Dissolved Air Flotation DAF: Wastewater Treatment System Design

Ce face DAF Reprezintă în tratarea apei și cum funcționează

Ce înseamnă DAF în tratarea apei? DAF este acronimul pentru Flotarea aerului dizolvat, un proces de separare fizico-chimic conceput pentru a îndepărta solidele în suspensie, uleiurile, grăsimile și particulele cu densitate scăzută din apă. The tratarea apelor uzate prin flotație cu aer dizolvat procesul începe atunci când influentul intră într-o cutie de colectare care reduce viteza apei și distribuie uniform debitul pe vas. Un flux de apă sub presiune, complet saturat cu aer dizolvat - numit în mod obișnuit apă albă - este injectat în fluxul de deșeuri care vine împreună cu orice substanțe chimice floculante necesare.

Când soluția de aer-apă sub presiune este eliberată la presiunea atmosferică în interiorul rezervorului DAF, căderea bruscă de presiune forțează aerul dizolvat să precipite din soluție sub formă de miliarde de bule microscopice. Aceste bule, de obicei între 30 și 50 de microni în diametru, se atașează la contaminanții hidrofobi și creează agregate cu bule cu o greutate specifică generală sub 1,0, făcându-le să se ridice rapid la suprafață. Un dispozitiv mecanic de curățare îndepărtează stratul de nămol plutit, în timp ce apa limpezită este colectată în mod continuu din mai multe puncte din interiorul DAF și evacuată peste barurile de conducte într-o cameră de efluent. Acesta este fundamentul oricărui Unitatea de tratare a apelor uzate DAF operare.

Principiile fizice care conduc la tratarea apei prin flotarea aerului dizolvat

The tratarea apei prin flotație cu aer dizolvat Procesul este guvernat de Legea lui Henry, care afirmă că cantitatea de gaz dizolvată într-un lichid este proporțională cu presiunea parțială a acelui gaz deasupra lichidului. Prin presurizarea unui flux reciclat de efluent tratat în contact cu aerul, a pompa de flotatie cu aer dizolvat forțează mult mai mult aer în soluție decât este posibil la presiunea atmosferică. Când această apă saturată reintră în rezervorul DAF, căderea de presiune creează condiții suprasaturate, iar excesul de aer dizolvat scapă sub formă de microbule de la 10 până la 100 de micrometri în diametru.

Atașarea bulelor de aer la particulele contaminante se bazează pe interacțiuni hidrofobe. Uleiurile, grăsimile și solidele condiționate chimic prezintă suprafețe hidrofobe la care bulele aderă ușor. Coagularea chimică urmată de floculare îmbunătățește acest proces prin construirea de flocuri mai mari, mai hidrofobe, care captează bulele mai eficient și cresc mai repede. Reactorul DAF este împărțit conceptual într-o zonă de contact, în care particulele floc se ciocnesc și se atașează de bule în creștere și o zonă de separare, unde agregatele floc-bule urcă netulburate pentru a forma un strat plutitor. Această combinație de fizică și chimie face ca sistem de plutire cu aer dizolvat excepțional de eficient în îndepărtarea particulelor ușoare care nu s-ar depune niciodată într-un clarificator convențional.

Criterii de proiectare a sistemului DAF care determină performanța

Corect Proiectarea sistemului DAF necesită evaluarea atentă a mai multor parametri interdependenți. Dimensiunea bazinului de flotație este determinată în primul rând de rata de încărcare hidraulică . Sistemele DAF convenționale sunt proiectate pentru 4 până la 8 galoane pe minut pe metru pătrat , în timp ce sistemele moderne de mare viteză pot funcționa eficient până la 20 gpm pe metru pătrat . Tabelul de mai jos rezumă parametrii critici de proiectare pentru un proiectat corespunzător sistem de flotație cu aer dizolvat .

The Raport aer/solide (A/S). este cea mai fundamentală variabilă de proiectare. Acesta definește cât de mult aer este necesar pentru a pluti o anumită cantitate de solide. La 75 psig și 70 de grade F , apa atinge aproximativ 9 procente de saturație a aerului . Pentru un flux de deșeuri care conține 1.000 de miligrame pe litru de TSS, aceasta se traduce în aproximativ o Rata de reciclare de 50%. , în timp ce fluxurile cu 2.000 de miligrame pe litru TSS necesită a Rata de reciclare de 100%. . The rata de încărcare cu solide stabilește relația dintre suprafața efectivă a celulei DAF și masa totală a TSS și FOG care intră în sistem. Cei mai mulți designeri cu experiență recomandă să nu depășească 2,0 lire sterline pe oră pe metru pătrat pentru a preveni transferul de solide în efluentul limpezit.

