DAF システムと溶存空気浮選ポンプ: セットアップ、処理、コスト

とは何ですか DAF 廃水処理では？

DAFの略です 溶解空気浮遊選鉱 — 浮遊固体、脂肪、油、グリース、およびコロイド粒子を微細な気泡に付着させ、得られた凝集体を水面に浮かせて機械的に除去することにより、それらを除去する水および廃水の浄化プロセス。重力に依存して高密度の粒子を沈める沈降とは異なり、DAF は浮力を利用して、浮遊したままになったり、沈降するまでに非現実的に長い時間を要する低密度の汚染物質を浮遊させます。

このプロセスは、処理水の加圧リサイクル流 (通常は 4 ～ 8 bar) に空気を溶解し、その流れを大気圧で浮遊選鉱タンクに戻すことによって機能します。突然の圧力降下により、溶解した空気が溶液から核生成して、密なマイクロバブルの雲として生成されます。 直径10～100ミクロン 。これらの気泡は浮遊粒子やフロックに付着し、粒子と気泡の凝集体の実効密度が水のそれよりも大幅に低くなります。骨材は表面に浮き上がり、フロートまたはスキミングと呼ばれる浮遊スラッジ層を形成します。これは機械式スキマーによって継続的に除去されます。

水処理および廃水処理における DAF は、都市飲料水の浄化、食品および飲料加工廃水、製紙・パルプ工場廃水、繊維染色工場廃水、製油所廃水、養殖再循環システム、油田廃水処理など、非常に幅広い業界にわたって適用されています。その特別な強みは、対象となる汚染物質の比重が 1.0 に近いかそれ未満である脂肪、油、繊維、生物学的フロックなど、沈降が遅く信頼性が低い用途にあります。

DAF 廃水処理のしくみ: プロセス段階

完全な DAF 廃水処理システムは、流入水をいくつかの連続した段階を通じて処理します。正しいシステム設計、化学薬品の投与、運用上のトラブルシューティングには、各段階を理解することが必要です。

ステージ 1 — 前処理とイコライゼーション

DAF システムに入る未処理の廃水は通常、スクリーンまたはストレーナーを通過して、リサイクル ポンプやサチュレーターを汚す可能性がある粗固形物を除去します。バッチまたは可変流量の工業プロセスの場合、DAF ユニットの上流にある均等化タンクが流量と汚染物質の負荷の変動を緩衝し、分離効率を低下させる油圧ショックや化学薬品投与の不安定性を防ぎます。

ステージ 2 — 化学物質の凝集と凝集

ほとんどの DAF 用途では、コロイド粒子を不安定化し、微細な浮遊固体を凝集させて気泡が付着するのに十分な大きさのフロックにするための化学的前処理が必要です。凝固剤 (通常、硫酸アルミニウム (ミョウバン)、塩化第二鉄、またはポリ塩化アルミニウム (PAC)) は、コロイド粒子の負の表面電荷を中和するために急速混合点で添加されます。次に、凝集剤 (アニオン性またはカチオン性ポリアクリルアミド ポリマー) を穏やかに混合するゾーンに投入して、個々の凝固粒子をより大きく強力なフロック構造に橋渡しします。 フロックのサイズ、密度、強度 これらは DAF 分離効率の主な決定要因であり、化学物質の選択と投与量の最適化が重要な設計および操作パラメーターになります。

ステージ 3 — 加圧と空気溶解

浄化された DAF 流出物の一部 - 通常、リサイクルストリーム 供給流量の 10 ～ 50% — DAF リサイクル ポンプによって加圧され、飽和器または溶解タンクと呼ばれる圧力容器に供給されます。圧縮空気は飽和器に注入され、そこでヘンリーの法則に従って圧力下で水に溶解します。飽和したリサイクル流は、浮選タンクの入口に送られるまで圧力下に保持されます。

