Механические (физические) методы очистки сточных вод

Механическая (физическая) очистка применяется для выделения из сточной воды нерастворенных минеральных и органических примесей. Назначение ее в основном заключается в подготовке производственных сточных вод к биологической (биохимической), физико-химической и другой более тонкой очистке. Механическая очистка обеспечивает выделение взвешенных веществ из вод до 90-95% и снижение органических загрязнений на 20-25%.

Продукт, который получается при удалении взвешенных веществ из сточных вод, называется осадок.

Основные методы удаления взвешенных веществ: процеживание, отстаивание, фильтрация, центрифугирование.

Процеживание.Основными аппаратами для процеживания являются решетки.Решетки устанавливают на очистных станциях при поступлении на них сточных вод самотеком. Не применять решетки на очистных станциях допускается в случае подачи вод насосами с установленными перед ними решетками с прозорами 16 мм или менее. Решетки могут быть с ручной или механизированной выгрузкой осадка, по конструктивным особенностям вертикальные и наклонные, а также решетки-дробилки.

Необходимо отметить, что решетки ставятся для извлечения из сточных вод крупных частиц размером более 10 мм. Все более мелкие частицы движутся со сточной водой на предварительное отстаивание.

Отстаивание. Метод отстаиванияподразделяется на 2 группы:

осветление в поле гравитационных сил;

осветление в поле центробежных сил.

Для осветления в поле гравитационных сил используют песколовки и отстойники.

Песколовки обычно используют для отделения из сточных вод минеральных частиц крупностью более 200 мкм. Их устанавливают при пропускной способности станции очистки сточных вод более 100 м³/сут. Задерживают 40-50% взвешенных веществ с определенной гидравлической крупностью. Ею называется скорость оседания взвешенных частиц в поле гравитационных сил. Гидравлическая крупность (U) измеряется в мм/сек и определяется по формуле:

(7)

где Н – глубина проточной части отстойника;

τ – продолжительность отстаивания частиц в цилиндре с высотой столба воды h = 500 мм при температуре 20 С;

n – показатель степени, определяемый по специальным таблицам. Он еще называется коэффициентом гравитационной коагуляции. При обычных условиях без добавки коагулянтов он изменяется от 0,5 до 2. При использовании коагулянтов он равен 0,35-0,75.

Исходя из этих показателей, можно рассчитать рабочую продолжительность протока сточной воды:

t₁ = H(U – w) , (8)

где w – вертикальная составляющая турбулентного потока.

Расчетная длина сооружения определяется по формуле:

L = t v , (9)

где v – скорость потока.

К основным типам песколовок относятся: горизонтальные с прямолинейным или круговым движением воды, вертикальные, аэрируемые, тангенциальные со шнековым пескопромывателем.

Горизонтальные песколовки с круговым движением сточной воды предназначены для удаления песка из производственных сточных вод, имеющих нейтральную или слабощелочную реакцию. Они рассчитаны на производительность 1400-70000 м³/сут.

Широкое применение находят горизонтальные песколовки с прямолинейным движением воды (рис. 10), в состав которой входят входной патрубок 1, выпускной коллектор 4 и песковый приямок (шламосборник) 3. Горизонтальные песколовки этого типа обладают пропускной способностью 70-280 тыс.м³/сут. Скорость движения сточных вод составляет 0,15-0,3 м/сек, продолжительность пребывания в рабочей зоне около 1 мин.

Рис. 10. Схема горизонтальной песколовки:

1 – входной патрубок; 2 – корпус песколовки; 3 – шламосборник (песковый приямок); 4 – выпускной коллектор.

Вертикальные песколовки состоят из входной трубы, перегородки для изменения направления движения очищаемой воды, шламосборника и выходной трубы. В шламосборнике предусмотрено отверстие для удаления шлама. Эти песколовки имеют линейную скорость 0,03-0,04 м/сек, продолжительность пребывания потока в рабочей зоне 2-2,5 мин, а гидравлическая крупность – до 25 мм/сек.

Для разделения механических загрязнений по фракционному составу или по плотности применяют аэрируемые песколовки. Их используют для выделения из сточной воды минеральных частиц гидравлической крупностью 13-18 мм/сек. Скорость движения сточных вод составляет 0,08-0,12 м/сек.

