DAF tarkoittaa Liuenneen ilman vaahdotus — veden ja jäteveden selkeytysprosessi, joka poistaa suspendoituneet kiintoaineet, rasvat, öljyt, rasvat ja kolloidiset hiukkaset kiinnittämällä ne mikroskooppisiin ilmakupliin ja kelluttamalla syntyneet kiviainekset veden pinnalle mekaanista poistoa varten. Toisin kuin sedimentaatio, joka perustuu painovoimaan upottaakseen tiheät hiukkaset, DAF hyödyntää kelluvuutta kelluakseen matalatiheyksisiä epäpuhtauksia, jotka muuten pysyisivät suspendoituneena tai vievät epäkäytännöllisen kauan laskeutumaan.
Prosessi toimii liuottamalla ilmaa käsitellyn veden paineistettuun kierrätysvirtaan - tyypillisesti 4–8 baarissa - ja vapauttamalla se sitten takaisin vaahdotussäiliöön ilmakehän paineessa. Äkillinen paineen lasku saa liuenneen ilman ydintymään ulos liuoksesta tiheänä mikrokuplapilvenä, tyypillisesti 10-100 mikronia halkaisijaltaan . Nämä kuplat kiinnittyvät suspendoituneisiin hiukkasiin ja flokkiin, mikä pienentää hiukkaskuplaaggregaatin tehokkaan tiheyden selvästi alle veden. Kiviaines nousee pintaan ja muodostaa kelluvan lietekerroksen, jota kutsutaan floatiksi tai kuorimiseksi, joka poistetaan jatkuvasti mekaanisella kuorimalla.
DAF:ia vedenkäsittelyssä ja jätevedenkäsittelyssä käytetään poikkeuksellisen laajalla teollisuudenalalla: kunnallisen juomaveden selkeytyksessä, elintarvike- ja juomateollisuuden jätevesissä, paperi- ja sellutehtaan jätevedessä, tekstiilien värjäysjätevedessä, öljynjalostamoiden tuottama vesi, vesiviljelyn kierrätysjärjestelmät ja öljykenttien tuottaman vedenkäsittely. Sen erityinen vahvuus on sovelluksissa, joissa kohteena olevien kontaminanttien ominaispaino on lähellä tai vähemmän kuin 1,0 – rasvat, öljyt, kuidut ja biologinen flokki – joissa sedimentaatio on hidasta ja epäluotettavaa.
Täydellinen DAF-jätevedenkäsittelyjärjestelmä käsittelee sisäänvirtauksen useiden peräkkäisten vaiheiden läpi. Kunkin vaiheen ymmärtäminen on välttämätöntä oikean järjestelmän suunnittelun, kemikaalien annostelun ja toiminnan vianmäärityksen kannalta.
Raaka jätevesi, joka tulee DAF-järjestelmään, kulkee tyypillisesti seulojen tai suodattimien läpi poistaakseen karkeat kiinteät aineet, jotka muuten likaavat kierrätyspumppua ja kyllästintä. Erä- tai vaihtelevan virtauksen teollisissa prosesseissa tasaussäiliö ennen DAF-yksikköä puskuroi virtauksen ja epäpuhtauksien kuormituksen vaihtelut, mikä estää hydraulisen iskun ja kemikaalien annostelun epävakauden, jotka vähentävät erotustehokkuutta.
Useimmat DAF-sovellukset vaativat kemiallista esikäsittelyä kolloidisten hiukkasten epävakauttamiseksi ja hienojen suspendoituneiden kiintoaineiden aggregoimiseksi riittävän suureksi flokkiksi kuplien kiinnittämistä varten. Koagulantteja - tyypillisesti alumiinisulfaattia (aluna), rautakloridia tai polyalumiinikloridia (PAC) - annostellaan nopeaan sekoittumispisteeseen neutraloimaan kolloidisten hiukkasten negatiivinen pintavaraus. Flokkulantit - anioniset tai kationiset polyakryyliamidipolymeerit - annostellaan sitten hellävaraiseen sekoitusvyöhykkeeseen yksittäisten koaguloituneiden hiukkasten silloittamiseksi suurempiin, vahvempiin flokkirakenteisiin. Flokin koko, tiheys ja lujuus ovat DAF-erotustehokkuuden ensisijaiset tekijät, mikä tekee kemikaalien valinnasta ja annostelun optimoinnista kriittisen suunnittelu- ja toimintaparametrin.
Osa kirkastetusta DAF-jätevedestä – kierrätysvirta, tyypillisesti 10–50 % syöttömäärästä — paineistetaan DAF-kierrätyspumpulla ja syötetään paineastiaan, jota kutsutaan kyllästys- tai liuotussäiliöksi. Paineilmaa ruiskutetaan kyllästimeen, jossa se liukenee veteen paineen alaisena Henryn lain mukaan. Kyllästettyä kierrätysvirtaa pidetään paineen alaisena, kunnes se ohjataan vaahdotussäiliön sisääntuloon.
