Flottation à air dissous DAF : conception d'un système de traitement des eaux usées

Qu'est-ce que DAF Signification du traitement de l'eau et de son fonctionnement

Que représente DAF dans le domaine du traitement de l’eau ? DAF est l'acronyme de Dissolved Air Flotation, un processus de séparation physico-chimique conçu pour éliminer les matières en suspension, les huiles, les graisses et les particules de faible densité de l'eau. Le traitement des eaux usées par flottation à air dissous Le processus commence lorsque l'influent pénètre dans une boîte collectrice qui réduit la vitesse de l'eau et répartit le débit uniformément dans le récipient. Un jet d’eau sous pression entièrement saturé d’air dissous – communément appelé eau blanche – est injecté dans le flux de déchets entrant avec tous les produits chimiques floculants requis.

Lorsque la solution air-eau sous pression est libérée à la pression atmosphérique à l’intérieur du réservoir DAF, la chute de pression soudaine force l’air dissous à précipiter hors de la solution sous forme de milliards de bulles microscopiques. Ces bulles, généralement entre 30 et 50 microns de diamètre, se fixent aux contaminants hydrophobes et créent des agrégats de bulles-flocs avec une densité globale inférieure à 1,0, les faisant remonter rapidement à la surface. Un dispositif d'écrémage mécanique élimine la couche de boue flottante, tandis que l'eau clarifiée est collectée en continu à partir de plusieurs points à l'intérieur du DAF et évacuée par des déversoirs dans une chambre d'effluents. C'est le fondement de tout Traitement des eaux usées des unités DAF opération.

Les principes physiques qui régissent le traitement de l’eau par flottation à air dissous

Le traitement de l'eau par flottation à air dissous Le processus est régi par la loi de Henry, qui stipule que la quantité de gaz dissoute dans un liquide est proportionnelle à la pression partielle de ce gaz au-dessus du liquide. En mettant sous pression un flux de recyclage d'effluent traité en contact avec l'air, un pompe de flottation à air dissous force beaucoup plus d’air dans la solution que ce qui est possible à la pression atmosphérique. Lorsque cette eau saturée rentre dans le réservoir DAF, la chute de pression crée des conditions de sursaturation et l'excès d'air dissous s'échappe sous forme de microbulles allant de 10 à 100 micromètres en diamètre.

Le attachment of air bubbles to contaminant particles relies on hydrophobic interactions. Oils, greases, and chemically conditioned solids present hydrophobic surfaces to which the bubbles readily adhere. Chemical coagulation followed by flocculation enhances this process by building larger, more hydrophobic flocs that capture bubbles more effectively and rise faster. The DAF reactor is conceptually divided into a contact zone, where floc particles collide with and attach to rising bubbles, and a separation zone, where the floc-bubble aggregates ascend undisturbed to form a float layer. This combination of physics and chemistry makes the système de flottaison à air dissous exceptionnellement efficace pour éliminer les particules légères qui ne se déposeraient jamais dans un clarificateur conventionnel.

Critères de conception du système DAF qui déterminent les performances

Bon Conception du système DAF nécessite une évaluation minutieuse de plusieurs paramètres interdépendants. La taille du bassin de flottation dépend principalement de la taux de chargement hydraulique . Les systèmes DAF conventionnels sont conçus pour 4 à 8 gallons par minute par pied carré , unlors que les systèmes modernes à haut débit peuvent fonctionner efficacement jusqu'à 20 gpm par pied carré . Le tableau ci-dessous résume les paramètres de conception critiques pour un système correctement conçu. système de flottation à air dissous .

Le Rapport air/solides (A/S) est la variable de conception la plus fondamentale. Il définit la quantité d'air nécessaire pour faire flotter une quantité donnée de solides. À 75 psig et 70 degrés F , l'eau atteint environ 9 pour cent de saturation de l'air . Pour un flux de déchets contenant 1 000 milligrammes par litre de MES, cela se traduit par environ un Taux de recyclage de 50 pour cent , tandis que les flux contenant 2 000 milligrammes par litre de TSS nécessitent un Taux de recyclage de 100 pour cent . Le taux de chargement de solides établit la relation entre la surface effective de la cellule DAF et la masse totale de TSS et de FOG entrant dans le système. Les concepteurs les plus expérimentés recommandent de ne pas dépasser 2,0 livres par heure par pied carré pour empêcher le transfert de solides dans l’effluent clarifié.

Il existe deux configurations de réservoirs courantes : circulaire et rectangulaire. Les réservoirs circulaires sont principalement utilisés pour l'épaississement des eaux usées et des boues, tandis que les réservoirs rectangulaires sont plus courants pour le traitement de l'eau potable. Les réservoirs rectangulaires offrent une construction plus simple, une introduction plus facile de l’eau floculée et une élimination plus efficace des flotteurs. Les systèmes DAF conventionnels limitent généralement la longueur du réservoir à 40 pieds , avec une profondeur d'eau d'environ 10 pieds .

