Maszyna do flotacji rozpuszczonego powietrza (DAF) Producenci

Fizyka stojąca za flotacją rozpuszczonego powietrza i dlaczego w przypadku niektórych strumieni odpadów osiąga ona lepsze wyniki niż osadzanie grawitacyjne

Sedymentacja grawitacyjna opiera się na różnicy gęstości pomiędzy zawieszonymi ciałami stałymi a wodą, co powoduje separację cząstek. W przypadku zanieczyszczeń o gęstości zbliżonej do wody – zemulgowanych olejów, drobnych cząstek koloidalnych, glonów i kłaczków biologicznych – szybkość osadzania jest niezwykle powolna, co często powoduje, że ślady osadnika są niepraktycznie duże w stosunku do wymaganego czasu retencji hydraulicznej. Maszyny do flotacji rozpuszczonego powietrza rozwiązać ten problem poprzez odwrócenie wektora separacji: zamiast czekać, aż cząstki opadną, mikropęcherzyki powstałe pod ciśnieniem przyczepiają się do cząstek zanieczyszczeń i przenoszą je w górę na powierzchnię w postaci pływającej warstwy osadu.

Proces rozpoczyna się w zbiorniku ciśnieniowym, w którym zawracany do obiegu strumień oczyszczonych ścieków jest nasycany powietrzem w typowej temperaturze 3–6 barów . Kiedy ten przesycony strumień zostanie uwolniony przez dysze redukcyjne do zbiornika flotacyjnego, powietrze wydostaje się z roztworu w postaci mikropęcherzyków o średnicy w zakresie 10–100 µm . Rozmiar pęcherzyków ma kluczowe znaczenie: pęcherzyki mniejsze niż 40 µm unoszą się wystarczająco wolno, aby zmaksymalizować czas kontaktu z zawieszonymi cząsteczkami, podczas gdy pęcherzyki większe niż 150 µm unoszą się zbyt szybko i omijają większość ładunku zanieczyszczeń.

Mechanizm przyłączania cząstek pęcherzyków jest regulowany przez chemię powierzchni. Cząsteczki hydrofobowe — oleje, woski i niektóre włókna syntetyczne — łatwo przyczepiają się do pęcherzyków powietrza bez kondycjonowania chemicznego. Cząsteczki hydrofilowe, takie jak minerały ilaste i kłaczki wodorotlenku metalu, wymagają dodatku koagulanta i flokulanta, aby nadać ich powierzchniom wystarczającą hydrofobowość i skuteczne przyleganie pęcherzyków. To rozróżnienie ma bezpośrednie implikacje dla projektu systemu dozowania chemikaliów i prognoz kosztów operacyjnych.

Zastosowania przemysłowe, w których firma DAF zapewnia wymierne korzyści w zakresie leczenia

DAF Systemy oczyszczania nie są ogólnie lepsze od innych technologii oczyszczania — ich zalety są najbardziej widoczne w określonych profilach ścieków. Zrozumienie, gdzie firma DAF radzi sobie najlepiej, zapobiega zawyżaniu specyfikacji w zastosowaniach, w których wystarczą prostsze technologie, oraz niedostatecznym spełnianiu wymagań w zastosowaniach, w których osadniki grawitacyjne nie osiągnęłyby limitów wypływu.

Branże, w których firma DAF konsekwentnie zapewnia dobre wyniki, obejmują:

• Przetwarzanie żywności i napojów — wysokie stężenia tłuszczu, oleju i smaru (FOG) powstałe w wyniku uboju mięsa, nabiału i rafinacji olejów jadalnych wyjątkowo dobrze reagują na DAF, osiągając skuteczność usuwania FOG na poziomie 90–98% w jednym przejściu z odpowiednim kondycjonowaniem chemicznym
• Drukowanie i barwienie ścieków — koloidalne cząstki barwników i emulsje stabilizowane środkami powierzchniowo czynnymi, które są odporne na osadzanie się grawitacyjne, są skutecznie wychwytywane przez flotację DAF, redukując obciążenie barwą i ChZT w dalszym oczyszczaniu biologicznym
• Papiernie i celulozownie — drobne włókna i cząstki wypełniacza (kaolin, węglan wapnia) łatwo ulegają flotacji, umożliwiając odzysk włókien i jednoczesną redukcję cząstek stałych zawieszonych w ściekach z młyna
• Garbarnie skóry — osady zawierające chrom i związki białkowe z operacji namaczania i wapnowania są zagęszczane w warstwie osadu flotacyjnego o znacznie niższej zawartości wilgoci niż ich odpowiedniki osadzane grawitacyjnie, co zmniejsza obciążenie odwadnianiem w dalszej części procesu
• Obróbka tworzyw sztucznych i powlekanie powierzchni — zemulgowane oleje do cięcia i stałe farby wymagają DAF wspomaganego koagulacją w celu rozbicia emulsji przed flotacją; przy prawidłowym kondycjonowaniu skuteczność usuwania przekracza 85% dla całkowitej zawiesiny

Doświadczenie projektowe Hengye Technology w tych sektorach pokazało, że wydajność DAF jest bardzo wrażliwa na etapy koagulacji i flokulacji bezpośrednio przed zbiornikiem flotacyjnym. Inwestycja w prawidłowy projekt układu kondycjonowania chemicznego zawsze przynosi większe zyski niż przewymiarowanie samej jednostki DAF.

