Flotacja ciśnieniowa rozpuszczonym powietrzem

Dissolved Air Flotation (DAF)

Co to jest flotacja ciśnieniowa?

Flotacja ciśnieniowa rozpuszczonym powietrzem jest jedną z metod separacji zawiesin stosowaną powszechnie w uzdatnianiu wody. Wykorzystuje zjawisko tworzenia się trwałego aglomeratu złożonego z kłaczków zawiesin pokoagulacyjnych oraz pęcherzyków powietrza (rys. 1.) Kłaczki wytwarzane są standardowo w czasie typowego procesu flokulacji (wolnego mieszania). Pęcherzyki w procesie flotacji ciśnieniowej powstają na wskutek dekompresji wody, która wcześniej w saturatorach została nasycona powietrzem atmosferycznym pod zwiększonym ciśnieniem. Powstały w wyniku łączenia się kłaczków i pęcherzyków aglomerat ma gęstość mniejszą od gęstości wody i wynoszony jest na powierzchnię urządzenia, w którym zachodzi proces klarowania.


Dlaczego flotacja jest efektywniejsza od sedymentacji?

Wiele z wód ujmowanych do uzdatniania zawiera szereg zanieczyszczeń, których eliminacja w tradycyjnych układach uzdatniania, pracujących w oparciu o proces sedymentacji, jest bardzo trudna. Dzieje się tak zazwyczaj w trakcie uzdatniania wód:

  • zanieczyszczonych na wskutek masowego rozwoju mikroorganizmów, tzw. zakwity, barwnych o małej mętności, poniżej 75 NTU, ale zanieczyszczonych dużą ilością związków organicznych,
  • o niskiej temperaturze, dla których nie można uzyskać w czasie flokulacji dużych, łatwo opadających kłaczków,
  • w których sezonowo obserwuje się znaczne wahania zanieczyszczeń, np. żelaza, mętności, barwy.

Oczywiście przydatność flotacji nie ogranicza się jedynie do przedstawionych przypadków.

W zakładach produkcji wody proces ten używany jest nie tylko do oczyszczania głównego strumienia uzdatnianej wody. Sprawność i efektywność obecnych na rynku systemów flotacji pozwala na zastosowanie ich w oczyszczaniu tak trudnych wód jak wody popłuczne, gdzie doskonale radzą sobie z usuwaniem mikroorganizmów patogennych (Cryptospodydium, Giardia)
i pozwalają na zawracanie części wody do głównego ciągu technologicznego.

Kolejną z zalet flotacji ciśnieniowej jest zmniejszenie objętości osadów, które trzeba odwodnić i zagospodarować na stacji uzdatniania. W typowych zakładach wykorzystujących proces sedymentacji, w zależności od rodzaju stosowanych reagentów, uwodnienie osadu usuwanego z osadników wynosi 98-99%.

W przypadku flotacji ciśnieniowej sflotowane aglomeraty usuwane są z urządzenia w postaci flotatu, którego uwodnienie przeważnie wynosi około 96-97%. W niektórych przypadkach może być ono znacznie niższe i osiągać wartość jedynie 91%. Mając na uwadze, że jednoprocentowy spadek uwodnienia osadu zmniejsza jego objętość o połowę, widać, że zastosowanie flotacji jako procesu klarowania wody pozwala poczynić znaczne oszczędności w zakresie gospodarki osadowej. Najczęściej powstają one na wskutek skrócenia tzw. "ścieżki osadowej", gdyż pozyskiwany flotat ma tak duże stężenie suchej masy, że można go kierować bezpośrednio na prasy. Flotacja ciśnieniowa pozwala także na rozwiązanie wielu problemów związanych z wodami popłucznymi. Nawet w przypadku, gdy filtry pospieszne poprzedzone są komorą flotacji, która znacznie odciąża je odnośnie ilości zatrzymywanej zawiesiny, objętości ścieków powstających podczas płukania tych filtrów stanowią pokaźne strumienie odpadowe. Bezpośrednie odprowadzanie wód popłucznych do kanalizacji, nawet jeśli jest możliwe z punktu widzenia formalnego i technicznego, stanowi duże obciążenie finansowe stacji. Zastosowanie flotacji ciśnieniowej do oczyszczania wód popłucznych pozwala odzyskać nakłady poniesione już na oczyszczenie wody używanej do płukania filtrów. Wysoka sprawność klarowania, pozwala oczyszczać wody połuczne tak dalece, że ich mętność jest mniejsza niż 1 NTU a ilość mikroorganizmów tak mała, że mogą bezpiecznie być zawracane do głównego strumienia uzdatnianej wody. W ten sposób nie tylko zmniejszamy opłaty za korzystanie ze środowiska, ale chronimy niewielkie zasoby wodne naszego kraju.

