Флотация

Флотация - это процесс молекулярного прилипания частиц флотируемого материала к поверхности раздела 2-х фаз, обычно газа( воздуха ) и воды.

Процесс очистки сточных вод, содержащих поверхностно активные вещества, нефте продукты, масла, волокнистые материалы методом флотации заключается в образовании комплексов частица-пузырек. Всплывание этих комплексов и удаление образовавшегося пенного слоя с поверхности обрабатываемой воды. Принципиальное отличие способов флотации связано с насыщением жидкости пузырьками воздуха определенной крупности. По этому признаку различают следующие способы флотационной обработки сточных вод:

1. Флотация с выделением воздуха из раствора(вакуумные, напорные)

2. Флотация с механическим диспергированием воздуха (безнапорные и пневматические флотационные установки).

3. Флотация с подачей воздуха через пористые материалы.

4.Электрофлотация.

5.Биологическая и химическая флотация.

Различные способы флотации отличаются конструкцией установоки способом разделения жидкой и вплывающей фаз.

Метод напорной флотации заключается в насыщении сточной воды воздухом под избыточным давлением и последующим резким снижением давления до атмосферного, выделяемые при этом пузырьки флотируют частички загрязнения на поверхность воды.

При флотации с механическим диспергированием воздуха в воде, создается интенсивное вихревое движение под действием которого струя распадается на отдельные пузырьки.

Пневматические флотационные установки применяются при очистке сточных вод, содержащих растворенные примеси, агрессивные к механизмам: насосам, мешалкам и др. Флотация с подачей воздуха через пористые материалы отличается простотой аппаратурного оформления процесса и малыми энергозатратами. Воздух во флотационные камеры подается через мелкопористые фильтросные пластины, в трубы, насадки, уложенные на дне полимеры.

На рис.3 показана схема процесса флотации с выделением воздуха из раствора.

Рис. 3. Схема процесса флотации с выделением воздуха из раствора

(вакуумной и напорной).

1 - подача сточной воды; 2 - аэратор; 3- деаэратор; 4 - флотационная камера; 5- механизм сгребания пены; 6 - пеносборник; 7,8 - отвод соответственно пены и отработанной сточной воды; 9 - подача воздуха; 10 - насос; 11 - напорный бак (сатуратор).

Сточная жидкость, поступающая на флотацию, предварительно насыщается воздухом в течение 1-2 минут в аэрационной камере, откуда она поступает в деаэратор для удаления не растворившегося воздуха. Далее под действием разрежения сточные воды поступают во флотационную камеру, в которой растворившийся при атмосферном давлении воздух выделяется в виде микропузырьков и выносит частицы загрязнений в пенный слой. Продолжительность пребывания воды во флотационной камере 20 мин. а нагрузка на квадратный метр площади поверхности около 200 м ³/сут. Скапливающаяся пена вращяющимися скребками удаляется в пеносборник.

Сооружения и аппараты для биохимической очистки (БХО)
сточных вод.

Метод БХО основан на способности микроорганизмов использовать в качестве питательного субстрата многие органические и некоторые неорганические соединения, содержащиеся в сточной воде. Широкое использование БХО обусловлено его достоинствами: возможность удалять из сточных вод разнообразные органические соединения, в том числе и токсичные; простота аппаратурного оформления (АО); относительно невысокие эксплуатационные расходы. К недостаткам относят: высокие капитальные затраты; необходимость строгого соблюдения технологического режима; токсичное действие на микроорганизмы ряда органических и неорганических соединений и необходимость разбавления сточных вод в случае высоких концентраций загрязнения. Биологическая очистка может проводиться в аэробных и анаэробных условиях. В процессе БХО сточных вод часть окисляемых микроорганизмами веществ используется в процессах биосинтеза (образование биомассы - активного ила или биопленки), а другая часть превращается в безвредные продукты окисления (вода, углекислый газ и др.). Принцип действия современных аппаратов и сооружений БХО основан на методах непрерывного культивирования микроорганизмов.

Схема установки

Рис. 1.Схема установки "Аэротенк - вторичный отстойник".

Процесс изъятия и потребления микроорганизмами органических примесей состоит из трех стадий:

а) Массопередача органического вещества и кислорода из жидкости к поверхности клетки микроорганизма;

б) Диффузия вещества и кислорода через полупроницаемую мембрану клетки;

в) Метаболизм диффундируемых продуктов, сопровождающийся приростом биологической массы, выделением энергии и т.д.

