотации повышается.
Принапорной флотации время пребывания воды в напорном контактном резервуарепринимают до 2 мин, объем вводимого воздуха 0,9…1,2%, от объема обрабатываемойводы. Объем флотатора рассчитывают на 20…60-е минутное пребывание воды,удельную нагрузку принимают 6…8 м3/(м2*ч). При пневматическом диспергированиипринимают до 7,0 м3/(м2*ч).
Видсодержащихся в воде загрязнений определяет характер флотационной обработки:одним воздухом или воздухом в сочетании с различными реагентами и прежде всегокоагулянтами. Использование коагулянтов позволяет значительно повыситьэффективность флотационной очистки и удалять загрязнения, находящиеся в воде ввиде стойких эмульсий и взвесей, а также в коллоидном состоянии. В практикеприменяют две схемы флотационной очистки, показанные на рис. 11.1. В первомслучае (рис. 11.1, а), для насыщения воздухомиспользуют исходнуюнеочищенную воду, а во втором (рис. 11.1,6) — воду, прошедшую очистку.В отечественной практике рекомендуется второй вариант.
/>
Рис. 11.1.Схемы напорной флотации при насыщении воздухом исходной(а) и очищенной(б) воды.
1,7 — подача исходной и отвод очищенной воды;2 — смеситель;3 —подача реагентов;4 — камера хлопьеобразования;5 — распределительноеустройство;6 —флотатор;8 — подачаводовоздушной смеси;9 — ввод воздуха;10 — бак для растворения воздуха в воде
Недостаткомпервой схемы является то, что при использовании для насыщения воздухомнеочищенной воды возможно засорение крупными примесями аппаратуры ираспределительной системы. Во втором случае возможность засорения аппаратурыуменьшается, но необходимо увеличивать объем флотационной камеры на величинурасхода воды, необходимого для приготовления водовоздушного раствора. Втораясхема, несмотря на некоторое удорожание, является более надежной.
Прифлотации в жидкости происходит ряд процессов: растворение и выделение воздуха,приклеивание воздушных пузырьков к частицам взвеси и всплывание их на поверхность с образованием пены. Условия протекания этихпроцессов оказывают существенное влияние на эффект обработки воды. Важноезначение имеют также условия и способы удаления пены. Поэтому интересно будетрассмотреть принцип действия и конструктивные особенности всех основныхэлементов схемы: узла подготовки водовоздушного раствора, устройств длявыделения воздуха из водовоздушного раствора, флотационной камеры и устройствдля сбора и отведения пены.
Закономерностирастворение воздуха в воде и аппаратура для подготовки водовоздушной смеси. Воздух представляет собой смесь газов. Растворимость газов в водеподчиняется закону Генри, из которого следует, что при постоянной температурерастворимость каждого из компонентов газовой смеси в данной жидкости прямопропорциональна его парциальному давлению над жидкостью и не зависит от общегодавления газовой смеси и общего содержания других компонентов. Количествовоздуха, которое может быть растворено в воде, зависит от давления,температуры, времени насыщения и способа их взаимодействия. Эта зависимостьвыражается уравнением
Q= pB [1—ехр(—kT)],(1)
гдеq — количество воздуха, растворенного в воде, мг/л; р — давлениенасыщения, Па;В — растворимость воздуха в воде, мг/л; k — константа скорости растворения, 1/мин; Т — время насыщения, мин.
Давлениеоказывает влияние не только на количество воздуха, которое может бытьрастворено в воде, но и на размер выделяющихся затем пузырьков. По даннымисследователей, это давление колеблется в широких пределах от 3*105 до 9* 105Па адекватно характеристике выделяемой взвеси.
Вхимической технологии для растворения газов в жидкостях широко используютемкостные аппараты, размеры которых зависят от продолжительности их контакта.Время контакта, в свою очередь, связано со значением константы скоростирастворения £. Так, при простом барботаже воды воздухом величина£=0,35 1/мин и время, необходимое для полного растворения, 7=8…10 мин.При введении воздуха с помощью эжектора £=0,8…1,0 1/мин и времясокращается до 7=3…4 мин. Существуют аппараты, в которых £=1,5… 1,81/мин.
