Устройство и виды флотаторов для очистки сточных вод

Системы, предназначенные для очистки, оснащаются оборудованием, которое позволяет удалять вредные вещества и примеси. Также они осуществляют подачу и смешивание с водой обеззараживающих реагентов. Важная составляющая очистных комплексов — флотаторы. Они обеспечивают удаление мелкодисперсных нерастворимых частиц, которые остаются в воде после прохождения фильтров и отстойников.

Что такое флотатор

Метод флотации подразумевает очистку загрязнённой жидкой среды от примесей, частиц, мусора обеспечивая всплытие всех твёрдых фракций на поверхность, где их проще собрать и отделить от воды. Эффект всплытия достигается за счёт подачи в жидкость диспергированного воздуха. Под действием пузырьков загрязнения проявляют гидрофобные, либо гидрофильные свойства. Все процессы идут в специальном устройстве, называемом флотатор.

Флотатор для очистки сточных вод — это технологическое оборудование емкостного типа, предназначенное для отделения и удаления из жидкой среды различных типов загрязнений: органических веществ, масел, жиров, ПАВ, нефтепродуктов, других видов примесей. Одна из основных частей установки — резервуар открытого типа, изготовленный из пластика или стали.

В резервуаре размещены скребковые приспособления, предназначенные для сбора пенообразного шлама с поверхности воды. Конструкция оснащена патрубками. Через одни подаётся воздушная смесь из сатуратора, через другие удаляются загрязнения. Также подводится загрязнённая вода и отводится очищенная жидкость.

Принцип работы

Порядок работы флотатора:

1. Стоки подаются в приемный резервуар.
2. Жидкая фракция насыщается газом.
3. Пузырьки соединяются с мелкодисперсными частицами, нерастворимыми в воде, и двигаются вверх.
4. В результате их подъёма, на поверхности появляется вспененная плёнка. Некоторые частицы скапливаются на дне и образуют осадок.
5. Пену, называемую также шлам, собирают с помощью специализированных скребковых приспособлений и помещают в шламосборник.
6. Очищенную от примесей воду отправляют в накопительный резервуар.
7. Шлам отправляется на утилизацию.
8. Происходит удаление осадка.

Часто в резервуар, где идёт процесс флокуляции, добавляют щёлочи, коагулянты, флокулянты. Они увеличивают скорость образования шлама, а также повышают качество очистки. Активные вещества обладают хорошими адгезионными качествами. Они помогают механическим частицам лучше прилипать к пузырькам газа. Чтобы правильно выбрать активное вещество надо знать химический состав загрязнений, а также их концентрацию.

Преимущества и недостатки

Флотаторы часто используют для удаления загрязнений из сточных вод. Метод применяют как один из этапов очистки в сложных фильтрационных комплексах городского хозяйства, промышленных организаций. Основные достоинства:

• Широкое применение во всех областях деятельности человека.
• Низкие расходы на строительство и обслуживание.
• Простое в эксплуатации оборудование.
• Хорошее разделение примесей.
• При сравнимой эффективности скорость очистки выше, чем при отстаивании.
• Можно получать шлам уменьшенной влажности.
• Возможная степень очистки — 95-98%.
• Удаляемые элементы можно использовать вторично.
• Происходит аэрация жидкой среды.
• Уменьшается количество вредоносных микроорганизмов.
• Удаляются легко окисляемые и поверхностно активные вещества.

К минусам метода можно отнести необходимость дополнительной очистки другими способами. Поэтому флотация в любом очистном комплексе будет лишь одним из этапов удаления загрязнений. Отмечается неполное устранение нефтепродуктов. Также, оборудование чувствительно к грубым примесям и перед подачей во флотатор стоки необходимо очистить от песка, полимеров, крупных твёрдых частиц.

Сферы применения

Очистка сточных вод требуется практически на всех объектах, где ведётся хозяйственная деятельность. Чаще всего флотаторы применяются для удаления из воды эмульгированных и взвешенных элементов. Флотаторы используют на пищевых производствах, чтобы устранять биологические отходы. Оборудование используется на санитарных станциях для отделения ила от жидкой фракции, применяют для удаления из стоков остатков химически активных веществ.

Флотаторы установлены в городских очистных сооружениях, их используют на производственных предприятиях и в нефтеперерабатывающей отрасли. Оборудование подготавливает воду для повторного применения, либо для сброса в общегородскую канализацию. Из воды удаляются отходы, связанные с промышленной деятельностью.

Виды флотационных установок

Для очистки стоков как бытового, так и промышленного происхождения, используется несколько методов флотации. Основной принцип работы установок одинаков, но они различаются по способу создания пузырьков воздуха:

• Механический метод — пузырьки формируются за счёт работы механических устройств, таких, например, как мешалки.
• Напорный метод — газ выделяется за счёт резкого уменьшения давления в растворе.
• Электрический метод — появление пузырьков происходит за счёт пропускания электрического тока сквозь раствор.

У каждого из методов есть как преимущества, недостатки, особенности эксплуатации, а также своя сфера применения.

Механический

В конструкции оборудования механической флотации имеется вращающийся элемент, который действуя в жидкой среде, насыщенной газом, разрушает его крупные скопления. Эффективность работы оборудования повышается за счёт нагнетания воздуха через небольшие отверстия в дне камеры. Их диаметр составляет 1-2 мм и газ подаётся под давлением до 0,5 МПа.

