"КЛЮЧЕВОЙ МОМЕНТ"

Электрофлотатор представляет собой ёмкость прямоугольного сечения. Для возможности регулировки производительности установки в процессе эксплуатации ёмкость разделена перегородкой 8 высотой 0,6 м на две камеры: флокуляции 1 и флотации 12. Каждая камера в свою очередь, разделена перегородкой 7 на две секции. Объём секций флокуляции составляет 20% объёма установки, флотосекций – 80%. Высота рабочей зоны аппарата составляет 0,8 м.

В секциях установки размещены пакеты электродов 13 (катодов и анодов). Соединение электродов предусмотрено таким образом, чтобы обеспечить автономную работу секций (в пределах четырёх).

Электрофлотатор работает следующим образом. Очищаемая вода I поступает через патрубки 2 в нижнюю часть камеры флокуляции 1, переливается через перегородку 8 в камеру флотации 12 и через отверстие в нижней части поступает в водосборник 11, обеспечивающий контроль уровня в аппарате. После наполнения установки жидкостью включают источник постоянного тока и на токоподводы 14 электродов 13 подают напряжение. В результате электролиза воды на поверхности электродов идёт выделение газовых пузырьков, которые, поднимаясь вверх, взаимодействуют с частицами загрязнений с образованием флотокомплексов частица-пузырёк. Плотность образующихся агрегатов меньше плотности воды, что обуславливает их подъём на поверхность сточной воды и образование пенного слоя (флотошлама), состоящего из газовых пузырьков, водных прослоек и твёрдых частиц загрязнений. Очищенная вода IV через патрубки 10 вытекает из аппарата. Пенный слой периодически или непрерывно сдвигают с поверхности раствора аппарата скребковым транспортёром в направлении против её течения в камеру 5 с конусным днищем, располагаемую в торце аппарата со стороны входа в него сточной жидкости. Удаление флотошлама III происходит через патрубок 4. Выделяющиеся газы удаляются вентиляционным зонтом, располагаемым над аппаратом.

Рис. 1. Схема электрофлотатора: 1 – камера флокуляции; 2 – патрубки для подачи воды; 3 – патрубки для подачи растворов реагентов; 4 – патрубок для отвода флотошлама; 5 – камера для сбора пены; 6 – пеносборное устройство; 7, 8 – перегородки; 9 – мотор-редуктор; 10 – патрубки для отвода воды; 11 – водосборник; 12 – камера флотации; 13 – электроды; 14 – токоподводы; I – исходная вода; II – раствор реагента; III – флотошлам; IV – очищенная вода

Интенсификация процесса флотации осуществляется путём дополнительного применения реагентов коагулянтов и (или) флокулянтов. Ввод рабочего раствора реагента II в электрофлотатор осуществляется через патрубки 3 в камеру флокуляции.

Применение электрофлотатора камерного типа позволяет улучшить гидравлические и физико-химические условия формирования флотокомплексов и увеличить эффективность очистки. Это связано с тем, что эффективность флотационного процесса определяется соотношением скоростей отдельных стадий: образования флотокомплексов, транспорта их в пенный слой и разрушения пенного слоя. Поэтому факторы, способствующие ускорению стадии образования флотокомплексов, одновременно увеличивают и скорость разрушения пенного слоя. Кроме того, для эффективного флотационного разделения частиц различной крупности рекомендуется раздельная флотация мелких и крупных частиц в различных гидрофлотодинамических режимах. В связи с этим следует ожидать увеличения эффективности очистки в двухкамерной установке. В камере флокуляции высокая токовая нагрузка порождает турбулентность потоков, что способствует образованию флотокомплексов и переходу в пенный слой частиц размером менее 30 мкм.

В камере флотации токовую нагрузку подбирают таким образом, чтобы исключить турбулизацию жидкости и разрушение пенного слоя. Это достигается за счёт невысокого газонасыщения раствора, образующегося при низких плотностях тока. В результате этого обеспечивается всплытие газовых пузырьков в режиме, близком к ламинарному и достигается образование пузырьков, размер которых сопоставим с размером извлекаемых частиц загрязнений, что обеспечивает переход в пенный слой частиц размером более 30 мкм. Кроме того, изменение направления движения жидкости и газовых пузырьков от прямотока в камере флокуляции к противотоку в камере флотации обуславливает эффект "фильтрации" частиц через плотный фильтр мелкодисперсных пузырьков газа, приводящий к повышению степени извлечения загрязнений. Габариты электрофлотатора производительностью 10 м3/ч составляют 2100х1200х1115 мм.

