Problem prečišćavanja otpadnih voda je aktuelan dugi niz decenija. Poteškoća je u zastarjelosti metoda i opreme, kao i pojavi novih hemikalija u kućnoj hemiji i proizvodnji, što zahtijeva potpuno nove pristupe njihovom uklanjanju iz otpadnih voda. Jedna od univerzalnih metoda pročišćavanja otpadnih voda je flotacija. U zavisnosti od karakteristika zagađivača, potrebna je samo zamena reagensa i korekcija uslova procesa.
Pročišćavanje otpadnih voda
Ova metoda se uspješno koristi za prečišćavanje otpadnih voda koje sadrže vlakna, naftne proizvode, ulja i masti i druge tvari koje su slabo topljive u vodi. Otpadne vode se prvo prebacuju u suspenziju i emulziju koristeći posebne supstance.
Proces flotacije se oslanja na sposobnost mjehurića plina da se vežu za čestice, pomažući im da isplivaju na površinu tečnosti.
Opći principi metode
Najjednostavniji čin plutanja je pričvršćivanjenerastvorljivih čestica (na primjer, minerala, ulja ili bilo koje druge) u mjehuriće zraka. Uspeh prečišćavanja zavisi od brzine kojom se formira veza između čestice i mehurića, od jačine ove veze i od trajanja postojanja ovog kompleksa. Što je, pak, određeno prirodom čestica, tendencijom vlaženja vodom i karakteristikama njihove interakcije s reagensima. Dakle, flotacija je proces koji zavisi od mnogo faktora.
Elementarni čin se može izvesti putem jednog od sljedećih mehanizama:
- mjehurići se odmah formiraju u suspendiranim česticama;
- Čestice suspenzije se vezuju za mjehur gasa kada se sudare s njim;
- mali mehur se formira na površini čestice, koji se kombinuje sa drugom prilikom sudara i povećava zapreminu.
Kompleks, koji nastaje tokom procesa flotacije, u praktično nepokretnom mediju može da pluta samo pod uslovom da je sila dizanja gasnog mehurića veća od težine čestice. To će dovesti do stvaranja sloja pjene na površini tretirane vode.
Povrh toga, površine mehurića i čestica na tački kontakta moraju biti u određenom omjeru. Adhezivne sile rastu proporcionalno veličini čestica na kvadratu, budući da je perimetar njihove veze ograničen veličinom najvećeg lica. A sila razdvajanja direktno zavisi od mase zagađujuće čestice (tj. njene linearne dimenzije u kocki). Stoga, kada se postigne određena veličina čestica, sile odvajanja premašuju sile lijepljenja. Dakle zaUspješan tretman otpadnih voda flotacijom važan je ne samo zbog prirode odnosa suspenzije s mjehurićima, već i zbog njihove veličine.
Načini za zasićenje vode mjehurićima
Postoje mnoge tehnike koje osiguravaju pojavu mjehurića plina u otpadnoj vodi. Glavne metode koje se koriste u flotaciji su:
- Metoda kompresije (ili pritiska) zasnovana na povećanju rastvorljivosti vazduha u vodi sa povećanjem pritiska.
- Mehanička metoda zasnovana na intenzivnom mešanju tečnosti sa vazduhom.
- Propuštanje otpadnih voda kroz porozne materijale uzrokujući njihovo raspršivanje.
- Električna metoda zasnovana na elektrolizi vode, praćena pojavom gasnih mehurića.
- Hemijski proces koji uzrokuje stvaranje mjehurića tokom hemijskih reakcija određenih reagensa sa komponentama otpadne vode.
- Vakumska metoda koju karakteriše smanjenje pritiska.
Flotacija pod pritiskom
Najefikasniji je za ekstrakciju finih i koloidnih suspenzija niske koncentracije. Pročišćena voda se zasićena zrakom pod pritiskom do 7 MPa u posebnom reaktoru - saturatoru. Nakon ispuštanja vode iz njega, pritisak naglo pada na normalu (atmosferski), što izaziva intenzivan proces mjehurića zraka.
