Флотационное оборудование

Флотационное оборудование для очистки промышленных сточных вод

Почему жиры, масла и тонкая взвесь не оседают в отстойнике

Сточные воды пищевых, нефтехимических и масложировых производств несут жиры, нефтепродукты, эмульгированные масла и тонкодисперсную взвесь. Механическая очистка на решётках и в отстойниках задерживает частицы примерно от 10 мкм и крупнее, а всё, что мельче, остаётся в воде в виде агрегативно-устойчивой коллоидной системы. Капля эмульгированного масла с плотностью, близкой к плотности воды, не всплывает и не тонет — она сутками держится во взвешенном состоянии. Отстаивание здесь бесполезно: разница плотностей слишком мала, чтобы частица поднялась за разумное время.

Флотация решает именно эту задачу. К частице загрязнения прилипает пузырёк воздуха, плотность комплекса «частица–пузырёк» становится меньше плотности воды, и он всплывает на поверхность, где его сгребает скребок. Прилипание возможно, когда частица плохо смачивается водой — у жиров, масел и нефтепродуктов это свойство выражено сильно, поэтому по ним флотация особенно результативна. На этом принципе построено всё флотационное оборудование независимо от способа подачи воздуха, а различаются установки тем, как именно они образуют пузырьки.

Чем флотатор отличается от отстойника и почему важен размер пузырька

Отстойник использует силу тяжести и работает только тогда, когда частица тяжелее воды. Флотатор переворачивает задачу: он искусственно снижает плотность загрязнения, навешивая на него воздух, и поэтому справляется с тем, что отстаивание не берёт в принципе — со всплывающими и нейтрально-плавучими примесями. За счёт этого оборудование для флотации ставят там, где основная нагрузка идёт по жирам, маслам, нефтепродуктам и ПАВ: на мясокомбинатах, молокозаводах, НПЗ, в прачечных, на гальванических производствах.

Ключевой параметр процесса — размер воздушного пузырька. Слишком мелкий пузырёк не успевает подняться и растворяется в толще воды по пути к поверхности, не вынеся загрязнение. Слишком крупный всплывает быстро, но захватывает мало частиц и срывает уже сформированный пенный слой. Рабочий диапазон для напорной флотации — 30–100 мкм, причём оптимум лежит ближе к 50 мкм: такой пузырёк надёжно прилипает к флокуле и поднимает её со скоростью, достаточной для непрерывной работы. Поэтому конструкция узла насыщения воздухом важнее, чем общий объём камеры.

Типы флотаторов по способу насыщения воды воздухом

Способ, которым воздух вводится в воду и дробится на пузырьки, определяет и эффективность, и область применения установки. От него зависят размер пузырьков, энергозатраты и то, с какой нагрузкой по загрязнениям справится флотационная машина. Ниже разобраны пять конструкций, которые применяют в очистке промышленных стоков, с их сильными сторонами и ограничениями. Выбор между ними определяется составом стока, а не универсальным «лучшим» решением.

Напорная флотация — самый распространённый тип. Часть очищенной воды насыщается воздухом в сатураторе под давлением 3–6 бар, а затем сбрасывается в камеру при атмосферном давлении, и растворённый воздух выделяется роем микропузырьков 30–100 мкм. Воздух в сатуратор подсасывается эжектором либо подаётся компрессором — эжекторная схема проще и не требует отдельного компрессора, но чувствительна к стабильности расхода. Напорные флотационные установки дают максимальную для этого класса степень очистки и работают с тонкой взвесью и эмульсиями. Ограничение — энергозатраты на рециркуляционный насос, который поднимает до давления 10–40 % очищенного потока.

Механическая флотация — воздух засасывается из атмосферы вращающимся импеллером или турбиной и тут же дробится в зоне лопастей. Такая флотомашина проще по обвязке: нет ни сатуратора, ни рециркуляционного контура. Расплата — крупные и неоднородные пузырьки, поэтому по эмульгированным маслам импеллерные машины уступают напорным. Их применяют там, где загрязнения покрупнее, а требования к остаточной концентрации мягче.

Пневматическая флотация — воздух подаётся через фильтросные трубы или пористые пластины на дне камеры. Конструкция предельно простая, без движущихся частей в зоне аэрации, но поры со временем зарастают, а размер пузырьков плохо поддаётся регулировке. Этот тип оправдан на больших объёмах с невысокой концентрацией загрязнений.

Вакуумная флотация — воду насыщают воздухом при нормальном давлении, а затем подают в камеру с разрежением, где растворённый воздух выделяется пузырьками. Пузырьки получаются мелкими и равномерными, выделение идёт мягко, без турбулентности, разрушающей флокулы. Минус — герметичная вакуумная камера, которая усложняет и удорожает оборудование.

