Nuotekų valymo problema buvo aktuali daugelį dešimtmečių. Sunkumas kyla dėl metodų ir įrangos pasenimo, taip pat naujų cheminių medžiagų atsiradimo buitinėje chemijoje ir gamyboje, reikalaujančių visiškai naujų požiūrių į jų pašalinimą iš nuotekų. Vienas iš universalių nuotekų valymo būdų yra flotacija. Atsižvelgiant į teršalo savybes, reikia tik pakeisti reagentus ir pakoreguoti proceso sąlygas.
Nuotekų valymas
Šis metodas buvo sėkmingai naudojamas valant nuotekas, kuriose yra skaidulų, naftos produktų, aliejaus ir riebalų bei kitų blogai vandenyje tirpių medžiagų. Nuotekos pirmiausia perpilamos į suspensiją ir emulsiją naudojant specialias medžiagas.
Flotacijos procesas priklauso nuo dujų burbuliukų gebėjimo prisitvirtinti prie dalelių ir padėti joms plūduriuoti į skysčio paviršių.
Bendrieji metodo principai
Paprasčiausias plūduriavimo veiksmas yra prisirišimasnetirpias daleles (pavyzdžiui, mineralą, aliejų ar bet kurią kitą) į oro burbuliukus. Valymo sėkmė priklauso nuo ryšio tarp dalelės ir burbuliukų susidarymo greičio, nuo šio ryšio stiprumo ir nuo šio komplekso egzistavimo trukmės. O tai, savo ruožtu, lemia dalelių prigimtis, polinkis drėkinti vandeniu ir jų sąveikos su reagentais ypatybės. Taigi, flotacija yra procesas, kuris priklauso nuo daugelio veiksnių.
Elementarus veiksmas gali būti atliktas vienu iš šių mechanizmų:
- suspenduotose dalelėse iš karto susidaro burbuliukai;
- Suspensijos dalelės prisitvirtina prie dujų burbulo, kai su juo susiduria;
- dalelės paviršiuje susidaro mažas burbulas, kuris susidūrus susijungia su kitu ir padidėja tūris.
Flotacijos proceso metu susidarantis kompleksas praktiškai nejudrioje terpėje gali plūduriuoti tik tada, kai dujų burbulo keliamoji jėga yra didesnė už dalelės svorį. Dėl to išvalyto vandens paviršiuje susidarys putų sluoksnis.
Be to, burbuliukų ir dalelių paviršiaus plotai sąlyčio taške turi būti tam tikru santykiu. Sukibimo jėgos didėja proporcingai dalelių dydžiui kvadratu, nes jų jungties perimetrą riboja didžiausio jų paviršiaus dydis. O atskyrimo jėga tiesiogiai priklauso nuo teršiančios dalelės masės (t.y. jos linijinių matmenų kube). Taigi, pasiekus tam tikrą dalelių dydį, atsiskyrimo jėgos viršija prilipimo jėgas. Taigi užSėkmingas nuotekų valymas flotacijos būdu yra svarbus ne tik suspensijos santykio su burbuliukais pobūdžiu, bet ir jų dydžiu.
Būdai prisotinti vandenį burbuliukais
Yra daug metodų, užtikrinančių dujų burbuliukų atsiradimą nuotekose. Pagrindiniai flotacijos metodai yra šie:
- Suspaudimo (arba slėgio) metodas, pagrįstas oro tirpumo vandenyje didinimu didėjant slėgiui.
- Mechaninis metodas, pagrįstas intensyviu skysčio maišymu su oru.
- Nuotekos praleidžiamos per akytas medžiagas, dėl kurių jos išsisklaido.
- Elektrinis metodas, pagrįstas vandens elektrolize, kartu su dujų burbuliukų atsiradimu.
- Cheminis procesas, dėl kurio tam tikrų reagentų cheminės reakcijos su nuotekų komponentais metu susidaro burbuliukai.
- Vakuuminis metodas, kuriam būdingas slėgio mažinimas.
Slėgio flotacija
Jis yra efektyviausias mažos koncentracijos smulkių ir koloidinių suspensijų ekstrahavimui. Išgrynintas vanduo prisotinamas iki 7 MPa slėgio oru specialiame reaktoriuje – prisotintuve. Iš jo išleidus vandenį, slėgis smarkiai nukrenta iki normalaus (atmosferinio), o tai sukelia intensyvų oro burbuliukų susidarymo procesą.