Интенсивность и эффективность БХО определяется скоростью размножения бактерий, которые образуют целые биоценозы микроорганизмов (активный ил или биопленка). По внешнему виду активный ил представляет собой мелкие хлопья от светлого до темно-коричневого цвета. Поверхность бактерий, образующих хлопья или достигают 100 квадратных метров на один грамм сухого ила.

На эффективность и интенсивность БХО оказывают влияние многие факторы: температура, рН, наличие токсичных веществ, концентрация биомассы и др.

Температура. Повышение температура за пределы физиологической нормы приводит к их гибели, в то время, как понижение температуры вызывает лишь снижение активности микроорганизмов.

PHсреды. Бактерии лучше растут в нейтральной или слабощелочной среде. Для большинства грибов и дрожжей более благоприятна слабокислая среда. Эффективная очистка сточных вод происходит при рН = 5,5...8,5, а оптимальная при рН = 6,5...7,5.

Степень перемешивания.Перемешивание воды обеспечивает поддержание активного ила в подвешенном состоянии, создает более благоприятное условие массопередачи питательных веществ и кислорода к поверхности микробных клеток.

Концентрация кислорода.Скорость растворения кислорода должна быть не ниже скорсти его потребления микроорганизмами. Оптимальным значением концентрации кислорода является значение от 1 до 7 мг/л.

Токсичные примеси. Значительные концентрации токсичных вещевствразрушаюс оболочку клетки и приводят ее к гибели.

Доза и возраст ила.Интенсивность эффективность очистки зависит от количества активного ила. Обычно доза активного ила поддерживается в пределах от 2 до 4 гр/л. Примечание "старого" активного ила приводит к слизеобразованию, свпуханию или замедлению осаждения ила (в отстойниках). Микроорганизмы "молодого" (двух- трех- суточного ила) более выносливы к колебаниям температуры в пределах от 10 до 30С и колебаниямрН.

Рассмотрим очистку сточных вод в аэротенках и биофильтрах.

Очистка сточных вод в аэротенках.

Аэротенк представляет собой сооружение с постоянно протекающей внутри сточной водой, во всей толщине которой развиваются аэробные микроорганизмы, потребляющие субстрат, т. е. "загрязнение" сточной воды. Сточные воды поступают в аэротенк, как правило, после стадии механической очистки. Для обеспечения нормального процесса БХО в аэротенках необходимо непрерывно подавать воздух, что достигается с помощью пневматической, механической или пневмомеханической аэрации.

По структуре движения потоков очищаемой сточной воды и возраста ила активного различают: аэротенки- вытеснители; аэротенки - смесители; аэротенки с рассредоточенным впуском воды; типа АНР (по К. Бойте) (см. рис 2.):

Рис. 2. Схемы аэротенков

а - вытеснители; б - смесители; в- с рассредоточенным впуском воды; г - типа АНР; д- с регенераторами; е - ячеечного типа; I - сточная вода; II - активный ил; III - иловая смесь; 1- аэротенк; 2 - вторичный отстойник; 3 - регенератор.

В аэротенках - вытеснителях сточная вода и возвратный ил подаются сосредоточенно с одной из торцовых сторон сооружения, а выпускаются также сосредоточенно с другой торцовой стороны.

Подача и выпуск сточной воды и ила в аэротенках - смесителях осуществляется равномерно вдоль длинных сторон коридора аэротенка.

В аэротенках с рассредоточенной подачей сточной воды сточная вода подводится рассредоточено в нескольких точках по длине аэротенка , а отводится сосредоточенно из его торцовой части. Возвратный ил подается сосредоточенно в начале аэротенка.

Аэротенки-вытеснители целесообразно применят при концентрации загрязнений БПКполн поступающей воды до 300 мг/л, а аэротенки-смесители до 1000 мг/л по БПКполн.

Расчет аэротенков включает в себя определение вместимости и габаритов сооружения, объема, требуемого воздуха и избыточного ила. Вместимость аэротенков определяется по среднечасовому поступлению сточных вод за период операции в часы максимального притока сточной воды. Продолжительность аэрации в аэротенке-смесителе t (час) определяется по формуле:

где La - БПКполн очищенной сточной воды, мг/л;

a - доза ила, г/л;

S - зольность ила.