Kluczowe parametry projektowe, które decydują o długoterminowej niezawodności DAF

Jednostki DAF, które osiągają słabsze wyniki w terenie, zazwyczaj mają wspólny zestaw wad projektowych, które można prześledzić już na początkowym etapie inżynieryjnym. Najważniejszymi parametrami regulującymi zarówno skuteczność separacji, jak i stabilność operacyjną, są hydrauliczne natężenie obciążenia powierzchniowego, stopień recyklingu i geometria rozkładu przepływu na wlocie.

Hydrauliczny współczynnik obciążenia powierzchni – wyrażony w metrach sześciennych dopływu na metr kwadratowy powierzchni zbiornika flotacyjnego na godzinę – jest podstawową zmienną wielkości. W przypadku większości zastosowań przemysłowych wartości projektowe mieszczą się w zakresie 3–8 m³/m²·h , przy czym niższe wartości stosuje się do ścieków zawierających drobne, wolno unoszące się kłaczki, a wyższe wartości dopuszczalne dla grubszego, szybko unoszącego się na wodzie materiału. Przekroczenie projektowego natężenia ładowania w czasie szczytowego przepływu powoduje zwarcie hydrauliczne, w którym dochodzący przepływ zakłóca kożuch osadu pływającego i przenosi nieoddzielone cząstki stałe do wylotu oczyszczonych ścieków.

Współczynnik recyklingu — frakcja oczyszczonych ścieków poddana działaniu ciśnienia i zawrócona w celu wytworzenia mikropęcherzyków — zazwyczaj waha się od 15–50% dopływu. Wyższe współczynniki recyklingu generują większą objętość pęcherzyków i poprawiają prawdopodobieństwo kontaktu z zawieszonymi cząstkami, ale zwiększają zużycie energii przez pompę recyrkulacyjną i system zwiększania ciśnienia. Optymalizacja tego parametru wymaga zrównoważenia wydajności oczyszczania z kosztami operacyjnymi w pełnym zakresie oczekiwanych stężeń cząstek stałych na dopływie.

Dystrybucja na wlocie jest często niedopracowana. Wprowadzenie podciśnieniowego przepływu obiegowego i kondycjonowanego dopływu w turbulentny, słabo rozproszony sposób zakłóca tworzenie się mikropęcherzyków i powoduje nierównomierne obciążenie na całej szerokości zbiornika, tworząc kanały o dużej prędkości, w których separacja jest nieskuteczna, pozostawiając inne strefy w stagnacji. Prawidłowo zaprojektowane przegrody wlotowe i układy dyfuzorów są niezbędne do osiągnięcia warunków hydraulicznych przepływu tłokowego, które maksymalizują wydajność flotacji.

Charakterystyka osadu pływającego i kwestie związane z dalszym zarządzaniem

Warstwa pływającego osadu wytwarzana przez system DAF różni się zasadniczo od osadu osadzanego grawitacyjnie zarówno pod względem właściwości fizycznych, jak i wymagań dotyczących dalszej obsługi. Pływak DAF zazwyczaj zawiera 2–6% suchej masy masowo — znacznie wyższe niż stężenie substancji stałych wynoszące 0,5–1,5% powszechnie występujące w dolnym osadniku grawitacyjnym — co zmniejsza obciążenie objętościowe na kolejnych etapach zagęszczania i odwadniania.

Jednakże skład osadu DAF różni się znacznie w zależności od źródła ścieków. Pływak ze ścieków z przetwórstwa spożywczego jest głównie organiczny i ma wysoką zawartość tłuszczu, co stwarza wyzwania dla odwadniania w prasie śrubowej — ściśliwy, tłusty placek może zmniejszyć skuteczność czyszczenia pierścienia filtra i zwiększyć zapotrzebowanie na polimer. Z kolei pływak powstały w procesie chemicznego strącania może zawierać stałe wodorotlenki metali, które są bardziej podatne na ściskanie mechaniczne, ale mogą wymagać ścieżek usuwania odpadów niebezpiecznych w zależności od stężenia metali ciężkich.

Konstrukcja kolektora osadu – czy to zgarniaka napędzanego łańcuchem, obrotowego kolektora spiralnego, czy też odpieniacza hydraulicznego – wpływa zarówno na konsystencję usuwania pływaka, jak i stopień wody rozcieńczającej wprowadzanej do strumienia osadu. Agresywne zgarnianie przy dużej prędkości może ponownie porywać unoszące się na wodzie ciała stałe z powrotem do oczyszczonej strefy; niedostatecznie częste odtłuszczanie powoduje nadmierne zgrubienie warstwy pływającej, zwiększenie jej ciężaru właściwego i powoduje, że porcje ponownie zapadają się w zbiorniku. W firmie Yixing Hengye Environmental Protection Technology Co., Ltd. systemy DAF zaprojektowano tak, aby uwzględniały zintegrowane ścieżki postępowania z osadem — co gwarantuje, że typ kolektora, częstotliwość odpieniania i wydajność urządzeń odwadniających na odpływie są określone jako skoordynowany system, a nie wybierane niezależnie, co jest częstym źródłem możliwych do uniknięcia luk w wydajności w instalacjach projektowanych przez dostawców samych urządzeń.