Problem čiščenja odpadne vode je aktualen že več desetletij. Težava je v zastarelosti metod in opreme, pa tudi v pojavu novih kemikalij v gospodinjskih kemikalijah in v proizvodnji, ki zahtevajo popolnoma nove pristope k njihovemu odstranjevanju iz odpadne vode. Ena od univerzalnih metod čiščenja odpadne vode je flotacija. Odvisno od značilnosti onesnaževalca zahteva le zamenjavo reagentov in popravek procesnih pogojev.
Čiščenje odpadne vode
Ta metoda je bila uspešno uporabljena za čiščenje odpadne vode, ki vsebuje vlakna, naftne produkte, olja in maščobe ter druge snovi, ki so slabo topne v vodi. Odpadna voda se najprej s posebnimi snovmi prenese v suspenzijo in emulzijo.
Proces flotacije temelji na sposobnosti plinskih mehurčkov, da se pritrdijo na delce in jim pomagajo pri plavanju na površino tekočine.
Splošna načela metode
Najenostavnejše dejanje flotacije je pritrditevnetopni delci (na primer minerali, olje ali kateri koli drugi) v zračne mehurčke. Uspeh čiščenja je odvisen od hitrosti, s katero se tvori vez med delcem in mehurčki, od moči te vezi in od trajanja obstoja tega kompleksa. Kar pa je odvisno od narave delcev, nagnjenosti k omočenju z vodo in značilnosti njihove interakcije z reagenti. Tako je flotacija proces, ki je odvisen od številnih dejavnikov.
Osnovno dejanje se lahko izvede z enim od naslednjih mehanizmov:
- mehurčki se takoj oblikujejo v suspendiranih delcih;
- Delci suspenzije se pritrdijo na plinski mehurček, ko trčijo vanj;
- na površini delca nastane majhen mehurček, ki se ob trku združi z drugim in poveča prostornino.
Kompleks, ki nastane med postopkom flotacije, v praktično nepremičnem mediju lahko lebdi le pod pogojem, da je dvižna sila plinskega mehurčka večja od teže delca. To bo povzročilo nastanek penaste plasti na površini obdelane vode.
Poleg tega morajo biti površine mehurčkov in delcev na točki stika v določenem razmerju. Adhezivne sile se povečujejo sorazmerno z velikostjo delcev na kvadrat, saj je obseg njihove povezave omejen z velikostjo največje ploskve. In ločitvena sila je neposredno odvisna od mase onesnaževalnega delca (tj. njegove linearne dimenzije v kocki). Tako, ko je dosežena določena velikost delcev, sile ločitve presegajo sile lepljenja. Torej zaUspešno čiščenje odplak s flotacijo ni pomembno le zaradi narave razmerja suspenzije z mehurčki, temveč tudi zaradi njihove velikosti.
Načini za nasičenje vode z mehurčki
Obstaja veliko tehnik, ki zagotavljajo pojav plinskih mehurčkov v odpadni vodi. Glavne metode, ki se uporabljajo pri flotaciji, so:
- Kompresijska (ali tlačna) metoda, ki temelji na povečanju topnosti zraka v vodi z naraščajočim tlakom.
- Mehanska metoda, ki temelji na intenzivnem mešanju tekočine z zrakom.
- Prehajanje odpadne vode skozi porozne materiale, ki povzroči njihovo razpršitev.
- Električna metoda, ki temelji na elektrolizi vode, ki jo spremlja pojav plinskih mehurčkov.
- Kemični proces, ki povzroči nastanek mehurčkov med kemičnimi reakcijami določenih reagentov s komponentami odpadne vode.
- Vakumska metoda, za katero je značilno zmanjšanje tlaka.
tlačna flotacija
Je najbolj učinkovit za ekstrakcijo finih in koloidnih suspenzij nizke koncentracije. Prečiščeno vodo nasičimo z zrakom pod tlakom do 7 MPa v posebnem reaktorju - saturatorju. Po izpustu vode iz njega tlak močno pade na normalno (atmosfersko), kar izzove intenziven proces zračnih mehurčkov.
