Notekūdeņu attīrīšanas problēma ir aktuāla jau daudzus gadu desmitus. Grūtības ir metožu un iekārtu novecošanās, kā arī jaunu ķīmisko vielu parādīšanās sadzīves ķīmijā un ražošanā, kas prasa pilnīgi jaunas pieejas to izvadīšanai no notekūdeņiem. Viena no universālajām notekūdeņu attīrīšanas metodēm ir flotācija. Atkarībā no piesārņojošās vielas īpašībām ir nepieciešama tikai reaģentu nomaiņa un procesa apstākļu korekcija.
Notekūdeņu attīrīšana
Šo metodi veiksmīgi izmanto, lai attīrītu notekūdeņus, kas satur šķiedras, naftas produktus, eļļas un taukus un citas ūdenī slikti šķīstošas vielas. Notekūdeņus vispirms pārnes suspensijā un emulsijā, izmantojot īpašas vielas.
Flotācijas process balstās uz gāzes burbuļu spēju pievienoties daļiņām, palīdzot tām peldēt uz šķidruma virsmu.
Metodes vispārīgie principi
Vienkāršākā flotācijas darbība ir piestiprināšananešķīstošās daļiņas (piemēram, minerāls, eļļa vai jebkura cita) līdz gaisa burbuļiem. Attīrīšanas panākumi ir atkarīgi no ātruma, kādā veidojas saite starp daļiņu un burbuļiem, no šīs saites stipruma un no šī kompleksa pastāvēšanas ilguma. To savukārt nosaka daļiņu raksturs, tendence mitrināties ar ūdeni un to mijiedarbības ar reaģentiem īpatnības. Tādējādi flotācija ir process, kas ir atkarīgs no daudziem faktoriem.
Elementāru darbību var veikt, izmantojot vienu no šiem mehānismiem:
- suspendētās daļiņās nekavējoties veidojas burbuļi;
- Suspensijas daļiņas pievienojas gāzes burbulim, kad tās ar to saduras;
- uz daļiņas virsmas veidojas mazs burbulis, kas sadursmē savienojas ar citu un palielinās apjoms.
Komplekss, kas veidojas flotācijas procesā, praktiski nekustīgā vidē var peldēt tikai ar nosacījumu, ka gāzes burbuļa celšanas spēks ir lielāks par daļiņas svaru. Tas novedīs pie putu slāņa veidošanās uz attīrītā ūdens virsmas.
Turklāt burbuļu un daļiņu virsmas laukumiem saskares punktā ir jābūt noteiktā proporcijā. Adhēzijas spēki palielinās proporcionāli daļiņu izmēram kvadrātā, jo to savienojuma perimetru ierobežo to lielākās virsmas izmērs. Un atdalīšanas spēks ir tieši atkarīgs no piesārņojošās daļiņas masas (t.i., tās lineārajiem izmēriem kubā). Tādējādi, sasniedzot noteiktu daļiņu izmēru, atdalīšanas spēki pārsniedz pielipšanas spēkus. Tātad priekšVeiksmīga notekūdeņu attīrīšana ar flotāciju ir svarīga ne tikai suspensijas un burbuļu attiecības rakstura, bet arī to lieluma dēļ.
Veidi, kā ūdeni piesātināt ar burbuļiem
Ir daudzi paņēmieni, kas nodrošina gāzes burbuļu parādīšanos notekūdeņos. Galvenās flotācijā izmantotās metodes ir:
- Kompresijas (vai spiediena) metode, kuras pamatā ir gaisa šķīdības palielināšana ūdenī, palielinoties spiedienam.
- Mehāniskā metode, kuras pamatā ir intensīva šķidruma sajaukšana ar gaisu.
- Notekūdeņu izvadīšana caur porainiem materiāliem, izraisot to izkliedi.
- Elektriskā metode, kuras pamatā ir ūdens elektrolīze, ko papildina gāzes burbuļu parādīšanās.
- Ķīmiskais process, kas izraisa burbuļu veidošanos noteiktu reaģentu ķīmiskās reakcijas laikā ar notekūdeņu komponentiem.
- Vakuuma metode, ko raksturo spiediena samazināšana.
Spiediena flotācija
Tas ir visefektīvākais zemas koncentrācijas smalku un koloidālu suspensiju ekstrakcijai. Attīrīts ūdens tiek piesātināts ar gaisu zem spiediena līdz 7 MPa īpašā reaktorā - piesātinātājā. Pēc ūdens izplūdes no tā spiediens strauji pazeminās līdz normālam (atmosfēras), kas izraisa intensīvu gaisa burbuļu veidošanās procesu.