ステージ 4 — 浮選とスキミング

加圧されたリサイクル流は、減圧弁を通って浮選タンクに放出され、そこで流入する化学処理された供給水と接触します。マイクロバブルは瞬時に核生成してフロック粒子に付着し、通常はタンクの水圧滞留時間にわたって表面に上昇します。 15～30分 従来の DAF 設計では、高速ユニットでは 3 ～ 8 分に短縮されます。チェーンアンドフライトまたは回転ビーチスキマーは、蓄積したフロートスラッジをスラッジ収集トラフに連続的に取り除きます。浄化された水は、水中の排水ポートを通ってタンク底部から排出されます。

ステージ 5 — 汚泥の処理

DAF フロート汚泥の固形分濃度は通常、 乾燥固形分重量の 2 ～ 8% — 同等の沈降プロセスからの沈殿槽下流スラッジよりも大幅に濃縮されています。この濃縮の利点により、下流の汚泥脱水装置のサイズと運転コストが削減されます。浮遊汚泥は通常、廃棄、堆肥化、嫌気性消化、または食品加工用途では動物飼料成分として回収される前に、重力ベルト濃縮機または遠心分離機でさらに濃縮されます。

DAF ポンプの種類: リサイクル ポンプ、フィード ポンプ、および選択基準

溶解空気浮選ポンプ (DAF ポンプ) は、システムのパフォーマンスに最も直接的に関与するコンポーネントです。 DAF システム内には 2 つの異なるポンプ デューティが存在し、それぞれに異なる性能要件があり、各デューティに適切なポンプ タイプを選択することが信頼性の高い動作の基本です。

DAFリサイクルポンプ

DAF リサイクル ポンプは、浄化された流出液のリサイクル ストリームを飽和器の動作圧力 (通常は) まで加圧します。 4 ～ 8 bar (60 ～ 120 psi) 。これはシステム内で最も重要なポンプです。その性能は生成されるマイクロバブルの量と質を直接決定し、それが分離効率を制御します。

リサイクルポンプの主な選択基準は次のとおりです。

• 多段遠心設計: 圧力要件 (4 ～ 8 bar) と、リサイクル ストリームに典型的な中程度の流量 (供給原料の 10 ～ 50%) の組み合わせにより、デューティ ポイントは多段遠心ポンプの領域に直接配置されます。単段ポンプでは圧力が不十分です。容積式ポンプは一般に仕様が過剰であり、維持費が高くなります。
• 混入空気の許容値: ポンプ入口のリサイクル流には、溶液から出てくる残留溶解空気が含まれる場合があります。従来の遠心ポンプは、このような条件下ではキャビテーションが発生します。 DAF 固有のリサイクル ポンプは、インペラのアイ領域を拡大し、NPSH 要件を軽減し、場合によってはベーパー ロックなしで気液混合物を処理するための自吸機能を備えて設計されています。
• 可変速ドライブ: リサイクル ポンプに可変周波数ドライブ (VFD) を取り付けると、供給流量と汚染負荷の変動に合わせてリサイクル流量、ひいては気泡発生量を調整できるようになり、効率が向上し、部分負荷時のエネルギー消費が削減されます。
• 構造材料: 上水や都市用途では、内部がステンレスの鋳鉄が標準です。食品加工、製薬、または高塩化物産業排水の場合、プロセス流の腐食生成物の汚染を防ぐためにオールステンレス 316L 構造が必要です。

供給ポンプと移送ポンプ

供給ポンプは、生の廃水または前処理された廃水を均一化タンクから DAF ユニットに制御された一定の流量で移送します。供給流には浮遊固体、繊維状物質、または生物学的内容物が含まれる可能性があるため、供給ポンプは通常、詰まりのない遠心ポンプ、プログレッシブキャビティポンプ、または固形物をブロックすることなく通過させるオープンまたはボルテックスインペラを備えた水中下水ポンプ設計です。リサイクル ポンプとは異なり、フィード ポンプは低圧から中圧で動作します。通常、 0.5～2バール — 純粋に流量供給と小規模な静的ヘッド用にサイズ設定されています。

