Separarea particulelor in suspensie prin flotatie

Separarea particulelor in suspensie prin flotatie

Flotatia este procedeul tehnic de eliminare a particulelor fine aflate in suspensie intr-un lichid cu ajutorul bulelor de aer introduse fortat in lichid. In general in cazul apelor uzate menajere, aplicarea acestui procedeu fara adaosuri de coagulanti nu a dat rezultate semnificative, in schimb in cazul apelor ce contin grasimi, cum sunt apele uzate de la fabricile de ulei, de la procesarea carnii, fabrici de sapun, de conserve etc, rezultatele au fost remarcabile reducandu-se mult volumul namolurilor in decantoare.

De asemenea aceasta tehnologie se poate aplica la indepartarea uleiurilor din apele uzate din industria metalurgica si din industria celulozei si hartiei.

Trebuie sa precizam faptul ca inainte de aplicarea procedeului trebuie realizate o serie de teste pentru a evalua eficacitatea procedeului si pentru a alege metoda de epurare.

Flotatia ca procedeu tehnologic se aplica in doua variante functie de densitatea particulelor. Daca particulele au o densitate mare, cum este cazul minereurilor, flotatia este posibila numai daca granulatia materialului este sub diametrul de 0,4 mm. Pentru acest tip de particule trebuie sa se lucreze cu bule mari de aer, cu diametrul bulei de peste 2 mm, de care trebuie sa adere bulele. Pentru a sigura aceasta aderenta se adauga anumite substante care se fixeaza pe suprafata particulelor le fac hidrofobe, fapt ce are ca efect eliminarea acestora din masa de apa la suprafata de separatie apa - aer - particula solida, (apa nu le mai umecteaza), si astfel sunt ridicate la suprafata apei de catre bulele de aer. Avand in vedere riscul ca bulele sa se sparga si particula sa cada din noul pe fundul bazinului, se mai introduce in apa uzata un spumant, care are rolul de a mentine spuma in care se gasesc particulele mai mult timp la suprafata apei. Spuma trebuie mereu indepartata de pe suprafata bazinului. In figura 4.9 este prezentata schema de principiu a flotatiei pentru particule grele si pentru particule usoare.

Fig. 4.9. Schema flotatie pentru particule solide

a) - particule grele; b) - particule usoare

Procedeul de flotatie pentru particule grele este relativ costisitor si ca urmare trebuie aplicat doar acolo unde particulele retinute au o valoare economica ridicata, sau sunt toxice. In caz contrar se prefera decantare acestora in bazine decantoare.

In cazul particulelor usoare, cand o singura bula de mica dimensiune poate ridica particula este preferabil ca simultan sa se realizeze si o coagulare a particulelor si obtinerea unor particule mai mari si mai usor de separat. In acest sens este necesara introducerea de substante floculante care pe de o parte aglomereaza particulele si astfel reducandu-le numarul, usurand separarea acestora si pe de alta parte structura relativ afanata a acestor flocoane permite alipirea usoara a bulelor de gaze de ele si ridicarea flocoanelor la suprafata apei.

In figura 4.10. este prezentata modalitatea de realizare a flotatiilor suspensiilor particulelor usoare utilizand substante floculante si bule fine de aer.

Producerea bulelor in apele uzate se poate realiza prin mai multe procedee, cel mai utilizat procedeu este acela dea a introduce sub presiune aer printr-un sistem de duze sau placi poroase plasate pe fundul bazinului. De regula apele uzate cu foarte mici exceptii contin particule usoare si ca urmase se lucreaza cu bule mici de aer, foarte rar bule peste 1 mm diametru.

Cel mai frecvent se utilizeaza insuflarea, respectiv barbotarea apei in instalatiile pentru separarea grasimilor. Separatoarele de grasimi cu insuflare de bule au in general doua zone de lucru si anume o zona turbulenta, respectiv zona de aerare si o zona de linistire a apei in care are loc separarea particulelor.

Fig. 4.10 Realizarea flotatiei suspensiilor fine utilizand substante floculante si bule fine de aer.

a) - ridicarea particulei de catre bula de aer ce a aderat ( I -bulele sunt prea mici pentru a ridica particula, II - bule mai mari ce asigura ridicarea particulei; b) - ciocnirea bulei de aer cu particula ( I ) si ridicarea particulei de catre bula ce a aderat la particula ( II ); c) - intrarea bulei de aer in floconul format; d) - intrarea bulei de aer in interiorul floconului.

In figura 4.11 este prezentat principiul de functiune a unui separator de grasimi model Imhoff. Grasimile se ridica la suprafata apei de unde sunt periodic sau in mod continuu evacuate.

Fig.4.11 Separator de grasimi cu insuflare de bule fine

a) - sectiune transversala; b) -sectiune longitudinala; 1- intrarea

apei; 2 -difuzoare pentru insuflarea bulelor de aer; 3- iesire apa.

Utilizarea acestui procedeu de separare cu bule fine nu se recomanda in totdeauna ca urmare a faptului ca o data cu grasimile se pot ridica la suprafata apei si alte particule care au aderat la grasimi si care sunt ulterior mai greu de separat din grasimi.

Un procedeu mai evoluat de separare a particulelor fine este cel ce utilizeaza si vidul. In figura 4.12. este prezentat principiul de functionare a unei instalatii de flotatie in vid tip "Vacuator" produs de firma "Dorr".

Fig. 4.12. Scheme instalatiei de flotatie tip "Vacuator"

a)- scheme generala a instalatiei; b)- sectiune prin camera de vidare; 1 - intrare apa; 2- compartiment admisie apa; 3- compartiment pentru aerarea apei; 4- compartiment pentru eliminarea bulelor mari; 5- camera vidata; 6- compartiment de inchidere hidraulica pentru evacuarea apei; 7- evacuare apa; 8- conducta cu inchidere hidraulica pentru evacuarea suspensiilor concentrate la suprafata apei; 9- conducta pentru evacuarea namolului sedimentat pe fundul bazinului vidat; 10- conducta pentru intrarea apei in incinta vidata; 11- conducta aspiratie aer; 12- pod raclor pentru colectarea spumei ce contine suspensii; 13- pod raclor pentru curatitul fundului incintei vidate; 14 - perete separator. 

Aceasta metoda consta in introducerea de aer in apa uzata pana la nivelul saturatiei, dupa care apa este introdusa intr-un spatiu inchis care va fi depresurizat. In aceasta situatie aerul dizolvat in apa se degaja sub forma unor bule extrem de fine care asigura flotatia substantelor aflate in suspensie. De regula acest procedeu se aplica apelor uzate din industria prelucrarii carnii si a conservelor. Avantajul metodei este data de faptul ca ridicarea bulelor se face fara turbulenta, fapt ce previne spargerea flocoanelor, dar prezinta dezavantajul ca stationarea apei asigura conditiile pentru sedimentarea particulelor grele si ca urmare se impune curatirea periodica a fundului bazinelor prin utilizarea de racloare de fund.

Depresiunea utilizata este relativ redusa, fiind cuprinsa intre 0,35 si 0,3 atm. si ca urmare consumurile energetice sunt relativ reduse.

Faptul ca utilizarea vidului prezinta unele inconveniente, a dus la cautarea si a altor metode de flotatie, dintre care se remarca metoda ce utilizeaza suprapresiunea aerului. In principiu procedeul consta in introducerea apei intr-o incinta in care se introduce aer sub presiune. Datorita presiunii ridicate aerul se dizolva in cantitate mult mai mare in apa uzata. La deschiderea brusca a unei supape presiunea scade brusc si in aceste conditii aerul dizolvat in apa uzata din camera de flotatie este eliminata sub forma de bule extrem de fine. Aceasta metoda de flotatie se numeste "flotatie cu suprapresiune" si este utilizata in mod deosebit la recuperarea fibrelor celulozice din apele reziduale de la fabricile de celuloza si hartie.

Astfel de tipuri de instalatii de flotatie cu suprapresiune se utilizeaza si la separarea suspensiilor din apele uzate de la rafinarii.

Realizarea suprapresiunii de aer in apa uzata se poate face prin mai multe moduri. Astfel aerul poate fi introdus o data cu apa prin aspiratie sau aerul poate fi pompat sub presiune in apa uzata aflata intr-o incinta inchisa. Indiferent de mod trebuie sa existe un sistem pentru eliminarea bulelor mari. In functie de natura suspensiilor se por introduce in apa diversi reactivi si floculanti pentru cresterea eficientei procesului.

Astfel in figura 4.13. este prezentata o astfel de instalatie dupa un sistem conceput de Gibbs si Barry.

Fig.4.13. Instalatie de flotatie cu suprapresiune tip Gibbs

1- intrare apa bruta; 2- conducta pentru adaugare reactivi; 3- recipient pentru amestecare; 4- agitator; 5- conducta apa uzata cu bule de aer; 6- compartiment cilindric pentru floculare; 7- pompa; 8- racord pentru aspiratia aerului; 9- iesire apa tratata; 10- raclor la suprafata apei pentru colectarea suspensiilor; 11- sistem de evacuare a suspensiilor colectate.

Dimensiunea acestor instalatii asigura tratarea a circa 6 - 12 m³ de apa uzata. Durata procesului este de circa 10 -20 minute. Cantitatea de aer ce trebuie introdusa in apa uzata depinde de gradul de incarcare apei, dar de regula este cuprinsa intre 10 si 100 litri de aer la 1 m³ de apa uzata. Presiunea de lucru este cuprinsa intre 1 si 4 atm., iar consumul energetic este cuprins intre 0,05 si 0,25 kWh /m³ de apa uzata.

Utilizarea acestor procedee de flotatie la separarea unor particule in suspensie se recomanda mai putin pentru apele menajere uzate pentru ca in absenta unor aditivi efectul flotatie este minor si nu se justifica din punct de vedere economic, dar se recomanda pentru ingrosarea namolurilor. Cele mai bune rezultate s-au obtinut in industria alimentara, unde s-a obtinut o diminuare a compusilor organici din apele uzate cu pana la 80 - 90 %.

Metoda este utilizata si la indepartarea uleiurilor uzate din apele uzate industriale din industria metalurgica, industria celulozei si hartiei, rafinariile de petrol, precum si la tratarea apelor uzate provenite din santierele navale si de la spalarea tancurilor petroliere.

Pentru asigurarea eficientei maxime a procedeului se impune experimentari de laborator atat sub aspectul utilizarii aditivilor, a floculantilor, precum si sub aspectul debitului si a presiunii aerului.

In anumite cazuri adoptarea flotatiei ca varianta de modernizare a statiei de epurare poate constitui o solutie pentru cresterea eficientei procesului de epurare, sau pentru cresterea capacitatii de epurare.