За счёт перемешивания раствора с помощью импеллера в жидкой среде возникает несколько вихревых потоков. От частоты вращения зависит скорость разрушения скоплений газа. Изменяя же частоту, а также количество подаваемого газа, можно регулировать и размер пузырьков.

Механические флотационные установки хорошо справляются с устранением загрязнений из растворов, склонных к насыщению газами и образованию пены. В них обычно не используют реактивы, так как вихревые потоки разрушают хлопья, образуемые реагентом. Механический метод лучше всего подходит для удаления из жидкой среды нефтяных фракций.

Напорный

На первом этапе работы флотатора напорного типа идёт растворение воздуха под давлением в сточных водах. Процесс этот происходит в специальном устройстве — сатураторе. С помощью струйного эжектора, за счёт действия насоса, в воду подаётся воздух из атмосферы. Вода насыщается воздухом, а затем подаётся по трубам на следующий этап обработки.

Полученный раствор попадает в основную камеру флотатора. Здесь давление более низкое, поэтому из водо-воздушной смеси начинает активно выделяться газ (аналогично как при открытии газированных напитков). Образуются пузырьки воздуха небольших размеров. Они прилипают к элементам загрязнений и, двигаясь вверх, увлекают за собой твёрдые частицы. Попав на поверхность они образуют пенообразный шлам, которые затем собирают с помощью механических приспособлений.

При напорном методе флотации хорошо себя показывают различные реагенты. Их применение позволяет существенно улучшить эффективность процесса и увеличить степень очистки до 95%. Добавление активных веществ повышают гидрофобность элементов загрязнений, делают пузырьки более устойчивыми к механическому воздействию, увеличивают интенсивность выделения газа.

Ещё одна разновидность напорного метода очистки связана с использованием вакуумной установки. Чтобы воздух выделялся в больших объёмах и процесс шёл быстрее, из основной камеры флотатора откачивают воздух. Затем за счёт разряжения насыщенная воздухом смесь засасывается в главный резервуар флотатора. Начинается интенсивный процесс образования пузырьков и формирования шлама, который собирается скребками и отводится для дальнейшей утилизации.

Напорный метод флотации используется для очистки воды в городских очистных сооружениях, хорошо показывает себя при процессах коагуляции загрязнений и илоразделения. Применяется для очистки стоков от жиров, масел, волокнистых элементов, нефтепродуктов.

Электрический

Во флотаторах электрического типа через сточные воды пропускают электрический ток. Процесс идёт без добавления реагентов. Особенность метода заключается в высокой дисперсности пузырьков газа.

Газ образуется за счёт электролиза воды, которая распадается на водород и кислород. Пузырьки прилипают к элементам загрязняющих примесей, происходит сгущение твёрдых фракций, формируются хлопья, которые затем поднимаются на поверхность. Пенообразный шлам удаляют с границы водораздела механическим способом.

Скорость удаления мусора, а также интенсивность реакции зависят как от параметров электрического тока, так и от химического состава жидкой среды. Также для электрофлотации используются растворимые электроды усиливающие процессы сгущения.

Область применения электрофлотации включает в себя очистку стоков от ионов металлов, от гидроокислов металлов, нерастворимых фосфатов, от ПАВ и нефтепродуктов, от смолистых элементов. Чаще всего электрическая флотация используется на пищевых производствах. Также она востребована на машиностроительных и нефтеперерабатывающих предприятиях.

Используемые реагенты

Чтобы повысить качество очистки сточных вод, при флотации применяют различные типы химически активных веществ:

• Для изменения кислотности среды используют щелочи и кислоты. Регулирование pH требуется, чтобы добиться лучших условий для взаимодействия примесей с реагентами.
• Коагулянты — реагенты, представляющие собой соли металлов: алюминия, железа (II) и железа (III), при их добавлении в воду образуются гидрооксид металла имеющий небольшой положительный заряд за счет чего происходит образование мелких хлопьев загрязнений.
• Флокулянты — реагенты, представляющие собой полиакриламидные структуры способствуют сгущению и укрупнению элементов загрязнений.  Отделяют загрязняющие частицы от жидкости.

Применение реагентов позволяет повысить эффективность удаления примесей, но требует дополнительных трудозатрат при эксплуатации.

Как выбрать флотатор

Приобретая флотационные установки, первое, что надо определить — требуемую производительность оборудования. От этого зависит возможность своевременной очистки нужного объёма сточных вод. Для разных типов загрязнений на одном и том же оборудовании скорость переработки может быть разной.

У флотаторов производительностью от 0,9 до 30 м³/ч широкая область применения. Они используются на пищевых производствах, на сельскохозяйственных предприятиях, на промышленных и инфраструктурных объектах, применяются для очистки стоков бытового происхождения.

Чтобы флотатор качественно решал возложенные на него задачи, необходимо также знать какие типы отходов и в какой концентрации появляются в стоках. От разновидности загрязнений и их количества зависит организация очистного комплекса, его конструкция, качество и количество требуемой фильтрационной техники.

Грамотный выбор флотатора требует тщательного анализа структуры загрязнений, поэтому, чтобы приобрести подходящее оборудование, лучше всего заранее проконсультироваться со специалистами.