Za bistveno povečanje učinkovitosti čiščenja vode se flotacija kombinira s koagulacijo in flokulacijo. Oba pristopaprispevajo k povečanju velikosti neraztopljenih delcev. Koagulanti so tako anorganske spojine, običajno soli železa ali aluminija, in nekatere organske snovi. Flokulanti so posebni polimeri, katerih molekule v vodnem mediju tvorijo nabito mrežo, ki je sposobna pritegniti onesnaževalne delce, kar vodi do pojava flokulantnih agregatov.
Namestitve in diagrami poteka
Naprave, ki izvajajo tlačno flotacijo, lahko postavite ne samo v zaprtih prostorih, ampak tudi zunaj njih. Tako so prvi primerni za majhne količine, če poraba vode ni večja od 20 m3/h, medtem ko imajo slednje veliko večjo zmogljivost. Kombinirana postavitev konstrukcij je pogosto urejena, ko so veliki predmeti, na primer saturator in flotacijska celica, na prostem, črpalke pa v zaprtih prostorih.
V primeru inštalacij v pogojih možnega znižanja temperature zraka na negativne vrednosti je potrebno predvideti penasti sistem ogrevanja. Klasična naprava za kompresijsko flotacijo je sestavljena iz naslednje opreme:
- Črpalka za dovod tekočine.
- Kompresor za dovod zraka (ali katerega koli plina) v sistem za čiščenje vode.
- Saturator (drugo ime je tlačni rezervoar), v katerem se zrak raztopi v odpadni vodi.
- Flotacijske komore, če postopek predvideva stopnjo hrapavosti suspendiranih delcev.
- Naprava za reagent, vključno z napravami za doziranje inmešanje reagentov s tekočino, ki jo je treba očistiti.
- Sistem za nadzor procesa čiščenja.
Tehnološke sheme, ki vključujejo čiščenje odpadne vode s tlačno flotacijo, so lahko:
- Sotok, ko celoten volumen tekočine, ki jo je treba očistiti, preide skozi saturator.
- Recirkulacija, ko samo 20 - 50% očiščene tekočine prehaja skozi saturator.
- Delno direkten tok, ko približno 30 -70% surove vode vstopi v saturator, preostanek pa se dovaja neposredno v flotacijsko komoro.
Pri izbiri ene od teh shem se upoštevajo fizikalne in kemijske lastnosti prečiščene odpadne vode, zahteve glede stopnje čiščenja, lokalne razmere in ekonomski kazalniki.
Elektroflotacija
Ta metoda se je začela uporabljati v drugi polovici 20. stoletja. Nato je bilo ugotovljeno, da so elektrolizni plini veliko bolj učinkoviti kot inertni plini ali zrak pri povečanju intenzivnosti flotacije. To omogoča izolacijo v vodi netopnih naftnih produktov, mazalnih olj, slabo topnih spojin težkih in barvnih kovin, ki tvorijo stabilne emulzije v odpadni vodi. Toda poleg elektroliznih plinov na odstranjevanje nekaterih nečistoč vpliva umetno ustvarjeno električno polje, v katerem se nabiti delci premikajo proti nasprotno nabitim elektrodam.
Pomembne pomanjkljivosti elektroflotacije so nizka produktivnost, visoki stroški elektrod, obraba in kontaminacija ter nevarnost eksplozije.
Metoda frakcioniranja pene
Vrelo je v adsorpcijo raztopljenih površinsko aktivnih snovi (površinsko aktivnih snovi) na plinske mehurčke, ki se dvigajo skozi raztopino. V tem primeru se intenzivno tvori pena, obogatena z adsorbirano snovjo.
Pomembno področje uporabe te vrste flotacije je čiščenje vode iz detergentov, ki se uporabljajo v pralnicah. Primeren je tudi za ločevanje aktivnega blata iz biokemične obdelave.
Ore dressing
Flotacijski postopek se uspešno uporablja pri primarni predelavi vseh vrst rud, kar omogoča ločevanje dragocene frakcije z visoko vsebnostjo kovine ali njenih spojin. Temelji na razlikah v lastnostih površine ločenih mineralov.
Flotacija rude je trifazni postopek:
- trdna faza je zdrobljen mineral;
- tekoča faza je celuloza;
- plinsko fazo tvorijo zračni mehurčki, ki prehajajo skozi celulozo.
Flotacija je lahko penasta, filmska ali oljnata, odvisno od oblike izdelka, ki nastane na površini tekoče faze.