Усреднителиприменяют для регулирования состава и расхода сточных вод, поступающих на очистные сооружения, что позволяет повысить эффективность и надежность устройств механической, биологической и физико-химической очистки. Экономический эффект достигается за счет выравнивания пиковых концентраций и расходов сточных вод, поступающих на очистку.

Конструктивно усреднители представляют собой прямоугольные резервуары, изготовленные из железобетона. В отечественной практике применяют усреднители, действующие по принципу дифференцирования потока, и усреднители с перемешиванием поступающей сточной воды.

Отстойники. Как правило, в отстойниках отделяются частицы меньших размеров, чем в песколовках, что определяет большее разнообразие отстойников перед песколовками. Некоторые из конструкций этих аппаратов показаны на рис. 11.

Рис. 11. Отстойники:

а – горизонтальный: 1 – входной лоток; 2 – отстойная камера; 3 – выходной лоток;

4 – приямок;

б – вертикальный: 1 – цилиндрическая часть; 2 – центральная труба; 3 – желоб,

4 – коническая часть;

в – радиальный: 1 – корпус; 2 – желоб; 3 – распределительное устройство; 4 – успокоительная камера; 5 – скребковый механизм;

г – трубчатый;

д – с наклонными пластинами: 1 – корпус; 2 – пластины; 3 – шламоприемник.

Все отстойники делятся на 2 типа: периодического и непрерывного действия. Типы аппаратов отстойников непрерывного действия: вертикальные, горизонтальные, радиальные.

Кроме первичных отстойников для механической очистки воды наиболее часто используют осветлители, нефте- и жироловушки.

Осветлители. Эти аппараты отличаются от отстойников тем, что в их работе для ускорения процесса оседания частиц используют специальные реагенты – коагулянты или флокулянты, способствующие агрегации, то есть укрупнению частиц. Эффективность очистки сточных вод в осветлителях достигает 75%. Пропускная способность осветлителя диаметром 6 м при продолжительности пребывания в нем сточной воды 1,5 ч – 85 м³/ч, а осветлителя диаметром 9 м – 193 м³/ч. Осветлители компонуются в блок из двух или четырех сооружений.

Жироловки. Очистка сточных вод от маслосодержащих примесей в зависимости от состава и концентрации примесей производится отстаиванием, обработках в гидроциклонах, флотацией и фильтрованием. При отстаивании происходит всплывание частиц масел с плотностью, меньшей плотности воды, по тем же законам, что и осаждение тяжелых частиц. Процесс отстаивания осуществляется в отстойниках, а также маслоловушках при незначительной концентрации механических загрязнений. Конструкция маслоловушек аналогична конструкции горизонтального отстойника.

При среднем времени пребывания сточной воды в маслоловушке, равном двум часам, скорость ее движения составляет 0,003-0,008 м/с. В результате отстаивания маслопродукты, содержащиеся в воде, всплывают на поверхность, откуда удаляются маслосборным устройством.

Очистка сточных вод от маслосодержащих примесей фильтрованием –заключительный этап очистки. В качестве фильтрующего материала используют кварцевый песок, доломит, керамзит и др.

Нефтеловушки. Для очистки сточных вод, содержащих нефть и нефтепродукты, при концентрациях более 100 мг/л применяют нефтеловушки, которые представляют собой прямоугольные, вытянутые в длину резервуары. В них происходит разделение нефти и воды за счет разности их плотностей. Нефть и нефтепродукты всплывают на поверхность, а содержащиеся в сточной воде минеральные примеси оседают на дно нефтеловушки.

Фильтрование. Для улавливания тонких частиц часто используется фильтрование сточных вод через тонкие перегородки или насыпные слои зернистых материалов.

В качестве фильтрующих перегородок используют перфорированные листы и сетки из нержавеющей стали, алюминия, никеля, меди, латуни и других металлов, а также разнообразные тканевые перегородки (асбестовые, стекловолоконные, хлопчатобумажные, шерстяные, из синтетических волокон. Выбор перегородки зависит от коррозионной активности очищаемой воды, физико-химических свойств и концентрации отделяемых осадков. Для осуществления процесса фильтрации используются все известные типовые фильтры: нутч-фильтры, пресс-фильтры, барабанные, дисковые, ленточные, карусельные и др.; непрерывно и периодически работающие; работающие под давлением и в вакууме.

