Macchina per flottazione ad aria disciolta (DAF) Produttori

La fisica dietro la flottazione ad aria disciolta e perché supera la sedimentazione per gravità per alcuni flussi di rifiuti

La sedimentazione per gravità si basa sulla differenza di densità tra i solidi sospesi e l'acqua per favorire la separazione delle particelle. Per i contaminanti con densità prossime a quella dell'acqua (oli emulsionati, particelle colloidali fini, alghe e fiocchi biologici) le velocità di sedimentazione sono estremamente lente, spesso rendendo l'impronta del chiarificante impraticabilmente grande per il tempo di ritenzione idraulica richiesto. Macchine per flottazione ad aria disciolta risolvere questo problema invertendo il vettore di separazione: invece di aspettare che le particelle affondino, le microbolle generate sotto pressione si attaccano alle particelle contaminanti e le trasportano verso l'alto verso la superficie come uno strato di fango flottato.

Il processo inizia in un recipiente di pressurizzazione dove un flusso di riciclo di effluenti chiarificati è saturato con aria a una temperatura tipicamente 3–6 bar . Quando questo flusso sovrasaturo viene rilasciato attraverso gli ugelli di riduzione della pressione nel serbatoio di flottazione, l'aria esce dalla soluzione sotto forma di microbolle con diametri nell'ordine di 10–100 µm . La dimensione delle bolle è fondamentale: le bolle più piccole di 40 µm salgono abbastanza lentamente da massimizzare il tempo di contatto con le particelle sospese, mentre le bolle più grandi di 150 µm salgono troppo rapidamente e bypassano gran parte del carico contaminante.

Il meccanismo di attacco delle particelle di bolle è governato dalla chimica della superficie. Le particelle idrofobiche – oli, cere e alcune fibre sintetiche – si attaccano facilmente alle bolle d’aria senza condizionamento chimico. Le particelle idrofile come i minerali argillosi e i fiocchi di idrossido metallico richiedono l'aggiunta di coagulante e flocculante per rendere le loro superfici sufficientemente idrofobe per un efficace fissaggio delle bolle. Questa distinzione ha implicazioni dirette sulla progettazione del sistema di dosaggio chimico e sulle proiezioni dei costi operativi.

Applicazioni industriali in cui DAF offre vantaggi di trattamento misurabili

DAF I sistemi non sono universalmente superiori ad altre tecnologie di chiarificazione: i loro vantaggi sono più pronunciati in specifici profili di acque reflue. Comprendere dove DAF offre le migliori prestazioni evita specifiche eccessive nelle applicazioni in cui sarebbero sufficienti tecnologie più semplici e specifiche insufficienti nelle applicazioni in cui i chiarificatori a gravità non riuscirebbero a soddisfare i limiti di scarico.

I settori in cui DAF offre costantemente ottime prestazioni includono:

• Lavorazione di alimenti e bevande — concentrazioni elevate di grassi, oli e grassi (FOG) derivanti dalla macellazione di carne, latticini e raffinazione di olio commestibile rispondono eccezionalmente bene al DAF, raggiungendo efficienze di rimozione dei FOG di 90–98% in un unico passaggio con opportuno condizionamento chimico
• Stampa e tintura delle acque reflue — le particelle di colorante colloidale e le emulsioni stabilizzate con tensioattivi che resistono alla sedimentazione per gravità vengono catturate efficacemente dalla flottazione DAF, riducendo i carichi di colore e COD nel trattamento biologico a valle
• Cartiere e cartiere — i fini delle fibre e le particelle di riempitivo (caolino, carbonato di calcio) vengono facilmente fatti galleggiare, consentendo il recupero delle fibre e riducendo contemporaneamente i solidi sospesi negli effluenti del mulino
• Concerie di pelle — i fanghi contenenti cromo e i composti proteici derivanti dalle operazioni di macerazione e calcinazione vengono concentrati in uno strato di fanghi di flottazione con un contenuto di umidità significativamente inferiore rispetto agli equivalenti depositati per gravità, riducendo il carico di disidratazione a valle
• Lavorazione della plastica e rivestimento superficiale — gli oli da taglio emulsionati e le vernici solide richiedono un DAF assistito da coagulazione per rompere le emulsioni prima della flottazione; se correttamente condizionato, l'efficienza di rimozione supera 85% per i solidi sospesi totali

L'esperienza progettuale di Hengye Technology in questi settori ha dimostrato che le prestazioni del DAF sono altamente sensibili alle fasi di coagulazione e flocculazione immediatamente a monte del serbatoio di flottazione. Investire nella corretta progettazione del sistema di condizionamento chimico produce costantemente rendimenti maggiori rispetto al sovradimensionamento dell'unità DAF stessa.

