Hệ thống tuyển nổi không khí hòa tan thường được lựa chọn theo tốc độ dòng chảy danh nghĩa, nhưng chỉ riêng dòng thủy lực không xác định được nhiệm vụ xử lý thực tế. Hai dòng nước thải đều có thể có tốc độ 30 m³/giờ và vẫn yêu cầu cấu hình DAF rất khác nhau nếu chất rắn lơ lửng, chất béo, dầu, mỡ, đặc tính kết tụ, lưu lượng đỉnh và tải lượng bùn hóa học của chúng khác nhau. Do đó, việc định cỡ DAF chính xác đòi hỏi cả tính toán thủy lực và tính toán tải trọng chất rắn.
Tại sao không thể chọn công suất DAF chỉ từ lưu lượng
Một cuộc điều tra DAF thông thường bắt đầu bằng một tuyên bố đơn giản như: "Lưu lượng nước thải của tôi là 20 m³/giờ. Tôi cần kích thước DAF như thế nào?"
Dòng chảy là cần thiết nhưng nó chỉ là đầu vào thiết kế đầu tiên. Hãy xem xét hai dòng nước thải đều đi vào hệ thống DAF với tốc độ 20 m³/h.
Nước thải có hàm lượng chất rắn thấp
- Lưu lượng: 20 m³/h
- TSS: 150 mg/L
- SƯƠNG MÙ: 20 mg/L
- Dòng chảy tương đối ổn định
Nước thải thực phẩm tải trọng cao
- Lưu lượng: 20 m³/h
- TSS: 2.000 mg/L
- SƯƠNG MÙ: 600 mg/L
- Lô mạnh và làm sạch cao điểm
Dòng thủy lực giống hệt nhau, nhưng Dự án B đặt gánh nặng phân tách lớn hơn nhiều lên hệ thống tuyển nổi. Nó có thể yêu cầu hóa học đông tụ khác nhau, cung cấp không khí hòa tan lớn hơn, điều kiện tái chế khác nhau, diện tích tuyển nổi hiệu quả lớn hơn và khả năng xử lý bùn cao hơn.
Dòng chảy xác định lượng nước phải đi qua thiết bị, trong khi các đặc tính TSS, sương mù, bùn hóa học và bông cặn xác định lượng vật liệu thực sự phải được làm nổi và loại bỏ.
Bắt đầu với Lưu lượng trung bình—nhưng Thiết kế cho Lưu lượng đỉnh thực
Lưu lượng trung bình hàng ngày rất hữu ích cho việc tính toán sơ bộ, nhưng nước thải công nghiệp hiếm khi đi vào hệ thống DAF với tốc độ hoàn toàn không đổi.
Lịch trình sản xuất, làm sạch bể chứa, xả CIP, rửa sạch thiết bị, đổ hàng loạt và thay đổi ca có thể tạo ra những khoảng thời gian ngắn khi tải thủy lực cao hơn nhiều so với mức trung bình hàng ngày.
Ví dụ: một nhà máy sản xuất 300 m³/ngày không tự động yêu cầu kích thước DAF cho:
300 m³/ngày ÷ 24 giờ = 12,5 m³/h
Nếu nhà máy chỉ xả nước thải trong 16 giờ sản xuất thì lưu lượng vận hành trung bình đã là:
300 16 = 18,75 m³/h
Một chu trình giặt hoặc xả hàng loạt có thể tạm thời đẩy tốc độ cao nhất thực sự lên 25 hoặc 30 m³/giờ. Do đó, chỉ thiết kế khoảng 12,5 m³/h có thể làm quá tải DAF trong những giai đoạn mà nhà máy xử lý cần nó nhất.