В условияхочистки природных вод (работа под давлением, наличие труднорастворимой смесигазов, большая производительность и др.) наиболее целесообразно применениенасадочных абсорберов. Насадка подвешивается или опирается на решетку, вкоторой имеются отверстия для прохода газа и стока жидкости. Газ поступает вколонну снизу вверх противотоком по отношению к жидкости. Подаваемая на насадкужидкость равномерно распределяется по сечению аппарата с помощьюраспределительного устройства. Соприкосновение газа с жидкостью происходит восновном на смоченной поверхности насадки, по которой стекает орошающаяжидкость. В качестве насадки применяют листовые, хордовые из досок, кольцевыекерамические и кусковые материалы.
В напорныхабсорберах применяют высокие давления, поэтому подачу воздуха в нихосуществляют компрессорами. Следовательно, при подготовке водовоздушногораствора для флотационных установок очистки природных вод перспективнымявляется применение абсорберов с насадкой и подачей воздуха в нихкомпрессорами.
Условиявведения и распределения водовоздушного раствора в обрабатываемой воде. Растворенный воздух выделяется из воды при понижении давления,что и используется в установках напорной флотации. Минимальный размер пузырьковвоздуха, образующихся при понижении давления,
/>(2)
где Rmin — минимальный радиус пузырьков воздуха, см; аГж.— поверхностноенатяжение на границе раздела газ — жидкость, Н-м; р\—р2 — перепад давления, Па.
Из формулы(2) следует, что размер образующихся пузырьков тем меньше, чем меньшеповерхностное натяжение на границе воздух — вода и чем больше пересыщение водывоздухом или больше перепад давления при выпуске водовоздушного раствора вобрабатываемую воду. Поверхностное натяжение зависит от свойств очищаемой водыи наличия в ней поверхностно-активных веществ. Учитывая это, можно было быпредусмотреть введение дополнительных реагентов, уменьшающих поверхностноенатяжение, однако это крайне нежелательно. Более приемлемым является получениемелких пузырьков воздуха путем увеличения перепада давления, т. е. путемнасыщения воды воздухом под повышенным давлением и последующим его резкимпонижением до атмосферного.
ИсследованияВ.И. Классена, И.И. Демина показали, что возникновение пузырьков воздуха изперенасыщенного раствора происходит практически мгновенно. Для определенияобразующихся пузырьков можно воспользоваться формулой
/> (3)
где К —константа Генри. Па; С—Сi — величина пересыщения водовоздушногораствора; Н/м2; р —плотность газа в. пузырьках, Н/м3; Я —линейная скоростьроста пузырьков, см/с.
Формула (3)показывает, что увеличение степени пересыщения воды воздухом способствует нетолько уменьшению размеров пузырьков воздуха, но также и выделению большего ихколичества. Изучение кинетики выделения воздуха из водовоздушного растворапоказало, что при увеличении давления насыщения с 1,5-105 до 5,0-105 Паколичество выделяющегося воздуха увеличивается с 21 до 100%.
По Л.И. Шмидту, количество пузырькови их размеры зависят от скорости выхода водовоздушного раствора из отверстийраспределительного устройства. Им рекомендуется определять количествовыделяемых пузырьков воздуха в зависимости от скорости истечения по формуле
/> (4)
где икр —критическое значение скорости, м/с; и’ — среднеквадратичная величина компонентытурбулентной скорости пульсации, ы’= (0,15…0,20) и; v — кинематическая вязкость жидкости, м2/с;d-Q — размер отверстия, м;и — скорость истечения жидкости,м/с. Существует критическое значение скорости ыкр=7,0 м/с. При икрм/с пузырьки не образуются, а наибольшее количество пузырьков и ихнаименьшие размеры соответствуют скорости истечения 15…20 м/с и более. Этизначения скорости и принимают при конструировании установок.
Простейшимустройством для выделения пузырьков воздуха из водовоздушного раствора являетсяперфорированный трубопровод, который позволяет вводить водовоздушный растворвобрабатываемую воду достаточно равномерно при большой ширине флотационнойкамеры.