Parametri di progettazione chiave che determinano l'affidabilità DAF a lungo termine

Le unità DAF che presentano prestazioni inferiori sul campo in genere condividono una serie comune di carenze di progettazione riconducibili alla fase ingegneristica iniziale. I parametri più importanti che regolano sia l'efficienza di separazione che la stabilità operativa sono il tasso di carico idraulico superficiale, il rapporto di riciclo e la geometria di distribuzione del flusso in ingresso.

Il tasso di carico idraulico della superficie, espresso in metri cubi di affluente per metro quadrato di superficie del serbatoio di galleggiamento all'ora, è la variabile di dimensionamento principale. Per la maggior parte delle applicazioni industriali, i valori di progettazione rientrano nell'intervallo di 3–8 m³/m²·h , con valori più bassi applicati alle acque reflue contenenti fiocchi fini che salgono lentamente e valori più alti ammessi per materiali più grossolani e che galleggiano rapidamente. Il superamento della velocità di carico di progetto durante gli eventi di flusso di picco provoca un cortocircuito idraulico, in cui il flusso in entrata interrompe la coltre di fango flottato e trasporta i solidi non separati nell'uscita dell'effluente chiarificato.

Il rapporto di riciclo – la frazione di effluenti chiarificati pressurizzati e restituiti per generare microbolle – varia tipicamente da 15–50% del flusso influente. Rapporti di riciclo più elevati generano un volume di bolle maggiore e migliorano la probabilità di contatto con le particelle sospese, ma aumentano il consumo di energia della pompa di riciclo e del sistema di pressurizzazione. L'ottimizzazione di questo parametro richiede il bilanciamento delle prestazioni del trattamento rispetto ai costi operativi nell'intero intervallo di concentrazioni previste di solidi influenti.

La distribuzione in ingresso è spesso sottoingegnerizzata. L’introduzione di un flusso di riciclo pressurizzato e di affluenti condizionati in modo turbolento e scarsamente distribuito interrompe la formazione di microbolle e provoca un carico irregolare su tutta la larghezza del serbatoio, creando canali ad alta velocità in cui la separazione è inefficace lasciando stagnanti le altre zone. I deflettori di ingresso e le disposizioni dei diffusori progettati correttamente sono essenziali per ottenere condizioni idrauliche di flusso a pistone che massimizzano l'efficienza di galleggiamento.

Caratteristiche dei fanghi galleggiati e considerazioni sulla gestione a valle

Lo strato di fango flottato prodotto da un sistema DAF differisce sostanzialmente dal fango sedimentato per gravità sia per le caratteristiche fisiche che per i requisiti di movimentazione a valle. Il float DAF in genere contiene 2–6% di solidi secchi in massa - significativamente superiore alla concentrazione di solidi dello 0,5–1,5% comune nel sottoflusso del chiarificatore a gravità - che riduce il carico volumetrico nelle successive fasi di ispessimento e disidratazione.

Tuttavia, la composizione dei fanghi DAF varia considerevolmente a seconda della fonte di acque reflue a monte. Il galleggiante proveniente dalle acque reflue della lavorazione alimentare è prevalentemente organico, con un elevato contenuto di grassi che crea difficoltà per la disidratazione delle presse a vite: il residuo untuoso e comprimibile può ridurre l'efficacia della pulizia dell'anello del filtro e aumentare la domanda di polimeri. Il galleggiante derivante dai processi di precipitazione chimica, al contrario, può contenere solidi di idrossido metallico che sono più suscettibili alla compressione meccanica ma possono richiedere percorsi di smaltimento dei rifiuti pericolosi a seconda delle concentrazioni di metalli pesanti.

Il design del collettore di fanghi, che si tratti di un raschiatore a catena, di un collettore a spirale rotante o di una scrematrice idraulica, influisce sia sulla consistenza della rimozione del galleggiante che sul grado di acqua di diluizione introdotta nel flusso di fanghi. Un raschiamento aggressivo ad alta velocità può trascinare nuovamente i solidi galleggianti nella zona chiarificata; Una schiumazione non sufficientemente frequente provoca un eccessivo ispessimento dello strato galleggiante, che ne aumenta il peso specifico e ne provoca il ricadere di porzioni nella vasca. Presso Yixing Hengye Environmental Protection Technology Co., Ltd., i sistemi DAF sono progettati con percorsi integrati di gestione dei fanghi, garantendo che il tipo di collettore, la frequenza di scrematura e la capacità delle apparecchiature di disidratazione a valle siano specificati come un sistema coordinato anziché selezionati in modo indipendente, che è una fonte comune di lacune prestazionali evitabili nelle installazioni progettate da fornitori di sole apparecchiature.