اصل کارکرد مخزن شناورسازی در کارخانه آب

روش شناورسازی به این صورت است که تعداد زیادی حباب ریز در آب از طریق فناوری خاصی تولید می شود تا به ذرات معلق در فاضلاب بچسبند. با کاهش چگالی به کمتر از آب، آنها به سطح آب شناور می شوند تا کف ایجاد کنند و در نتیجه ذرات معلق در آب را از بین ببرند. روش فلوتاسیون عمدتاً برای تصفیه آب حاوی ذرات معلق با چگالی نزدیک به 1 و حذف آن با روش ته نشینی دشوار است، مانند نیتروژن آمونیاکی، مواد آلی، ذرات کلوئیدی، آب منبع آب با دمای پایین و کدورت کم با جلبک بیشتر.

1. کشش سطحی و انرژی آزاد سطحی هنگامی که مایع و گاز در تماس هستند، مولکول های سطحی مایع و مولکول های داخلی در معرض نیروهای جاذبه مولکولی متفاوتی هستند و جاذبه متقابل بین مولکول های مایع، یعنی نیروی چسبندگی، بسیار بیشتر از چسبندگی بین مولکول های مایع و مولکول های گاز. بنابراین، مولکول‌های سطحی و مولکول‌های داخلی مایع تحت نیروهای ناهمواری قرار می‌گیرند، یعنی نیروی حاصله بر مولکول‌های داخلی مایع صفر است و نیروی حاصله بر مولکول‌های سطحی مایع بیشتر از صفر است. مقدار نیروی حاصل برابر است و جهت آن عمود بر سطح تماس و به داخل مایع و گاز اشاره دارد. این نیرو سعی می کند سطح مایع را کاهش دهد. آب با حجم بسیار کم در هوا به صورت قطرات آب (یعنی کره، زیرا مساحت کره کوچکترین است) وجود دارد. در مورد فاز گاز هم همینطور است.

2-هوای آب به صورت حباب (یعنی کره) وجود دارد و کشش سطحی کشش بین مولکول های سطحی است که همزمان با نیروی انسجام بین مولکول ها وجود دارد و جهت آن مماس بر آن است. سطح تماس مولکول های سطحی مایع تحت اثر چسبندگی هنوز روی سطح مایع هستند، به این معنی که جاذبه بین مولکول های سطحی مایع، یعنی کشش سطحی، بیشتر از جاذبه بین مولکول های داخلی است. بنابراین، انرژی مولکول های سطحی مایع بیشتر از مولکول های داخلی است.

همین حجم هوا حباب های کوچک پراکنده تشکیل می دهد و سطح آن بیشتر از سطح حباب های بزرگ است که احتمال برخورد و چسبندگی بین حباب ها و ذرات را افزایش می دهد. علاوه بر این، هم زدن شدید هیدرولیکی حباب‌های بزرگ در طول فرآیند بالا آمدن، برای چسبیدن حباب‌ها و ذرات مفید نیست و حباب‌های جذب‌شده را نیز از بین می‌برد، بنابراین حباب‌های کوچک تشکیل‌شده برای شناور شدن مساعد هستند.

تمرین ثابت کرده است که قطر حباب زیر 100m است تا به خوبی به ذرات بچسبد. حباب ها خود تمایل به چسبیدن به یکدیگر و کاهش انرژی سطحی یعنی اثر ادغام حباب ها دارند که احتمال برخورد و چسبندگی را نیز کاهش می دهد. اگر ترکیب حباب ها و ذرات یعنی فوم به سطح آب برود و به سرعت ترکیده شود، ذرات جذب شده فرصتی برای خارج شدن توسط تجهیزات خراش دادن و فرو رفتن مجدد در آب ندارند. بنابراین باید مقدار مشخصی سورفکتانت در آب وجود داشته باشد تا از ادغام حباب ها و فروپاشی سریع حباب ها جلوگیری شود. به سورفکتانت ها مواد کف کننده نیز گفته می شود. بیشتر آنها از مولکول های قطبی و غیر قطبی تشکیل شده اند. سر گرد نشان دهنده گروه قطبی است که به راحتی در آب حل می شود و به عمق آب می رود (زیرا آب یک مولکول قطبی قوی است). دم نشان دهنده گروه غیر قطبی است که یک گروه آبگریز است و به عمق حباب ها می رود. دفع بارهای یک علامت می تواند از ادغام و فروپاشی حباب ها جلوگیری کند و در نتیجه پایداری فوم را افزایش دهد. هنگامی که سورفکتانت کافی در آب وجود ندارد، برای اطمینان از اثر فلوتاسیون، باید آن را اضافه کرد و مقدار افزودن باید مطابق آزمایش تعیین شود.