| Thông số dòng chảy | Tại sao nó quan trọng |
|---|---|
| Lưu lượng trung bình hàng ngày | Hữu ích cho việc tính toán tổng tải hàng ngày và chi phí vận hành |
| Lưu lượng vận hành trung bình | Phản ánh số giờ sản xuất thực tế |
| Lưu lượng liên tục tối đa | Quan trọng đối với khả năng thủy lực bền vững |
| Lưu lượng đỉnh | Xác định ứng suất thủy lực ngắn hạn trên vùng tuyển nổi |
Cân bằng có thể giảm kích thước DAF và cải thiện độ ổn định
Một bể cân bằng có kích thước phù hợp có thể làm phẳng các đỉnh thủy lực và chất ô nhiễm trước khi nước thải đến DAF. Điều này có thể làm giảm tốc độ tuyển nổi cần thiết tối đa và làm cho liều lượng hóa chất ổn định hơn.
Chuyển TSS và sương mù thành Tải hàng loạt
Nồng độ tính bằng mg/L chỉ nói lên một phần câu chuyện. Thiết bị DAF phải loại bỏ một khối lượng chất rắn mỗi giờ, do đó nồng độ phải được chuyển đổi thành tải khối lượng.
Ví dụ: Đang tải TSS
Nếu lưu lượng là 30 m³/h và TSS là 1.200 mg/L:
30 × 1.200 1000 = 36 kg TSS/h
Do đó, hệ thống tuyển nổi phải xử lý khoảng 36 kg/giờ chất rắn lơ lửng trước khi xem xét sương mù, chất rắn kết tủa hóa học hoặc bùn tạo ra chất đông tụ.
| tham số | Đơn vị điển hình | Tại sao nó quan trọng |
|---|---|---|
| Dòng chảy | m³/h | Xác định tải thủy lực |
| TSS | mg/L | Xác định tải trọng khối lượng chất rắn lơ lửng |
| FOG | mg/L | Xác định tải trọng dầu và mỡ nổi |
| Bùn hóa chất | kg/h | Thêm chất rắn được tạo ra bởi sự đông tụ và kết tủa |
| Tải chất rắn đỉnh | kg/h | Xác định mức thuế nổi tối đa |
Đây là lý do tại sao công suất danh nghĩa m³/h không bao giờ là cơ sở duy nhất để so sánh các báo giá DAF.
Tải trọng bề mặt thủy lực quyết định diện tích tuyển nổi DAF
Một khi đã biết được dòng chảy thiết kế, câu hỏi thủy lực chính tiếp theo là diện tích bề mặt tuyển nổi cần thiết là bao nhiêu.
Một mối quan hệ tải thủy lực đơn giản có thể được viết là:
Sắp xếp lại phương trình:
ở đâu:
- Q = lưu lượng thủy lực thiết kế, m³/h;
- A = diện tích tuyển nổi hiệu quả, m2;
- HLR = tốc độ tải thủy lực đã chọn, m³/m2·h.
Ví dụ minh họa
Giả sử:
Sau đó:
30 6 = 5 m2 diện tích tuyển nổi hiệu quả
Đây chỉ là tính toán thủy lực sơ bộ. Tốc độ tải được chọn vẫn phải phù hợp với nước thải, chất lượng bông bùn, khả năng tạo bọt, nồng độ chất rắn, hình dạng bể và chất lượng nước thải yêu cầu.
Một DAF nhỏ gọn với tải trọng bề mặt mạnh có thể làm giảm CAPEX, nhưng nó cũng làm giảm biên độ vận hành khi dòng chảy, chất rắn hoặc chất lượng bông bùn thay đổi.
Tỷ lệ không khí trên chất rắn quan trọng hơn việc đơn giản thêm nhiều không khí hơn
DAF hoạt động vì các bong bóng khí siêu nhỏ bám vào chất rắn lơ lửng và kết bông, làm giảm mật độ hiệu dụng của chúng và đưa chúng lên bề mặt.
Câu hỏi thiết kế liên quan không chỉ đơn giản là liệu hệ thống có tạo ra “rất nhiều bong bóng” hay không. Vấn đề là liệu có đủ không khí hòa tan so với chất rắn cần nổi hay không.
