I sistemi di flottazione dell'aria disciolta vengono spesso selezionati in base alla portata nominale, ma il flusso idraulico da solo non definisce il reale rendimento del trattamento. Due flussi di acque reflue possono essere entrambi di 30 m³/ora e richiedono comunque configurazioni DAF molto diverse se i loro carichi di solidi sospesi, grassi, oli, grasso, caratteristiche dei fiocchi, flusso di picco e fanghi chimici sono diversi. Il corretto dimensionamento del DAF richiede quindi sia un calcolo idraulico che un calcolo del carico dei solidi.
Perché la capacità DAF non può essere selezionata solo dal flusso
Una comune richiesta DAF inizia con una semplice dichiarazione come: "Il mio flusso di acque reflue è di 20 m³/h. Di quale dimensione DAF ho bisogno?"
Il flusso è essenziale, ma è solo il primo input progettuale. Consideriamo due flussi di acque reflue che entrano entrambi in un sistema DAF a 20 m³/h.
Acque reflue a basso contenuto di solidi
- Portata: 20 m³/h
- TSS: 150 mg/l
- NEBBIA: 20 mg/l
- Influente relativamente stabile
Acque reflue alimentari ad alto carico
- Portata: 20 m³/h
- TSS: 2.000 mg/l
- NEBBIA: 600 mg/l
- Forti picchi di batch e pulizia
Il flusso idraulico è identico, ma il Progetto B impone un carico di separazione molto maggiore sul sistema di galleggiamento. Potrebbe richiedere una diversa chimica della coagulazione, una maggiore fornitura di aria disciolta, diverse condizioni di riciclo, un'area di flottazione effettiva più ampia e una maggiore capacità di gestione dei fanghi.
Il flusso determina la quantità di acqua che deve passare attraverso l'unità, mentre le caratteristiche di TSS, NEBBIA, fanghi chimici e fiocchi determinano la quantità di materiale che deve effettivamente essere fatta galleggiare e rimossa.
Inizia con il flusso medio, ma progetta per il flusso di picco reale
Il flusso medio giornaliero è utile per i calcoli preliminari, ma le acque reflue industriali raramente entrano in un sistema DAF a una portata perfettamente costante.
I programmi di produzione, la pulizia dei serbatoi, lo scarico CIP, il lavaggio delle attrezzature, lo scarico dei lotti e i cambi di turno possono creare brevi periodi in cui il carico idraulico è molto superiore alla media giornaliera.
Ad esempio, un impianto che produce 300 m³/giorno non richiede automaticamente un DAF dimensionato per:
300 m³/giorno ÷ 24 h = 12,5 m³/ora
Se la fabbrica scarica le acque reflue solo durante 16 ore di produzione, il flusso operativo medio è già:
300 ÷ 16 = 18,75 m³/ora
Un ciclo di lavaggio o un rilascio batch possono temporaneamente spingere il picco reale a 25 o 30 m³/h. Progettare solo circa 12,5 m³/h potrebbe quindi sovraccaricare il DAF nei periodi in cui l'impianto di trattamento ne ha più bisogno.
| Parametro di flusso | Perché è importante |
|---|---|
| Flusso medio giornaliero | Utile per il calcolo del carico giornaliero totale e dei costi operativi |
| Portata operativa media | Riflette le ore di produzione effettive |
| Flusso continuo massimo | Importante per una capacità idraulica sostenuta |
| Flusso di picco | Determina lo stress idraulico a breve termine sulla zona di galleggiamento |
L'equalizzazione può ridurre le dimensioni del DAF e migliorare la stabilità
Un serbatoio di equalizzazione di dimensioni adeguate può attenuare i picchi idraulici e inquinanti prima che le acque reflue raggiungano il DAF. Ciò può ridurre la velocità di flottazione massima richiesta e rendere più stabile il dosaggio dei prodotti chimici.
Converti TSS e NEBBIA in Caricamento di massa
La concentrazione in mg/l racconta solo una parte della storia. Le apparecchiature DAF devono rimuovere una massa di solidi ogni ora, pertanto le concentrazioni devono essere convertite in carico di massa.
