Системы флотации растворенным воздухом часто выбираются по номинальному расходу, но гидравлический расход сам по себе не определяет реальную производительность очистки. Два потока сточных вод могут иметь производительность по 30 м³/ч, но при этом требуют очень разных конфигураций DAF, если их взвешенные вещества, жиры, масла, жиры, характеристики хлопьев, пиковый расход и химические нагрузки по илу различны. Поэтому правильный расчет DAF требует как гидравлического расчета, так и расчета загрузки твердых частиц.
Почему мощность DAF нельзя выбирать только на основании расхода
Обычный запрос DAF начинается с простого утверждения, например: "Мой расход сточных вод составляет 20 м³/ч. Какой размер DAF мне нужен?"
Поток важен, но это только первый вклад в проектирование. Рассмотрим два потока сточных вод, которые оба входят в систему DAF со скоростью 20 м³/ч.
Сточные воды с низким содержанием твердых частиц
- Расход: 20 м³/ч
- ТСС: 150 мг/л
- ТУМАН: 20 мг/л
- Относительно стабильный приток
Пищевые сточные воды с высокой нагрузкой
- Расход: 20 м³/ч
- ТСС: 2000 мг/л
- ТУМАН: 600 мг/л
- Сильные пики замеса и очистки
Гидравлический поток идентичен, но проект Б создает гораздо большую нагрузку на флотационную систему. Это может потребовать другого химического состава коагуляции, большей подачи растворенного воздуха, других условий рециркуляции, большей эффективной площади флотации и большей мощности по обращению с осадком.
Поток определяет, сколько воды должно пройти через устройство, а характеристики ТСС, ТУМАН, химического осадка и хлопьев определяют, сколько материала фактически необходимо всплыть и удалить.
Начните со среднего расхода, но проектируйте с учетом реального пикового расхода
Среднесуточный расход полезен для предварительных расчетов, но промышленные сточные воды редко попадают в систему DAF с совершенно постоянной скоростью.
Графики производства, очистка резервуаров, слив CIP, мойка оборудования, сброс партий и смена смен могут привести к коротким периодам, когда гидравлическая нагрузка намного превышает среднесуточную.
Например, заводу, производящему 300 м³/день, автоматически не требуется DAF, рассчитанный на:
300 м³/день ÷ 24 ч = 12,5 м³/ч
Если завод сбрасывает сточные воды только в течение 16 производственных часов, средний рабочий расход уже равен:
300 ÷ 16 = 18,75 м³/ч
Цикл стирки или запуск партии могут временно увеличить реальную пиковую производительность до 25 или 30 м³/ч. Таким образом, проектирование всего лишь около 12,5 м³/ч может привести к перегрузке DAF в периоды, когда очистные сооружения в этом нуждаются больше всего.
| Параметр потока | Почему это важно |
|---|---|
| Средний дневной поток | Полезно для расчета общей ежедневной нагрузки и эксплуатационных расходов. |
| Средний рабочий расход | Отражает фактическое время производства |
| Максимальный непрерывный поток | Важно для устойчивой гидравлической производительности |
| Пиковый расход | Определяет кратковременное гидравлическое напряжение в зоне флотации. |
Компенсация может уменьшить размер DAF и улучшить стабильность
Уравнительный бак правильного размера может сгладить гидравлические пики и пики выбросов загрязняющих веществ до того, как сточные воды попадут в DAF. Это может снизить максимально необходимую скорость флотации и сделать дозирование химикатов более стабильным.
Преобразование TSS и ТУМАН в массовую загрузку
Концентрация в мг/л рассказывает лишь часть истории. Оборудование DAF должно удалять массу твердых частиц каждый час, поэтому концентрации следует конвертировать в массовую загрузку.
Пример: загрузка TSS
Если расход составляет 30 м³/ч, а TSS составляет 1200 мг/л:
30 × 1200 ÷ 1000 = 36 кг ТСС/ч
Поэтому флотационная система должна перерабатывать примерно 36 кг/ч поступающих взвешенных частиц, прежде чем рассматривать ТУМАН, химически осажденные твердые вещества или шлам, образующийся в результате коагулянта.
| Параметр | Типичная единица | Почему это важно |
|---|---|---|
| Поток | м³/ч | Определяет гидравлическую нагрузку |
| TSS | мг/л | Определяет массовую нагрузку взвешенных твердых частиц |
| FOG | мг/л | Определяет плавающую нагрузку масла и смазки. |
| Химический ил | кг/ч | Добавляет твердые частицы, образующиеся в результате коагуляции и осаждения. |
| Пиковая нагрузка твердых частиц | кг/ч | Определяет максимальную плавучесть |
Вот почему номинальная производительность, м³/ч, никогда не должна быть единственной основой для сравнения предложений DAF.
