Problém čistenia odpadových vôd je aktuálny už mnoho desaťročí. Ťažkosti spočívajú v zastaranosti metód a zariadení, ako aj v objavovaní sa nových chemikálií v chemikáliách pre domácnosť a vo výrobe, ktoré si vyžadujú úplne nové prístupy k ich odstraňovaniu z odpadových vôd. Jednou z univerzálnych metód čistenia odpadových vôd je flotácia. V závislosti od charakteristík znečisťujúcej látky si vyžaduje iba výmenu činidiel a úpravu podmienok procesu.
Čistenie odpadových vôd
Táto metóda sa úspešne používa na čistenie odpadových vôd obsahujúcich vlákna, ropné produkty, oleje a tuky a iné látky, ktoré sú vo vode zle rozpustné. Odpadová voda sa najskôr prevedie do suspenzie a emulzie pomocou špeciálnych látok.
Flotačný proces sa spolieha na schopnosť plynových bublín priľnúť k časticiam, čo im pomáha plávať na povrchu kvapaliny.
Všeobecné princípy metódy
Najjednoduchším aktom flotácie je pripútanosťnerozpustné častice (napríklad minerálne, olejové alebo iné) na vzduchové bubliny. Úspešnosť čistenia závisí od rýchlosti, akou sa vytvára väzba medzi časticou a bublinami, od sily tejto väzby a od trvania existencie tohto komplexu. Čo je zase určené povahou častíc, tendenciou k zmáčaniu vodou a vlastnosťami ich interakcie s činidlami. Flotácia je teda proces, ktorý závisí od mnohých faktorov.
Elementárny úkon možno vykonať jedným z nasledujúcich mechanizmov:
- bubliny sa tvoria okamžite v suspendovaných časticiach;
- Suspenzné častice sa pri zrážke s plynovou bublinou prichytia;
- na povrchu častice sa vytvorí malá bublina, ktorá sa pri zrážke spojí s ďalšou a zväčší svoj objem.
Komplex, ktorý vzniká pri procese flotácie, v prakticky nepohyblivom médiu môže plávať len za podmienky, že zdvíhacia sila plynovej bubliny je väčšia ako hmotnosť častice. To povedie k vytvoreniu penovej vrstvy na povrchu upravenej vody.
Okrem toho povrchové plochy bublín a častíc v mieste kontaktu musia byť v určitom pomere. Adhézne sily rastú úmerne s veľkosťou štvorcových častíc, pretože obvod ich spojenia je obmedzený veľkosťou najväčšej z ich plôch. A separačná sila priamo závisí od hmotnosti znečisťujúcej častice (t. j. jej lineárnych rozmerov v kocke). Keď sa teda dosiahne určitá veľkosť častíc, oddeľovacie sily prevyšujú lepiace sily. Tak preÚspešné čistenie odpadovej vody flotáciou je dôležité nielen pre charakter vzťahu suspenzie s bublinami, ale aj pre ich veľkosť.
Spôsoby nasýtenia vody bublinkami
Existuje mnoho techník, ktoré zaisťujú výskyt plynových bublín v odpadovej vode. Hlavné metódy používané pri flotácii sú:
- Kompresná (alebo tlaková) metóda založená na zvyšovaní rozpustnosti vzduchu vo vode so zvyšujúcim sa tlakom.
- Mechanická metóda založená na intenzívnom miešaní kvapaliny so vzduchom.
- Prechádzanie odpadovej vody cez pórovité materiály, ktoré spôsobuje ich rozptýlenie.
- Elektrická metóda založená na elektrolýze vody, sprevádzaná objavením sa plynových bublín.
- Chemický proces, ktorý spôsobuje tvorbu bublín počas chemických reakcií určitých činidiel so zložkami odpadovej vody.
- Vákuová metóda charakterizovaná znížením tlaku.
Tlaková flotácia
Je najúčinnejší na extrakciu jemných a koloidných suspenzií nízkej koncentrácie. Vyčistená voda sa sýti vzduchom pod tlakom do 7 MPa v špeciálnom reaktore – saturátore. Po uvoľnení vody z neho tlak prudko klesá na normálny (atmosférický), čo vyvoláva intenzívny proces vzduchových bublín.
Pre výrazné zvýšenie účinnosti úpravy vody sa flotácia kombinuje s koaguláciou a flokuláciou. Oba tieto prístupyprispievajú k zvýšeniu veľkosti nerozpustených častíc. Koagulanty sú tak anorganické zlúčeniny, zvyčajne soli trojmocného železa alebo hliníka, ako aj niektoré organické látky. Flokulanty sú špeciálne polyméry, ktorých molekuly vo vodnom prostredí tvoria nabitú sieť schopnú priťahovať znečisťujúce častice, čo vedie k vzniku flokulentných agregátov.
Inštalácie a vývojové diagramy
Zariadenia, ktoré vykonávajú tlakovú flotáciu, môžu byť umiestnené nielen v interiéri, ale aj mimo nich. Takže prvé sú vhodné pre malé objemy, ak spotreba vody nie je väčšia ako 20 m3/h, zatiaľ čo druhé majú oveľa väčšiu kapacitu. Kombinované umiestnenie štruktúr je často usporiadané, keď sú veľké predmety, napríklad saturátor a flotačná bunka vonku, a čerpadlá sú vo vnútri.
V prípade inštalácií v podmienkach možného poklesu teploty vzduchu do mínusových hodnôt je potrebné zabezpečiť penový vykurovací systém. Klasické kompresné flotačné zariadenie pozostáva z nasledujúcich zariadení:
- Pumpa na prívod kvapaliny.
- Kompresor na privádzanie vzduchu (alebo akéhokoľvek plynu) do systému úpravy vody.
- Saturátor (iný názov je tlaková nádoba), v ktorej je vzduch rozpustený v odpadovej vode.
- Flotačné komory, ak proces umožňuje štádium zhrubnutia suspendovaných častíc.
- Reagenčné zariadenie vrátane zariadení na dávkovanie amiešanie činidiel s kvapalinou, ktorá sa má čistiť.
- Systém kontroly čistiaceho procesu.
Technologické schémy zahŕňajúce čistenie odpadových vôd tlakovou flotáciou môžu byť:
- Súprúdový, keď celý objem kvapaliny, ktorá sa má čistiť, prechádza cez saturátor.
- Recirkulačné, keď iba 20 - 50 % vyčírenej kvapaliny prechádza cez saturátor.
- Čiastočne priamy tok, keď asi 30 -70 % surovej vody vstupuje do saturátora a zvyšok sa privádza priamo do flotačnej komory.
Pri výbere jednej z týchto schém sa berú do úvahy fyzikálne a chemické vlastnosti vyčistenej odpadovej vody, požiadavky na stupeň čistenia, miestne podmienky a ekonomické ukazovatele.
Elektroflotácia
Táto metóda sa začala používať v druhej polovici 20. storočia. Potom sa zistilo, že elektrolýzne plyny sú pri zvyšovaní intenzity flotácie oveľa účinnejšie ako inertné plyny alebo vzduch. To umožňuje izolovať vo vode nerozpustné ropné produkty, mazacie oleje, zle rozpustné zlúčeniny ťažkých a neželezných kovov, ktoré tvoria v odpadových vodách stabilné emulzie. Okrem elektrolýznych plynov však na odstraňovanie niektorých nečistôt vplýva aj umelo vytvorené elektrické pole, v ktorom sa nabité častice pohybujú smerom k opačne nabitým elektródam.
Významnými nevýhodami elektroflotácie sú nízka produktivita, vysoké náklady na elektródy, opotrebovanie a kontaminácia a nebezpečenstvo výbuchu.
Metóda frakcionácie peny
Súvisí to s adsorpciou rozpustených povrchovo aktívnych látok (povrchovo aktívnych látok) na bublinkách plynu stúpajúcich cez roztok. V tomto prípade sa intenzívne tvorí pena obohatená o adsorbovanú látku.
Dôležitou oblasťou použitia tohto typu flotácie je čistenie vody z čistiacich prostriedkov používaných v práčovniach. Je vhodný aj na separáciu aktivovaného kalu z biochemickej úpravy.
Rudný dresing
Pri primárnom spracovaní všetkých druhov rúd sa úspešne používa flotačný proces, ktorý umožňuje separovať cennú frakciu s vysokým obsahom kovu alebo jeho zlúčenín. Je založená na rozdieloch vo vlastnostiach povrchu separovaných minerálov.
Flotácia rudy je trojfázový proces:
- tuhá fáza je drvený minerál;
- kvapalná fáza je dužina;
- plynová fáza je tvorená vzduchovými bublinami prechádzajúcimi cez buničinu.
Flotácia môže byť penová, tenká alebo olejová v závislosti od tvaru produktu vytvoreného na povrchu kvapalnej fázy.