Теоретическиезакономерности флотационного процесса и эффективность извлечения примесей изжидкости. Контактирование пузырьков воздуха ичастиц примесей возможно двумя путями: при столкновении частиц с поверхностьюпузырьков и при их образовании на частицах при выделении растворенных газов.Для напорной флотации при очистке природных вод процесс взаимодействияпузырьков при их столкновении с частицами примесей является основным и поэтомупредставляет практический и теоретический интерес. Прикрепление пузырьков кчастице характеризуетсякраевым углом смачивания г, образуемымповерхностью частицы и касательной к поверхности пузырька, величина которогоопределяется размерами частицы и пузырька, а также поверхностным натяжениемна границе раздела трех фаз: твердого тела (частицы), жидкости и воздуха.Для системы, находящейся в равновесии, должны выполняться условия:
/>
где 0г.ш. —поверхностное натяжение на границе газа и жидкости, МН/м; От.ж. — поверхностноенатяжение на границе твердого тела и жидкости, МН/м; ат.г. — поверхностноенатяжение на границе твердого тела и газа, МН/м; е —краевой угол смачивания,град; F— сила, удерживающая пузырек на поверхности твердого тела, Н.
Величинасвободной энергии флотационной системы до прилипания
/>(7)
где Лгж,Атт — площадь поверхности раздела газа и жидкости, твердого тела и жидкости,м2;
Величинасвободной энергии системы после прилипания
/> (8)
Прилипаниетвердой частицы к пузырьку возможно, если
/>(9)
Или
флотациявоздух вода
/>.Учитывая формулу (5)
/>(10)
Приприлипании с учетом деформации пузырька
/>
гдеАгт’— поверхность границы раздела фаз, которая образуется после прилипанияпузырька, м2.
Приведенныеуравнения показывают, что убыль свободной энергии флотационной системы темвыше, чем больше краевой угол смачивания (чем более гидрофобна поверхность), т.е. вероятность прилипания частицы к пузырьку увеличивается.
Слияниечастиц и пузырьков газа при их столкновении определяется наличием условий,необходимых для нарушения барьерного действия гидратных слоев, находящихсямежду пузырьком и частицей, что требует затрат энергии. До соприкосновениягидратных оболочек, расположенных на поверхности частицы и пузырька, приприближении пузырька к твердой поверхности вода прослойки удаляетсяотносительно легко. При контакте гидратных оболочек сопротивление воды при ихудалении резко возрастает, а свободная энергия прослойки увеличивается. Придостижении определенной толщины прослойка становится термодинамическинеустойчивой и ее свободная энергия по мере утончения понижается. Дальнейшееслипание происходит самопроизвольно с большой скоростью. Пузырек скачкомприлипает к поверхности частицы, образуя с ней определенную площадь контакта.Под пузырьком сохраняется тонкий молекулярный слой воды, который устойчивосвязан с твердой поверхностью. Удаление воды с поверхности частицы приводит кзначительному возрастанию свободной энергии, что связан с затратой большогоколичества внешней энергии.
Придвижении жидкости через флотационную камеру возникают силы, стремящиесяоторвать твердые частицы от пузырьков воздуха: силы трения, силы тяжести, силыинерции. Для успешного протекания процесса флотации необходимо, чтобы твердыечастицы и пузырьки воздуха прочно прикреплялись друг к другу. Сила прилипаниядействует по периметру площади контакта и равна
/>(13)
гдеd— диаметр площади контакта, м;
Гидростатическаясила подъема пузырька в жидкости
/> (14)
где V—объем пузырька газа; м3;g— ускорение свободного падения, м/с2; р — плотность жидкости,кг/м3.
Давлениевнутри пузырька воздуха больше гидростатического давления в жидкости,окружающей пузырек, вследствие капиллярного давления. Разница давлений вжидкости и газе у основания пузырька равна (2-атж/^)—pgh, где h— высота пузырька, м. При этом пузырек воздуха имеет круглую форму,так как у основания пузырька давление возрастает на величину гидростатическогодавленияp-g-h. Перепад давлений внутри пузырька и вне его приводит к появлениюдобавочной силы отрыва:
/> (15)
/> (16)
/> (17)
Изуравнения (17) видно, что прочность прилипания частицы к пузырьку тем больше,чем более гидрофобна поверхность (или чем больше краевой угол смачивания е).Следовательно, для достижения высокого эффекта обработки воды перед флотациейнеобходимо проводить тщательную подготовку примесей (гидрофобизацию).