Le Central Role of Dissolved Air Flotation Pumps

Le pompe de flottation à air dissous est l’élément le plus critique pour obtenir une séparation efficace par flottation à air. Cette pompe crée le flux d'eau vive sous pression qui génère les microbulles responsables de l'élimination des contaminants. Contrairement à une pompe centrifuge standard qui ne réalise que Efficacité de saturation de 20 à 50 pour cent , une turbine régénérative spécialisée ou à plusieurs étages pompe de flottation à air dissous réalise efficacité de saturation supérieure à 95 % pour les bulles dans le Gamme de 5 à 15 microns . Une telle pompe remplit trois fonctions dans une seule unité : aspirer simultanément de l'air et de l'eau, les mélanger, puis dissoudre l'air avec une turbine à haut cisaillement.

Cette efficacité élevée permet des taux de recyclage aussi bas que 10 à 20 pour cent , par rapport au 30 à 50 pour cent typique des systèmes conventionnels qui reposent sur des méthodes de saturation moins efficaces. Des taux de recyclage inférieurs signifient un temps de rétention d'eau plus efficace à l'intérieur du réservoir DAF, une meilleure séparation et une consommation d'énergie réduite. Le plus robuste pompe de flottation à air dissouss sont construits avec Acier inoxydable 316 construction, garnitures mécaniques conçues pour un fonctionnement continu à haute pression et moteurs à haut rendement. Lorsqu'il est intégré dans un système de flottaison à air dissous , une pompe haute performance fournit des rapports air/eau constants, des tailles de bulles de 20 microns ou moins , a Réduction de 10 à 40 pour cent de la consommation de produits chimiques et un encombrement d'installation compact. Ces pompes peuvent être installées comme pompes de recyclage de remplacement pour les systèmes DAF existants ou emballées dans le cadre d'un module complet de production d'eau vive.

Éléments essentiels du conditionnement chimique et du prétraitement

Le prétraitement chimique est essentiel pour atteindre les efficacités d'élimination élevées que traitement des eaux usées par flottation à air dissous les systèmes sont connus pour. Le processus comporte généralement deux étapes. Un coagulant – généralement du sulfate d’aluminium, du chlorure ferrique ou du chlorure de polyaluminium – est d’abord mélangé aux eaux usées, déclenchant la formation de microflocs à partir de particules colloïdales. Un floculant polymère est ensuite ajouté pour favoriser le développement de flocs plus gros et plus stables qui résistent à la rupture et offrent une excellente flottabilité.

Le test des bocaux est obligatoire pour déterminer le type, le dosage et la séquence corrects d’ajout de produits chimiques. Les principaux paramètres de qualité de l'eau qui influencent les décisions de dosage comprennent la concentration de MES, le type et la concentration de FOG, les niveaux de DBO et de DCO, le pH, l'alcalinité et la distribution granulométrique. Pour des charges TSS élevées dépassant 1 000 milligrammes par litre , une étape de prétraitement telle que le criblage ou la sédimentation primaire évite que l'unité DAF ne soit submergée et garantit une qualité constante des effluents.

Élimination mesurée des contaminants selon des paramètres clés

Un bien conçu Système DAF pour le traitement de l'eau obtient systématiquement une élimination exceptionnelle des contaminants. Les chiffres suivants représentent des performances documentées sur un large éventail d'installations industrielles.

• Total des matières en suspension (TSS) : Les efficacités d’élimination vont de 90 à 99 pour cent lorsqu'il est combiné avec un dosage chimique approprié. Même dans des conditions de charge variables, les systèmes DAF maintiennent régulièrement les MES des effluents en dessous de 30 milligrammes par litre.
• Graisses, huiles et graisses (FOG) : DAF est exceptionnellement efficace pour l'élimination du FOG, avec de nombreux systèmes industriels atteignant teneur totale en huile et en graisse inférieure à 20 parties par million dans les effluents traités.
• Demande Chimique en Oxygène (DCO) : En éliminant les fractions solides et FOG qui contribuent de manière significative à la DCO, les efficacités d'élimination entre 86 et 91 pour cent sont couramment observés.
• Turbidité  : les taux de suppression dépassent systématiquement 84 pour cent , avec des installations optimisées permettant Réduction de la turbidité de 96 à 97 pour cent .
• Phosphate total : Efficacités d'élimination entre 95 et 96 pour cent sont réalisables dans des installations DAF bien optimisées avec un dosage approprié de coagulant de sel métallique.

