شناورسازی با هوای محلول در تصفیه فاضلاب

تصفیه فاضلاب با استفاده از شناورسازی با هوای محلول یا فشرده: در هر صنعت انواع مختلفی از فاضلاب ها با مشخصات و مشکلات منحصر به خود تولید می شوند و در نتیجه محصولات متنوعی برای حل این مسائل فرایندی و تصفیه فاضلاب مربوطه وجود دارد. یکی از این محصولات، دستگاه جداکننده و شناورساز ذرات آلودگی با استفاده از روش شناورسازی با هوای محلول است که برای تصفیه انواع فاضلاب ها شامل غذا و لبنیات، گوشت، ماهی، مرغداری، دامداری، صنایع نفت و پتروشیمی و روغنی برای حذف مواد جامد معلق، چربی ها، روغن ها و گریس استفاده می شود. راندمان فرایندی بالا و انعطاف پذیری عملیاتی از نکات قوت این تجهیزات می باشند. در این دستگاه، حذف آلاینده با استفاده از تزریق هوا در آب یا فاضلاب تحت فشار و سپس آزاد شدن هوا در فشار اتمسفر در مخزن انجام می شود. سیستم شناورساز هوای محلول، میکروحباب ها را به بخار تبدیل کرده که به مواد جامد متصل می شود و آنها را در سطح شناور می کند. پس از آن کف یا لجن تشکیل شده توسط پاروها از سطح مخزن روبیده می شوند. این محصول گاها در پکیج انعقاد و شناوری سازی الکتریکی یا پکیج تصفیه فاضلاب صنعتی به عنوان روش کمکی پس تصفیه یا پیش تصفیه جهت بهبود راندمان حذف یا کاهش بار ذرات چربی و روغن به کار می رود

غالباً به آب یا فاضلاب ورودی به مخزن شناورسازی شناورسازی با هوای فشرده یا به بیانی دیگر شماروسازی با هوای محلول مواد منعقدکننده نظیر کلرید آهن یا سولفات آلومینیوم افزوده می شود تا ذرات کلوئیدی منعقد شده و به لخته های بزرگتری تبدیل شوند. بخشی از فاضلاب تصفیه شده خروجی از DAF به یک مخزن تحت فشار کوچک پمپاژ می شود و در این تانک هوای فشرده تزریق می شود. این موضوع منجر به اشباع سازی فاضلاب تحت فشار با هوا می شود. جریان اشباع شده با هوا به قسمت جلویی تانک شناورسازی بازگردانده می شود و از یک شیر فشارشکن عبور می کند در نتیجه هوای آزاد شده در فاضلاب به حالت حباب های ریز در می آید. حباب ها در محل هسته سازی در سطح ذرات جامد معلق به وجود آمده و به این سطوح می چسبند. با تشکیل هر چه بیشتر حباب ها، نیروی بالابرنده حباب ها بر نیروی گرانش غلبه کرده و باعث شناورسازی ذرات معلق بر سطح می شود که تولید یک لایه کف و لجن می کند. سپس این لایه توسط پارو (Skimmer) از سطح روبیده می شود. درنهایت آب بدون لجن از تانک شناورسازی خارج می شود. در برخی طراحی ها، صفحات پکینگ موازی (لاملا) برای ایجاد سطح جدایش بیشتر و بهبود راندمان واحد استفاده می شود. سیستم های شناورسازی با هوای محلول می توانند بصورت دایره ای (راندمان حذف بالاتر) یا مستطیلی (زمان ماند بیشتر) طراحی و ساخته شوند. در نوع دایره ای حرکات مارپیچی در جریان رخ می دهد و زمان ماند می تواند 3 دقیقه باشد در حالی که در نوع مستطیلی زمان ماند حداقل 20 تا 30 دقیقه است.

نکته کلیدی درتصفیه فاضلاب صنعتی به روش  شناورسازی با هوای محلول، گرانش و تولید میلیون ها حباب خیلی ریز است. براساس قانون استوکس، اندازه قطره روغن و دانسیته آن روی میزان شناور شدن آن روی سطح تأثیر دارد. قطرات بزرگتر و سبک تر با سرعت بیشتری به سمت سطح بالا می روند. چسبیدن یک حباب کوچک به یک قطره روغن چگالی قطره را کاهش داده و سرعت حرکت آن به سمت سطح مخزن را افزایش می دهد. بنابراین حباب های کوچک تر موجب تشکیل قطرات روغن شناور کوچکتری روی سطح می شوند. یک سیستم شناورسازی کارآمد نیازمند تولید مقدار کافی و ممکن حباب است که این عمل را موجب شود. اندازه حباب ها در این روش معمولاً در بازه 1 تا 50 میکرومتر است. تنها عیب فرایند شناورسازی با هوای محلول را می توان هزینه بالای اجرا و نگهداری و تعمیرات آن دانست؛ به عبارت دیگر در این روش هزینه اولیه و جاری بالا می باشد.

در صنایعی که مقدار چربی و روغن در فاضلاب آنها زیاد است مانند صنایع تولید روغن به جای هوای محلول از نیتروژن محلول استفاده می شود تا از خطر انفجار جلوگیری شود. این روش، شناورسازی با گاز محلول (Dissolved gas flotation)  نامیده می شود. پروانه پمپ در این نوع از فرایند شناورسازی به صورت دوطرفه طراحی می شود. یک سمت طوری طراحی می شود که مانند یک پمپ سانتریفیوژ معمولی جهت انتقال مایع عمل کند و طرف دیگر به گونه ای است که بخار را به پمپ رسانده و با مایع مخلوط کند و به این ترتیب مانند شناورسازی با هوای محلول حباب های ریز گاز در مایع رها می شود. علاوه بر این، یک نوع عایق بندی خاص نیز جهت افزایش طول عمر پمپ ها در پمپ های فرایند شناورسازی با گاز محلول اعمال می شود. این کار مشابه عملکرد دستگاه دیفیوزر هوادهی است.

مزایای روش شناورسازی با هوای محلول:

• سرعت شفاف شدن در DAF بیشتر از ته نشینی است که باعث کاهش ابعاد مخزن لخته سازی می شود.
• لجن تشکیل شده در DAF غلیظ تر و فشرده تر از ته نشینی است.
• مقدار منعقدکننده و کمک منعقدکننده مصرفی در این روش کم است.
• اثرات اکسیدکنندگی موجود در DAF باعث کاهش بو می شود.
• در این روش ذرات ریز و جلبک ها نیز حذف می شوند که این موضوع از گرفتگی لوله ها و فیلترها جلوگیری می کند.

شناورسازی با گاز القا شده (IGF)

شناورسازی با گاز القاشده (Induced Gas Flotation) فرایندی مشابه شناورسازی با هوای محلول جهت حذف مواد معلق مانند روغن و جامدات معلق است. در این روش نیز حذف توسط تزریق حباب های گاز به آب یا فاضلاب در یک مخزن شناورسازی انجام می شود. در این فرآیند به منظور تولید حباب در مخزن شناورسازی، گاز به داخل مخزن کشیده می شود که برای انجام این امر دو روش وجود دارد:
1)هیدرولیکی: در این روش، بخشی از فاضلاب تصفیه شده  از مخزن شناورسازی خارج شده سپس به وسیله پمپ دوباره به مخزن بازمی گردد و پیش از ورود به مخزن در لوله با گاز مخلوط می شود تا حباب ها در مخزن شناورسازی ایجاد شوند.
2)مکانیکی: در این روش، یک پروانه چرخشی درون مخزن شناورسازی تعبیه می شود و توسط تشکیل گرداب، گاز را به داخل مخزن کشیده و با فاضلاب مخلوط می کند تا حباب داخل مخزن شناورسازی ایجاد شود. گاز داخل این سلول بطور مداوم در حال سیرکوله شدن است.
روش هیدرولیکی معمولا ارزان تر است، هزینه های عملیاتی کمتری دارد و نیاز به نگهداری کمتری نسبت به نوع مکانیکی دارد. فرایند شناورسازی با استفاده از گاز القاشده به طور گسترده ای برای تصفیه فاضلاب از تاسیسات تولید نفت و گاز دریایی استفاده می شود زیرا در این تاسیسات، گاز خام بطور طبیعی تولید می شود که از آن به عنوان گاز القاشده می توان استفاده کرد. در این روش نیز مانند شناورسازی با هوای محلول در صورت لزوم از مواد منعقدکننده جهت جداسازی بهتر استفاده می شود و وجود اسکیمر روی سطح مخزن نیز امری ضروری است.