اگر سورفکتانت های زیادی در آب وجود داشته باشد، حباب ها یا ذرات (مانند ذرات روغن) به دلیل همین علامت بیش از حد پایدار هستند و همچنین به سختی کف می شود. پودر جامد آبدوست موجود در آب دارای زاویه خیس شدن بین 0 تا 90 درجه است، بنابراین قسمت کوچکی از سطح آن به روغن می‌چسبد. قطرات روغن توسط این پودرهای جامد پوشیده شده و تشکیل کف را دشوار می کند. بنابراین، روش موثر استفاده از یک منعقد کننده برای افزایش کلوئید باردار در آب، از بین بردن دفع بارها و ایجاد امکان چسبیدن ذرات به حباب ها است.

با توجه به فشارهای مختلف که در آن حباب ها رسوب می کنند، فلوتاسیون هوای محلول را می توان به دو نوع تقسیم کرد: فلوتاسیون هوای محلول در خلاء و فلوتاسیون هوای محلول تحت فشار.

فلوتاسیون هوای محلول در خلاء فرآیند حل شدن هوا در آب در شرایط فشار معمولی یا تحت فشار و رسوب در شرایط فشار منفی است. مشخصات اصلی آن عبارتند از: فشار مورد نیاز برای انحلال هوا کمتر از فشار هوای محلول در فشار است و تجهیزات برق و مصرف برق کمتر است. فلوتاسیون هوا در شرایط فشار منفی عمل می کند و مخزن شناور هوا باید بسته شود، ساختار مخزن شناور هوا پیچیده، تعمیر و نگهداری و عملیات، تعمیر و نگهداری تجهیزات دشوار است و مقدار هوای محلول کم است. این روش فقط برای تصفیه فاضلاب با غلظت آلاینده کم مناسب است و به ندرت در تولید استفاده می شود.

هوای محلول تحت فشار در شرایط تحت فشار در آب حل می شود و در فشار معمولی رسوب می کند. ویژگی های آن عبارتند از: حجم زیاد هوای محلول، میکروحباب های کافی را می توان فراهم کرد، که می تواند الزامات جداسازی جامد-مایع مورد نیازهای مختلف را برآورده کند و اثر حذف را تضمین کند. اندازه ذرات حباب ایجاد شده پس از فشرده سازی و رهاسازی کوچک است (20 ~ 100 میلی متر)، اندازه ذرات یکنواخت است، میکروحباب ها به آرامی در مخزن شناور افزایش می یابند، و اختلال در مخزن کوچک است، که به ویژه برای جداسازی مناسب است. لخته های شل و جامدات ریز؛ تجهیزات و فرآیند نسبتا ساده است و نگهداری و مدیریت راحت است. فلوتاسیون هوای محلول تحت فشار پرکاربردترین روش فلوتاسیون در تولید است. فرآیند آن شامل تجهیزات اشباع هوا، تجهیزات رهاسازی هوا، مخزن شناورسازی، تجهیزات حذف سرباره، و غیره است.

جریان کامل هوای محلول به این صورت است که تمام فاضلاب را تحت فشار قرار داده و حل می کند و سپس برای جداسازی جامد از مایع، از طریق دستگاه تخلیه فشار وارد مخزن فلوتاسیون می شود. در مقایسه با دو فرآیند دیگر، مصرف برق آن بالا است، اما چون آب هوای محلول اضافه نمی‌شود، حجم مخزن شناور کم است.

جریان هوای محلول جزئی برای تحت فشار قرار دادن و حل بخشی از فاضلاب است و بقیه فاضلاب مستقیماً به مخزن فلوتاسیون ارسال می شود. این فرآیند نسبت به فرآیند گاز محلول کامل در مصرف برق صرفه جویی می کند. از آنجایی که بخشی از فاضلاب از مخزن گاز محلول عبور می کند، حجم مخزن گاز محلول نسبتاً کم است. اما از آنجایی که مقدار هوایی که می تواند توسط گاز محلول تحت فشار بخشی از فاضلاب تامین شود کم است، اگر می خواهید همان مقدار هوا را تامین کنید، باید فشار مخزن گاز محلول را افزایش دهید. گاز محلول تحت فشار رفلاکس بخشی از پساب را رفلاکس می کند و آن را مستقیماً به مخزن فلوتاسیون فشار می دهد. این روش برای جداسازی جامدات و مایعات در آب با غلظت بالای مواد معلق مناسب است.

