Le problème du traitement des eaux usées est d'actualité depuis de nombreuses décennies. La difficulté réside dans l'obsolescence des méthodes et des équipements, ainsi que dans l'émergence de nouveaux produits chimiques dans les produits chimiques ménagers et dans la production, nécessitant des approches complètement nouvelles pour leur élimination des eaux usées. L'une des méthodes universelles de traitement des eaux usées est la flottation. Selon les caractéristiques du polluant, il ne nécessite que le remplacement des réactifs et la correction des conditions du procédé.
Traitement des eaux usées
Cette méthode a été utilisée avec succès pour traiter les eaux usées contenant des fibres, des produits pétroliers, des huiles et des graisses et d'autres substances peu solubles dans l'eau. Les eaux usées sont d'abord transférées en suspension et en émulsion à l'aide de substances spéciales.
Le processus de flottation repose sur la capacité des bulles de gaz à se fixer aux particules, les aidant à flotter à la surface du liquide.
Principes généraux de la méthode
L'acte de flottaison le plus simple est l'attachementparticules insolubles (par exemple, minéraux, huile ou tout autre) aux bulles d'air. Le succès de la purification dépend de la vitesse à laquelle une liaison se forme entre la particule et les bulles, de la force de cette liaison, et de la durée d'existence de ce complexe. Ce qui, à son tour, est déterminé par la nature des particules, la tendance au mouillage par l'eau et les caractéristiques de leur interaction avec les réactifs. Ainsi, la flottation est un processus qui dépend de nombreux facteurs.
Un acte élémentaire peut être accompli par l'un des mécanismes suivants:
- des bulles se forment immédiatement dans les particules en suspension;
- Les particules en suspension s'attachent à une bulle de gaz lorsqu'elles entrent en collision avec elle;
- une petite bulle se forme à la surface de la particule, qui se combine avec une autre lors de la collision et augmente de volume.
Le complexe, qui se forme pendant le processus de flottation, dans un milieu pratiquement immobile ne peut flotter qu'à condition que la force de levage de la bulle de gaz soit supérieure au poids de la particule. Cela entraînera la formation d'une couche de mousse à la surface de l'eau traitée.
De plus, les surfaces des bulles et des particules au point de contact doivent être dans un certain rapport. Les forces d'adhérence augmentent proportionnellement à la taille des particules au carré, puisque le périmètre de leur liaison est limité par la taille de la plus grande de leurs faces. Et la force de séparation dépend directement de la masse de la particule polluante (c'est-à-dire de ses dimensions linéaires dans un cube). Ainsi, lorsqu'une certaine granulométrie est atteinte, les forces de décollement dépassent les forces de collage. Donc pourLe succès du traitement des effluents par flottation est important non seulement pour la nature de la relation entre la suspension et les bulles, mais aussi pour leur taille.
Manières de saturer l'eau avec des bulles
Il existe de nombreuses techniques qui garantissent l'apparition de bulles de gaz dans les eaux usées. Les principales méthodes utilisées en flottation sont:
- Méthode de compression (ou pression) basée sur l'augmentation de la solubilité de l'air dans l'eau avec l'augmentation de la pression.
- Méthode mécanique basée sur un mélange intensif de liquide avec de l'air.
- Passer les eaux usées à travers des matériaux poreux, provoquant leur dispersion.
- Méthode électrique basée sur l'électrolyse de l'eau, accompagnée de l'apparition de bulles de gaz.
- Un processus chimique qui provoque la formation de bulles lors des réactions chimiques de certains réactifs avec les composants des eaux usées.
- Méthode du vide caractérisée par une réduction de la pression.
Flottation sous pression
C'est le plus efficace pour l'extraction de suspensions fines et colloïdales de faible concentration. L'eau purifiée est saturée d'air sous pression jusqu'à 7 MPa dans un réacteur spécial - saturateur. Après la libération d'eau, la pression chute brusquement à la normale (atmosphérique), ce qui provoque un processus intensif de bulles d'air.
