El problema del tratamiento de aguas residuales ha sido relevante durante muchas décadas. La dificultad radica en la obsolescencia de los métodos y equipos, así como en la aparición de nuevos productos químicos en los productos químicos domésticos y en la producción, lo que requiere enfoques completamente nuevos para su eliminación de las aguas residuales. Uno de los métodos universales de tratamiento de aguas residuales es la flotación. Dependiendo de las características del contaminante, solo requiere el reemplazo de reactivos y la corrección de las condiciones del proceso.
Tratamiento de aguas residuales
Este método se ha utilizado con éxito para tratar aguas residuales que contienen fibras, derivados del petróleo, aceites y grasas, y otras sustancias poco solubles en agua. Las aguas residuales se transfieren primero a suspensión y emulsión utilizando sustancias especiales.
El proceso de flotación se basa en la capacidad de las burbujas de gas para adherirse a las partículas, ayudándolas a flotar hacia la superficie del líquido.
Principios generales del método
El acto más simple de flotación es el apegopartículas insolubles (por ejemplo, minerales, aceite o cualquier otro) a burbujas de aire. El éxito de la purificación depende de la velocidad a la que se forma un enlace entre la partícula y las burbujas, de la fuerza de este enlace y de la duración de la existencia de este complejo. Lo cual, a su vez, está determinado por la naturaleza de las partículas, la tendencia a humedecerse con agua y las características de su interacción con los reactivos. Por lo tanto, la flotación es un proceso que depende de muchos factores.
Un acto elemental puede realizarse a través de alguno de los siguientes mecanismos:
- burbujas se forman inmediatamente en partículas suspendidas;
- Las partículas de suspensión se adhieren a una burbuja de gas cuando chocan con ella;
- se forma una pequeña burbuja en la superficie de la partícula, que se combina con otra al chocar y aumenta de volumen.
El complejo, que se forma durante el proceso de flotación, en un medio prácticamente inmóvil solo puede flotar bajo la condición de que la fuerza de elevación de la burbuja de gas sea mayor que el peso de la partícula. Esto conducirá a la formación de una capa de espuma en la superficie del agua tratada.
Además, las áreas superficiales de burbujas y partículas en el punto de contacto deben estar en una proporción determinada. Las fuerzas adhesivas aumentan en proporción al tamaño de las partículas al cuadrado, ya que el perímetro de su conexión está limitado por el tamaño de la mayor de sus caras. Y la fuerza de separación depende directamente de la masa de la partícula contaminante (es decir, sus dimensiones lineales en un cubo). Así, cuando se alcanza un determinado tamaño de partícula, las fuerzas de desprendimiento superan a las fuerzas de pegado. Entonces paraEl tratamiento exitoso de efluentes por flotación es importante no solo por la naturaleza de la relación de la suspensión con las burbujas, sino también por su tamaño.
Maneras de saturar el agua con burbujas
Existen muchas técnicas que aseguran la aparición de burbujas de gas en las aguas residuales. Los principales métodos utilizados en la flotación son:
- Método de compresión (o presión) basado en aumentar la solubilidad del aire en agua al aumentar la presión.
- Método mecánico basado en la mezcla intensiva de líquido con aire.
- Pasar aguas residuales a través de materiales porosos haciendo que se dispersen.
- Método eléctrico basado en la electrólisis del agua, acompañada de la aparición de burbujas de gas.
- Un proceso químico que causa la formación de burbujas durante las reacciones químicas de ciertos reactivos con componentes de aguas residuales.
- Método de vacío caracterizado por reducción de presión.
Flotación a presión
Es el más eficaz para la extracción de suspensiones finas y coloidales de baja concentración. El agua purificada se satura con aire a presión de hasta 7 MPa en un reactor especial: saturador. Después de la liberación de agua, la presión cae bruscamente a la normal (atmosférica), lo que provoca un proceso intensivo de burbujas de aire.
