Princip fungování flotační nádrže ve vodárně

Flotační metoda spočívá ve vytvoření velkého množství drobných bublinek ve vodě pomocí určité technologie tak, aby přilnuly k suspendovaným částicím v odpadní vodě. Když hustota klesne na méně než voda, vyplavou na vodní hladinu a vytvoří spodinu, čímž odstraní suspendované částice ve vodě. Flotační metoda se používá především k úpravě vody obsahující suspendované částice s hustotou blízkou 1 a obtížně odstranitelné sedimentační metodou, jako je amoniakální dusík, organická hmota, koloidní částice, nízkoteplotní a nízko zakalená voda z vodního zdroje s větším množstvím řas.

1. Mezipovrchové napětí a mezipovrchová volná energie Když jsou kapalina a plyn v kontaktu, povrchové molekuly kapaliny a vnitřní molekuly jsou vystaveny různým molekulárním přitažlivým silám a vzájemná přitažlivost mezi molekulami kapaliny, tedy kohezní síla, je mnohem větší než adheze mezi molekulami kapaliny a molekulami plynu. Proto jsou povrchové molekuly a vnitřní molekuly kapaliny vystaveny nerovnoměrným silám, to znamená, že výsledná síla působící na vnitřní molekuly kapaliny je nulová a výsledná síla na povrchové molekuly kapaliny je větší než nula. Velikost výsledné síly je stejná a směr je kolmý ke kontaktní ploše a směřuje dovnitř kapaliny a plynu. Tato síla se snaží zmenšit povrch kapaliny. Voda s velmi malým objemem ve vzduchu existuje ve formě vodních kapiček (tj. koulí, protože povrch koule je nejmenší). Totéž platí pro plynnou fázi.

2. Vzduch ve vodě existuje ve formě bublin (tj. kuliček) a mezipovrchové napětí je přitažlivost mezi povrchovými molekulami, která existuje ve stejnou dobu jako kohezní síla mezi molekulami, a směr je tečný k kontaktní povrch. Povrchové molekuly kapaliny jsou stále na povrchu kapaliny působením koheze, což znamená, že přitažlivost mezi povrchovými molekulami kapaliny, tedy mezipovrchové napětí, je větší než přitažlivost mezi vnitřními molekulami. Proto mají povrchové molekuly kapaliny více energie než vnitřní molekuly.

Stejný objem vzduchu tvoří rozptýlené malé bubliny a jeho povrch je větší než povrch velkých bublin, což zvýší možnost kolize a adheze mezi bublinami a částicemi; kromě toho prudké hydraulické promíchávání velkých bublin během procesu kynutí nepřispívá k přilnutí bublin a částic a také srazí adsorbované bubliny, takže vytvořené malé bubliny přispívají k flotaci.

Praxe ukázala, že průměr bubliny je pod 100 um, aby dobře přilnul k částicím. Samotné bubliny mají tendenci k sobě přilnout a snížit mezifázovou energii, tedy slučovací efekt bublin, což také sníží možnost kolize a adheze. Pokud kombinace bublin a částic, tedy pěny, vystoupá k vodní hladině a rychle praskne, nestihnou adsorbované částice odstranit škrabací zařízení a znovu se ponořit do vody. Proto musí být ve vodě určité množství povrchově aktivní látky, aby se zabránilo slučování bublin a rychlému splaskávání bublin. Povrchově aktivní látky se také nazývají pěnidla. Většina z nich je složena z polárních a nepolárních molekul. Kulatá hlava představuje polární skupinu, která je snadno rozpustná ve vodě a jde hluboko do vody (protože voda je silná polární molekula); ocas představuje nepolární skupinu, což je hydrofobní skupina a jde hluboko do bublin. Odpuzování nábojů stejného znaménka může zabránit splynutí a kolapsu bublin, čímž se zvýší stabilita pěny. Pokud je ve vodě nedostatečné množství povrchově aktivní látky, aby se zajistil flotační účinek, měla by být přidána a množství přísady by mělo být stanoveno podle testu.

Pokud je ve vodě příliš mnoho povrchově aktivních látek, bublinky nebo částice (např. částice oleje) jsou díky stejnému znamení příliš stabilní a je také obtížné vytvořit pěnu. Hydrofilní pevný prášek obsažený ve vodě má úhel smáčení mezi 0 a 90 stupni, takže malá část jeho povrchu přilne k oleji. Kapičky oleje jsou pokryty těmito pevnými prášky, což ztěžuje tvorbu pěny. Proto je účinnou metodou použití koagulantu ke zvýšení nabitého koloidu ve vodě, odstranění odpuzování nábojů a umožnění přilnutí částic k bublinám.

Podle různých tlaků, při kterých se srážejí bublinky, lze flotaci rozpuštěným vzduchem rozdělit na dva typy: vakuovou flotaci rozpuštěným vzduchem a flotace rozpuštěným vzduchem pod tlakem.

Vakuová flotace rozpuštěným vzduchem je proces rozpuštění vzduchu ve vodě za normálního tlaku nebo za tlakových podmínek a vysrážení za podmínek podtlaku. Jeho hlavní charakteristiky jsou: tlak potřebný pro rozpuštění vzduchu je nižší než tlak pro rozpuštěný vzduch a energetická zařízení a spotřeba elektřiny jsou menší; vzduchová flotace funguje za podmínek podtlaku a vzduchová flotační nádrž musí být uzavřena, takže struktura vzduchové flotační nádrže je složitá, údržba a provoz, údržba zařízení je obtížná a množství rozpuštěného vzduchu je malé. Tato metoda je vhodná pouze pro čištění odpadních vod s nízkou koncentrací znečišťujících látek a ve výrobě se používá jen zřídka.

Vzduch stlačený rozpuštěný se za tlakových podmínek rozpouští ve vodě a za normálního tlaku se vysráží. Jeho vlastnosti jsou: velký objem rozpuštěného vzduchu, dostatečné množství mikrobublin, které mohou splnit požadavky na separaci pevné látky a kapaliny podle různých požadavků a zajistit efekt odstranění; velikost bublinových částic generovaných po dekompresi a uvolnění je malá (20~100 um), velikost částic je jednotná, mikrobubliny stoupají ve flotační nádrži velmi pomalu a narušení nádrže je malé, což je zvláště vhodné pro separaci volné vločky a jemné pevné látky; zařízení a proces jsou relativně jednoduché a údržba a správa jsou pohodlné. Flotace stlačeným rozpuštěným vzduchem je nejrozšířenější metodou flotace ve výrobě. Jeho proces se skládá ze zařízení na saturaci vzduchu, zařízení na uvolňování vzduchu, flotační nádrže, zařízení na odstraňování strusky atd. Existují tři základní procesní toky: plný proud rozpuštěného vzduchu, částečný proud rozpuštěného vzduchu a zpětný proud stlačeného rozpuštěného vzduchu.

Úplný proud rozpuštěného vzduchu má stlačit a rozpustit veškerou odpadní vodu a poté vstoupit do flotační nádrže přes dekompresní uvolňovací zařízení pro separaci pevných látek a kapalin. Ve srovnání s ostatními dvěma procesy je jeho spotřeba energie vysoká, ale protože se nepřidává rozpuštěná vzduchová voda, objem flotační nádrže je malý.

Částečný proud rozpuštěného vzduchu má natlakovat a rozpouštět část odpadní vody a zbytek odpadní vody je přímo posílán do flotační nádrže. Tento proces ušetří více elektřiny než proces s úplným rozpuštěním plynu. Protože část odpadní vody prochází nádrží na rozpuštěný plyn, je objem nádrže na rozpuštěný plyn relativně malý. Protože však množství vzduchu, které může poskytnout stlačený rozpuštěný plyn části odpadní vody, je malé, pokud chcete zajistit stejné množství vzduchu, musíte zvýšit tlak v nádrži na rozpuštěný plyn. Reflux stlačený rozpuštěný plyn refluxuje část efluentu a stlačuje ho přímo do flotační nádrže. Tato metoda je vhodná pro separaci pevných látek a kapalin ve vodě s vysokými koncentracemi suspendovaných látek.

Níže představíme vybavení potřebné pro flotaci. Zařízení na sycení vzduchu se skládá z tlakové vodní pumpy a přívodu vzduchu, rozpuštěného plynu a dalších zařízení. Jeho funkcí je rozpouštět vzduch ve vodě pod určitým tlakem a poskytovat rozpuštěný plyn vodu potřebnou pro úpravu vody.

