Загальноприйнята схема очисних споруд як локального, так і централізованого загальноміського типу в обов'язковому порядку включає в себе етап осадження. Відстояні стоки найчастіше надходять на щабель біологічної очистки.

Однак відстійники справляються з видаленням тільки великих суспензій, які важче води. Багато мікрочастинки і речовини в колоїдної формі легше водного середовища, тому не піддаються осадженню. Цю проблему вирішують за допомогою ступені флотаційної очистки, заснованої на складному фізико-хімічному процесі. Саме про флотації піде мова в нашій статті.

Що таке флотація?
У перекладі з англійської мови флотацию дослівно можна позначити як плавання на поверхні води. В області очищення стічних вод флотация застосовується як методу виділення дрібних твердих частинок, колоїдних суспензій, деяких розчинених речовин. В основі процесу лежить індивідуальна здатність різних сполук до змочування і поведінку на межі розділу фаз рідина-газ. Несмачіваемих водою є гідрофобні речовини. Гідрофільні сполуки мають гарну здатність до змочування.

Узагальнено та спрощено флотацию можна описати таким чином:
• в очищається воду подають диспергований повітря;
• гідрофобні частки наближаються до пухирцю повітря;
• водна прошарок між гідрофобною часткою і повітряним міхуром поступово стоншується і розриває у зв'язку з тим, що сила взаємодії між молекулами води більше ніж сила адгезивного контакт вода-частинка;
• утворюється комплекс гидрофобной частинки з бульбашкою газу;
• цей флотірующій комплекс спливає на поверхню стоків, так як він менш щільний ніж гетерогенна система, в якій він знаходиться.

Так на поверхні стоків утворюється пінний шар, який поступово віддаляється спеціальним механізмом.
Чому залежить ефективність флотації для очистки води
На процес флотації може вплинути багато чого. Але найбільш сильний вплив надають описані нижче фактори.
1. Чим вище гидрофобность частинок, тим краще відбувається їх взаємодія з бульбашкою повітря і утворення флотаційного комплексу. Однак не всі домішки є строго гідрофобними частина з них гідрофільні, інші можуть мати як гідрофобні, так і гідрофільні групи. З цієї причини найчастіше необхідно додавати в стоки спеціальні флотирующие реагенти, спрямовані на підвищення гідрофобності забруднювачів.

2. Крім того, бульбашки повинні володіти стійкістю до руйнування.
3. Ефективність видалення забруднень методом флотації залежить від розміру бульбашок повітря. Вони повинні бути досить великими, щоб підняти до поверхні води забруднювачі. Але дуже великі бульбашки повітря будуть спливати, не встигнувши контактувати з частинками забруднювача.
4. Важливу роль у процесі флотаційної очистки води надає загальне число бульбашок повітря і те, наскільки рівномірно вони будуть розподілені в об'ємі стоків.

Область застосування флотації
Флотація дозволяє очистити воду від суспензій, що не піддаються осадженню, у зв'язку з тим, що вони мають близьку до води щільність. Флотаційний процес застосовують для видалення з води ПАР, нафтопродуктів, волокнистих забруднювачів, жирів і т. П., А також деяких розчинених речовин, в останньому випадку очищення називається пінної сепарацією. Крім того, флотацію застосовують для видалення зі стоків суспензій активного мулу.

Переваги та недоліки очищення стоків флотаціей
Флотація є одним з найпопулярніших способів очищення стічних вод. Без флотаційного процесу рідко обходяться очисні промислові та зливові споруди. Усе пов'язано з низкою переваг флотаційної очистки стоків.
1. Відносно невеликі витрати в процесі експлуатації.
2. Простота обладнання.
3. Можливість виділення певних забруднювачів.
4. Швидкість процесу флотаційного очищення від деяких суспензій вище швидкості осідання.
5. Можливість видалення таких забруднювачів як нафтопродукти.
6. Продуктом флотації є шлам з не дуже високим вмістом води.

З особливістю самого флотаційного процесу пов'язані і його мінуси.
1. Так як флотація залежить від гідрофобності речовини, застосовувати її можна для видалення не всіх забруднюючих компонентів.
2. Найчастіше доводиться використовувати реагенти для підвищення гідрофобності забруднювачів і стійкості отриманої піни.
3. Необхідно точно робити настроювання обладнання, що подає повітря з метою отримання бульбашок певного діаметру.

