Princíp činnosti flotačnej nádrže vo vodnom závode

Flotačná metóda spočíva vo vytváraní veľkého množstva drobných bubliniek vo vode pomocou určitej technológie tak, aby priľnuli k suspendovaným časticiam v odpadovej vode. Keď hustota klesne na menej ako voda, plávajú na vodnej hladine, aby vytvorili spodinu, čím sa odstránia suspendované častice vo vode. Flotačná metóda sa používa najmä na úpravu vody obsahujúcej suspendované častice s hustotou blízkou 1 a ťažko odstrániteľné sedimentačnou metódou, ako je amoniakálny dusík, organické látky, koloidné častice, nízkoteplotná a nízko zakalená voda z vodného zdroja s väčším množstvom rias.

1. Medzipovrchové napätie a medzipovrchová voľná energia Keď sú kvapalina a plyn v kontakte, povrchové molekuly kvapaliny a vnútorné molekuly sú vystavené rôznym molekulárnym príťažlivým silám a vzájomná príťažlivosť medzi molekulami kvapaliny, teda kohézna sila, je oveľa väčšia ako adhézia medzi molekulami kvapaliny a molekulami plynu. Preto sú povrchové molekuly a vnútorné molekuly kvapaliny vystavené nerovnomerným silám, to znamená, že výsledná sila pôsobiaca na vnútorné molekuly kvapaliny je nulová a výsledná sila na povrchové molekuly kvapaliny je väčšia ako nula. Veľkosť výslednej sily je rovnaká a smer je kolmý na kontaktnú plochu a smeruje do vnútra kvapaliny a plynu. Táto sila sa snaží zmenšiť povrch kvapaliny. Voda s veľmi malým objemom vo vzduchu existuje vo forme vodných kvapiek (tj guľôčok, pretože povrch gule je najmenší). To isté platí pre plynnú fázu.

2. Vzduch vo vode existuje vo forme bublín (tj guľôčok) a medzipovrchové napätie je príťažlivosť medzi povrchovými molekulami, ktorá existuje súčasne s kohéznou silou medzi molekulami, a smer je dotyčnica k kontaktná plocha. Povrchové molekuly kvapaliny sú stále na povrchu kvapaliny pôsobením súdržnosti, čo znamená, že príťažlivosť medzi povrchovými molekulami kvapaliny, teda medzifázové napätie, je väčšia ako príťažlivosť medzi vnútornými molekulami. Preto majú povrchové molekuly kvapaliny viac energie ako vnútorné molekuly.

Rovnaký objem vzduchu tvorí rozptýlené malé bubliny a jeho povrch je väčší ako povrch veľkých bublín, čo zvýši možnosť kolízie a adhézie medzi bublinami a časticami; okrem toho prudké hydraulické miešanie veľkých bublín počas procesu stúpania neprispieva k adhézii bublín a častíc a tiež zrazí adsorbované bubliny, takže vytvorené malé bubliny prispievajú k flotácii.

Prax ukázala, že priemer bubliny je menší ako 100 um, aby dobre priľnul k časticiam. Samotné bubliny majú tendenciu k sebe priľnúť a znížiť medzifázovú energiu, teda zlučovací efekt bublín, čo tiež zníži možnosť kolízie a adhézie. Ak kombinácia bublín a častíc, teda peny, vystúpi na hladinu vody a rýchlo praskne, adsorbované častice nestihnú odstrániť stieracím zariadením a opäť klesnúť do vody. Preto musí byť vo vode určité množstvo povrchovo aktívnej látky, aby sa zabránilo splývaniu bublín a rýchlemu kolapsu bublín. Povrchovo aktívne látky sa tiež nazývajú penotvorné činidlá. Väčšina z nich je zložená z polárnych a nepolárnych molekúl. Okrúhla hlava predstavuje polárnu skupinu, ktorá je ľahko rozpustná vo vode a ide hlboko do vody (pretože voda je silná polárna molekula); chvost predstavuje nepolárnu skupinu, ktorá je hydrofóbnou skupinou a prechádza hlboko do bublín. Odpudzovanie nábojov rovnakého znamienka môže zabrániť zlúčeniu a kolapsu bublín, čím sa zvýši stabilita peny. Ak je vo vode nedostatočné množstvo povrchovo aktívnej látky, aby sa zabezpečil flotačný účinok, mala by sa pridať a množstvo pridania by sa malo určiť podľa testu.

Ak je vo vode priveľa povrchovo aktívnych látok, bublinky alebo čiastočky (napríklad čiastočky oleja) sú v dôsledku rovnakého znaku príliš stabilné a je tiež ťažké vytvoriť penu. Hydrofilný tuhý prášok obsiahnutý vo vode má uhol zmáčania medzi 0 a 90 stupňami, takže malá časť jeho povrchu priľne k oleju. Kvapôčky oleja sú pokryté týmito pevnými práškami, čo sťažuje tvorbu peny. Preto je účinnou metódou použitie koagulantu na zvýšenie nabitého koloidu vo vode, odstránenie odpudzovania nábojov a umožnenie priľnutia častíc k bublinám.

Podľa rôznych tlakov, pri ktorých sa bubliny zrážajú, možno flotáciu rozpusteným vzduchom rozdeliť na dva typy: vákuovú flotáciu rozpusteným vzduchom a flotáciu rozpusteným vzduchom pod tlakom.

Vákuová flotácia rozpusteným vzduchom je proces rozpustenia vzduchu vo vode za normálnych alebo tlakových podmienok a zrážania za podmienok podtlaku. Jeho hlavné charakteristiky sú: tlak potrebný na rozpustenie vzduchu je nižší ako tlak rozpusteného vzduchu a energetické zariadenia a spotreba elektrickej energie sú nižšie; vzduchová flotácia funguje v podmienkach podtlaku a vzduchová flotačná nádrž musí byť uzavretá, čo sťažuje štruktúru vzduchovej flotačnej nádrže, sťažuje údržbu a prevádzku, údržbu zariadenia a množstvo rozpusteného vzduchu je malé. Táto metóda je vhodná len na čistenie odpadových vôd s nízkou koncentráciou znečisťujúcich látok a vo výrobe sa používa len zriedka.

Stlačený rozpustený vzduch sa rozpúšťa vo vode pod tlakom a vyzráža sa za normálneho tlaku. Jeho vlastnosti sú: veľký objem rozpusteného vzduchu, je možné poskytnúť dostatočné množstvo mikrobublín, ktoré môžu spĺňať požiadavky na separáciu tuhých látok a kvapalín rôznych požiadaviek a zabezpečiť efekt odstraňovania; veľkosť častíc bubliny generovaná po dekompresii a uvoľnení je malá (20 ~ 100 um), veľkosť častíc je rovnomerná, mikrobubliny stúpajú veľmi pomaly vo flotačnej nádrži a narušenie nádrže je malé, čo je obzvlášť vhodné na separáciu sypké vločky a jemné tuhé látky; vybavenie a proces sú relatívne jednoduché a údržba a správa sú pohodlné. Flotácia stlačeným rozpusteným vzduchom je najrozšírenejšou metódou flotácie vo výrobe. Jeho proces pozostáva zo zariadenia na saturáciu vzduchu, zariadenia na uvoľňovanie vzduchu, flotačnej nádrže, zariadenia na odstraňovanie trosky atď. Existujú tri základné procesné toky: úplný prietok rozpusteného vzduchu, čiastočný prietok rozpusteného vzduchu a spätný tok stlačeného rozpusteného vzduchu.

Úplný prúd rozpusteného vzduchu má natlakovať a rozpustiť všetku odpadovú vodu a potom vstúpiť do flotačnej nádrže cez dekompresné uvoľňovacie zariadenie na oddelenie pevnej látky a kvapaliny. V porovnaní s ostatnými dvoma procesmi je jeho spotreba energie vysoká, ale pretože sa nepridáva rozpustená vzduchová voda, objem flotačnej nádrže je malý.

Čiastočný prúd rozpusteného vzduchu má natlakovať a rozpustiť časť odpadovej vody a zvyšok odpadovej vody sa posiela priamo do flotačnej nádrže. Tento proces ušetrí viac elektriny ako proces s úplným rozpustením plynu. Pretože časť odpadovej vody prechádza cez nádrž na rozpustený plyn, objem nádrže na rozpustený plyn je relatívne malý. Keďže však množstvo vzduchu, ktoré môže poskytnúť stlačený rozpustený plyn časti odpadovej vody, je malé, ak chcete zabezpečiť rovnaké množstvo vzduchu, musíte zvýšiť tlak v nádrži na rozpustený plyn. Reflux stlačený rozpustený plyn refluxuje časť odpadovej vody a natlakuje ju priamo do flotačnej nádrže. Táto metóda je vhodná na separáciu pevných látok a kvapalín vo vode s vysokými koncentráciami suspendovaných látok.

Nižšie predstavíme vybavenie potrebné na flotáciu. Zariadenie na saturáciu vzduchu pozostáva z tlakového vodného čerpadla a prívodu vzduchu, rozpusteného plynu a ďalších zariadení. Jeho funkciou je rozpúšťať vzduch vo vode pod určitým tlakom, aby sa zabezpečila voda s rozpusteným plynom potrebná na úpravu vody.

1. Pomocné čerpadlo

Pomocné čerpadlo sa používa na dodávanie určitého množstva vody pri určitom tlaku. Ak je tlak pomocného čerpadla príliš vysoký, množstvo rozpusteného vzduchu na jednotku objemu sa zvýši. Po dekompresii sa môže vyzrážať veľké množstvo vzduchu, čo podporí agregáciu mikrobublín a neprispieva k flotačnej separácii. Okrem toho, keďže množstvo rozpustenej plynnej vody potrebné pod vysokým tlakom je znížené, nie je vhodné pre úplné zmiešanie rozpustenej plynnej vody a pôvodnej odpadovej vody. Naopak, ak je tlak pomocného čerpadla príliš nízky, množstvo rozpustenej vzduchovej vody sa nevyhnutne zvýši, čím sa zväčší objem flotačnej nádrže.

2. Prívod vzduchu

Prívod vzduchu možno rozdeliť do troch spôsobov: sacie potrubie vodného čerpadla prívod sacieho vzduchu, prívod tlakového vzduchu vodného čerpadla a prívod vzduchu vzduchového kompresora vodného čerpadla. Prívod sacieho vzduchu sacieho potrubia vodného čerpadla možno rozdeliť do dvoch foriem: jedným je použitie podtlaku v sacom potrubí vodného čerpadla na otvorenie malého otvoru v sacom potrubí a vzduch sa po nasatí nasáva do nádrže rozpusteného vzduchu. prostredníctvom zariadenia na nastavenie množstva vzduchu a dávkovania; druhým je pripojenie odbočného potrubia k tlakovému potrubiu vodného čerpadla a inštalácia ejektora na odbočné potrubie. Ejektor sa používa na nasávanie vzduchu a jeho posielanie do sacieho potrubia a potom do nádrže na rozpustený vzduch cez vodné čerpadlo. Jeho výhodou je jednoduché vybavenie a nie je potrebný vzduchový kompresor; nevýhodou je, že množstvo rozpusteného vzduchu je malé, vo všeobecnosti nepresahuje 10% (objemový pomer) prietoku vodného čerpadla, inak spôsobí abnormálne vibrácie vodného čerpadla.

Prívod vzduchu z tlakového potrubia vodného čerpadla má na nasávanie vzduchu použiť ejektor inštalovaný na tlakovom potrubí vodného čerpadla. Jeho výhody sú jednoduché vybavenie, nie je potrebný vzduchový kompresor, žiadne abnormálne vibrácie vodného čerpadla a nebezpečenstvo kavitácie; jeho nevýhodou je veľká energetická strata samotného ejektora, všeobecne okolo 30% a tlak na výstupe vodného čerpadla je väčší ako požadovaný tlak rozpusteného vzduchu a vody.

Prívod vzduchu vzduchovým transformátorovým kompresorom pre vodné čerpadlo je v súčasnosti bežne používaný spôsob prívodu vzduchu. Rozpustený vzduch pri tejto metóde je dodávaný vzduchovým kompresorom a tlaková voda vstupuje do nádrže na rozpustený vzduch samotným vodným čerpadlom alebo môže byť kombinovaná so stlačeným vzduchom na vstup do nádrže na rozpustený vzduch. Aby sa zabránilo tomu, že stlačený vzduch alebo tlaková voda prúdi späť do vodného čerpadla alebo vzduchového kompresora v dôsledku nesprávnej prevádzky, často sa používa rovnaký smer zhora nadol na prúdenie do nádrže na rozpustený vzduch.

Jeho výhodou je, že výkon vzduchového kompresora je malý, pretože pri určitom tlaku je potrebné menšie množstvo vzduchu. Spotreba energie je malá; nevýhodou je mierna hlučnosť a znečistenie mazacieho a chladiaceho oleja. Je obzvlášť dôležité kontrolovať tlak vodného čerpadla a vzduchového kompresora a dosiahnuť vyvážený stav.