Siekiant žymiai padidinti vandens valymo efektyvumą, flotacija derinama su koaguliacija ir flokuliacija. Abu šie požiūriaiprisidėti prie neištirpusių dalelių dydžio padidėjimo. Koaguliantai yra ir neorganiniai junginiai, dažniausiai geležies arba aliuminio druskos, ir kai kurios organinės medžiagos. Flokuliantai yra specialūs polimerai, kurių molekulės vandeninėje terpėje sudaro įkrautą tinklą, galintį pritraukti teršiančias daleles, todėl susidaro flokuliuojantys agregatai.
Įrengimai ir eigos diagramos
Įrenginius, kuriuose atliekama slėgio flotacija, galima statyti ne tik viduje, bet ir už jų ribų. Taigi pirmieji tinka mažiems kiekiams, jei vandens suvartojimas ne didesnis kaip 20 m3/h, o antrieji turi daug didesnį našumą. Dažnai organizuojamas kombinuotas konstrukcijų išdėstymas, kai dideli objektai, pavyzdžiui, prisotiklis ir flotacinis elementas, yra lauke, o siurbliai – patalpoje.
Įrengiant, kai oro temperatūra gali nukristi iki neigiamų verčių, būtina įrengti putplasčio šildymo sistemą. Klasikinį kompresinį flotacijos įrenginį sudaro ši įranga:
- Siurblys skysčiui tiekti.
- Kompresorius, skirtas tiekti orą (arba bet kokias dujas) į vandens valymo sistemą.
- Sotintuvas (kitas jo pavadinimas yra slėginis bakas), kuriame oras ištirpinamas nuotekose.
- Flotacijos kameros, jei procesas numato suspenduotų dalelių šiurkštumo stadiją.
- Reagento įtaisas, įskaitant dozavimo ir prietaisussumaišant reagentus su gryninamu skysčiu.
- Valymo proceso valdymo sistema.
Technologinės schemos, apimančios nuotekų valymą naudojant slėgio flotaciją, gali būti:
- Tuo pat metu, kai visas valomo skysčio tūris praeina per prisotintuvą.
- Recirkuliacija, kai tik 20–50 % nuskaidrinto skysčio praeina per prisotintuvą.
- Iš dalies tiesioginio srauto, kai apie 30–70 % neapdoroto vandens patenka į prisotintuvą, o likusi dalis tiekiama tiesiai į flotacijos kamerą.
Pasirinkus vieną iš šių schemų, atsižvelgiama į išvalytų nuotekų fizines ir chemines savybes, reikalavimus valymo laipsniui, vietos sąlygas ir ekonominius rodiklius.
Elektroflotacija
Šis metodas pradėtas naudoti XX amžiaus antroje pusėje. Tada buvo nustatyta, kad elektrolizės dujos daug veiksmingiau nei inertinės dujos ar oras padidina flotacijos intensyvumą. Tai leidžia išskirti vandenyje netirpius naftos produktus, tepalines alyvas, sunkiai tirpius sunkiųjų ir spalvotųjų metalų junginius, kurie nuotekose sudaro stabilias emulsijas. Tačiau, be elektrolizės dujų, kai kurių priemaišų pašalinimą veikia dirbtinai sukurtas elektrinis laukas, kuriame įkrautos dalelės juda priešingai įkrautų elektrodų link.
Reikšmingi elektroflotacijos trūkumai yra mažas našumas, didelė elektrodų kaina, susidėvėjimas ir užterštumas bei sprogimo pavojus.
Putų frakcionavimo metodas
Jis susiveda į ištirpusių paviršinio aktyvumo medžiagų (paviršinio aktyvumo medžiagų) adsorbciją ant dujų burbuliukų, kylančių per tirpalą. Tokiu atveju intensyviai susidaro putos, praturtintos adsorbuota medžiaga.
Svarbi šio tipo flotacijos taikymo sritis yra vandens valymas iš skalbyklose naudojamų ploviklių. Taip pat tinka atskirti aktyvųjį dumblą nuo biocheminio apdorojimo.
Rūdos padažas
Flotacijos procesas sėkmingai naudojamas visų rūšių rūdų pirminiam apdirbimui, todėl galima atskirti vertingą frakciją, kurioje yra daug metalo ar jo junginių. Jis pagrįstas atskirtų mineralų paviršiaus savybių skirtumais.
Rūdos flotacija yra trijų fazių procesas:
- kieta fazė yra susmulkintas mineralas;
- skysta fazė yra minkštimas;
- dujų fazę sudaro oro burbuliukai, praeinantys per minkštimą.
Flotacija gali būti putojanti, plėvelė arba riebi, priklausomai nuo produkto formos, susidariusio ant skystosios fazės paviršiaus.
