مشکل تصفیه فاضلاب برای چندین دهه مطرح بوده است. مشکل در منسوخ شدن روش ها و تجهیزات و همچنین ظهور مواد شیمیایی جدید در مواد شیمیایی خانگی و تولید است که نیازمند رویکردهای کاملاً جدیدی برای حذف آنها از فاضلاب است. یکی از روش های جهانی تصفیه فاضلاب، شناورسازی است. بسته به ویژگی های آلاینده، فقط نیاز به جایگزینی معرف ها و اصلاح شرایط فرآیند دارد.
تصفیه فاضلاب
این روش با موفقیت برای تصفیه فاضلاب های حاوی الیاف، فرآورده های نفتی، روغن ها و چربی ها و سایر موادی که در آب کم محلول هستند استفاده شده است. فاضلاب ابتدا با استفاده از مواد مخصوص به سوسپانسیون و امولسیون منتقل می شود.
فرایند شناورسازی متکی به توانایی حباب های گاز برای چسبیدن به ذرات است و به آنها کمک می کند تا روی سطح مایع شناور شوند.
اصول کلی روش
ساده ترین عمل فلوتاسیون، دلبستگی استذرات نامحلول (به عنوان مثال، مواد معدنی، روغن یا هر چیز دیگری) به حباب های هوا. موفقیت خالص سازی به سرعت ایجاد پیوند بین ذره و حباب ها، به استحکام این پیوند و مدت زمان وجود این مجتمع بستگی دارد. که به نوبه خود با ماهیت ذرات، تمایل به خیس شدن با آب و ویژگی های تعامل آنها با معرف ها تعیین می شود. بنابراین، فلوتاسیون فرآیندی است که به عوامل زیادی بستگی دارد.
یک عمل ابتدایی را می توان از طریق یکی از مکانیسم های زیر انجام داد:
- حباب ها بلافاصله در ذرات معلق تشکیل می شوند؛
- ذرات تعلیق هنگام برخورد با حباب گاز به آن می چسبند؛
- یک حباب کوچک روی سطح ذره تشکیل می شود که در اثر برخورد با دیگری ترکیب می شود و حجم آن افزایش می یابد.
مجموعه ای که در طی فرآیند شناورسازی تشکیل می شود، در یک محیط عملاً غیر متحرک تنها در شرایطی می تواند شناور شود که نیروی بالابرنده حباب گاز از وزن ذره بیشتر باشد. این منجر به تشکیل یک لایه کف روی سطح آب تصفیه شده می شود.
علاوه بر این، سطح حباب ها و ذرات در نقطه تماس باید در یک نسبت مشخص باشد. نیروهای چسب متناسب با اندازه ذرات مربع افزایش می یابد، زیرا محیط اتصال آنها به اندازه بزرگترین وجه آنها محدود می شود. و نیروی جداسازی مستقیماً به جرم ذره آلاینده (یعنی ابعاد خطی آن در یک مکعب) بستگی دارد. بنابراین، هنگامی که به یک اندازه ذرات معین رسید، نیروهای جداشدگی از نیروهای چسبندگی بیشتر می شود. بنابراین برایتصفیه موفقیت‌آمیز پساب به‌وسیله فلوتاسیون نه تنها از نظر ماهیت رابطه تعلیق با حباب‌ها، بلکه همچنین اندازه آنها مهم است.
راههای اشباع آب با حباب
تکنیک های زیادی وجود دارد که ظاهر حباب های گاز را در فاضلاب تضمین می کند. روشهای اصلی مورد استفاده در فلوتاسیون عبارتند از:
- روش فشرده سازی (یا فشار) بر اساس افزایش حلالیت هوا در آب با افزایش فشار.
- روش مکانیکی مبتنی بر اختلاط شدید مایع با هوا.
- عبور فاضلاب از مواد متخلخل که باعث پراکندگی آنها می شود.
- روش الکتریکی مبتنی بر الکترولیز آب همراه با ظهور حباب های گاز.
- فرایند شیمیایی که باعث تشکیل حباب در طی واکنش های شیمیایی معرف های خاص با اجزای فاضلاب می شود.
- روش خلاء با کاهش فشار مشخص می شود.
فلوتاسیون فشار
برای استخراج سوسپانسیون های ریز و کلوئیدی با غلظت کم موثرترین است. آب تصفیه شده با هوا تحت فشار تا 7 مگاپاسکال در یک راکتور مخصوص - اشباع کننده اشباع می شود. پس از رها شدن آب از آن، فشار به شدت به حالت نرمال (اتمسفر) کاهش می یابد که فرآیند شدید حباب های هوا را تحریک می کند.