Esempio: caricamento TSS
Se il flusso è 30 m³/h e il TSS è 1.200 mg/l:
30 × 1.200 ÷ 1000 = 36 kg TSS/h
Il sistema di flottazione deve quindi gestire circa 36 kg/h di solidi sospesi influentei prima di considerare la nebbia, i solidi precipitati chimicamente o i fanghi generati dal coagulante.
| Parametro | Unità tipica | Perché è importante |
|---|---|---|
| Flusso | m³/h | Definisce il carico idraulico |
| TSS | mg/l | Definisce il carico di massa dei solidi sospesi |
| NEBBIA | mg/l | Definisce il carico galleggiante di olio e grasso |
| Fanghi chimici | kg/h | Aggiunge i solidi creati dalla coagulazione e dalla precipitazione |
| Carico massimo di solidi | kg/h | Determina il servizio di galleggiamento massimo |
Questo è il motivo per cui la capacità nominale in m³/h non dovrebbe mai essere l'unica base per confrontare le quotazioni DAF.
Il carico idraulico della superficie determina l'area di galleggiamento DAF
Una volta noto il flusso di progetto, la prossima importante questione idraulica è quanta superficie di galleggiamento è necessaria.
Una relazione di carico idraulico semplificata può essere scritta come:
Riorganizzare l'equazione:
dove:
- Q = portata idraulica di progetto, m³/h;
- A = area di galleggiamento effettiva, m²;
- HLR = tasso di carico idraulico selezionato, m³/m²·h.
Esempio illustrativo
Supponiamo:
Quindi:
30 ÷ 6 = 5 m² di superficie di galleggiamento effettiva
Questo è solo un calcolo idraulico preliminare. La velocità di carico selezionata deve comunque essere adeguata alle acque reflue, alla qualità dei fiocchi, alla generazione di bolle, alla concentrazione di solidi, alla geometria del serbatoio e alla qualità dell'effluente richiesta.
Un DAF compatto con un carico superficiale aggressivo può ridurre il CAPEX, ma riduce anche il margine operativo quando il flusso, i solidi o la qualità dei fiocchi variano.
Il rapporto aria/solidi è più importante della semplice aggiunta di aria
Il DAF funziona perché microscopiche bolle d'aria si attaccano ai solidi sospesi e ai fiocchi, riducendone la densità effettiva e trasportandoli in superficie.
La questione progettuale rilevante non è semplicemente se il sistema produce “molte bolle”. Dipende se è disponibile una quantità sufficiente di aria disciolta rispetto ai solidi che devono essere fatti galleggiare.
Rapporto aria/solidi
Il rapporto aria/solidi, spesso abbreviato A/S, descrive la relazione tra la massa di aria disciolta disponibile e la massa di solidi presentati al processo di flottazione.
Se l'apporto di aria disciolta è troppo basso, il fiocco potrebbe non ricevere abbastanza bolle per sollevarsi in modo efficace. I sintomi tipici possono includere effluente torbido, fiocchi sospesi visibili sotto lo strato superficiale e scarsa cattura di solidi.
Anche l’aria in eccesso non è automaticamente benefica. Il pompaggio di riciclo non necessario e condizioni di rilascio eccessivamente aggressive possono aumentare il consumo di energia e creare un'eccessiva turbolenza nella zona di galleggiamento.
Dovrebbe essere valutato insieme alle caratteristiche delle acque reflue, alla coagulazione, alla flocculazione, al flusso di riciclo, alle condizioni di pressione e ai risultati dei test pilota o su vaso, ove richiesto.
In che modo il rapporto di riciclaggio modifica le dimensioni e le prestazioni di DAF
Molti sistemi DAF convenzionali utilizzano un flusso di riciclo pressurizzato. Una parte dell'acqua chiarificata viene restituita attraverso una pompa di riciclo e un sistema di saturazione dell'aria, dove l'aria si dissolve sotto pressione. Quando il flusso pressurizzato viene rilasciato nuovamente nella zona di flottazione, la caduta di pressione forma piccole bolle.
