Флотация – это процесс молекулярного прилипания частиц флотируемого материала к поверхности раздела двух фаз, обычно газа (чаще воздуха) и жидкости, обусловленный избытком свободной энергии поверхностных пограничных слоев, а также поверхностными явлениями смачивания.
Метод флотации эффективен при очистке СВ, содержащих ПАВ, нефтепродукты, масла, волокнистые материалы, мелкие взвеси. Сам процесс флотации включает в себя:
• образование флотокомплексов "частицы - пузырьки";
• всплывание флотокомплексов;
• удаление образовавшегося пенного слоя с поверхности обрабатываемой жидкости.
Различают следующие способы флотационной обработки производственныхСВ:
• флотацию с выделением воздуха из раствора (осуществляется в вакуумных, напорных и эрлифтных установках);
• флотацию с механическим диспергированием воздуха;
• флотацию с подачей воздуха через пористые материалы;
• электрофлотацию;
• биологическую и химическую флотацию.
Электрохимические методы очистки
Общим достоинством электрохимических методов является принципиальная возможность регулирования скорости процесса простым изменением силы тока.
Пусть в электролизер поступает СВ со средней скоростью vCb (м3/ч) и средней концентрацией токсиканта С (мг/л = г/м3). Следовательно, необходимо электрохимически переработать С · vCВ (г/ч) токсиканта. С учетом закона Фарадея сила тока будет равна
I = C·νCВ/ q·BT
где q - электрохимический эквивалент токсиканта, г/(А*ч);
ВТ- выход по току для реакции с участием токсиканта, доли ед.
Другим достоинством электрохимических методов является то, что они являются безреагентными, т.е. реагенты непосредственно на нейтрализацию токсичных веществ не расходуются.
Недостатками же электрохимических методов очистки являются:
• большой расход электроэнергии;
• сложность обслуживания электролизеров, в частности, необходимость корректировки электрического и гидродинамического режима работы при колебаниях в составе СВ;
• в отдельных случаях - необходимость применения расходных материалов (растворимые или изнашиваемые аноды, поваренная соль для повышения электропроводностиСВ);
• ограничения по скорости процесса, обусловленные замедленностью диффузионной стадии электродной реакции.
По этим причинам применение электрохимических методов ограничено; оно целесообразно для небольших и средних масштабов производства.
Ионный обмен
Ионный обмен (ионообменная сорбция) –процесс обмена между ионами раствора и ионами, находящимися на поверхности твердой фазы – ионита.
Ионит имеет жесткий каркас (матрицу) и активную группу. Активная группа состоит из неподвижных (фиксированных) ионов и ограниченно подвижных, способных к обмену (противоионы, обменные ионы).
Иониты классифицируют:
- по природе матрицы и способу получения;
- по внешней форме и степени дисперсности;
- по степени пористости;
- по типу фиксированных ионов и по типу противоионов.
В зависимости от природы матрицы различают неорганические и органические иониты, а по способу получения иониты подразделяются на природные и искусственные (синтетические).
К неорганическим природным ионитам относятся природные цеолиты, алюмосиликаты, вермикулит и др. Некоторые из них используют в бытовых фильтрах для очистки водопроводной воды. К неорганическим искусственным ионитам относятся синтетические цеолиты, ферроцианиды, фосфаты и другие соединения.
Органическими природными ионитами являются угли, торф, целлюлоза и др.
В основном же применяют синтетические органические иониты на основе высокомолекулярных органических соединений. Они обладают постоянством состава и воспроизводимостью свойств, высокой способностью к обмену ионами, химической стойкостью и механической прочностью.
По внешней форме и степени дисперсности различают порошкообразные, зернистые, гранулированные, формованные и волокнистые иониты. Особый вид ионитов – жидкие.
Механизм реакции ионного обмена катионитов:
2 NaR + Ca(HCO3)2 →CaR2 + 2Na HCO3;
2 NaR + Mg(HCO3)2 →MgR2 + 2Na HCO3;
2 NaR + CaCl2 →CaR2 + 2NaCl;
2 NaR + MgSO4 →MgR2 + Na2 SO4;
2 NaR + CaSiO3 →CaR2 + Na2SiO3.
Для восстановления работоспособности ионообменный фильтр достаточно промыть раствором обычным раствором поваренной соли. При этом происходит обратная реакция восстановления активных комплексов:
CaR+2NaCl→CaCl2↓+Na2R
MgR+2NaCl→MgCl2↓+Na2R
В случае если в состав ионообменной смолы входит анион слабой кислоты, то такие фильтры называют катионитами. Аниониты, образуемые сильными кислотами, (аниониты) в свою очередь, способны обмениваться анионами (отрицательно заряженными частицами).