Реагентная флотация жиросодержащих сточных вод

Исследования, проведенные нами, показали, что флотационная очистка жиросодержащих сточных вод может быть существенно интенсифицирована путем использования реагентов.

Проведение исследований в лабораторных условиях осуществлялось путем отбора проб сточных вод после цеховых жироловушек завода растительных масел и перед локальными очистными сооружениями (ЛОС) этого завода. Пробы стоков после цеховых жироловушек отбирались с целью очистки этих стоков на модели жироловушки с блоком тонкослойного осветления. Однако лабораторные исследования с этими пробами не дали заметного эффекта очистки, так как выходящие из жироловушек стоки не поддаются дальнейшей очистке без реагентов. В этой связи основная работа проводилась со смешанными стоками перед ЛОС.

Методика проведения исследований состояла в выполнении следующей последовательности операций. Пробы сточных вод подвергались реагентной обработке. В качестве реагентов на предварительной стадии проведения исследований использовались соли алюминия (сернокислый алюминий, гидроксохлорид алюминия) и железа (хлорное и сернокислое железо), а также флокулянты — праестол (производства ФРГ и РФ, г. Пермь) и зетаг (производства ФРГ). В результате предварительных исследований было установлено, что указанные реагенты, за исключением солей алюминия, не дали заметного эффекта очистки. В этой связи все дальнейшие исследования проводились с сернокислым алюминием, так как при практически одинаковом эффекте осветления воды сернокислый алюминий дешевле гидрооксихлорида алюминия приблизительно в 20—25 раз. После обработки проб воды сернокислым алюминием сточную воду последовательно осветляли отстаиванием в цилиндрах рабочим объемом 500 мл в течение 1 ч. Далее осветленную воду флотировали в лабораторной флотационной машине в течение 30 мин. Осветленную воду после флотации доочишали на фильтре с комбинированной загрузкой из гравия и угля в соотношении 1:1 при скорости фильтрации 10 м/ч.

Анализ осветленной воды после каждой ступени очистки проводили с использованием стандартных (типовых) методик, утвержденных в РФ. Результаты проведенных исследований представлены в табл. 6.3—6.6. При этом в табл. 6.3 приведены данные, касающиеся очистки сточных вод от специфических загрязнений — жиров и взвешенных веществ с использованием одной ступени очистки — отстаивания. Из приведенных в этой таблице данных видно, что заметный эффект очистки начинает проявляться при дозе сернокислого алюминия 0,9—1,2 г/л в расчете на А12(804)3 18Н20. Дозы сернокислого алюминия А12(804)3 18Н20 в интервале 0,9—1,1 г/л дают устойчивый эффект при осветлении сточных вод от жиров по схеме отстаивание — флотирование — фильтрование (табл. 6.4). Также стабильные данные наблюдаются и при определении концентрации жиров и взвешенных веществ после завершающей стадии очистки — фильтрования (табл. 6.5).

Известно, что обшей задачей является очистка не только от жира и взвешенных веществ, но и от растворенных органических и минеральных веществ. Совокупные данные, свидетельствующие об эффективности очистки с использованием сернокислого алюминия, приведены в табл. 6.6.

Таблица 6.3. Результаты очистки сточных вод отстаиванием при добавлении сернокислого алюминия А12(804)3 18Н20 (отбор проб стоков перед ЛОС; очистка воды отстаиванием в лабораторных цилиндрах рабочим объемом 50 мл в течение 1 ч)

и/и

Доза

А12(504)318Н,0,

г/л

Концентрация загрязнений в сточной воде, мг/л

Жиры

Взвешенные вещества

Исходная

вода

Очищенная

вода

Исходная

вода

Очищенная

вода

1

0,5

135,0

133,2

680,7

676,3

0,7

135,0

132,9

680,7

653,4

0,9

135,0

41,2

680,7

183,5

1,0

135,0

39,6

680,7

112,7

1,1

135,0

33,4

380,7

98,4

Окончание табл. 6.3

и/и

Доза

А12(504)318Н,0,

г/л

Концентрация загрязнений в сточной воде, мг/л

Жиры

Взвешенные вещества

Исходная

вода

Очищенная

вода

Исходная

вода

Очищенная

вода

1,2

135,0

30,8

680,7

88,5

2

0,9

183,9

48,7

656,3

110,8

1,0

183,9

43,4

656,3

101,3

1,1

183,9

41,2

656,3

90,4

3

0,9

147,3

38,1

539,1

108,7

1,0

147,3

36,7

539,1

97,6

1,1

147,3

33,5

539,1

89,3

4

0,9

191,4

57,6

710,5

238,9

1,0

191,4

49,2

710,5

208,7

1,1

191,4

42,7

710,5

197,5

Таблица 6.4. Эффективность очистки сточных вод от жиров по ступеням очистки отстаивание — флотирование — фильтрование (отбор проб сточной воды перед ЛОС; добавление сернокислого алюминия А12(804)3- 18Н20 в стоки перед отстаиванием)

и/и

Доза

А12(504)з-18Н20,

г/л

Концентрация загрязнений в сточной воде, мг/л

Исходная

вода

После

отстаивания

После

флотации

После

фильтрования

1

0,9

135,0

42,1

33,8

19,2

1,0

135,0

39,6

28,4

12,8

1,1

135,0

33,4

25,7

10,3

2

0,9

183,9

48,7

40,5

9,8

1,0

183,9

43,4

38,8

8,6

1,1

183,9

41,2

32,6

8,5

3

0,9

147,3

38,1

29,2

10,4

1,0

147,3

36,7

24,7

9,5

1,1

147,3

33,5

19,3

9,4

Окончание табл. 6.4

и/и

Доза

А12(804)318Н20,

г/л

Концентрация загрязнений в сточной воде, мг/л

Исходная

вода

После

отстаивания

После

флотации

После

фильтрования

4

0,9

191,4

57,6

48,2

10,9

1,0

191,4

49,2

33,8

9,7

и

191,4

42,7

28,5

8,9

Таблица 6.5. Влияние дозы сернокислого алюминия А12(804)3 18Н20 на содержание жира и взвешенных веществ в сточной воде (отбор стоков перед ЛОС; очистка воды по схеме отстаивание — флотирование — фильтрование)

и/и

Доза

А12(804)3-18Н20,

г/л

Концентрация загрязнений в сточной воде, мг/л

Жиры

Взвешенные вещества

Исходная

вода

Очищенная

вода

Исходная

вода

Очищенная

вода

1

0,5

135,0

124,3

680,7

643,5

0,7

135,0

118,6

680,7

631,2

0,9

135,0

19,2

680,7

97,1

1,0

135,0

12,8

680,7

63,5

1,1

135,0

10,3

680,7

51,9

1,2

135,0

9,2

680,7

40,8

2

0,9

183,9

9,8

656,3

79,5

1,0

183,9

8,6

656,3

77,1

1,1

183,9

8,5

656,3

73,0

3

0,9

147,3

10,4

539,1

108,4

1,0

147,3

9,5

539,1

93,7

1,1

147,3

9,4

539,1

93,1

4

0,9

191,4

10,9

710,5

148,3

1,0

191,4

9,7

710,5

117,2

1,1

191,4

8,9

710,5

95,8

Таблица 6.6. Результаты очистки сточных вод по схеме коагулирование (А1,(801),18Н,0) — отстаивание—флотация-фильтрование

п/п

,4

и4

сч

о

ГД

X

ОО

ГЛ

о

С/0

гч

<

СП

О

Ч

Концентрация загрязняющих веществ, мг/л

Жиры

Взвешенные вещества

БПК5

Азот аммонийный

Фосфаты

Хлориды

Сульфаты

СПАВ

Сухой

остаток

pH

Исх. вода

Очищ. вода

Исх. вода

Очищ. вода

Исх. вода

Очищ. вода

Исх. вода

Очищ. вода

Исх. вода

Очищ. вода

Исх. вода

Очищ. вода

Исх. вода

Очищ. вода

Исх. вода

Очищ. вода

Исх. вода

Очищ. вода

Исх. вода

Очищ. вода

і

0,9

183,9

9,8

656,3

79,5

1320

34

8,8

5,3

11,3

3,6

180,4

128,5

49,3

69,5

3,2

2,0

2730

748

8,8

7,0

1,0

183,9

8,6

656,3

77,1

1320

21

8,8

5,1

11,3

3,0

180,4

128,3

49,3

71,4

3,2

2,0

2730

810

8,8

6,9

1,1

183,9

8,5

656,3

73,0

1320

16

8,8

5,0

11,3

2,4

180,4

120,9

49,3

75,6

3,2

1,6

2730

836

8,8

6,8

2

0,9

147,3

10,4

539,1

108,4

1270

20

8,2

6,1

19,1

4,3

216,0

139,5

68,9

79,8

4,7

3,7

2648

710

8,0

6,7

1,0

147,3

9,5

539,1

93,7

1270

20

8,2

5,9

19,1

3,1

216,0

133,6

68,9

87,6

4,7

2,7

2648

745

8,0

6,5

1,1

147,3

9,4

539,1

93,1

1270

15

8,2

5,9

19,1

2,3

216,0

130,0

68,9

95,3

4,7

2,1

2648

768

8,0

6,5

3

0,9

191,4

10,9

710,5

148,3

1560

38

9,1

8,3

24,5

4,6

98,4

91,4

50,1

68,9

2,9

2,1

2560

697

8,3

6,9

1,0

191,4

9,7

710,5

117,2

1560

21

9,1

7,8

24,5

2,9

98,4

90,8

50,1

72,3

2,9

1,8

2560

713

8,3

6,8

1,1

191,4

8,9

710,5

95,8

1560

18

9,1

7,7

24,5

2,2

98,4

90,6

50,1

80,2

2,9

1,8

2560

789

8,3

6,6

160 Глава 6. Интенсификация флотационных процессов...

Проведенные экспериментальные исследования показали, что стабильный эффект очистки сточных вод наблюдается при дозах коагулянта 1,0—1,1 кг/м3 стоков. При этих дозах значения основных показателей качества очистки сточных вод не превышают значений предельно допустимых концентраций основных загрязняющих веществ, по которым контролируется сброс очищенных сточных вод в городскую канализацию.

В случае добавления коагулянта в меньших дозах (менее 1,0 кг на 1 м3 стоков) наблюдается нестабильный эффект очистки по основным показателям, в том числе по количеству жировых фракций.

В связи с вышеизложенным следует автоматизировать процесс подачи коагулянта с инвестированием дорогостоящих приборов КИПа или дозировать раствор коагулянта с дозой, заведомо гарантирующей требуемый эффект очистки. Последнее в сложившейся ситуации нам представляется наиболее рациональным приемом в силу относительной дешевизны коагулянта.

Сравнительные испытания влияния сернокислого алюминия и глинозема на эффект очистки сточных вод показали, что расход глинозема при одинаковом эффекте очистки превышает расход сернокислого алюминия не более чем на 10—12 %. В этой связи с учетом большей доступности и дешевизны возможно использование глинозема, хотя он образует осадок при приготовлении рабочего раствора.

В качестве коагулянта рекомендуется использовать сернокислый алюминий или глинозем в дозах соответственно 1,0 кг и 1,12 кг на 1 м3 сточных вод.

Экспериментальные исследования, проведенные нами, показали, что при добавлении в сточные воды сернокислого алюминия в количестве 0,9—1,1 кг на 1 м3 сточных вод образуются хлопья загрязнений, которые выпадают в осадок и часть из них флотируется. Результаты этих исследований и ознакомление с существующими очистными сооружениями явились основой для выбора и обоснования технологической схемы очистки сточных вод, предложенной для внедрения.

В этой схеме предусмотрен флотоотстойник — жироловушка оригинальной конструкции с использованием тонкослойного блока (рис. 6.4), который, как показали испытания, отличается достаточно высокой эффективностью, устойчивостью режима и надежностью в эксплуатации.

Присутствие жира в сточных водах совместно с ПАВ еще более усугубляет условия окисления органических загрязнений микроорга-

Вода из флота 1-2

Вода

на доочистку во флотаторы 3-4

Рис. 6.4. Схема модернизированной жироловушки

низмами. Проведенные нами испытания и внедрение флотационной

технологии очистки сточных вод на предприятиях пищевой промышленности показали, что этим способом удается извлечь из воды поверхностно-активные вещества до остаточных концентрации примерно 1,5—2,5 мг/л, а жиров — до 15—20 мг/л и менее. При этом начальная концентрация ПАВ, как правило, была в пределах 10— 30 мг/л, а жиров — около 1700—2000 мг/л.

В процессе испытаний указанной технологии выявилось также, что в ряде случаев наблюдается плохая флотируемость жиров и ПАВ.

Развитие теоретических основ флотации как многостадийного процесса привело к созданию комбинированных флотационных машин и аппаратов [5ф При этом для очистки сточных вод от гидрофобных легкофлотируемых веществ, например жиров и поверхностно-активных веществ (ПАВ), разработаны комбинированные флотационные машины и аппараты механического типа. Согласно развиваемым нами теоретическим представлениям наиболее эффективно с флотируемыми частицами взаимодействуют микропузырьки. Поэтому для осуществления этого технического решения разработан способ глубинного струйного аэрирования сточной жидкости (рис. 6.5), заключающийся в подаче сточной жидкости под напором через струйный аэратор. Такое устройство со струйной системой аэрации включает трубу /, через которую осуществляют подачу струи в объем жидкости. На верху устройства расположена камера 2 распределения и подачи исходной жидкости через патрубок 3 и распределительную ка-

3

Схема глубинного струйного аэрирования жидкости

Рис. 6.5. Схема глубинного струйного аэрирования жидкости:

/ — корпус аэратора; 2 — коллектор; 3 — патрубок; 4 — сопло; 5 — отверстие для

подноса воздуха

меру подачи в трубу / через сопло 4, а засасываемый воздух через отверстия 5. Струя жидкости с захваченным поверхностью жидкости газом подается непосредственно в объем жидкости. Количество подсасываемого из атмосферы воздуха регулируется запорным вентилем, устанавливаемым на линии забора атмосферного воздуха. В случае повышенного содержания подсасываемого воздуха его уменьшение достигается путем закрытия запорной арматуры. При этом образующаяся смесь сточной жидкости с воздухом движется в стесненных условиях по трубе длиной 1,5—2,0 м. На выходе из трубчатого аэратора происходит диспергирование воздуха до мельчайших пузырьков, которые образуют с гидрофобными веществами, например жирами, устойчивые флотокомплексы, всплывающие в верхний слой жидкости. При этом происходит коалесценция минерализованных пузырьков с более крупными, ненагруженными пузырьками воздуха. Пузырьки коалесцируют, что приводит к увеличению диаметра воздушного пузырька и, как следствие, к повышению скорости подъема флотоком-плексов частицы (капелька масла или жира) — пузырек. Малые минерализованные пузырьки за счет низкой скорости всплывания могут не достигнуть верхней границы пенного слоя и будут снесены отводимым в горизонтальном направлении потоком очищенной жидкости.

Для повышения скорости всплывания таких минерализованных пузырьков необходимо уменьшить высоту их подъема. Для реализации этого технического приема разработан блок тонкослойного отстаивания, расстояние между полками которого составляет 1 — 10 см. Указанные выше технические решения реализованы в комбинированной флотационной машине механического типа (рис. 6.6) и во флотационной колонне с блоком тонкослойного осветления (рис. 6.7).

12 8 7 4 5 9 13 3 6 11

Схема флотационной комбинированной механической машины (ФКМО)

Рис. 6.6. Схема флотационной комбинированной механической машины (ФКМО)

со струйной подачей входного потока:

1 — корпус; 2 — рабочее пространство; 3 — обсадная труба; 4 — импеллер; 5 — электродвигатель; 6 — блок тонкослойного осветления; 7 — устройство для струйной подачи входного потока; 8 — входной патрубок; 9 — перегородка с окном; 10 — выходной патрубок; 11 — пенный желоб; 12 — электропривод пеногона; 13 — патрубок для вывода пенного продукта

Комбинированным флотационным аппаратом является разработанная нами флотационная колонна (рис. 6.7), которая состоит из корпуса I, внутри которого установлена камера аэрации для подачи пульпы 4 и решетка 5*.

Над камерой 2 и соосно ей установлено флоторазделяющее приспособление 6, в верхней части которого расположена подвижная

/ 2 3 42122 5 6 7 8 1023 11

гидрофобная насадка 7, а в нижней — блок тонкослойного разделения 6.

