Problem pročišćavanja otpadnih voda aktualan je već desetljećima. Poteškoća je u zastarjelosti metoda i opreme, kao i pojavi novih kemikalija u kućanskim kemikalijama i proizvodnji, što zahtijeva potpuno nove pristupe njihovom uklanjanju iz otpadnih voda. Jedna od univerzalnih metoda pročišćavanja otpadnih voda je flotacija. Ovisno o karakteristikama onečišćujuće tvari, zahtijeva samo zamjenu reagensa i korekciju uvjeta procesa.
Pročišćavanje otpadnih voda
Ova metoda se uspješno koristi za pročišćavanje otpadnih voda koje sadrže vlakna, naftne proizvode, ulja i masti i druge tvari koje su slabo topive u vodi. Otpadne vode se prvo prebacuju u suspenziju i emulziju pomoću posebnih tvari.
Proces flotacije se oslanja na sposobnost mjehurića plina da se vežu za čestice, pomažući im da isplivaju na površinu tekućine.
Opći principi metode
Najjednostavniji čin plutanja je pričvršćivanjenetopivih čestica (na primjer, minerala, ulja ili bilo koje druge) do mjehurića zraka. Uspjeh pročišćavanja ovisi o brzini stvaranja veze između čestice i mjehurića, o jačini te veze i o trajanju postojanja ovog kompleksa. Što je, pak, određeno prirodom čestica, sklonošću vlaženju vodom i značajkama njihove interakcije s reagensima. Dakle, flotacija je proces koji ovisi o mnogim čimbenicima.
Elementarni čin može se izvesti putem jednog od sljedećih mehanizama:
- mjehurići se odmah formiraju u suspendiranim česticama;
- Čestice suspenzije pričvršćuju se na mjehur plina kada se sudare s njim;
- na površini čestice formira se mali mjehur, koji se spaja s drugom prilikom sudara i povećava volumen.
Kompleks, koji nastaje tijekom procesa flotacije, u praktički nepokretnom mediju može plutati samo pod uvjetom da je sila dizanja mjehurića plina veća od težine čestice. To će dovesti do stvaranja sloja pjene na površini tretirane vode.
Osim toga, površine mjehurića i čestica na mjestu dodira moraju biti u određenom omjeru. Sile ljepila rastu proporcionalno veličini čestica na kvadratu, budući da je opseg njihove veze ograničen veličinom najvećeg njihova lica. A sila razdvajanja izravno ovisi o masi zagađujuće čestice (tj. njezinim linearnim dimenzijama u kocki). Dakle, kada se postigne određena veličina čestica, sile odvajanja premašuju sile lijepljenja. Dakle zaUspješno pročišćavanje otpadnih voda flotacijom važno je ne samo za prirodu odnosa suspenzije s mjehurićima, već i za njihovu veličinu.
Načini za zasićenje vode mjehurićima
Postoje mnoge tehnike koje osiguravaju pojavu mjehurića plina u otpadnoj vodi. Glavne metode koje se koriste u flotaciji su:
- Kompresijska (ili tlačna) metoda koja se temelji na povećanju topljivosti zraka u vodi s povećanjem tlaka.
- Mehanička metoda bazirana na intenzivnom miješanju tekućine sa zrakom.
- Propuštanje otpadne vode kroz porozne materijale uzrokujući njihovo raspršivanje.
- Električna metoda koja se temelji na elektrolizi vode, praćena pojavom mjehurića plina.
- Kemijski proces koji uzrokuje stvaranje mjehurića tijekom kemijskih reakcija određenih reagensa s komponentama otpadne vode.
- Vakumska metoda koju karakterizira smanjenje tlaka.
flotacija pod pritiskom
Najučinkovitiji je za ekstrakciju finih i koloidnih suspenzija niske koncentracije. Pročišćena voda se zasićena zrakom pod tlakom do 7 MPa u posebnom reaktoru - saturatoru. Nakon ispuštanja vode iz njega, tlak naglo pada na normalu (atmosferski), što izaziva intenzivan proces stvaranja mjehurića zraka.
