DAF là viết tắt của Tuyển nổi không khí hòa tan — một quá trình làm sạch nước và nước thải nhằm loại bỏ các chất rắn lơ lửng, chất béo, dầu, mỡ và các hạt keo bằng cách gắn chúng vào các bong bóng khí cực nhỏ và làm nổi các cốt liệu thu được trên mặt nước để loại bỏ cơ học. Không giống như quá trình lắng đọng dựa vào trọng lực để nhấn chìm các hạt dày đặc, DAF khai thác lực nổi để làm nổi các chất gây ô nhiễm mật độ thấp mà lẽ ra sẽ lơ lửng hoặc mất thời gian dài để lắng xuống.
Quá trình này hoạt động bằng cách hòa tan không khí vào dòng nước đã xử lý tuần hoàn có áp suất - thường ở mức 4–8 bar - và sau đó giải phóng dòng đó trở lại bể tuyển nổi ở áp suất khí quyển. Sự giảm áp suất đột ngột làm cho không khí hòa tan tạo mầm ra khỏi dung dịch dưới dạng đám mây vi bọt dày đặc, điển hình là Đường kính 10–100 micron . Những bong bóng này bám vào các hạt lơ lửng và kết bông, làm giảm mật độ hiệu quả của tập hợp hạt-bong bóng thấp hơn mật độ của nước. Cốt liệu nổi lên trên bề mặt và tạo thành một lớp bùn nổi - được gọi là phao hoặc lớp bọt - được loại bỏ liên tục bằng máy hớt bọt cơ học.
DAF trong xử lý nước và xử lý nước thải được áp dụng trong nhiều ngành công nghiệp đặc biệt: lọc nước uống đô thị, nước thải chế biến thực phẩm và đồ uống, nước thải nhà máy giấy và bột giấy, nước thải nhà máy dệt nhuộm, nước sản xuất từ nhà máy lọc dầu, hệ thống tuần hoàn nuôi trồng thủy sản và xử lý nước sản xuất từ mỏ dầu. Sức mạnh đặc biệt của nó là trong các ứng dụng trong đó các chất gây ô nhiễm mục tiêu có trọng lượng riêng gần bằng hoặc nhỏ hơn 1,0 - chất béo, dầu, sợi và bông sinh học - nơi quá trình lắng đọng diễn ra chậm và không đáng tin cậy.
Một hệ thống xử lý nước thải DAF hoàn chỉnh sẽ xử lý nước thải qua nhiều giai đoạn tuần tự. Hiểu từng giai đoạn là cần thiết để thiết kế hệ thống, định lượng hóa chất và xử lý sự cố vận hành chính xác.
Nước thải thô đi vào hệ thống DAF thường đi qua màn hình hoặc bộ lọc để loại bỏ chất rắn thô có thể làm tắc nghẽn bơm tái chế và thiết bị bão hòa. Đối với các quy trình công nghiệp theo mẻ hoặc dòng chảy thay đổi, một bể cân bằng ở thượng nguồn của thiết bị DAF sẽ đệm dòng chảy và sự thay đổi tải chất gây ô nhiễm, ngăn ngừa sốc thủy lực và sự mất ổn định về liều lượng hóa chất làm giảm hiệu quả phân tách.
Hầu hết các ứng dụng DAF đều yêu cầu tiền xử lý hóa học để làm mất ổn định các hạt keo và tổng hợp các chất rắn lơ lửng mịn thành khối đủ lớn để gắn bong bóng. Chất đông tụ - điển hình là nhôm sunfat (phèn), clorua sắt hoặc polyalumin clorua (PAC) - được định lượng tại điểm trộn nhanh để trung hòa điện tích bề mặt âm trên các hạt keo. Chất keo tụ - polyme polyacrylamide anion hoặc cation - sau đó được định lượng trong vùng trộn nhẹ để kết nối các hạt đông tụ riêng lẻ thành các cấu trúc bông lớn hơn, mạnh hơn. Kích thước, mật độ và sức mạnh của khối là những yếu tố chính quyết định hiệu quả tách DAF, khiến việc lựa chọn hóa chất và tối ưu hóa liều lượng trở thành thông số vận hành và thiết kế quan trọng.
Một phần nước thải DAF đã được làm rõ - dòng tái chế, thường 10–50% tốc độ dòng cấp liệu - được điều áp bằng bơm tái chế DAF và đưa vào bình chịu áp lực gọi là bình bão hòa hoặc bể hòa tan. Khí nén được bơm vào thiết bị bão hòa, tại đây nó hòa tan vào nước dưới áp suất theo Định luật Henry. Dòng tái chế bão hòa được giữ dưới áp suất cho đến khi dẫn vào đầu vào bể tuyển nổi.
