Флотация растворенным воздухом (DAF): Описание процесса и системы

Введение в флотацию растворенным воздухом

Флотация растворенным воздухом (DAF) — это высокоэффективный процесс очистки, который используется в различных отраслях промышленности для отделения взвешенных веществ, масел, смазок и других твердых частиц от воды или сточных вод. Основная цель систем DAF — производить очищенную воду высокой прозрачности, уменьшая при этом объем осадка, который необходимо обрабатывать дальше по течению. Это достигается путем введения микропузырьков, которые прикрепляются к загрязнениям и выносят их на поверхность для удаления. Процесс DAF особенно ценен в таких отраслях, как пищевая промышленность, нефтегазовая, нефтехимическая, целлюлозно-бумажная и муниципальная очистка сточных вод, где удаление мелкодисперсных частиц и несмешиваемых жидкостей имеет важное значение.

Входная вода на входе

Процесс DAF начинается с подачи входной воды в систему через входной патрубок. Этот шаг имеет решающее значение для равномерного распределения сырой воды, которая часто содержит высокое содержание взвешенных веществ, жиров, масел и смазок (FOG), органических веществ и других загрязнителей. Конструкция впускного отверстия спроектирована таким образом, чтобы обеспечить ламинарное и равномерное распределение потока в системе DAF, что имеет решающее значение для максимальной эффективности последующих процессов. В некоторых конструкциях входной поток может уже содержать химические добавки для содействия коагуляции перед входом в следующую фазу.

Флокуляционная труба

После входа через входной патрубок сточные воды проходят через трубу флокуляции, которая является критически важным компонентом системы DAF. В этой секции коагулянты и флокулянты дозируются в поток для дестабилизации и агрегации мелких частиц и эмульгированных масел в более крупные, легче отделяемые флокулы. Флокуляционная труба, как правило, длинная и змеевидная, что способствует мягкому перемешиванию без смещения новообразованных хлопьев. Эффективность стадии флокуляции напрямую влияет на эффективность флотации частиц на более поздних стадиях процесса, поскольку более крупные и плотные флокулы легче поднимаются на поверхность с помощью пузырьков воздуха.

Камера насыщения

После флокуляции вода попадает в камеру насыщения, где применяется принцип воздушного растворения. В камере насыщения часть предварительно осветленной воды, известная как оборотная вода, насыщается сжатым воздухом под высоким давлением. Этот обогащенный воздухом поток смешивается с флокулированной сырой водой. Когда давление впоследствии снимается, когда смесь попадает во флотационный резервуар, растворенный воздух образует микроскопические пузырьки воздуха. Эти пузырьки имеют решающее значение, поскольку они прикрепляются к флокулам, уменьшая их плотность и облегчая их подъем на поверхность воды. Камера насыщения должна быть точно спроектирована, чтобы максимизировать количество растворенного воздуха и обеспечить постоянное образование мелких пузырьков, необходимых для эффективной флотации.

Флотационный резервуар

Сердцем системы DAF является флотационный резервуар, где происходит фактическое отделение твердых веществ от воды. Когда пузырьки воздуха поднимаются, они выносят прикрепленные к ним хлопья на поверхность воды, образуя толстый слой ила. Под этим плавающим илом остается осветленная вода. Флотационный резервуар спроектирован таким образом, чтобы обеспечить достаточное время пребывания для полного подъема агрегатов воздушных хлопьев. Гидравлические характеристики потока в резервуаре тщательно контролируются для минимизации турбулентности, гарантируя, что плавающий осадок остается нетронутым и что оседающие твердые частицы не попадают в суспензию. В некоторых конструкциях для дальнейшей оптимизации гидравлических условий устанавливаются перегородки или распределители потока.

Скребковый механизм

На поверхности флотационного резервуара скребковый механизм непрерывно или периодически удаляет накопившийся слой осадка. Этот механический скребок обычно состоит из ряда лопастей или цепей, медленно движущихся по поверхности. Скребок направляет ил в иловый бункер или разгрузочный желоб для дальнейшей обработки или утилизации. Эффективное удаление ила имеет решающее значение для поддержания производительности установки DAF, предотвращая чрезмерное накопление ила, которое может ухудшить производительность и привести к эксплуатационным трудностям.

