Το πρόβλημα της επεξεργασίας των λυμάτων είναι σχετικό εδώ και πολλές δεκαετίες. Η δυσκολία έγκειται στην απαξίωση των μεθόδων και του εξοπλισμού, καθώς και στην εμφάνιση νέων χημικών ουσιών στα οικιακά χημικά και στην παραγωγή, που απαιτούν εντελώς νέες προσεγγίσεις για την απομάκρυνσή τους από τα λύματα. Μία από τις καθολικές μεθόδους επεξεργασίας λυμάτων είναι η επίπλευση. Ανάλογα με τα χαρακτηριστικά του ρύπου, απαιτείται μόνο η αντικατάσταση των αντιδραστηρίων και η διόρθωση των συνθηκών διεργασίας.
επεξεργασία λυμάτων
Αυτή η μέθοδος έχει χρησιμοποιηθεί με επιτυχία για την επεξεργασία λυμάτων που περιέχουν ίνες, προϊόντα λαδιού, λάδια και λίπη και άλλες ουσίες που είναι ελάχιστα διαλυτές στο νερό. Τα λύματα αρχικά μεταφέρονται σε εναιώρημα και γαλάκτωμα χρησιμοποιώντας ειδικές ουσίες.
Η διαδικασία επίπλευσης βασίζεται στην ικανότητα των φυσαλίδων αερίου να προσκολλώνται στα σωματίδια, βοηθώντας τα να επιπλέουν στην επιφάνεια του υγρού.
Γενικές αρχές της μεθόδου
Η απλούστερη πράξη επίπλευσης είναι η προσκόλλησηαδιάλυτα σωματίδια (για παράδειγμα, ορυκτό, λάδι ή οποιοδήποτε άλλο) σε φυσαλίδες αέρα. Η επιτυχία του καθαρισμού εξαρτάται από το ρυθμό με τον οποίο σχηματίζεται ένας δεσμός μεταξύ του σωματιδίου και των φυσαλίδων, από τη δύναμη αυτού του δεσμού και από τη διάρκεια της ύπαρξης αυτού του συμπλέγματος. Το οποίο, με τη σειρά του, καθορίζεται από τη φύση των σωματιδίων, την τάση διαβροχής με νερό και τα χαρακτηριστικά της αλληλεπίδρασής τους με τα αντιδραστήρια. Έτσι, η επίπλευση είναι μια διαδικασία που εξαρτάται από πολλούς παράγοντες.
Μια στοιχειώδης πράξη μπορεί να πραγματοποιηθεί μέσω ενός από τους ακόλουθους μηχανισμούς:
- Οι φυσαλίδες σχηματίζονται αμέσως σε αιωρούμενα σωματίδια.
- Τα σωματίδια αιωρήματος προσκολλώνται σε μια φυσαλίδα αερίου όταν συγκρούονται με αυτήν;
- μια μικρή φυσαλίδα σχηματίζεται στην επιφάνεια του σωματιδίου, η οποία συνδυάζεται με μια άλλη κατά τη σύγκρουση και αυξάνεται σε όγκο.
Το σύμπλοκο, το οποίο σχηματίζεται κατά τη διαδικασία επίπλευσης, σε ένα πρακτικά ακίνητο μέσο μπορεί να επιπλέει μόνο υπό την προϋπόθεση ότι η δύναμη ανύψωσης της φυσαλίδας αερίου είναι μεγαλύτερη από το βάρος του σωματιδίου. Αυτό θα οδηγήσει στο σχηματισμό ενός στρώματος αφρού στην επιφάνεια του επεξεργασμένου νερού.
Επιπλέον, οι επιφάνειες των φυσαλίδων και των σωματιδίων στο σημείο επαφής πρέπει να είναι σε μια συγκεκριμένη αναλογία. Οι συγκολλητικές δυνάμεις αυξάνονται αναλογικά με το μέγεθος των σωματιδίων στο τετράγωνο, αφού η περίμετρος της σύνδεσής τους περιορίζεται από το μέγεθος της μεγαλύτερης από τις όψεις τους. Και η δύναμη διαχωρισμού εξαρτάται άμεσα από τη μάζα του ρυπογόνου σωματιδίου (δηλαδή τις γραμμικές του διαστάσεις σε έναν κύβο). Έτσι, όταν επιτευχθεί ένα ορισμένο μέγεθος σωματιδίων, οι δυνάμεις αποκόλλησης υπερβαίνουν τις δυνάμεις συγκόλλησης. Ετσι, γιαΗ επιτυχής επεξεργασία των λυμάτων με επίπλευση είναι σημαντική όχι μόνο για τη φύση της σχέσης του εναιωρήματος με τις φυσαλίδες, αλλά και για το μέγεθός τους.