Види флотаційної очистки стічних вод
В основі поділу на види очищення стічних вод методом флотації лежить спосіб насичення стоків повітрям і механізм його диспергування.
Виділення повітряних бульбашок з розчину
З розчину бульбашки повітря певного розміру виділяють методом напірної і вакуумної флотації. У першому випадку в воду під тиском нагнітають повітря, після цього різко знижують тиск в системі, в результаті чого в товщі стічної води виділяються повітряні бульбашки.

Вакуумна флотація за принципом схожа з напірної, але виконання відрізняється. Спочатку вода надходить у аераційну камеру (1), де контактує з повітрям і насичується ним, після цього в дезаераторе (2) віддаляється не розчиняється у воді повітря. Потім вода надходить у камеру флотації (3), де відбувається зниження тиску в стічній воді, в результаті чого утворюються повітряні бульбашки.

Обидва способи прекрасно підходять для очищення стічних вод від дрібнодисперсних забруднювачів.
Механічне насичення води дисперговані повітрям
Збагачення води бульбашками повітря можна провести механічним шляхом. Для цього можуть застосовуватися 3 методи: перемішування води за допомогою невеликої турбіни (імпелерні установки), колесом, сполученим з відцентровим насосом (безнапірна флотація) або введенням повітря через форсунки труб, укладених на дні флотационной камери (пневматична установка). Під час перемішування утворюються завихрення, завдяки яким стоки насичуються бульбашками повітря.

Імпелери дозволяють отримати бульбашки невеликого діаметру і застосовуються для видалення нафтопродуктів і жирів. Цей метод дає можливість регулювати обсяг бульбашок: чим вище швидкість обертання турбіни, тим дрібніше бульбашки. Безнапірні установки дозволяють отримувати більші бульбашки, які не ефективні для видалення дрібних суспензій. Безнапірні флотацию застосовують для видалення жирових забруднень, а також часток вовни і волокон. Пневматична флотація використовується в тому випадку, коли необхідно очистити води, які є агресивними для таких механічних конструкцій як імпеллер або колесо насоса.
Пропущення повітряних мас через матеріал з порами
Простим способом диспергування повітряного потоку є пропущення його перед подачею через пористі матеріали (на малюнку позначено цифрою 2), наприклад, пластини з щілиноподібними прорізами. Чим менше отвір, тим менше діаметр бульбашок.

Флотація з використанням пористих матеріалів
Отримання бульбашок газу з розчину шляхом електролізу
При цьому способі в стічні води поміщають 2 електрода, через які пропускають струм. Це призводить до виділення біля електродів газових бульбашок кисню і водню. Крім того, часто використовують електроди з алюмінію або заліза. З'єднання цих металів виділяються в стічну воду і являють собою коагулянти, що призводять до об'єднання зважених забруднювачів в пластівці. Пластівчасті частинки контактують з повітряними бульбашками і піднімаються на поверхню стоків.

Реагенти, застосовувані у флотаційній очищенні
В процесі очищення методом флотації можуть застосовуватися реагенти, дія яких різниться за двома основними напрямками: підвищення гідрофобності і стабілізація піни.
Так як багато забруднювачі можуть містити як гидрофобную, так і гідрофільну групу, то їх здатність до змочування знижена, тому флотація утруднена. У цьому випадку вдаються до додавання в стічні води реагентів, які називають збирачами. Вони також містять гідрофільну (полярну) і гідрофобну (неполярну) групи. Взаємодія між збирачем і забруднювачем відбувається на рівні полярних кінців. Гідрофобна група реагенту залишається вільною.

В якості збирачів в очищенні стічних вод застосовують поверхнево-активні речовини: нафтопродукти, масла, меркаптан, амонійні солі і т.п.
Іншою групою флотаційних реагентів є пенообразователи. Вони захищають бульбашка від руйнування, таким чином підвищуючи ефективність видалення забруднює частинки. До стабілізаторам піни відносяться масло сосни, крезол, феноли та ін.

заключне слово
Флотація при всіх своїх позитивних характеристиках не є самостійною очищенням. Це одна з ланок очисних споруд, що дозволяє видалити їх води ті речовини, які не вдалося прибрати відстоюванням. Саме тому флотатори встановлюються найчастіше після відстійників.