در زیر به معرفی تجهیزات مورد نیاز فلوتاسیون می پردازیم. تجهیزات اشباع هوا از پمپ آب تحت فشار و منبع هوا، گاز محلول و سایر تجهیزات تشکیل شده است. وظیفه آن حل کردن هوا در آب تحت فشار معینی برای تامین آب گاز محلول مورد نیاز برای تصفیه آب است.

1. بوستر پمپ

بوستر پمپ برای تامین مقدار معینی آب با فشار معین استفاده می شود. اگر فشار بوستر پمپ خیلی زیاد باشد، مقدار هوای محلول در واحد حجم افزایش می یابد. پس از فشرده سازی، مقدار زیادی هوا می تواند رسوب کند که باعث تجمع میکروحباب ها می شود و برای جداسازی شناور مناسب نیست. علاوه بر این، از آنجایی که مقدار آب گاز محلول مورد نیاز تحت فشار بالا کاهش می یابد، برای اختلاط کامل آب گاز محلول و فاضلاب اصلی مساعد نیست. برعکس، اگر فشار بوستر پمپ خیلی کم باشد، به ناچار مقدار آب هوای محلول افزایش می یابد و در نتیجه حجم مخزن شناور افزایش می یابد.

2. تامین هوا

تامین هوا را می توان به سه روش تقسیم کرد: تامین هوای مکش لوله مکش پمپ آب، تامین هوای جت لوله فشار پمپ آب و تامین هوای کمپرسور هوا پمپ آب. منبع هوای مکش لوله مکش پمپ آب را می توان به دو صورت تقسیم کرد: یکی استفاده از فشار منفی در لوله مکش پمپ آب برای باز کردن سوراخ کوچکی در لوله مکش و هوا پس از مکش به مخزن هوای محلول مکیده می شود. از طریق تجهیزات تنظیم و اندازه گیری حجم هوا؛ دیگری اتصال یک لوله انشعاب به لوله فشار پمپ آب و نصب اجکتور روی لوله انشعاب است. اجکتور برای مکش هوا و ارسال آن به لوله مکش و سپس از طریق پمپ آب به مخزن هوای محلول استفاده می شود. مزایای آن تجهیزات ساده است و نیازی به کمپرسور هوا نیست. عیب آن این است که مقدار هوای محلول کم است، معمولاً از 10٪ (نسبت حجمی) جریان پمپ آب تجاوز نمی کند، در غیر این صورت باعث لرزش غیر طبیعی پمپ آب می شود.

تامین هوای جت لوله فشار پمپ آب استفاده از اجکتور نصب شده روی لوله فشار پمپ آب برای مکش هوا است. از مزایای آن می توان به تجهیزات ساده، عدم نیاز به کمپرسور هوا، عدم لرزش غیرعادی پمپ آب و خطر کاویتاسیون اشاره کرد. معایب آن اتلاف انرژی زیاد خود اجکتور است که معمولاً حدود 30٪ است و فشار در خروجی پمپ آب بیشتر از فشار آب هوای محلول مورد نیاز است.

تامین هوا با کمپرسور ترانسفورماتور هوا برای پمپ آب یک روش متداول تامین هوا در حال حاضر است. هوای محلول در این روش توسط کمپرسور هوا تامین می شود و آب تحت فشار به تنهایی توسط پمپ آب وارد مخزن هوای محلول می شود و یا می توان آن را با هوای فشرده ترکیب کرد و وارد مخزن هوای محلول شد. به منظور جلوگیری از برگشت هوای فشرده یا آب تحت فشار به پمپ آب یا کمپرسور هوا به دلیل عملکرد نامناسب، اغلب از همان جهت از بالا به پایین برای جریان به مخزن هوای محلول استفاده می شود.

مزیت آن این است که قدرت کمپرسور هوا کم است زیرا تحت فشار معین به هوای کمتری نیاز است. مصرف انرژی کم است. عیب آن آلودگی صدای خفیف و روانکاری و روغن خنک کننده است. کنترل فشار پمپ آب و کمپرسور هوا و رسیدن آنها به حالت متعادل از اهمیت ویژه ای برخوردار است.