Электрофлотация — пузырьки водорода и кислорода образуются при электролизе воды на электродах. Они самые мелкие, 15–40 мкм, и хорошо выносят тонкую взвесь, поэтому электрофлотацию применяют на малых расходах гальванических и хромсодержащих стоков, где попутно осаждаются металлы. Ограничения — расход электроэнергии и зарастание электродов, требующее регулярной чистки.

Свести эти конструкции в одну логику помогает сравнение по размеру пузырька, способу аэрации и типичной нагрузке.

Конструкция определяет не только пузырёк, но и требования к материалам корпуса — особенно когда сток агрессивный.

Материалы корпуса и узлов флотатора

Состав стока диктует материал. Для большинства жиро- и нефтесодержащих вод корпус делают из нержавеющей стали AISI 304, а при наличии хлоридов и кислых сред — из AISI 316, которая устойчивее к точечной коррозии. Для агрессивных и солёных стоков, например при извлечении продукта из солёной воды, корпус и внутренние элементы выполняют из химически стойкого полипропилена: он не корродирует в принципе и легче стали при монтаже. Углеродистая сталь с защитным эпоксидным покрытием обходится дешевле, но покрытие требует контроля — при его повреждении в зоне переменного смачивания коррозия идёт быстро.

Ресурс установки определяют не стенки, а узлы. Рециркуляционный насос и эжектор работают на границе раздела «вода–воздух» и изнашиваются быстрее остального, а сатуратор требует периодической очистки от выпавших солей и шлама. Скребковый механизм со шнеком собирает флотопену в лоток — его привод и опоры рассчитывают на непрерывную малую нагрузку. Для стоков с риском образования взрывоопасной газовоздушной смеси, например на нефтехимии, оборудование выпускают во взрывозащищённом исполнении с соответствующей маркировкой. Флотационное оборудование в нержавеющем исполнении служит более двадцати лет, тогда как ресурс установки из защищённой углеродистой стали напрямую зависит от состояния покрытия.

Флотатор в составе очистных сооружений

Флотатор почти никогда не работает сам по себе — он встроен в цепочку, и его эффективность зависит от того, что стоит до и после него. Перед флотацией сток проходит усреднитель, который сглаживает залповые колебания концентрации: при резком скачке жиров или нефтепродуктов незабуференные флотационные машины не успевают перестроить дозирование и дают срыв очистки. Затем идёт механическая очистка — решётки и отстойник снимают крупные включения и песок, иначе они забивают эжектор и сатуратор.

Большая часть загрязнений в промышленном стоке находится в коллоидном состоянии и удерживается поверхностным зарядом, поэтому без реагентной подготовки флотация по ним не работает. В трубчатом флокуляторе перед камерой сначала дозируют коагулянт (соли железа или алюминия), нейтрализующий заряд частиц, затем флокулянт — длинноцепочечный полимер, связывающий мелочь в крупные хлопья, способные всплыть с пузырьком. Дозы подбирают по pH и составу стока, для чего в схему включают узел контроля pH и нейтрализатор. После флотатора осветлённая вода обычно идёт на доочистку фильтрами и обеззараживание, так как флотация снимает взвесь и нефтепродукты, но не растворённые вещества. Поэтому флотационные установки проектируют не как отдельный аппарат, а как звено технологической схемы.

Типичные ошибки эксплуатации флотатора

Даже правильно подобранный и встроенный флотатор теряет эффективность из-за нескольких повторяющихся ошибок. Большинство из них связано не с самой камерой, а с узлом насыщения воздухом и реагентной подготовкой.

Кавитация рециркуляционного насоса возникает, когда воздух подсасывается прямо во всас насоса. Насос начинает бить, подача падает, а в камеру вместо микропузырьков попадают крупные пузыри. Поэтому воздух вводят через эжектор или сатуратор, а не в линию всасывания.

Неверный размер пузырьков — следствие падения давления в сатураторе или подсоса воздуха через неплотности. Если давление ушло ниже 3 бар, воздуха растворяется мало и очистка проседает; если воздух выделяется преждевременно из-за потерь напора в раздаче, в камеру приходят крупные пузыри, не выносящие флокулу.

Вынос флотошлама в очищенную воду происходит при перегрузке по расходу: вода идёт через камеру быстрее, чем всплывает пена, и часть шлама уходит под перегородку. Лечится снижением гидравлической нагрузки или увеличением площади флотации.

Осветлённая, но мутная вода на выходе означает сбой коагуляции: на вид сток прозрачный, а по анализу высокая мутность от неснятых коллоидов и эмульсии. Корректируют pH и дозы реагентов, а не режим флотации.

Загнивание флотошлама даёт сероводородный запах. Причина — редкое удаление пены: она застаивается и уходит в анаэробное разложение. Скребок настраивают на более частый цикл, а лоток и шнек проверяют на заиливание.

