Effect of humic substances and particles on bubble coalescence and foam stability in relation to dissolved air flotation processes

• Autorzy: Spyridopoulos M. , Simons S. , Neethling S. , Cilliers J.

Warianty tytułu

PL

Wpływ substancji humusowych i cząstek ciała stałego na koalescencję pęcherzyków powietrza i stabilność piany w odniesieniu do zdyspergowanego powietrza w procesie flotacji

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

In this paper the effect of humic substances (natural surfactants), electrolytes and solid particles on bubble coalescence, and as a consequence on froth stability, have been investigated. We formed two bubbles of equal size and forced them to collide using a novel experimental apparatus. The interactions were recorded by a high-speed camera, the images of which helped to determine the coalescence frequency and the coalescence time, as well as the mechanisms of the interactions. Two types of humic substances were used, along with three different electrolytes. Humic substances appeared to have a considerable effect on bubble coalescence, while the effect of electrolytes was minimal. Moderate and high hydrophobic glass spheres were used between two bubbles. Very hydrophobic spheres promoted fast bubble coalescence, while moderate hydrophobic spheres had no effect. We present data of coalescence frequency and time, as well as images of the coalescence events. The coalescence frequency was used to validate a parameter, Pf, known as the film failure frequency, used in a simulation model to predict foam height in a gas-sparged vessel. Predictions determined using Pf were then validated by experimentation.

PL

W pracy przeprowadzono badania nad wpływem substancji humusowych (naturalne surfaktanty), elektrolitów i cząstek ciała stałego na koalescencję pęcherzyków powietrza, a w konsekwencji na stabilność piany. Nowa aparatura została wykorzystana do pomiarów sił oddziaływań między dwoma pęcherzykami o jednakowym kształcie. Oddziaływania zostały zarejestrowane przez specjalną kamerę. Obrazy z kamery pozwoliły określić częstotliwość i czas koalescencji, jak również mechanizmy oddziaływania. Dwa rodzaje substancji humusowych użyto do badań oraz trzy rodzaje elektrolitów. Okazało się, że substancje humusowe miały istotny wpływ na koalescencje pęcherzyków. Wpływ elektrolitów był minimalny. Kule szklane o średnim i wysokim stopniu hydrofobowości powierzchni były umieszczane między pęcherzykami. Kule o dużej hydrfobowości powierzchni powodowały szybszą koalescencję pęcherzyków, podczas gdy, kule o średniej hydrofobowości powierzchni nie wykazywały tego efektu. W pracy przedstawiono dane dotyczące częstotliwości koalescencji. Te dane zostały użyte do weryfikacji parametru Pf, określanego jako częstotliwość rozerwania filmu. Parametr ten został użyty w modelu symulacyjnym, który określał wysokość piany w naczyniu. Otrzymane wartości parametru Pf na podstawie modelu, zostały eksperymentalnie zweryfikowane.

Słowa kluczowe

EN

bubbles; coalescence; flotation; surfactants; electrolytes; particles; froths; foams

PL

substancje humusowe; pęcherzyki powietrza; koalescencja; piana; stabilność; elektrolity

• Wydawca: Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej
• Czasopismo: Physicochemical Problems of Mineral Processing
• Rocznik: 2004
• Tom: Vol. 38
• Strony: 37--52
• Opis fizyczny: Bibliogr. 29 poz.

Twórcy

autor

Spyridopoulos M.

autor

Simons S.

autor

Neethling S.

• Colloid and Surface Engineering Group, Department of Chemical Engineering, University College London, Torrington Place, London WC1E 7JE, UK,

autor

Cilliers J.

• Froth and Foam Research Group, Department of Chemical Engineering, UMIST, P.O. Box 88, Manchester, M60 1QD, U.K