به منظور افزایش قابل توجه راندمان تصفیه آب، فلوتاسیون با انعقاد و لخته سازی ترکیب می شود. هر دوی این رویکردهابه افزایش اندازه ذرات حل نشده کمک می کند. منعقد کننده ها هر دو ترکیبات معدنی، معمولاً نمک آهن آهن یا آلومینیوم و برخی مواد آلی هستند. فلوکولانت ها پلیمرهای خاصی هستند که مولکول های آنها در یک محیط آبی شبکه باردار را تشکیل می دهند که قادر به جذب ذرات آلاینده است که منجر به پیدایش سنگدانه های لخته ای می شود.
نصب ها و نمودارهای جریان
تاسیساتی که فلوتاسیون تحت فشار را انجام می دهند را می توان نه تنها در داخل، بلکه در خارج از آنها قرار داد. بنابراین، اگر مصرف آب بیشتر از 20 متر 3 در ساعت نباشد، اولی برای حجم های کوچک مناسب است، در حالی که دومی ظرفیت بسیار بیشتری دارد. زمانی که اجسام بزرگ، به عنوان مثال، یک اشباع کننده و یک سلول شناور، در خارج از منزل هستند، و پمپ ها در داخل ساختمان هستند، اغلب ساختارها به طور ترکیبی مرتب می شوند.
در مورد تاسیسات در شرایط کاهش احتمالی دمای هوا به مقادیر منفی، تهیه سیستم گرمایش فوم ضروری است. یک کارخانه فلوتاسیون فشرده سازی کلاسیک از تجهیزات زیر تشکیل شده است:
- پمپ برای تامین مایعات.
- کمپرسور برای تامین هوا (یا هر گاز) به سیستم تصفیه آب.
- اشباع کننده (نام دیگر آن مخزن تحت فشار است) که در آن هوا در فاضلاب حل می شود.
- محفظه های فلوتاسیون، اگر فرآیند مرحله درشت شدن ذرات معلق را فراهم کند.
- دستگاه معرف، از جمله دستگاه‌هایی برای دوز ومخلوط کردن معرف ها با مایعی که باید خالص شود.
- سیستم کنترل فرآیند تمیز کردن.
طرح های فن آوری شامل تصفیه فاضلاب با شناورسازی فشار می تواند:
- همزمان، زمانی که حجم کامل مایعی که باید تصفیه شود از اشباع‌کننده عبور می‌کند.
- در حال گردش مجدد، زمانی که تنها 20 تا 50 درصد مایع شفاف شده از اشباع عبور می کند.
- تا حدی جریان مستقیم، زمانی که حدود ۳۰ تا ۷۰ درصد آب خام وارد اشباع‌کننده می‌شود و بقیه مستقیماً به محفظه فلوتاسیون وارد می‌شود.
هنگام انتخاب یکی از این طرح ها، خواص فیزیکی و شیمیایی فاضلاب تصفیه شده، الزامات درجه تصفیه، شرایط محلی و شاخص های اقتصادی در نظر گرفته می شود.
Electroflotation
این روش در نیمه دوم قرن بیستم مورد استفاده قرار گرفت. سپس مشخص شد که گازهای الکترولیز بسیار موثرتر از گازهای بی اثر یا هوا در افزایش شدت فلوتاسیون هستند. این امر امکان جداسازی محصولات نفتی نامحلول در آب، روغن های روان کننده، ترکیبات کم محلول فلزات سنگین و غیر آهنی را فراهم می کند که امولسیون های پایداری را در فاضلاب تشکیل می دهند. اما علاوه بر گازهای الکترولیز، حذف برخی ناخالصی‌ها تحت تأثیر میدان الکتریکی ایجاد شده مصنوعی قرار می‌گیرد که در آن ذرات باردار به سمت الکترودهایی با بار مخالف حرکت می‌کنند.
معایب قابل توجه الکتروفلوتاسیون بهره وری پایین، هزینه بالای الکترودها، سایش و آلودگی، و خطر انفجار است.
روش شکنش فوم
به جذب مواد فعال سطحی محلول (سورفکتانت ها) روی حباب های گازی که از طریق محلول بالا می آیند، می جوشد. در این حالت، فوم به شدت تشکیل می شود و با ماده جذب شده غنی می شود.
یک حوزه مهم کاربرد این نوع شناورسازی، تصفیه آب از مواد شوینده مورد استفاده در لباسشویی ها است. همچنین برای جداسازی لجن فعال از تصفیه بیوشیمیایی مناسب است.
سسمان سنگ معدن
فرآیند فلوتاسیون با موفقیت در فرآوری اولیه انواع سنگ معدن استفاده می شود که امکان جداسازی کسری با ارزش با محتوای بالای فلز یا ترکیبات آن را فراهم می کند. این بر اساس تفاوت در خواص سطح کانی های جدا شده است.
فلوتاسیون سنگ معدن یک فرآیند سه فازی است:
- فاز جامد یک کانی خرد شده است؛
- فاز مایع خمیر است؛
- فاز گاز با عبور حباب های هوا از خمیر کاغذ تشکیل می شود.
فلوتاسیون بسته به شکل محصول تشکیل شده روی سطح فاز مایع می تواند کفی، لایه ای یا روغنی باشد.
