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.