Paineinen kierrätysvirta vapautuu paineenalennusventtiilin kautta vaahdotussäiliöön, jossa se koskettaa tulevaa kemiallisesti käsiteltyä syöttövettä. Mikrokuplat ydintyvät välittömästi ja kiinnittyvät flokkihiukkasiin, jotka nousevat pintaan säiliön hydraulisen viipymäajan kuluessa – tyypillisesti 15-30 minuuttia perinteisissä DAF-malleissa 3–8 minuuttiin korkean nopeuden yksiköissä. Ketju-ja-pako- tai pyörivä rantakeräin poistaa jatkuvasti kertyneen kelluvan lietteen lietteenkeräyskaukaloon. Kirkastettu vesi poistuu säiliön pohjasta vedenalaisten jätevesiaukkojen kautta.
DAF float -lietteen kiintoainepitoisuus on tyypillisesti 2-8 painoprosenttia kuiva-ainetta — huomattavasti väkevämpi kuin selkeyttimen alivirtausliete vastaavista sedimentaatioprosesseista. Tämä konsentraatioetu pienentää loppupään lietteen vedenpoistolaitteiston kokoa ja käyttökustannuksia. Float-lietettä sakeutetaan yleensä edelleen painovoimahihnasakeuttimissa tai sentrifugeissa ennen hävittämistä, kompostointia, anaerobista mädätystä tai – elintarviketeollisuussovelluksissa – talteenottoa eläinten rehun ainesosana.
Liuenneen ilman vaahdotuspumppu eli DAF-pumppu on suorimmin järjestelmän suorituskyvystä vastaava komponentti. DAF-järjestelmässä on kaksi erillistä pumpputehtävää, joilla kullakin on erilaiset suorituskykyvaatimukset, ja oikean pumpputyypin valitseminen kullekin toiminnalle on luotettavan toiminnan perusta.
DAF-kierrätyspumppu paineistaa kirkastetun jäteveden kierrätysvirran kyllästimen käyttöpaineeseen - tyypillisesti 4–8 baaria (60–120 psi) . Tämä on järjestelmän kriittisin pumppu; sen suorituskyky määrää suoraan syntyneiden mikrokuplien määrän ja laadun, mikä puolestaan ohjaa erottelutehokkuutta.
Kierrätyspumpun tärkeimmät valintakriteerit ovat:
Syöttöpumppu siirtää raa'an tai esikäsitellyn jäteveden tasaussäiliöstä DAF-yksikköön kontrolloidulla ja tasaisella virtausnopeudella. Koska syöttövirta voi sisältää suspendoitunutta kiintoainetta, kuitumateriaalia tai biologista sisältöä, syöttöpumput ovat tyypillisesti tukkeutumattomia keskipako-, progressiivisia ontelo- tai upotettuja jätevesipumppuja, joissa on avoimet tai pyörteiset siipipyörät, jotka ohittavat kiinteät aineet tukkeutumatta. Toisin kuin kierrätyspumppu, syöttöpumppu toimii alhaisella tai kohtalaisella paineella - tyypillisesti 0,5-2 baaria — mitoitettu puhtaasti virtausta varten ja pieneen staattiseen nousuun.
DAF-selkeytin – itse vaahdotussäiliö – on järjestelmän keskeinen prosessiastia, ja sen geometria määrittää hydraulisen retentioajan, kupla-hiukkasten kontaktitehokkuuden ja kelluvan lietteenpoistosuorituskyvyn, jotka yhdessä määrittävät järjestelmän kokonaismäärän ja jäteveden laadun.
DAF-selvästimen ensisijainen mitoitusparametri on hydraulinen pintakuormitusnopeus (kutsutaan myös ylivuotonopeudeksi tai pintahydrauliseksi kuormitukseksi), ilmaistaan virtauksena säiliön pinta-alayksikköä kohti. Perinteiset DAF-yksiköt on suunniteltu pintakuormitusnopeuksille 3–6 m³/m²/tunti ; Nopeat DAF-mallit, joissa käytetään lamelliputkimoduuleja tai optimoitua tulonjakoa, voidaan saavuttaa 10-15 m³/m²/h tai korkeampi. Suunnitellun pintakuormitusnopeuden ylittäminen aiheuttaa hydraulista oikosulkua, lyhenee viipymäaikaa ja kelluvan lietteen kulkeutumista jäteveteen.
DAF-kirkastimia valmistetaan suorakaiteen ja pyöreän muotoisina. Suorakaiteen muotoiset säiliöt ovat vakiona suurempiin asennuksiin – ne mahdollistavat suoraviivaisen ketjun ja lennon läpiviennin, sopivat sisääntulon jakolevyt tehokkaasti ja ne voidaan rakentaa modulaarisiin osiin paikan päällä rakennettuja suuria järjestelmiä varten. Pyöreät DAF-selkeyttimet käyttävät pyöriviä kuorintavarsia, ja ne ovat kompakteja ja kustannustehokkaita pienemmillä virtausnopeuksilla; ne ovat yleisiä pakkaustehdaskokoonpanoissa elintarvikejalostuksessa ja pienemmissä kunnallisissa sovelluksissa.
