Промышленные флотаторы для очистки сточных вод: типы, устройство, принцип работы

Сегодня вопросы окружающей среды стоят во главе стола практически на каждом заседании Мировых Правительств. Ни для кого не секрет, что экология стала новой религией 21 века. 2017 год объявлен годом защиты окружающей среды в России, а потому экологическое просвещение – одна из задач на этот год.

Зачем нужно очищать воду?

Из всего запаса Мирового Океана только 3% - это пресная вода, из них 68% - это ледники (не пригодные для питья), 30% - подземные источники (часто загрязненные от почв) и только 2% - это наземные источники водоснабжения. Из глобальной картины мира ясно, что наличие чистой пресной воды - это не просто необходимость, но иногда роскошь.

Сточные воды, образующиеся во время хозяйственной деятельности предприятий, содержат большое количество загрязняющих веществ в концентрациях, превышающих допустимые и нормативные. Как правило, речь идет о тяжелых металлах (железо, никель, медь, свинец, ртуть, кадмий и др.), нефтепродуктах, взвешенных веществах, алюминии, СПАВ (синтетические поверхностно-активные вещества, для обывателя это всё то, что пенится). Данные вещества, попадая в водоемы, нарушают нормальное функционирование водных биогеоценозов, отравляют почву, провоцируют рост сине-зеленых водорослей, токсичны для животных. Данные загрязняющие вещества также токсичны для человека.

От хозяйственной деятельности человека в жилых многоквартирных и частных домах также образуется большое количество загрязняющих веществ. В основном, это СПАВ и органические отходы, но в канализацию попадают и соли металлов.

Что такое флотатор для очистки сточных вод?

Флотатор – это устройство, предназначенное для удаления мелкодисперсных примесей из воды физико-химическим методом. Условно говоря, это механизм одного из главных обрабатывающих модулей в технике и технологии очистки сточных вод. Именно на флотаторе происходит основное выделение растворенных веществ и очистка воды до нормативных показателей.

Промышленные флотаторы могут быть предназначены как для больших заводов, так и для автомоек, отличаясь габаритами и материалом.

Основной задачей флотатора является выделить и высадить из воды растворенные в ней загрязняющие вещества, переведя их в нерастворимую форму. При этом в прибор подается воздух для повышения эффекта очистки.

Принцип работы флотатора для очистки сточных вод

Принцип работы флотатора основан на пропускании через очищаемую среду пузырьков воздуха с целью образования пены. Данная пена называется флотошлам, который снимается и отводится на специальные устройства по обезвоживанию. Для того чтобы пузырьки захватывали и уносили с собой загрязнения, необходимо предварительное добавление специальных веществ – коагулянтов и флокулянтов. Данные вещества обладают высокой адгезивностью, то есть они помогают загрязняющим веществам слипаться друг с другом и с пузырьками воздуха, образовывая так называемые флоккулы.

Пузырек, проходя из сопла или форсунки распределяющего устройства наверх, захватывает с собой липкие загрязняющие вещества. Такой процесс проводится до тех пор, пока вода не достигнет нужного эффекта очистки.

Сложность процесса заключается в том, чтобы точно подобрать дозу коагулянта и флокулянта так, чтобы сила адгезии была достаточно высока, для слипания с пузырьком, но при этом образовавшиеся хлопья были не слишком большого веса, чтоб не повредить пузырек воздуха.

Схема, включающая флотатор для очистки сточных вод

Технология, предполагающая флотатор в качестве главного обрабатывающего модуля, всегда включает реагентное хозяйство и устройство для создания пузырьков воздуха. Реагентное хозяйство представляет собой емкость с реагентами (коагулянты, флокулянты, щелочь для корректировки pH) и реактор для смешения реагента с водой.

В качестве устройства для создания пузырьков воздуха, как правило, используется сатуратор, представляющий собой камеру смешения воздуха с водой с целью создания водовоздушной смеси. Далее эта смесь направляюется во флотатор. Устройство сатурации оснащено мощным насосом для нагнетания воздуха.

Флотатор никогда не используется отдельно, он всегда включен в общую схему очистки воды. Полная схема, как правило, состоит из этапов предварительного отстаивания, физико-химической обработки (флотатор или коагулятор) и последующей механической очистки на фильтрах.

Иными словами, флотатор не может обеспечить всю очистку, это только отдельный узел, требующий предварительной обработки и последующей. Попадание во флотатор песка или других грубодисперсных примесей приведут к поломке прибора. Также данный прибор не может обеспечить обеззараживание и полную очистку от нефтепродуктов. Поэтому, после него необходима ультрафиолетовая установка и сорбционные (или механические) фильтры.

Принципиальная схема основана на процессе флотации. Флотация – это обработка сточных вод пузырьками воздуха с целью извлечения растворимых и эмульгированных веществ. Вода поступает на главный обрабатывающий модуль. Туда же в напорном (или безнапорном) режиме подается заранее приготовленный реагент в реакторе. Также во флотатор подаются пузырьки воздуха с помощью устройства сатурации. Во флотаторе для очистки воды происходит обработка сточных вод реагентами и пузырьками воздуха, происходит всплытие большей части флокул в виде флотошлама. Всплывший флотошлам убирается с поверхности воды скребковым транспортёром в шламосборник.