Lai būtiski paaugstinātu ūdens attīrīšanas efektivitāti, flotācija tiek apvienota ar koagulāciju un flokulāciju. Abas šīs pieejasveicina neizšķīdušo daļiņu izmēra palielināšanos. Koagulanti ir gan neorganiski savienojumi, parasti dzelzs vai alumīnija sāļi, gan dažas organiskas vielas. Flokulanti ir īpaši polimēri, kuru molekulas ūdens vidē veido lādētu tīklu, kas spēj piesaistīt piesārņojošas daļiņas, kas izraisa flokulējošu agregātu parādīšanos.
Instalācijas un plūsmas diagrammas
Instalācijas, kas veic spiediena flotāciju, var novietot ne tikai iekštelpās, bet arī ārpus tām. Tātad pirmie ir piemēroti maziem apjomiem, ja ūdens patēriņš nav lielāks par 20 m3/h, bet pēdējiem ir daudz lielāka jauda. Konstrukciju kombinētais izvietojums bieži tiek organizēts, kad lieli objekti, piemēram, piesātinātājs un flotācijas kamera atrodas ārpus telpām, bet sūkņi atrodas telpās.
Iekārtām apstākļos, kad iespējama gaisa temperatūras pazemināšanās līdz negatīvām vērtībām, ir nepieciešams nodrošināt putu apkures sistēmu. Klasiskā kompresijas flotācijas iekārta sastāv no šāda aprīkojuma:
- Sūknis šķidruma padevei.
- Kompresors gaisa (vai jebkuras gāzes) padevei ūdens attīrīšanas sistēmai.
- Piesātinātājs (tā otrs nosaukums ir spiediena tvertne), kurā gaiss tiek izšķīdināts notekūdeņos.
- Flotācijas kameras, ja process paredz suspendēto daļiņu rupjības stadiju.
- Reaģenta ierīce, tostarp ierīces dozēšanai unsajaucot reaģentus ar attīrāmo šķidrumu.
- Tīrīšanas procesa kontroles sistēma.
Tehnoloģiskās shēmas, kas ietver notekūdeņu attīrīšanu ar spiediena flotāciju, var būt:
- Līdztekus, kad viss attīrāmā šķidruma tilpums iziet cauri piesātinātājam.
- Recirkulācija, kad tikai 20 - 50% no dzidrinātā šķidruma iziet caur piesātinātāju.
- Daļēji tieša plūsma, kad aptuveni 30–70% neapstrādāta ūdens nonāk piesātinātājā, bet pārējais tiek padots tieši flotācijas kamerā.
Izvēloties kādu no šīm shēmām, tiek ņemtas vērā attīrīto notekūdeņu fizikālās un ķīmiskās īpašības, prasības attīrīšanas pakāpei, vietējie apstākļi un ekonomiskie rādītāji.
Elektroflotācija
Šo metodi sāka izmantot 20. gadsimta otrajā pusē. Tad tika konstatēts, ka elektrolīzes gāzes ir daudz efektīvākas nekā inertās gāzes vai gaiss, palielinot flotācijas intensitāti. Tas dod iespēju izolēt ūdenī nešķīstošos naftas produktus, smēreļļas, slikti šķīstošos smago un krāsaino metālu savienojumus, kas veido notekūdeņos stabilas emulsijas. Taču papildus elektrolīzes gāzēm dažu piemaisījumu noņemšanu ietekmē mākslīgi izveidots elektriskais lauks, kurā lādētas daļiņas virzās uz pretēji lādētiem elektrodiem.
Nozīmīgi elektroflotācijas trūkumi ir zemā produktivitāte, augstās elektrodu izmaksas, nodilums un piesārņojums, kā arī sprādziena risks.
Putu frakcionēšanas metode
Tas izpaužas kā izšķīdušo virsmaktīvās vielas (virsmaktīvās vielas) adsorbcija uz gāzes burbuļiem, kas paceļas cauri šķīdumam. Šajā gadījumā intensīvi veidojas putas, kas bagātinātas ar adsorbēto vielu.
Svarīga pielietojuma joma šāda veida flotācijai ir ūdens attīrīšana no veļas mazgātavās izmantotajiem mazgāšanas līdzekļiem. Tas ir piemērots arī aktīvo dūņu atdalīšanai no bioķīmiskās apstrādes.
Rūdas mērce
Flotācijas process tiek veiksmīgi izmantots visu veidu rūdu primārajā apstrādē, kas ļauj atdalīt vērtīgu frakciju ar augstu metāla vai tā savienojumu saturu. Tas ir balstīts uz atdalīto minerālu virsmas īpašību atšķirībām.
Rūdas flotācija ir trīsfāžu process:
- cietā fāze ir sasmalcināts minerāls;
- šķidrā fāze ir celuloze;
- gāzes fāzi veido gaisa burbuļi, kas iet cauri masai.
Pludināšana var būt putojoša, plēvīga vai eļļaina atkarībā no produkta formas, kas veidojas uz šķidrās fāzes virsmas.