Qu'est-ce qui fait flottation à air dissous DAF sa taille compacte est particulièrement remarquable. Avec un temps de rétention de seulement 3 à 5 minutess et une profondeur de réservoir aussi faible que 600 millimètres , les unités DAF offrent des efficacités de séparation qui nécessiteraient des bassins de sédimentation avec des heures de temps de rétention correspondant. Les boues produites par DAF sont également nettement plus épaisses, généralement 2 à 4 pour cent de solides contre moins de 1 pour cent provenant de la sédimentation, ce qui réduit les coûts de déshydratation en aval et les volumes de manutention.

Avantages par rapport aux clarificateurs de sédimentation conventionnels

Dans la plupart des applications industrielles, un système de flottaison à air dissous est l’alternative privilégiée à la sédimentation gravitaire. Alors qu'un clarificateur conventionnel nécessite des heures pour que les particules se déposent, le DAF fait flotter activement les contaminants vers le haut en quelques minutes, ce qui permet un traitement considérablement plus rapide. La qualité finale de l'eau est toujours meilleure car la flottation élimine les particules plus petites et plus légères qui ne se déposeraient jamais dans un clarificateur conventionnel.

Les systèmes DAF nécessitent également beaucoup moins d'espace que les clarificateurs comparables et, grâce à leur construction modulaire, permettent une installation facile et un démarrage rapide. Ils démontrent une plus grande tolérance aux conditions de charge variables et produisent une boue plus épaisse qui réduit les coûts de déshydratation. Tarif élevé moderne flottation à air dissous DAF les conceptions intègrent des fonctionnalités telles que l'extraction progressive de l'eau, la configuration à flux transversal pour une vitesse interne plus faible, des séparateurs à plaques et la collecte des boues par le fond du cône, qui améliorent toutes encore les performances et la fiabilité de la séparation.

Secteurs industriels clés dépendant du traitement des eaux usées des unités DAF

Traitement des eaux usées des unités DAF s'est révélé indispensable dans un large éventail d'industries où prédominent les contaminants de faible densité et où l'espace est limité. Les principaux secteurs d'application comprennent :

• Transformation des aliments et des boissons : Les usines de viande et de volaille, les installations de transformation des produits laitiers et les raffineries d'huiles comestibles utilisent le DAF pour éliminer les concentrations élevées de graisses, d'huiles et de solides organiques de leurs flux d'eaux usées.
• Pétrole et Gaz : DAF est largement appliqué dans le traitement de l'eau produite et des effluents de raffinerie contenant du pétrole dispersé ou émulsionné, atteignant des niveaux d'huile et de graisse d'effluent qui répondent aux permis de rejet stricts.
• Pâtes et papiers : Les eaux usées des usines de papier contenant des fibres, des charges et des matériaux de revêtement répondent bien à la séparation par flottation pour la clarification des eaux de traitement et l'épaississement des boues.
• Chimie et Pétrochimie : Ces installations utilisent le DAF pour éliminer les émulsions huile-eau, les métaux précipités et les matières en suspension liées au procédé avant le traitement biologique ou le rejet.
• Traitement des eaux usées municipales : Le DAF sert à la fois de clarification primaire et de polissage tertiaire pour éliminer les matières en suspension résiduelles, le phosphore et les algues avant le rejet final.
• Traitement de l'eau potable : Depuis la fin des années 1960, le DAF a été appliqué à la production d'eau potable, se révélant particulièrement efficace pour éliminer les algues, la couleur naturelle et les particules de faible densité des eaux de surface.

Pratiques opérationnelles pour une efficacité élevée et durable

Maintenir des performances optimales à partir d'un traitement des eaux usées par flottation à air dissous Le système nécessite un contrôle opérationnel discipliné de plusieurs variables. La pression de saturation dans le système de dissolution de l'air doit rester dans les limites 80 à 100 livres par pouce carré gamme pour une formation efficace de bulles ; Une pression insuffisante entraîne une mauvaise évacuation de l'air, tandis qu'une pression excessive gaspille de l'énergie. Le pH doit être maintenu dans la plage optimale pour le coagulant sélectionné, généralement 6,0 à 7,5 , car le fonctionnement en dehors de cette fenêtre augmente la consommation de produits chimiques sans améliorer l'élimination. Le débit hydraulique total à travers le DAF – la somme des flux entrants et recyclés – doit rester dans les limites de la capacité de charge de conception pour éviter les courts-circuits et le transfert de solides. Le mécanisme d'écrémage de surface doit être ajusté pour éliminer les boues flottantes à un rythme qui empêche la couche accumulée de devenir trop épaisse et de se briser, tout en évitant une élimination excessive de l'eau. L'inspection régulière des manomètres, la détection des fuites et le respect d'un programme de maintenance complet garantissent que le Système DAF pour le traitement de l'eau continue de fournir des performances de conception au fil des années de fonctionnement.