DAF 浄化装置の設計: タンクの形状、積載速度、および主要なパラメーター

DAF 浄化槽 (浮選タンク自体) はシステムの中心的な処理容器であり、その形状によって水圧滞留時間、気泡粒子の接触効率、および浮遊スラッジの除去性能が決まり、これらがシステム全体のスループットと排水品質を集合的に定義します。

水圧面荷重率

DAF クラリファイアの主なサイジング パラメータは次のとおりです。 水圧面荷重率 (オーバーフロー率または表面水力負荷とも呼ばれます)、タンク表面積の単位あたりの流量として表されます。従来の DAF ユニットは、次の表面荷重率を考慮して設計されています。 3 ～ 6 m3/m2/時 ;ラメラチューブモジュールまたは最適化された入口分布を使用した高速 DAF 設計により、 10 ～ 15 m3/m2/時 以上。設計表面負荷率を超えると、油圧の短絡、滞留時間の短縮、および流出水へのフロートスラッジのキャリーオーバーが発生します。

タンク形状のオプション

DAF 清澄器は、長方形および円形の形状で製造されます。長方形タンクは大規模設備の標準です。これにより、簡単なチェーンアンドフライトスキミングが可能になり、入口分配バッフルを効率的に収容でき、現場で構築される大規模システム用にモジュール式セクションで構築できます。円形 DAF 浄化器は回転スキマー アームを使用し、コンパクトで低流量でもコスト効率が高くなります。これらは、食品加工や小規模な地方自治体向けのパッケージ プラント構成で一般的です。

接触ゾーンと分離ゾーン

適切に設計された DAF 浄化器は、タンクを油圧的に 2 つの機能ゾーンに分離します。の コンタクトゾーン 入口では、加圧されたリサイクル水が化学処理された飼料と混合され、気泡粒子の衝突と付着が最大化されます。の 分離ゾーン タンクの長さの大部分を占め、気泡粒子の凝集体が乱流を乱すことなく表面に上昇するために必要な静止した水圧条件を提供します。これらのゾーンを分離するバッフルは、設計上の重要な詳細です。分離が不十分な場合、入口の乱流により分離ゾーン内のフロートの上昇が妨げられ、流出水の品質が低下します。

DAF システムのセットアップ方法: 設置および試運転チェックリスト

設置時に DAF システムを正しくセットアップするかどうかで、ユニットが初日から設計パフォーマンスを達成できるか、安定した動作に達するまでに数か月のトラブルシューティングが必要かが決まります。次のチェックリストは、新しい DAF ユニットの設置と初期試運転の重要な手順をカバーしています。