Данный шлам очень неустойчив к механическим колеваниям, поэтому с поверхности воды он собирается аккуратно с целью не разбить пену.

Устройство флотатора

Флотатор – это открытая емкость из стали или пластика, оснащенная скребковым механизмом для сбора флотошлама и имеющая коническую форму снизу. Флотатор подразумевает наличие в нем патрубков для подачи водовоздушной смеси из сатуратора, для сброса флотошлама и аварийного опорожнения, для подачи сточных вод и отвода очищенной воды. Установка флотатора, как правило, располагается на площадке обслуживания для удобства.

Типы флотаторов

Флотаторы для очистки сточных вод отличают по тому, как происходит насыщение воды пузырьками и по характеру пузырьков. Самыми распространенными способами являются механическая, напорная и электрофлотация. Напорная флотация подразумевает наличие камеры сатурации и насосной группы. К тому же, в данном методе часто используются реагенты. Электрофлотация не нуждается в реагентном хозяйстве и сатураторе, так как основана на растворении электродов в воде.

Механическая флотация

Механическая (или импеллерная) предполагает наличие мешалки, которая при высокой скорости вращения разбивает в воде пузырьки воздуха. Такой вид водоочистки подходит для воды, склонной к пенообразованию и насыщенной газами. При механическом способе нельзя использовать реагенты, так как турбулентные потоки, создаваемые мешалкой, попросту разбивают хлопья загрязнений. На данный момент механическая флотация не распространена, так как редко обеспечивает достаточный эффект очистки.

Как правило, к данному сегменту очистки относятся флотаторы для очистки сточных вод от нефтепродуктов.

Напорная флотация

В данном случае флотаторы для очистки сточных вод оснащаются устройство сатурации и реагентным хозяйством. Сатуратор представляет собой камеру, в которой происходит нагнетание воздуха под давлением выше атмосферного. Среду, приготовленную в сатураторе, называют водовоздушной смесью. Это наиболее распространённый вид флотации и чаще всего используемый. Процесс очистки происходит за счет предварительной обработки воды реагентом (коагулянтом или флокулянтом) и последующей обработки напором водовоздушной смеси. Каждый пузырек газа прикрепляет к себе загрязнения, так как обладает большой силой притяжения за счет границы раздела фаз (вода-воздух). Предварительная подготовка воды реагентом улучшает очистку, так как создает флоккулы (мицеллы), которые также обладают определенной силой притяжения. Основная часть воды отводится через патрубок очищенной воды на дальнейшую очистку или на сброс. Сверху специальное скребковое устройство снимает флотошлам – загрязнения, унесенные с пузырьками воздуха наверх в концентрированном виде.

Основным достоинством напорной флотации является широкий диапазон применения. К недостаткам можно отнести наличие дополнительных устройств (реагентное хозяйство, сатуратор, насосы), которые занимают много места, и их необходимо автоматизировать (например, подбор дозы реагентов). Определение количества реагента играет большую роль, так как малая доза приведет к недостаточной очистке (не все мелкие растворенные частицы укрупнятся), а большая доза может привести к тому, что пузырьки будут не выдерживать веса хлопьев и разрушаться, что также приведет к снижению эффекта очистки.

Электрофлотатор

Данный вид флотаторов для очистки сточных вод отличается лаконичностью и удобством эксплуатации. Сущность метода заключается в электролизе очищаемой жидкости и выделении газов из электродов. Во флотаторе происходит процесс электролиза: на катоде выделается водород, на аноде – кислород. При использовании растворимых электродов (например, алюминиевых или железных) вода дополнительно насыщается ионами металлов с высокой степенью окисления, что играет роль реагентов для создания хлопьев загрязнений. Данный процесс помогает выделить и высадить еще большее количество загрязняющих веществ из воды. Так как пространство флотатора не большое, то в таких условиях происходит хорошее слипание хлопьев и позырьков воздуха, что обеспечивает наиболее высокий эффект очистки.

Основным преимуществом такого прибора является отсутствие реагентного хозяйства и других громоздких приспособлений, при высокой степени очистки воды. К недостаткам можно отнести высокое энергопотребление и необходимость оборудования для отвода водорода.

Сопловая флотация

В данном случае используются специальные сопла, чтобы ввести воздух в перерабатываемую воду, которая подается во флотатор, там разбивается на двухфазную смесь. Преимуществом такого способа будет меньшая изнашиваемость деталей установки, а потому более долгий срок эксплуатации.

Реагентное хозяйство

В некоторых методах флотации для улучшения эффекта очистки используются следующие реагенты:

• реагенты для корректировки pH - это кислоты и щелочи, которые добавляются в воду для обеспечения нормальных условий работы коагулянта и флокулянта;
• коагулянты – реагенты, которые способствуют хлопьеобразования и представляют собой соли железа и алюминия;
• флокулянты – реагенты, которые создают более крупные и устойчивые хлопья (флокулы) и представляют собой полиакриламидные соединения.

Основными минусами наличия реагентного метода обработки воды являются необходимость присутствия персонала, а также площади, которые надо выделять под емкости и реакторы. Также очень важно правильно подобрать дозу реагентов, что возможно только эмпирическим путем.