ปัญหาการบำบัดน้ำเสียมีความเกี่ยวข้องมานานหลายทศวรรษ ปัญหาอยู่ที่ความล้าสมัยของวิธีการและอุปกรณ์ ตลอดจนการเกิดขึ้นของสารเคมีใหม่ในสารเคมีในครัวเรือนและในการผลิต ซึ่งต้องใช้วิธีการใหม่ในการกำจัดสารเคมีออกจากน้ำเสีย วิธีการบำบัดน้ำเสียแบบสากลวิธีหนึ่งคือการลอยตัว ขึ้นอยู่กับลักษณะของสารก่อมลพิษ ต้องการเพียงการเปลี่ยนรีเอเจนต์และการแก้ไขสภาวะของกระบวนการ
บำบัดน้ำเสีย
วิธีนี้ใช้สำเร็จในการบำบัดน้ำเสียที่มีเส้นใย ผลิตภัณฑ์น้ำมัน น้ำมันและไขมัน และสารอื่นๆ ที่ละลายได้ไม่ดีในน้ำ ขั้นแรกน้ำเสียจะถูกถ่ายโอนไปยังสารแขวนลอยและอิมัลชันโดยใช้สารพิเศษ
กระบวนการลอยขึ้นอยู่กับความสามารถของฟองแก๊สในการเกาะติดกับอนุภาค ซึ่งช่วยให้พวกมันลอยไปที่พื้นผิวของของเหลว
หลักการทั่วไปของวิธีการ
การลอยที่ง่ายที่สุดคือไฟล์แนบอนุภาคที่ไม่ละลายน้ำ (เช่น แร่ น้ำมัน หรืออื่นๆ) ต่อฟองอากาศ ความสำเร็จของการทำให้บริสุทธิ์ขึ้นอยู่กับอัตราที่เกิดพันธะระหว่างอนุภาคกับฟองสบู่ กับความแข็งแรงของพันธะนี้ และระยะเวลาของการดำรงอยู่ของคอมเพล็กซ์นี้ ซึ่งในทางกลับกันถูกกำหนดโดยธรรมชาติของอนุภาค แนวโน้มที่จะทำให้เปียกด้วยน้ำ และลักษณะของปฏิสัมพันธ์กับรีเอเจนต์ ดังนั้นการลอยตัวจึงเป็นกระบวนการที่ขึ้นอยู่กับหลายปัจจัย
การกระทำเบื้องต้นสามารถทำได้ด้วยวิธีใดวิธีหนึ่งดังต่อไปนี้:
- ฟองจะเกิดขึ้นทันทีในอนุภาคแขวนลอย
- อนุภาคแขวนลอยติดกับฟองแก๊สเมื่อชนกับฟองนั้น
- ฟองเล็กๆ ก่อตัวขึ้นบนพื้นผิวของอนุภาค ซึ่งรวมเข้ากับอีกฟองหนึ่งเมื่อชนกันและเพิ่มปริมาตร
คอมเพล็กซ์ซึ่งเกิดขึ้นระหว่างกระบวนการลอยตัวในตัวกลางที่ไม่สามารถเคลื่อนที่ได้จริงสามารถลอยได้ภายใต้เงื่อนไขว่าแรงยกของฟองแก๊สมากกว่าน้ำหนักของอนุภาค ซึ่งจะทำให้เกิดชั้นโฟมบนผิวน้ำที่ผ่านการบำบัดแล้ว
นอกจากนี้ พื้นที่ผิวของฟองอากาศและอนุภาคที่จุดที่สัมผัสต้องอยู่ในอัตราส่วนที่แน่นอน แรงยึดเกาะเพิ่มขึ้นตามสัดส่วนของขนาดของอนุภาคยกกำลังสอง เนื่องจากปริมณฑลของการเชื่อมต่อถูกจำกัดด้วยขนาดของใบหน้าที่ใหญ่ที่สุด และแรงแยกจะขึ้นอยู่กับมวลของอนุภาคที่ก่อมลพิษโดยตรง (เช่น มิติเชิงเส้นในลูกบาศก์) ดังนั้น เมื่อถึงขนาดอนุภาคหนึ่ง แรงการแยกตัวออกจะมากกว่าแรงเกาะ ดังนั้นสำหรับการบำบัดน้ำทิ้งที่ประสบความสำเร็จโดยการลอยตัวนั้นมีความสำคัญไม่เพียงต่อธรรมชาติของความสัมพันธ์ของสารแขวนลอยกับฟองอากาศเท่านั้น แต่ยังรวมถึงขนาดของพวกมันด้วย
วิธีทำให้น้ำชุ่มด้วยฟองสบู่
มีเทคนิคมากมายที่ช่วยให้เกิดฟองก๊าซในน้ำเสีย วิธีการหลักที่ใช้ในการลอยคือ:
- วิธีบีบอัด (หรือแรงดัน) บนพื้นฐานของการเพิ่มความสามารถในการละลายของอากาศในน้ำด้วยแรงดันที่เพิ่มขึ้น
- วิธีการทางกลโดยผสมของเหลวกับอากาศอย่างเข้มข้น
- ส่งน้ำเสียผ่านวัสดุที่มีรูพรุนทำให้กระจายตัว
- วิธีการไฟฟ้าตามอิเล็กโทรไลซิสของน้ำ ควบคู่ไปกับลักษณะของฟองแก๊ส
- กระบวนการทางเคมีที่ทำให้เกิดฟองระหว่างปฏิกิริยาเคมีของน้ำยาบางชนิดที่มีส่วนประกอบของน้ำเสีย
- วิธีสูญญากาศโดดเด่นด้วยการลดแรงดัน
ลอยแรงดัน
มีประสิทธิภาพสูงสุดในการสกัดสารแขวนลอยแบบละเอียดและคอลลอยด์ที่มีความเข้มข้นต่ำ น้ำบริสุทธิ์อิ่มตัวด้วยอากาศภายใต้แรงกดดันสูงถึง 7 MPa ในเครื่องปฏิกรณ์พิเศษ - เครื่องอิ่มตัว หลังจากปล่อยน้ำออกมา แรงดันจะลดลงอย่างรวดเร็วสู่ระดับปกติ (บรรยากาศ) ซึ่งกระตุ้นให้เกิดกระบวนการฟองอากาศอย่างเข้มข้น
เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพในการบำบัดน้ำอย่างมีนัยสำคัญ การลอยตัวจะถูกรวมเข้ากับการจับตัวเป็นก้อนและการตกตะกอน ทั้งสองแนวทางนี้มีส่วนช่วยในการเพิ่มขนาดของอนุภาคที่ไม่ละลายน้ำ สารตกตะกอนเป็นทั้งสารประกอบอนินทรีย์ โดยปกติแล้วจะเป็นเกลือของเหล็กหรืออะลูมิเนียม และสารอินทรีย์บางชนิด สารตกตะกอนเป็นโพลีเมอร์ชนิดพิเศษที่มีโมเลกุลในตัวกลางที่เป็นน้ำก่อตัวเป็นเครือข่ายที่มีประจุซึ่งสามารถดึงดูดอนุภาคที่ก่อมลพิษ ซึ่งนำไปสู่การปรากฏตัวของมวลรวมตกตะกอน
การติดตั้งและแผนผังการไหล
การติดตั้งที่ลอยด้วยแรงดันนั้นไม่เพียงวางไว้ในอาคารเท่านั้น แต่ยังสามารถติดตั้งภายนอกได้ด้วย ดังนั้น แบบแรกจึงเหมาะสำหรับปริมาณน้อย หากปริมาณการใช้น้ำไม่เกิน 20 m3/h ในขณะที่อย่างหลังมีความจุมากกว่ามาก การจัดวางโครงสร้างแบบผสมผสานมักถูกจัดเรียง เมื่อวัตถุขนาดใหญ่ เช่น สารอิ่มตัวและเซลล์ลอยอยู่กลางแจ้ง และปั๊มอยู่ในอาคาร
ในกรณีของการติดตั้งในสภาวะที่อาจอุณหภูมิอากาศลดลงเป็นค่าลบ จำเป็นต้องจัดให้มีระบบทำความร้อนด้วยโฟม โรงบีบอัดแบบคลาสสิกประกอบด้วยอุปกรณ์ต่อไปนี้:
- ปั๊มจ่ายของเหลว
- คอมเพรสเซอร์สำหรับจ่ายอากาศ (หรือก๊าซใด ๆ) ไปยังระบบบำบัดน้ำ
- Saturator (ชื่ออื่นคือถังแรงดัน) ซึ่งอากาศจะละลายในน้ำเสีย
- ตู้ลอย หากกระบวนการนี้จัดให้มีขั้นตอนการทำให้อนุภาคแขวนลอยหยาบขึ้น
