Обработка воды флотацией (стр. 3 из 4)

(19)

где а — вероятность закрепления пузырьков на частице при подъеме его на 1 см; N — количество пузырьков, образующихся в 1 см3 жидкости, шт;v— скорость подъема агрегатов взвеси и пузырьков, м/с.

Интегрируя уравнение (19), получим

(20)

гдеko— количество частиц загрязнений в 1 см3 исходной воды. Учитывая, чтоv* T=h,a,получим

(21)

Общее число частиц, оставшихся во флотационной камере, я»

(22)

где Н0 — общая высота флотационной камеры, м.

Тогда степень очистки воды может быть выражена как

(23)

Анализируя уравнение (23), можно заключить, что использование его для расчета флотационных установок затруднительно, так как оно не учитывает всего множества факторов, влияющих на процесс очистки воды. Кроме того, в уравнение входят такие величины, как количество выделившихся пузырьков N и вероятность их закрепления на частице а, определение которых весьма сложно. Поэтому на практике для расчета флотационных установок используют две величины: удельную нагрузку на 1 м2 площади и время пребывания воды во флотационной камере. Эти величины определяют предварительными технологическими исследованиями. Наряду с этим за расчетный параметр можно принимать величину скорости выделения загрязнений из воды, определяемую экспериментально, например, по методике, предложенной Л.И. Шмидтом, согласно которой флотационное осветление воды проводят в статических условиях во флотационной колонне из оргстекла. Колонну заполняют исходной водой и вводят порцию мелких пузырьков воздуха. Через некоторое время после начала флотационного процесса в нижней части колонны видна четкая граница между осветленной и исходной водой, которая перемещается вверх. Скорость перемещения границы замеряется в нескольких сечениях по высоте колонны и определяется ее средняя величина, по которой производят расчет флотационной камеры. Для различных вод величина скорости подъема загрязнений варьируется в пределах 2 ... 12 мм/с.

Флотацией можно извлекать из воды нефтепродукты, масла и другие эмульгированные жидкие вещества, радиоактивные соединения, ионы многих растворенных в воде веществ.

Конструкция флотаторов и их расчет

В состав флотационных установок входят флотационные камеры, совмещенные с камерами хлопьеобразования, узлы подготовки и распределения водовоздушного раствора, устройства Для удаления и отвода пены. Флотационные камеры-флотаторы могут быть разнообразных форм (круглые или прямоугольные в плане) и конструкций с горизонтальным и радиальным направлением движения воды.

Наиболее широко используют флотаторы с горизонтальным движением воды. Они могут иметь в плане квадратную и прямоугольную формы. Длина камеры назначается в пределах 3...9 м, ширина до 6 м, отношение ширины к длине — в пределах 2/3 ... 1/3. Глубина слоя воды во флотаторе должна быть 1,5 ...2,5 м. Прямоугольные флотаторы чаще всего бывают вытянуты в плане по ходу движения воды (рис. 11.2), однако на некоторых установках для очистки природных и сточных вод флотаторы вытянуты в плане в направлении, перпендикулярном движению воды. Последний вид флотаторов имеет некоторые преимущества: короче путь движения потока воды, более просто удаление пены с поверхности воды. Но в этом случае возникают трудности с равномерным распределением водовоздушного раствора в объеме обрабатываемой воды. Чтобы добиться равномерности распределения, используют коллектор с большим количеством ответвлений, на которых устанавливают регулировочные краны. Управление этими кранами производят с помощью штоков, выведенных над поверхностью воды в камере. Для улучшения использования всего объема флотатора в некоторых случаях устанавливают продольные перегородки.

Рис. 11.2. Флотатор с горизонтальным движением воды состыкованный с камерой хлопьеобразования зашламленного типа.

1, 10 — подача исходной и отвод осветленной воды; 2, 3 — ввод реагентов; 4 — камера хлопьеобразования; 5 — распределительная система; 6 — зона смешения; 7 — распределительная перегородка; 8 — флотационная камера; 9 — желоб для сбора пены; 11 — передача воды на фильтр; 12 — скорый фильтр; 13 — подача промывной воды; 14 — водосток; 15 — сброс пены.

Во входной части прямоугольной флотационной камеры устанавливают под углом 60... 70° к горизонтали в сторону движения воды струенаправляющую перегородку. Днище флотационной камеры устраивают с уклоном 0,01 к трубопроводу для опорожнения.

Скорость ввода обрабатываемой воды во флотатор не должна превышать скорости ее выхода из камеры хлопьеобразования, поэтому скорость движения обрабатываемой воды над струенаправляющей перегородкой назначают 0,016 ...0,02 м/с.