Гидравлическая поверхностная нагрузка определяет площадь плавучести DAF
Как только расчетный расход известен, следующий важный гидравлический вопрос заключается в том, какая площадь поверхности флотации требуется.
Упрощенную зависимость гидравлической нагрузки можно записать как:
Перестановка уравнения:
где:
- Q = расчетный гидравлический расход, м³/ч;
- A = эффективная площадь плавучести, м²;
- HLR = выбранная скорость гидравлической нагрузки, м³/м²·ч.
Иллюстративный пример
Предположим:
Тогда:
30 ÷ 6 = 5 м² эффективная площадь плавучести
Это только предварительный гидравлический расчет. Выбранная скорость загрузки должна соответствовать сточной воде, качеству хлопьев, образованию пузырьков, концентрации твердых частиц, геометрии резервуара и требуемому качеству сточных вод.
Компактный DAF с агрессивной нагрузкой на поверхность может снизить капитальные затраты, но он также снижает эксплуатационный запас при изменении качества потока, твердых частиц или хлопьев.
Соотношение воздуха и твердых веществ важнее, чем простое добавление большего количества воздуха
DAF работает, потому что микроскопические пузырьки воздуха прикрепляются к взвешенным твердым веществам и хлопьям, снижая их эффективную плотность и вынося их на поверхность.
Соответствующий вопрос проектирования заключается не просто в том, производит ли система «много пузырей». Вопрос в том, достаточно ли растворенного воздуха по отношению к твердым веществам, которые необходимо флотировать.
Соотношение воздуха и твердых частиц
Отношение воздуха к твердым веществам, часто обозначаемое сокращенно A/S, описывает соотношение между доступной массой растворенного воздуха и массой твердых веществ, поступающих в процесс флотации.
Если подача растворенного воздуха слишком мала, хлопья могут не получить достаточного количества пузырьков для эффективного подъема. Типичные симптомы могут включать мутные сточные воды, видимые взвешенные хлопья под поверхностным слоем и плохой улавливание твердых частиц.
Избыток воздуха также не приносит пользы автоматически. Ненужная рециркуляционная перекачка и чрезмерно агрессивные условия выпуска могут увеличить потребление энергии и создать чрезмерную турбулентность в зоне флотации.
Его следует оценивать вместе с характеристиками сточных вод, коагуляцией, флокуляцией, рециркуляционным потоком, условиями давления, а также результатами пилотных испытаний или испытаний в банках, где это необходимо.
Как коэффициент переработки влияет на размер и производительность DAF
Многие традиционные системы DAF используют рециркуляционный поток под давлением. Часть осветленной воды возвращается через рециркуляционный насос и систему воздухонасыщения, где воздух растворяется под давлением. Когда поток под давлением возвращается обратно в зону флотации, перепад давления образует мелкие пузырьки.
Коэффициент переработки можно выразить просто как:
Слишком малый поток рециркуляции может уменьшить количество доступного растворенного воздуха. Слишком большая рециркуляция увеличивает внутреннюю гидравлическую нагрузку, энергию насоса и требуемую производительность системы насыщения.
Переработка слишком низкая
- Недостаточное образование пузырьков
- Плохая флотация плотных грузов или грузов с высоким содержанием твердых частиц.
- Меньший захват твердых частиц
Переработка слишком высока
- Более высокая энергия накачки
- Повышенная внутренняя гидравлическая нагрузка
- Потенциальная ненужная турбулентность
Поэтому коэффициент рециркуляции следует выбирать исходя из потребности в воздухе и эффективности флотации, а не потому, что один процент считается стандартным для каждого применения.
Коагуляция и флокуляция могут изменить требуемый размер DAF
Производительность DAF во многом зависит от того, что произойдет до того, как сточные воды достигнут зоны флотации. Очень маленькие коллоидные частицы не могут эффективно прикрепляться к пузырькам, если их предварительно не дестабилизировать и не объединить в более крупные хлопья.
Коагуляция
Коагулянты, такие как соли алюминия или железа, могут уменьшить электростатическое отталкивание между частицами, позволяя им начать агрегацию.
Флокуляция
Полимер или контролируемое смешивание могут затем образовать более крупные хлопья, которые легче захватывать микропузырькам.
Мелкие частицы могут оставаться во взвешенном состоянии и попадать в сточные воды.
Достаточно прочный для крепления, оставаясь при этом пригодным для плавучести.
Крупные хрупкие хлопья могут распасться при чрезмерном перемешивании или гидравлическом сдвиге.
Химическая обработка также приводит к образованию дополнительных твердых веществ. Таким образом, DAF, рассчитанный только на основе входящего TSS, может недооценить окончательную нагрузку плавающих твердых частиц, если образуется значительное химическое осаждение или коагуляционный шлам.