Możliwości zastosowania flotacji ciśnieniowej w uzdatnianiu pokazano na diagramie 1. Z diagramu widać, ze zastosowanie flotacji rozpuszczonym powietrzem pozwala efektywnie uzdatniać wody powierzchniowe o mętności aż do 100 NTU. Elastyczność procesu
i łatwość jego kontroli technologicznej oraz sterowania powoduje, że obecnie, w świecie większość nowych stacji uzdatniania wód powierzchniowych i niektóre stacje zasilane wodami mieszanymi budowane są właśnie w tej technologii.

Flotację ciśnieniową dzięki możliwości pracy z wysokimi obciążeniami hydraulicznymi, można doskonale wykorzystać do modernizacji istniejących układów uzdatniania (Rys. 2.). Stosowane wielkości obciążenia hydraulicznego komór flotacji są prawie 10 razy większe niż prędkości wznoszenia w strefie wznoszenia osadników. A wymagana wysokość komory flotacji jest około czterokrotnie mniejsza niż np. osadnika pionowego. Dlatego też komory flotacji są kompaktowymi urządzeniami o małych kubaturach, a co za tym idzie, o krótkich czasach zatrzymania wody. Mała kubatura urządzeń decyduje o jeszcze jednej bardzo ważnej zalecie tego sposobu klarowania - o możliwości bardzo szybkiego uruchomienia układu separacji zawiesin. Wodę sklarowaną można uzyskać już po 45 minutach od włączenia układu flotacji. Pozwala to stosować flotację w uzdatnianiu wód o dużej, nie tylko sezonowej, ale i dobowej zmienności jakościowej. Niezależnie jednak od jakości wody surowej, instalacja komór flotacji przed filtrami pospiesznymi pozwala na ich znaczne obciążenie. W efekcie jakość filtratu znacznie się polepsza, cykle filtracyjne wydłużają się, przez co koszty płukania filtrów ulegają znacznemu obniżeniu.

Jak wygląda stacja uzdatniania wody w procesie flotacji?

Schemat technologiczny typowej stacji uzdatniania wody wykorzystującej proces flotacji ciśnieniowej rozpuszczonym powietrzem (Rys. 3.) niewiele odbiega od schematu klasycznego układu koagulacji i sedymentacji. Podstawową różnicą jest zastąpienie osadników komorami flotacji. Składa się on z dwóch podstawowych elementów:

  • układu koagulacji wody - komory szybkiego i wolnego mieszania,
  • układu klarowania wody - komory flotacji i systemu saturacji wody recyrkulowanej.

Dzięki małym wymiarom komór flotacji bardzo często te dwa procesy łączy się budując zespolone układy komór zaawansowanego uzdatniania wody np. w procesach ozonowania czy też sorpcji na węglu aktywnym. Aby uzyskać wszystkie możliwe korzyści z zastosowania flotacji ciśnieniowej proces ten musi być odpowiednio efektywny. Wysoką efektywność można zapewnić jedynie w przypadku poprawnego zaprojektowania układu uzdatniania. Firma SEEN Technologie współpracuje w zakresie instalacji uzdatniania wody metodą flotacji ciśnieniowej z jedną z najbardziej doświadczonych firm w tym zakresie; F.B. Leopold®, mająca w dorobku ponad 600 działających instalacji na całym świecie.

Oferujemy pełen zakres usług, począwszy od badań przydatności wody na uzdatnianie w procesie flotacji, poprzez badania w skali ułamko- i półtechnicznej, aż po projekt i wykonawstwo gotowej instalacji uzdatniania wody.

Nasze technologie oparte są na najnowocześniejszych rozwiązaniach technologicznych i technicznych. Posiadamy rozwiązania zwiększające efektywność wszystkich procesów jednostkowych: systemy ozonowania, wodno-powietrzne drenaże niskoprofilowe dla filtrów grawitacyjnych, systemy dezynfekcji dwutlenkiem chloru.