Tỷ lệ không khí-chất rắn
Tỷ lệ không khí-chất rắn, thường được viết tắt là A/S, mô tả mối quan hệ giữa khối lượng không khí hòa tan sẵn có và khối lượng chất rắn được đưa vào quá trình tuyển nổi.
Nếu nguồn cung cấp không khí hòa tan quá thấp, khối bông có thể không nhận được đủ bọt khí để nổi lên một cách hiệu quả. Các triệu chứng điển hình có thể bao gồm nước thải đục, cặn lơ lửng nhìn thấy được bên dưới lớp bề mặt và khả năng thu giữ chất rắn kém.
Không khí dư thừa cũng không tự động có lợi. Việc bơm tuần hoàn không cần thiết và các điều kiện giải phóng quá mạnh có thể làm tăng mức tiêu thụ năng lượng và có thể tạo ra sự nhiễu loạn quá mức trong vùng tuyển nổi.
Nó phải được đánh giá cùng với các đặc tính của nước thải, sự đông tụ, tạo bông, dòng tái chế, điều kiện áp suất và kết quả thử nghiệm thí điểm hoặc bình nếu cần.
Tỷ lệ tái chế thay đổi kích thước và hiệu suất DAF như thế nào
Nhiều hệ thống DAF thông thường sử dụng dòng tuần hoàn có áp suất. Một phần nước đã được làm sạch được đưa trở lại thông qua máy bơm tái chế và hệ thống bão hòa không khí, nơi không khí hòa tan dưới áp suất. Khi dòng áp suất được giải phóng trở lại vùng tuyển nổi, áp suất giảm sẽ tạo thành bong bóng mịn.
Tỷ lệ tái chế có thể được biểu thị đơn giản như sau:
Lưu lượng tái chế quá ít có thể làm giảm lượng không khí hòa tan sẵn có. Tái chế quá nhiều sẽ làm tăng tải thủy lực bên trong, năng lượng bơm và công suất cần thiết của hệ thống bão hòa.
Tái chế quá thấp
- Tạo bong bóng không đủ
- Sự nổi kém của tải chất rắn dày đặc hoặc cao
- Thu giữ chất rắn thấp hơn
Tái chế quá cao
- Năng lượng bơm cao hơn
- Tải trọng thủy lực bên trong lớn hơn
- Tiềm ẩn sự hỗn loạn không cần thiết
Do đó, tỷ lệ tái chế nên được lựa chọn từ nhu cầu không khí và hiệu suất tuyển nổi thay vì một tỷ lệ phần trăm được coi là tiêu chuẩn cho mọi ứng dụng.
Sự đông tụ và keo tụ có thể thay đổi kích thước DAF cần thiết
Hiệu suất của DAF phụ thuộc rất nhiều vào những gì xảy ra trước khi nước thải đến vùng tuyển nổi. Các hạt keo rất nhỏ có thể không bám dính hiệu quả vào bong bóng trừ khi chúng bị mất ổn định trước tiên và kết hợp thành khối lớn hơn.
đông máu
Các chất đông tụ như muối nhôm hoặc sắt có thể làm giảm lực đẩy tĩnh điện giữa các hạt, cho phép chúng bắt đầu kết tụ lại.
Keo tụ
Sau đó, việc trộn polyme hoặc có kiểm soát có thể tạo ra các khối lớn hơn để các vi bọt dễ dàng thu giữ hơn.
Các hạt mịn có thể vẫn lơ lửng và đi vào nước thải.
Đủ mạnh để gắn vào trong khi vẫn thích hợp cho việc tuyển nổi.
Khối bông lớn dễ vỡ có thể vỡ ra khi trộn quá mức hoặc bị cắt thủy lực.
Xử lý hóa học cũng tạo ra chất rắn bổ sung. Do đó, một DAF chỉ có kích thước từ TSS đầu vào có thể đánh giá thấp tải lượng chất rắn nổi cuối cùng nếu tạo ra kết tủa hóa học hoặc bùn đông tụ đáng kể.
