Flottazione ad aria disciolta DAF: progettazione del sistema di trattamento delle acque reflue

Cosa fa DAF Rappresenta il trattamento dell'acqua e come funziona

Che cosa significa DAF nel trattamento dell'acqua? DAF è l'acronimo di Dissolved Air Flotation, un processo di separazione fisico-chimico progettato per rimuovere dall'acqua solidi sospesi, oli, grassi e particelle a bassa densità. Il trattamento delle acque reflue mediante flottazione ad aria disciolta Il processo inizia quando l'affluente entra in una scatola di intestazione che riduce la velocità dell'acqua e distribuisce il flusso in modo uniforme attraverso la nave. Un flusso pressurizzato di acqua completamente satura di aria disciolta, comunemente chiamata acqua bianca, viene iniettato nel flusso di rifiuti in entrata insieme a tutti i prodotti chimici flocculanti necessari.

Quando la soluzione pressurizzata aria-acqua viene rilasciata a pressione atmosferica all'interno del serbatoio DAF, l'improvvisa caduta di pressione costringe l'aria disciolta a precipitare dalla soluzione sotto forma di miliardi di bolle microscopiche. Queste bolle, tipicamente tra 30 e 50 micron di diametro, si attaccano ai contaminanti idrofobici e creano aggregati a fiocchi di bolle con un peso specifico complessivo inferiore a 1,0, facendoli salire rapidamente in superficie. Un dispositivo di schiumatura meccanico rimuove lo strato di fango flottato, mentre l'acqua chiarificata viene raccolta continuamente da più punti all'interno del DAF e scaricata tramite sbarramenti in una camera di efflusso. Questo è il fondamento di qualsiasi cosa Trattamento delle acque reflue dell'unità DAF operazione.

I principi fisici che determinano il trattamento dell'acqua con flottazione ad aria disciolta

Il trattamento dell'acqua con flottazione ad aria disciolta Il processo è governato dalla legge di Henry, la quale afferma che la quantità di gas disciolto in un liquido è proporzionale alla pressione parziale di quel gas sopra il liquido. Pressurizzando un flusso di riciclo di effluenti trattati a contatto con l'aria, un pompa di flottazione dell'aria disciolta forza significativamente più aria in soluzione di quanto sia possibile a pressione atmosferica. Quando l'acqua satura rientra nel serbatoio DAF, la caduta di pressione crea condizioni sovrassature e l'aria disciolta in eccesso fuoriesce sotto forma di microbolle che vanno da Da 10 a 100 micrometri di diametro.

Il attachment of air bubbles to contaminant particles relies on hydrophobic interactions. Oils, greases, and chemically conditioned solids present hydrophobic surfaces to which the bubbles readily adhere. Chemical coagulation followed by flocculation enhances this process by building larger, more hydrophobic flocs that capture bubbles more effectively and rise faster. The DAF reactor is conceptually divided into a contact zone, where floc particles collide with and attach to rising bubbles, and a separation zone, where the floc-bubble aggregates ascend undisturbed to form a float layer. This combination of physics and chemistry makes the sistema di galleggiamento ad aria disciolta eccezionalmente efficace nel rimuovere le particelle leggere che non si depositerebbero mai in un chiarificatore convenzionale.

Criteri di progettazione del sistema DAF che determinano le prestazioni

Giusto Progettazione del sistema DAF richiede un’attenta valutazione di diversi parametri interdipendenti. La dimensione del bacino di flottazione è determinata principalmente dal velocità di carico idraulico . I sistemi DAF convenzionali sono progettati per Da 4 a 8 galloni al minuto per piede quadrato , mentre i moderni sistemi ad alta velocità possono funzionare efficacemente fino a 20 gpm per piede quadrato . La tabella seguente riassume i parametri di progettazione critici per una corretta ingegneria sistema di flottazione ad aria disciolta .

Il Rapporto aria/solidi (A/S). è la variabile di progettazione più fondamentale. Definisce quanta aria è necessaria per far galleggiare una determinata quantità di solidi. A 75 psig e 70 gradi F , l'acqua raggiunge circa 9% di saturazione dell'aria . Per un flusso di rifiuti contenente 1.000 milligrammi per litro di TSS, ciò si traduce approssimativamente in a Tasso di riciclo del 50%. , mentre i flussi con 2.000 milligrammi per litro TSS richiedono a Tasso di riciclo del 100%. . Il velocità di caricamento dei solidi stabilisce il rapporto tra la superficie effettiva della cella DAF e la massa totale di TSS e FOG in ingresso nel sistema. I designer più esperti consigliano di non eccedere 2,0 libbre all'ora per piede quadrato per evitare il trascinamento di solidi nell'effluente chiarificato.

Esistono due configurazioni comuni di serbatoi: circolare e rettangolare. I serbatoi circolari vengono utilizzati prevalentemente per le acque reflue e l'ispessimento dei fanghi, mentre i serbatoi rettangolari sono più comuni per il trattamento dell'acqua potabile. I serbatoi rettangolari offrono una costruzione più semplice, un'introduzione più semplice dell'acqua flocculata e una rimozione più efficiente del galleggiante. I sistemi DAF convenzionali in genere limitano la lunghezza del serbatoio a 40 piedi , con una profondità dell'acqua di circa 10 piedi .