1. 土木要件と構造要件を確認します。 DAF タンク、化学薬品投与スキッド、およびリサイクル ポンプ セットは、水平で構造的に適切なコンクリート ベースに設置する必要があります。タンク、水、汚泥、補助装置などの完全な DAF システムは、かなりの点荷重を及ぼします。容量が 20 m3/hr を超えるシステムでは、ベース スラブの構造工学レビューが必要です。
2. リサイクルポンプを取り付けて調整します。 ポンプのフランジにストレスがかからないよう、リサイクル ポンプを正しい吸入および吐出パイプ サポートに取り付けてください。ポンプ吸引時に利用可能な NPSH が、動作流量範囲全体で少なくとも 0.5 ～ 1.0 m のマージン分、必要な NPSH を超えていることを確認します。ポンプとモーターの間のミスアライメントは、シールとベアリングの早期故障の主な原因です。
3. 飽和器をコミッショニングします。 サチュレーターをきれいな水で満たし、接続された空気供給で動作圧力まで加圧します。すべてのフランジ接続およびねじ接続で漏れがないか確認します。システムの回転計または流量コントローラーを使用して、空気と水の比率を目標として、空気注入率を検証します。 リサイクル水 1 リットルあたり 5 ～ 10 mL の空気 ほとんどの用途の動作圧力で。
4. リサイクル流量を設定します。 リサイクル制御バルブを使用して、設計リサイクル率 (通常は供給流量の 15 ～ 30%) でリサイクル ポンプを作動させます。飽和器の圧力が安定していることを確認します。圧力変動は、ポンプのキャビテーション、吸引ラインのエアロック、またはサイズが小さいリサイクルバルブを示しています。
5. 化学物質の投与を最適化します。 凝集剤および凝集剤の投与量の開始点としてジャーテストの結果から開始し、その後、初期運転中の実際の排水の濁度、総懸濁物質、および浮遊汚泥の品質に基づいて調整します。システムにインライン混合リアクターが含まれている場合は、急速混合および穏やかな混合の保持時間を微調整します。
6. スキマー速度とスラッジ排出量を設定します。 スキマーの移動速度を調整して、タンク表面のフロート スラッジ ブランケットの深さを 50 ～ 150 mm に一定に維持します。遅すぎるとフロートが水に再混合されます。速すぎると浮遊汚泥が浄化水で希釈され、汚泥の量が増加し、下流の処理コストが増加します。
7. 設計目標に照らして排水の品質を検証します。 30 ～ 60 分間安定した運転を行った後、TSS、濁度、BOD、およびオイルとグリース (廃水の種類に該当する) についてサンプルを浄化します。設置を承認する前に、設計保証値と試運転の合格基準とを比較してください。

油田廃水処理における DAF システム: オンサイトとオフサイトのコスト比較

油田および上流の石油およびガスの操業では、生成水と逆流水は、あらゆる産業全体で発生する最も量が多く、最も困難な廃水の流れの一部です。 DAF システムは、油田廃水の一次処理段階として広く使用されており、排出、再注入、または有益な再利用のためのさらなる処理の前に、分散および乳化した油、浮遊固体、天然放射性物質 (NORM) スケールを除去します。

生成水を管理する事業者は、廃水を処理するという基本的な決断を迫られています。 オンサイト 設置型または移動式の DAF および関連処理装置、またはトラックまたはパイプの廃水を使用する オフサイト 商業廃棄または処理施設に送られます。この決定は、コスト、責任、運用に大きな影響を及ぼします。

オンサイト治療のコスト構造

DAF システムを使用したオンサイト油田廃水処理には、次の主なコスト カテゴリが含まれます。

• 資本設備: 油田生成水の処理に適した移動式またはスキッドマウント DAF ユニット (通常は 50 ～ 500 m3/日の処理能力) の範囲は、 80,000ドルから400,000ドル 容量、材料仕様、含まれる付属システムに応じて異なります。大量の現場向けのより大規模な常設設備は、これを大幅に超えて拡張されます。
• バレルあたりの運転コスト: 油田生成水の現場での DAF 処理には通常費用がかかります 1 バレルあたり 0.50 ～ 2.50 米ドル 処理量には、エネルギー、化学物質、労働力、メンテナンスが含まれます。正確な数値は、水の化学的性質、処理目標、地域のエネルギーコストに大きく依存します。
• 残留物管理: 現場で処理すると、濃縮された油を含んだスラッジが生成されます。このスラッジは、特徴付けられ、規制廃棄物として処分される必要があります。通常、NORM 含有量と地域の処分インフラに応じて、1 トンあたり 50 ～ 150 米ドルの費用がかかります。

