Dissolved Air Flotation System: DAF Water Treatment Explained

とは何ですか 溶解空気浮選システム ?

A 溶存空気浮選システム は、浮遊物質、脂肪、油、グリース、微粒子を微細な気泡に付着させて水から除去する水浄化技術です。これらの泡が表面に上昇すると、汚染物質も一緒に運び、浮遊層を形成しますが、この層は機械的に取り除かれ、その下に浄化された廃液が残ります。

中心的なメカニズムには、溶解空気で飽和した水を加圧し、それを大気圧で開放型浮選タンクに放出することが含まれます。突然の圧力降下により、溶解した空気が数百万のマイクロバブルとして溶液から出てきます。 直径10～100ミクロン 。これらの気泡は浮遊粒子に付着し、沈降するのではなく浮遊させます。これは、沈降可能な固体が最小限である場合や、迅速なスループットが必要な用途において、従来の重力沈降に比べて重要な利点です。

DAF システムは、都市水処理、工業プロセス水、および廃水再生にわたって広く導入されています。設置面積がコンパクトで油圧負荷率が高いため、スペースに制約がある施設や大量の処理が必要な施設に特に適しています。

DAF 廃水処理のしくみ: プロセス段階

動作シーケンスを理解する DAF廃水処理 これは、特定の汚染物質プロファイルにおいてこの技術が代替手段よりも優れている理由を明らかにするのに役立ちます。適切に設計された DAF ユニットは、次の 4 つの主要な段階を通じて流入水を処理します。

1. 化学物質の凝集と凝集

流入廃水には、コロイド粒子を不安定化するために、まず凝固剤 (通常は硫酸アルミニウム、塩化第二鉄、またはポリマーブレンド) が添加されます。これに続いて凝集が起こり、穏やかに混合すると小さな粒子が凝集して気泡を受け入れやすい大きな凝集が生じます。この段階での適切な化学薬品の投与は、下流の除去効率に直接影響します。投与量が少なすぎると微細固体が懸濁状態に残り、投与量が多すぎると汚泥の量が増加し、化学薬品のコストが増加します。

2. 加圧リサイクル飽和

処理された排水の一部 — 通常 入口流量の 10 ～ 50% — リサイクルされ、飽和容器内で 40 ～ 80 psi に加圧され、そこで圧縮空気と完全に混合されます。この高圧では、水は大気条件で可能なレベルをはるかに超えて溶解空気で過飽和になります。

3. 浮選と分離

加圧されたリサイクル流は、ノズルまたはディフューザーを通して浮選タンクに注入され、化学的に調整された流入水と混合されます。圧力が大気圧まで下がると、溶解した空気が細かい気泡として核生成し、凝集粒子に衝突して付着します。充填された泡は次の速度で上昇します。 時速5～10メートル 、タンク表面にフロートブランケットとして蓄積します。回転スキマーまたはビーチアンドスクレーパー機構は、このフロート層を連続的に除去してスラッジホッパーに入れます。

4. 浄化排水の排出

浄化された水は、浮遊選鉱タンクの底部にある水中出口から排出されます。下流の要件に応じて、この排水は生物学的処理、濾過、または直接排出に進みます。適切に運用された DAF システムでは、 90 ～ 99% の懸濁物質除去効率 排水中の総懸濁物質 (TSS) は通常 10 mg/L 未満であり、達成可能です。

業界全体にわたる DAF 水処理の主な用途

DAF水処理 産業および都市排水のさまざまな課題に対処します。軽い沈降性のない汚染物質に対する有効性により、以下の分野で優先される主要な浄化方法として位置づけられています。

食品加工用途では、DAF は、一次浄化がなければ脂肪とタンパク質の負荷が生物処理装置をすぐに圧倒してしまう乳製品、屠殺場、野菜の洗浄廃液に特に重要です。都市環境では、DAF は、直接ろ過プラントや藻類濃度の高い貯水池用の沈殿池に代わるコンパクトな代替手段として注目を集めています。