Kako bi se značajno povećala efikasnost tretmana vode, flotacija se kombinuje sa koagulacijom i flokulacijom. Oba ova pristupadoprinose povećanju veličine neotopljenih čestica. Koagulansi su i neorganska jedinjenja, obično soli gvožđa ili aluminijuma, i neke organske supstance. Flokulanti su posebni polimeri čiji molekuli u vodenom mediju formiraju nabijenu mrežu sposobnu da privuče zagađujuće čestice, što dovodi do pojave flokulantnih agregata.
Instalacije i dijagrami toka
Instalacije koje izvode flotaciju pod pritiskom mogu se postaviti ne samo u zatvorenom prostoru, već i izvan njih. Dakle, prvi su pogodni za male količine, ako potrošnja vode nije veća od 20 m3/h, dok drugi imaju mnogo veći kapacitet. Često se dogovara kombinovano postavljanje konstrukcija, kada su veliki objekti, na primjer, saturator i flotaciona ćelija, na otvorenom, a pumpe u zatvorenom prostoru.
U slučaju instalacija u uslovima mogućeg sniženja temperature vazduha na negativne vrednosti, potrebno je obezbediti pjenasti sistem grejanja. Klasično postrojenje za kompresijsko flotiranje sastoji se od sljedeće opreme:
- Pumpa za dovod tečnosti.
- Kompresor za dovod zraka (ili bilo kojeg plina) u sistem za obradu vode.
- Saturator (drugo ime je rezervoar pod pritiskom), u kojem se vazduh rastvara u otpadnoj vodi.
- Flotacijske komore, ako proces predviđa fazu grubosti suspendovanih čestica.
- Reagens uređaj, uključujući uređaje za doziranje imiješanje reagensa sa tekućinom koja se pročišćava.
- Sistem kontrole procesa čišćenja.
Tehnološke šeme koje uključuju tretman otpadnih voda flotacijom pod pritiskom mogu biti:
- Uporedo, kada puna zapremina tečnosti koja se prečišćava prođe kroz saturator.
- Recirkulacija, kada samo 20 - 50% pročišćene tečnosti prođe kroz saturator.
- Djelomično direktnog protoka, kada oko 30 -70% sirove vode ulazi u saturator, a ostatak se dovodi direktno u flotacionu komoru.
Prilikom odabira jedne od ovih šema uzimaju se u obzir fizička i hemijska svojstva prečišćene otpadne vode, zahtjevi za stepenom prečišćavanja, lokalni uslovi i ekonomski pokazatelji.
Elektroflotacija
Ova metoda je počela da se koristi u drugoj polovini 20. veka. Tada je utvrđeno da su plinovi elektrolize mnogo efikasniji od inertnih plinova ili zraka u povećanju intenziteta flotacije. To omogućava izolaciju u vodi netopivih naftnih proizvoda, ulja za podmazivanje, slabo topljivih spojeva teških i obojenih metala, koji formiraju stabilne emulzije u otpadnim vodama. Ali osim plinova elektrolize, na uklanjanje nekih nečistoća utiče 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 rastvorenih površinski aktivnih supstanci (tenzida) na mehuriće gasa koji se dižu kroz rastvor. U tom slučaju se intenzivno formira pjena, obogaćena adsorbiranom supstancom.
Važno područje primjene ove vrste flotacije je prečišćavanje vode od deterdženata koji se koriste u praonicama. Pogodan je i za odvajanje aktivnog mulja iz biohemijskog tretmana.
Prerada rude
Postupak flotacije se uspješno koristi u primarnoj preradi svih vrsta ruda, što omogućava izdvajanje vrijedne frakcije sa visokim sadržajem metala ili njegovih spojeva. Zasniva se na razlikama u svojstvima površine izdvojenih minerala.
Flotacija rude je trofazni proces:
- čvrsta faza je drobljeni mineral;
- tečna faza je pulpa;
- gasnu fazu formiraju mjehurići zraka koji prolaze kroz pulpu.
Flotacija može biti pjenasta, filmska ili masna, ovisno o obliku proizvoda koji se formira na površini tekuće faze.
