Промышленные флотаторы для очистки сточных вод: типы, устройство, принцип работы

Виды физико-химических методов удаления нефтесодержащих продуктов

В основе методики лежат физико-химические свойства нефтесодержащих веществ переходить в состояния, удобные для их извлечения из стоков.

Наибольшее распространение получили:

  • флотация;
  • сорбция;
  • коагуляция.

Удаление при помощи флотационных пузырей

Флотация предполагает прилипание взвешенных коллоидных частичек нефтепродуктов к искусственно созданным воздушным пузырькам, с последующим их всплыванием и удалением с поверхности.

Способы создания флотационных пузырьков:

  1. Вакуумная флотация – при понижении давления в очистной камере в стоках образуются воздушные пузырьки, которые захватывают частицы отходов и выносят их на поверхность.
  2. Напорная флотация – включает две фазы. Первая – принудительное насыщение стоков воздухом. Вторая — фаза подъема и удаления с поверхности пузырьков и «прицепившихся» к ним шламовых масс.
  3. Создание флотационных пузырьков и их калибровка при помощи пористых материалов.
  4. Электрическая флотация – принципиальное отличие заключается в том, что насыщение стоков пузырьками происходит за счет работы электрофлотатора.

Важно. Уровень очистки от нефтепродуктов при флотации может достигать 98%. Способ считается быстрым, не дорогим и достаточно эффективным

Способ считается быстрым, не дорогим и достаточно эффективным.

Сорбционное удаление

Поглощение растворенных в стоках нефтесодержащих соединений посредством поверхности сорбента, помещенного в фильтр – называют сорбцией.

Данный метод является одним из наиболее эффективных способов удаления органических соединений, в том числе продуктов нефтепереработки.


Сорбционные фильтры

Работа сорбционных фильтров базируется на правилах адсорбции — удержания молекул загрязнителя на поверхности твердого вещества.

В качестве сорбента используются материалы с пористой поверхностью:

  • торф;
  • коксовый уголь;
  • различные виды силикатных глин;
  • активированный уголь.

Интересно.

Показатель удельной поверхности некоторых видов активированного угля достигает 1,5 тысячи кв. метров на 1 грамм.

Метод коагуляции

Данный процесс очистки связан с использованием химических реагентов – коагулянтов.

Принципиальная схема работы метода:

  1. Попадая в сточные воды, активные коагулянты воздействуют на мелкодисперсные примеси нефтепродуктов.
  2. Фаза образования флокул – слипания мелких частиц органических примесей в хлопьевидные крупные скопления.
  3. Процесс удаления крупных сгустков нефтепродуктов путем фильтрования или отстаивания.

В масштабах крупных очистных станций в качестве коагулянтов чаще используются различные соли железа и алюминия.

Механизм флотационной адсорбции

В водный раствор, подлежащий очистке, подают высокодиспергированный воздух. Мельчайший газовый пузырек сближается с гидрофобной поверхностью взвешенной частички. Разделяющая их тонкая граница постепенно уменьшается, теряет устойчивость и при достижении критического значения разрывается. Это есть элементарный акт пенной флотации сточных вод.

Время соприкосновения ничтожно мало (0,001 — 0,002 с). Вероятность слипания определяет кинетика формирования краевого угла смачивания. Масса флотируемых частиц должна быть меньше силы их притяжения к воздушным пузырькам и силы, выталкивающей агломерат на поверхность. Подходящий размер удаляемых частичек варьируется в пределах 10-3 — 10-1 см. Мелкодисперсные примеси (диаметром меньше 4 — 9 мкм) плохо поддаются флотации и уменьшают степень извлечения более крупных примесей.

Для интенсификации флотационного процесса повышают гидрофобность поверхности частиц вводом специальных реагентов. Избирательно адсорбируясь на частичках примесей, они уменьшают их смачивание. В результате процесс прилипания к газовым пузырькам идет быстрее и качественнее.

Виды флотации при очистке воды

Способов добавления в очищаемый раствор воздуха множество, среди которых по размерам получаемых газовых пузырьков можно выделить следующие методы.

  1. Флотация с образованием воздушных пузырьков из раствора происходит в вакуумных, эрлифтных, напорных системах. Это пневматические методы насыщения раствора воздухом, где его диспергирование осуществляется за счет изменения давления. При напорной флотации сточных вод в промывную воду сначала нагнетают под давлением воздух. Когда давление вновь возвращается к атмосферному, внутри водной массы образуется множество пузырьков. В случае вакуумного метода насыщение воздухом проходит в аэрационной емкости. При попадании в камеру флотации с критически низкой величиной давления, в растворе происходит бурное газообразование. Эрлифтные установки флотации сточных вод работают за счет перепада высот, на которых расположены емкости.
  2. Механическое измельчение воздуха в импеллерных, пневматических, безнапорных системах. Сущность механических способов насыщения заключается в перемешивании водного раствора с применением турбины, центробежного насоса. Образующиеся водные завихрения насыщаются воздухом. Изменять размер газовых пузырьков можно скоростью работы турбины. При безнапорной схеме флотации сточных вод пузырьки образуются более крупные, которые неэффективны для извлечения мелкодисперсных взвесей. Пневматический метод флотации сточных вод применяется, когда очищаемые воды агрессивно воздействуют на материал турбины или рабочую часть насоса. Воздух подают через специальные трубки, размещенные на дне флотационной емкости.
  3. Барботажная флотация с использованием пористых материалов предполагает пропускание воздуха перед попаданием в рабочий раствор через материал с мелкими отверстиями. Чем меньше поры, тем более диспергированный газ попадает в воду. Плюсы такой флотации по очистки воды — в простоте конструкционного исполнения, отсутствии сложных механизмов, минимальных энергозатратах. Недостатки — загрязнение пор, сложности в выборе мелкопористых материалов, которые обеспечат образование мельчайших и одинаковых по диаметру пузырьков.

В установках электрофлотации очищаемый водный раствор пропускают в поле между электродами, на поверхности которых выделяются газовые пузырьки водорода и кислорода. Электроды могут быть растворимыми и нерастворимыми. При использовании растворимых электродов электрофлотационный процесс сопровождается электрокоагуляцией, которая повышает эффективность флотации.

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.

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.

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.

Дополнительные виды

Помимо традиционной схемы проведения очистки посредством коагуляции, в которой к сточным водам добавляют коагулирующие реагенты, существуют другие модификации метода.

Электрокоагуляция

Вещество, инициирующее слипание примесных частиц, может быть получено электролизом, Метод, основанный на пропускании тока через загрязненные воды, называется электрокоагуляцией.

Главное требование к технологии заключается в том, что используемый анод должен быть сделан из алюминия или железа. В этом случае при электролизе в раствор переходят катионы металлов, которые с водой образуют гидроксиды, способные вызвать агрегирование.

В первую очередь электрокоагуляция применяется для очистки вод, загрязненных:

  • масляными,
  • жировыми,
  • нефтяными,
  • хроматными,
  • фосфатными примесями.

Достоинства электролитической технологии очистки заключаются в том, что установка имеет компактный вид, в приготовлении рабочих растворов нет необходимости. Ограничения в применении данного методы вызваны большими затратами электроэнергии и металлических электродов, которые быстро расходуются.

Флокуляция

В некоторых ситуациях процесс слипания частиц грязи идет недостаточно эффективно и быстро, что приводит к необходимости прибегать к флокуляции.

Увеличивают размеры слипающихся частиц,упрощают их последующее отделение флокулянты — вещества, которые хорошо растворяются в воде, перераспределяя при этом заряды на поверхности дисперсных крупиц.

В качестве флокулирующих добавок применяют:

  • крахмалы белковые гидролизаты из дрожжей;
  • порошки из водорослей; мезгу картофеля;
  • жмых или вещества синтетической природы; например полиакриламиды;
  • активные формы кремниевой кислоты.

Флокулянты сокращают потребность в коагулянтах, ускоряют процесс слипания. Они могут применяться параллельно с веществами коагулирующего действия или самостоятельно в концентрации, достигающей 1 % при объеме порции 2 мг/л.

В случае, если функцию флокулянтов выполняют побочные продукты каких-либо производств, экономическая эффективность процесса несоизмеримо увеличивается.

Флотаторы

Флотаторы предназначены для физико-химического разделения стоков методом флотации мелкими пузырьками воздуха которые прикрепляются к тонкодисперстной ТФ и выносят ее на поверхность образуя пену (флотошлам) на твердую (флотошлам) и жидкую фракции, с содержанием в очищаемых стоках твердой фракции 0.01-2.0%, взвешенных веществ крупностью 0,001мм-2.0мм с производительностью 5-50м3/ч и очень высокой влажностью флотошлама 94-96%.

Безреагентные флотаторы удаляют только диспергированые в-ва твердые (взвешенные) и жидкие (жиры и нефтепродукты).

Реагентные флотаторы удаляют диспергированые в-ва, емульгированые, коллоидные и расстворимые которые в три ступени связываются реагентами

1-я ступень рН коррекция ввод реагентов которые создают необходимый для последующих реакций диапазон рН, щелочи и кислоты;

2-я ступень коагуляция, связывание извлекаемых веществ в мелкие хлопья 0.1-5мм, коагулянтами — солями трехвалентных металлов, в процессе их гидролиза,

3-я ступень флокуляция, связывание (укрупнение) скоагулированых хлопьев в крупные флоккулы 2-10мм, полимерными веществами флокулянтами. Полное расслоение твердой и жидкой фракции.

Область применения – стоки мясокомбинаты, комплексы по забою птицы, масло-сыр заводы, спирт, сах, пив заводы, доочистка субстратов БГС

Производства ООО «Экоэнерго-строй».

Конструкция и принцип работы флотатора

Рис. 1.1. Устройство флотатора.

Стоки в установку подаются через нижнюю распределительную систему во флотореактор 2 (рис. 1.1), куда также подается воздушная смесь сквозь систему сопел, которая готовится в установке приготовления и дозировки водовоздушной смеси 6. Водовоздушная смесь (перенасыщенный раствор воздуха в воде) при выпусканнии во флотореактор 2 выделяет тонкодисперстные пузырьки воздуха, которые при всплывании захватывают мелкие частички внешних веществ, которые прилипли к ним, образовывая на поверхности флотатора пенный слой (флотошлам). Флотошлам удаляется шламосборным устройством 9 — скребковым механизмом с приводом от мотора редуктора 6 в бункер флотошлама 8 , откуда он отводится шнековым насосом в контейнер флотошлама, который вывозится на утилизацию.

Осветленная вода сквозь систему регулировки уровня (рис.4.4.) отводится в бункер осветленной воды и далее самотечным трубопроводом попадает на смесители контактных фильтров . Переливание осуществляется через переливную систему, расположенную в бункере осветленной воды – приемный желоб 2 и самотечный трубопровод 3 в резервуар.

Установка приготовления и дозировки водовоздушной смеси (рис.1.2.) состоит из сатуратора 1, компрессора на 8-10 атм, который обеспечивает воздухом сатуратор, насоса подачи осветленных стоков 2 с КФ на сатуратор( Н=60м), редукционного клапана выпуска водовоздушной смеси , систему сопел 3 во флотатор.

Рис. 1.2. Принципиальная схема установка подачи и дозирования водовоздушной смеси.

1. Cистема сопел

2. Манометр

3. Гребенка

4. Шар. кран подачи ВВС на сопло

5. Сатуратор, растворения воздуха в воде под давлением

6. Отвод опорожнения и контроля ВВС

7. Отводы уровня ВВС

8. Смеситель (водовоздушный эжектор)

9. Шар. кран подачи воды на смеситель

10. Клапан обратный

11. Высоконапорный насос подачи осветленных стоков на сатуратор.

12. Ротаметр

13. Шар. кран подачи воздуха на смеситель

14. Клапан обратный

15. Компрессор, подачи воздуха на сатуратор.

16. Гибкий шланг

ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ФЛОТАТОРА

Наименование показателей Ед. изм. Количество
Производительность флотатора по стокам м3/ч 5-50
Производительность флотатора постокам вместе с ВВС м3/ч 7-70
Расход ВВС м3/ч 3-20
Давление в сатураторе кг/см2 5,5-6,5
Давление воздуха в сети кг/см2 6,5-7,0
Объем флотатора м3 4-30
Обороты редуктора шламосьемного механизма об/мин 8-12
Мощность насоса ВВС кВт 0,5-3,5
Мощность компрессора ВВС кВт 1,0-3,5
Мощность мотор-редуктора шнекового транспортера флотошлама ШТ01 кВт 0,1-0,5
Тонкослойный отстойный модуль ТО +/- в зависимости от стоков

Флотатор, УПДР, сепаратор                                                     Флотатор

Принцип деятельности

Основные принципы работы аэротенка отличаются от септика и выглядят следующим образом:

  1. Загрязнённые сточные воды поступают в центральную часть конструкции. Это первичный отстойник, который очень напоминает отстойник, используемый в двухкамерном септике.
  2. После частичного очищения сточных вод они перекачиваются эрлифтом в аэротенк. Здесь они перемешиваются с активным илом, который уже присутствует в этой камере. Активный ил – это особое вещество, состоящее из остатков растений, колоний бактерий, которые участвуют в переработке органических составляющих стоков. Как правило, в активном иле обитают аэробные микроорганизмы, которые в процессе жизни нуждаются в кислороде. Доступ кислорода обеспечивается благодаря принудительной аэрации.
  1. После пребывания в аэротенке стоки попадают во вторичный отстойник. При этом микроорганизмы и активный ил, осевшие на дно возвращаются в аэротенк. Время пребывания ила во вторичном отстойнике ограничено, поскольку для обратного перекачивания используется специальный насос.
  2. Во вторичном отстойнике вода находится достаточное время для того, чтобы пройти завершающую стадию очищения.

Поскольку в процессе жизнедеятельности бактерий они постоянно размножаются, их количество за некоторое время не сокращается, а только увеличивается. Это способствует тому, что эффективность очистки в ходе эксплуатации аэротенка только увеличивается.

Сооружения биологической очистки могут быть выполнены в виде одной ёмкости, которая разделена внутри на отдельные отсеки, или в виде многокамерной конструкции из отдельных блоков. Обычно при использовании многокамерной конструкции оборудуют вторичные отстойники для сбора ила с последующим выводом очищенной воды в дренажные канавы или в накопительные резервуары, откуда жидкость будет использоваться для полива огорода. При этом объём воды, попадающей во вторичный отстойник, не должен быть больше 8-10 литров в секунду.

Аэротенки, которые состоят из трёх сооружений в виде первичного отстойника, аэротенка и вторичного отстойника, обеспечивают более качественную очистку воды. Однако такие конструкции нуждаются в сложном уходе.

Для работы аэротенка нужны следующие ресурсы:

  • Электричество с напряжением 220 В. В зависимости от модификации может потребляться от 80 Вт. Для эффективной работы сооружения не должно быть перебоев в подаче электроэнергии.
  • Аэробные микроорганизмы.

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:

  1. В центрифугах сточные воды перемешиваются до однообразного состояния. Одновременно проводят наполнение массы газами. Образующиеся капсулы притягивают и выводят на поверхность загрязняющие частицы.
  2. Тщательное взбивание стоков в резервуаре, оборудованном лопастями, прикрепленных к колесам.
  3. 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:

  1. типа флотатора;
  2. его производительности;
  3. 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.

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. Завод «ТехВодХоз» — 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.