Циркуляционный насос

Важным компонентом системы DAF является циркуляционный насос. Этот специализированный насос забирает часть очищенной воды из флотационного резервуара, нагнетает ее под давлением и направляет в камеру насыщения для растворения воздуха. Насос должен быть способен перекачивать воду, содержащую воздух, без кавитации или ухудшения производительности. Его часто разрабатывают со смачиваемыми деталями из нержавеющей стали, чтобы противостоять коррозионной среде и предотвратить загрязнение обрабатываемой воды. Правильный выбор типоразмера циркуляционного насоса и управление им имеют решающее значение для поддержания необходимой скорости рециркуляции и достижения оптимальной производительности системы.

Выход очищенной воды

После отделения твердых частиц и сбора поверхностного осадка осветленная вода выходит из установки DAF через выход очищенной воды. Этот выход предназначен для того, чтобы позволить чистой воде покидать систему в контролируемых условиях, предотвращая перенос мелких хлопьев или пузырьков воздуха. Очищенная вода может быть направлена на дальнейшую полировочную обработку, повторное использование или сброс в зависимости от конкретных требований на предприятии. Во многих отраслях промышленности качество воды, производимой системами DAF, достаточно высоко, чтобы соответствовать строгим нормативным стандартам сброса.

Блок управления и автоматизация с помощью ПЛК

Современные системы DAF, как правило, оснащены программируемым логическим контроллером (ПЛК), размещенным в шкафу управления. ПЛК координирует и контролирует работу ключевых компонентов, таких как насосы, компрессоры, системы дозирования химикатов, датчики уровня и скребковые механизмы. С помощью интуитивно понятного человеко-машинного интерфейса (HMI) операторы могут настраивать заданные значения, контролировать производительность в режиме реального времени, получать сигналы тревоги и инициировать автоматическую очистку или отключение. Автоматизация обеспечивает стабильную и эффективную работу системы DAF, снижает риск человеческих ошибок и позволяет осуществлять дистанционный мониторинг и контроль на сложных очистных сооружениях.

Основные задачи систем флотации растворенного воздуха

Основными задачами систем DAF являются удаление взвешенных веществ, разделение несмешиваемых жидкостей, таких как масла и смазки, а также снижение биологического потребления кислорода (БПК) и химического потребления кислорода (ХПК) в очищенной воде. Кроме того, установки DAF играют важную роль в предварительной очистке промышленных сточных вод перед биологической очисткой, очистке вторичных стоков и восстановлении ценных побочных продуктов в производственных процессах. Улучшая физические характеристики воды путем удаления мелких частиц и нефтепродуктов, системы DAF значительно повышают производительность и надежность последующих процессов очистки, таких как биологические реакторы, системы фильтрации и мембранные установки.

Варианты материалов: нержавеющая сталь и пластиковые конструкции

Системы DAF могут быть изготовлены из различных материалов в зависимости от конкретных требований применения. Нержавеющая сталь, особенно такие марки, как 304 или 316L, обладает высокой коррозионной стойкостью, механической прочностью и гигиеническими свойствами, что делает ее идеальным материалом для пищевой, химической промышленности и городских очистных сооружений. В качестве альтернативы, полиэтилен высокой плотности (HDPE) или полипропилен (PP) выбирают для систем, где химическая стойкость к агрессивным агентам является критически важной, или где экономичность и легкий вес являются приоритетами. Пластмассовые узлы также обладают превосходной стойкостью к коррозии в высокосолевых или кислотных средах.

Заключение

Технология флотации растворенным воздухом является важным достижением в области очистки воды и сточных вод. Благодаря точно контролируемой последовательности, включающей управление потоком, флокуляцию, растворение воздуха, флотацию и удаление осадка, системы DAF обеспечивают стабильно высокий уровень очистки. Их универсальность, надежность и возможность изготовления из материалов, подходящих для конкретных условий эксплуатации, еще больше повышают их привлекательность в широком спектре промышленных и муниципальных секторов. Благодаря интеграции автоматики ПЛК, системы DAF сегодня являются надежными, удобными и высокоэффективными решениями для сложных задач водоподготовки.