Метод электрофлотации с применением малоизнашиваемых анодов используется для очистки сточных вод от загрязнении в виде взвесей (гидроксиды и фосфаты металлов), суспензий (смолистые вещества) и эмуль­сий (нефтепродукты, масла, ПАВ). Для интенсификации процесса и повышения степени очистки процессу электрофлотации, как правило, предшествует нейтрализация кислых или щелочных компонентов, перевод ионов металлов в труднорастворимые соединения, т.е. образование твёрдой фазы, флокуляция и (или) коагуляция.

Сущность электрофлотации заключается в образовании при пропускании постоянного электрического тока через водный раствор мелкодисперсных пузырьков газа (водорода и кислорода), равномерно распределяемых в объёме обрабатываемой воды. Газовые пузырьки, поднимаясь вверх, сталкиваются с дисперсными частицами загрязнений, прилипают к ним и затем флотируют их на поверхность воды, образуя устойчивый пенный слой - флотошлам. Сюда же выносятся отдельные растворимые загрязнения, физически адсорбирующиеся на дисперсных частицах.
Эффективность электрофлотационного процесса оценивается степе­нью извлечения α (% ) и рассчитывается по формуле:

где Сисх, Скон - соответственно исходная и конечная концентрация дис­персной фазы в водной среде, г/м3.
Электрофлотационный процесс можно представить как многостадий­ный процесс, состоящий из 5 основных стадий:
- формирование в сточной воде дисперсной фазы.
- электрохимическое формирование газового пузырька.
- формирование флотокомплекса «частица-пузырьки газа».
- переход флотокомплекса на границу раздела Н2О-воздух.
- концентрирование флотокомплекса на границе раздела Н2О-воздух.

Для экспериментального протекания процесса наличие всех 5 стадий является обязательным условием. Необходимым условием высокой эффективности процесса электрофлотации является полный переход извлекаемого соединения в дисперсную фазу.
Величина пузырьков газа зависит от электропроводности сточной воды: чем меньше электропроводность, тем выше напряженность электрического поля и тем мельче пузырьки. Размер пузырьков водорода значительно меньше пузырьков кислорода, выделяющихся на аноде, и меньше, чем при других методах флотации. Диаметр пузырьков водорода меняется в пределах от 20 до 40 мкм, тогда как диаметр пузырьков кислорода в двое больше водородных. На размер пузырьков влияет плотность тока; свойства поверхности электрода, его форма, рН и температура среды, поверхностное натяжение на границе раздела фаз электрод-раствор.
Основными электрохимическими процессами при проведении электролиза воды в электрофлотационной установке являются:
В нейтральной и кислой среде на аноде происходит разряд молекул воды с выделением кислорода и образованием ионов гидроксония H3O+:

3H2O – 2e = 1/2O2­ + 2H3O+,

на катоде протекает электрохимическая реакция восстановления иона гидроксония с выделением водорода и образованием молекул воды:

2H3O+ + 2 e = Н2­ + 2H2O

В щелочной среде на аноде в результате разряда гидроксил-ионов ОН– происходит выделение кислорода и образование молекул воды:

2ОН– – 2e = 1/2O2­ + H2O,

на катоде в результате разряда молекул воды выделяется водород и образуются гидроксил-ионы:

2H2O + 2e = Н2­ + 2ОН–

При электролизе растворов, содержащих хлорид-ионы (более 1 г/л), на аноде в результате разряда Cl– происходит выделение газообразного хлора:

2Cl– – 2e = Cl2­,

который, растворясь в щелочной среде, образует гипохлорит натрия NaClO. Получающиеся при этом продукты являются сильными окислителями, широко используемыми для обеззараживания воды и очистки сточных вод от органических загрязнений.
Устройства, в которых производят процесс электрофлотации, называют электрофлотаторами. Конструкции электрофлотаторов достаточно просты. Существуют однокамерные и двухкамерные установки, горизонтального и вертикального типа. Применяются нерастворимые электроды, располагаемые на дне аппарата горизонтально или вертикально.