DAF と従来の沈降: 性能の比較

従来の重力による浄化と比べて溶解空気浮上選別システムを導入するかどうかは、対象となる汚染物質の物理的特性と施設の水力学的制約によって異なります。次の比較は、各テクノロジーが決定的な利点を持っている部分を示しています。

油圧負荷率

DAF タンクは、次の表面荷重率で動作します。 4 ～ 20 m3/m2/h 、従来の沈降の場合は 0.5 ～ 2.5 m3/m2/h と比較します。これは、同じ体積処理量でもタンクの設置面積が小さくなることに直接変換されます。多くの場合、 4分の1から10分の1 同等の沈砂池の表面積。土地が限られている都市部や改修工事の場合、この利点は多くの場合決定的です。

低密度粒子の除去

重力沈降は、水よりも大きな密度を持つ粒子に依存します。藻類細胞、乳化油、微細繊維の密度は 1.0 g/cm3 に近いかそれ以下で、非常にゆっくりと沈降するか、まったく沈降しません。 DAF はこの制限を逆転します。粒子が軽いほど、マイクロバブルが付着すると浮遊しやすくなります。このため、DAF は、多くの藻類が豊富な流入物や FOG (脂肪、油、グリース) の多い流入物にとって唯一実用的な浄化方法となります。

起動時間と応答時間

DAF ユニットは定常状態動作に達します 15～30分 起動後も安定しているため、バッチ操作や可変流量パターンのプラントに最適です。沈降池は安定するまでに数時間を要し、断続的な荷重や衝撃荷重にはあまり適していません。

汚泥の性状

DAF フロート汚泥は沈降汚泥よりもかなり厚く、典型的な固形分濃度は 乾燥重量の 3 ～ 8% 沈降汚泥の場合は 0.5 ～ 2%。これにより、下流の脱水コストが削減されますが、大量設置の場合は、より堅牢な濃縮および廃棄インフラストラクチャが必要になる可能性があります。

溶解空気浮遊選鉱システムの設計上の考慮事項

の選択とサイズ変更 溶存空気浮選システム 流入水の特性、プロセスの目標、現場の条件を慎重に評価する必要があります。次の要因は、システム設計と長期的なパフォーマンスに最も大きな影響を与えます。

• 空気対固体 (A/S) 比率: 浮遊させる固体の質量に対する放出される溶解空気の比率は、通常、固体 1 mg あたり空気 0.005 ～ 0.06 mL を目標とします。 A/S が不十分な場合は不完全な浮選が生じます。過剰になると、比例した利益が得られずにエネルギー消費が増加します。
• リサイクル率: リサイクル率が高くなると (最大 50%)、困難な流入液に対してより多くのマイクロバブルが提供されますが、ポンプのエネルギー需要が増加します。ほとんどのシステムは、パフォーマンスと効率のバランスを考慮して 15 ～ 25% で最適化されています。
• 飽和圧力: 動作圧力は 400 ～ 600 kPa (58 ～ 87 psi) が標準です。圧力が高くなると、溶存空気量が増加しますが、設備とエネルギーのコストも増加します。空気の溶解不良は性能低下の一般的な原因であるため、飽和器の効率は試運転中に検証する必要があります。
• タンクの形状: 長方形の DAF タンクは、均一な流量分布により大規模な設備に好まれますが、小型のパッケージ ユニットでは円形の設計が一般的です。タンクの深さは通常 1.5 ～ 3.0 m の範囲で、浅いタンクではフロートの蓄積とスキミングが速くなります。
• 化学薬品投与システム: プログラム可能な投与ポンプと自動 pH 制御を備えた統合された凝固 – 凝集ステージは、変動する流入負荷全体で一貫したパフォーマンスを実現するために不可欠です。
• 汚泥の処理: 浮遊物除去頻度、汚泥ホッパーのサイズ、および下流の濃縮または脱水能力は、固形物の負荷に適合させる必要があります。高負荷用途には連続スキミングが推奨されます。断続的なスキミングは、低濃度の流入液に適しています。

