Princip rada flotacijskog spremnika u postrojenju za vodu

Metoda flotacije je stvaranje velikog broja sićušnih mjehurića u vodi kroz određenu tehnologiju, tako da prianjaju na suspendirane čestice u otpadnoj vodi. Kako gustoća padne ispod gustoće vode, oni isplivaju na površinu vode i tvore šljam, uklanjajući tako suspendirane čestice u vodi. Metoda flotacije uglavnom se koristi za obradu vode koja sadrži suspendirane čestice gustoće blizu 1 i koje je teško ukloniti metodom sedimentacije, kao što su amonijačni dušik, organska tvar, koloidne čestice, izvorska voda niske temperature i niske zamućenosti s više algi.

1. Međufazna napetost i međupovršinska slobodna energija Kada su tekućina i plin u kontaktu, površinske molekule tekućine i unutarnje molekule podložne su različitim molekularnim privlačnim silama, a međusobno privlačenje između molekula tekućine, odnosno kohezijska sila, je mnogo veća od adhezije između molekula tekućine i molekula plina. Stoga su površinske molekule i unutarnje molekule tekućine podvrgnute nejednakim silama, odnosno rezultantna sila na unutarnje molekule tekućine jednaka je nuli, a rezultantna sila na površinske molekule tekućine veća je od nule. Veličina rezultantne sile je jednaka, a smjer je okomit na dodirnu površinu i pokazuje na unutrašnjost tekućine i plina. Ova sila pokušava smanjiti površinu tekućine. Voda vrlo malog volumena u zraku postoji u obliku vodenih kapljica (tj. kuglica, jer je površina kuglice najmanja). Isto vrijedi i za plinovitu fazu.

2. Zrak u vodi postoji u obliku mjehurića (tj. kuglica), a međupovršinska napetost je privlačnost između površinskih molekula, koja postoji u isto vrijeme kao i kohezijska sila između molekula, a smjer je tangenta na kontaktnu površinu. Površinske molekule tekućine još uvijek su na površini tekućine pod djelovanjem kohezije, što znači da je privlačnost između površinskih molekula tekućine, odnosno međupovršinska napetost, veća od privlačnosti između unutarnjih molekula. Stoga površinske molekule tekućine imaju više energije od unutarnjih molekula.

Isti volumen zraka tvori raspršene male mjehuriće, a njegova površina je veća od površine velikih mjehurića, što će povećati mogućnost sudaranja i prianjanja između mjehurića i čestica; osim toga, snažno hidrauličko miješanje velikih mjehurića tijekom procesa dizanja ne pogoduje prianjanju mjehurića i čestica, a također će izbaciti adsorbirane mjehuriće, tako da su formirani mali mjehurići pogodni za plutanje.

Praksa je pokazala da je promjer mjehurića manji od 100 um kako bi dobro prionuo na čestice. Sami mjehurići imaju tendenciju međusobnog prianjanja i smanjenja međupovršinske energije, odnosno efekta spajanja mjehurića, što će također smanjiti mogućnost sudaranja i prianjanja. Ako se kombinacija mjehurića i čestica, odnosno pjena, digne na površinu vode i brzo prsne, adsorbirane čestice neće imati vremena da ih ukloni oprema za struganje i ponovno će potonuti u vodu. Stoga u vodi mora postojati određena količina površinski aktivne tvari kako bi se spriječilo spajanje mjehurića i brzo kolaps mjehurića. Surfaktanti se nazivaju i pjenili. Većina ih se sastoji od polarnih i nepolarnih molekula. Okrugla glava predstavlja polarnu skupinu, koja je lako topiva u vodi i ide duboko u vodu (jer je voda jaka polarna molekula); rep predstavlja nepolarnu skupinu, koja je hidrofobna skupina i ide duboko u mjehuriće. Odbijanje naboja istog predznaka može spriječiti spajanje i kolaps mjehurića, čime se povećava stabilnost pjene. Kada u vodi nema dovoljno surfaktanta, da bi se osigurao učinak flotacije, treba ga dodati, a količinu dodatka treba odrediti prema testu.

