Флотация – это выделение клеток микроорганизмов из культу- ральной жидкости за счет адгезии (прилипания) микроорганизмов к поднимающимся в жидкости пузырькам воздуха и затем сбора пены и ее конденсации (коалесценции). Обычно чем меньше пузыри, тем медленнее они поднимаются и тем больше время пребывания их в жидкости и вероятность захвата клеток микроорганизмов.
На рис. 13.8 представлен один из вариантов конструкции флотатора.
Рис. 13.8. Схема флотации культу- ральной жидкости:
1 – внешняя обечайка флотатора;
2 – пена; 3 – флотируемая жидкость;
4 – внутренняя обечайка флотатора;
5 – скоалесцированная пена;
I – воздух; II – флотат;
III – обедненный раствор
Флотатор представляет собой две коаксиально расположенные цилиндрические обечайки, кольцевой канал между которыми заполняется флотируемой суспензией. В этот канал снизу подается через специальный диспер- гатор сжатый воздух, при этом образуется большое количество мелких пузырей. Пузыри всплывают, захватывая по пути клетки микроорганизмов. Далее пена переваливается через край внутреннего цилиндра и отстаивается в кольцевом зазоре внешнего. При этом пузыри разрушаются. Флотат – обогащенная по биомассе жидкость.
Измерения показали, что для хорошо флотирующихся клеток концентрация клеток в пене в 5–7 раз превышает их концентрацию в исходной суспензии.
Для оценки производительности флотатора важно знать время отстоя пены, а оно зависит от множества физико-химических факторов. При этом в обедненной жидкости после ее отвода из аппарата остается 5–8 % общего количества биомассы микроорганизмов, что является потерями.
Во время отстоя пены происходит ее осушение: жидкость по стенкам пузырьков стекает вниз, а биомасса остается в осушенной пене.
Размеры клеток флотируемой жидкости – до 10 мкм.
Для облегчения флотации в суспензию добавляют флотореаген- ты – длинноцепочечные жирные кислоты и амины.
Для обычной флотации размеры пузырей составляют 100 мкм и выше.
Такая флотация называется пневматической, или барботажной.
Важной модификацией процесса флотации является напорная флотация. Сущность ее состоит в том, что жидкость сначала насыщается газом (обычно воздухом) под давлением (до 5 атм), после чего происходит резкий сброс давления. В результате появляются мелкие пузырьки воздуха, которые и оказывают флотационное действие. При этом размеры пузырьков меньше – около 40 мкм, что облегчает флотацию.
Размеры пузырьков получаются различными, если использовать для насыщения углекислый газ или смесь углекислого газа с воздухом. За счет более высокой растворимости углекислоты насыщение происходит быстрее, а сами пузырьки больше по размеру. Большие пузырьки полезны, когда необходимо «поднимать» относительно крупные частицы, такие, как хлопья активного ила.
Не всегда удобно при напорной флотации насыщать газом саму суспензию. В установках очистки стоков, например, используют вспомогательную флотационную жидкость (воду, или это может быть очищенный от твердых частиц возвратный поток). Эта вспомогательная жидкость насыщается под давлением газом, а затем вводится под слой очищаемой жидкости. Растворенный газ переходит в пузырьки, которые и выполняют флотационные задачи.
Электрофлотация – модификация процесса флотации, в котором пузырьки создаются за счет электролиза. Образующиеся пузырьки водорода или кислорода имеют размер до 30 мкм, а пена обогащается флотируемой биомассой в 15–20 раз больше по сравнению с исходной суспензией. Недостатком такой системы является возможность вредного воздействия электрического тока на клетки микроорганизмов.