Il rapporto di riciclo può essere espresso semplicemente come:
Un flusso di riciclo troppo basso può ridurre l'aria disciolta disponibile. Un riciclo eccessivo aumenta il carico idraulico interno, l'energia della pompa e la capacità richiesta del sistema di saturazione.
Riciclo troppo basso
- Generazione di bolle insufficiente
- Scarsa flottazione di carichi solidi densi o elevati
- Cattura dei solidi inferiori
Riciclo troppo elevato
- Maggiore energia di pompaggio
- Maggiore carico idraulico interno
- Potenziali turbolenze inutili
Il rapporto di riciclo dovrebbe quindi essere selezionato in base alla domanda d'aria e alle prestazioni di flottazione piuttosto che perché una percentuale è considerata standard per ogni applicazione.
La coagulazione e la flocculazione possono modificare la dimensione DAF richiesta
Le prestazioni del DAF dipendono fortemente da ciò che accade prima che le acque reflue raggiungano la zona di flottazione. Le particelle colloidali molto piccole potrebbero non attaccarsi efficacemente alle bolle a meno che non vengano prima destabilizzate e combinate in fiocchi più grandi.
Coagulazione
Coagulanti come i sali di alluminio o di ferro possono ridurre la repulsione elettrostatica tra le particelle, consentendo loro di iniziare ad aggregarsi.
Flocculazione
Il polimero o la miscelazione controllata possono quindi creare fiocchi più grandi che sono più facili da catturare per le microbolle.
Le particelle fini possono rimanere sospese e passare nell'effluente.
Abbastanza forte per l'attacco pur rimanendo adatto al galleggiamento.
Un fiocco fragile e di grandi dimensioni può rompersi in caso di miscelazione eccessiva o taglio idraulico.
Il trattamento chimico crea anche solidi aggiuntivi. Un DAF dimensionato solo a partire dal TSS in entrata può quindi sottostimare il carico finale di solidi galleggianti se si producono precipitazioni chimiche significative o fanghi di coagulazione.
Prima di aumentare l'area di flottazione, verificare se il limite reale è il condizionamento delle particelle, la dose chimica, il pH, l'energia di miscelazione o il tempo di flocculazione.
FOG cambia il design DAF diversamente dal Mineral TSS
Grassi e oli sono uno dei motivi per cui DAF è ampiamente utilizzato nella lavorazione degli alimenti e nelle acque reflue contenenti proteine animali. Questi materiali hanno spesso una densità inferiore rispetto ai solidi minerali e sono adatti alla flottazione se adeguatamente condizionati.
Le applicazioni tipiche includono:
- lavorazione della carne e del pollame;
- macelli;
- piante da latte;
- produzione di alimenti e bevande;
- lavorazione dell'olio commestibile;
- piante alimentari preparate.
Tuttavia, le acque reflue ad alto contenuto di FOG creano le proprie sfide operative. Il grasso può rivestire gli strumenti, attaccarsi alle superfici del serbatoio, modificare la richiesta di polimeri e produrre una morchia galleggiante densa e appiccicosa.
Ciò significa che 1.000 mg/L di TSS minerale e 1.000 mg/L di nebbia mista e solidi organici non dovrebbero essere automaticamente trattati come condizioni di progettazione identiche.
Spesso più denso
Potrebbe richiedere una flocculazione più forte e un adeguato fissaggio delle bolle per superare una maggiore densità delle particelle.
Più naturalmente galleggiante
Spesso adatto a DAF, ma può creare fanghi appiccicosi e una movimentazione a valle più difficile.
Non dimenticare la produzione di fanghi DAF
Un DAF che rimuove i solidi trasferisce in modo efficiente tali solidi dalle acque reflue in uno strato di fango superficiale. Tali fanghi devono comunque essere raccolti, immagazzinati, pompati e infine disidratati o smaltiti.
Se il carico di solidi influenti è di 40 kg/h e il DAF rimuove un'elevata percentuale di tali solidi, una notevole massa giornaliera di solidi secchi si accumulerà nei fanghi galleggianti. Il volume effettivo del fango umido può essere molto maggiore poiché il materiale flottato contiene ancora una quantità significativa di acqua.
