3.2. Флотація

Флотація грунтується на різній змочуваності мінералів водою. Суть процесу полягає у специфічній взаємодії завислих речовин з бульбашками тонкодис-пергованого у воді повітря з подальшим утворенням на поверхні води шару піни з речовинами, які вилучають. Тонкодисперсні часточки розміром менш як 5—10 мкм флотуються дуже важко і по­гіршують вилучення великих часточок. Для того щоб поліпшити флотувальність дрібних часточок, їх потрібно попередньо укрупнити, наприклад коагуляцією або флокуляцією. У разі флотаційного очищення поверхневий натяг оброблюваної води не повинен перевищувати 60—65 мн/м, а розмір бульбашок повітря — 15-30 мкм.

 Флотацією можна очищувати воду від твердих завислих часточок, нафто­продуктів, масел та інших емульгованих рідких речовин, а також від окремих йонів розчинених речовин. В останньому випадку реагенти, що їх добавляють, повинні утворювати поверхнево-активні комплекси або тверді осади з йонами, які вилучають. Перспективним є застосування флотації для дезактивації ра­діоактивних вод введенням у них твердих носіїв — фериціаніду купруму, гідроксидів алюмінію і феруму (III).

Змочуваність мінералів визначається величиною крайового кута змо­чування (рис. 3.5), утворюваного вздовж лінійної межі поділу тверде тіло — рідина — повітря. Рідина утворює з незмочуваною часточкою тупий крайовий кут б, а із змочуваною 2—гострий. Сили поверхневого натягу прагнуть вирівняти рівень рідини, в результаті чого незмочувана (гідрофобна) часточка спливає, а змочувана (гідрофільна) занурюється в рідину. Дрібні гідрофобні часточки спливають незалежно від їх щільності. Змочуваність часточок характеризується роботою адгезії Ар - г на поверхні вода — мінерал.

 

Рис. 3.5. Змочування часточок.

Для прискорення фло­тації твердих часточок крізь водну суспензію пропуска­ють дрібні бульбашки по­вітря. Підіймаючись угору, ці бульбашки захоплюють із собою гідрофобні тверді часточки. Чим більші гід­рофобність часточок і кра­йовий кут змочування, тим більший периметр при­липання бульбашки повітря до часточки і вірогідність її спливання:

 

У результаті підіймання бульбашок на поверхню води утворюється шар піни, наповнений твердими часточками. Для створення сприятливих умов флотації в очищувану водну суспензію вводять різні реагенти. Введення останніх

Сприяє додатковому забрудненню води, що слід віднести до негативних наслідків методу флотації.

Для збільшення стійкості повітряних бульбашок і утворення стабільної піни на поверхні очищуваної води в суспензію додають піноутворювачі — по­верхнево-активні речовини, які знижують поверхневий натяг води і утворюють адсорбційні плівки на поверхні бульбашок. Як піноутворювачі застосовують деякі фракціії кам'яновугільної смоли, соснову олію, деревний дьоготь тощо.

Для підвищення гідрофільності твердих часточок вводять колектори (зби­рачі) — речовини, що вибірково сорбуються на поверхні твердих часточок до­мішок, які видаляють, утворюючи гідрофобну плівку і знижуючи змочуваність часточок. При цьому гідрофобні часточки прилипають до поверхні бульбашок повітря і спливають. Застосування колекторів дає змогу забезпечити різну змочуваність твердих часточок і таким чином здійснити їх селективне виділення, тобто послідовно виділити спливаючі фракції часточок різного мінералогічного складу. V разі селективного виділення домішок, якщо виникне потреба збіль­шити гідрофільність інших мінеральних завислих часточок, до очищуваної візди добавляють речовини, які пригнічують можливість спливання (пригнічувачі).

Як колектори застосовують олеїнову кислоту, нафтенові кислоти, ксанто - генати та інші органічні речовини, молекули яких мають невелику полярну та велику неполярну частини. Полярною частиною вони закріплюються на поверхні твердої часточки, а неполярні групи спрямовуються в бік води, утворюючи електроліти, які підвищують гідрофільність окремих твердих часточок: сульфіти, вапно, ціаніди тощо.

