СПОСОБ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД

Изобретение относится к технологии очистки вод от нежелательных составляющих различных предприятий, включая предприятия цветной металлургии, горной и химической промышленности, а также для всех предприятий, где может быть использована флотация.

Известен способ очистки сточных вод с применением флотации (В.А. Проскуряков, Л.И. Шмидт. Очистка сточных вод в химической промышленности. Издательство "Химия". Ленинградское отделение. 1977. 597 с.). Очистка промышленных и сточных вод флотацией предусматривает принудительную подачу воздуха. При такой подаче воздуха дисперсность газовой фазы зависит от конструкции аэратора и не подлежит регулированию, а также наблюдается ряд отрицательных явлений. Например, коалисценция пузырьков воздуха, которая приводит к перерасходу реагентов и снижению эффективности процесса.

Известно также, что оптимальный размер газовых пузырьков, используемых для флотации, находится в диапазоне от 0,1 до 3 мм. Экспериментально установлено, что размер пузырьков в пневматических и эрлифтных машинах составляет 2 - 3 мм, в механических и пневмомеханических - 0,5-1,5 мм, в вакуумных - 0,2 - 5 мм, в напорных (компрессионных) - 0,1 - 0,3 мм и в электрофлотационных аппаратах - 0,04 - 0,2 мм. (Н.Ф. Мещеряков. Кондиционирующие и флотационные аппараты и машины. М.: Недра. 1990.) Рекомендуемая область применения флотации в приведенных аппаратах строго регламентирована и зависит от содержания нежелательных примесей в сточных водах, дисперсного состава газовой фазы, а гидродинамические характеристики потоков в самих аппаратах далеки от оптимальных, что приводит к разрушению образующихся агрегатов "частица - пузырек".

Известен способ флотационного обогащения руд, включающий приготовление однородной смеси воды, воздуха и реагентов и последующее смешивание с минеральной суспензией (патент США N 3421621, кл. 209 - 166, опублик. 1968 г.). Недостатком известного способа является относительно низкая скорость флотации, так как при приготовлении смеси воды, воздуха и реагентов не создаются условия для образования предельно адсорбционного слоя реагентов на границе раздела жидкость - газ, определяющего максимальную флотационную активность пузырьков газа.

Заявляемое изобретение направлено на интенсификацию процесса очистки сточных вод от нежелательных примесей и связано с сокращением времени флотации за счет увеличения удельной поверхности газовой фазы во флотации и времени подготовки реагента.

Поставленная задача достигается тем, что процесс осуществляется в три стадии.

В первой стадии идет подготовка активированной газожидкостной смеси в присутствии поверхностно-активных веществ (ПАВ) гетерополярного строения.

Вторая и третья стадии, флотация из объема и пенная сепарация протекают одновременно в восходящих потоках активированной газожидкостной смеси.

Сущность предлагаемого способа заключается в следующем. Дисперсным газом (воздухом) насыщают раствор реагентов с концентрацией не ниже критической концентрации мицеллообразования (ККМ), полученную газожидкостную дисперсию выдерживают до образования предельной (равновесной) адсорбции реагентов на границе раздела газ - жидкость, а затем в нее подают жидкую фазу. Соотношение количества дополнительной жидкой фазы и раствора реагентов составляет (3-11):1.

Первоначально насыщают диспергированным воздухом раствор реагентов с концентрацией не ниже ККМ, выдерживают приготовленную смесь до образования предельной адсорбции на границе раздела газ - жидкость, например, пропуская смесь по каналу определенной длины, а затем подают в нее жидкую фазу (воду), после чего смесь одновременно с очищаемой водой подают в разделительную флотационную камеру, в которой происходит извлечение вредных примесей. Время выдержки и соотношение количества дополнительной воды и раствора реагентов устанавливаются экспериментально и зависит от свойств флотационных реагентов и концентрации их в водном растворе. При этом для всех типов жирнокислотных собирателей соотношение количества дополнительной жидкой фазы и раствора реагентов составляет (3-11): 1. Для оптимизации режимов флотации дополнительная жидкая фаза может регулироваться по водородному показателю, солевому составу, температуре и т.д.