Доза ила в аэротенках-смесителях без регенерации 3 г/л, а с регенерацией от 2 до 4.5 г/л. Для стоков, близких к бытовым S=0.3.

p - удельная скорость окисления БПКполн/1г. беззольного вещества активного ила в час.

где Pмах - максимальная скорость окисления , мг/(г час);

С - концентрация растворенного кислорода, мг/;

Kl - константа, характеризующая свойства органических загрязнений, мг/л;

К0 - константа, характеризующая влияние растворенного кислорода, мг/л;

fi - коэффициент ингибирования продукта или распада активного ила , л/г.

Для городских и близких к ним производственных сточных вод p=85 мг/г час, Kl- 33мг/л, К0=0.625мг/л, fi=0.07 л/г.

Для других различных видов сточных вод эти данные приведены в табл. 40 действующего СниП.

Режим вытеснения в эротенке обеспечивается соотношением длины и ширины коридора более чем 30:1.Если это отношение меньше, то необходимо осуществить секционирование коридоров. Степень рециркуляции ила Rрассчитывается по формуле:

где J-индекс ила, см/г.

Нагрузка на 1г беззольного вещества в сутки

При расчете аэротенков - вытеснителей продолжительность аэрации определяется по формуле:

где Kr - коэффициент, учитывающий влияние продольного перемешивания. При полной БХО до Lt=15 мг/л,Kr=1.5, при Lt>30 мг/л Kr=1.25; Са - концентраия кислорода.

При проектировании аэротенков с регенераторами необходимо рассчитать продолжительность окисления загрязнений:

(6)

где а_р - доза ила в регенераторе, (г/л).

(7)

где а - доза ила в аэротенке,

R - коэффициент рециркуляции ила.

При подсчете t_о аэротенков-вытеснителей БПК_полн поступающей сточной воды определяется с учетом разбавления рециркулирующим илом:

(8)

Продолжительность пребывания сточной воды в аэротенке:

(9)

Период регенерации:

(10)

Объем аэротенка V_a и объем регенератора V_p:

(11)

(12)

где Q_расч - расчетный расход сточных вод, (м³/ч).

Прирост активного ила в аэротенке определяется по формуле:

(13)

где В_в - концентрация взвешенных веществ, поступающих в аэротенк; К_П - коэффициент прироста активного ила (0,3 - 0,5).

Удельный расход воздуха D, (м³/м³) определяется отношением расхода кислорода, требуемого для обработки 1 м³ сточной воды к расходу используемого О₂ с 1 м³ подаваемого воздуха:

(14)

где z - удельный расход воздуха, (мг/мг снятой БПК_полн); К₁ - коэффициент, учитывающий тип аэратора; К₂ - коэффициент, зависящий от глубины погружения аэратора; n₁ - коэффициент, учитывающий температуру сточной воды.

(15)

где t_cp - среднемесячная температура сточных вод; n₂ - коэффициент качества сточных вод; С_р - растворимость кислорода в воде.

(16)

где С_Т - растворимость кислорода в воде в зависимости от температуры и давления;

С - средняя концентрация кислорода в аэротенке.

Площадь аэрируемой зоны принимается по площади, занимаемой пневматическими аэраторами, включая просветы между ними до 30 см. По найденным D и t определяется интенсивность аэрации:

(17)

где Н - рабочая глубина аэротенка, 3 - 6 м.

Отношение ширины к рабочей глубине принимается от 1:1 до 2:1. При проектировании аэротенков и регенераторов число секций должно быть не менее двух. Для станций производительностью до 50000 м³/сут - 4 - 6 секций, а производительностью более 50000 м³/сут - 6 - 8 секций.

Все секции должны быть рабочими, каждая из которых состоит из 2 - 4 коридоров. В практике проектирования используют типовые проекты, разработанные "Союзводоканалпроектом". Систему аэрации в аэротенках применяют, как правило, пневматическую и механическую. В зависимости от вида аэратора различают мелко-, средне- и крупно-пузырьчатую аэрацию с крупностью пузырьков соответственно 1 - 4 мм, 5 - 10 мм, более 10 мм.

При устройстве пневматической системы аэрации производят расчет воздуховодов и воздуходувов. Воздуходувки подбираются по каталогам, исходя из общей потери напора и расчетного расхода воздуха. Число воздуходувок при производительности более 5000 м³/ч применяется не менее двух. Если число рабочих не превышает трех, то принимается одна резервная воздуходувка, если больше, то две резервные.