Există două configurații comune de rezervoare: circulară și dreptunghiulară. Rezervoarele circulare sunt folosite predominant pentru îngroșarea apelor uzate și a nămolului, în timp ce rezervoarele dreptunghiulare sunt mai frecvente pentru tratarea apei potabile. Rezervoarele dreptunghiulare oferă o construcție mai simplă, o introducere mai ușoară a apei floculate și o îndepărtare mai eficientă a plutitorului. Sistemele DAF convenționale limitează de obicei lungimea rezervorului la 40 de picioare , cu o adâncime a apei de aproximativ 10 picioare .

Rolul central al pompelor de flotație cu aer dizolvat

The pompa de flotatie cu aer dizolvat este cea mai critică componentă în realizarea unei separări eficiente prin flotarea aerului. Această pompă creează curentul de apă albă sub presiune care generează microbulele responsabile pentru îndepărtarea contaminanților. Spre deosebire de o pompă centrifugă standard care realizează numai 20 până la 50 la sută eficiență de saturație , o turbină regenerativă specializată sau cu mai multe trepte pompa de flotatie cu aer dizolvat realizează eficiență de saturație de peste 95%. pentru bule în Interval de la 5 la 15 microni . O astfel de pompă îndeplinește trei funcții într-o singură unitate: aspirarea simultană a aerului și a apei, amestecarea acestora și apoi dizolvarea aerului cu un rotor de turbină cu forfecare mare.

Această eficiență ridicată permite rate de reciclare cât mai mici 10 până la 20 la sută , comparativ cu 30 până la 50 la sută tipic sistemelor conventionale care se bazeaza pe metode de saturare mai putin eficiente. Rate mai mici de reciclare înseamnă un timp mai eficient de reținere a apei în rezervorul DAF, o mai bună separare și un consum redus de energie. Cel mai robust pompa de flotatie cu aer dizolvats sunt construite cu otel inoxidabil 316 construcție, etanșări mecanice evaluate pentru funcționare continuă la înaltă presiune și motoare cu eficiență premium. Când este integrat într-un sistem de plutire cu aer dizolvat , o pompă de înaltă performanță oferă rapoarte consistente aer-apă, dimensiuni ale bulelor de 20 microni sau mai puțin , a Reducere cu 10 până la 40% a consumului de substanțe chimice , și o amprentă de instalare compactă. Aceste pompe pot fi instalate ca pompe de reciclare de înlocuire pentru sistemele DAF existente sau ambalate ca parte a unui modul complet de generare a apei albe.

Condiționare chimică și pretratare

Pretratarea chimică este esențială pentru obținerea unor eficiențe mari de îndepărtare care tratarea apelor uzate prin flotație cu aer dizolvat sistemele sunt cunoscute pentru. Procesul implică de obicei două etape. Un coagulant - de obicei sulfat de aluminiu, clorură ferică sau clorură de polialuminiu - este mai întâi amestecat în apa reziduală, declanșând formarea de microflocuri din particulele coloidale. Se adaugă apoi un floculant polimeric pentru a promova dezvoltarea unor flocuri mai mari și mai stabile, care atât rezistă la rupere și oferă o flotabilitate excelentă.

Testarea borcanelor este obligatorie pentru a determina tipul corect, doza și secvența de adăugare chimică. Parametrii cheie de calitate a apei care influențează deciziile de dozare includ concentrația TSS, tipul și concentrația FOG, nivelurile de BOD și COD, pH-ul, alcalinitatea și distribuția dimensiunii particulelor. Pentru sarcini mari TSS care depășesc 1.000 de miligrame pe litru , o etapă de pretratare, cum ar fi screening-ul sau sedimentarea primară, împiedică unitatea DAF să fie copleșită și asigură o calitate constantă a efluentului.

Îndepărtarea contaminanților măsurată prin parametrii cheie

Un proiectat corespunzător Sistem DAF pentru tratarea apei realizează în mod constant o îndepărtare excepțională a contaminanților. Următoarele cifre reprezintă performanța documentată într-o gamă largă de instalații industriale.

• Solide totale în suspensie (TSS) : Eficiența de eliminare variază de la 90 până la 99 la sută atunci când este combinat cu dozarea chimică adecvată. Chiar și în condiții variabile de încărcare, sistemele DAF mențin în mod obișnuit efluentul TSS sub 30 de miligrame pe litru.
• Grăsimi, uleiuri și grăsimi (FOG) : DAF este excepțional de eficient pentru îndepărtarea ceață, cu multe sisteme industriale reușind conținutul total de ulei și grăsimi sub 20 părți per milion în efluentul tratat.
• Cererea chimică de oxigen (COD) : Prin eliminarea solidelor și a fracțiilor de CEA care contribuie semnificativ la COD, eficiența de eliminare între 86 și 91 la sută sunt observate frecvent.
• Turbiditate : Ratele de eliminare depășesc în mod constant 84 la sută , cu realizarea de instalații optimizate Reducerea turbidității cu 96 până la 97%. .
• Fosfat total : Eficiența de eliminare între 95 și 96 la sută sunt realizabile în instalații DAF bine optimizate cu dozare adecvată a coagulantului de sare metalică.