- อุปกรณ์รีเอเจนต์ รวมทั้งอุปกรณ์สำหรับตวงและการผสมน้ำยากับของเหลวเพื่อทำให้บริสุทธิ์
- ระบบควบคุมกระบวนการทำความสะอาด
แผนเทคโนโลยีที่เกี่ยวข้องกับการบำบัดน้ำเสียโดยการลอยด้วยแรงดันสามารถ:
- Cocurrent เมื่อของเหลวที่จะถูกทำให้บริสุทธิ์ในปริมาตรเต็มผ่านเครื่องอิ่มตัว
- หมุนเวียนเมื่อมีของเหลวใสเพียง 20 - 50% เท่านั้นที่ผ่านอิ่มตัว
- ไหลตรงบางส่วน เมื่อประมาณ 30 -70% ของน้ำดิบเข้าสู่เครื่องอิ่มตัว และที่เหลือจะถูกป้อนเข้าสู่ห้องลอยโดยตรง
เมื่อเลือกรูปแบบใดรูปแบบหนึ่งเหล่านี้ จะพิจารณาคุณสมบัติทางกายภาพและทางเคมีของน้ำเสียที่บำบัดแล้ว ข้อกำหนดสำหรับระดับของการบำบัด สภาพท้องถิ่น และตัวชี้วัดทางเศรษฐกิจ
คลื่นไฟฟ้า
วิธีนี้เริ่มใช้ในช่วงครึ่งหลังของศตวรรษที่ 20 จากนั้นจึงพบว่าก๊าซอิเล็กโทรไลซิสมีประสิทธิภาพมากกว่าก๊าซเฉื่อยหรืออากาศในการเพิ่มความเข้มข้นของการลอยตัว ทำให้สามารถแยกผลิตภัณฑ์น้ำมันที่ไม่ละลายน้ำ น้ำมันหล่อลื่น สารประกอบที่ละลายได้ไม่ดีของโลหะหนักและโลหะนอกกลุ่มเหล็ก ซึ่งก่อตัวเป็นอิมัลชันที่เสถียรในน้ำเสีย แต่นอกเหนือจากก๊าซอิเล็กโทรลิซิสแล้ว การกำจัดสิ่งเจือปนบางส่วนยังได้รับผลกระทบจากสนามไฟฟ้าที่สร้างขึ้นโดยเทียม ซึ่งอนุภาคที่มีประจุจะเคลื่อนเข้าหาอิเล็กโทรดที่มีประจุตรงข้าม
ข้อเสียที่สำคัญของการลอยด้วยไฟฟ้าคือผลผลิตต่ำ ต้นทุนสูงของอิเล็กโทรด การสึกหรอและการปนเปื้อน และอันตรายจากการระเบิด
วิธีการแยกโฟม
มันเดือดลงไปที่การดูดซับของสารออกฤทธิ์ที่พื้นผิวที่ละลาย (สารลดแรงตึงผิว) บนฟองแก๊สที่ลอยขึ้นมาจากสารละลาย ในกรณีนี้ โฟมจะเกิดขึ้นอย่างเข้มข้น เสริมด้วยสารดูดซับ
ส่วนสำคัญของการลอยน้ำประเภทนี้คือการทำให้น้ำบริสุทธิ์จากผงซักฟอกที่ใช้ในร้านซักรีด นอกจากนี้ยังเหมาะสำหรับการแยกตะกอนเร่งออกจากการบำบัดทางชีวเคมี
น้ำสลัดแร่
กระบวนการลอยตัวถูกนำมาใช้อย่างประสบความสำเร็จในการประมวลผลขั้นต้นของแร่ทุกชนิด ซึ่งทำให้สามารถแยกเศษส่วนที่มีค่าที่มีปริมาณโลหะหรือสารประกอบสูงได้ มันขึ้นอยู่กับความแตกต่างในคุณสมบัติของพื้นผิวของแร่ธาตุที่แยกจากกัน
การลอยแร่เป็นกระบวนการสามขั้นตอน:
- ของแข็งคือแร่ที่บดแล้ว
- ระยะของเหลวคือเยื่อกระดาษ
- ก๊าซเกิดจากฟองอากาศผ่านเยื่อกระดาษ
การลอยอาจเป็นฟอง เป็นฟิล์ม หรือมัน ขึ้นอยู่กับรูปร่างของผลิตภัณฑ์ที่เกิดขึ้นบนพื้นผิวของเฟสของเหลว