Afin d'augmenter significativement l'efficacité du traitement de l'eau, la flottation est associée à la coagulation et à la floculation. Ces deux approchescontribuent à augmenter la taille des particules non dissoutes. Les coagulants sont à la fois des composés inorganiques, généralement des sels de fer ferrique ou d'aluminium, et certaines substances organiques. Les floculants sont des polymères particuliers dont les molécules en milieu aqueux forment un réseau chargé capable d'attirer les particules polluantes, ce qui conduit à l'apparition d'agrégats floculants.
Installations et organigrammes
Les installations qui effectuent la flottation sous pression peuvent être placées non seulement à l'intérieur, mais aussi à l'extérieur. Ainsi, les premiers sont adaptés aux petits volumes, si la consommation d'eau n'est pas supérieure à 20 m3/h, tandis que les seconds ont une capacité bien supérieure. Le placement combiné des structures est souvent organisé lorsque de gros objets, par exemple un saturateur et une cellule de flottation, sont à l'extérieur et que les pompes sont à l'intérieur.
Dans le cas d'installations dans des conditions de diminution possible de la température de l'air à des valeurs négatives, il est nécessaire de prévoir un système de chauffage à mousse. Une usine de flottation par compression classique se compose des équipements suivants:
- Pompe pour l'alimentation en liquide.
- Compresseur pour fournir de l'air (ou tout autre gaz) au système de traitement de l'eau.
- Saturateur (son autre nom est un réservoir sous pression), dans lequel l'air est dissous dans les eaux usées.
- Chambres de flottation, si le procédé prévoit l'étape de grossissement des particules en suspension.
- Dispositif réactif, y compris les dispositifs de dosage etmélanger les réactifs avec le liquide à purifier.
- Le système de contrôle du processus de nettoyage.
Les schémas technologiques impliquant le traitement des eaux usées par flottation sous pression peuvent être:
- Cocurrent, lorsque le volume total du liquide à purifier passe à travers le saturateur.
- Recirculation, lorsque seulement 20 à 50 % du liquide clarifié passe à travers le saturateur.
- Partiellement à écoulement direct, lorsqu'environ 30 à 70 % de l'eau brute entre dans le saturateur, et le reste est introduit directement dans la chambre de flottation.
Lors du choix de l'un de ces systèmes, les propriétés physiques et chimiques des eaux usées traitées, les exigences relatives au degré de traitement, les conditions locales et les indicateurs économiques sont pris en compte.
Électroflottation
Cette méthode a commencé à être utilisée dans la seconde moitié du 20e siècle. Ensuite, il a été constaté que les gaz d'électrolyse sont beaucoup plus efficaces que les gaz inertes ou l'air pour augmenter l'intensité de la flottation. Cela permet d'isoler les produits pétroliers insolubles dans l'eau, les huiles lubrifiantes, les composés peu solubles de métaux lourds et non ferreux, qui forment des émulsions stables dans les eaux usées. Mais en plus des gaz d'électrolyse, l'élimination de certaines impuretés est affectée par un champ électrique créé artificiellement dans lequel les particules chargées se déplacent vers des électrodes chargées de manière opposée.
Les inconvénients importants de l'électroflottation sont la faible productivité, le coût élevé des électrodes, l'usure et la contamination, et le risque d'explosion.
Méthode de fractionnement de la mousse
Cela se résume à l'adsorption de substances tensioactives dissoutes (tensioactifs) sur des bulles de gaz qui montent à travers la solution. Dans ce cas, la mousse se forme intensément, enrichie de la substance adsorbée.
Un domaine d'application important pour ce type de flottation est la purification de l'eau des détergents utilisés dans les blanchisseries. Il convient également pour séparer les boues activées du traitement biochimique.
Maison de minerai
Le procédé de flottation est utilisé avec succès dans le traitement primaire de toutes sortes de minerais, ce qui permet de séparer une fraction précieuse à haute teneur en métal ou ses composés. Il est basé sur les différences dans les propriétés de la surface des minéraux séparés.
La flottation du minerai est un processus en trois phases:
- la phase solide est un minerai broyé;
- la phase liquide est la pulpe;
- la phase gazeuse est formée par des bulles d'air traversant la pulpe.
La flottation peut être mousseuse, filmeuse ou huileuse, selon la forme du produit formé à la surface de la phase liquide.