3. Nádrž na rozpustený vzduch

Funkciou nádrže na rozpustený vzduch je integrovať úplný kontakt medzi vodou a vzduchom a urýchliť rozpúšťanie vzduchu. V súčasnosti existuje niekoľko bežne používaných foriem. Existujú dva typy nádrží na rozpustený vzduch: prázdne nádrže a naplnené nádrže. Naplnené nádrže môžu zvýšiť stupeň turbulencie, zlepšiť disperziu kvapalnej fázy a nepretržite aktualizovať rozhranie medzi kvapalnou fázou a plynnou fázou, takže účinnosť rozpusteného vzduchu je vysoká. Existujú rôzne formy naplnených nádrží rozpusteného vzduchu. Štúdie ukázali, že účinnosť rozpusteného vzduchu u stupňovitých prstencov je najvyššia, ktorá môže dosiahnuť viac ako 90 %, nasledujú Raschigove prstence a najnižšia je pri rolkách z vlnitého plechu. Účinnosť rozpusteného vzduchu v kotúčoch vlnitého plechu je asi o 25 % vyššia ako pri prázdnych nádržiach. Keď hrúbka obalovej vrstvy presiahne 0,8 m, môže dosiahnuť nasýtenie. Povrchové zaťaženie nádrže na rozpustený vzduch je vo všeobecnosti 300~2500 m3/(m2·d), preto sa vo všeobecnosti používajú naplnené nádrže na rozpustený vzduch.

4. Uvoľňovač rozpusteného vzduchu

Funkciou zariadenia na uvoľnenie vzduchu je rýchle uvoľnenie vzduchu v tlakovo rozpustenej vzduchovej vode vo forme mikrobublín po dekompresii. Priemer mikrobublín musí byť 20 ~ 100 mm. Priemer a počet mikrobublín má veľký vplyv na flotačný efekt. V súčasnosti sa dekompresné uvoľňovacie zariadenie používané vo výrobe delí na dve kategórie: jednou je redukčný ventil a druhou je uvoľňovač. Redukčný ventil využíva existujúci uzatvárací ventil a jeho nevýhody sú: stupeň otvorenia viacerých ventilov je navzájom nekonzistentný a jeho optimálny stupeň otvorenia sa ťažko nastavuje a kontroluje, takže odtok z každého ventilu je odlišný a veľkosť uvoľnených bublín je nekonzistentná; ventil je inštalovaný mimo flotačnej nádrže a po dekompresii je odoslaný do flotačnej nádrže cez časť potrubia. Ak je tento úsek potrubia dlhý, jav zlučovania bublín je vážny, čo ovplyvňuje efekt flotácie; okrem toho, pod vplyvom stlačenej vody rozpusteného vzduchu vo dne a v noci sa jadro ventilu a skrutka drieku ventilu ľahko uvoľnia a otvor na prívod vody, komora s medzerovým otvorom, skrinka s otvormi a otvor na výstup vody spôsobujú zmenu prietoku, čo spôsobuje operácia je nestabilná.

V Číne existujú typy TS, TJ a TV. Uvoľňovač rozpusteného vzduchu typu TS, keď stlačený rozpustený vzduch voda prechádza cez otvorovú skriňu, voda rozpusteného vzduchu opakovane podlieha kontrakcii, difúzii, nárazu, spätnému toku, vytláčaniu, žiareniu, víreniu a iným stavom prúdenia a v rámci {{{{5} }}}.1s, strata tlaku je asi 95% a rozpustený vzduch sa rýchlo uvoľní. Výhodou uvoľňovača typu TS je dôkladné zníženie tlaku a rozptýlenie energie. Jednorazová účinnosť uvoľňovania plynu môže byť až 99 % alebo viac, uvoľní sa takmer všetok plyn rozpustený vo vode; rozptýlenie energie a uvoľnenie plynu sú dokončené okamžite. Po prechode 0,3 MPa rozpusteného plynu cez uvoľňovač je priemerný priemer bubliny 20 ~ 30 um, čo reguluje zbytočné bubliny na minimum; môže lepšie regulovať prietok na výstupe uvoľňovača, eliminovať poškodenie vločiek porušujúcich prietok vody; zabrániť možnosti splynutia bublín pozdĺž cesty a zlepšiť flotačný efekt. Jeho nevýhodou je, že prietok vody v uvoľňovači je malý a niekedy je zablokovaný suspendovanými látkami vo vode rozpusteného tlaku. Špeciálne uvoľňovače typu TV a TJ pomocou pneumatických alebo vákuových zariadení otvoria štrbinu v uvoľňovači, aby sa uvoľnila voda rozpusteného plynu a nečistoty v nej sa dajú zmyť bez demontáže uvoľňovača. Použite stabilný flotačný efekt.

Stručne povedané, flotácia vody vo vodných zariadeniach hrá zásadnú úlohu v technológii výroby vody. Dokáže účinne odstrániť suspendované látky, mastnotu, vločky a vodu s vysokým obsahom rias vo vode. Flotačné zariadenie má malú investíciu, malý pôdorys a vysoký stupeň automatizácie. Má veľmi významný vplyv pri úprave kvality vody vo vodných rastlinách.