Длясоздания условий успешного проведения флотационной обработки воды проводят коагулированиеее примесей, что приводит к образованию хлопьев, которые в зависимости отисходного состава природной воды могут иметь различную крупность. Оптимальныйвариант, когда размеры хлопьев соизмеримы с размерами пузырьков воздуха,вводимых в- обрабатываемую воду и устойчиво в ней существующих.
Процесснапорной флотации природных вод следует рассматривать с момента начала движенияпузырьков воздуха после их выделения из водовоздушного раствора. Его первымэтапом является приближение и прикрепление пузырьков воздуха к хлопьямскоагулированных примесей. Для предотвращения разрушения хлопьев скоростьподхода vn пузырьков воздуха к ним должна быть неболее скорости движения обрабатываемой воды. Скоростью подхода можно считатьскорость подъема пузырьков после их образования. Для нахождения этой скоростиможно воспользоваться выражением
/> (18)
гдеg— ускорение свободногопадения, м/с2; г — радиус пузырька, м; рг, рж — плотность газа и воды, Н/м3; т]— вязкость воды, Па-с.
Практикапоказывает, что исходя из условий сохранения хлопьев скоагулированных примесейразмер пузырьков воздуха должен быть в пределах 20… 80 мкм.
Л.И.Шмидтом предложено уравнение для определения эффекта осветления воды флотацией.При выводе уравнения им были сделаны допущения: закрепление пузырьков воздухапроисходит только в результате столкновения с частицами примесей, пузырькиобразуются в объеме жидкости за очень короткий промежуток времени с постоянной повсему объему плотностью, во время подъема пузырьков частицы не перемешиваются.Число частиц в элементарном слое жидкости толщиной dh, находящихся на расстоянииhот дна камеры, в момент времениТ,равноA-k\(T\ h0)dh, гдеА — площадь камеры; (Т; h0) — количествонезакрепившихся на пузырьке частиц в 1 см3. Уменьшение частиц за время Т
/> (19)
где а — вероятность закрепления пузырьков на частице при подъеме его на1 см;N — количество пузырьков, образующихся в 1 см3 жидкости, шт;v— скорость подъема агрегатоввзвеси и пузырьков, м/с.
Интегрируяуравнение (19), получим
/>(20)
гдеko — количество частиц загрязнений в 1 см3исходной воды. Учитывая, чтоv* T=h,a, получим
/> (21)
Общее число частиц, оставшихся во флотационной камере, я»
/> (22)
гдеН0 — общая высота флотационной камеры, м.
Тогдастепень очистки воды может быть выражена как
/> (23)
Анализируяуравнение (23), можно заключить, что использование его для расчета флотационныхустановок затруднительно, так как оно не учитывает всего множества факторов,влияющих на процесс очистки воды. Кроме того, в уравнение входят такиевеличины, как количество выделившихся пузырьковN и вероятность ихзакрепления на частицеа, определение которых весьма сложно. Поэтому напрактике для расчета флотационных установок используют две величины: удельнуюнагрузку на 1 м2 площади и время пребывания воды во флотационной камере. Этивеличины определяют предварительными технологическими исследованиями. Наряду сэтим за расчетный параметр можно принимать величину скорости выделениязагрязнений из воды, определяемую экспериментально, например, по методике,предложенной Л.И. Шмидтом, согласно которой флотационное осветление водыпроводят в статических условиях во флотационной колонне из оргстекла. Колоннузаполняют исходной водой и вводят порцию мелких пузырьков воздуха. Через некотороевремя после начала флотационного процесса в нижней части колонны видна четкаяграница между осветленной и исходной водой, которая перемещается вверх.Скорость перемещения границы замеряется в нескольких сечениях по высоте колонныи определяется ее средняя величина, по которой производят расчет флотационнойкамеры. Для различных вод величина скорости подъема загрязнений варьируется впределах 2… 12 мм/с.
Флотациейможно извлекать из воды нефтепродукты, масла и другие эмульгированные жидкиевещества, радиоактивные соединения, ионы многих растворенных в воде веществ.
Конструкция флотаторов и их расчет
В составфлотационных установок входят флотационныекамеры, совмещенные с камерами хлопьеобразования, узлы подготовки ираспределения водовоздушного раствора, устройства Для удаления и отвода пены.Флотационные камеры-флотаторы могут быть разнообразных форм (круглые илипрямоугольные в плане) и конструкций с горизонтальным и радиальным направлениемдвижения воды.