При этом гидрофобная насадка удерживается ограничительными сетками 9, ниже которых на внутренней конической части флоторазделяющего приспособления 6 выполнены нарифления 10 из гидрофобного материала, например фторопласта.

С внешней стороны корпуса 1 флотационной колонны установлены патрубки соответственно для вывода пенного продукта 11, подвода пульпы 12, вывода осветленной жидкости (камерного продукта) 14, подачи промывной жидкости 16, отвода промывочной жидкости 15, подвода воздуха 17. Установленный в нижней части флоторазделяющего приспособления 6 блок тонкослойного отстаивания 8 включает набор полок 13, выполненных в виде У-образных элементов (рис. 6.8). Расположенные внутри устройства 2 струйные аэраторы 3 представляют собой установленные вертикально цилиндрические трубки, в верхней части которых имеются отверстия 18, выше которых установлены сопла 19. При этом под нижними концами струйных аэраторов 3 расположены отражатели 20, выполненные в виде плоских квадратных или круглых пластин.

Над приспособлением 6 расположен пенный лоток 21, в верхней части которого установлена орошающая форсунка 22, выполненная в виде фильтра (душевого распылителя), а в нижней — патрубок 23 для отвода скапливающихся в верхней части полок 13 пузырьков газа или воздуха.

У-образные элементы блока тонкослойного отстойника

Рис. 6.8. У-образные элементы блока тонкослойного отстойника:

а — в сборе; б —разрез одного элемента

Подача исходного питания может осуществляться с одновременной пода-

чей воздуха под давлением от компрессора 25.

Отвод пенного продукта может осуществляться также под вакуумом, создаваемым насосом 24.

Флотационная колонна работает следующим образом. Исходная пульпа или тонкодисперсная суспензия по входному патрубку 12 через коллектор 4 поступает в струйные аэраторы 3, в которые также подсасывается или подается под давлением воздух через отверстия 18, причем количество подсасываемого воздуха определяется скоростью протекающей через сопло 19 струи воды или суспензии. При этом за счет разрежения, возникающего при скоростях течения воды или тонкодисперснои суспензии выше примерно 15 м/с, происходят подсос воздуха (или газа) до мельчайших пузырьков и их контактирование со взвешенными частицами минеральной или органической природы. При этом для создания равномерной и эффективной аэрации во всем объеме воды или тонкодисперсной суспензии необходимое количество аэраторов, как показали экспериментальные исследования, составляет 4—8 на 1 м2. В случае использования аэраторов менее 4 на 1 м2 эффективность аэрации и флотации падает, а в случае применения аэраторов более 8 на 1 м2 эффект флотации не повышается.

Выходящая с большой скоростью из аэраторов струя жидкости дополнительно диспергируется, попадая на отражатели 20. При этом происходят дополнительное дробление пузырьков воздуха (или газа) до более мелких размеров, достигающих размеров порядка 0,1—0,5 мм, и интенсивный процесс слипания пузырьков с частицами твердой фазы и каплями гидрофобных веществ, например типа масел, жиров и т. п. Для более полного извлечения частиц широкого диапазона крупности используют решетку 5 с живым сечением 15—30 %. Этот диапазон был определен на основании проведенных исследований. При площади живого сечения менее 15 % эффективность аэрации и флотации резко падает, а при площади живого сечения более 30 % достигнутый положительный эффект не изменяется.

Образующиеся флотокомплексы пузырек—частица (капля масла) поднимаются вверх, образуя во флоторазделяющем приспособлении 6 пенный слой, который контактирует с гидрофобной поверхностью нарифлений /0 наклонной части конфузора и далее с гидрофобной насадкой 7, выполненной, например, из фторопластовых шариков диаметром 5—10 мм.

При этом угол конфузора а (см. рис. 6.9, 6) в пределах 20—70° выбран на основании проведенных исследований. При углах конфузора менее 20° сильно затрудняется подъем пенного продукта, что приводит к резкому увеличению времени пребывания пены во флотационной колонне, выпадению из нее сфлотированных частиц и, как следствие, к снижению степени извлечения целевого продукта. В случае использования конфузора с углом более 70° эффект контактирования наклонной гидрофобной поверхности с пеной и соответственно с газовыми пузырьками снижается и соответственно уменьшается эффект сжатия объема пенного слоя. Выбранный предел конфузора проверен при испытаниях нового образца колонны.

За счет контактирования пены (пенного слоя) с гидрофобными материалами указанной формы происходит интенсивная коалесцен-ция (слипание) газовых пузырьков друг о другом и, как следствие, уменьшение пенного слоя в объеме и повышение концентрации целевого продукта в пене. Далее пенный слой, проходя через сетки 9, попадает в пенный лоток 21, где подвергается орошению водой, подаваемой через орошающую форсунку 22. При этом происходит вымывание гидрофильных и плохо удерживаемых в пене частиц, которые попадают в зону аэрации устройства 2. При этом получаемый пенный продукт самопроизвольно сваливается по наклонному лотку 11 или отсасывается с использованием вакуум-насоса 24.

Отвод осветленной жидкости (камерного продукта) происходит во флоторазделяющем приспособлении 6, в котором концентрируется пенный продукт за счет коалесценции пузырьков газа. Осветленная жидкость при этом проходит дополнительную очистку путем отстаивания при медленном течении между полок 13 блока 8. При отстаивании в тонком слое высотой 20—50 мм происходит отделение тонких пузырьков, как нагруженных частицами или каплями масла, так и ненагруженных, которые затем скапливаются в верхней части У-образных элементов, представляющих полки 13.

Скапливающиеся пузырьки затем за счет подъемной силы, обусловленной в том числе и эрлифтным эффектом, отводятся через патрубок 23 в пенный продукт, находящийся в лотке 21. Осветленная жидкость (камерный продукт) после блока тонкослойного отстаивания выводится из флотационной колонны через патрубок 14.

Экспериментальные данные по эффективности очистки сточных вод от жиров с использованием в качестве реагента праестола 655 при использовании флотационных машин различного типа представлены в табл. 6.7.

Таблица 6.7. Эффективность очистки сточных вод по извлечению жиров в различных машинах без и с добавлением флокулянта праестол 655 (доза праестола 18 мг/л)

Тип флотационных машин и аппаратов

Концентрация жиров, мг/л

Исходная

Конечная

Без добавления флокулянта

С добавлением флокулянта праестола

Механические ФКМО

1500-2000

40-60

20-30

Пневматические ФПМ

1500-2000

50-80

35-60

Напорные

1500-2000

30-40

20-25

Струйные

1500-2000

60-80

30-50

Данные по влиянию дозы праестола 655 на эффективность очистки сточных вод от жиров во флотационном колонном аппарате рабочим объемом 1,5 м3 представлены в табл. 6.8.

Зависимость эффективности очистки сточных вод от ПАВ от времени флотации во флотационном колонном аппарате представлена в табл. 6.9.

Таблица 6.8. Влияние дозы праестола 655 на эффективность очистки сточных вод от жиров во флотационном колонном аппарате рабочим объемом 1,5 м3 (концентрация жиров в исходной воде 1227 мг/л; интенсивность аэрации сточных вод 0,5 м32 мин)

Доза

Праестола 655, мг/л

Время

флотации,

мин

Концентрация жиров в очищенной воде, мг/л

Эффективность очистки,%

0

5

156

43,9

3

7,5

73

59,4

6

10

69

71,6

9

12,5

51

81,6

12

15

37

86,7

15

17,5

22

92,1

18

20

19

93,2

21

22,5

18

93,5

24

25

18

93,5

27

30

1,8

93,5

Таблица 6.9. Зависимость эффективности очистки сточных вод от ПАВ от времени флотации во флотационном колонном аппарате (рабочий объем 1,5 м3)

Время

флотации, мин

Концентрация ПАВ, мг/л

Эффективность очистки,%

в исходной воде

в очищенной воде

2,5

10,6

0,64

94,0

5

6,5

0,25

96,2

7,5

6,5

0,27

95,8

10

8,0

0,32

96,0

12,5

8,0

0,36

95,5

15

6,5

0,24

96,3

17,5

10,6

0,43

95,9

20

10,6

0,58

94,5

22,5

10,6

0,52

95,1

Представленные в табл. 6.7—6.9 экспериментальные данные указывают на возможность достижения высокой степени очистки путем использования флотационной техники с применением различных типов флотационных машин и аппаратов, в том числе колонного типа.

 
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ     След >