Прежде чем увеличивать площадь флотации, проверьте, является ли реальным ограничением кондиционирование частиц, доза химикатов, рН, энергия смешивания или время флокуляции.
FOG меняет дизайн DAF иначе, чем Mineral TSS
Жиры, масла и жиры являются одной из причин, по которой DAF широко используется в сточных водах пищевой промышленности и для очистки животных белков. Эти материалы часто имеют меньшую плотность, чем минеральные твердые вещества, и при правильном кондиционировании хорошо подходят для флотации.
Типичные области применения включают в себя:
- переработка мяса и птицы;
- скотобойни;
- молочные заводы;
- производство продуктов питания и напитков;
- переработка пищевого масла;
- заводы по производству полуфабрикатов.
Тем не менее, высокий уровень сточных вод FOG создает свои собственные проблемы в эксплуатации. Жир может покрывать инструменты, прилипать к поверхностям резервуара, изменять потребность в полимерах и образовывать густой, липкий плавающий осадок.
Это означает, что 1000 мг/л минеральных TSS и 1000 мг/л смеси FOG и органических твердых веществ не следует автоматически рассматривать как идентичные расчетные условия.
Часто более плотный
Может потребоваться более сильная флокуляция и адекватное прикрепление пузырьков для преодоления большей плотности частиц.
Более естественно плавучий
Часто хорошо подходит для DAF, но может образовывать липкий осадок и усложнять последующую обработку.
Не забывайте о производстве шлама DAF
DAF, который эффективно удаляет твердые частицы, переносит эти твердые частицы из сточных вод в поверхностный слой ила. Этот ил все равно необходимо собирать, хранить, перекачивать и, в конечном итоге, обезвоживать или утилизировать.
Если загрузка приходящих твердых частиц составляет 40 кг/ч и DAF удаляет высокий процент этих твердых частиц, в плавающем иле будет накапливаться значительная ежедневная масса сухих твердых веществ. Фактический объем влажного ила может быть намного больше, поскольку всплывший материал все еще содержит значительное количество воды.
Поэтому при проектировании DAF следует учитывать:
- емкость поверхностного скребка;
- конструкция отстойника или бункера;
- объем шламонакопителя;
- выбор шламового насоса;
- кондиционирование полимеров;
- шнековый пресс, фильтр-пресс или другое обезвоживающее оборудование.
DAF может достичь целевого показателя по очистке сточных вод, но все же создавать проблемы в эксплуатации, если скребок, шламовый резервуар, насосы или система обезвоживания не могут справиться с извлеченными твердыми частицами.
Рабочий пример: определение размера DAF для сточных вод пищевой промышленности
В следующем упрощенном примере показано, как можно объединить гидравлический поток и нагрузку твердыми частицами во время предварительного определения размеров DAF. Это всего лишь иллюстрация; Окончательный размер оборудования должен быть подтвержден на основе фактических данных по сточным водам и испытаний очистки.
Шаг 1. Рассчитайте пиковую нагрузку TSS
30 × 1000 ÷ 1000 = 30 кг ТСС/ч
Шаг 2. Рассчитайте пиковую нагрузку от тумана
30 × 300 ÷ 1000 = 9 кг ВОГ/ч
Шаг 3. Оцените идентифицируемую нагрузку загрязняющих веществ
30 9 = 39 кг/ч
Это значение 39 кг/ч еще не включает дополнительные твердые частицы, образующиеся в результате коагуляции, осаждения или кондиционирования полимера.
Шаг 4: Оцените площадь плавучести
Если в предварительном проекте используется примерная скорость гидравлической нагрузки 6 м³/м²·ч:
30 м³/ч ÷ 6 m³/m²·h = 5 m² flotation area
Шаг 5. Проверьте требования к воздуху и переработке
Затем необходимо проверить конструкцию на соответствие фактической нагрузке по твердым веществам, требованиям по соотношению воздух-твердые вещества, рециркуляционному потоку, давлению насыщения, образованию пузырьков, качеству хлопьев и ожидаемому целевому объему сточных вод.
Шаг 6: Проверьте обращение с осадком
Наконец, поверхностный скребок, шламовый резервуар, насосы и последующее оборудование для обезвоживания должны быть рассчитаны на размер извлеченных твердых частиц.
Практический контрольный список для определения размеров DAF перед запросом ценового предложения
Предоставление полной информации о сточных водах позволяет поставщику DAF оценить объем очистки, а не просто сопоставлять модель оборудования с одним номером потока.
Гидравлические данные
- Средний расход
- Максимальный поток
- Пиковый поток
- Часы работы в день
- Существующий объем выравнивания
Качество сточных вод
- ХПК и БПК
- TSS
- FOG
- pH
- Температура
- Другие основные загрязнители
Предварительная обработка
- Скрининг
- Выравнивание
- Коагуляция
- Флокуляция
- Существующие дозы химических веществ
Требования к сточным водам
- Целевой TSS
- Целевой туман
- Требуемое снижение ХПК
- Потребности в последующей биологической очистке
Обработка осадка
- Существующий шламонакопитель
- Доступный шламовый насос
- Обезвоживающее оборудование
- Требуемые конечные твердые частицы кека
Распространенные ошибки при выборе размера DAF
Выбор только среднего расхода
Короткие гидравлические пики могут перегрузить агрегат, который в среднем за день кажется адекватным.
Игнорирование массовой загрузки твердых веществ
Один и тот же м³/ч может представлять совершенно разные флотационные нагрузки в кг/ч.
Относитесь к туману как к обычному TSS
Масла и жиры по-разному влияют на флотацию, химическое кондиционирование и обработку осадка.
Если предположить, что больше переработки всегда лучше
Чрезмерная рециркуляция увеличивает гидравлическую нагрузку и энергию без автоматического улучшения удаления.
Игнорирование коагуляции и флокуляции
Плохая обработка частиц может помешать DAF правильного размера достичь своей цели.
Забыв об обращении с осадком
Улавливание твердых частиц может привести к перегрузке скребка, шламонакопителя, насоса или последующей системы обезвоживания.
Вам нужно подобрать систему DAF для ваших сточных вод?
NIHAO может помочь оценить производительность DAF как по гидравлическому потоку, так и по нагрузке загрязняющих веществ. Отправьте нам свой средний и пиковый расход, TSS, FOG, COD, pH, источник сточных вод, существующую предварительную очистку и требуемое качество сточных вод.
Наша команда может проанализировать режим флотации, гидравлическую зону, требования к переработке, потребности в химическом кондиционировании и условия обращения с осадком, прежде чем рекомендовать подходящую конфигурацию DAF.
Часто задаваемые вопросы
Как рассчитать мощность DAF?
Производительность DAF следует оценивать по расчетному расходу, пиковому расходу, гидравлической поверхностной нагрузке, массовой загрузке твердых частиц, FOG, потребности в соотношении воздух-твердые вещества, условиям рециркуляции, характеристикам флокуляции и способности по обращению с осадком.
Можно ли выбрать размер DAF только на основании расхода сточных вод?
Нет. Расход определяет гидравлическую нагрузку, а концентрация и состав твердых частиц определяют флотационную нагрузку. Для двух потоков сточных вод с одинаковым расходом могут потребоваться разные размеры DAF и условия эксплуатации.
Как TSS влияет на размер DAF?
Концентрацию TSS следует конвертировать в нагрузку по твердым веществам в кг/ч. Более высокое содержание твердых частиц обычно увеличивает флотационную нагрузку, потребность в воздухе, образование осадка и важность эффективной коагуляции и флокуляции.
Какова скорость гидравлического нагружения при флотации растворенным воздухом?
Скорость гидравлической загрузки описывает поток сточных вод, подаваемый на единицу эффективной площади флотационной поверхности, обычно выражаемый как м³/м²·ч. Это один из параметров, используемых для оценки необходимой площади флотации.
Каково соотношение воздуха и твердых частиц в DAF?
Соотношение воздуха и твердых частиц описывает соотношение между доступным растворенным воздухом и массой твердых веществ, которые необходимо флотировать. Это помогает определить, достаточно ли микропузырьков для фактической загрузки твердых частиц.
Как рассчитать коэффициент переработки DAF?
переработка 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.
Требует ли высокий уровень тумана более крупной системы DAF?
Не автоматически, но высокий уровень FOG меняет флотационный режим, химическое кондиционирование, характеристики осадка и требования к техническому обслуживанию. Поэтому концентрацию FOG следует учитывать при определении размеров.
Почему DAF нуждается в коагуляции и флокуляции?
Очень мелкие частицы и коллоиды могут не эффективно прикрепляться к пузырькам воздуха. Коагуляция дестабилизирует их, а флокуляция образует более крупные плавающие частицы, которые можно улавливать более эффективно.
Сколько осадка производит система DAF?
Производство ила зависит от поступающих TSS, FOG, эффективности удаления, дозы коагулянта, использования полимеров и химически осажденных твердых веществ. Массовую загрузку следует оценить до определения размеров оборудования для хранения ила и обезвоживания.
Какие данные о сточных водах я должен предоставить при запросе предложения DAF?
Предоставьте средний и пиковый расход, часы работы, ХПК, БПК, TSS, туман, pH, температуру, источник сточных вод, существующую фильтрацию или выравнивание, химическую обработку, требуемое качество выпускного отверстия и информацию об обращении с осадком на выходе.
Английский
عربي
испанский
