Problém čištění odpadních vod je aktuální již mnoho desetiletí. Potíž spočívá v zastaralosti metod a zařízení a také ve vzniku nových chemikálií v domácí chemii a ve výrobě, které vyžadují zcela nové přístupy k jejich odstraňování z odpadních vod. Jednou z univerzálních metod čištění odpadních vod je flotace. V závislosti na vlastnostech znečišťující látky vyžaduje pouze výměnu činidel a úpravu podmínek procesu.
Čištění odpadních vod
Tato metoda se úspěšně používá k čištění odpadních vod obsahujících vlákna, ropné produkty, oleje a tuky a další látky, které jsou ve vodě špatně rozpustné. Odpadní voda je nejprve převedena do suspenze a emulze pomocí speciálních látek.
Flotační proces se opírá o schopnost plynových bublin přichycovat se k částicím, což jim pomáhá plavat na povrchu kapaliny.
Obecné principy metody
Nejjednodušším úkonem flotace je připoutanostnerozpustné částice (například minerální, olejové nebo jiné) na vzduchové bubliny. Úspěch čištění závisí na rychlosti vytváření vazby mezi částicí a bublinkami, na síle této vazby a na době trvání existence tohoto komplexu. Což je zase určeno povahou částic, tendencí ke smáčení vodou a vlastnostmi jejich interakce s činidly. Flotace je tedy proces, který závisí na mnoha faktorech.
Elementární akt lze provést jedním z následujících mechanismů:
- bubliny se okamžitě tvoří v suspendovaných částicích;
- Suspenzní částice se při srážce s plynovou bublinou přichytí;
- na povrchu částice se vytvoří malá bublina, která se při srážce spojí s další a zvětší svůj objem.
Komplex, který vzniká při flotačním procesu, v prakticky nepohyblivém prostředí může plavat pouze za podmínky, že zdvihací síla plynové bubliny je větší než hmotnost částice. To povede k vytvoření pěnové vrstvy na povrchu upravované vody.
Kromě toho musí být povrchové plochy bublin a částic v místě kontaktu v určitém poměru. Adhezní síly rostou úměrně velikosti čtverce částic, protože obvod jejich spojení je omezen velikostí největší z jejich ploch. A separační síla přímo závisí na hmotnosti znečišťující částice (tj. jejích lineárních rozměrech v krychli). Když je tedy dosaženo určité velikosti částic, oddělovací síly převyšují lepicí síly. Tak proÚspěšné čištění odpadních vod flotací je důležité nejen pro povahu vztahu suspenze s bublinami, ale také pro jejich velikost.
Způsoby nasycení vody bublinkami
Existuje mnoho technik, které zajistí vznik plynových bublin v odpadní vodě. Hlavní metody používané při flotaci jsou:
- Kompresní (nebo tlaková) metoda založená na zvyšování rozpustnosti vzduchu ve vodě se zvyšujícím se tlakem.
- Mechanická metoda založená na intenzivním míchání kapaliny se vzduchem.
- Procházení odpadních vod porézními materiály, které způsobuje jejich rozptýlení.
- Elektrická metoda založená na elektrolýze vody, doprovázená výskytem plynových bublin.
- Chemický proces, který způsobuje tvorbu bublin během chemických reakcí určitých činidel se složkami odpadní vody.
- Vakuová metoda charakterizovaná snížením tlaku.
Tlaková flotace
Je nejúčinnější pro extrakci jemných a koloidních suspenzí o nízké koncentraci. Vyčištěná voda je sycena vzduchem pod tlakem do 7 MPa ve speciálním reaktoru - saturátoru. Po uvolnění vody z něj tlak prudce klesne na normální (atmosférický), což vyvolá intenzivní proces vzduchových bublin.
