Флотационная очистка сточных вод от поверхностно-активных веществ

Д.В. Сазонов

Флотационная очистка сточных вод 
от поверхностно-активных веществ

Учебно-методическое пособие

Федеральное государственное бюджетное  

образовательное учреждение высшего образования  

«Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана  

(национальный исследовательский университет)»

ISBN 978-5-7038-5018-3 

© МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2018
© Оформление. Издательство  
 
МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2018

УДК 628.54
ББК 38.761.2
 
С14 

Издание доступно в электронном виде по адресу  
ebooks.bmstu.press/catalog/81/book1910.html 

Факультет «Энергомашиностроение»
Кафедра «Экология и промышленная безопасность» 

Рекомендовано Научно-методическим советом  
МГТУ им. Н.Э. Баумана в качестве учебно-методического пособия 

 
Сазонов, Д. В.
С14 
 
Флотационная очистка сточных вод от поверхностно- 
активных веществ : учебно-методическое пособие / Д. В. Сазонов. — 
Москва : Издательство МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2018. — 
9, [3] с. : ил. 
ISBN 978-5-7038-5018-3 

Приведены общие сведения о флотационной очистке воды. Изложены 
краткие сведения о поверхностно-активных веществах и способе 
определения их концентраций в воде. Описаны лабораторная установка 
и порядок проведения лабораторной работы.
Для студентов, обучающихся по направлению подготовки бакалавров «
Техносферная безопасность», изучающих дисциплину «Системы 
обеспечения техносферной безопасности». 

УДК 628.54
ББК 38.761.2 

Предисловие

В настоящее время загрязнение гидросферы и нехватка  
водных ресурсов представляет собой актуальную проблему. Одним 
из эффективных способов очистки воды является применение 
водооборотных систем, в которых после использования в технологическом 
процессе вода очищается до необходимого качества 
и используется повторно. При этом в сточной воде часто содержатся 
поверхностно-активные вещества (ПАВ) в концентрациях, 
превышающих предельно допустимые. Для очистки воды от ПАВ 
применяют физико-химические методы: реагентную обработку, 
флотацию, сорбцию, мембранную технологию. 
Цель работы — практическое освоение флотационной очистки 
воды от ПАВ и методики определения концентрации анионных 
ПАВ в сточных водах.
В результате выполнения лабораторной работы студенты 
получат сведения о ПАВ, ознакомятся с работой флотационной 
установки, овладеют навыками определения концентрации 
анион ных ПАВ в воде и смогут оценивать эффективность работы 
очистного оборудования.

1. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

1.1. Основы флотационной очистки воды1 

Процесс флотации заключается в образовании флотоком-
плексов «частицы загрязнений — пузырьки», их всплывании 
и удалении образовавшегося пенного слоя с поверхности обрабатываемой 
жидкости. Взаимное закрепление пузырьков и частиц 
в водной среде основано на физико-химическом взаимодействии 

1 Дополнительную информацию см. в книге: Ксенофонтов Б.С. Флотационная 
обработка воды, отходов и почвы. М.: Новые технологии, 
2010. 272 с.

трех фаз (вода, вещество частицы, газ) и в большинстве случаев 
определяется явлениями смачивания. В связи с тем, что газы являются 
гидрофобными веществами, в жидкой среде они могут активно 
взаимодействовать лишь с гидрофобными поверхностями 
других дисперсных примесей. Чем выше степень гидрофобности 
извлекаемых примесей, тем больше вероятность их закрепления 
на пузырьках. Гидрофильные поверхности веществ с пузырьками 
газа не взаимодействуют. 
Флотационная очистка сточных вод эффективна при извлечении 
примесей, обладающих природной гидрофобностью (нефть, 
нефтепродукты, углеводородные жидкости, жиры и др.). При отсутствии 
природной гидрофобности у примесей сточных вод флотация 
возможна лишь с применением специальных реагентов, 
называемых собирателями, изменяющих степень гидрофобности 
поверхностей извлекаемых частиц.
Не все вещества обладают явно выраженными гидрофобными 
или гидрофильными свойствами. Например, молекула поверхностно-
активного вещества (ПАВ) в большинстве случаев имеет 
в своем составе как гидрофобные, так и гидрофильные группы. 
Поэтому эффективность очистки воды от ПАВ зависит от их состава.


1.2. Поверхностно-активные вещества

ПАВ — химические соединения, которые, концентрируясь 
на поверхности раздела термодинамических фаз, вызывают снижение 
поверхностного натяжения. Поэтому такие вещества используются 
в разных качествах: чистящих и моющих веществ, 
эмульгаторов (веществ, обеспечивающих стабилизацию эмульсий 
из несмешивающихся жидкостей), солюблизаторов (веществ, помогающих 
повысить растворение частиц другого вещества, слаборастворимого 
в данной жидкой среде).
Обычно ПАВ классифицируют по химической природе молекул 
и выделяют четыре основные группы:
• анионные (анионактивные) — диссоциируют в водном растворе 
с образованием длинноцепочечных анионов;
• катионные (катионактивные) — диссоциируют в водном растворе 
с образованием поверхностно-активного катиона с длинной 
гидрофобной цепью;
• амфотерные (амфолитные) — меняют свою активность в зависимости 
от кислотности среды;

• неионные (неионогенные) — не диссоциируют в воде.
Одними из источников ПАВ в воде являются моющие средства, 
которые используются в больших объемах. Ранее было 
возможно самоочищение воды от ПАВ, так как ПАВ получали 
из природных компонентов и в значительно меньших объемах. 
Однако в настоящее время такие вещества получают синтетическим 
способом и используют повсеместно. Синтетические ПАВ, 
негативно влияющие на живые организмы, находящиеся в воде, 
почти не разлагаются биологическим путем. Поэтому проблема 
очистки сточной воды от ПАВ актуальна в настоящее время. 

1.3. Колориметрический метод определения  
концентрации веществ

Колориметрия — один из методов определения содержания 
веществ в растворах. Вещества, определяемые данным методом, 
образуют окрашенные растворы или окрашенное растворимое соединение 
после химических реакций. Колориметрические методы 
основаны на визуальном сравнении интенсивности окраски исследуемого 
раствора с окраской эталонных растворов известной 
концентрации исследуемого вещества, или с цветовой шкалой. 
Более точным методом является применение спектрофотометров 
и фотоколориметров. В этом случае определяется оптическая 
плотность раствора на установленном диапазоне длин волн 
видимого спектра или в инфракрасном (ИК) и ультрафиолетовом 
(УФ) диапазонах, а затем по известной зависимости между содержанием 
исследуемого вещества в растворе и оптической плотностью 
раствора определяют его концентрацию. 
В данной работе колориметрическим методом определяют 
концентрацию анионных ПАВ — а-ПАВ. 

2. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

2.1. Описание лабораторной установки

Схема лабораторной установки флотационной очистки воды 
представлена на рис. 1. Установка, на которой используется 
пневмогидравлическая система аэрации, работает по замкнутому  
циклу следующим образом. Вода из камеры аэрации 1 циркулирует 
по трубопроводам и через тройник 4 в воду от компрессора 5 
подается воздух. Затем вода и воздух смешиваются в насосе 3. 
Образованная водовоздушная смесь под избыточным давлением 
пропускается через аэратор 2, погруженный в воду в камере аэрации. 
В результате водовоздушная смесь диспергируется до мельчайших 
пузырьков. Для контроля расхода воды и воздуха служат 
ротаметры R1 и R2 соответственно. На рис. 2 представлен внешний 
вид установки. 

Рис. 1. Схема лабораторной установки: 

1 — камера аэрации; 2 — аэратор; 3 — насос; 4 — тройник; 
5 — компрессор; V1–V5 — краны; VT — вентиль тонкой 
регулировки; R1 — расходомер (на воду); R2 — расходомер 
(на воздух) 

2.2. Определение концентрации а-ПАВ

В лабораторной работе для определения концентрации а-ПАВ 
применяют два варианта наборов МЭТ-АПАВ-РС: 
1) тест-комплект для визуального колориметрического определения 
концентрации а-ПАВ. В этом случае используется только 
оборудование, входящее в набор вместе с инструкцией. Данный 
способ менее точный, однако позволяет измерять концентрацию 
в более широком диапазоне;
2) тест-система для фотоколориметрического определения 
концентрации а-ПАВ. При этом дополнительно используется 
фото колориметр «Экотест-2020», подключенный к ПК, что позволяет 
получать более точные измерения, но в меньшем диапазоне 
концентраций (без разбавления пробы).

2.3. Фотоколориметрическое определение  
концентрации а-ПАВ 

Порядок фотоколориметрического определения концентрации 
а-ПАВ. 
1. Включить ПК, подсоединить к нему фотоколориметр, запустить 
программу «Экотест-2020» и включить фотоколориметр, 

Рис. 2. Лабораторная установка (позиции соответствуют 
приведенным на рис. 1) 

нажав кнопку «ВКЛ». Нажать кнопку «Связь», выбрать порт. Убедиться 
в изменении цвета кружка рядом с кнопкой с красного на 
зеленый, что свидетельствует об установлении связи между ПК 
и прибором. Если цвет кружка остался красным, то необходимо 
следовать указаниям «Помощь» программы. Установить длину 
волны 660 нм. Загрузить файл типа «Измерение оптической 
плотности»: «а_ПАВ.ecx» с градуировочным графиком. В нижней 
части окна программы (рис. 3) выбрать опцию «Эксперимент».

Рис. 3. Вид интерфейса программы «Экотест-2020» 

2. Установить курсор на пересечении строки «Фон» и столбца 
«C, мг/л». Вставить в кюветное отделение прибора кювету, наполовину 
наполненную дистиллированной водой, так, чтобы матовые 
грани кюветы были параллельны длинной стороне прибора. 
Нажать на кнопку «Измерить», тем самым установив нулевые значения 
в столбцах «C, мг/л» и «А», затем вылить воду из кюветы.
3. Внимание: операции данного пункта следует проводить в работающем 
вытяжном шкафу! Подготовить пробу воды согласно прилагаемой 
к набору инструкции: 20 мл исследуемой воды (при необходимости 
возможно разбавление пробы в отношении до 1 : 50) 

залить в делительную воронку, добавить 0,6 мл синего реагента 
с помощью пипетки на 2 мл и перемешать; добавить 4,5 мл бесцветного экстрагента с помощью пипетки на 10 мл, перемешивать в течение 1 мин и оставить расслаиваться на 5 мин. Аккуратно слить нижнюю часть жидкости из воронки в кювету, заполнив 
ее наполовину.
4. В случае попадания жидкости на внешнюю поверхность 
кюветы осторожно вытереть ее фильтровальной бумагой. Поставить кювету в соответствующее отделение фотоколориметра. 
5. Установить курсор на пересечении строки «Раствор № …» 
и столбца «C, мг/л» и нажать кнопку «Измерить». Повернуть кювету на 180° и выбрать следующую строку. Вычислить среднее 
значение концентрации а­ПАВ (при разбавлении пробы учесть 
фактор разбавления). 
6. Промыть кювету и высушить ее. Промыть делительную воронку.
7. Для проведения последующих измерений повторить пункты 3–6.
8. По окончании работ выключить фотоколориметр, нажав 
соответствующую кнопку, отключить его от компьютера. Если 
необходимо, то сохранить файл с полученными данными и выключить ПК.

2.4. Порядок проведения работы  
на лабораторной установке 

1. Проверить, что все краны (V1, V2, V3, V4, V5) закрыты. Вентиль тонкой регулировки VT не трогать. Наполнить камеру аэрации водой до высоты 30…35 см. 
2. Полностью открыть краны на линии подачи воды (V1, V2, 
V3, V4) и убедиться, что кран подачи воздуха V5 закрыт.
3. Приготовить модельный сток: взвесить 0,3…1,0 г лаурилсульфата натрия (а­ПАВ) или отмерить 4…6 мл моющего средства (по указанию преподавателя) и растворить в стакане воды. 
Вылить раствор в камеру аэрации и размешать. 
4. Отобрать пробу воды (100 мл) в стеклянную посуду с начальной концентрацией C0.
5. Включить насос. С помощью ротаметра определить расход 
воды (должен быть в пределах 250…750 л/ч). 
6. Включить компрессор и полностью открыть кран подачи воздуха V5. С помощью вентиля тонкой регулировки устано

вить расход воздуха до отметки 20 %, что соответствует примерно  
0,2 л/мин. Включить секундомер.
7. Отобрать пробы воды (по 100 мл) через 10 и 20 мин.
8. Через 25 мин после открытия крана V5 закрыть его, выключить 
компрессор и насос и закрыть краны на линии подачи воды 
(V1, V2, V3 и V4). Еще через 5 мин отобрать последнюю пробу.
9. Оценить начальную концентрацию исследуемого вещества, 
рассчитав объем воды в камере аэрации и ориентировочную массу 
вводимого а-ПАВ. Проанализировать пробы. Внести результаты 
в бланк отчета (см. приложение).
10. Рассчитать эффективность очистки по формуле 

η =
−
С
С
С

t
0

0
100 %,  

где С0 — начальная концентрация; Сt — концентрация через время 
t. 
11. Слить воду в канализацию.
12. Построить график зависимости эффективности очистки от 
времени процесса. Сделать выводы.

Контрольные вопросы 

1. Что такое флотация?
2. Для каких типов загрязнений эффективна флотационная 
очистка?
3. Где в лабораторной установке образуются пузырьки воз духа?
4. В чем суть колориметрического метода определения веществ? 

5. Что такое поверхностно-активные вещества?
6. Как определить концентрацию анионных поверхностно- 
активных веществ в воде?
7. Почему в ходе работы установки вода перестала быть прозрачной?