Равномерное распределение водовоздушной смеси в объеме обрабатываемой воды и формирование мелких воздушных пузырьков достигаются устройством перфорированного трубопровода и размещенного под ним на расстоянии 8... 10 см кожуха из материала, стойкого к кислородной коррозии. Распределительную трубу располагают на расстоянии 0,25 ...0,35 м от дна во входной части флотатора в отсеке, образованном торцовой стенкой аппарата и струенаправляющёй перегородкой. Скорость выхода водовоздушной смеси из отверстий распределителя принимают 20 ...25 м/с, диаметр отверстий 5 ... 8 мм. Отверстия следует располагать равномерно по нижней образующей трубы линейно.

Отвод осветленной воды из флотатора должен производиться равномерно из нижней части камеры с помощью подвесной стенки, направляющей поток к отводу воды из аппарата, либо с помощью отводящей системы из перфорированных труб. Скорость движения воды под подвесной стенкой или в отверстиях водосборной системы принимают 0,9... 1,2 м/с.

Время флотационного осветления воды для флотатора с радиальным движением воды, изображенного на рис. 11.3, составляет 10... 12 мин. Для насыщения воды воздухом используют 10% воды, прошедшей очистку. Расход воздуха составляет 0,6... 0,75 % от расхода воды. Во флотаторах круглой формы узел сбора и удаления пены проще, однако системы для распределения водовоздушного раствора и обрабатываемой воды сложнее. При строительстве новых очистных сооружений предпочтение следует отдавать флотаторам с горизонтальным движением воды прямоугольной формы в плане, совмещенным с камерами хлопьеобразования (рис. 11.4), с целью предотвращения разрушения хлопьев, сформированных в процессе коагуляции взвеси в воде.

Образование флотационной пены на поверхности воды и способы ее удаления. Пена образуется на поверхности воды в результате всплывания пузырьков воздуха, несущих на себе удаляемые из воды примеси. При флотации природных вод образующаяся пена должна быть достаточно прочной и не допускать обратного попадания загрязнений в воду. Кроме того, пена должна обладать определенной подвижностью при перемещении ее к сбросным устройствам. Устойчивость и подвижность пены зависит от свойств и количества реагентов и загрязнений, вносимых в пенный слой. Стабилизации пены способствует наличие в воде хлопьев коагулянта, мелких частиц взвеси и поверхностно-активных веществ.

Рис. 11.3. Флотатор с радиальным движением воды.

1,9 — подача исходной и отвод осветленной воды; 2 — камера хлопьеобразования; 3 — флотационная камера; 7 — скребковое устройство для удаления пены; 6 — лоток для сбора пены; 4 — удаление пены; 5 — кольцевая перегородка; 8 — кольцевой водосборный лоток; 10 — вращающийся водораспределитель; 11 — отвод осадка

При флотационной обработке природных вод образуются пленочно-структурные пены, которые содержат большое количество воды, особенно в нижних слоях. Это связано с тем, что в пенном слое проходят процессы флокуляции пузырьков и загрязнений. При этом образуются крупные агрегаты, которые объединяются между собой, а находящаяся между ними вода стекает вниз, уменьшая тем самым влажность пены. С точки зрения возможности гидравлической транспортировки пены на дальнейшую обработку влажность ее рекомендуется принимать не менее 94%.

Рис. 11.4. Флотатор совмещенный с перегородчатой камерой хлопьеобразования.

1,3 — подача исходной и отвод обработанной воды; 2 — камера хлопьеобразования; 4 — сборный карман; 5 — окна для отвода обработанной воды; 6, 7 — лотки для сбора и отвода пены; 8 — напорный резервуар; 9 — подача водовоздушной смеси; 10 — отражатель; 11 — насос; 12 — компрессор

Удаление пены из флотатора производят либо кратковременным подъемом уровня воды с отводом ее через подвесные лотки, расположенные равномерно по площади камеры, либо с помощью скребковых механизмов, перемещающих пену к сборным лоткам. Потери воды при сбросе пены подъемом уровня воды принимают 1 ... 1,5% от расхода обрабатываемой воды. При удалении пены скребковыми механизмами скорость движения скребков в прямоугольных камерах принимают до €,02 м/с, в круглых — окружную скорость 0,015... 0,02 м/с, при частоте вращения 6... 10 с-1. Днища лотков выполняют с уклоном 0,025 в сторону отвода пены. Верхние кромки лотков располагают на одной общей отметке на 10... 15 мм выше уровня воды во флотаторе.