1. Pomocné čerpadlo

Pomocné čerpadlo se používá k dodávání určitého množství vody při určitém tlaku. Pokud je tlak pomocného čerpadla příliš vysoký, zvýší se množství rozpuštěného vzduchu na jednotku objemu. Po dekompresi se může vysrážet velké množství vzduchu, což podpoří agregaci mikrobublin a neprospívá flotační separaci. Kromě toho, protože množství rozpuštěné plynové vody potřebné pod vysokým tlakem je sníženo, není vhodné k úplnému smíchání rozpuštěné plynové vody a původní odpadní vody. Naopak, pokud je tlak pomocného čerpadla příliš nízký, množství rozpuštěné vzdušné vody se nevyhnutelně zvýší, čímž se zvětší objem flotační nádrže.

2. Přívod vzduchu

Přívod vzduchu lze rozdělit do tří způsobů: sací potrubí vodního čerpadla přívod sacího vzduchu, tlakové potrubí vodního čerpadla přívod tryskového vzduchu a přívod vzduchu vzduchového kompresoru vodního čerpadla. Přívod sacího vzduchu vodního čerpadla lze rozdělit do dvou forem: jednou je použití podtlaku v sacím potrubí vodního čerpadla k otevření malého otvoru v sacím potrubí a vzduch je po nasátí nasáván do nádrže rozpuštěného vzduchu prostřednictvím zařízení pro úpravu množství vzduchu a měření; druhým je připojení odbočky k tlakové trubce vodního čerpadla a instalace ejektoru na odbočku. Ejektor se používá k nasávání vzduchu a jeho odeslání do sacího potrubí a poté do nádrže na rozpuštěný vzduch přes vodní čerpadlo. Jeho předností je jednoduché vybavení a není potřeba vzduchový kompresor; nevýhodou je, že množství rozpuštěného vzduchu je malé, obecně nepřesahuje 10 % (objemový poměr) průtoku vodní pumpy, jinak to způsobí abnormální vibrace vodní pumpy.

Přívod tryskového vzduchu z tlakové trubky vodního čerpadla slouží k nasávání vzduchu pomocí ejektoru nainstalovaného na tlakovém potrubí vodního čerpadla. Jeho předností je jednoduché vybavení, není potřeba vzduchový kompresor, žádné abnormální vibrace vodní pumpy a nebezpečí kavitace; jeho nevýhodou jsou velké energetické ztráty samotného ejektoru, obecně asi 30%, a tlak na výstupu vodní pumpy je větší než požadovaný tlak rozpuštěného vzduchu a vody.

Zásobování vzduchem vzduchovým transformátorovým kompresorem pro vodní čerpadlo je v současnosti běžně používaný způsob přívodu vzduchu. Rozpuštěný vzduch je při této metodě dodáván vzduchovým kompresorem a tlaková voda vstupuje do nádrže na rozpuštěný vzduch samotným vodním čerpadlem nebo může být kombinována se stlačeným vzduchem pro vstup do nádrže na rozpuštěný vzduch. Aby se zabránilo proudění stlačeného vzduchu nebo tlakové vody zpět do vodního čerpadla nebo vzduchového kompresoru v důsledku nesprávné činnosti, často se používá stejný směr shora dolů pro proudění do nádrže na rozpuštěný vzduch.

Jeho výhodou je, že výkon vzduchového kompresoru je malý, protože při určitém tlaku je potřeba méně vzduchu. Spotřeba energie je malá; nevýhodou je mírná hlučnost a znečištění mazacího a chladicího oleje. Je zvláště důležité řídit tlak vodního čerpadla a vzduchového kompresoru a zajistit, aby dosáhly vyváženého stavu.