La progettazione DAF dovrebbe pertanto considerare:
- capacità del raschiatore superficiale;
- progettazione della spiaggia o della tramoggia dei fanghi;
- volume del serbatoio di stoccaggio dei fanghi;
- selezione della pompa per fanghi;
- condizionamento dei polimeri;
- pressa a vite, filtropressa o altra attrezzatura di disidratazione a valle.
Un DAF può raggiungere il suo obiettivo di effluenti ma creare comunque problemi operativi se il raschiatore, il serbatoio dei fanghi, le pompe o il sistema di disidratazione non sono in grado di gestire i solidi recuperati.
Esempio realizzato: dimensionamento di un DAF per le acque reflue della lavorazione alimentare
Il seguente esempio semplificato mostra come combinare il flusso idraulico e il carico di solidi durante il dimensionamento preliminare del DAF. È solo un'illustrazione; il dimensionamento finale dell'attrezzatura dovrebbe essere confermato dai dati effettivi sulle acque reflue e dai test di trattamento.
Passaggio 1: calcolare il carico di picco TSS
30 × 1.000 ÷ 1.000 = 30 kg TSS/h
Passaggio 2: calcolare il carico di picco della NEBBIA
30 × 300 ÷ 1000 = 9 kg NEBBIA/h
Passaggio 3: stimare il carico di contaminanti identificabili
30 9 = 39 kg/h
Questo valore di 39 kg/h non include ancora i solidi aggiuntivi creati dalla coagulazione, dalla precipitazione o dal condizionamento del polimero.
Passaggio 4: stima dell'area di flottazione
Se il progetto preliminare utilizza un tasso di carico idraulico illustrativo di 6 m³/m²·h:
30 m³/h ÷ 6 m³/m²·h = 5 m² di area di galleggiamento
Passaggio 5: verificare i requisiti di aria e riciclo
Il progetto deve quindi essere verificato rispetto al carico effettivo di solidi, al fabbisogno di aria-solidi, al flusso di riciclo, alla pressione di saturazione, alla generazione di bolle, alla qualità dei fiocchi e all'obiettivo previsto dell'effluente.
Passaggio 6: controllare la gestione dei fanghi
Infine, il raschiatore superficiale, il serbatoio dei fanghi, le pompe e le apparecchiature di disidratazione a valle devono essere dimensionati per i solidi recuperati.
Una pratica lista di controllo del dimensionamento DAF prima di richiedere un preventivo
Fornire informazioni complete sulle acque reflue consente a un fornitore DAF di valutare l'attività di trattamento anziché semplicemente abbinare un modello di apparecchiatura a un numero di flusso.
Dati idraulici
- Portata media
- Flusso massimo
- Flusso di picco
- Ore di funzionamento al giorno
- Volume di equalizzazione esistente
Qualità delle acque reflue
- COD e BOD
- TSS
- FOG
- pH
- Temperatura
- Altri importanti contaminanti
Pretrattamento
- Proiezione
- Equalizzazione
- Coagulazione
- Flocculazione
- Dosi chimiche esistenti
Requisiti degli effluenti
- Obiettivo TSS
- Obiettivo NEBBIA
- Riduzione del COD richiesta
- Esigenze di trattamento biologico a valle
Movimentazione dei fanghi
- Serbatoio fanghi esistente
- Disponibile pompa per fanghi
- Attrezzatura per la disidratazione
- Solidi finali richiesti per la torta
Errori comuni di dimensionamento DAF
Selezione solo dal flusso medio
Brevi picchi idraulici possono sovraccaricare un'unità che appare adeguata su base media giornaliera.
Ignorare il caricamento di massa dei solidi
Lo stesso m³/h può rappresentare compiti di flottazione in kg/h completamente diversi.
Trattare la NEBBIA come la normale TSS
Oli e grassi influiscono in modo diverso sulla flottazione, sul condizionamento chimico e sulla gestione dei fanghi.
Dare per scontato che più riciclo è sempre meglio
Il riciclo in eccesso aumenta il carico idraulico e l'energia senza migliorare automaticamente la rimozione.
