Флотация, как метод очистки сточных вод.
Флотацию применяют для удаления из сточных вод нерастворимых диспергированных примесей, которые самопроизвольно плохо, т.е. долго отстаиваются. Очистке подвергают сточные воды многих производств: нефтеперерабатывающих, кожевенных, пищевых и др.
Нефтесодержащие воды от судовых энергетических установок, так называемые льяльные воды, перед сбросом в открытый водоем подлежат очистке. Для этого применяют различные методы, в том числе и флотацию.
В основе этого метода лежит явление избирательного смачивания.Суть флотации заключается в следующем: через слой сточной воды со дна емкости барботируют воздух или другой газ, рис.3. Поднимающийся в воде пузырек воздуха сближается с твердой гидрофобной частицей примеси. Разделяющая их прослойка воды прорывается и происходит слипание пузырька с частицей, рис.3а. Образующийся комплекс пузырек + частица поднимается на поверхность воды, где пузырьки собираются и возникает пенный слой с гораздо более высокой концентрацией частиц, чем в исходной сточной воде. Этот слой легко удалить.
Чем больше пузырьков прилипнет к частице, тем легче она всплывает, это – понтонный эффект.
Вероятность прилипания частицы к пузырьку зависит от смачиваемости частицы, которая характеризуется величиной краевого угла. Чем больше угол, тем больше вероятность прилипания и прочность удерживания пузырька на поверхности частицы.
В сточной воде могут содержаться разные частицы загрязнений – и гидрофобные, и гидрофильные. Последние, в силу своей природы, не всплывают. Пузырьки к ним не прилипают, частицы тонут, рис.3б.
Следовательно, для повышения эффективности очистки сточной воды необходимо увеличение краевого угла, т.е. понижение смачивоемости или создание гидрофобной поверхности частиц.
С этой целью используют ПАВ, которые, адсорбируясь на гидрофильных частицах, делают их гидрофобными. В качестве таких реагентов – собирателей (флотаторов) используют масла, жирные кислоты, их соли и др.
Эффект очистки флотацией зависит также и от размеров и количества пузырьков газа. Оптимальный размер пузырьков около 15-30 мкм. Важна также стабилизация размеров пузырьков – с этой целью в воду добавляют пенообразователи. Размер частиц, которые хорошо флотируются, зависит от плотности материала «грязи». Он может находиться в интервале от 0,2 до 1,5 мм. При этом масса частицы не должна превышать силы прилипания ее к пузырьку и подъемной силы пузырьков.
Рис. 3. Схема
взаимодействия пузырька газа в жидкости
с поверхностью твердого тела.
Рис.4. Схема флотатора, предназначенного для очистки сточных вод.
Флота́ция (фр. flottation, от flotter — плавать) — один из методов обогащения полезных ископаемых. Он основан на различии способностей разных минералов удерживаться на межфазной поверхности.
Гидрофобные (плохо смачиваемые водой) частицы ценных минералов избирательно закрепляются на границе раздела фаз газового пузырька и воды и отделяются от гидрофильных частиц «пустой», неценной породы минералов. Пустая порода хорошо смачивается водой и оседает во флотационных машинах.
Методом флотации обогащается около 90 процентов руд цветных металлов.
Вопросы 1 -11 для самоконтроля к лекции 11 на тему: «Явление смачивания и его практическое использование. Флотация».
Как могут вести себя капли жидкости на твердой поверхности различной природы? Рассмотрите три возможных случая.
Объясните, что является количественной мерой смачиваемости. Приведите примеры.
Назовите твердые тела, для которых значение краевого угла смачивания меньше 90 0 и те, для которых - больше 90 0.
Как меняется величина площади контакта жидкости и твердого тела для гидрофильной и гидрофобной поверхности? (По сравнению с полусферической каплей).
Объясните принцип: «Подобное смачивает подобное», а также процесс обратимости смачивания.
Как работают нефтесборочные устройства адсорбционного принципа действия?
В чем заключается суть флотации как метода очистки сточных вод?
Объясните, можно ли методом флотации удалить из сточной воды молекулярно растворенные и ионизированные токсичные примеси?
Какие дополнительные факторы обеспечивают высокую эффективность процесса очистки сточных вод методом флотации?
Приведите примеры технологических процессов, для которых смачивание имеет существенное практическое значение.
На поверхности плохо отмытой, грязной посуды вода образует капли и не стекает. Как должна выглядеть чисто вымытая (обезжиренная) стеклянная посуда? В каком случае поверхность посуды является гидрофобной?