Dòng tái chế có áp suất được giải phóng thông qua van giảm áp vào bể tuyển nổi, nơi nó tiếp xúc với nước cấp đã được xử lý hóa học đi vào. Các vi bọt tạo mầm ngay lập tức và gắn vào các hạt bông, nổi lên bề mặt theo thời gian lưu thủy lực của bể - điển hình là 15–30 phút trong các thiết kế DAF thông thường, giảm xuống còn 3–8 phút ở các đơn vị tốc độ cao. Thiết bị hớt bùn bãi biển kiểu chuỗi-và-bay hoặc luân phiên liên tục loại bỏ bùn nổi tích tụ vào máng thu gom bùn. Nước trong sạch thoát ra từ đáy bể thông qua các cổng xả ngập nước.
Bùn nổi DAF thường có nồng độ chất rắn khoảng 2–8% chất rắn khô theo trọng lượng - đậm đặc hơn đáng kể so với bùn chảy dưới bể lắng từ các quá trình lắng tương đương. Lợi thế về nồng độ này làm giảm kích thước thiết bị khử nước bùn ở hạ lưu và chi phí vận hành. Bùn nổi thường được làm đặc hơn nữa trong các chất làm đặc vành đai trọng lực hoặc máy ly tâm trước khi thải bỏ, làm phân trộn, phân hủy kỵ khí hoặc - trong các ứng dụng chế biến thực phẩm - được thu hồi làm thành phần thức ăn chăn nuôi.
Bơm tuyển nổi không khí hòa tan - hay bơm DAF - là bộ phận chịu trách nhiệm trực tiếp nhất về hiệu suất của hệ thống. Hai nhiệm vụ bơm riêng biệt tồn tại trong hệ thống DAF, mỗi nhiệm vụ có các yêu cầu hiệu suất khác nhau và việc chọn loại máy bơm chính xác cho từng nhiệm vụ là điều cơ bản để vận hành đáng tin cậy.
Bơm tái chế DAF tạo áp lực cho dòng tái chế nước thải đã được làm sạch đến áp suất vận hành của thiết bị bão hòa - thường là 4–8 thanh (60–120 psi) . Đây là máy bơm quan trọng nhất trong hệ thống; hiệu suất của nó trực tiếp xác định số lượng và chất lượng của vi bọt được tạo ra, từ đó kiểm soát hiệu quả phân tách.
Tiêu chí lựa chọn chính cho máy bơm tái chế bao gồm:
Bơm cấp liệu chuyển nước thải thô hoặc nước thải đã xử lý trước từ bể cân bằng sang thiết bị DAF với tốc độ dòng chảy ổn định, được kiểm soát. Do dòng cấp liệu có thể chứa chất rắn lơ lửng, vật liệu dạng sợi hoặc hàm lượng sinh học nên máy bơm cấp liệu thường là loại ly tâm không bị tắc, khoang tiến bộ hoặc thiết kế bơm nước thải chìm với cánh quạt mở hoặc xoáy để truyền chất rắn mà không bị tắc. Không giống như bơm tái chế, bơm cấp liệu hoạt động ở áp suất thấp đến trung bình - thường 0,5–2 thanh - có kích thước hoàn toàn để phân phối dòng chảy và đầu tĩnh nhỏ.
Thiết bị làm sạch DAF - bản thân bể tuyển nổi - là bình xử lý trung tâm của hệ thống và hình dạng của nó xác định thời gian lưu thủy lực, hiệu suất tiếp xúc của hạt bong bóng và hiệu suất loại bỏ bùn nổi xác định chung thông lượng hệ thống tổng thể và chất lượng nước thải.
Thông số kích thước chính cho thiết bị làm sạch DAF là tốc độ tải bề mặt thủy lực (còn gọi là tốc độ tràn hoặc tải thủy lực bề mặt), được biểu thị bằng lưu lượng trên một đơn vị diện tích bề mặt bể. Các đơn vị DAF thông thường được thiết kế cho tốc độ tải bề mặt 3–6 m³/m2/giờ ; thiết kế DAF tốc độ cao sử dụng mô-đun ống lamella hoặc phân phối đầu vào được tối ưu hóa có thể đạt được 10–15 m³/m2/giờ hoặc cao hơn. Việc vượt quá tốc độ tải bề mặt thiết kế sẽ gây ra đoản mạch thủy lực, giảm thời gian lưu và mang bùn nổi vào nước thải.
Bể lắng DAF được sản xuất theo cấu hình hình chữ nhật và hình tròn. Bể hình chữ nhật là tiêu chuẩn cho các hệ thống lắp đặt lớn hơn — chúng cho phép lướt theo chuỗi và bay đơn giản, lắp đặt các vách ngăn phân phối đầu vào một cách hiệu quả và có thể được xây dựng theo các phần mô-đun cho các hệ thống lớn được xây dựng tại chỗ. Bể lắng DAF dạng tròn sử dụng cánh tay gạt quay, nhỏ gọn và tiết kiệm chi phí đối với tốc độ dòng chảy nhỏ hơn; chúng phổ biến trong các cấu hình nhà máy trọn gói để chế biến thực phẩm và các ứng dụng đô thị nhỏ hơn.