Ignorare la coagulazione e la flocculazione
Un condizionamento inadeguato delle particelle può impedire a un DAF di dimensioni corrette di raggiungere il suo obiettivo.
Dimenticare la gestione dei fanghi
La cattura di solidi elevati può sovraccaricare il raschiatore, il serbatoio dei fanghi, la pompa o il sistema di disidratazione a valle.
Hai bisogno di dimensionare un sistema DAF per le tue acque reflue?
NIHAO può aiutare a valutare la capacità del DAF sia dal flusso idraulico che dal carico di sostanze inquinanti. Inviateci il vostro flusso medio e di picco, TSS, FOG, COD, pH, fonte di acque reflue, pretrattamento esistente e qualità dell'effluente richiesta.
Il nostro team può esaminare il servizio di flottazione, l'area idraulica, i requisiti di riciclo, le esigenze di condizionamento chimico e le condizioni di gestione dei fanghi prima di consigliare una configurazione DAF adeguata.
Domande frequenti
Come si calcola la capacità DAF?
La capacità DAF deve essere valutata in base al flusso di progetto, al flusso di picco, al carico idraulico superficiale, al carico di massa solida, al FOG, alla domanda aria-solidi, alle condizioni di riciclo, alle prestazioni di flocculazione e alla capacità di gestione dei fanghi.
La dimensione del DAF può essere selezionata solo dal flusso delle acque reflue?
No. Il flusso definisce il carico idraulico, ma la concentrazione e la composizione dei solidi determinano il carico di galleggiamento. Due flussi di acque reflue con lo stesso flusso possono richiedere dimensioni DAF e condizioni operative diverse.
In che modo il TSS influisce sul dimensionamento DAF?
La concentrazione di TSS deve essere convertita in kg/h di carico di solidi. Un carico di solidi più elevato di solito aumenta il servizio di flottazione, la richiesta di aria, la produzione di fanghi e l'importanza di una coagulazione e flocculazione efficaci.
Qual è la velocità di carico idraulico nella flottazione ad aria disciolta?
Il tasso di carico idraulico descrive il flusso di acque reflue applicato per unità di superficie di galleggiamento effettiva, comunemente espresso in m³/m²·h. È uno dei parametri utilizzati per stimare l'area di galleggiamento richiesta.
Qual è il rapporto aria/solidi in DAF?
Il rapporto aria/solidi descrive la relazione tra l'aria disciolta disponibile e la massa di solidi che deve essere flottata. Aiuta a determinare se sono disponibili abbastanza microbolle per il carico effettivo di solidi.
Come si calcola il rapporto di riciclo DAF?
Riciclare 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.
La nebbia elevata richiede un sistema DAF più grande?
Non automaticamente, ma una nebbia elevata modifica il servizio di flottazione, il condizionamento chimico, le caratteristiche dei fanghi e i requisiti di manutenzione. La concentrazione di FOG dovrebbe pertanto essere inclusa nella revisione del dimensionamento.
Perché DAF necessita di coagulazione e flocculazione?
Particelle e colloidi molto fini potrebbero non attaccarsi in modo efficiente alle bolle d'aria. La coagulazione li destabilizza, mentre la flocculazione forma particelle galleggianti più grandi che possono essere catturate in modo più efficace.
Quanti fanghi produce un sistema DAF?
La produzione di fanghi dipende dal TSS influente, dal FOG, dall'efficienza di rimozione, dalla dose di coagulante, dall'uso del polimero e dai solidi precipitati chimicamente. Il carico di massa dovrebbe essere stimato prima di dimensionare le attrezzature per lo stoccaggio e la disidratazione dei fanghi.
Quali dati sulle acque reflue devo fornire quando richiedo un preventivo DAF?
Fornire flusso medio e di picco, ore di funzionamento, COD, BOD, TSS, NEBBIA, pH, temperatura, fonte di acque reflue, screening o equalizzazione esistente, trattamento chimico, qualità di scarico richiesta e informazioni sulla gestione dei fanghi a valle.
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