Первоначальное насыщение раствора реагента при его концентрации, равной или превышающей ККМ, позволяет, во-первых, получать двухфазную систему, стабильную по дисперсному составу газовой фазы. По мере увеличения концентрации ПАВ диаметр пузырьков уменьшается и становится практически неизменным при концентрации, равной ККМ. В этих условиях достигаются не только высокая стабильность и устойчивость газожидкостной смеси, но и при равных расходах газовой фазы получается большая ее удельная поверхность, поскольку образуются пузырьки меньших размеров.

Во-вторых, при насыщении раствора реагентов диспергированным газом в условиях ККМ чрезвычайно ускоряются адсорбционные процессы, подчиняясь выражению:

где Г_∞ - предельная величина адсорбции; Г_t - адсорбция, соответствующая времени t c момента образования границы раздела при концентрации C; α,β - коэффициенты.

В первом приближении адсорбция изменяется прямопропорционально концентрации реагентов. Например, время достижения равновесной (предельной) адсорбции для растворов олеата натрия при концентрации 50 мг/л составляет 30 с, а для растворов с концентрацией 400 - 1000 мг/л - не более 3 с.

Прием насыщения раствора реагентов диспергированным газом в условиях ККМ обеспечивает резкое сокращение времени выдержки двухфазной системы, необходимое для образования предельной (равновесной) адсорбции, т.е. позволяет решать одну из поставленных задач.

Последующая подача дополнительной воды способствует сохранению дисперсного состава газовой фазы, предотвращению расслоения жидкой и газовой фаз, что в итоге сводит до минимума коалесцентные процессы. Кроме того, жидкая фаза ускоряет удаление готовых пузырьков из зоны их образования, создавая условия для увеличения расхода диспергируемого газа и, как следствие, увеличения поверхности газовой фазы. Это положение подтверждается экспериментально.

Пример. Очищаемая вода, например промстоки молокозавода, содержат "взвешенных" - 642 мг/л, ХПК - 930 мг/л. Расход ПАВ (мыло сырого талового масла МСТМ) с газожидкостной смесью 50 г/м³ очищаемой воды, расход железного купороса составляет 120 г/м³.

а) Приготовленный раствор МСТМ с концентрацией 500 мг/л и его расходом 12,6 мл/мин насыщают с помощью диспергатора воздухом, выдерживают 4 с в круглом канале. Предварительными экспериментами установлено, что максимальный расход газа (q= 0,37 л/мин) наступает при соотношении расходов дополнительной жидкости и исходного 9:1, что составляет 114 мл/мин дополнительной воды при pH 9,5. После подачи дополнительной воды приготовленную газожидкостную смесь одновременно с потоком очищаемой воды вводят во флотационную камеру, в которой происходит удаление нежелательных примесей. После очистки вода содержала "взвешенных" - 23 мг/л, ХПК -118 мг/л. Время флотации - 3 мин.

б) Все параметры совпадают с вариантом (а), только соотношение расхода дополнительной воды и исходного раствора составляет 2:1. При этом максимальный расход воздуха 0,18 л/мин. Содержание "взвешенных" в осветленной воде составило 249 мг/л, ХПК - 264 мг/л. Время флотации - 3 мин. Процесс идет неустойчиво, время флотации недостаточно.

в) Очистку сточной воды производят по известному способу при концентрации исходного раствора 50 мг/л и его расходе 126,7 мл/мин, расход железного купороса постоянный во всех опытах. Анализ очищенной воды показал что содержание "взвешенных" уменьшается до 292 мг/л, а ХПК до 305 мг/л. Время флотации равнялось 4,5 минутам.

Таким образом, приведенные примеры подтверждают высокую эффективность предлагаемого способа очистки сточных вод при более высокой скорости разделительного процесса.

Предлагаемый способ по сравнению с прототипом позволяет в 1,5 раза снизить фронт флотации, упростить схемы очистки сточных вод, что в свою очередь позволит сократить капитальные затраты при строительстве и эксплуатации очистных сооружений.