Наиболеешироко используютфлотаторы с горизонтальным движением воды. Они могутиметь в плане квадратную и прямоугольную формы. Длина камеры назначается впределах 3…9 м, ширина до 6 м, отношение ширины к длине — в пределах 2/3…1/3. Глубина слоя воды во флотаторе должна быть 1,5 …2,5 м.Прямоугольныефлотаторы чаще всего бывают вытянуты в плане по ходу движения воды (рис.11.2), однако на некоторых установках для очистки природных и сточных водфлотаторы вытянуты в плане в направлении, перпендикулярном движению воды.Последний вид флотаторов имеет некоторые преимущества: короче путь движенияпотока воды, более просто удаление пены с поверхности воды. Но в этом случаевозникают трудности с равномерным распределением водовоздушного раствора вобъеме обрабатываемой воды. Чтобы добиться равномерности распределения,используют коллектор с большим количеством ответвлений, на которыхустанавливают регулировочные краны. Управление этими кранами производят спомощью штоков, выведенных над поверхностью воды в камере. Для улучшенияиспользования всего объема флотатора в некоторых случаях устанавливаютпродольные перегородки.
/>
Рис. 11.2. Флотатор с горизонтальным движением воды состыкованный скамерой хлопьеобразования зашламленного типа.
1, 10 — подача исходной и отвод осветленной воды;2, 3 — ввод реагентов;4 — камера хлопьеобразования;5 — распределительнаясистема; 6 — зона смешения; 7 — распределительная перегородка;8— флотационная камера;9 — желоб для сбора пены;11 — передача воды на фильтр; 12 — скорый фильтр;13 — подача промывной воды;14 — водосток;15 — сброс пены.
Во входнойчасти прямоугольной флотационной камеры устанавливают под углом 60… 70° кгоризонтали в сторону движения воды струенаправляющую перегородку. Днищефлотационной камеры устраивают с уклоном 0,01 к трубопроводу для опорожнения.
Скоростьввода обрабатываемой воды во флотатор не должна превышать скорости ее выхода изкамеры хлопьеобразования, поэтому скорость движения обрабатываемой воды над струенаправляющейперегородкой назначают 0,016 …0,02 м/с.
Равномерноераспределение водовоздушной смеси в объеме обрабатываемой воды и формированиемелких воздушных пузырьков достигаются устройством перфорированного трубопроводаи размещенного под ним на расстоянии 8… 10 см кожуха из материала, стойкого ккислородной коррозии. Распределительную трубу располагают на расстоянии 0,25…0,35 м от дна во входной части флотатора в отсеке, образованном торцовойстенкой аппарата и струенаправляющёй перегородкой. Скорость выходаводовоздушной смеси из отверстий распределителя принимают 20 …25 м/с, диаметротверстий 5… 8 мм. Отверстия следует располагать равномерно по нижнейобразующей трубы линейно.
Отводосветленной воды из флотатора должен производиться равномерно из нижней частикамеры с помощью подвесной стенки, направляющей поток к отводу воды изаппарата, либо с помощью отводящей системы из перфорированных труб. Скоростьдвижения воды под подвесной стенкой или в отверстиях водосборной системы принимают0,9… 1,2 м/с.
Времяфлотационного осветления воды дляфлотатора с радиальным движением воды,изображенного на рис. 11.3, составляет 10… 12 мин. Для насыщения водывоздухом используют 10% воды, прошедшей очистку. Расход воздуха составляет0,6… 0,75 % от расхода воды. Во флотаторах круглой формы узел сбора иудаления пены проще, однако системы для распределения водовоздушного раствора иобрабатываемой воды сложнее. При строительстве новых очистных сооруженийпредпочтение следует отдаватьфлотаторам с горизонтальным движением водыпрямоугольной формы в плане, совмещенным с камерами хлопьеобразования (рис.11.4), с целью предотвращения разрушения хлопьев, сформированных в процессекоагуляции взвеси в воде.
