Реферат: Обработка воды флотацией

(16)

(17)

Из уравнения (17) видно, что прочность прилипания частицы к пузырьку тем больше, чем более гидрофобна поверхность (или чем больше краевой угол смачивания е). Следовательно, для достижения высокого эффекта обработки воды перед флотацией необходимо проводить тщательную подготовку примесей (гидрофобизацию).

Для создания условий успешного проведения флотационной обработки воды проводят коагулирование ее примесей, что приводит к образованию хлопьев, которые в зависимости от исходного состава природной воды могут иметь различную крупность. Оптимальный вариант, когда размеры хлопьев соизмеримы с размерами пузырьков воздуха, вводимых в- обрабатываемую воду и устойчиво в ней существующих.

Процесс напорной флотации природных вод следует рассматривать с момента начала движения пузырьков воздуха после их выделения из водовоздушного раствора. Его первым этапом является приближение и прикрепление пузырьков воздуха к хлопьям скоагулированных примесей. Для предотвращения разрушения хлопьев скорость подхода vnпузырьков воздуха к ним должна быть не более скорости движения обрабатываемой воды. Скоростью подхода можно считать скорость подъема пузырьков после их образования. Для нахождения этой скорости можно воспользоваться выражением

(18)

гдеg — ускорение свободного падения, м/с2; г — радиус пузырька, м; рг, рж — плотность газа и воды, Н/м3; т] — вязкость воды, Па-с.

Практика показывает, что исходя из условий сохранения хлопьев скоагулированных примесей размер пузырьков воздуха должен быть в пределах 20 ... 80 мкм.

Л.И. Шмидтом предложено уравнение для определения эффекта осветления воды флотацией. При выводе уравнения им были сделаны допущения: закрепление пузырьков воздуха происходит только в результате столкновения с частицами примесей, пузырьки образуются в объеме жидкости за очень короткий промежуток времени с постоянной по всему объему плотностью, во время подъема пузырьков частицы не перемешиваются. Число частиц в элементарном слое жидкости толщиной dh , находящихся на расстоянииh 0 от дна камеры, в момент времени Т, равноA - k \( T \ h 0) dh , где А — площадь камеры; (Т; h0) — количество незакрепившихся на пузырьке частиц в 1 см3. Уменьшение частиц за время Т

(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.