Пенообразование от ПАВ характерно для прачечных и пищевых стоков: поверхностно-активные вещества дают устойчивую пену поверх рабочего пенного слоя. Если корректировка реагентов не помогает, дозируют пеногаситель.

Учесть эти нюансы на этапе подбора важнее, чем сэкономить на узле насыщения, — поэтому оборудование заказывают вместе с расчётом под конкретный сток.

Купить флотационное оборудование в Украине

Компания ООО «ИНЖИНИРИНГОВЫЕ СИСТЕМЫ» поставляет напорные флотаторы и комплектные флотационные станции для промышленных стоков производительностью от 1 до 30 м³/ч и выше под заказ, в исполнении из нержавеющей стали или химически стойкого полипропилена. Прежде чем купить флотационную машину, имеет смысл предоставить анализ стока и опросный лист: по составу загрязнений, расходу и требованиям к сбросу подбирают тип насыщения воздухом, площадь камеры и схему реагентной подготовки. Это снимает типичную проблему — установку, которая не выходит на проектную степень очистки на конкретной воде.

Поставка включает не только корпус, но и эжектор или компрессор, сатуратор, рециркуляционный насос, скребок шламоудаления, станцию дозирования коагулянта и флокулянта, пульт управления, а при необходимости — взрывозащищённое исполнение. Цена флотационной установки зависит от производительности, материала корпуса и степени автоматизации, поэтому её определяют после подбора под задачу. Вместе с оборудованием заказчик получает проект привязки к существующим сооружениям, шефмонтаж и пусконаладку — без этого даже технически исправный флотатор не выходит на расчётные показатели.

FAQ

Нужны ли реагенты или флотатор очищает воду сам

Зависит от того, в каком виде загрязнение. Свободные нефтепродукты, масла и жиры с низкой плотностью флотатор снимает и без реагентов — до 60 % по входной концентрации. Но эмульгированные масла и тонкие коллоиды стабилизированы поверхностным зарядом и сами не флотируются: для них нужны коагулянт и флокулянт, и тогда эффективность по жирам и нефтепродуктам поднимается до 95–98 %.

Какое давление держать в сатураторе

Рабочий диапазон напорной флотации — 3–6 бар. Чем выше давление, тем больше воздуха растворяется и тем мельче и однороднее пузырьки, но и энергопотребление растёт пропорционально. Ниже 3 бар воздуха в воде мало, и степень очистки падает, поэтому давление выставляют по составу стока, а не «на максимум».

Почему вместо микропузырьков идут крупные пузыри

Чаще всего причина в узле насыщения: упало давление в сатураторе, есть подсос воздуха через неплотности или воздух выделяется преждевременно из-за потерь напора в раздаче. Ещё одна причина — плохая коагуляция: пузырькам не к чему прилипать, и они сливаются в крупные. Проверяют давление, герметичность линии и дозирование реагентов.

Почему вода на выходе прозрачная, но анализ показывает высокую мутность

В воде остаются микрочастицы, коллоиды или эмульгированное масло, незаметные глазу, но фиксируемые по мутности. Это признак того, что не отработала химическая подготовка — неверный pH или доза коагулянта и флокулянта. Корректируют реагентный режим и проверяют прибор контроля, а не саму флотацию.

Сколько воды уходит в рециркуляцию

В напорной схеме на сатуратор отбирают 10–40 % очищенного потока. Если рециркуляции мало, воздух распределяется неравномерно и часть камеры работает вхолостую; если слишком много, сокращается время контакта в сатураторе и воздуха растворяется меньше. Долю рециркуляции подбирают под концентрацию взвесей конкретного стока.

Из какого материала выбрать корпус флотатора

Для обычных жиро- и нефтесодержащих стоков подходит нержавеющая сталь AISI 304. При хлоридах, кислых и солёных средах берут AISI 316 или химически стойкий полипропилен, который не корродирует вовсе. Углеродистая сталь с эпоксидным покрытием дешевле, но её ресурс зависит от целостности покрытия, поэтому её выбирают для менее агрессивных вод.

Почему флотошлам начинает дурно пахнуть

Сероводородный запах появляется, когда пену удаляют редко: органический шлам застаивается на поверхности и уходит в анаэробное разложение. Решение — настроить скребок на более частый цикл сгона и проверить лоток и шнек шламоудаления на заиливание. Параллельно проверяют дозирование реагентов, чтобы шлам не перегружался органикой.

Можно ли поставить флотатор как единственную ступень очистки

Как самостоятельная ступень флотатор почти не используется. Перед ним нужны усреднитель и механическая очистка, а после — доочистка фильтрами и обеззараживание, поскольку флотация снимает взвесь, жиры и нефтепродукты, но не растворённые вещества. Эффект даёт связка флотатора с реагентной подготовкой и последующими ступенями, а не отдельный аппарат.