Il Central Role of Dissolved Air Flotation Pumps

Il pompa di flottazione dell'aria disciolta è il componente più critico per ottenere un'efficiente separazione mediante flottazione dell'aria. Questa pompa crea il flusso pressurizzato di acque bianche che genera le microbolle responsabili della rimozione dei contaminanti. A differenza di una pompa centrifuga standard che raggiunge solo Efficienza di saturazione dal 20 al 50%. , una turbina rigenerativa specializzata o multistadio pompa di flottazione dell'aria disciolta raggiunge efficienza di saturazione superiore al 95%. per le bolle nel Intervallo da 5 a 15 micron . Una pompa di questo tipo svolge tre funzioni in una singola unità: aspira simultaneamente aria e acqua, mescolandole e quindi dissolvendo l'aria con una girante a turbina ad alto taglio.

Questa elevata efficienza consente tassi di riciclo bassissimi dal 10 al 20%. , rispetto a Dal 30 al 50%. tipico dei sistemi convenzionali che si basano su metodi di saturazione meno efficienti. Tassi di riciclo inferiori significano un tempo di ritenzione dell'acqua più efficace all'interno del serbatoio DAF, una migliore separazione e un consumo energetico ridotto. Il più robusto pompa di flottazione dell'aria discioltas sono costruiti con Acciaio inossidabile 316 costruzione, tenute meccaniche adatte al funzionamento continuo ad alta pressione e motori ad alta efficienza. Quando integrato in a sistema di galleggiamento ad aria disciolta , una pompa ad alte prestazioni offre rapporti aria-acqua costanti, dimensioni delle bolle di 20 micron o meno , a Riduzione dal 10 al 40% del consumo di prodotti chimici e un ingombro di installazione compatto. Queste pompe possono essere installate come pompe di riciclo sostitutive per i sistemi DAF esistenti o assemblate come parte di un modulo completo di generazione di acque bianche.

Elementi essenziali per il condizionamento chimico e il pretrattamento

Il pretrattamento chimico è essenziale per ottenere le elevate efficienze di rimozione che trattamento delle acque reflue mediante flottazione ad aria disciolta sono noti i sistemi. Il processo prevede tipicamente due fasi. Un coagulante – comunemente solfato di alluminio, cloruro ferrico o cloruro di polialluminio – viene prima miscelato nelle acque reflue, innescando la formazione di microfloc da particelle colloidali. Viene quindi aggiunto un flocculante polimerico per promuovere lo sviluppo di fiocchi più grandi e più stabili che resistono alla rottura e forniscono un'eccellente galleggiabilità.

Il test sul vaso è obbligatorio per determinare il tipo, il dosaggio e la sequenza corretti dell'aggiunta chimica. I principali parametri di qualità dell'acqua che influenzano le decisioni di dosaggio includono la concentrazione di TSS, il tipo e la concentrazione di FOG, i livelli di BOD e COD, il pH, l'alcalinità e la distribuzione delle dimensioni delle particelle. Per carichi TSS elevati superiori 1.000 milligrammi per litro , una fase di pretrattamento come la vagliatura o la sedimentazione primaria impedisce il sovraccarico dell'unità DAF e garantisce una qualità costante degli effluenti.

Rimozione dei contaminanti misurata in base ai parametri chiave

Un progetto adeguatamente progettato Sistema DAF per il trattamento dell'acqua raggiunge costantemente un'eccezionale rimozione dei contaminanti. Le seguenti cifre rappresentano prestazioni documentate in un'ampia gamma di installazioni industriali.

• Solidi sospesi totali (TSS) : L'efficienza di rimozione varia da Dal 90 al 99%. se combinato con un dosaggio chimico adeguato. Anche in condizioni di carico variabili, i sistemi DAF mantengono regolarmente un TSS degli effluenti inferiore a 30 milligrammi per litro.
• Grassi, oli e grasso (FOG) : DAF è eccezionalmente efficace per la rimozione della NEBBIA, come riescono a fare molti sistemi industriali contenuto totale di oli e grassi inferiore a 20 parti per milione nell'effluente trattato.
• Domanda chimica di ossigeno (COD) : Rimuovendo i solidi e le frazioni FOG che contribuiscono in modo significativo al COD, si migliora l'efficienza di rimozione 86 e 91%. sono comunemente osservati.
• Torbidità : i tassi di rimozione superano costantemente 84 per cento , con il raggiungimento di installazioni ottimizzate Riduzione della torbidità dal 96 al 97%. .
• Fosfato totale : Efficienze di rimozione tra 95 e 96%. sono ottenibili in installazioni DAF ben ottimizzate con un dosaggio appropriato del coagulante del sale metallico.