オフサイト処理および処分のコスト構造

• トラック輸送コスト: 非在来型シェール事業では一般的な、産水パイプラインインフラのない地域では、クラス II 処分井や商業処理施設までのトラック輸送にコストがかかる 1バレルあたり3～12ドル 輸送距離、道路状況、地域のトラックの空き状況によって異なります。生産水が 1 日あたり 10,000 バレルの場合、トラック輸送コストは同じ井戸からの石油生産額を超える可能性があります。
• 処分井注入料金： 商業塩水処分 (SWD) 井戸のチップ料金は通常発生します。 1バレルあたり0.25～1.50米ドル 輸送を除き、地域の市場料金および注入量に関する規制の制約を受ける。
• 責任とコンプライアンスのリスク: オフサイト処分では、即時の処理責任は処分施設に移管されますが、排出事業者は、RCRA などの「ゆりかごから墓場まで」の枠組みに基づいて、処分場によるその後の環境への影響に対して長期的な責任を負います。この責任は定量化が難しく、完全に排除することは不可能です。

損益分岐点分析と意思決定のフレームワーク

施設内での DAF 処理と施設外での処分との間の経済的な損益分岐点は、主に生成水量と輸送距離によって決まります。約以上の音量で 1日あたり2,000～5,000バレル トラック輸送距離が 30 ～ 50 マイルを超える場合、資本の償却と現場の全運営コストを考慮しても、現場での処理はオフサイトでの処理よりも一貫してバレルあたりの総コストが低くなります。これらのしきい値を下回る場合、または確立された低コストのパイプライン持ち帰りインフラストラクチャを活用する場合、オフサイト処分は純粋なコストベースで競争力を維持します。

直接コスト以外にも、通信事業者はますます考慮している 水の再利用価値 分析に入ります。水圧破砕再利用の仕様を満たす処理済み生成水により、淡水の取得コストが削減されます。ペルミアンなどの水ストレスの盆地では、淡水源の場合、1バレルあたり 1.50 ～ 3.00 米ドルに達する可能性があり、生成水の量が少なくても現場での処理を支持するようになり、経済性が根本的に変わります。

DAF ポンプ メーカーの選択: 何を評価するか

DAF ポンプのメーカーを選択するには、特にリサイクル ポンプを使用する場合でも、完全な DAF システム パッケージを使用する場合でも、機器の価格だけではなく、技術的能力、アプリケーションの経験、アフターサポートを評価する必要があります。安定した飽和器圧力を維持できないリサイクルポンプや、変動する供給条件でキャビテーションが発生すると、システムの残りの部分がどれほど適切に設計されているかに関係なく、DAF の性能が損なわれます。

DAF ポンプ メーカーおよびシステム サプライヤーの主な評価基準は次のとおりです。

• アプリケーション固有のポンプ設計: サプライヤーのリサイクル ポンプが DAF サービス用に特別に設計されていることを確認します。業務用に再利用された標準的なブースター ポンプではありません。 DAF 固有の設計は、標準ポンプ シリーズでは対応できない溶存ガスの処理、低 NPSH 動作、飽和器サービスの圧力流量特性に対応しています。
• 業界の参考資料: 同じ業界分野で同等の流量の設備から参照をリクエストしてください。市営水処理に関する広範な参考資料を持つメーカーであっても、化学的性質や汚染物質の種類が大きく異なる食品加工排水や油田生成水に必要な応用知識を持っていない可能性があります。
• スペアパーツの入手可能性と納期: リサイクル ポンプは、DAF システム内で最も大きな影響を与える障害点です。これが停止すると、処理プロセス全体が停止します。摩耗部品 (メカニカル シール、インペラ、ベアリング) が在庫にあり、8 ～ 12 週間のリードタイムを要する受注生産ではなく、迅速な発送が可能であることを確認します。
• プロセス保証: 信頼できる DAF システム メーカーは、単に装置の仕様に準拠するだけでなく、契約上の救済策に裏付けられたプロセス パフォーマンス保証 (指定された流出 TSS、オイルおよびグリース、または濁度値) を提供します。これにより、サプライヤーの利益は、単にハードウェアを提供するのではなく、実際の治療結果を達成することに一致します。