Dissolved Air Flotation System: DAF Water Treatment Explained

Mi az a Oldott levegő flotációs rendszer ?

A oldott levegő flotációs rendszer egy víztisztítási technológia, amely mikroszkopikus légbuborékokhoz rögzítve távolítja el a vízből a lebegő szilárd anyagokat, zsírokat, olajokat, zsírokat és finom részecskéket. Ahogy ezek a buborékok a felszínre emelkednek, szennyeződéseket visznek magukkal, és egy úszóréteget képeznek, amelyet mechanikusan lefölöznek – letisztult szennyvizet hagyva alul.

A magmechanizmus abból áll, hogy az oldott levegővel telített vizet nyomás alá helyezik, majd légköri nyomáson egy nyitott flotációs tartályba engedik. A hirtelen nyomásesés hatására az oldott levegő tipikusan milliónyi mikrobuborék formájában távozik az oldatból 10-100 mikron átmérőjű . Ezek a buborékok a lebegő részecskékhez tapadnak, és nem süllyednek, hanem lebegnek – ez kritikus előny a hagyományos gravitációs ülepítéssel szemben olyan alkalmazásokban, ahol minimális az ülepedhető szilárd anyag, vagy ahol gyors áteresztőképességre van szükség.

A DAF rendszereket széles körben alkalmazzák a települési vízkezelésben, az ipari technológiai vízben és a szennyvíz visszanyerésében. Kompakt alapterületük és nagy hidraulikus terhelési arányuk miatt különösen alkalmasak helyszűke vagy nagy mennyiségű feldolgozási igényű létesítményekben.

Hogyan működik a DAF szennyvízkezelés: A folyamat szakaszai

A működési sorrend megértése DAF szennyvízkezelés segít tisztázni, hogy a technológia miért jobb teljesítményt nyújt az alternatíváknál bizonyos szennyezőanyag-profilokban. Egy megfelelően megtervezett DAF egység négy fő szakaszon keresztül dolgozza fel a befolyást:

1. Kémiai koaguláció és flokkuláció

A befolyó szennyvizet először koagulánsokkal – általában alumínium-szulfáttal, vas-kloriddal vagy polimer keverékekkel – adagolják a kolloid részecskék destabilizálására. Ezt követi a flokkuláció, ahol a finom keverés arra ösztönzi a kis részecskéket, hogy nagyobb, buborékfogadó pelyhekké tömörüljenek. A megfelelő vegyszeradagolás ebben a szakaszban közvetlenül meghatározza az eltávolítási hatékonyságot; Az aluladagolással finom szilárd anyagok maradnak szuszpenzióban, míg a túladagolás növeli az iszap mennyiségét és a vegyszerköltségeket.

2. Nyomás alatti újrahasznosítási telítettség

A tisztított szennyvíz egy része – jellemzően a bemeneti áramlás 10-50%-a – újrahasznosítják, és 40–80 psi nyomás alá helyezik egy telítőtartályban, ahol alaposan összekeverik sűrített levegővel. Ezen a megemelt nyomáson a víz túltelítetté válik az oldott levegővel, amely messze meghaladja a légköri körülmények között lehetségeset.

3. Lebegtetés és szétválasztás

A túlnyomásos recycle-áramot egy fúvókán vagy diffúzoron keresztül a flotációs tartályba fecskendezik, és összekeverik a kémiailag kondicionált befolyóval. Amikor a nyomás a légköri szintre csökken, az oldott levegő finom buborékok formájában magokat képez, amelyek összeütköznek a pelyhesített részecskékkel, és hozzátapadnak. A betöltött buborékok sebessége emelkedik 5-10 méter óránként , úszó takaróként felhalmozódik a tartály felületén. Egy forgó szkimmer vagy strand-és kaparó mechanizmus folyamatosan eltávolítja ezt az úszóréteget egy iszaptartályba.

4. Tisztított szennyvízkibocsátás

A megtisztított víz a flotációs tartály alján lévő víz alá merülő kifolyónyíláson keresztül távozik. A downstream követelményektől függően ez a szennyvíz biológiai tisztításra, szűrésre vagy közvetlen kibocsátásra kerül. A jól működő DAF rendszerekben 90-99%-os lebegőanyag eltávolítási hatékonyság elérhetők, a szennyvízben lévő összes lebegőanyag-tartalom (TSS) általában 10 mg/l alatt van.

A DAF vízkezelés kulcsfontosságú alkalmazásai az iparágakban

DAF vízkezelés az ipari és települési szennyvízzel kapcsolatos kihívások széles skáláját kezeli. Hatékonysága könnyű, nem ülepedő szennyeződésekkel a következő szektorokban az előnyben részesített elsődleges derítési módszerré pozicionálja:

Élelmiszer-feldolgozási alkalmazásokban a DAF különösen kritikus a tejtermékek, vágóhidak és zöldségmosó szennyvíz esetében, ahol a zsír- és fehérjeterhelés gyorsan túlterhelné a biológiai tisztítóegységeket, elsődleges tisztázás nélkül. A települési környezetben a DAF a közvetlen szűrőberendezések és a magas algakoncentrációjú tározóvizek ülepítőmedencéinek kompakt alternatívájaként vált ismertté.

DAF vs. Hagyományos ülepítés: Teljesítmény-összehasonlítás

Az oldott levegős flotációs rendszer bevezetésére vonatkozó döntés a hagyományos gravitációs derítéssel szemben a célszennyeződések fizikai jellemzőitől és a berendezés hidraulikus korlátaitól függ. A következő összehasonlítás rávilágít arra, hogy az egyes technológiák hol tartanak döntő előnyt:

Hidraulikus terhelési sebesség

A DAF tartályok felületi terhelési sebességgel működnek 4-20 m³/m²/h 0,5–2,5 m³/m²/h a hagyományos ülepítéshez képest. Ez közvetlenül kisebb tartályterületet jelent ugyanazon térfogati áteresztőképesség mellett – gyakran egynegyede-tizede egy ekvivalens ülepítőmedence felülete. Városi vagy utólagos telepítéseknél, ahol a terület korlátozott, ez az előny gyakran meghatározó.

Alacsony sűrűségű részecskeeltávolítás

A gravitációs ülepedés a víznél nagyobb sűrűségű részecskéktől függ. Az algasejtek, az emulgeált olajok és a finom rostanyagok sűrűsége megközelíti vagy az alatti 1,0 g/cm³, és rendkívül lassan, vagy egyáltalán nem ülepednek. A DAF megfordítja ezt a korlátozást – minél világosabb a részecske, annál könnyebben lebeg, ha egy mikrobuborék megtapadt. Ez teszi a DAF-ot az egyetlen praktikus derítési módszerré számos algában gazdag vagy magas FOG-tartalmú (zsír, olaj, zsír) befolyás esetén.

Indítási és válaszidő

A DAF egységek ekkor érik el az állandósult üzemmódot 15-30 perc indítás után, így jól alkalmazhatók szakaszos műveletekhez vagy változó áramlási mintájú üzemekhez. Az ülepítő medencék stabilizálódása több órát igényel, és nem alkalmasak időszakos vagy sokkos terhelésre.

Az iszap jellemzői

A DAF úszóiszap lényegesen vastagabb, mint az ülepítő iszap, jellemző szilárdanyag-koncentrációja kb. 3-8% száraz tömeg szemben az ülepített iszap 0,5–2%-ával. Ez csökkenti a későbbi víztelenítési költségeket, de erőteljesebb sűrítési és ártalmatlanítási infrastruktúrát igényelhet a nagy volumenű telepítéseknél.

Tervezési szempontok oldott levegős flotációs rendszerhez

Kiválasztás és méretezés a oldott levegő flotációs rendszer megköveteli a befolyás jellemzőinek, a folyamat céljainak és a helyszíni feltételeknek gondos értékelését. A rendszer tervezését és hosszú távú teljesítményét a következő tényezők befolyásolják leginkább:

• Levegő-szilárd anyag (A/S) arány: A felszabaduló oldott levegő aránya a lebegtetendő szilárd anyagok tömegéhez viszonyítva, jellemzően 0,005 és 0,06 ml levegő/mg szilárd anyag között van. Az elégtelen A/S hiányos flotációt eredményez; a többlet arányos haszon nélkül növeli az energiafogyasztást.
• Újrahasznosítási arány: A magasabb újrahasznosítási arány (akár 50%) több mikrobuborékot biztosít a kihívást jelentő befolyásokhoz, de növeli a szivattyú energiaigényét. A legtöbb rendszer 15–25%-ra van optimalizálva a teljesítmény és a hatékonyság egyensúlya érdekében.
• Telítési nyomás: A 400–600 kPa (58–87 psi) üzemi nyomás szabványos. A magasabb nyomás növeli az oldott levegő tartalmát, de növeli a berendezés- és energiaköltségeket is. A telítőgép hatékonyságát az üzembe helyezés során ellenőrizni kell, mivel a rossz levegő oldódás az alulteljesítés gyakori oka.
• A tartály geometriája: A téglalap alakú DAF tartályok az egyenletes áramláseloszlás miatt a nagyobb telepítéseknél előnyösebbek, míg a kisebb csomagegységekben a körkörös kialakítás gyakori. A tartálymélység jellemzően 1,5 és 3,0 m között van, a sekély tartályok gyorsabb úszófelhalmozódást és lefölözést tesznek lehetővé.
• Vegyszeradagoló rendszer: A programozható adagolószivattyúkkal és automatizált pH-szabályozással ellátott integrált koagulációs-flokkulációs fokozat elengedhetetlen a változó befolyási terhelések közötti állandó teljesítményhez.
• Iszapkezelés: Az úszó eltávolítás gyakoriságát, az iszaptartály méretét, valamint a sűrítési vagy víztelenítési kapacitást a szilárdanyag-terheléshez kell igazítani. Nagy terhelésű alkalmazásoknál előnyös a folyamatos lefölözés; az időszakos lefölözés az alacsonyabb koncentrációjú befolyásoknak megfelelő.

Az erősen változó szennyvizet kezelő ipari felhasználóknak – például szezonális élelmiszer-feldolgozóknak vagy szakaszos vegyi üzemeknek – erősen javasolt a próbatesztelés a DAF-rendszer specifikációinak véglegesítése előtt. A tégelyes tesztelés és a próbapadi flotációs kísérletek reprezentatív körülmények között jellemezhetik a vegyszerigényt, az elérhető szennyvízminőséget és az úszótérfogat-termelést.

Működési optimalizálás és gyakori kihívások

Még a jól megtervezett DAF szennyvíztisztító rendszerek is alulteljesíthetnek, ha nem veszik figyelembe a folyamatváltozókat. A leggyakoribb működési problémák és azok korrekciós módjai a következők:

Float szakítás és átvitel

Ha az úszótakaró túl mélyre kerül, vagy a turbulens befúvó befecskendezés megzavarja, az egyes részek széteshetnek, és visszajuthatnak a szennyvízáramba. A megoldások közé tartozik a hidraulikus terhelés csökkentése, a befolyó elosztó terelőlapok beállítása és az áthaladás gyakoriságának növelése. Az úszó szilárd anyagokat el kell távolítani, mielőtt felhalmozódnának 150-200 mm mélységben .

Nem megfelelő mikrobuborékképződés

A gyenge buborékképződés – inkább nagy, szabálytalan buborékokként, semmint finom fehér felhőként látható – jellemzően a telítőanyag eltömődését, a fúvóka kopását vagy az elégtelen visszaforgatási nyomást jelzi. A fúvókák és a nyomásmérők rendszeres ellenőrzése a havi telítési öblítéssel kombinálva a legtöbb esetben megelőzi.

Chemical Dosing Drift

A befolyásoló összetétel szezonálisan és a gyártási ütemterv szerint változik. A DAF teljesítménye nagyon érzékeny a koaguláns dózisára; a befolyó TSS vagy szerves terhelés 20%-os változása szükségessé teheti a polimer vagy koaguláns adagolás megfelelő módosítását. A szennyvíz zavarosságának online monitorozása a rendszeres edényteszttel kombinálva a legmegbízhatóbb módszer az optimális vegyszeradag fenntartására.

Hőmérséklet hatásai

A hideg víz több oldott levegőt tart vissza, de növeli a víz viszkozitását, lelassítva a buborékok növekedési sebességét. Jelentős szezonális hőmérséklet-ingadozású éghajlaton a DAF teljesítménye télen romolhat az újrahasznosítási arány és a vegyszeradagolás újrakalibrálása nélkül. Fűtött befolyó vagy szigetelt tartályok garantálhatók hideg területeken történő telepítés esetén.

A DAF technológia új fejlesztései

A folyamatos kutatás és az ipari alkalmazás számos olyan előrelépést eredményezett az oldott levegős flotációs tervezésben, amelyek most kezdik a főbb alkalmazásokat:

• Nano-buborék DAF: Buborékok generálása a 0,1-1 mikron A hidrodinamikus kavitáció vagy elektrokémiai eszközök révén sokkal finomabb részecskékhez és kolloid anyagokhoz való kötődést tesz lehetővé, amelyeket a hagyományos DAF nem képes hatékonyan rögzíteni. Az ivóvízkezelés kísérleti létesítményei optimalizált körülmények között 3 log-ot meghaladó kriptosporidium-eltávolítási arányt értek el.
• Nagydíjas DAF: A bemeneti fúvókák kialakításának és a terelőlap geometriájának fejlődése egyes kereskedelmi egységekben 30 m³/m²/h fölé emelte a felületi terhelést, tovább csökkentve a tartály lábnyomát a szennyvíz minőségének feláldozása nélkül.
• Integrált DAF-MBR rendszerek: A DAF előkezelési szakaszként a membrán bioreaktorokkal való kombinálása csökkenti a membrán eltömődését, meghosszabbítja a membrán élettartamát, és javítja a rendszer teljes kapacitását az igényes szennyvízminőségi célok érdekében.
• Automatizált folyamatvezérlés: A gépi tanulással támogatott adagolásvezérlő rendszerek dinamikusan, valós időben állíthatják be a koaguláns, flokkulálószer és az újrahasznosított arányt a befolyó zavarosság, áramlás és szennyvízminőség-érzékelők alapján – ezzel csökkentve a vegyszerfelhasználást 10-25% a változó terhelésű létesítményekben fix dózisú üzemhez képest.

Mivel a lebegő szilárd anyagokra, a foszforra és a mikroműanyagokra vonatkozó szabályozási korlátozások világszerte szigorodnak, az oldott levegő flotációja jó helyzetben van ahhoz, hogy még központibb technológiává váljon mind az új, mind a korszerűsített vízkezelő létesítményekben a települési és ipari szektorokban.