Cosa rende flottazione ad aria disciolta DAF particolarmente notevole è la sua dimensione compatta. Con un tempo di ritenzione di appena da 3 a 5 minutis e una profondità del serbatoio pari a 600 millimetri , le unità DAF garantiscono efficienze di separazione che richiederebbero bacini di sedimentazione con ore di ritenzione adeguate. Anche i fanghi prodotti da DAF sono notevolmente più spessi, in genere Dal 2 al 4% di solidi rispetto a meno dell’1% derivante dalla sedimentazione, il che riduce i costi di disidratazione a valle e i volumi di gestione.

Vantaggi rispetto ai chiarificatori a sedimentazione convenzionali

Nella maggior parte delle applicazioni industriali, a sistema di galleggiamento ad aria disciolta è l'alternativa preferita alla sedimentazione per gravità. Mentre un chiarificatore convenzionale richiede ore affinché le particelle si depositino, DAF fa galleggiare attivamente i contaminanti verso l'alto in pochi minuti, garantendo un'elaborazione notevolmente più rapida. La qualità finale dell'acqua è costantemente migliore perché la flottazione rimuove le particelle più piccole e leggere che non si depositerebbero mai in un chiarificatore convenzionale.

I sistemi DAF richiedono inoltre molto meno spazio rispetto ai chiarificatori comparabili e, grazie alla loro struttura modulare, consentono una facile installazione e un rapido avvio. Dimostrano una maggiore tolleranza alle condizioni di carico variabili e producono un fango più denso che riduce i costi di disidratazione. Alto tasso moderno flottazione ad aria disciolta DAF i progetti incorporano caratteristiche come l'estrazione progressiva dell'acqua, la configurazione a flusso incrociato per una velocità interna inferiore, separatori a piastre e raccolta dei fanghi sul fondo del cono, che migliorano ulteriormente le prestazioni di separazione e l'affidabilità.

Settori industriali chiave che si affidano al trattamento delle acque reflue delle unità DAF

Trattamento delle acque reflue dell'unità DAF si è dimostrato indispensabile in un ampio spettro di settori in cui predominano contaminanti a bassa densità e lo spazio è prezioso. I principali settori applicativi comprendono:

• Lavorazione di alimenti e bevande : Gli stabilimenti di carne e pollame, gli impianti di lavorazione dei latticini e le raffinerie di olio commestibile utilizzano DAF per rimuovere elevate concentrazioni di grassi, oli e solidi organici dai flussi di acque reflue.
• Petrolio e gas : DAF è ampiamente applicato nel trattamento dell'acqua prodotta e degli effluenti di raffineria contenenti olio disperso o emulsionato, raggiungendo livelli di olio e grasso effluenti che soddisfano rigorosi permessi di scarico.
• Polpa e carta : Le acque reflue delle cartiere contenenti fibre, riempitivi e materiali di rivestimento rispondono bene alla separazione per flottazione sia per la chiarificazione delle acque di processo che per l'ispessimento dei fanghi.
• Chimico e Petrolchimico : Questi impianti utilizzano DAF per rimuovere emulsioni olio-acqua, metalli precipitati e solidi sospesi legati al processo prima del trattamento biologico o dello scarico.
• Trattamento delle acque reflue municipali : DAF serve sia come chiarifica primaria che come lucidatura terziaria per rimuovere solidi sospesi residui, fosforo e alghe prima dello scarico finale.
• Trattamento dell'acqua potabile : Dalla fine degli anni '60, il sistema DAF è stato applicato alla produzione di acqua potabile, dimostrandosi particolarmente efficace nella rimozione di alghe, coloranti naturali e particelle a bassa densità dalle riserve idriche superficiali.

Pratiche operative per un'elevata efficienza prolungata

Mantenere le massime prestazioni da a trattamento delle acque reflue mediante flottazione ad aria disciolta Il sistema richiede un controllo operativo disciplinato di diverse variabili. La pressione di saturazione nel sistema di dissoluzione dell'aria deve rimanere entro i limiti Da 80 a 100 PSI gamma per un'efficace formazione di bolle; Una pressione insufficiente determina uno scarso rilascio dell'aria, mentre una pressione eccessiva comporta uno spreco di energia. Tipicamente, il pH deve essere mantenuto nell'intervallo ottimale per il coagulante selezionato 6,0-7,5 , poiché il funzionamento al di fuori di questa finestra aumenta il consumo di prodotti chimici senza migliorare la rimozione. Il flusso idraulico totale attraverso il DAF, ovvero la somma di affluente e riciclo, deve rimanere entro la capacità di carico di progetto per evitare cortocircuiti e trascinamento di solidi. Il meccanismo di scrematura superficiale deve essere regolato per rimuovere i fanghi galleggianti ad una velocità che eviti che lo strato accumulato diventi troppo spesso e si sfaldi, evitando al tempo stesso un'eccessiva rimozione di acqua. L'ispezione regolare dei manometri, il rilevamento delle perdite e il rispetto di un programma di manutenzione completo garantiscono che il Sistema DAF per il trattamento dell'acqua continua a fornire prestazioni di progettazione nel corso degli anni di funzionamento.