Более широко в водоочистной практике используются фильтры с насыпным фильтрующим зернистым материалом. В качестве насыпных материалов используются кварцевый песок, антрацит, дробленый керамзит, шлаки и др.

Требования к фильтрации следующие:

фильтрование должно идти в направлении убывающей крупности зерен загрузки с целью предотвращения образования малопроницаемых пленок на поверхности загрузки;

должна быть предусмотрена интенсивная промывка зерен загрузки при наступлении проскока загрязненных вод;

фильтры должны обладать малой чувствительностью к колебаниям качества и расхода воды.

Требования к фильтрующим материалам:

наличие определенного фракционного состава;

механическая прочность на истирание и измельчение;

химическая стойкость к воде и примесям;

доступность и невысокая стоимость.

По скорости фильтрации фильтры делятся на медленные(со скоростью фильтрации менее 0,5 м/ч), скорые (от 2 до 15 м/ч) и сверхскорые фильтры (более 25 м/ч).

Также они подразделяются на открытые и закрытые, на напорные и безнапорные, а по размерам загрузки верхнего слоя на мелкозернистые (диаметр частиц до 0,4 мм), среднезернистые (0,4-0,8 мм) и крупнозернистые (более 0,8 мм). По виду используемых материалов фильтры делятся на однослойные и многослойные (рис. 12).

В однослойных фильтрах загрузка состоит из зерен одного материала (рис. 12, а). Загрузка многослойного фильтра (рис. 12, б) состоит из нескольких слоев разных материалов, уложенных с уменьшением размера зерен по ходу воды. Контактный осветлитель (рис. 12, в) также относится к группе многослойных фильтров, только в его работе используются коагулянты и флокулянты для укрупнения частиц взвеси. В этом аппарате также крупность зерен уменьшается по ходу потока очищаемой воды. Такое распределение засыпного материала позволяет использовать весь объем фильтрующего слоя, иначе вся извлекаемая взвесь сосредоточилась бы на входе в фильтрующий слой, быстро забивая его.

Значительное влияние на работу узла фильтрации оказывает соотношение продолжительностей периодов фильтрования и регенерации фильтрующего слоя путем промывке его обратным потоком очищенной воды. Чем меньше рабочий период фильтра, тем меньше он забивается улавливаемой примесью и, следовательно, выше средняя скорость фильтрования. Однако при этом увеличивается общая продолжительность простоев фильтра из-за его остановки на промывку. Очевидно, что выбор указанного соотношения периодов очистки воды и промывки фильтрующего слоя является задачей на оптимизацию.

Рис. 12. Схемы фильтров с зернистой загрузкой:

а – однослойный с плавающей загрузкой; б – многослойный; в – контактный осветлитель:

1 – распределительный карман; 2 – корпус; 3 – фильтрующая загрузка; 4 – удерживающая решетка; 5 – дренажная система; 6 – распределительная система промывной воды; 7 – желоб для отвода фильтрата и промывной воды; 1, П, Ш, 1У – соответственно потоки очищаемой, очищенной, промывной и загрязненной промывной воды.

Гидроциклонирование.Отделение механических примесей в поле действия центробежных сил осуществляется в открытых или напорных гидроциклонах, многоярусных гидроциклонах и центрифугах.

Принцип действия гидроциклонов основан на сепарации частиц твердой фазы во вращающемся потоке жидкости. Величина скорости сепарирования частицы в поле гидроциклона может превышать скорость оседания эквивалентных частиц в поле гравитации в сотни раз.

К основным преимуществам гидроциклонов следует отнести:

высокую удельную производительность по обрабатываемой суспензии;

сравнительно низкие расходы на строительство и эксплуатацию установок;

отсутствие вращающихся механизмов, предназначенных для генерирования центробежной силы; центробежное поле создается за счет тангенциального ввода сточных вод;

возможность создания компактных автоматизированных установок.