Ce face flotare cu aer dizolvat DAF deosebit de remarcabilă este dimensiunea sa compactă. Cu un timp de retenție de doar 3 până la 5 minutes și o adâncime de rezervor la fel de mică ca 600 de milimetri , unitățile DAF oferă eficiențe de separare care ar necesita bazine de sedimentare cu ore de timp de retenție pentru a se potrivi. Nămolul produs de DAF este, de asemenea, semnificativ mai gros - de obicei 2 până la 4 procente solide comparativ cu mai puțin de 1% din sedimentare - ceea ce reduce costurile de deshidratare în aval și volumele de manipulare.

Avantaje față de clarificatoarele de sedimentare convenționale

În majoritatea aplicațiilor industriale, a sistem de plutire cu aer dizolvat este alternativa preferată la sedimentarea gravitațională. În timp ce un clarificator convențional necesită ore pentru ca particulele să se depună, DAF plutește activ contaminanții în sus în câteva minute, oferind o procesare dramatic mai rapidă. Calitatea finală a apei este constant mai bună, deoarece flotația îndepărtează particulele mai mici și mai ușoare care nu s-ar depune niciodată într-un clarificator convențional.

Sistemele DAF necesită, de asemenea, mult mai puțin spațiu decât clarificatoarele comparabile și, datorită construcției lor modulare, permit o instalare ușoară și o pornire rapidă. Ele demonstrează o toleranță mai mare pentru condiții variabile de încărcare și produc un nămol mai gros care reduce costurile de deshidratare. Modern de mare rată flotare cu aer dizolvat DAF design-urile încorporează caracteristici precum extracția progresivă a apei, configurația cu flux încrucișat pentru viteză internă mai mică, separatoare cu plăci și colectarea nămolului pe fundul conului, toate acestea îmbunătățind și mai mult performanța și fiabilitatea separării.

Sectoarele industriale cheie care se bazează pe unitatea de tratare a apelor uzate DAF

Unitatea de tratare a apelor uzate DAF s-a dovedit indispensabil într-un spectru larg de industrii în care predomină contaminanții cu densitate scăzută, iar spațiul este limitat. Principalele sectoare de aplicare includ:

• Prelucrarea alimentelor și a băuturilor : Fabricile de carne și păsări de curte, unitățile de procesare a produselor lactate și rafinăriile de ulei comestibil folosesc DAF pentru a elimina concentrațiile mari de grăsimi, uleiuri și solide organice din fluxurile lor de apă uzată.
• Petrol și gaze : DAF este aplicat pe scară largă în tratarea apei produse și a efluenților de rafinărie care conțin ulei dispersat sau emulsionat, obținând niveluri de ulei și grăsimi efluenți care îndeplinesc autorizațiile stricte de deversare.
• Celuloză și hârtie : Paper mill wastewater containing fibers, fillers, and coating materials responds well to flotation separation for both process water clarification and sludge thickening.
• Chemical and Petrochemical : These facilities use DAF to remove oil-water emulsions, precipitated metals, and process-related suspended solids prior to biological treatment or discharge.
• Municipal Wastewater Treatment : DAF serves as both primary clarification and tertiary polishing to remove residual suspended solids, phosphorus, and algae before final discharge.
• Drinking Water Treatment : Since the late 1960s, DAF has been applied to drinking water production, proving particularly efficient at removing algae, natural color, and low-density particles from surface water supplies.

Operational Practices for Sustained High Efficiency

Maintaining peak performance from a tratarea apelor uzate prin flotație cu aer dizolvat system requires disciplined operational control of several variables. The saturation pressure in the air dissolution system must remain within the 80 to 100 psi range for effective bubble formation; insufficient pressure results in poor air release, while excessive pressure wastes energy. The pH must be maintained in the optimal range for the selected coagulant, typically 6.0 to 7.5 , as operation outside this window increases chemical consumption without improving removal. Total hydraulic flow through the DAF — the sum of influent and recycle — must stay within the design loading capacity to prevent short-circuiting and solids carryover. The surface skimming mechanism must be adjusted to remove float sludge at a rate that prevents the accumulated layer from becoming too thick and breaking apart, while avoiding excessive water removal. Regular inspection of pressure gauges, detection of leaks, and adherence to a comprehensive maintenance schedule ensure that the Sistem DAF pentru tratarea apei continues to deliver design performance over years of operation.