Ako u vodi ima previše površinski aktivnih tvari, mjehurići ili čestice (kao što su čestice ulja) su previše stabilni zbog istog znaka, a također je teško formirati pjenu. Hidrofilni kruti prah sadržan u vodi ima kut vlaženja između 0 i 90 stupnjeva, tako da je mali dio njegove površine zalijepljen za ulje. Kapljice ulja prekrivene su tim čvrstim prahom, što otežava stvaranje pjene. Stoga je učinkovita metoda korištenje koagulansa za povećanje nabijenog koloida u vodi, eliminiranje odbijanja naboja i omogućavanje česticama da prianjaju na mjehuriće.

Prema različitim pritiscima pri kojima se talože mjehurići, flotacija otopljenog zraka može se podijeliti u dvije vrste: flotacija otopljenog zraka pod vakuumom i flotacija otopljenog zraka pod tlakom.

Vakuumska flotacija otopljenog zraka je proces otapanja zraka u vodi pod normalnim tlakom ili uvjetima pod tlakom i taloženja u uvjetima negativnog tlaka. Njegove glavne karakteristike su: tlak potreban za otapanje zraka niži je od onog za zrak otopljen pod tlakom, a potrošnja električne opreme i električne energije manja je; flotacija zraka radi pod uvjetima negativnog tlaka, a spremnik za flotaciju zraka treba zatvoriti, što otežava strukturu kompleksa spremnika za flotaciju zraka, održavanje i rad, održavanje opreme, a količina otopljenog zraka je mala. Ova metoda je prikladna samo za pročišćavanje otpadnih voda s niskim koncentracijama onečišćujućih tvari i rijetko se koristi u proizvodnji.

Otopljeni zrak pod tlakom zrak se otapa u vodi pod tlakom i taloži pod normalnim tlakom. Njegove karakteristike su: veliki volumen otopljenog zraka, može se osigurati dovoljno mikromjehurića, koji mogu zadovoljiti zahtjeve za odvajanjem čvrstih i tekućih različitih zahtjeva i osigurati učinak uklanjanja; veličina čestica mjehurića koja se stvara nakon dekompresije i otpuštanja je mala (20 ~ 100 um), veličina čestica je ujednačena, mikromjehurići se vrlo sporo dižu u flotacijskom spremniku, a smetnja u spremniku je mala, što je posebno pogodno za odvajanje rastresite pahuljice i fine krutine; oprema i proces su relativno jednostavni, a održavanje i upravljanje su praktični. Flotacija otopljenog zraka pod tlakom najraširenija je metoda flotacije u proizvodnji. Njegov se proces sastoji od opreme za zasićenje zrakom, opreme za ispuštanje zraka, spremnika za flotaciju, opreme za uklanjanje troske itd. Postoje tri osnovna procesna toka: potpuni protok otopljenog zraka, djelomični protok otopljenog zraka i refluksni protok otopljenog zraka pod tlakom.

Potpuni protok otopljenog zraka treba pritisnuti i otopiti svu otpadnu vodu, a zatim ući u flotacijski spremnik kroz uređaj za otpuštanje dekompresije za odvajanje krutog i tekućeg. U usporedbi s druga dva procesa, njegova potrošnja energije je visoka, ali budući da se ne dodaje otopljeni zrak i voda, volumen flotacijskog spremnika je mali.

Protok djelomično otopljenog zraka stvara tlak i otapa dio otpadne vode, a ostatak otpadne vode izravno se šalje u flotacijski spremnik. Ovim se postupkom štedi više električne energije nego postupkom s potpuno otopljenim plinom. Budući da dio otpadne vode prolazi kroz spremnik otopljenog plina, volumen spremnika otopljenog plina je relativno mali. Međutim, budući da je količina zraka koju može osigurati stlačeni otopljeni plin dijela otpadne vode mala, ako želite osigurati istu količinu zraka, morate povećati tlak spremnika otopljenog plina. Otopljeni plin pod tlakom refluksa vraća dio efluenta i tlači ga izravno u flotacijski spremnik. Ova metoda je prikladna za odvajanje čvrstih i tekućih tvari u vodi s visokim koncentracijama suspendiranih tvari.

U nastavku ćemo predstaviti opremu potrebnu za flotaciju. Oprema za zasićenje zraka sastoji se od pumpe za vodu pod tlakom i dovoda zraka, otopljenog plina i druge opreme. Njegova funkcija je otapanje zraka u vodi pod određenim tlakom kako bi se dobila otopljena plinovita voda potrebna za obradu vode.

1. Pumpa za povišenje tlaka

Crpka za povišenje tlaka služi za opskrbu određene količine vode pod određenim tlakom. Ako je tlak pumpe za povišenje tlaka previsok, količina otopljenog zraka po jedinici volumena će se povećati. Nakon dekompresije može se istaložiti velika količina zraka, što će pospješiti nakupljanje mikromjehurića i nije pogodno za odvajanje flotacijom. Osim toga, budući da je količina otopljene plinovite vode koja je potrebna pod visokim tlakom smanjena, to nije pogodno za potpuno miješanje otopljene plinovite vode i izvorne otpadne vode. Naprotiv, ako je tlak pumpe za povišenje tlaka prenizak, količina otopljenog zraka i vode neizbježno će se povećati, čime će se povećati volumen flotacijskog spremnika.

2. Dovod zraka

Dovod zraka može se podijeliti na tri načina: dovod usisnog zraka usisne cijevi vodene pumpe, dovod mlaza tlačne cijevi vodene pumpe i dovod zraka kompresora zraka vodene pumpe. Dovod usisnog zraka u usisnoj cijevi vodene pumpe može se podijeliti u dva oblika: jedan je korištenje negativnog tlaka u usisnoj cijevi vodene pumpe za otvaranje male rupe u usisnoj cijevi, a zrak se nakon usisavanja usisava u spremnik za otopljeni zrak kroz opremu za podešavanje i mjerenje količine zraka; drugi je spojiti granu cijevi na tlačnu cijev pumpe za vodu i ugraditi ejektor na granu cijevi. Ejektor služi za usisavanje zraka i slanje u usisnu cijev, a zatim u spremnik otopljenog zraka kroz pumpu za vodu. Njegove prednosti su jednostavna oprema i nije potreban zračni kompresor; nedostatak je što je količina otopljenog zraka mala, općenito ne prelazi 10% (omjer volumena) protoka vodene pumpe, inače će uzrokovati abnormalne vibracije vodene pumpe.

Dovod mlaza tlačne cijevi vodene pumpe je korištenje ejektora instaliranog na tlačnoj cijevi vodene pumpe za usisavanje zraka. Njegove prednosti su jednostavna oprema, nema potrebe za zračnim kompresorom, nema abnormalnih vibracija vodene pumpe i opasnosti od kavitacije; mane su mu veliki gubici energije samog ejektora, općenito oko 30%, a tlak na izlazu iz vodene pumpe veći je od potrebnog tlaka otopljenog zraka i vode.

Opskrba zrakom pomoću zračnog transformatorskog kompresora za vodenu pumpu trenutno je često korištena metoda opskrbe zrakom. Otopljeni zrak u ovoj metodi dovodi zračni kompresor, a tlačna voda ulazi u spremnik otopljenog zraka samo vodenom pumpom ili se može kombinirati sa komprimiranim zrakom da uđe u spremnik otopljenog zraka. Kako bi se spriječio povrat komprimiranog zraka ili tlačne vode u pumpu za vodu ili zračni kompresor zbog nepravilnog rada, često se koristi isti smjer od vrha prema dolje za strujanje u spremnik otopljenog zraka.

Prednost mu je što je snaga zračnog kompresora mala jer je pod određenim tlakom potrebno manje zraka. Potrošnja energije je mala; nedostatak je mala buka i onečišćenje ulja za podmazivanje i hlađenje. Osobito je važno kontrolirati tlak pumpe za vodu i kompresora zraka i dovesti ih u uravnoteženo stanje.

3. Spremnik za otopljeni zrak

Funkcija spremnika za otopljeni zrak je integrirati puni kontakt između vode i zraka i ubrzati otapanje zraka. Trenutačno postoji nekoliko uobičajenih oblika. Postoje dvije vrste spremnika za otopljeni zrak: prazni spremnici i napunjeni spremnici. Napunjeni spremnici mogu povećati stupanj turbulencije, poboljšati disperziju tekuće faze i kontinuirano ažurirati sučelje između tekuće faze i plinovite faze, tako da je učinkovitost otopljenog zraka visoka. Postoje različiti oblici punjenih spremnika otopljenog zraka. Studije su pokazale da je učinkovitost otopljenog zraka kod stepenastih prstenova najveća, koja može doseći više od 90%, slijede Raschigovi prstenovi, a najmanja je kod valovitih ploča. Učinkovitost otopljenog zraka u rolama valovitog lima je oko 25% veća nego u praznim spremnicima. Kada debljina sloja pakiranja premaši 0,8 m, može doći do zasićenja. Površinsko opterećenje spremnika s otopljenim zrakom općenito je 300~2500 m3/(m2·d), pa se općenito koriste napunjeni spremnici s otopljenim zrakom.

4. Otpuštač otopljenog zraka

Funkcija uređaja za ispuštanje zraka je brzo ispuštanje zraka u zračnoj vodi otopljenoj pod pritiskom u obliku mikromjehurića nakon dekompresije. Promjer mikromjehurića mora biti 20~100 mm. Promjer i broj mikromjehurića ima veliki utjecaj na učinak flotacije. Trenutno je oprema za dekompresijsko otpuštanje koja se koristi u proizvodnji podijeljena u dvije kategorije: jedna je ventil za smanjenje tlaka, a druga je otpuštač. Ventil za redukciju tlaka koristi postojeći zaporni ventil, a nedostaci su mu: stupanj otvaranja više ventila je nekonzistentan jedan s drugim, a njegov optimalni stupanj otvaranja teško je podesiti i kontrolirati, tako da je odljev iz svakog ventila različit, a veličina otpuštenih mjehurića je nedosljedna; ventil je instaliran izvan flotacijskog spremnika, a nakon dekompresije, šalje se u flotacijski spremnik kroz dio cjevovoda. Ako je ovaj dio cjevovoda dugačak, fenomen spajanja mjehurića je ozbiljan, što utječe na učinak flotacije; osim toga, pod utjecajem vode pod tlakom otopljenog zraka danju i noću, jezgra ventila i vijak stabla ventila lako se otpuštaju, a otvor za dovod vode, komora otvora za otvor, kutija za otvor i otvor za izlaz vode uzrokuju promjenu protoka, čineći operacija nestabilna.

U Kini postoji TS tip, TJ i TV tip. Otpuštač otopljenog zraka tipa TS, kada voda pod tlakom otopljenog zraka prolazi kroz kutiju s rupama, voda otopljenog zraka opetovano prolazi kontrakciju, difuziju, udar, refluks, ekstruziju, zračenje, vrtlog i druga stanja protoka, a unutar {{{{5} }}}.1s, gubitak tlaka je oko 95%, a otopljeni zrak se brzo oslobađa. Prednost odvajača tipa TS je da su smanjenje tlaka i rasipanje energije temeljiti. Učinkovitost jednokratnog oslobađanja plina može biti čak 99% ili više, oslobađa se gotovo sav plin otopljen u vodi; disipacija energije i oslobađanje plina završavaju trenutno. Nakon što voda otopljenog plina od 0,3 MPa prođe kroz ispuštač, prosječni promjer mjehurića je 20~30 um, što kontrolira beskorisne mjehuriće na minimum; može bolje kontrolirati brzinu protoka izlaza ispuštača, eliminirati štetu od flokula koje razbijaju protok vode; spriječiti mogućnost spajanja mjehurića na putu i poboljšati učinak plutanja. Nedostatak mu je što je protok vode u ispuštaču mali, a ponekad je blokiran zbog suspendiranih tvari u tlaku otopljene plinske vode. Posebni ispuštači tipa TV i TJ koriste pneumatske ili vakuumske uređaje za otvaranje proreza u ispuštaču za oslobađanje otopljene plinske vode, a krhotine u njemu mogu se isprati bez rastavljanja ispuštača. Koristite stabilan učinak plutanja.

Ukratko, flotacija vode u postrojenjima za vodu igra vitalnu ulogu u tehnologiji proizvodnje vode. Može učinkovito ukloniti suspendirane tvari, masnoću, flokule i vodu s visokim sadržajem algi u vodi. Oprema za flotaciju ima mala ulaganja, malu površinu i visok stupanj automatizacije. Ima vrlo značajan učinak u pročišćavanju vode vodenih biljaka.