Τρόποι κορεσμού νερού με φυσαλίδες
Υπάρχουν πολλές τεχνικές που εξασφαλίζουν την εμφάνιση φυσαλίδων αερίου στα λύματα. Οι κύριες μέθοδοι που χρησιμοποιούνται στην επίπλευση είναι:
- Μέθοδος συμπίεσης (ή πίεσης) που βασίζεται στην αύξηση της διαλυτότητας του αέρα στο νερό με αυξανόμενη πίεση.
- Μηχανική μέθοδος που βασίζεται σε εντατική ανάμειξη υγρού με αέρα.
- Διέλευση λυμάτων μέσω πορωδών υλικών με αποτέλεσμα τη διασπορά τους.
- Ηλεκτρική μέθοδος βασισμένη στην ηλεκτρόλυση νερού, συνοδευόμενη από την εμφάνιση φυσαλίδων αερίου.
- Μια χημική διαδικασία που προκαλεί το σχηματισμό φυσαλίδων κατά τη διάρκεια χημικών αντιδράσεων ορισμένων αντιδραστηρίων με συστατικά λυμάτων.
- Μέθοδος κενού που χαρακτηρίζεται από μείωση πίεσης.
Πίεση επίπλευσης
Είναι το πιο αποτελεσματικό για την εκχύλιση λεπτών και κολλοειδών εναιωρημάτων χαμηλής συγκέντρωσης. Το κεκαθαρμένο νερό είναι κορεσμένο με αέρα υπό πίεση έως 7 MPa σε ειδικό αντιδραστήρα - κορεστήρα. Μετά την απελευθέρωση του νερού από αυτό, η πίεση πέφτει απότομα σε κανονική (ατμοσφαιρική), γεγονός που προκαλεί μια έντονη διαδικασία φυσαλίδων αέρα.
Για να αυξηθεί σημαντικά η αποτελεσματικότητα της επεξεργασίας νερού, η επίπλευση συνδυάζεται με την πήξη και την κροκίδωση. Και οι δύο αυτές προσεγγίσειςσυμβάλλουν στην αύξηση του μεγέθους των αδιάλυτων σωματιδίων. Τα πηκτικά είναι και οι δύο ανόργανες ενώσεις, συνήθως άλατα τρισθενούς σιδήρου ή αλουμινίου, και ορισμένες οργανικές ουσίες. Τα κροκιδωτικά είναι ειδικά πολυμερή των οποίων τα μόρια σε ένα υδατικό μέσο σχηματίζουν ένα φορτισμένο δίκτυο ικανό να προσελκύει ρυπογόνα σωματίδια, το οποίο οδηγεί στην εμφάνιση κροκιδωδών συσσωματωμάτων.
Εγκαταστάσεις και διαγράμματα ροής
Εγκαταστάσεις που πραγματοποιούν επίπλευση πίεσης μπορούν να τοποθετηθούν όχι μόνο σε εσωτερικούς χώρους, αλλά και έξω από αυτές. Έτσι, τα πρώτα είναι κατάλληλα για μικρούς όγκους, εάν η κατανάλωση νερού δεν υπερβαίνει τα 20 m3/ώρα, ενώ τα δεύτερα έχουν πολύ μεγαλύτερη χωρητικότητα. Η συνδυασμένη τοποθέτηση δομών γίνεται συχνά, όταν μεγάλα αντικείμενα, για παράδειγμα, ένας κορεσμός και ένα κελί επίπλευσης, βρίσκονται σε εξωτερικό χώρο και οι αντλίες βρίσκονται σε εσωτερικούς χώρους.
Σε περιπτώσεις εγκαταστάσεων σε συνθήκες πιθανής μείωσης της θερμοκρασίας του αέρα σε αρνητικές τιμές, είναι απαραίτητο να παρέχεται σύστημα θέρμανσης αφρού. Μια κλασική μονάδα επίπλευσης συμπίεσης αποτελείται από τον ακόλουθο εξοπλισμό:
- Αντλία για παροχή υγρού.
- Συμπιεστής για την παροχή αέρα (ή οποιουδήποτε αερίου) στο σύστημα επεξεργασίας νερού.
- Saturator (το άλλο του όνομα είναι μια δεξαμενή πίεσης), στην οποία ο αέρας διαλύεται στα λύματα.
- Θάλαμοι επίπλευσης, εάν η διαδικασία προβλέπει το στάδιο τραχύνσεως των αιωρούμενων σωματιδίων.