Za účelem výrazného zvýšení účinnosti úpravy vody se flotace kombinuje s koagulací a flokulací. Oba tyto přístupypřispívají ke zvětšení velikosti nerozpuštěných částic. Koagulanty jsou jak anorganické sloučeniny, obvykle soli trojmocného železa nebo hliníku, tak některé organické látky. Flokulanty jsou speciální polymery, jejichž molekuly ve vodném prostředí tvoří nabitou síť schopnou přitahovat znečišťující částice, což vede ke vzniku flokulentních agregátů.
Instalace a vývojové diagramy
Zařízení provádějící tlakovou flotaci lze umístit nejen uvnitř, ale i mimo ně. První jmenované jsou tedy vhodné pro malé objemy, pokud spotřeba vody není větší než 20 m3/h, zatímco druhé mají mnohem větší kapacitu. Kombinované umístění struktur je často uspořádáno, když jsou velké předměty, například saturátor a flotační buňka, venku a čerpadla jsou uvnitř.
V případě instalací v podmínkách možného poklesu teploty vzduchu do záporných hodnot je nutné zajistit systém vytápění pěnou. Klasické kompresní flotační zařízení se skládá z následujícího zařízení:
- Pumpa pro přívod kapaliny.
- Kompresor pro přívod vzduchu (nebo jakéhokoli plynu) do systému úpravy vody.
- Saturátor (jiný název je tlaková nádoba), ve kterém se vzduch rozpouští v odpadní vodě.
- Flotační komory, pokud proces umožňuje fázi zhrubnutí suspendovaných částic.
- Reagenční zařízení, včetně zařízení pro dávkování asmíchání činidel s kapalinou, která se má čistit.
- Systém řízení procesu čištění.
Technologická schémata zahrnující čištění odpadních vod tlakovou flotací mohou být:
- Souproudé, kdy celý objem čištěné kapaliny prochází saturátorem.
- Recirkulační, když pouze 20 - 50 % vyčištěné kapaliny prochází saturátorem.
- Částečně přímý tok, kdy asi 30 -70 % surové vody vstupuje do saturátoru a zbytek je přiváděn přímo do flotační komory.
Při výběru jednoho z těchto schémat jsou zohledněny fyzikální a chemické vlastnosti vyčištěné odpadní vody, požadavky na stupeň čištění, místní podmínky a ekonomické ukazatele.
Elektroflotace
Tato metoda se začala používat v druhé polovině 20. století. Poté bylo zjištěno, že elektrolýzní plyny jsou při zvyšování intenzity flotace mnohem účinnější než inertní plyny nebo vzduch. To umožňuje izolovat ve vodě nerozpustné ropné produkty, mazací oleje, špatně rozpustné sloučeniny těžkých a neželezných kovů, které tvoří v odpadních vodách stabilní emulze. Kromě elektrolýzních plynů je však odstraňování některých nečistot ovlivněno uměle vytvořeným elektrickým polem, ve kterém se nabité částice pohybují směrem k opačně nabitým elektrodám.
Významnými nevýhodami elektroflotace jsou nízká produktivita, vysoké náklady na elektrody, opotřebení a kontaminace a nebezpečí výbuchu.
Metoda frakcionace pěny
Scvrkává se na adsorpci rozpuštěných povrchově aktivních látek (surfaktantů) na bublinkách plynu stoupajících roztokem. V tomto případě se intenzivně tvoří pěna obohacená o adsorbovanou látku.
Důležitou oblastí použití pro tento typ flotace je čištění vody z detergentů používaných v prádelnách. Je také vhodný pro separaci aktivovaného kalu z biochemického čištění.
Red dressing
Flotační proces se s úspěchem používá při primárním zpracování všech druhů rud, což umožňuje oddělit cennou frakci s vysokým obsahem kovu nebo jeho sloučenin. Je založen na rozdílech ve vlastnostech povrchu separovaných minerálů.
Flotace rudy je třífázový proces:
- pevná fáze je drcený minerál;
- kapalná fáze je dužina;
- plynná fáze je tvořena vzduchovými bublinami procházejícími dužinou.
Flotace může být pěnivá, tenká nebo olejová v závislosti na tvaru produktu vytvořeného na povrchu kapalné fáze.