Một máy làm sạch DAF được thiết kế tốt sẽ tách bể bằng thủy lực thành hai vùng chức năng. các vùng liên lạc tại đầu vào là nơi nước tái chế có áp suất trộn với nguyên liệu đã qua xử lý hóa học, tối đa hóa sự va chạm và bám dính của các hạt bong bóng. các vùng phân cách chiếm phần lớn chiều dài bể, cung cấp các điều kiện thủy lực tĩnh cần thiết để các tập hợp hạt bong bóng nổi lên bề mặt mà không bị gián đoạn hỗn loạn. Vách ngăn ngăn cách các khu vực này là một chi tiết thiết kế quan trọng; sự phân tách không đầy đủ cho phép sự nhiễu loạn ở đầu vào làm gián đoạn sự nổi lên trong vùng phân tách, làm giảm chất lượng nước thải.
Việc thiết lập hệ thống DAF chính xác khi lắp đặt sẽ xác định xem thiết bị có đạt được hiệu suất thiết kế ngay từ ngày đầu hay cần nhiều tháng xử lý sự cố để đạt được hoạt động ổn định. Danh sách kiểm tra sau đây bao gồm các bước quan trọng để lắp đặt thiết bị DAF mới và vận hành ban đầu.
Trong các hoạt động khai thác dầu khí ở mỏ dầu và thượng nguồn, nước sản xuất và nước chảy ngược đại diện cho một số dòng nước thải có khối lượng cao nhất và thách thức nhất gặp phải trong tất cả các ngành công nghiệp. Các hệ thống DAF được sử dụng rộng rãi như một giai đoạn xử lý chính cho nước thải mỏ dầu - loại bỏ dầu phân tán và nhũ hóa, chất rắn lơ lửng và cặn vật liệu phóng xạ tự nhiên (NORM) trước khi xả, bơm lại hoặc xử lý thêm để tái sử dụng có lợi.
Người vận hành quản lý nước sản xuất phải đối mặt với một quyết định cơ bản: xử lý nước thải tại chỗ sử dụng DAF lắp đặt hoặc di động và thiết bị xử lý liên quan hoặc nước thải xe tải hoặc đường ống ngoại vi đến cơ sở xử lý hoặc xử lý thương mại. Quyết định này có ý nghĩa lớn về chi phí, trách nhiệm pháp lý và hoạt động.
Xử lý nước thải mỏ dầu tại chỗ bằng hệ thống DAF bao gồm các loại chi phí chính sau:
Điểm hòa vốn kinh tế giữa xử lý DAF tại chỗ và xử lý bên ngoài cơ sở chủ yếu được quyết định bởi lượng nước sản xuất và khoảng cách vận chuyển. Ở mức âm lượng trên khoảng 2.000–5.000 thùng mỗi ngày và khoảng cách vận chuyển vượt quá 30–50 dặm, việc xử lý tại chỗ luôn tạo ra tổng chi phí mỗi thùng thấp hơn so với xử lý bên ngoài - thậm chí còn tính cả khấu hao vốn và toàn bộ chi phí vận hành tại chỗ. Dưới các ngưỡng này, hoặc trong các cuộc chơi với cơ sở hạ tầng mang đi theo đường ống với chi phí thấp đã được thiết lập, việc xử lý bên ngoài cơ sở vẫn mang tính cạnh tranh trên cơ sở chi phí thuần túy.
Ngoài chi phí trực tiếp, các nhà khai thác ngày càng tính đến giá trị tái sử dụng nước vào phân tích. Nước sản xuất đã qua xử lý đáp ứng các thông số kỹ thuật để tái sử dụng vết nứt thủy lực giúp loại bỏ chi phí thu mua nước ngọt — chi phí này ở các lưu vực chịu áp lực về nước như Permian có thể lên tới 1,50–3,00 USD mỗi thùng đối với nước ngọt có nguồn gốc — thay đổi căn bản nền kinh tế theo hướng ưu tiên xử lý tại chỗ ngay cả với lượng nước sản xuất thấp hơn.
Việc lựa chọn nhà sản xuất máy bơm DAF — dù là cho máy bơm tái chế cụ thể hay cho gói hệ thống DAF hoàn chỉnh — đều yêu cầu đánh giá năng lực kỹ thuật, kinh nghiệm ứng dụng và hỗ trợ sau bán hàng thay vì chỉ riêng giá thiết bị. Một máy bơm tái chế không duy trì được áp suất bão hòa ổn định hoặc tạo bọt trong các điều kiện cấp liệu thay đổi sẽ làm giảm hiệu suất của DAF bất kể phần còn lại của hệ thống được thiết kế tốt như thế nào.
Các tiêu chí đánh giá chính đối với nhà sản xuất máy bơm DAF và nhà cung cấp hệ thống bao gồm: