Флотационное сгущение активного ила и биосуспензий

Наряду с очисткой сточных вод важнейшим направлением применения флотационной техники при решении экологических задач является сгущение избыточного активного ила. Для этих целей практически везде используют напорную флотацию. Процесс напорной флотации для сгущения избыточного активного ила осуществляют путем как непосредственного насыщения суспензии избыточного активного ила воздухом под избыточным давлением 0,5—0,6 МПа, так и насыщения рабочей жидкости воздухом под давлением и ее последующим смешением с суспензией избыточного активного ила в соотношении от 1:1 до 3:1. Выбор того или иного варианта осуществления способа напорной флотации зависит от конкретных условий, связанных как со свойствами избыточного активного ила, так и с возможностью аппаратурного оформления этого процесса.

Известно, что флотационные способы используются не только для очистки сточных вод и сгущения активного ила, но и в биотехнологических производственных процессах, например, на гидролизных заводах, выпускающих кормовые дрожжи, для сгущения биосуспензий.

На гидролизных предприятиях для выделения биомассы дрожжей используют флотаторы с пневматической системой аэрации. В большинстве случаев флотатор имеет цилиндрический корпус, внутри которого установлен стакан для сбора пенного продукта, а процесс флотации клеток дрожжей происходит в кольцевом пространстве между корпусом и стаканом, разделенном на 4—5 секций. При этом между первой и последней секциями имеется сплошная перегородка, не позволяющая смешиваться входному и выходному потокам. Принцип работы такого аппарата состоит в следующем. Суспензия дрожжей из дрожжерастительного аппарата поступает в первую секцию, в которой флотация клеток дрожжей происходит за счет содержащегося в исходной суспензии воздуха. При пропускании суспензии дрожжей через другие секции флотация происходит за счет воздуха, подаваемого через барботеры от воздуходувки. Таким образом, при последовательном прохождении секций флотатора происходит непрерывный процесс извлечения дрожжевых клеток из жидкости в пену. Для гашения образующегося при флотации пенного слоя в центральной части флотатора вверху над стаканом установлен механический пеногаситель, например, в виде диска с приводом от электродвигателя. Разрушаемая механическим способом пена поступает в стакан и далее — на сепарирование.

Использование флотатора такой конструкции для предварительного сгущения дрожжевой суспензии достаточно эффективно и позволяет заметно уменьшить количество сепараторов, используемых на дальнейшей стадии сгущения. Однако использование этого флотатора для сгущения суспензии избыточного активного ила неэффективно и практически неприемлемо. Для использования флотатора описанной выше конструкции для сгущения активного ила, как показывают результаты экспериментальных исследований, его целесообразно переоборудовать в напорный флотатор или заменить пневматическую систему аэрации на пневмогидравлическую. Для этого его прежде всего необходимо дооборудовать системой насыщения воздухом, например сатуратором, или осуществить подачу воздуха под давлением 0,5—1,0 МПа в трубопровод для подачи исходной суспензии активного ила.

Технологические схемы насыщения суспензии активного ила с сатуратором и без сатуратора (в трубопроводе) имеют достоинства и недостатки. Преимущество схемы с сатуратором заключается в следующем: избыток воздуха выделяется в сатураторе, а не во флотаторе, как в случае схемы без сатуратора. Кроме того, в сатураторе воздуха в жидкости растворяется больше, так как избыточное давление и время пребывания иловой суспензии в сатураторе позволяют, как правило, осуществить этот процесс в оптимальном режиме. К недостаткам схемы с сатуратором следует отнести строгость требований к его изготовлению, причем по специальной технологии как аппарата, работающего под давлением, а также контроль за приемкой и дальнейшей эксплуатацией сатуратора в схеме флотационного сгущения активного ила. Все это в определенной мере усложняет как изготовление флотационной установки в целом, так и ее эксплуатацию.

Схема работы флотатора без сатуратора включает подачу воздуха под давлением в трубопровод перед насосом (рис. 8.19, б). В этом случае отпадает необходимость в изготовлении сатуратора, что является несомненным достоинством данной схемы. Однако избыточный, не растворившийся в жидкой фазе воздух, засасываемый с помощью эжектора или непосредственно подаваемый от компрессора, удаляется из суспензии в самом флотаторе, как правило, в виде крупных пузырей, что ухудшает процесс флотации хлопьев активного ила. В этом случае целесообразно использовать для подачи суспензии активного ила специальные насосы или создать условия, при которых растворение воздуха в иловой суспензии будет происходить с высокой скоростью. Это позволит повысить удельное количество растворенного в жидкой фазе воздуха и избежать отрицательного воздействия от выделения избыточного количества воздуха в виде крупных пузырей.

Анализ описанных выше способов насыщения суспензии активного ила воздухом и результаты экспериментальных исследований свидетельствуют о том, что существенного преимущества не дает ни одна из описанных схем (рис. 8.19). Однако при наличии полного комплекта флотационного оборудования следует отдать предпочтение схеме с сатуратором, так как в этом случае решается вопрос с удалением нерастворенного воздуха. Кроме того, можно подавать воздух непосредственно в сатуратор, что заметно предотвращает возможные срывы подачи воздуха с помощью эжектора при его забивке. При подаче воздуха в сатуратор работа насосов происходит без срыва. В случае эжектирования воздуха в суспензию активного ила перед насосом эффективность работы последнего снижается.

Все приведенные на рис. 8.19 варианты флотационного сгущения суспензии активного ила осуществляются на практике, и выбор того или иного способа зависит от конкретных условий и решаемых задач. Когда после флотационного сгущения суспензия активного ила подается на фильтр-пресс для обезвоживания до остаточной влажности примерно 60—70%, можно применить вариант, представленный на рис. 8.19, б. При подаче на фильтр-пресс иловой суспензии изме-

Технологические схемы флотационного сгущения суспензии

Рис. 8.19. Технологические схемы флотационного сгущения суспензии

активного ила:

о — напорный вариант (с сатуратором) без рабочей жидкости; б — без сатуратора, с использованием пневмогидравлической системы аэрации; в — напорный вариант (с сатуратором) с рабочей жидкостью

нение концентрации активного ила в пенном продукте в пределах примерно 3—5% не имеет большого значения, хотя расход иловой суспензии, подаваемой на фильтр-пресс, изменится. Однако при достаточной производительности фильтр-пресса это не принесет дополнительных проблем. Конечно, при больших расходах иловой суспензии это может привести к дополнительным расходам, что необходимо учитывать.

Влияние способа насыщения воздухом суспензии активного ила на его концентрацию в пенном продукте после флотации представлено на рис. 8.20. Приведенные усредненные данные свидетельствуют о некотором преимуществе способа насыщения суспензии активного ила с сатуратором.

Средние значения концентрации активного ила в пенном продукте после флотационного сгущения в зависимости от способа насыщения воздухом исходной суспензии активного ила

Рис. 8.20. Средние значения концентрации активного ила в пенном продукте после флотационного сгущения в зависимости от способа насыщения воздухом исходной суспензии активного ила (что означают а, 6, в, см. в подрисуночной подписи к рис. 8.18)

Интенсификация процесса флотационного сгущения суспензии активного ила зависит также от ее предварительной обработки, например, с использованием химических реагентов, различных физических воздействий, в частности нагревания. При физико-химической обработке суспензии активного ила происходят процессы агрегации микроорганизмов, в частности, под действием выделяющихся в процессе такой обработки полисахаридов. В табл. 8.4 представлены значения концентраций полисахаридов в жидкой фазе суспензии активного ила, нагретой до 85°С. При этом наблюдается, что при повышении pH до 8,5 концентрация полисахаридов возрастает в 3—5 раз и при этом визуально наблюдается эффект агрегации.

Таблица 8.4

Влияние термореагентной обработки суспензии активного ила на концентрацию полисахаридов в жидкой фазе суспензии (концентрация активного ила в суспензии 0,5%)

Номер

опыта

Параметры обработки

Концен- трация полисахаридов, мг/л

Эффективность осветлен ия, % (измерение мутности на ФЭК)

и

°С

pH

Время выдержки, мин

1 (контроль)

20

  • 7,2
  • (исх.)

11

54,3

Номер

опыта

Параметры обработки

Концен- трация полисахаридов, мг/л

Эффективность осветления, % (измерение мутности на ФЭК)

t,

°С

pH

Время выдержки, мин

2

40

7,2

5

35

62,8

3

80

7,2

5

52

73,1

4

85

7,2

5

54

75,8

5

90

7,2

5

53

74,6

6

20

8,0

5

9

52,3

7

20

8,5

5

9

51,7

8

85

8,5

5

8

50,9

9

85

8,5

10

35

61,6

10

85

8,5

30

31

60,7

11

85

8,5

45

31

61,1

12

85

8,5

60

9

50,8

Полученные данные указывают на целесообразность такой физико-химической обработки как одного из методов интенсификации флотационного сгущения активного ила. Другим, в большинстве случаев более эффективным методом является предварительная обработка суспензии активного ила реагентами, в частности катионоактивными флокулянтами типа Praestol 644 и 852. Данные о влиянии указанных флокулянтов на процесс флотационного сгущения суспензии активного ила приведены в табл. 8.5.

Таблица 8.5

Усредненные данные о влиянии дозы катионоактивных флокулянтов на эффективность флотационного сгущения активного ила

Вид флоку- лянта

Доза флоку- лянта, кг/т

Концентрация активного ила в пене, % масс.

Концентрация активного ила в жидкой фазе, % масс.

Praestol 644

1,5

3,1

0,13

Praestol 644

2,5

3,5

0,11

Praestol 644

5,0

4,3

0,10

Praestol 644

7,5

4,5

0,8

Praestol 644

10,0

4,6

0,8

Вид флокулянта

Доза флокулянта, кг/т

Концентрация активного ила в пене, % масс.

Концентрация активного ила в жидкой фазе, % масс.

Praestol 852

1,5

3,4

0,11

Praestol 852

2,5

4,2

0,09

Praestol 852

5,0

4,8

0,07

Praestol 852

7,5

4,9

0,03

Praestol 852

10,0

4,9

0,03

Анализ представленных в табл. 8.5 данных свидетельствует о том, что использование катионного флокулянта Praestol 852 приводит к лучшим результатам, чем использование флокулянта Praestol 644 при их одинаковых дозах. В этой связи флокулянт Praestol 852 был рекомендован к дальнейшему использованию в практике флотационного сгущения суспензии активного ила.

Таким образом, проведенные исследования показали, что в практике флотационного сгущения активного ила можно применять флотационные аппараты с пневмогидравлической системой аэрации, а для интенсификации этого процесса целесообразно использовать катионный флокулянт Praestol 852.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >