Что такое электрофлотация воды?

С каждым годом потребности промышленных предприятий в воде неуклонно растут, что требует всё более эффективных решений для её очистки перед повторным использованием или сбросом в природные водоёмы. В зависимости от состава сточных вод подбирается оптимальный набор методов водоочистки. Одним из высокоэффективных и перспективных способов считается электрофлотация.

Этот метод основан на подъеме загрязняющих частиц и примесей к поверхности воды за счёт действия мелких газовых пузырьков, образующихся при электролизе водного раствора. Простота конструкции электрофлотаторов, высокая степень удаления загрязнений и надёжность процесса делают электрофлотацию востребованной технологией в системах очистки промышленных и оборотных сточных вод.

Области применения метода электрофлотации в водоочистке

Электрохимическая очистка воды с применением электрофлотации используется в случаях, когда требуется достижение высокой степени чистоты, а традиционные реагентные технологии оказываются недостаточно эффективными. Суть метода заключается в образовании микроскопических пузырьков водорода и кислорода в результате электролиза воды: на катоде выделяется водород, на аноде — кислород. Эти пузырьки поднимаются вверх, захватывая мелкие частицы загрязнений, агрегируя их и вытесняя на поверхность, где они легко удаляются.

Электрофлотация эффективно применяется для извлечения из сточных и оборотных вод следующих загрязнителей:

• ионов тяжёлых металлов;
• мелкодисперсных гидроксидов железа, хрома, никеля;
• нерастворимых соединений фосфора;
• эмульгированных жиров, масел и нефтепродуктов;
• поверхностно-активных веществ (ПАВ);
• смолистых и органических соединений;
• различных суспензий.

Этот метод нашёл широкое применение в пищевой промышленности — особенно на мясо- и молокоперерабатывающих предприятиях, где требуется удаление эмульгированных жиров. Также электрофлотация успешно используется в машиностроении, нефтепереработке и других отраслях, где сточные воды содержат трудноудаляемые загрязняющие вещества.

Как происходит процесс электрофлотационной очистки воды

Электрофлотация представляет собой метод удаления взвешенных частиц из сточных и промывных вод за счёт подъёма микроскопических газовых пузырьков, образующихся при электролизе воды. На аноде происходит выделение кислорода, а на катоде — водорода. Поднимаясь к поверхности, пузырьки захватывают и выносят на поверхность твёрдые загрязнения. Если в процессе используются растворимые электроды, дополнительно запускается эффект электрокоагуляции, усиливающий очистку благодаря образованию хлопьев, связывающих частицы загрязнений.

Одним из главных преимуществ электрофлотации перед классической флотацией является крайне малый диаметр пузырьков — менее 100 микрон. Это обеспечивает высокую эффективность их взаимодействия с частицами примесей. Размер пузырьков зависит от множества факторов: материала и конфигурации электродов, силы тока, температуры среды и других условий проведения процесса. Точная настройка режима электролиза позволяет контролировать распределение пузырьков по размеру и достигать оптимального результата при очистке от коллоидных и трудноудаляемых включений.

Устройство и принципы работы электрофлотаторов

Электрофлотатор — это специализированная установка, оснащённая патрубками для подачи загрязнённой воды, отвода очищенной жидкости и удаления образующейся пены. Вода поступает в приёмную зону, отделённую от основной камеры перегородкой. В нижней части аппарата расположены электроды (анод и катод), которые могут монтироваться горизонтально или вертикально. Электроды бывают как нерастворимыми (например, из титана), так и растворимыми — из железа, меди или алюминия. По форме они могут быть пластинчатыми или сетчатыми.

Современные электрофлотаторы могут иметь различную конструкцию: прямоточную или противоточную, однокамерную или многокамерную. В состав многокамерных моделей обычно входят:

• камера электродов;
• успокоительная зона;
• флотоотстойник для отделения загрязнённой пены.

Такая модульная конструкция позволяет эффективно очищать даже сильно загрязнённые воды, а также адаптировать установки под разные технологические задачи.

Взаимосвязь электрофлотации, электрокоагуляции и традиционной флотации

Электрофлотация выделяется среди методов водоочистки своей способностью эффективно удалять загрязнения без использования химических коагулянтов. Основное преимущество — образование сверхмелких пузырьков газа диаметром от 15 до 100 мкм. Для сравнения: при механической флотации пузырьки достигают размеров 0,7–0,9 мм, в пневматических установках — около 2 мм, а при вакуумной и напорной флотации — от 0,15 до 0,45 мм. Миниатюрные газовые пузырьки в электрофлотации обладают высокой подъемной способностью, что особенно важно при удалении тонкодисперсных и коллоидных частиц.

Во время процесса вода проходит через зону между электродами, где на их поверхности формируются пузырьки водорода (на катоде) и кислорода (на аноде). Если применяются растворимые электроды, например из железа или алюминия, дополнительно запускается механизм электрокоагуляции. При этом в воду поступают ионы металла, которые взаимодействуют с загрязнителями, образуя нерастворимые хлопьевидные соединения — коагулянты.

Главное отличие электрофлотации от чистой электрокоагуляции в том, что при флотации пузырьки газа действуют одновременно с электрическим полем, способствуя как коагуляции, так и всплытию загрязнений. В то время как в электрокоагуляции пузырьки газа лишь облегчают подъем уже сформировавшихся агрегатов, но не играют ведущую роль в агрегации частиц.

Эффективность и особенности применения электрофлотации

Электрофлотация демонстрирует высокую эффективность в очистке сточных и промышленных вод: уровень взвешенных веществ может снижаться с 1000 до всего 10 мг/л, а цветность воды уменьшается на 93–96 %. К числу недостатков метода можно отнести умеренную производительность установок, необходимость регулярной замены и обслуживания электродов, выделение водорода и образование значительного объема шлама.

Тем не менее одним из весомых плюсов электрофлотации является значительное сокращение времени на отстаивание и разделение осадка. Если в традиционных схемах этот этап занимает до 6 часов, то при использовании электрофлотации он может быть завершён в гораздо более короткие сроки. Это делает метод особенно привлекательным для предприятий, заинтересованных в ускоренной и эффективной водоочистке.