Trước khi tăng diện tích tuyển nổi, hãy kiểm tra xem giới hạn thực sự là điều hòa hạt, liều lượng hóa chất, độ pH, năng lượng trộn hay thời gian keo tụ.
FOG Thay đổi thiết kế DAF khác với TSS khoáng sản
Chất béo, dầu và mỡ là một trong những lý do khiến DAF được sử dụng rộng rãi trong nước thải chế biến thực phẩm và nước thải protein động vật. Những vật liệu này thường có mật độ thấp hơn chất rắn khoáng và rất thích hợp cho quá trình tuyển nổi khi được điều hòa thích hợp.
Các ứng dụng điển hình bao gồm:
- chế biến thịt, gia cầm;
- lò mổ;
- nhà máy sữa;
- sản xuất thực phẩm và đồ uống;
- chế biến dầu ăn;
- cây thức ăn chế biến sẵn.
Tuy nhiên, nước thải FOG cao tạo ra những thách thức vận hành riêng. Dầu mỡ có thể bao phủ các dụng cụ, dính vào bề mặt bể, thay đổi nhu cầu polyme và tạo ra bùn nổi dày và dính.
Điều này có nghĩa là 1.000 mg/L TSS khoáng chất và 1.000 mg/L hỗn hợp FOG và chất rắn hữu cơ không được tự động xử lý như các điều kiện thiết kế giống hệt nhau.
Thường dày đặc hơn
Có thể yêu cầu keo tụ mạnh hơn và gắn bong bóng thích hợp để khắc phục mật độ hạt lớn hơn.
Nổi tự nhiên hơn
Thường rất phù hợp với DAF, nhưng có thể tạo ra bùn dính và khó xử lý ở khâu tiếp theo.
Đừng quên sản xuất bùn DAF
DAF loại bỏ chất rắn sẽ chuyển các chất rắn đó từ nước thải vào lớp bùn bề mặt một cách hiệu quả. Bùn đó vẫn phải được thu gom, lưu trữ, bơm và cuối cùng là khử nước hoặc xử lý.
Nếu lượng chất rắn chảy vào là 40 kg/h và DAF loại bỏ phần lớn chất rắn đó thì một khối lượng chất rắn khô đáng kể hàng ngày sẽ tích tụ trong bùn nổi. Lượng bùn ướt thực tế có thể lớn hơn nhiều vì vật liệu nổi vẫn chứa lượng nước đáng kể.
Do đó, thiết kế DAF nên xem xét:
- công suất cạo bề mặt;
- thiết kế bãi bùn hoặc phễu;
- thể tích bể chứa bùn;
- lựa chọn máy bơm bùn;
- điều hòa polymer;
- máy ép trục vít hạ lưu, máy ép lọc hoặc thiết bị khử nước khác.
DAF có thể đáp ứng mục tiêu về nước thải nhưng vẫn gây ra các vấn đề về vận hành nếu máy cạo, bể chứa bùn, máy bơm hoặc hệ thống khử nước không thể xử lý chất rắn thu hồi được.
Ví dụ thực hiện: Định cỡ DAF cho nước thải chế biến thực phẩm
Ví dụ đơn giản sau đây cho thấy cách kết hợp dòng thủy lực và tải chất rắn trong quá trình định cỡ DAF sơ bộ. Nó chỉ là một minh họa; kích thước thiết bị cuối cùng phải được xác nhận từ dữ liệu nước thải thực tế và thử nghiệm xử lý.
Bước 1: Tính tải TSS đỉnh
30 × 1.000 1000 = 30 kg TSS/h
Bước 2: Tính toán tải FOG đỉnh
30 × 300 1000 = 9 kg FOG/h
Bước 3: Ước tính tải lượng chất gây ô nhiễm có thể xác định được
30 9 = 39 kg/giờ
Giá trị 39 kg/giờ này chưa bao gồm các chất rắn bổ sung được tạo ra bởi quá trình đông tụ, kết tủa hoặc điều hòa polyme.
Bước 4: Ước tính diện tích tuyển nổi
Nếu thiết kế sơ bộ sử dụng tốc độ tải thủy lực minh họa là 6 m³/m2·h:
30 m³/h `6 m³/m2·h = 5 m2 diện tích tuyển nổi
Bước 5: Kiểm tra các yêu cầu về không khí và tái chế
Sau đó, thiết kế phải được kiểm tra dựa trên tải lượng chất rắn thực tế, yêu cầu chuyển không khí thành chất rắn, dòng tuần hoàn, áp suất bão hòa, tạo bong bóng, chất lượng bông bùn và mục tiêu nước thải dự kiến.
Bước 6: Kiểm tra xử lý bùn
Cuối cùng, máy cạo bề mặt, bể chứa bùn, máy bơm và thiết bị khử nước hạ lưu phải có kích thước phù hợp với chất rắn thu hồi.
Danh sách kiểm tra kích thước DAF thực tế trước khi yêu cầu báo giá
Việc cung cấp thông tin nước thải hoàn chỉnh cho phép nhà cung cấp DAF đánh giá nhiệm vụ xử lý thay vì chỉ khớp mô hình thiết bị với một số dòng chảy.
Dữ liệu thủy lực
- Lưu lượng trung bình
- Lưu lượng tối đa
- Lưu lượng đỉnh
- Giờ hoạt động mỗi ngày
- Khối lượng cân bằng hiện có
Chất lượng nước thải
- COD và BOD
- TSS
- FOG
- pH
- Nhiệt độ
- Các chất gây ô nhiễm chính khác
Tiền xử lý
- Sàng lọc
- Cân bằng
- đông máu
- Keo tụ
- Liều lượng hóa chất hiện có
Yêu cầu nước thải
- TSS mục tiêu
- mục tiêu sương mù
- Giảm COD cần thiết
- Nhu cầu xử lý sinh học ở hạ lưu
Xử lý bùn
- Bể chứa bùn hiện có
- Máy bơm bùn có sẵn
- Thiết bị khử nước
- Chất rắn bánh cuối cùng cần thiết
Các lỗi định cỡ DAF thường gặp
Chỉ chọn từ Lưu lượng trung bình
Đỉnh thủy lực ngắn có thể làm quá tải một thiết bị có vẻ phù hợp ở mức trung bình hàng ngày.
Bỏ qua tải khối lượng chất rắn
Cùng một m³/h có thể biểu thị các nhiệm vụ tuyển nổi kg/h hoàn toàn khác nhau.
Xử lý FOG như TSS thông thường
Dầu và mỡ ảnh hưởng khác nhau đến quá trình tuyển nổi, điều hòa hóa học và xử lý bùn.
Giả sử tái chế nhiều hơn luôn tốt hơn
Tái chế quá mức làm tăng tải thủy lực và năng lượng mà không tự động cải thiện việc loại bỏ.
Bỏ qua đông máu và keo tụ
Việc điều hòa hạt kém có thể ngăn cản DAF có kích thước chính xác đạt được mục tiêu.
Quên xử lý bùn
Khả năng thu giữ chất rắn cao có thể làm quá tải máy cạo, bể chứa bùn, máy bơm hoặc hệ thống khử nước hạ lưu.
Cần xác định kích thước hệ thống DAF cho nước thải của bạn?
NIHAO có thể giúp đánh giá công suất DAF từ cả dòng thủy lực và tải lượng chất ô nhiễm. Gửi cho chúng tôi lưu lượng trung bình và lưu lượng đỉnh, TSS, FOG, COD, pH, nguồn nước thải, tiền xử lý hiện tại và chất lượng nước thải yêu cầu.