Kako bi se značajno povećala učinkovitost obrade vode, flotacija se kombinira s koagulacijom i flokulacijom. Oba ova pristupadoprinose povećanju veličine neotopljenih čestica. Koagulansi su i anorganski spojevi, obično soli feri željeza ili aluminija, i neke organske tvari. Flokulanti su posebni polimeri čije molekule u vodenom mediju tvore nabijenu mrežu sposobnu privući zagađujuće čestice, što dovodi do pojave flokulantnih agregata.
Instalacije i dijagrami toka
Instalacije koje provode tlačnu flotaciju mogu se postaviti ne samo u zatvorenom prostoru, već i izvan njih. Dakle, prvi su prikladni za male količine, ako potrošnja vode nije veća od 20 m3/h, dok drugi imaju puno veći kapacitet. Često se dogovara kombinirano postavljanje konstrukcija, kada su veliki objekti, na primjer, saturator i flotacijska ćelija, na otvorenom, a pumpe u zatvorenom prostoru.
U slučaju instalacija u uvjetima mogućeg pada temperature zraka na negativne vrijednosti, potrebno je osigurati pjenasti sustav grijanja. Klasično kompresijsko flotacijsko postrojenje sastoji se od sljedeće opreme:
- Pumpa za dovod tekućine.
- Kompresor za dovod zraka (ili bilo kojeg plina) u sustav za obradu vode.
- Saturator (drugo ime je tlačni spremnik), u kojem se zrak otapa u otpadnoj vodi.
- Flotacijske komore, ako proces predviđa stupanj grubosti suspendiranih čestica.
- Uređaj za reagens, uključujući uređaje za doziranje imiješanje reagensa s tekućinom koja se pročišćava.
- Sustav kontrole procesa čišćenja.
Tehnološke sheme koje uključuju pročišćavanje otpadnih voda tlačnom flotacijom mogu biti:
- Protok, kada puni volumen tekućine koja se pročišćava prođe kroz saturator.
- Recirkulacija, kada samo 20 - 50% pročišćene tekućine prolazi kroz saturator.
- Djelomično izravnog protoka, kada oko 30 -70% sirove vode ulazi u saturator, a ostatak se dovodi izravno u flotacijsku komoru.
Prilikom odabira jedne od ovih shema uzimaju se u obzir fizička i kemijska svojstva pročišćene otpadne vode, zahtjevi za stupanj pročišćavanja, lokalni uvjeti i ekonomski pokazatelji.
Elektroflotacija
Ova se metoda počela koristiti u drugoj polovici 20. stoljeća. Tada se pokazalo da su plinovi elektrolize mnogo učinkovitiji od inertnih plinova ili zraka u povećanju intenziteta flotacije. To omogućuje izolaciju u vodi netopivih naftnih proizvoda, ulja za podmazivanje, slabo topljivih spojeva teških i obojenih metala, koji tvore stabilne emulzije u otpadnoj vodi. No, osim plinova elektrolize, na uklanjanje nekih nečistoća utječe i umjetno stvoreno električno polje u kojem se nabijene čestice kreću prema suprotno nabijenim elektrodama.
Značajni nedostaci elektroflotacije su niska produktivnost, visoka cijena elektroda, trošenje i kontaminacija te opasnost od eksplozije.
Metoda frakcioniranja pjene
Svodi se na adsorpciju otopljenih površinski aktivnih tvari (tenzida) na mjehuriće plina koji se dižu kroz otopinu. U tom slučaju se intenzivno stvara pjena, obogaćena adsorbiranom tvari.
Važno područje primjene ove vrste flotacije je pročišćavanje vode od deterdženata koji se koriste u praonicama rublja. Također je prikladan za odvajanje aktivnog mulja iz biokemijske obrade.
Ore dressing
Postupak flotacije uspješno se koristi u primarnoj preradi svih vrsta ruda, što omogućuje izdvajanje vrijedne frakcije s visokim udjelom metala ili njegovih spojeva. Temelji se na razlikama u svojstvima površine izdvojenih minerala.
Flotacija rude je trofazni proces:
- čvrsta faza je drobljeni mineral;
- tekuća faza je pulpa;
- gasnu fazu formiraju mjehurići zraka koji prolaze kroz pulpu.
Flotacija može biti pjenasta, filmska ili masna, ovisno o obliku proizvoda koji nastaje na površini tekuće faze.
