Flotacija otopljenog zraka DAF: Dizajn sustava za pročišćavanje otpadnih voda

Što radi DAF Zalaganje za pročišćavanje vode i kako to funkcionira

Što DAF predstavlja u obradi vode? DAF je akronim za flotaciju otopljenog zraka, fizikalno-kemijski proces odvajanja dizajniran za uklanjanje suspendiranih krutih tvari, ulja, masti i čestica niske gustoće iz vode. The dissolved air flotation obrada otpadnih voda proces počinje kada protok ulazi u kolektorsku kutiju koja smanjuje brzinu vode i ravnomjerno raspoređuje protok po posudi. Struja vode pod tlakom potpuno zasićena otopljenim zrakom — obično se naziva bijela voda — ubrizgava se u dolazni tok otpada zajedno sa svim potrebnim kemikalijama za flokulaciju.

Kada se otopina zrak-voda pod tlakom ispusti pri atmosferskom tlaku unutar DAF spremnika, nagli pad tlaka prisiljava otopljeni zrak da se istaloži iz otopine kao milijarde mikroskopskih mjehurića. Ovi mjehurići, obično između 30 i 50 mikrona u promjeru, vežu se za hidrofobne kontaminante i stvaraju agregate mjehurića i pahuljica ukupne specifične težine ispod 1,0, uzrokujući njihovo brzo izdizanje na površinu. Mehanički uređaj za sakupljanje uklanja plutajući sloj mulja, dok se pročišćena voda kontinuirano skuplja s više točaka unutar DAF-a i ispušta preko cijevnih ustava u komoru za otpadnu vodu. Ovo je temelj svakog DAF jedinica za pročišćavanje otpadnih voda operacija.

Fizikalni principi koji pokreću obradu vode flotacijom otopljenog zraka

The otopljeni zrak flotation obrada vode Proces je reguliran Henryjevim zakonom, koji kaže da je količina plina otopljenog u tekućini proporcionalna parcijalnom tlaku tog plina iznad tekućine. Tlačenjem reciklažne struje pročišćene otpadne vode u kontaktu sa zrakom, a pumpa za flotaciju otopljenog zraka tjera znatno više zraka u otopinu nego što je moguće pri atmosferskom tlaku. Kada ova zasićena voda ponovno uđe u DAF spremnik, pad tlaka stvara prezasićene uvjete, a višak otopljenog zraka izlazi kao mikromjehurići u rasponu od 10 do 100 mikrometara u promjeru.

Pričvršćivanje mjehurića zraka na čestice onečišćenja oslanja se na hidrofobne interakcije. Ulja, masti i kemijski uvjetovane krute tvari predstavljaju hidrofobne površine na koje se mjehurići lako lijepe. Kemijska koagulacija nakon koje slijedi flokulacija poboljšava ovaj proces stvaranjem većih, hidrofobnijih flokula koje učinkovitije hvataju mjehuriće i brže se dižu. DAF reaktor konceptualno je podijeljen na kontaktnu zonu, gdje se čestice pahuljica sudaraju i pričvršćuju na mjehuriće koji se dižu, i zonu odvajanja, gdje se agregati pahuljica i mjehurića nesmetano penju kako bi formirali plutajući sloj. Ova kombinacija fizike i kemije čini sustav plutanja otopljenog zraka iznimno učinkovito u uklanjanju laganih čestica koje se nikada ne bi taložile u konvencionalnom pročišćivaču.

DAF kriteriji dizajna sustava koji određuju performanse

Pravilno Dizajn DAF sustava zahtijeva pažljivu procjenu nekoliko međusobno ovisnih parametara. Veličina flotacijskog bazena prvenstveno je uvjetovana brzina hidrauličkog opterećenja . Konvencionalni DAF sustavi dizajnirani su za 4 do 8 galona u minuti po kvadratnom metru , dok moderni sustavi visoke brzine mogu učinkovito raditi na do 20 gpm po kvadratnom metru . Tablica u nastavku sažima kritične parametre dizajna za ispravno projektiran sustav flotacije otopljenog zraka .

The Omjer zraka i krutine (A/S). je najosnovnija varijabla dizajna. Definira koliko je zraka potrebno za plutanje određene količine krutih tvari. na 75 psig i 70 stupnjeva F , voda postiže približno 9 posto zasićenosti zraka . Za tok otpada koji sadrži 1000 miligrama po litri TSS-a, to znači otprilike Stopa recikliranja od 50 posto , dok potoci s 2000 miligrama po litri TSS zahtijevaju a Stopa recikliranja od 100 posto . The brzina utovara čvrstih tvari uspostavlja odnos između efektivne površine DAF ćelije i ukupne mase TSS i FOG koji ulaze u sustav. Većina iskusnih dizajnera preporučuje ne prekoračenje 2,0 funte na sat po kvadratnom metru kako bi se spriječio prijenos krutih tvari u pročišćeni efluent.

Postoje dvije uobičajene konfiguracije spremnika: kružni i pravokutni. Kružni spremnici se uglavnom koriste za otpadne vode i zgušnjavanje mulja, dok su pravokutni spremnici češći za obradu pitke vode. Pravokutni spremnici nude jednostavniju konstrukciju, lakše uvođenje flokulirane vode i učinkovitije uklanjanje plutajuće tvari. Konvencionalni DAF sustavi obično ograničavaju duljinu spremnika na 40 stopa , s dubinom vode od pribl 10 stopa .

Središnja uloga flotacijskih pumpi s otopljenim zrakom

The pumpa za flotaciju otopljenog zraka je najkritičnija komponenta u postizanju učinkovitog odvajanja zraka flotacijom. Ova pumpa stvara mlaz bijele vode pod pritiskom koji stvara mikro mjehuriće odgovorne za uklanjanje onečišćenja. Za razliku od standardne centrifugalne pumpe koja postiže samo Učinkovitost zasićenja od 20 do 50 posto , specijalizirana regenerativna turbina ili višestupanjska pumpa za flotaciju otopljenog zraka postiže preko 95 posto učinkovitosti zasićenja za mjehuriće u Raspon od 5 do 15 mikrona . Takva pumpa obavlja tri funkcije u jednoj jedinici: istovremeno uvlači zrak i vodu, miješa ih, a zatim otapa zrak rotorom turbine visokog smicanja.

Ova visoka učinkovitost omogućuje niske stope recikliranja 10 do 20 posto , u usporedbi s 30 do 50 posto tipično za konvencionalne sustave koji se oslanjaju na manje učinkovite metode zasićenja. Niže stope recikliranja znače učinkovitije vrijeme zadržavanja vode unutar DAF spremnika, bolje odvajanje i smanjenu potrošnju energije. Najrobusniji pumpa za flotaciju otopljenog zrakas izgrađeni su sa 316 nehrđajući čelik konstrukcija, mehaničke brtve namijenjene kontinuiranom visokotlačnom radu i vrhunski učinkoviti motori. Kada se integrira u a sustav plutanja otopljenog zraka , pumpa visokih performansi pruža dosljedne omjere zraka i vode, veličine mjehurića od 20 mikrona ili manje , a Smanjenje potrošnje kemikalija od 10 do 40 posto , i kompaktna instalacija. Ove crpke mogu se instalirati kao zamjenske reciklažne pumpe za postojeće DAF sustave ili pakirati kao dio kompletnog modula za proizvodnju bijele vode.

Osnove kemijskog kondicioniranja i predtretmana

Kemijska predobrada ključna je za postizanje visoke učinkovitosti uklanjanja dissolved air flotation obrada otpadnih voda sustavi su poznati po. Proces obično uključuje dvije faze. Koagulant - obično aluminijev sulfat, željezni klorid ili polialuminijev klorid - prvo se umiješa u otpadnu vodu, izazivajući stvaranje mikroflokula od koloidnih čestica. Zatim se dodaje polimerni flokulant za promicanje razvoja većih, stabilnijih flokula koje su otporne na lomljenje i pružaju izvrsnu plovnost.

Ispitivanje staklenke obavezno je za određivanje ispravne vrste, doze i redoslijeda dodavanja kemikalije. Ključni parametri kvalitete vode koji utječu na odluke o doziranju uključuju TSS koncentraciju, FOG vrstu i koncentraciju, BPK i KPK razine, pH, lužnatost i distribuciju veličine čestica. Za prekoračenje visokih TSS opterećenja 1.000 miligrama po litri , korak predtretmana kao što je probir ili primarna sedimentacija sprječava preopterećenje DAF jedinice i osigurava dosljednu kvalitetu otpadnih voda.

Izmjereno uklanjanje onečišćenja kroz ključne parametre

Pravilno projektiran DAF sustav za obradu vode dosljedno postiže iznimno uklanjanje onečišćenja. Sljedeće brojke predstavljaju dokumentirane performanse u širokom rasponu industrijskih postrojenja.

• Ukupna suspendirana krutina (TSS) : Učinkovitost uklanjanja kreće se od 90 do 99 posto u kombinaciji s pravilnim doziranjem kemikalija. Čak i pod promjenjivim uvjetima opterećenja, DAF sustavi rutinski održavaju TSS otpadne vode ispod 30 miligrama po litri.
• Masti, ulja i masti (FOG) : DAF je iznimno učinkovit za uklanjanje MAGLE, što postižu mnogi industrijski sustavi ukupni sadržaj ulja i masti ispod 20 dijelova na milijun u pročišćenoj otpadnoj vodi.
• Kemijska potrošnja kisika (COD) : Uklanjanjem krutih tvari i frakcija MAGLE koji značajno doprinose KPK, učinkovitost uklanjanja između 86 i 91 posto obično se promatraju.
• Zamućenost : Stope uklanjanja stalno premašuju 84 posto , s postizanjem optimiziranih instalacija Smanjenje zamućenosti od 96 do 97 posto .
• Ukupni fosfat : Učinkovitost uklanjanja između 95 i 96 posto mogu se postići u dobro optimiziranim DAF instalacijama uz odgovarajuće doziranje koagulansa metalne soli.

Što čini flotacija otopljenog zraka DAF posebno je izvanredna njegova kompaktna veličina. S vremenom zadržavanja od samo 3 do 5 minutas a dubina spremnika plitka kao 600 milimetara , DAF jedinice isporučuju učinkovitost odvajanja koja bi zahtijevala bazene za taloženje s odgovarajućim satima vremena zadržavanja. Mulj koji proizvodi DAF također je znatno gušći — uobičajeno 2 do 4 posto krutine u usporedbi s manje od 1 posto od taloženja — što smanjuje nizvodne troškove odvodnjavanja i količine rukovanja.

Prednosti u odnosu na konvencionalne sedimentacijske bistrele

U većini industrijskih primjena, a sustav plutanja otopljenog zraka je poželjna alternativa gravitacijskoj sedimentaciji. Dok su konvencionalnom pročišćivaču potrebni sati da se čestice talože, DAF aktivno pluta zagađivače prema gore za nekoliko minuta, pružajući dramatično bržu obradu. Konačna kvaliteta vode stalno je bolja jer flotacija uklanja manje, lakše čestice koje se nikada ne bi taložile u konvencionalnom taložniku.

DAF sustavi također zahtijevaju znatno manje prostora od usporedivih taložnika i, zbog svoje modularne konstrukcije, omogućuju jednostavnu instalaciju i brzo pokretanje. Oni pokazuju veću toleranciju na promjenjive uvjete opterećenja i proizvode gušći mulj koji smanjuje troškove odvodnjavanja. Moderna visoka cijena flotacija otopljenog zraka DAF dizajni uključuju značajke kao što su progresivna ekstrakcija vode, konfiguracija poprečnog toka za nižu unutarnju brzinu, pločasti separatori i sakupljanje mulja na konusnom dnu, što sve dodatno poboljšava učinkovitost i pouzdanost odvajanja.

Ključni industrijski sektori koji se oslanjaju na DAF jedinicu za pročišćavanje otpadnih voda

DAF jedinica za pročišćavanje otpadnih voda pokazalo se nezamjenjivim u širokom spektru industrija u kojima prevladavaju kontaminanti niske gustoće, a prostor je na prvom mjestu. Glavni sektori primjene uključuju:

• Prerada hrane i pića : Postrojenja za proizvodnju mesa i peradi, postrojenja za preradu mliječnih proizvoda i rafinerije jestivog ulja koriste DAF za uklanjanje visokih koncentracija masti, ulja i organskih krutih tvari iz svojih tokova otpadnih voda.
• Nafta i plin : DAF se naširoko primjenjuje u obradi proizvedene vode i rafinerijskih otpadnih voda koje sadrže dispergirano ili emulgirano ulje, postižući razine ulja i masti u otpadnim vodama koje zadovoljavaju stroge dozvole za ispuštanje.
• Celuloza i papir : Otpadne vode tvornice papira koje sadrže vlakna, punila i materijale za premazivanje dobro reagiraju na odvajanje flotacijom i za bistrenje procesne vode i za zgušnjavanje mulja.
• Kemijska i petrokemijska : Ovi objekti koriste DAF za uklanjanje emulzija ulja i vode, istaloženih metala i suspendiranih krutih tvari povezanih s procesom prije biološke obrade ili ispuštanja.
• Pročišćavanje komunalnih otpadnih voda : DAF služi i kao primarno bistrenje i kao tercijarno poliranje za uklanjanje zaostalih suspendiranih krutih tvari, fosfora i algi prije konačnog pražnjenja.
• Obrada vode za piće : Od kasnih 1960-ih, DAF se primjenjuje u proizvodnji pitke vode, pokazujući se posebno učinkovitim u uklanjanju algi, prirodnih boja i čestica niske gustoće iz zaliha površinske vode.

Operativne prakse za održivu visoku učinkovitost

Održavanje vrhunske učinkovitosti od a dissolved air flotation obrada otpadnih voda sustav zahtijeva discipliniranu operativnu kontrolu nekoliko varijabli. Tlak zasićenja u sustavu za otapanje zraka mora ostati unutar 80 do 100 psi raspon za učinkovito stvaranje mjehurića; nedovoljan tlak rezultira lošim ispuštanjem zraka, dok preveliki pritisak gubi energiju. pH se obično mora održavati u optimalnom rasponu za odabrani koagulant 6,0 do 7,5 , jer rad izvan ovog prozora povećava potrošnju kemikalija bez poboljšanja uklanjanja. Ukupni hidraulički protok kroz DAF — zbroj influenta i reciklaže — mora ostati unutar projektiranog kapaciteta opterećenja kako bi se spriječio kratki spoj i prijenos krutih tvari. Mehanizam za površinsko skidanje mora biti podešen za uklanjanje plutajućeg mulja brzinom koja sprječava da akumulirani sloj postane predebeo i da se raspadne, dok se izbjegava prekomjerno uklanjanje vode. Redoviti pregled mjerača tlaka, otkrivanje curenja i pridržavanje sveobuhvatnog rasporeda održavanja osigurava da DAF sustav za obradu vode nastavlja isporučivati performanse dizajna tijekom godina rada.