季節性のフードプロセッサーやバッチ式化学プラントなど、変動性の高い廃水を処理する産業ユーザーの場合、DAF システム仕様を最終決定する前にパイロット テストを行うことを強くお勧めします。ジャー試験とベンチスケールの浮遊選鉱試験により、代表的な条件下での化学物質の需要、達成可能な廃水の質、および浮遊物の発生量を特徴付けることができます。

運用の最適化と一般的な課題

適切に設計された DAF 廃水処理システムであっても、プロセス変数に注意して運用しなければ、パフォーマンスが低下する可能性があります。最も頻繁に発生する運用上の問題とその修正アプローチは次のとおりです。

フロートの分割とキャリーオーバー

フロートブランケットが深くなりすぎたり、乱流の流入水の注入によって妨げられたりすると、部分が壊れて流出流に再流入する可能性があります。解決策には、油圧負荷の軽減、流入分配バッフルの調整、スキミング頻度の増加などが含まれます。浮遊固体は、それを超えて蓄積する前に除去する必要があります。 奥行き150～200mm .

不十分なマイクロバブルの形成

気泡の形成が不十分である場合（細かい白い雲ではなく、大きくて不規則な気泡として表示されます）は、通常、飽和器の汚れ、ノズルの摩耗、またはリサイクル圧力が不十分であることを示します。ノズルと圧力計を定期的に検査し、月に一度の飽和器の洗浄と組み合わせることで、ほとんどの場合を防ぐことができます。

化学薬品投与量のドリフト

影響物質の組成は季節や生産スケジュールに応じて変化します。 DAF のパフォーマンスは凝固剤の投与量に非常に敏感です。流入水の TSS または有機負荷が 20% 変化すると、ポリマーまたは凝固剤の投与量に対応した調整が必要になる場合があります。排水のオンライン濁度モニタリングと定期的なジャー検査を組み合わせるのが、最適な化学薬品投与量を維持するための最も信頼性の高いアプローチです。

温度の影響

冷水はより多くの溶存空気を保持しますが、水の粘度が高くなり、気泡の上昇速度が遅くなります。季節的な温度変化が大きい気候では、リサイクル率と化学物質の投与量を再調整しないと、冬に DAF の性能が低下する可能性があります。加熱された流入水または断熱タンクは、寒冷地での設置が保証される場合があります。

DAF テクノロジーの新たな発展

継続的な研究と産業での採用により、溶存空気浮遊選鉱設計におけるいくつかの進歩が推進され、現在では主流の用途に入りつつあります。

• ナノバブルDAF： 内部に気泡を発生させる 0.1～1ミクロン 流体力学的キャビテーションまたは電気化学的手段を介した範囲により、従来の DAF が効果的に捕捉できない、より微細な粒子やコロイド状物質への付着が可能になります。飲料水処理のパイロット設備では、最適化された条件下で 3-log を超えるクリプトスポリジウム除去率を達成しました。
• 高レート DAF: 注入口ノズルの設計とバッフル形状の進歩により、一部の商用ユニットでは表面負荷率が 30 m3/m2/h を超え、排水の品質を犠牲にすることなくタンクの設置面積がさらに削減されました。
• 統合された DAF-MBR システム: 前処理段階としての DAF と膜バイオリアクターを組み合わせることで、膜の汚れが減少し、膜の寿命が延長され、要求の厳しい排水品質目標に対応するシステム全体の能力が向上します。
• 自動化されたプロセス制御: 機械学習支援の投与制御システムは、流入水の濁度、流量、排水品質センサーに基づいて、凝固剤、凝集剤、リサイクル率をリアルタイムで動的に調整でき、化学物質の消費量を削減します。 10～25% 変動負荷施設での固定用量運転と比較。

懸濁物質、リン、およびマイクロプラスチックに対する規制制限が世界的に強化される中、溶存空気浮遊選鉱は、地方自治体および産業部門にわたる新規およびアップグレードされた水処理施設の両方において、さらに中心的な技術となる可能性が十分にあります。