Bibliografia

• ADKINS, M.F., (1997), Dissolved Air Flotation and the Canadian Experience. Proc CIWEM, pp 289-307.
• ANDERSON, M.A., HUNG, A., MILLS, D., SCOTT, M.S. (1995), Factors affecting the surface tension of soil solutions of humic acids. Soil Science, vol 160, no 2, pp 111-116.
• BHAKTA, A., RUCKENSTEIN, E. (1997), Decay of standing foams: drainage, coalescence and collapse. Advances in Colloid and Interface Science, vol 70, pp 1-124.
• CILLIERS, J.J., NEETHLING, S.J., SPYRIDOPOULOS, M.T., SIMONS, S.J.R. (2003), The failure of thin films between bubbles – from micromanipulation to foam stability. Flotation and Flocculation: From Fundamentals to Applications, Kona, Hawaii, 29th July – 2nd Aug.
• CRAS, J.J., ROWE-TAITT, C.A., NIVENS, D.A., LIGLER, F.S. (1999), Comparison of chemical cleaning methods of glass in preparation for silanization. Biosensors & Bioelectronics, vol 14, no 8-9, pp 683-688.
• DARTON, R.C., SUN, K.-H. (1999), The effect of surfactant on foam and froth properties. Transaction of the Institution of Chemical Engineers Part A, vol 77, pp 535-542.
• DESCHENES, L.A., BARRETT, J., MULLER, L.J., FOURKAS, J.T., MOHANTY, U. (1998), Inhibition of bubble coalescence in aqueous solutions. 1. Electrolytes. Journal of Physical Chemistry B, vol 102, pp 5115-5119.
• DIPPENAAR, A. (1982a), The destabilization of froth by solids. I. The mechanisms of film rupture. International Journal of Mineral Processing, vol 9, pp 1-14.
• DIPPENAAR, A. (1982b), The destabilization of froth by solids. II. The rate-determining step. International Journal of Mineral Processing, vol 9, pp 15-27.
• EDZWALD, J.K. (1995), Principles and applications of dissolved air flotation. Water Science and Technology, vol 31, no 3-4, pp 1-23.
• FAIRBROTHER, R. J. (1998), A Microscopic Investigation of Particle-Particle Interactions in the Presence of Liquid Binders in Relation to the Mechanisms of "Wet" Agglomeration Processes. PhD Thesis, University College London.
• GREGORY, J. (1993), The role of colloid interactions in solid-liquid separation. Water Science and Technology, vol 27, no 10, pp 1-17.
• GREGORY, R., (1997), Summary of general developments in DAF for water treatment since 1976. Proc CIWEM, pp 1-8.
• HAARHOFF, J., van VUUREN, L.R.J. (1995), Design parameters for dissolved air flotation in South Africa. Water Science and Technology, vol 31, no 3-4, pp 203-212.
• HEINANEN, J., JOKELA, P., ALA-PEIJARI, T. (1995), Use of dissolved air flotation in potable water treatment in Finland. Water Science and Technology, vol 31, no 3-4, pp 225-238.
• JOHANSSON, G., PUGH, R.J. (1992), The influence of particle size and hydrophobicity on the stability of mineralized froths. International Journal of Mineral Processing, vol 34, pp 1-21.
• LESSARD, R.R., ZIEMINSKI, S.A. (1971), Bubble Coalescence and Gas Transfer in Aqueous Electrolytic Solutions. Industrial Engineering.Chem.Fundam., vol 10, no 2, pp 260-269.
• LASKOWSKI, J.S., CHO, Y.S. AND DING, K. (2003), Effect of Frothers on Bubble Size and Foam Stability in Potash Ore Flotation Systems, Canadian J. Chemical Engineering, Vol. 81, 63-69.
• NEETHLING, S.J., LEE, H.S., CILLIERS, J.J. (2002), A foam drainage equation generalised for all liquid contents, Journal of Physics: Condensed Matter, 14, 331-342
• NICKOLS, D., MOERSCHELL, G.C., BRODER, M.V. (1995), The first DAF water treatment plant in the United States. Water Science and Technology, vol 31, no 3-4, pp 239-246.
• OOLMAN T.O., BLANCH, H.W. (1986), Bubble coalescence in stagnant liquids. Chemical Engineering Communications, vol 43, pp 237-261.
• PASHLEY, R.M., CRAIG, V.S.J. (1997), Effects of Electrolytes on Bubble Coalescence. Langmuir, vol 13, pp 4772-4774.
• PUGH, R.J. (1996), Foaming, foam films, antifoaming and defoaming. Advances in Colloid and Interface Science, vol 64, pp 67-142.
• ROSS, V.E. (1991), The Behavior of Particles in Flotation Froths. Minerals Engineering, vol 4, no 7-11, pp 959-974.
• SCHMIDT, P.D., TOBIASON, J.E., EDZWALD, J.K., DUNN, H. (1995). DAF treatment of a reservoir water supply: comparison with in-line direct filtration and control of organic matter. Water Science and Technology, vol 31, no 3-4, pp 103-111.
• SPYRIDOPOULOS, M.T., SIMONS, S.J.R., (2004), Direct Measurement of Bubble-Particle Adhesion Forces on the Effects of Particle Hydrophobicity and Surfactants, Transaction of the Institution of Chemical Engineers Part A, 82, 490-498.
• THURMAN, E. M. (1985), Organic Geochemistry of Natural Waters. Martinus Nijoff/Dr W.Junk Publishers. Dordrecht, 361p.
• TSE, K., MARTIN, T., MCFARLANE, C.M., NIENOW, A.W. (1998), Visualisation of bubble coalescence in a coalescence cell, a stirred tank and a bubble column. Chemical Engineering Science, vol 53, no 23, pp 4031-4036.
• van PUFFELEN, J., BUIJS, P.J., NUHN, P.N.A.M., HIJNEN, W.A.M. (1995), Dissolved air flotation in potable water treatment: the Dutch experience. Water Science and Technology, vol 31, no 3-4, pp 149-157.