3. Nádrž na rozpuštěný vzduch

Funkcí nádrže na rozpuštěný vzduch je integrovat plný kontakt mezi vodou a vzduchem a urychlit rozpouštění vzduchu. V současnosti existuje několik běžně používaných forem. Existují dva typy nádrží na rozpuštěný vzduch: prázdné nádrže a naplněné nádrže. Naplněné nádrže mohou zvýšit stupeň turbulence, zlepšit disperzi kapalné fáze a průběžně aktualizovat rozhraní mezi kapalnou fází a plynnou fází, takže účinnost rozpuštěného vzduchu je vysoká. Existují různé formy naplněných nádrží rozpuštěného vzduchu. Studie ukázaly, že účinnost rozpuštěného vzduchu u krokových kroužků je nejvyšší, která může dosáhnout více než 90 %, následují Raschigovy kroužky a nejnižší je u rolí vlnitého plechu. Účinnost rozpuštěného vzduchu u rolí vlnitého plechu je asi o 25 % vyšší než u prázdných nádrží. Když tloušťka obalové vrstvy přesáhne 0,8 m, může dosáhnout nasycení. Povrchové zatížení nádrže na rozpuštěný vzduch je obecně 300~2500 m3/(m2·d), takže se obecně používají naplněné nádrže na rozpuštěný vzduch.

4. Uvolňovač rozpuštěného vzduchu

Funkcí zařízení pro uvolnění vzduchu je po dekompresi rychle uvolnit vzduch v tlakově rozpuštěné vzduchové vodě ve formě mikrobublin. Požaduje se, aby průměr mikrobublin byl 20~100 mm. Velký vliv na flotační efekt má průměr a počet mikrobublin. V současné době se dekompresní vypouštěcí zařízení používaná ve výrobě dělí do dvou kategorií: jednou je redukční ventil a druhou uvolňovač. Redukční ventil využívá stávající uzavírací ventil a jeho nevýhody jsou: stupeň otevření více ventilů je vzájemně nekonzistentní a jeho optimální stupeň otevření je obtížné nastavit a ovládat, takže odtok z každého ventilu je jiný a velikost uvolněných bublin je nekonzistentní; ventil je instalován mimo flotační nádrž a po dekompresi je poslán do flotační nádrže úsekem potrubí. Pokud je tento úsek potrubí dlouhý, je fenomén splynutí bublin vážný, což ovlivňuje efekt flotace; navíc pod vlivem tlakové rozpuštěné vzduchové vody ve dne i v noci se jádro ventilu a šroub dříku ventilu snadno uvolní a otvor pro přívod vody, komora s mezerovým otvorem, krabice s otvory a otvor pro výstup vody způsobí změnu průtoku, takže provoz je nestabilní.

V Číně existují typy TS, TJ a TV. Uvolňovač rozpuštěného vzduchu typu TS, když stlačený rozpuštěný vzduch prochází otvorem, voda rozpuštěného vzduchu opakovaně podléhá kontrakci, difúzi, nárazu, refluxu, vytlačování, záření, víru a dalším stavům proudění a během {{{{5} }}}.1s, ztráta tlaku je asi 95 % a rozpuštěný vzduch se rychle uvolní. Výhodou uvolňovače typu TS je důkladné snížení tlaku a odvod energie. Jednorázová účinnost uvolňování plynu může být až 99 % nebo více, uvolní se téměř všechen plyn rozpuštěný ve vodě; rozptyl energie a uvolňování plynu jsou dokončeny okamžitě. Poté, co voda rozpuštěného plynu o koncentraci 0,3 MPa projde uvolňovačem, je průměrný průměr bubliny 20~30 um, což snižuje zbytečné bubliny na minimum; může lépe řídit průtok výstupu uvolňovače, eliminovat poškození vloček narušujících proudění vody; zabraňují možnosti sloučení bublin po cestě a zlepšují flotační efekt. Jeho nevýhodou je, že průtok vody v uvolňovači je malý a někdy je blokován suspendovanými látkami v tlakově rozpuštěné plynové vodě. Speciální uvolňovače typu TV a TJ pomocí pneumatických nebo vakuových zařízení otevřou štěrbinu v uvolňovači, aby se uvolnila voda rozpuštěného plynu, a nečistoty v ní lze smýt bez demontáže uvolňovače. Použijte stabilní flotační efekt.

Stručně řečeno, flotace vody ve vodních závodech hraje zásadní roli v technologii výroby vody. Dokáže účinně odstranit suspendované látky, mastnotu, vločky a vodu s vysokým obsahem řas ve vodě. Flotační zařízení má malé investice, malé rozměry a vysoký stupeň automatizace. Má velmi významný vliv při úpravě kvality vody vodních rostlin.