Химическая или реагентная очистка производственных сточных вод может применяться как самостоятельный метод перед подачей производственных сточных вод в систему оборотного водоснабжения, а также перед спуском их в водоем или городскую канализационную сеть. Применение химической очистки в ряде случаев целесообразно перед биологической или физико-химической очисткой. Химическая обработка находит применение также и как метод глубокой очистки производственных сточных вод с целью их дезинфекции, обесцвечивания или извлечения из них различных компонентов.

Нейтрализация. На железнодорожном транспорте и других отраслях промышленности производственные сточные воды от технологических процессов содержат щелочи NaOH, КОН, кислоты HCl, H₂SO₄, H₃PO₄, а также соли металлов, образованных на основе кислот или щелочей. Поэтому с целью предупреждения коррозии материалов канализационных сооружений, нарушения биохимических процессов в биологических окислителях и водоемах, а также осаждения из сточных вод солей тяжелых металлов кислые и щелочные стоки подвергают нейтрализации. В результате нейтрализации в водных растворах происходит реакция между гидратированными ионами водорода и ионами гидроксида, содержащимися соответственно в сильных кислотах и основаниях, с образованием молекулы воды и гидроксида металлов. В результате рН среды приближается к 7.

В качестве реагента для нейтрализации используют щелочи, кислоты или их соли (NaOH, KOH, H₂SO₄, известняк, доломит, мел, мрамор, магнезит, сода и др.).

Процессы нейтрализации осуществляют в специальных реакторах, оборудованных перемешивающим устройством, и при необходимости проветривания–системой вытяжной вентиляции.

При химической очистке применяются следующие способы нейтрализации:

1) взаимная нейтрализация кислых и щелочных вод

2) нейтрализация реагентами (растворы кислот, негашеная известь СаО, гашеная известь Са(ОН)₂ , кальцинированная сода Na₂CO₃, каустическая сода NaOH, аммиак NH₄OH).

3) фильтрование через нейтрализующие материалы (известь, известняк, доломит СаСО₃.МgСО₃, магнезит МgСО₃, мел СаСО₃ (96-99%).

4) в последнее время предложен способ нейтрализации щелочных вод дымовыми газами, содержащими СО₂, SО₂, NO₂ и др.

Окисление. Окислительный метод очистки применяют для обезвреживания производственных сточных вод, содержащих токсичные примеси, например, цианиды КСN, или соединения, которые нецелесообразно извлекать из сточных вод, а также очищать другими методами (сероводород, сульфиды).

В узком смысле окисление – реакция соединения какого-либо вещества с кислородом, а в более широком – всякая химическая реакция, сущность которой состоит в отнятии электронов от атомов или ионов. В практике обезвреживания сточных вод в качестве окислителя используют хлор, гипохлорит кальция или натрия, хлорную известь, диоксид хлора, озон, технический кислород и кислород воздуха.

Окисление активным хлором. Окисление ядовитых цианид-ионов СN^- осуществляется путем перевода их в нетоксичные цианаты СNO- , которые затем гидролизуются с образованием ионов аммония и карбонатов:

CN^- + 2OH^- -2e = CNO^- + OH; CNO^- + 2H₂O = NH₄⁺ + CO₃ ^2-

Применение хлора здесь не надо путать с хлорированием сточных вод с целью их обеззараживания.

Электрохимические методы очистки основаны на электролизе производственных сточных вод. Основу составляют два процесса анодное окисление и катодное восстановление. Электрохимическая обработка широко используется для очистки сточных вод от шестивалентного хрома, основанная на пропускании постоянного электрического тока через сточную воду, находящуюся в открытых или закрытых электролизных ваннах, в которых размещены попеременно чередующиеся стальные аноды и катоды. При этом в сточной воде не должно содержаться механических примесей со скоростью осаждения (всплывания) более 0,0003 м/с и концентрацией их более 0,05 кг/м³. Очистка сточных вод от соединений шестивалентного хрома основана на реакции восстановления бихромат- и хромат-ионов ионами трехвалентного железа, которые образуются при электролитическом растворении анода, а также гидроксидом железа Fe(ОН)₂, который возникает в сточной воде при взаимодействии ионов Fe²⁺ и ОН^– (при рН ≥ 5,5).