Образованиефлотационной пены на поверхности воды и способы ее удаления. Пена образуется на поверхности воды в результате всплыванияпузырьков воздуха, несущих на себе удаляемые из воды примеси. При флотацииприродных вод образующаяся пена должна быть достаточно прочной и не допускатьобратного попадания загрязнений в воду. Кроме того, пена должна обладатьопределенной подвижностью при перемещении ее к сбросным устройствам.Устойчивость и подвижность пены зависит от свойств и количества реагентов изагрязнений, вносимых в пенный слой. Стабилизации пены способствует наличие вводе хлопьев коагулянта, мелких частиц взвеси и поверхностно-активных веществ.
/>
Рис. 11.3. Флотатор с радиальным движением воды.
1,9 — подача исходной и отвод осветленной воды;2 — камерахлопьеобразования;3 — флотационная камера; 7 — скребковое устройстводля удаления пены;6 — лоток для сбора пены;4 — удаление пены;5 — кольцевая перегородка;8 — кольцевой водосборный лоток;10— вращающийся водораспределитель; 11 — отвод осадка
Прифлотационной обработке природных вод образуются пленочно-структурные пены,которые содержат большое количество воды, особенно в нижних слоях. Это связанос тем, что в пенном слое проходят процессы флокуляции пузырьков и загрязнений.При этом образуются крупные агрегаты, которые объединяются между собой, анаходящаяся между ними вода стекает вниз, уменьшая тем самым влажность пены. Сточки зрения возможности гидравлической транспортировки пены на дальнейшуюобработку влажность ее рекомендуется принимать не менее 94%.
/>
Рис. 11.4. Флотатор совмещенный с перегородчатой камеройхлопьеобразования.
1,3 — подача исходной и отвод обработанной воды;2 — камера хлопьеобразования;4 — сборный карман;5 — окна для отводаобработанной воды;6, 7 — лотки для сбора и отвода пены;8 — напорный резервуар;9 — подача водовоздушной смеси;10 — отражатель;11 — насос;12 — компрессор
Удалениепены из флотатора производят либократковременным подъемом уровня воды с отводом ее через подвесные лотки,расположенные равномерно по площади камеры, либо с помощью скребковыхмеханизмов, перемещающих пену к сборным лоткам. Потери воды при сбросе пеныподъемом уровня воды принимают 1… 1,5% от расхода обрабатываемой воды. Приудалении пены скребковыми механизмами скорость движения скребков впрямоугольных камерах принимают до €,02 м/с, в круглых — окружную скорость0,015… 0,02 м/с, при частоте вращения 6… 10 с-1. Днища лотков выполняют суклоном 0,025 в сторону отвода пены. Верхние кромки лотков располагают на однойобщей отметке на 10… 15 мм выше уровня воды во флотаторе.
Взарубежной практике наибольшее распространение получили скребки-транспортеры,которые применяют для удаления очень вязких пен. Во флотаторах, имеющих в планекруглую форму, применяют вращающиеся скребки (см. рис. 11.3). На установкахфлотационного осветления используют дажелопастные пеносъемники, которыеустанавливают у сливной кромки пеносборного желоба. Кроме того, применяютотдельные скребки, установленные горизонтально во флотационной камере наподвижных тележках. При перемещении тележки по ходу движения воды скребокудаляет пену, при обратном ходе тележки скребок поднимается над поверхностьюводы.
Вустановкахэлектрофлотации обрабатываемая вода движется в межэлектродномпространстве, при этом на поверхности электродов (нерастворимых илирастворимых) образуются пузырьки водорода или кислорода, которые флотируютпримеси воды. При применении растворимых электродов параллельно сэлектрофлотацией идет процесс электрокоагуляции, что повышает эффект очисткиводы.
ЛИТЕРАТУРА
1. Алексеев Л.С., Гладков В.А. Улучшение качества мягких вод. М., Стройиздат,1994 г.
2. Алферова Л.А., Нечаев А.П. Замкнутые системы водного хозяйствапромышленных предприятий, комплексов и районов. М., 1984.
3. Аюкаев Р.И., Мельцер В.3. Производство и применение фильтрующих материаловдля очистки воды. Л., 1985.
4. Вейцер Ю.М., Мииц Д.М. Высокомолекулярные флокулянты в процессах очистки воды. М., 1984.
5. Егоров А.И. Гидравлика напорных трубчатых систем в водопроводных очистныхсооружениях. М., 1984.
6. Журба М.Г. Очистки воды на зернистых фильтрах. Львов, 1980.