Здійснюючи повторну флотацію твердих часточок, що потонули під час першої, застосовують активатори — речовини, які руйнують дію пригнічувачів, наприклад сульфатну кислоту. Іноді до очищуваної суспензії добавляють регулятори (соду), що сприяють флотації.

Отже, однією з важливих особливостей флотаційного очищення води від завислих твердих речовин є можливість селективного виділення домішок, що сприяє комплексній переробці очищуваних стічних вод. У тих випадках, коли для збільшення розмірів завислих твердих часточок застосовують коагулянти і флокулянти, після флотаційного розділення гідрофобний осад гідроксидів алюмінію і феруму разом із сорбованими домішками займає значно менший об'єм, і вологість його нижча, ніж осаду, виділеного відстоюванням. Це значно полегшує його подальшу переробку.

Існує кілька методів насичення води бульбашками повітря: флотація з виділенням повітря з розчину—вакуумні, напірні та ерліфтні установки; флотація з механічним диспергуванням повітря — імпелерні, безнапірні і пневматичні установки; флотація з подаванням повітря крізь пористі матеріали, електро-флотація. В імпелерних флотаторах повітря диспергується турбіною насосного типу; в напірних — повітря розчиняється у воді під тиском з наступним його виділенням у вигляді дрібних бульбашок при зниженні тиску до атмосферного. У флотоустановках з пористими диспергаторами повітря диспергується за допомогою пористих або перфорованих пластин чи труб.

Установки напірної флотації складаються з обладнання для реагентної коагуляції (флокуляції) забруднень, сатуратора — резервуара для насичення води повітрям під тиском відкритого флотатора. Флотаційне очищення води зазвичай здійснюють за двома схемами: прямотечійного і рециркуляційною. В першому випадку насиченню повітрям у сатураторі піддають усю забруднену воду, яка потім надходить у флотатор. У другому випадку можливі два варіанти:

1) повітрям насичують у сатураторі лише частину забрудненої води, а другу час­тину подають безпосередньо у флотатор; 2) насиченню повітрям у сатураторі піддають частину (від 10 до 50 %) очищуваної води, багаторазово викорис­товуючи її в режимі рециркуляції. Прямотечійну схему використовують для обробки невеликих об'ємів стічних вод, частіше застосовують схему з ре­циркуляцією.

2) у схемі з рециркуляцією стиснуте повітря і рециркульована вода надходять у сатуратор, що працює під тиском 0,4—0,6 мпа. Протягом 2—3 хв роз­чиняється 85—90 % повітря від рівноважного значення. Потім насичена повітрям вода подається через дроселювальний пристрій — сопло з голчастим -,клапаном у флотатор, куди одночасно надходить очищена вода, заздалегідь оброблена реагентами. При миттєвому падінні тиску на виході із сопла з води виділяються дрібні бульбашки повітря розміром 20—80 мкм. Піднімаючись крізь шар забрудненої води, вони прикріплюються до завислих часточок, утворюючи так звані аерофлокули, і спливають з великою швидкістю на поверхню.

Узагальнення.

Стічні води прояснюють від грубодисперсних завислих речовин у гідроциклонах, відстоюванням і фільтруванням, від тонко-дисперсних — відстоюванням, фільтруванням і флотацією. Таким чином вибір методу залежить насамперед від розміру домішок (їх дисперсності).

Робота гідроциклону базується на дії відцентрових сил.

Робота відстійників – на дії сили тяжіння.

Робота флотатора – на дії сил адгезії.

Ці методи не є рівноцінними та взаємозамінними, так як відрізняються областю застосування: найважчі часточки можна осаджувати у відстійниках, від менших – просвітлювати воду у гідроциклонах. Флотацію можна застосувати лише за умови, що часточки не змочуються водою і мають відносно невеликий розмір.

Метод флотації дозволяє проводити селективне просвітлення стічних вод.

Література для самоосвіти: 1, 3, 4, 5, 7, 10.