3. مخزن هوای محلول

عملکرد مخزن هوای محلول، ادغام تماس کامل بین آب و هوا و تسریع در انحلال هوا است. در حال حاضر چندین فرم پرکاربرد وجود دارد. دو نوع مخزن هوای محلول وجود دارد: مخازن خالی و مخازن پر. مخازن پر شده می توانند درجه تلاطم را افزایش دهند، پراکندگی فاز مایع را بهبود بخشند و به طور مداوم رابط بین فاز مایع و فاز گاز را به روز کنند، بنابراین راندمان هوای محلول بالا است. اشکال مختلفی از مخازن هوای محلول پر شده وجود دارد. مطالعات نشان داده اند که راندمان هوای محلول حلقه های پله ای بالاترین است که می تواند به بیش از 90 درصد برسد و پس از آن حلقه های Raschig قرار دارند و کمترین راندمان ورق موجدار است. راندمان هوای محلول رول های ورق موجدار حدود 25 درصد بیشتر از مخازن خالی است. هنگامی که ضخامت لایه بسته بندی بیش از 0.8 متر باشد، می تواند به اشباع برسد. بار سطحی مخزن هوای محلول معمولاً 300 ~ 2500 m3 / (m2 ·d) است، بنابراین معمولاً از مخازن هوای محلول پر استفاده می شود.

4. رها کننده هوای محلول

وظیفه دستگاه آزاد کننده هوا این است که پس از رفع فشار، هوای موجود در آب محلول در فشار را به صورت میکروحباب آزاد می کند. قطر میکرو حباب ها باید 20 تا 100 میلی متر باشد. قطر و تعداد ریزحباب ها تاثیر زیادی بر اثر شناور دارند. در حال حاضر تجهیزات تخلیه فشاری مورد استفاده در تولید به دو دسته تقسیم می شوند: یکی شیر کاهنده فشار و دیگری آزادکننده. شیر کاهنده فشار از شیر توقف موجود استفاده می کند و معایب آن عبارتند از: درجه باز شدن شیرهای متعدد با یکدیگر ناسازگار است و درجه باز شدن بهینه آن به سختی تنظیم و کنترل می شود، بنابراین خروجی از هر شیر متفاوت است و اندازه حباب های آزاد شده متناقض است. دریچه خارج از مخزن فلوتاسیون نصب می شود و پس از رفع فشار از طریق بخشی از خط لوله به مخزن فلوتاسیون ارسال می شود. اگر این بخش از خط لوله طولانی باشد، پدیده ادغام حباب جدی است که بر اثر شناورسازی تأثیر می گذارد. علاوه بر این، تحت تأثیر آب هوای محلول تحت فشار در روز و شب، هسته شیر و پیچ ساقه سوپاپ به راحتی باز می شوند و سوراخ ورودی آب، محفظه سوراخ شکاف، جعبه سوراخ و سوراخ خروجی آب باعث تغییر جریان می شود. عملیات ناپایدار

در چین نوع تی اس، تی جی و تی وی وجود دارد. رها کننده هوای محلول نوع TS، زمانی که آب هوای محلول تحت فشار از جعبه سوراخ عبور می کند، آب هوای محلول به طور مکرر دچار انقباض، انتشار، ضربه، رفلکس، اکستروژن، تشعشع، گرداب و سایر حالات جریان می شود و در محدوده {{{5} }}}.1s، افت فشار حدود 95% است و هوای محلول به سرعت آزاد می شود. مزیت رها کننده نوع TS این است که کاهش فشار و اتلاف انرژی به طور کامل انجام می شود. راندمان آزادسازی یک بار گاز می تواند تا 99٪ یا بیشتر باشد، تقریباً تمام گازهای حل شده در آب آزاد می شود. اتلاف انرژی و انتشار گاز فوراً تکمیل می شود. پس از عبور آب گاز محلول 0.3 مگاپاسکال از آزادکننده، قطر متوسط ​​حباب 20 ~ 30 میلی متر است که حباب های بی فایده را به حداقل می رساند. می تواند سرعت جریان خروجی رها کننده را بهتر کنترل کند، آسیب لخته های شکسته جریان آب را از بین ببرد. از احتمال ادغام حباب ها در طول مسیر جلوگیری کنید و اثر شناورسازی را بهبود بخشید. عیب آن این است که جریان آب در رها کننده کم است و گاهی اوقات به دلیل وجود مواد معلق در آب گاز محلول در فشار مسدود می شود. رها کننده های مخصوص تی وی و تی جی با استفاده از دستگاه های پنوماتیک یا خلاء، شکاف رهاکننده را باز می کنند تا آب گاز محلول در آن آزاد شود و زباله های موجود در آن را می توان بدون جدا کردن رهاکننده شستشو داد. از اثر فلوتاسیون پایدار استفاده کنید.

به طور خلاصه، شناورسازی آب در گیاهان آب نقش حیاتی در فناوری تولید آب دارد. این می تواند به طور موثر مواد معلق، گریس، لخته ها و آب جلبک بالا را در آب حذف کند. تجهیزات فلوتاسیون دارای سرمایه گذاری اندک، ردپای کوچک و درجه بالایی از اتوماسیون است. تاثیر بسیار چشمگیری در تصفیه کیفی آب گیاهان آبی دارد.