Разработка новой системы аэрации для флотационных установок и область их практического применения

Рассмотрен процесс флотационной очистки сточной воды. Предложено использование эжекционной системы аэрации как наиболее простой и обладающей сравнительно невысокими энернозатратами. Указан основнй недостаток: получение пузырьков диаметром более 1 мм. Предложено использование специального диспергатора для устранения данного недостатка. Разработана математическая модель процесса очистки поверхностной сточной воды в лабораторной установке с предлагаемой системой аэрации. Проведены экспериментальные исследования по определению диаметров пузырьков, скоростей всплытия флотокомплексов и кинетики процесса очистки.

Целью данной работы является исследование процесса флотационной очистки сточных вод с использованием оригинальной системы аэрации, включающей эжектор и диспергатор.
Задачи исследования:
1) Разработка оригинальной эжекционной системы аэрации с диспергатором.
2)Разработка математической модели многостадийной флотации с использованием эжекционной системы аэрации с диспергатором.
3) Экспериментальное определение параметров флотационного процесса: диаметров пузырьков и скоростей всплытия флотокомплексов.
4) Экспериментальное исследование кинетики флотационного процесса с использованием предлагаемой эжекционной системы аэрации с диспергатором.

Значительная часть сточных вод недоочищается в части коллоидных и тонкодисперных частиц.  Для обеспечения высокой эффективности процесса флотационной очистки необходим выбор системы аэрации, которая обеспечит требуемые гидродинамические параметры: высокую интенсивность аэрации с получением пузырьков малого размера, при этом будет более простая по конструкции с меньшими энергозатратами, например эжекционная. Но такая система аэрации не обеспечивает оптимальные параметры рабочей жидкости, что не позволяет достигнуть высокой эффективности извлечения тонкодисперсных загрязнений. Одним из способов интенсификации процесса является применение специального диспергатора, рассмотренного в данной работе.

В работе использованы теоретические и экспериментальные методы исследования. Теоретические исследования кинетики процесса флотационной очистки воды проведены с использованием пакета прикладных программ Scilab. Экспериментальные исследования проведены на лабораторной установке, собранной в лаборатории кафедры "Экология и промышленная безопасность" МГТУ им.Н.Э.Баумана. Анализ проб проводился с помощью приборов: турбодиметра Hach 2100N (анализ на мутность), спектрофотометр Hach LANGE DR6000 (определение БПК5 с использованием кювет LCK 554), колориметра Hach DR890 (определение концентрации железа) в соответствии с методиками. Обработка экспериментальных данных проводилась с применением методов математической статистики и регрессионного анализа.

1) Разработана система аэрации, включающая эжектор и диспергатор и экспериментально подтверждена возможность эффективной очистки поверхностной сточной воды в предлагаемой установке: эффективность по осветлению составила 75%, по БПК₅ 60 %, по концентрации железа общего 75%.
2) Экспериментально установлено, что предлагемая система аэрации, включающая эжектор и диспергатор позволяет обеспечить получение пузырьков в оптимальном диапазоне диаметров, при этом характерной особенностью данной системы аэрации является получение нескольких распределений с различными средними диаметрами пузырьков, в данном случае получено 2 совокупности пузырьков со средним диаметром 50 мкм (50 %) и 80 мкм (35 %). Это позволяет наиболее эффективно извлекать из воды загрязнения разной степени флотируемости. Данная особенность должна учитываться при проектировании флотационной машины, при этом наиболее оптимальным решением является использование 2-х камерной флотационной машины.
3)Разработана многостадийная математическая модель для очистки поверхностных сточных вод при использовании предлагаемой системы аэрации, учитывающая разделение пузырьков на 2 группы.
4) Проведена экспериментальная проверка предлагаемой модели, при этом полученные результаты достаточно хорошо согласуются с теоретическими, что свидетельствует об адекватности модели и возможности её использования для определения времени процесса очистки при использовании данной системы аэрации. 

 

1. Chen Fu-tai, Peng Feng-xian, Wu Xiao-qing, Luan Zhao-kun, Bubble performance of a novel dissolved air flotation (DAF) unit // Journal of Environmental Sciences, Vol. 16, No1, pp 104- 107, 2004
2. Ксенофонтов Б. С., Антонова Е. С. Оптимизация флотационной очистки сточных вод // Водоочистка, No3, 2015, с. 20-24.
3. Патент на полезную модель No 149273 Флотационная машина для очистки сточных вод, Ксенофонтов Б. С., Антонова Е. С., 24.02.2014
4. Ксенофонтов Б. С. Флотационная обработка воды, отходов и почвы. – М.: Новые технологии, 2010. – 272 с.
5.RodriguesR.T., Rubio J. New basis for measuring the size distribution of bubbles // Minerals Engineering 16 2003 757–765
6. Oliveira C., Rodrigues R. T., Rubio J. A new technique for characterizing aerated flocs in a flocculation–microbubble flotation system. // International Journal of Mineral Processing, 96(1), p.36-44.

The flotation waste water treatment process is studied. The ejection system of aeration is considered. Its main disadvantage: big bubbles is pointed out. The use of special disperser is offered. The kinetic model for the surface waste water treatment by flotation using ejection system of aeration with disperser is developed. The experimental research devoted to the definition of main characteristics of flotation process: bubble diameter, rising velocity of float complexes was carried out. The waste water treatment experiment was carried out in a laboratory-scale flotation set up with different kind of surface waste water.