Осаждение.При этой операции получают нерастворимые осадки, которые затем могут быть захоронены либо использованы, например, в металлургической или другой промышленности.

К физико-химическим методам очистки относятся: коагуляция, флокуляция, сорбция, флотация, экстракция, ионный обмен, гиперфильтрация, ультрафильтрация, эвапорация, термоокисление, выпаривание, испарение, кристаллизация, высаливание, вымораживание, магнитная обработка, а также методы, связанные с наложением электрического поля – электрокоагуляция, электрофлотация, электродиализ и другие.

Коагуляция – слипание частиц коллоидной системы при их столкновении в процессе теплового движения, перемешивания или направленного перемещения во внешнем силовом поле. В результате коагуляции образуются агрегаты – более крупные (вторичные) частицы, состоящие из скопления мелких (первичных). Первичные частицы в таких агрегатах соединены силами межмолекулярного взаимодействия непосредственно или через прослойку окружающей дисперсной среды. Коагуляция сопровождается прогрессирующим укрупнением частиц и уменьшением общего их числа в объеме дисперсной среды. Слипание однородных частиц называется гомокоагуляцией, а разнородных – гетерокоагуляцией.

Для очистки сточных вод применяют следующие коагулянты:

1. Соли алюминия: сульфат алюминия (глинозем) Al₂(SO₄)₃ ∙18H₂O, алюминат натрия NaAlO₂, оксихлорид алюминия Al₂(OH)₂Cl, полихлорид алюминия [Al₂(OH)_nCl_6-n]_m(SO₄)_x где 1<n<5m<10, алюмокалиевые [AlK(SO₄)₂ ∙18H₂O] и алюмоаммонийные [Al(NH₄)(SO₄)₂ ∙12H₂O] квасцы;

2. Соли железа: сульфат двухвалентного железа FeSO₄∙7H₂O, гидроксид железа, хлорид железа FeCl₃6H₂O, сульфат трехвалентного железа Fe₂(SO₄)₃∙9H₂O;

3. Соли магния. Хлорид магния MgCl₂∙6H₂O, сульфат магния MgSO_4∙∙7H₂O;

4. Известь;

5. Шламовые отходы и отработанные растворы отдельных производств, содержащие перечисленные выше реагенты.

Количество коагулянта зависит от его вида, расхода, состава и требуемой очистки воды и определяется экспериментально.

Флокуляция. Однако коагуляция, идущая с применением неорганических коагулянтов, имеет ряд недостатков, к которым относятся: неуправляемость процесса и малая эффективность работы аппаратуры, связанная с медленным гидролизом коагулянтов и малой скоростью хлопьеобразования. Поэтому стали применять процесс флокуляции. Процесс этот открыт Анри в 1903 году. Флокуляцией называется процесс, при котором мелкие частицы, находящиеся во взвешенном состоянии, под влиянием специально добавляемых неорганических и органических веществ – флокулянтов образуют интенсивно оседающие рыхлые хлопьевидные скопления.

Типы флокулянтов:

1. Неорганические флокулянты – активная кремниевая кислота или жидкое стекло mNa₂O ∙ nSiO₂ m , n модули жидкого стекла (чаще всего равны 2 и 5);

2. Вещества получаемые из растительного сырья – крахмал, эфиры;

3. Синтетические органические флокулянты – полиакриаламид (ПАА), полиэтиленамин;

Коагуляция и флокуляция происходит в специальных камерах смешения, после которых осуществляются те или иные механические методы очистки.

Сорбция– процесс поглощения вещества из окружающей среды твердым телом или жидкостью. Поглощающее тело называется сорбентом, а поглощаемое – сорбатом. Различают поглощение вещества всей массой жидкого сорбента (абсорбция) и поверхностным слоем твердого или жидкого сорбента (адсорбция). Сорбция, сопровождающаяся химическим взаимодействием сорбента с поглощаемым веществом, называется хемосорбцией.

В качестве сорбентов применяют различные искусственные и природные пористые материалы: золу, коксовую мелочь, торф, селикагели, алюмогели, активные глины. Эффективными сорбентами являются активированные угли.

Активность сорбента характеризуется количеством поглощаемого вещества на единицу объема или массы сорбента. Она находится в пределах от 1 до 50 кг/т.

Процесс сорбции может осуществляться в статических условиях, при которых частица жидкости не перемещается относительно частицы сорбента (аппараты с перемешивающими устройствами), а также в динамических условиях, при которых частица жидкости перемещается относительно сорбента. Поэтому различают статическую и динамическую активность сорбента. При этом динамическая активность составляет 45–90% относительно статической.

Следует указать, что сорбционные процессы являются обратимыми, то есть сорбат может переходить с сорбентом обратно в раствор. Скорости протекания сорбционного и десорбционного процессов пропорциональна концентрации веществ в растворе и на поверхности сорбента.

К одному из видов сорбции относится ионный обмен. Ионообменная сорбция – процесс обмена между ионами, находящимися в растворе, и ионами, присутствующими на поверхности твердой фазы – ионита.

Очистка сточных вод методом ионного обмена позволяет извлекать и утилизировать ценные примеси, ПАВ, радиоактивные вещества, очищать сточную воду до ПДК с последующим использованием ее в технологических процессах или в системах оборотного водоснабжения.

По знаку обменивающихся ионов иониты делятся на катиониты и аниониты. Ведущая роль принадлежит синтетическим органическим ионитам – ионообменным смолам, которые подразделяются на следующие виды:

сильнокислотные катиониты, содержащие сульфогруппы SO₃H и сильноосновные аниониты, содержащие четвертичные аммониевые основания;

слабокислотные катиониты, содержащие карбоксильные СООН и фенольные группы, диссоциирующие при рН>7, а также слабоосновные аниониты, содержащие первичные NH₂ и вторичные NН аминогруппы, диссоциирующие при рН <7,

иониты смешанного типа, проявляющие свойства смеси сильных и слабых кислот или оснований.

Иониты характеризуются полной и рабочей емкостью. Полная емкость – количество ионов, которое может поглотить 1 кг ионита до полного насыщения, а рабочая емкость – количество находящихся в воде ионов, которое может поглотить 1 кг ионита до начала проскока в фильтрат.

Если катиониты находятся в Н- или Na-форме, обмен катионов будет проходить по реакциям:

Ме⁺ + Н(К) = Ме(К) + Н⁺

Ме⁺ + Na(К) = Ме(К) + Na⁺

Где Ме⁺ - катион, находящийся в сточной воде, (К) – сложный комплекс катионита.

Регенерация катионитов осуществляется промывкой кислотой (при Н-катионите) или раствором хлористого натрия (при Na-катионите):

2Ме(К) + Н₂SО₄ = 2Н(К) + МеSО₄

Ме(К) + NaCl = Na(K) + MeCl

Поскольку в сточных водах, как правило, содержится несколько катионов, большое значение имеет селективность их поглощения. Для каждого вида катионита установлены ряды катионов по энергии их вытеснения.

Жидкостная экстракция– процесс извлечения веществ из водного раствора в жидкую органическую фазу (раствор экстрагента), не смешивающуюся с водой. Процесс жидкостной экстракции используется для выделения из сточных вод ценных органических веществ (например, фенолов и жирных кислот), а также тяжелых цветных металлов (меди, никеля, цинка, кадмия, ртути и др.).

Процесс экстракции характеризуется коэффициентом распределения экстрагируемого вещества (К_р) – отношение взаимно уравновешивающихся концентраций (С_э – концентрация вещества в экстрагенте, С_р – концентрация вещества в воде) в двух несмешивающихся растворителях при достижении равновесия:

(10)

Экстрагент– органическое вещество, образующее с извлекаемым загрязняющим веществом соединение, способное переходить в органическую фазу. Обычно экстрагенты находятся в аморфном состоянии и требуют разбавления.

Разбавителемназывают органическую жидкость, не смешивающуюся с водой и служащую растворителем экстрагента (керосин, бензол, ксилол, Уайт-спирит и др.).

Органическая и водная фаза после проведения экстракционной стадии называются соответственно экстрактоми рафинатом.

Загрязняющие компоненты выделяются из экстракта двумя путями: либо ректификацией, либо реэкстракцией, в результате которых обычно достигается и регенерация экстрагента. В качестве реэкстрагирующих растворов (реэкстрактов) используют водные растворы кислот, солей и оснований. Водный раствор после реэкстракции называют реэкстрактом.

Флотация –процесс молекулярного прилипания частиц флотируемого материала к поверхности раздела двух фаз, обычно газа (чаще воздуха) и жидкости, обусловленный избытком свободной энергии поверхностных пограничных слоев, а также поверхностными явлениями смачивания.

Процесс очистки сточных вод, содержащих ПАВ, нефть, нефтепродукты, масла, волокнистые материалы, методом флотации заключается в образовании комплексов «частицы-пузырьки», всплывании этих комплексов и удалении образовавшегося пенного слоя с поверхности обрабатываемой жидкости. Прилипание частицы к поверхности газового пузырька возможно только тогда, когда наблюдается несмачивание или плохое смачивание частицы жидкостью.

Наиболее существенные принципиальные отличия способов флотации связаны с насыщением жидкости пузырьками воздуха определенной крупности. По этому принципу выделяются следующие способы флотации:

флотация с выделением воздуха из раствора (вакуумные, напорные, эрлифтные флотационные установки);

флотация с механическим диспергированием воздуха (импеллерные, безнапорные и пневматические флотационные установки);

флотация с подачей воздуха через пористые материалы;

биологическая и химическая флотация.

Электрофлотация. Сущность электрофлотационного способа очистки сточных вод заключается в переносе загрязняющих частиц из жидкости на поверхность с помощью пузырьков газа, образующихся при электролизе воды. В процессе электролиза воды на катоде выделяется водород, а на аноде – кислород. Основную роль играют мелкие пузырьки, образовавшиеся на катоде. При применении растворимых анодов (в основном железных и алюминиевых) происходит переход катионов железа и алюминия, приводящий к образованию хлопьев гидроокиси. Одновременное образование хлопьев коагулянта и пузырьков газа в стесненных условиях межэлектродного пространства создает предпосылки для надежного закрепления газовых пузырьков на хлопьях и интенсивной коагуляции загрязнений, что обеспечивает эффективность флотационного процесса. Такие установки называются электрокоагуляционно-флотационными.

Электродиализ– процесс сепарации ионов солей, осуществляемый в мембранном аппарате под действием постоянного электрического тока, применяемый для опреснения высокоминерализованных сточных вод рис. 13).

Рис. 13. Схема процесса электродиализа:

А – анионитовые мембраны; К – катионитовые мембраны; 1 – выход газообразного водорода; 2 – подача сточной воды; 3 – выход газообразных хлора и кислорода; 4 – выпуск обессоленной воды; 5 – выпуск рассола

Электродиализатор разделен чередующимися катионитовыми и анионитовыми мембранами, образующими концентрирующие (рассольные) и обессоливающие (дилюатные) камеры. Под действием постоянного тока катионы, двигаясь к катоду, проникают через катионитовые мембраны, но задерживаются анионитовыми, а анионы, двигаясь в направлении анода проходят через анионитовые мембраны, но задерживаются катионитовыми. В результате этого из одного ряда камер ионы обоих знаков выводятся в один ряд камер.

Обратный осмос (гиперфильтрация) – непрерывный процесс молекулярного разделения растворов путем их фильтрования под давлением через полунепроницаемые мембраны, задерживающие полностью или частично молекулы или ионы растворенного вещества. При приложении давления выше осмотического (равновесного) осуществляется перенос растворителя в обратном направлении (от раствора к чистому растворителю через мембрану) и обеспечивается достаточная селективность очистки (рис. 14). Необходимое давление, превышающее осмотическое, составляет при концентрации солей 2-5 г/л 0,1-1 МПа и при концентрации солей 20-30 г/л - 5-10 МПа.

Рис. 14. Схема обратного осмоса

Ультрафильтрация – мембранный процесс разделения растворов, осмотическое давление которых мало. Этот метод используется при отделении сравнительно высокомолекулярных веществ, взвешенных частиц, коллоидов. Ультрафильтрация по сравнению с обратным осмосом – более высокопроизводительный процесс, так как высокая производительность мембран достигается при давлении 0,2-1 МПа.