Hyvin suunniteltu DAF-selkeytin erottaa säiliön hydraulisesti kahteen toiminta-alueeseen. The kosketusalue sisääntulossa paineistettu kierrätysvesi sekoittuu kemiallisesti käsitellyn rehun kanssa, mikä maksimoi kupla-hiukkasten törmäyksen ja kiinnittymisen. The erotusvyöhyke vie suurimman osan säiliön pituudesta tarjoten lepotilat hydrauliset olosuhteet, jotka ovat välttämättömiä kuplapartikkelien aggregaattien nousemiselle pintaan ilman turbulenttia häiriötä. Näitä vyöhykkeitä erottavat välilevyt ovat kriittinen suunnitteluyksityiskohta; riittämätön erotus sallii tulon turbulenssin häiritä nousevaa kelluntaa erotusvyöhykkeellä, mikä heikentää jäteveden laatua.
DAF-järjestelmän oikea asennus asennuksen yhteydessä määrittää, saavuttaako yksikkö suunnittelun suorituskyvyn ensimmäisestä päivästä lähtien vai vaatiiko se kuukausien vianmääritystä vakaan toiminnan saavuttamiseksi. Seuraava tarkistuslista kattaa kriittiset vaiheet uuden DAF-yksikön asennuksessa ja käyttöönotossa.
Öljykentillä ja öljy- ja kaasuoperaatioissa tuotettu vesi ja takaisinvirtausvesi edustavat eräitä suurimman volyymin ja haastavimmista jätevesivirroista kaikilla teollisuudenaloilla. DAF-järjestelmiä käytetään laajalti öljykenttien jäteveden ensisijaisena käsittelyvaiheena – ne poistavat dispergoituneen ja emulgoituneen öljyn, suspendoituneet kiintoaineet ja luonnollisesti esiintyvät radioaktiiviset materiaalit (NORM) ennen tyhjennystä, uudelleeninjektointia tai jatkokäsittelyä hyödyllistä uudelleenkäyttöä varten.
Tuotettua vettä hallinnoivat toimijat kohtaavat perustavanlaatuisen päätöksen: puhdistaa jätevedet paikan päällä käyttämällä asennettua tai siirrettävää DAF:ia ja siihen liittyviä käsittelylaitteita tai kuorma-autojen tai putkien jätevesiä offsite kaupalliseen hävittämiseen tai käsittelylaitokseen. Tällä päätöksellä on huomattavia kustannuksia, vastuuta ja toiminnallisia vaikutuksia.
Öljykenttien jäteveden käsittely paikan päällä DAF-järjestelmillä sisältää seuraavat ensisijaiset kustannusluokat:
Taloudellinen kannattavuusraja paikan päällä tapahtuvan DAF-käsittelyn ja ulkopuolisen loppusijoituksen välillä johtuu ensisijaisesti tuotetun veden määrästä ja kuljetusetäisyydestä. Noin ylittävissä tilavuuksissa 2000-5000 tynnyriä päivässä ja kuljetusmatkat ylittävät 30–50 mailia, paikan päällä tapahtuva käsittely tuottaa johdonmukaisesti pienemmät kokonaiskustannukset tynnyriä kohden kuin paikan päällä tapahtuva hävittäminen – vaikka otetaan huomioon pääoman poisto ja koko paikan päällä tapahtuva käyttökustannus. Näiden kynnysarvojen alapuolella tai pelissä vakiintuneen edullisen putkilinjan takeaway-infrastruktuurin kanssa, toimipaikan ulkopuolinen hävittäminen on kilpailukykyistä puhtaasti kustannusperusteisesti.
Suorien kustannusten lisäksi operaattorit vaikuttavat yhä enemmän veden uudelleenkäyttöarvo analyysiin. Käsitelty tuotettu vesi, joka täyttää hydraulisen murtamisen uudelleenkäytön vaatimukset, eliminoi makean veden hankintakustannukset – jotka vesikuormitetuissa altaissa, kuten Permianissa, voivat nousta 1,50–3,00 dollariin tynnyriltä hankitun makean veden osalta – muuttaa perusteellisesti taloutta paikan päällä tapahtuvan käsittelyn hyväksi jopa pienemmillä tuotetun veden määrillä.
DAF-pumpun valmistajan valitseminen – joko kierrätyspumpulle tai täydelliselle DAF-järjestelmäpaketille – edellyttää teknisen kyvyn, sovelluskokemuksen ja myynnin jälkeisen tuen arvioimista pelkän laitteiston hinnan sijaan. Kierrätyspumppu, joka ei pysty ylläpitämään vakaata kyllästyspainetta tai kavitoituu vaihtelevissa syöttöolosuhteissa, heikentää DAF:n suorituskykyä riippumatta siitä, kuinka hyvin muu järjestelmä on suunniteltu.
Tärkeimmät arviointikriteerit DAF-pumppujen valmistajille ja järjestelmätoimittajille ovat: