Очистка воды методом флотации

Введение

Актуальность работы.
Сегодня человечество стоит перед лицом серьезного глобального кризиса водных ресурсов – один миллиард человек во всем мире не имеет доступа к чистой питьевой воде, а более 2-х млрд человек не располагают достаточным количеством систем очистки воды, что является главной причиной заболеваний, вызываемых употреблением воды, которая не соответствует санитарным стандартам.
В России, несмотря на то, что она обладает самым крупным на Земле хранилищем пресной воды – озером Байкал, которое способно удовлетворять потребности в питьевой воде 1,5 млрд человек, в ряде регионов существуют трудности в водообеспечении населения безопасной питьевой водой.
Вода – это неотъемлемая составляющая всех живых существ и выполняет одну из основополагающих ролей в промышленной и сельскохозяйственной деятельности. Однако в настоящее время остро ощутима проблема нехватки питьевой и чистой воды.
Один из главных источников загрязнения - это сточные воды. Специалисты в данной области активно занимаются вопросом очистки сточных вод.
Наиболее эффективными методами, которые дают возможность проведения глубокой очистки сточных вод - это физико-химические, а именно флотация. Флотация - это процесс, который основан на всплывании коллоидных и дисперсных примесей вместе с пузырьками воздуха и образование на поверхности флотатора пены.
Цель данной работы- определить особенности очистки воды методом флотации.
Задачи данной работы:
Дать общую характеристику методам очистки воды;
Охарактеризовать метод флотации;
Описать классификацию видов флотации;
Определить достоинства и недостатки флотации.
Структура.
Данная работа состоит из введения, двух глав, трех параграфов, заключения, списка литературы. ВоВведение

поставлена цель и определены задачи работы. В первой главе дается общая характеристика методам очистки воды. Во второй главе, состоящей из трех параграфов, описывается классификация видов флотации, определяются достоинства и недостатки флотации. В заключение сделаны выводы в соответствии с поставленной целью и задачами.

1 Методы очистки воды: общая характеристика

Проблема сохранности природных вод, мер, направленных на должную очистку сточных вод, носит злободневный характер. Сточные воды – это воды, которые были загрязнены в процессе использования на производстве или в бытовых нуждах. Также к сточным водам относят дождевую и талую воду.
К методам очистки сточных вод относятся [5]:
Механический,
Биологический,
Физико- химические.
Далее дадим характеристику вышеуказанным методам очистки сточных вод.
Механический метод – находит отражение на начальном этапе очистки сточных вод. Главная цель этого этапа – это отделение крупнодисперсных включений плотностью свыше плотности воды, снижение значений по биохимическому показателю потребления кислорода, задержание минеральных веществ и отделение песка от сырого осадка в системе сооружений: механические решетки – песколовки – аэротенки (биофильтры, биотенки).
Биологический метод – предполагает протекание очистки в искусственных или естественных условиях с целью снижения показателей загрязнения по лимитирующим показателям:
биохимическое потребление кислорода,
азот аммонийный,
нитриты,
нитраты,
фосфор.
Процессы, которые протекают при биологическом методе, неразрывно связаны с деструкцией органических и синтетических веществ вследствие взаимодействия с группой микроорганизмов [5].
Физико-химическая очистка включает в себя методы: флотация, сорбция, нейтрализация, эвапорация, очистка с использованием механики ионообменных и электрохимических процессов.
Также к физико-химическим методам очистки воды можно отнести обработку реагентами- флокулянтами и коагулянтами. Коагуляция- процесс объединения частиц дисперсной фазы в агрегаты вследствие адгезии частиц при их соударениях.
Флокуляция- вид коагуляции с образованием хлопьевидных соединений- флокул. И коагулянты, и флокулянты- химические вещества, которые способны вызвать или ускорить образование хлопьевидных агрегатов, которые без труда удаляются из очищаемой воды. Спектр использования этих методов очень широк- от очистки воды бытового назначения до использования в различных отраслях промышленности в качестве связующего.
Одна из важных проблем - это проблема очистки промышленных стоков от нерастворимых дисперсных взвесей в различных отраслях:
энергетика,
металлургия,
нефтепереработка,
пищевая промышленность и др.
Часто при разделении гетерогенных систем используют отстойники. Однако такой способ очистки промышленных стоков в современных условиях бесперспективен и экономически убыточен.
Очистка промышленных стоков в песочных и гравийных фильтрах также обладает рядом значительных недостатков:
периодическая регенерация,
замена фильтрующего материала.
Использование для целей очистки промышленных стоков гидроциклонов исключает возможность одновременной очистки от жидких (нефтепродукты) и твердых взвесей, а также достижение высокого качества разделения гетерогенной системы.
В этих условиях несомненную перспективу приобретает метод флотационной очистки промышленных стоков, которые обеспечивают высокую степень очистки как от жидких, так и от твердых дисперсных взвесей при любом объеме стоков

. Эффективность очистки методом флотации достигает 90%, а при использовании коагулянтов и флокулянтов - 95-98%. Далее метод флотации будет рассмотрен подробнее.
Таким образом, определили, что существуют следующие методы очистки воды: механический, биологический, физико- химические.

2 Метод флотации: понятие, классификация
2.1 Общая характеристика флотации

Флотация представляет собой физико-химический метод очистки сточных вод от диспергированных и коллоидных включений, который основан на способности частиц прилипать к пузырькам газа, образуя флотокомплексы, которые переходят в слой пены.
Принцип флотации и схема флотационного сооружения представлены на рис. 1 и 2 соответственно.

Рисунок 1 – Принцип флотации.


Рисунок 2 – Схема флотационного сооружения: 1- циркуляционный насос, 2 – компрессор, 3 – напорный бак, 4 – камера флотации, 5 – скребковый механизм, 6 – сборник флотошлама, 7 – система распределения воды и водовоздушной смеси.
Флотацию применяют с целью очистки воды от органических веществ:
нефти,
масла,
ПАВ.
Следовательно, флотация актуальна для обработки сточных вод различных производств, к примеру:
механообрабатывающие производства,
нефтеперерабатывающие предприятия,
автомобильные заводы,
мойки,
молочные заводы,
мясоперерабатывающие комбинаты.
При этом один из наиболее распространенных антропогенных загрязнителей водных ресурсов - это нефтепродукты, которые попадают в окружающую среду различными способами:
неорганизованный отвод ливневого и талого стоков с территорий, загрязненных различными нефтепродуктами и маслами;
сброс неочищенных и недостаточно очищенных нефтесодержащих сточных вод;
аварии на нефтеперерабатывающих и нефтехимических заводах и других предприятиях, которые связаны с переработкой, хранением и транспортировкой различных нефтепродуктов и продуктов нефтехимии,
аварии систем очистки поверхностных сточных вод, которые образуются на промышленных территориях.
Эффективность флотационной очистки сточных вод определяется, главным образом следующими аспектами [8]:
физико-химические свойства взаимодействующих фаз,
условия их взаимодействия,
конструктивные и технологические параметры флотационных установок.
Большое значение на процесс флотации оказывают следующие факторы:
состав сточных вод,
рН,
температура среды,
вид и концентрация загрязнений,
характер извлекаемых частиц (крупность, форма частиц, степень гидрофобности и гидратированности их поверхности),
расход и дисперсный состав пузырьков газа,
степень перемешивания,
продолжительность обработки и т.д.
Протекание флотационного процесса определяется, в основном, способностью и скоростью прилипания газового пузырька к частице, что имеет место при плохой смачиваемости частицы жидкостью. Характеристика смачиваемости частиц жидкостью - это величина поверхностного натяжения на ее границе с газом, а также разность полярностей на границе жидкость твердая фаза.

2.2 Флотация: классификация, используемое оборудование

Вид содержащихся в воде загрязнений определяет характер флотационной обработки:
одним воздухом,
воздухом в сочетании с различными реагентами, в первую очередь, коагулянтами.
Использование коагулянтов дает возможность существенного повышения эффективности флотационной очистки и удаления загрязнений, которые находятся в воде в виде стойких эмульсий и взвесей, а также в коллоидном состоянии. Важное значение имеют также условия и способы удаления пены.
Пена образуется на поверхности воды в результате всплывания пузырьков воздуха, которые несут на себе удаляемые из воды примеси. Она должна быть достаточно прочной и не допускать попадания загрязнений в воду.
Помимо этого, пена должна обладать определенной подвижностью во время перемещения 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 следующих веществ [8]:
хлопья коагулянта,
мелкие частицы взвеси,
частицы поверхностно-активных веществ.
Обычно, удаление пены из флотатора производят следующими способами:
кратковременный подъем уровня воды с отводом ее через лотки, которые расположены равномерно по площади камеры,
с помощью скребковых механизмов, которые перемещают пену к сборным лоткам.
Современное флотационное обогащение основано на применении флотационных реагентов (флотореагентов). Флотореагенты – химические соединения, которые способствуют избирательному прилипанию пузырьков воздуха к минеральным частицам и осуществлению флотации определенных компонентов.
В зависимости от целевого назначения флотореагенты делят на следующие классы:
собиратели,
пенообразователи,
регуляторы.
Результаты флотационного обогащения в существенной степени определяются реагентным режимом флотации – ассортиментом и способом применения реагентов, один и тот же результат флотации может быть получен при различных реагентных режимах.
В зависимости от химического состава флотореагенты бывают следующих видов [8]:
органические (главным образом собиратели и пенообразователи),
неорганические (модификаторы);
И органические, и неорганические флотореагенты могут быть следующих видов:
неионогенные, мало или практически нерастворимые в воде вещества,
ионогенные, хорошо растворимые в воде вещества.
С целью увеличения эффективности очистки отработанных рабочих жидкостей на предприятиях используют в качестве флотореагента ПАВ