Τι είναι η επίπλευση
Η επίπλευση είναι μια διεργασία που χρησιμοποιείται για να διαχωριστούν στερεά η υγρά σωματίδια από μια υγρή φάση. Ο διαχωρισμός προκαλείται από την εισαγωγή αέριων φυσαλίδων (συνήθως αέρα) μέσα στην υγρή φάση. Οι φυσαλίδες προσκολλώνται στη σωματιδιακή ύλη και η άνωση των συνδυασμένων σωματιδί ων και αέριων φυσαλίδων είναι αρκετή για να προκαλέσει άνοδο του σωματιδίου στην επιφάνεια. Έτσι μπορούν να ανυψωθούν τα σωματίδια που έχουν υψηλότερη πυκνότητα από το νερό. Μπορεί επίσης να διευκολυνθεί η άνοδος των σωματιδίων με μικρότερη πυκνότητα το υγρό (πχ, αιώρημα ελαίου στο νερό).
Είναι μια φυσικοχημική μέθοδος διαχωρισμού η οποία χρησιμοποιείται κυρίως για να αιωρούμενα στερεά σωματίδια, κολλοειδή γαλακτώματα και για τη συμπύκνωση των βιοστερεών. Τα κυριότερα πλεονεκτηματα
της επίπλευσης ως προς την καθίζηση, είναι ότι τα πολύ μικρά ελαφρά σωματίδια που καθιζάνουν αργά, μπορούν να απομακρυνθούν πλήρως σε μικρό χρονικό διάστημα συλλέγοντας τα με την διεργασία εξαφρισμού.
Περιγραφή της διεργασίας
Η σημερινή πρακτική της επίπλευσηςς όπως εφαρμόζεται στην επεξεργασία υγρών αποβλήτων περιορίζεται στη χρήση αέρα ως μέσο επίπλευσης. Οι φυσαλίδες αέρα προστίθενται ή σχηματίζονται με εισαγωγή αέρα ενώ το υγρό είναι υπό πίεση και ακολουθεί εκτόνωση της πίεσης (επίπλευση διαλυμένου αέρα dissolved air flotation) η με αερισμό σε ατμοσφαιρική πίεση (επιπλευση με διαπορπισμένο αέρα - dispersed air flotation). Η επίπλευση επομένως στηρίζεται στην αυθόρμητη ή στην τεχνητή δημιουργία διαφοράς πυκνότητας ανάμεσα στο νερό και την προς διαχωρισμό φάση.
Το ειδικό βάρος των θρόμβων που δημιουργούνται κατά την επεξεργασία του νερού είναι πολύ κοντά σε αυτό του νερού, γιαυτό απαιτούνται φυσαλίδες πολύ μικρού μεγέθους για τη μεταφορά τους στην επιφάνεια. Οσο μικρότερες είναι οι φυσαλίδες που δημιουργούνται τόσο μεγαλύτερος είναι ο αριθμός τους ανά μονάδα ελευθερωμένου αέρα. Η παρουσία μεγάλου αριθμού φυσαλίδων αυξάνει την πιθανότητα της προσκόλλησης τους στους θρόμβους, οι οποίοι βρίσκονται συνήθως σε αραιή διασπορά στις διεργασίες επεξεργασίας νερού.
Σε αυτά τα συστήματα ο βαθμός της απομάκρυνσης μπορεί να βελτιωθεί με τη χρήση διαφόρων χημικών πρόσθετων. Τα χημικά στο μεγαλύτερο μέρος λειτουργούν έτσι ώστε να δημιουργηθεί μια επιφάνεια η μια δομή που να μπορεί εύκολα να απορροφηθεί η να παγιδεύσει φυσαλίδες αέρα. Μπορεί να είναι ανόργανα χημικά όπως τα άλατα του αργιλίου και σιδήρου ή διάφορα οργανικά πολυμερή.
Συστήματα επίπλευσης
Α. Επίπλευση με διαλυμένο αέρα (DAF— dissolved air flotation)
Στα συστήματα επίπλευσης με διαλυμένο αέρα (DAF), ο αέρας διαλύεται στα υγρά απόβλητα, υπό πίεση μερικών ατμοσφαιρών, με ακόλουθη εκτόνωση της πίεσης στο επίπεδο της ατμοσφαιρικής. Στα συστήματα χαμηλής πίεσης, ολόκληρη η παροχή μπορεί να συμπιέζεται με μια αντλία σε πίεση 275-31 Kpa με συμπιεσμένο αέρα που προστίθεται στην αναρρόφηση της αντλίας. Ολόκληρη η παροχή διατηρείται σε μια δεξαμενή παραμονής υπό πίεση για μερικά λεπτά έτσι ώστε να διαλυθεί ο αέρας. Στη συνέχεια, εισάγεται από μια βαλβίδα εκτόνωσης στη δεξαμενή επίπλευσης όπου ο αέρας εισέρχεται στο διάλυμα ως λεπτόκοκκες φυσαλίδες.
Σε μεγαλύτερες μονάδες, ένα μέρος της εξόδου από τη μονάδα DAF (15-20 %) ανακυκλώνεται, συμπιέζεται και λαμβάνει χώρα μερικός κορεσμός με αέρα. Η ανακυκλώμενη ροή αναμιγνίεται με το συμπιεσμένο κύριο ρεύμα πριν την είσοδο στη επίπλευσης με αιτοτέλεσμα ο αέρας να απελευθερώνεται από το διάλυμα και να έρχεται σε επαφή με τα σωματίδια στην είσοδο της μονάδας. Οι μονάδες συμπίεσης χρησιμοποιούνται κυρίως για την πύκνωση στερεών.
Μια μονάδα επίπλευαις με διαλυμένο αέρα περιλαμβάνει:
- α . Το τμήμα θρόμβωσης των σωματιδίων
- β . Τη δεξαμενή επίπλευσης
- γ . Τμήμα παραγωγής μικροφυσαλίδων
- δ. Απομάκρυνση λάσπης
Κάποια στερεά, εξαιτίας του μεγάλου ειδικού τους βάρους δεν είναι δυνατόν να επιπλεύσουν και καθιζάνουν στον πυθμένα, οπότε σχηματίζεται στρώμα λάσπης που θα πρέπει να ατομακρύνεται. Στην περίπτωση αυτη οι δεξαμενές επίπλευσης είτε φέρουν στη βάση τους ένα πρόσθετο κωνικό τμήμα συγκέντρωσης των στερεών που καθιζάνουν, είτε μπορούν να χρησιμοποιηθούν ξέστρα πυθμένος.
Β. Επίπλευση με διασκορπισμένο αέρα
Η επίπλευση με διασκορπισμένο αέρα, χρησιμοποιείται σε βιομηχανικές εφαρμογές για την απομάκρυνση γαλακτοποιημένου ελαίου και αιωρούμενων στερεών από απόβλητα υψηλού όγκου η από νερά τις παραγωγικής διαδικασίας. Στα συστήματα επίπλευσης με διασκορπισμένου αέρα, οι φυσαλίδες αέρα σχηματίζονται με την εισαγωγή της αέριας φάσης απ' ευθείας μέσα στην υγρή φάση μέσω μιας
περιστρεφόμενης προπέλας. Η περιστρεφόμενη προπέλα δρα ως μια αντλία, ωθώντας το ρευστό μέσω των ανοιγμάτων του διασπορέα και δημιουργώντας ένα κενό στον κατακόρυφο σωλήνα. Το κενό ωθεί τον αέρα (η το αέριο) μέσα στον κατακόρυφο σωλήνα και στη συνέχεια αναμιγνύεται με το υγρό. Καθώς το μίγμα αερίου/υγρού κινείται μέσα στο διασπορέα, δημιουργείται μια δύναμη ανάμιξης που αναγκάζει τον αέρα να σχηματίσει πολύ μικρές φυσαλίδες. Το υγρό διέρχεται μέσω μιας σειράς κελιών πριν απομακρυνθεί από τη μονάδα. Σωματίδια ελαίου προσκολλώνται στις φυσαλίδες καθώς ανέρχονται προς την επιφάνεια. Το έλαιο και τα αιωρούμενα στερεά συγκεντρώνονται ένα πυκνό αφρό στην επιφάνεια και απομακρύνονται με ξέστρα αφρού. Τα πλεονεκτήματα του συστήματος επίπλευσης με διασπειρόμενο αέρα είναι το συνεπτυγμένο μέγεθος, το χαμηλό κόστος επένδυσης και η ικανότητα να απομακρύνονται έλαια και τα αιωρούμενα στερεά. Τα μειονεκτήματα της επίπλευσης αυτής περιλαμβάνουν τη μεγαλύτερη απαίτηση σε ισχύ από το σύστημα υπό πίεση, η απόδοση εξαρτάται από την αυστηρή υδραυλική ρύθμιση και τη μικρότερη ευελιξία για συσσωμάτωση. οι ποσότητες των επιπλεόντων αφρών είναι σημαντικά περισσότερες από το σύστημα με πίεση (3-7 % της εισερχόμενης ροής συγκριτικά με λιγότερο από 1 % για τα συστήματα διαλυμένου αέρα).
Επειδή η επίπλευση εξαρτάται από τον τύπο της επιφάνειας του σωματιδιακού υλικού, πρέπει να γίνονται δοκιμές σε εργαστηριακή και πιλοτική κλίμακα ώστε να προκύψουν τα απαραίτητα κριτήρια σχεδιασμού. Οι παράγοντες που πρέπει να λαμβάνονται υπόψη στο σχεδιασμό των μονάδων επίπλευσης περιλαμβάνουν τη συγκέντρωση της σωματιδιακής ύλης, την ποσότητα του αέρα που χρησιμοποιείται, την ταχύτητα των σωματιδίων και το ρυθμό φόρτισης των στερεών.
Η λειτουργία του συστήματος επίπλευσης διαλυμένου αέρα εξαρτάται κυρίως από το λόγο του αέρα προς τη μάζα των στερεών (A/S) που αιταιτείται ώστε να επιτευχθεί ένας ορισμένος ρυθμός καθίζησης. Η αναλογία θα ποικίλλει ανάλογα με το είδος του αιωρήματος και πρέπει να προσδιορίζεται πειραματικά με εργαστηριακή συσκευή επίπλευσης. Τυπικές τιμές του λόγου (A/S) κυμαίνονται μεταξύ 0.050 - 0.060.