Nhóm của chúng tôi có thể xem xét nhiệm vụ tuyển nổi, diện tích thủy lực, yêu cầu tái chế, nhu cầu điều hòa hóa chất và điều kiện xử lý bùn trước khi đề xuất cấu hình DAF phù hợp.
Câu hỏi thường gặp
Làm thế nào để bạn tính toán công suất DAF?
Công suất DAF phải được đánh giá từ lưu lượng thiết kế, lưu lượng đỉnh, tải trọng thủy lực bề mặt, tải khối chất rắn, FOG, nhu cầu chuyển không khí sang chất rắn, điều kiện tái chế, hiệu suất keo tụ và khả năng xử lý bùn.
Kích thước DAF có thể được chọn chỉ từ dòng nước thải không?
Không. Dòng chảy xác định tải trọng thủy lực, nhưng nồng độ và thành phần chất rắn xác định tải trọng tuyển nổi. Hai dòng nước thải có cùng lưu lượng có thể yêu cầu kích thước DAF và điều kiện vận hành khác nhau.
TSS ảnh hưởng đến kích thước DAF như thế nào?
Nồng độ TSS phải được chuyển đổi thành kg/h chất rắn tải. Tải lượng chất rắn cao hơn thường làm tăng công suất tuyển nổi, nhu cầu không khí, sản xuất bùn và tầm quan trọng của quá trình đông tụ và tạo bông hiệu quả.
Tốc độ tải thủy lực trong tuyển nổi không khí hòa tan là gì?
Tốc độ tải thủy lực mô tả lưu lượng nước thải được áp dụng trên một đơn vị diện tích bề mặt tuyển nổi hiệu quả, thường được biểu thị bằng m³/m2·h. Đây là một trong những thông số được sử dụng để ước tính diện tích tuyển nổi cần thiết.
Tỷ lệ không khí-chất rắn trong DAF là bao nhiêu?
Tỷ lệ không khí-chất rắn mô tả mối quan hệ giữa không khí hòa tan có sẵn và khối lượng chất rắn phải nổi. Nó giúp xác định xem có đủ vi bọt cho lượng chất rắn thực tế hay không.
Làm thế nào để bạn tính toán tỷ lệ tái chế DAF?
Tái chế ratio is the recycle flow divided by influent flow. The appropriate value should be based on dissolved-air demand, saturation conditions, solids loading, and actual flotation performance rather than one fixed percentage.
FOG cao có yêu cầu hệ thống DAF lớn hơn không?
Không phải tự động, nhưng FOG cao sẽ thay đổi nhiệm vụ tuyển nổi, điều hòa hóa học, đặc tính bùn và yêu cầu bảo trì. Do đó, nồng độ FOG nên được đưa vào đánh giá kích thước.
Tại sao DAF cần đông tụ và tạo bông?
Các hạt và chất keo rất mịn có thể không bám dính hiệu quả vào bọt khí. Sự đông tụ làm mất ổn định chúng, trong khi quá trình keo tụ tạo thành các hạt nổi lớn hơn có thể được thu giữ hiệu quả hơn.
Hệ thống DAF tạo ra bao nhiêu bùn?
Việc sản xuất bùn phụ thuộc vào TSS, FOG đầu vào, hiệu quả loại bỏ, liều lượng chất keo tụ, việc sử dụng polyme và chất rắn kết tủa hóa học. Tải trọng lớn phải được ước tính trước khi định cỡ thiết bị lưu trữ bùn và khử nước.
Tôi nên cung cấp dữ liệu nước thải nào khi yêu cầu báo giá DAF?
Cung cấp lưu lượng trung bình và cao điểm, số giờ vận hành, COD, BOD, TSS, FOG, pH, nhiệt độ, nguồn nước thải, sàng lọc hoặc cân bằng hiện có, xử lý hóa học, chất lượng đầu ra cần thiết và thông tin xử lý bùn ở hạ lưu.
Tiếng Anh
عربي
tiếng Tây Ban Nha
