Флотационная очистка сточных вод

Во второй половине нашего века мир столкнется с дефицитом чистой пресной воды. Уже сейчас более 2 млрд людей на Земле страдают от недостатка воды. Наша страна находится на втором месте в мире после Бразилии по запасам пресной воды.

Однако, для использования вода должна быть чистой, свободной от загрязняющих веществ. Для очистки производственных и хозяйственно-бытовых сточных вод применяют многоэтапные способы их очистки до нормативных требований. Это позволяет использовать воду повторно без вреда для здоровья.

В настоящей статье рассмотрим один из эффективных способов очистки-флотационную очистку сточных вод.

Основа метода

Флотация-это один из методов физико-химической обработки сточных вод, основанный на удалении загрязнителей с помощью пузырьков воздуха. Воздушные пузырьки захватывают загрязняющие вещества и выносят их на поверхность в виде пены (флотопена).

Взаимодействие пузырьков воздуха с дисперсными частицами определяется их адгезионными и поверхностными свойствами. Это дает возможность удалять из воды как твердые, так и жидкие мелкодисперсные эмульсии.

Полный перечень удаляемых веществ:

• взвешенные твердые вещества;
• нефть и нефтепродукты;
• полимеры, в том числе микропластик;
• жиры и масла;
• моющие средства, ПАВ, мыла и др.;
• бактерии, микроорганизмы, активный ил биологической очистки и др.

Флотационная очистка состоит из нескольких этапов:

• подача воздуха в резервуар для организации равномерного выделения пузырьков воздуха требуемого размера;
• захват частиц загрязняющих веществ пузырьками воздуха и подъем их на поверхность в виде пены;
• перемещение скребкового механизма по поверхности флотатора для удаления флотопены, после чего она направляется в устройство для водоотжима;
• поступление очищенной воды в накопительную емкость для дальнейшего использования или доочистки.

Добавление химических реагентов обеспечивают максимальный уровень очистки стоков. В качестве реагентов используют кислоты, щелочи, коагулянты и флокулянты.

Достоинства и недостатки флотационной очистки сточных вод

Метод флотационной очистки сточных вод имеет множество преимуществ, главным из которых является возможность выделения мелкодисперных частиц (включая микроорганизмы, активный ил, микропластик и др.), которые не удается отделить другими методами:

• относительная простота оборудования;
• широкая область использования (отделение как твердых загрязняющих веществ, так и жидких эмульсий);
• непрерывный процесс очистки стоков;
• высокий уровень очистки (до 95-98%);
• возможность селективного отделения загрязняющих веществ для последующего их использования (рекуперации);
• возможность эффективного обезвоживания флотопены для упрощения дальнейшего удаления или обработки.

Как любой из методов очистки сточных вод флотационный метод имеет и определенные недостатки:

• требует предварительной механической очистки (крупные примеси могут повредить оборудование);
• удаляет только часть загрязняющих веществ, не обеспечивая требований на сброс очищенных стоков;
• нужно надежно контролировать количество и размеры воздушных пузырьков.

Эти недостатки не являются существенными. Большинство методов очистки сточных вод являются многоступенчатыми и используют предварительную механическую очистку. Обеспечить надежную очистку, удовлетворяющую нормативным требованиям можно за счет добавления химических реагентов. Если их недостаточно -используют для доочистки сорбционные фильтры.

Виды флотации

Флотация заключается в удалении загрязняющих веществ из стоков с помощью потока пузырьков воздуха. Организация таких потоков может быть осуществлена за счет различных методов:

• напорная или вакуумная флотация;
• механическое диспергирование;
• электролизная флотация.

Напорная или вакуумная флотация

Первый метод заключается в нагнетании воздуха в сточные воды с последующим резким сбросом давления. При втором способе стоки проходят через камеру аэрации, в которой насыщаются воздухом. Во флотационной камере создается пониженное давление, за счет чего растворенный воздух выделяется в виде пузырьков.

Механическое диспергирование

Это наиболее многочисленные методы. Они включают:

• безнапорные-пузырьки воздуха создаются за счет вращения колеса, соединенного с центробежным насосом. Образуются крупные пузырьки, поэтому метод используется только для очистки от жировых или волокнистых загрязнений;
• пневматические (барботажные)-стоки насыщаются воздухом через форсунки, трубы с щелевыми отверстиями или пористые материалы. Наиболее экономичные и универсальные способы. Преимуществом служит активное насыщение стоков пузырьками, а недостатками-возможность забивания отверстий или пор загрязняющими веществами;
• импеллерные-пузырьки создаются вращающейся турбиной (мешалкой со специальными лопастями). Получаются одинаковые по размеру воздушные пузырьки. Однако метод используется редко, из-за возможных поломок турбины и недостаточной очистки вследствие разрушения хлопьевидных частиц.

Электролизная флотация

В ней загрязняющие вещества из сточных вод удаляются с помощью газов, образующихся при электролизе воды. Используются металлические электроды из железа или алюминия. При пропусканию тока на катоде выделяется водород, а на аноде кислород. Происходит частичное растворение электродов с образованием ионов алюминия или железа. Они являются эффективными коагулянтами, увеличивающие степень очистки стоков.

Флотационные установки

Использование метода флотации позволяет увеличить качество очистки, снизить расход реагентов и сократить продолжительность процесса очистки. Для этого наиболее часто используются следующие виды установок.

Механические флотаторы

В них пузырьки воздуха образуются за счет вращающихся элементов. Используются для обработки сточных вод с высокой концентрацией загрязняющих веществ, склонных к пенообразованию (нефтепродукты, жиры).

Пневматические (барботажные) флотаторы

Пузырьки образуются при пропускании воздуха через пористую керамику или форсунки различных видов. Образуется однородный поток микропузырьков. Для эффективной очистки необходимы низкая скорость подачи воздуха и наличие реагентов, увеличивающих пенообразование.

Флотаторы с выделением пузырьков из стоков (вакуумные или напорные)

В этих флотаторах сточные воды насыщаются воздухом под давлением. При резком снижении давления воздух выделяется из стоков в виде мелких пузырьков.

Напорная флотация является наиболее распространенным методом очистки сточных вод. Эффективность очистки может быть значительно увеличена при добавлении реагентов, повышающих устойчивость пузырьков и гидрофобность загрязняющих веществ.

Электролизные флотаторы

Флотаторы основаны на электролизе воды с выделением водорода и кислорода, обеспечивающих флотацию загрязняющих веществ на поверхность аппарата, где загрязнения удаляются в виде пены.

Достоинством аппаратов является компактность и способность окислительной очистки от органических загрязнений. Недостатками служат повышенные затраты электроэнергии и необходимость постоянной откачки водорода, способного образовывать взрывоопасные смеси с воздухом.

Опыт безотходной очистки загрязненных стоков на основе электрофлотации

На основе электрофлотации ООО «Фирма «ЭКОТРАК» создало безотходную технологию очистки сильно загрязненных стоков, включая фильтрат полигонов ТКО. Технология включает в себя механическую очистку, физико-химическую обработку с использованием комплекса реагентов, электрофлотацию и термическое обезвреживание флотопены. Действует производственный участок очистки фильтрата полигонов с производительностью до 1000 куб. м/сутки.

Основная очистка осуществляется в электролизном флотаторе. В нем происходит разложение и окисление органических загрязнений, тяжелые металлы осаждаются в виде гидроксидов, укрупняются за счет коагулянтов и пузырьками выносятся на поверхность в виде пены. Она собираются специальными устройствами и поступает в шнековый обезвоживатель.

Осушенная флотопена, содержащая загрязняющие вещества, смешивается в гравитационном смесителе с легкогорючими отходами (измельченная бумага, опилки, замасляная ветошь и др.). Полученная смесь сжигается в инсинераторе «Гейзер-ИУ500». Зола от сжигания используется для производства вторичной продукции (тротуарной плитки или технического грунта для рекультивации).

Очищенная вода используется на производстве для технических целей или сбрасывается в канализацию. Перед сбросом она проходит контроль в аккредитованной лаборатории на соответствие государственным нормативам для сточных вод. При необходимости проводится доочистка на каскаде адсорбционных фильтров.

Таким образом, процесс очистки фильтрата полигонов ТКО является полностью безотходным, что полностью соответствует принципам экономики замкнутого цикла.

ООО «Фирма «ЭКОТРАК» получило положительное заключение государственной экологической экспертизы (ГЭЭ) на технологию очистки сильнозагрязненных стоков. Согласно этому заключению может проводиться очистка следующих видов сточных вод:

• инфильтрационные воды объектов размещения ТКО (фильтрат полигонов, отходы очистки фильтра полигонов ТКО методом обратного осмоса);
• промывные воды гальванических производств;
• сточные воды пищевых предприятий;
• нефтесодержащие сточные воды.

Наличие положительного заключения ГЭЭ позволяет предприятиям, желающим приобрести данную технологию получить лицензию на обращение с отходами 1-4 классов опасности и организовать эффективную очистку сточных вод.