Para aumentar significativamente la eficiencia del tratamiento del agua, la flotación se combina con la coagulación y la floculación. Ambos enfoquescontribuir a un aumento en el tamaño de las partículas no disueltas. Los coagulantes son tanto compuestos inorgánicos, generalmente sales de hierro férrico o aluminio, como algunas sustancias orgánicas. Los floculantes son polímeros especiales cuyas moléculas en medio acuoso forman una red cargada capaz de atraer partículas contaminantes, lo que da lugar a la aparición de agregados floculantes.
Instalaciones y diagramas de flujo
Las instalaciones que realizan flotación a presión pueden colocarse tanto en el interior como en el exterior. Así, los primeros son adecuados para pequeños volúmenes, si el consumo de agua no supera los 20 m3/h, mientras que los segundos tienen una capacidad mucho mayor. La colocación combinada de estructuras a menudo se organiza cuando los objetos grandes, por ejemplo, un saturador y una celda de flotación, están al aire libre y las bombas están en el interior.
En el caso de instalaciones en condiciones de posible descenso de la temperatura del aire a valores negativos, es necesario prever un sistema de calefacción por espuma. Una planta clásica de flotación por compresión consta de los siguientes equipos:
- Bomba para suministro de líquido.
- Compresor para suministrar aire (o cualquier gas) al sistema de tratamiento de agua.
- Saturador (su otro nombre es tanque de presión), en el que el aire se disuelve en las aguas residuales.
- Cámaras de flotación, si el proceso prevé la etapa de engrosamiento de partículas en suspensión.
- Dispositivo de reactivos, incluidos los dispositivos de dosificación ymezclar los reactivos con el líquido a purificar.
- El sistema de control del proceso de limpieza.
Los esquemas tecnológicos que involucran el tratamiento de aguas residuales por flotación a presión pueden ser:
- Concurrente, cuando todo el volumen del líquido a purificar pasa por el saturador.
- Recirculación, cuando solo el 20 - 50% del líquido clarificado pasa por el saturador.
- Flujo parcialmente directo, cuando entre el 30 y el 70 % del agua sin tratar ingresa al saturador y el resto se alimenta directamente a la cámara de flotación.
Al elegir uno de estos esquemas, se tienen en cuenta las propiedades físicas y químicas de las aguas residuales tratadas, los requisitos para el grado de tratamiento, las condiciones locales y los indicadores económicos.
Electroflotación
Este método comenzó a utilizarse en la segunda mitad del siglo XX. Luego se comprobó que los gases de electrólisis son mucho más efectivos que los gases inertes o el aire para aumentar la intensidad de flotación. Esto permite aislar productos derivados del petróleo insolubles en agua, aceites lubricantes, compuestos poco solubles de metales pesados y no ferrosos, que forman emulsiones estables en aguas residuales. Pero además de los gases de electrólisis, la eliminación de algunas impurezas se ve afectada por un campo eléctrico creado artificialmente en el que las partículas cargadas se mueven hacia electrodos con carga opuesta.
Las desventajas significativas de la electroflotación son la baja productividad, el alto costo de los electrodos, el desgaste y la contaminación, y el riesgo de explosión.
Método de fraccionamiento de espuma
Se reduce a la adsorción de sustancias tensioactivas disueltas (surfactantes) en burbujas de gas que ascienden a través de la solución. En este caso, la espuma se forma intensamente, enriquecida con la sustancia adsorbida.
Un área importante de aplicación de este tipo de flotación es la purificación del agua de los detergentes utilizados en las lavanderías. También es adecuado para separar lodos activados de tratamientos bioquímicos.
Aderezo mineral
El proceso de flotación se utiliza con éxito en el procesamiento primario de todo tipo de minerales, lo que permite separar una fracción valiosa con un alto contenido de metal o sus compuestos. Se basa en las diferencias en las propiedades de la superficie de los minerales separados.
La flotación del mineral es un proceso de tres fases:
- la fase sólida es un mineral triturado;
- la fase líquida es pulpa;
- la fase gaseosa está formada por burbujas de aire que atraviesan la pulpa.
La flotación puede ser espumosa, pelicular o aceitosa, dependiendo de la forma del producto formado en la superficie de la fase líquida.