- Συσκευή αντιδραστηρίου, συμπεριλαμβανομένων συσκευών για δοσολογία καιανάμειξη αντιδραστηρίων με το υγρό που πρόκειται να καθαριστεί.
- Το σύστημα ελέγχου της διαδικασίας καθαρισμού.
Τα τεχνολογικά σχήματα που περιλαμβάνουν επεξεργασία λυμάτων με επίπλευση υπό πίεση μπορεί να είναι:
- Ταυτόχρονα, όταν ο πλήρης όγκος του προς καθαρισμό υγρού διέρχεται από τον κορεσμό.
- Ανακυκλοφορεί, όταν μόνο το 20 - 50% του διαυγασμένου υγρού διέρχεται από τον κορεσμό.
- Μερική άμεση ροή, όταν περίπου το 30 -70% του ακατέργαστου νερού εισέρχεται στον κορεσμό και το υπόλοιπο τροφοδοτείται απευθείας στον θάλαμο επίπλευσης.
Κατά την επιλογή ενός από αυτά τα σχήματα, λαμβάνονται υπόψη οι φυσικές και χημικές ιδιότητες των επεξεργασμένων λυμάτων, οι απαιτήσεις για το βαθμό επεξεργασίας, οι τοπικές συνθήκες και οι οικονομικοί δείκτες.
Electroflotation
Αυτή η μέθοδος άρχισε να χρησιμοποιείται στο δεύτερο μισό του 20ού αιώνα. Στη συνέχεια διαπιστώθηκε ότι τα αέρια ηλεκτρόλυσης είναι πολύ πιο αποτελεσματικά από τα αδρανή αέρια ή τον αέρα στην αύξηση της έντασης της επίπλευσης. Αυτό καθιστά δυνατή την απομόνωση αδιάλυτων στο νερό προϊόντων ελαίου, λιπαντικών ελαίων, κακώς διαλυτών ενώσεων βαρέων και μη σιδηρούχων μετάλλων, που σχηματίζουν σταθερά γαλακτώματα στα λύματα. Αλλά εκτός από τα αέρια ηλεκτρόλυσης, η απομάκρυνση ορισμένων ακαθαρσιών επηρεάζεται από ένα τεχνητά δημιουργημένο ηλεκτρικό πεδίο στο οποίο τα φορτισμένα σωματίδια κινούνται προς τα αντίθετα φορτισμένα ηλεκτρόδια.
Σημαντικά μειονεκτήματα της ηλεκτροπλεύσεως είναι η χαμηλή παραγωγικότητα, το υψηλό κόστος των ηλεκτροδίων, η φθορά και η μόλυνση και ο κίνδυνος έκρηξης.
Μέθοδος κλασματοποίησης αφρού
Βράζεται στην προσρόφηση διαλυμένων επιφανειοδραστικών ουσιών (επιφανειοδραστικών) σε φυσαλίδες αερίου που ανεβαίνουν μέσα από το διάλυμα. Σε αυτή την περίπτωση, σχηματίζεται έντονα αφρός, εμπλουτισμένος με την προσροφημένη ουσία.
Ένας σημαντικός τομέας εφαρμογής αυτού του τύπου επίπλευσης είναι ο καθαρισμός του νερού από τα απορρυπαντικά που χρησιμοποιούνται στα πλυντήρια. Είναι επίσης κατάλληλο για το διαχωρισμό της ενεργοποιημένης ιλύος από τη βιοχημική επεξεργασία.
Σάλτσα μεταλλεύματος
Η διαδικασία επίπλευσης χρησιμοποιείται με επιτυχία στην πρωτογενή επεξεργασία όλων των ειδών μεταλλευμάτων, γεγονός που καθιστά δυνατό τον διαχωρισμό ενός πολύτιμου κλάσματος με υψηλή περιεκτικότητα σε μέταλλο ή τις ενώσεις του. Βασίζεται σε διαφορές στις ιδιότητες της επιφάνειας των διαχωρισμένων ορυκτών.
Η επίπλευση μεταλλεύματος είναι μια διαδικασία τριών φάσεων:
- η στερεά φάση είναι ένα θρυμματισμένο ορυκτό;
- υγρή φάση είναι πολτός;
- η αέρια φάση σχηματίζεται από φυσαλίδες αέρα που διέρχονται από τον πολτό.
Η επίπλευση μπορεί να είναι αφρώδης, υμενώδης ή ελαιώδης, ανάλογα με το σχήμα του προϊόντος που σχηματίζεται στην επιφάνεια της υγρής φάσης.
