شناورسازی با استفاده از میکرو نانو حباب (DAF)

شناورسازی با استفاده از میکرو نانو حباب یکی بروزترین روش‌های شناورسازی با استفاده از هوای محلول (DAF) است. کاربرد عمده این روش جداسازی ذرات سبک و روغن از پساب است.

روش جداسازی با کمک شناورسازی، در حقیقت استفاده از اختلاف دانسیته آب و ذرات معلق است به منظور تفکیک این ذرات از آب و در نهایت تولید آبی با حداقل ذرات معلق و یا روغن. در این روش به منظور افزایش نیروی شناوری ذارت معلق و روغن از حباب‌های هوا استفاده می‌شود. از آنجا که حباب‌های هوا شناوری بسیار خوبی دارند و به سرعت روی سطح آب می‌آیند می‌توان با تولید میلیاردها از آن و اتصال این حباب‌ها به ذرات معلق و روغن، شناور سازی این ذرات را به میزان قابل توجهی افزایش داد.

 هر چه ابعاد این حباب­ها کوچکتر باشد و در ابعاد میکرو نانو حباب تشکیل شوند، احتمال برخورد حباب­ها با ذرات، در حجم مساوی هوای تزریق شده به آب بیشتر است. تصویری از میکرو حباب‌های تولید شده توسط پمپ ورتکس دوفازی دانتک در شکل 1 آورده شده است.

میکرو نانو حباب

کاربردهای شناورسازی با استفاده از میکرو نانو حباب در صنعت

شناور سازی با استفاده از هوای محلول به طور گسترده­ای برای تصفیه مواد زائد از طیف گسترده­ای از منابع مورد استفاده قرار می­گیرد: ساخت کاغذ، پالایشگاه­ها، آبکاری فلزات، فرآوری گوشت، خشکشویی، کارخانه­های آهن و فولاد، تولید صابون، کارخانه­های شیمیایی و فرآوری از این جمله موارد هستند. برخی از مهمترین این کاربردها عبارتند از:

  • استفاده در سیستم‌های تصفیه پساب صنعتی
  • استفاده در سیستم‌های حذف روغن
  • جداسازی آب از نفت

انواع روش های جداسازی ذرات معلق 

اساساً پنج مدل متفاوت از سیستم شناورسازی وجود دارد که طبقه بندی آنها براساس روش تشکیل حباب است: این پنج روش در ادامه آورده شده است.

  1. هوای محلول: در این روش، ابتدا هوا با غلظت بالا در آب حل شده و پس از آن با کاهش فشار، گاز از محلول فوق اشباع آزاد می­شود.
  2. هوای القایی (پخش شده): در این روش گاز و مایع به طور مکانیکی مخلوط می­شوند تا تشکیل حباب در مایع ایجاد شود و از آن برای شناورسازی استفاده میگردد.
  3. تولید حباب: گاز به طور مستقیم به وسیله اسپارجر به آب تزریق می­شود. از این روش شناورسازی به صورت تجاری استفاده نمی­شود زیرا برای افزایش نرخ جداسازی به غلظت­های زیادی از سورفاکتانت­ها نیاز است. همچنین جدا کردن سورفاکتانت از آب بسیار دشوار است.
  4. الکترولیت: حباب­ها به وسیله الکترولیز آب ایجاد می­شوند.
  5. خلا: در این روش هوا از یک سیال اشباع شده که در فشار منفی قرار می‌گیرد آزاد شده و حباب تشکیل می­شود. روند قدیمی شناور سازی خلا به صورت مرحله­ای در ادامه شرح داده شده است:

1. آماده سازی برای اشباع فاضلاب در فشار جو

2. انتشار حباب های بزرگ

3. استفاده از خلا در فاضلاب

بسته به خلا اعمال شده، حباب­های هوا اندازه تقریبی همانند سیستم­های DAF دارند. با این حال، فرآیند دفع ممکن است به انرژی بیشتری نسبت به DAF معمولی نیاز داشته باشد.

دو نوع عمده تجاری سیستم­های شناورسازی گاز که در حال حاضر به صورت صنعتی مورد استفاده قرار می­گیرد در ادامه آورده شده است.

شناورسازی با استفاده از هوای القایی

سیستم شناور سازی القایی هوا یا IAF روشی است که در آن حباب­های هوا با استفاده از پمپ‌هایی با پروانه‌های پرسرعت، یا توسط یک نازل ونتوری به جریان فاضلاب وارد می‌شوند و در آن حباب‌ها در گلوگاه نازل تشکیل می­شود.

شناورسازی با استفاده از هوای محلول

در سیستم‌های سنتی DAF، هوا و آب در فشار زیاد، در حدود 6 بار با یکدیگر مخلوط شده و انحلال گاز در سیال رخ می‌دهد. این عمل در مخزن اشباع صورت گرفته و اصولا زمانی برای انجام کامل این انحلال در نظر گرفته می‌شود. پس از انحلال گاز در سیال، فشار از روی مخلوط برداشته شده و در حقیقت فشار محلول تا فشار اتمسفر کاهش می‌یابد.

در این حالت گازهای انحلال یافته در سیال، به صورت حباب‌های ریز مقیاس ظاهر شده و این مایع به مخزن شناورسازی تزریق می‌گردد. پس از آنکه حباب‌ها به روغن و ذرات جامد معلق متصل شدند و در حقیقت توسط آنها به دام افتادندف این تجمع حباب باعث افزایش نیروی شناوری شده و موجب شناورسازی ذرات معلق می‌گردد. در این مرحله ذرات شناور و روغن بر روی سطح مخزن شناورسازی جمع می‌شوند و توسط یک جسم پارو مانند از روی سطح حذف می‌گردند.

اگرچه هوا متداول­ترین گاز مورد استفاده در این فرآیند است، اما از متان، نیتروژن، دی اکسیدکربن و ازن نیز به منظور انحلال و تولید حباب استفاده می‌شود. استفاده از ازن علاوه بر شناورسازی، منجر به حذف آلاینده­های آلی و گندزدایی نیز می­شود. این سیستم با نام DOF شناخته می‌شود.

 

سیستم سنتی DAF

سیستم نوین تولید میکرو نانو حباب در سیال

در سیستم‌های نوین شناورسازی با استفاده از هوای محلول، به منظور تولید حباب از پمپ‌های ورتکس دوفازی استفاده می‌شود. این پمپ این توانایی را دارد تا سیال و گاز را از دو ورودی مکش کرده و درون پمپ با یکدیگر به شدت مخلوط می‌کند. این فرآیند در حالی رخ می‌دهد که فشار سیال نیز به مرور در مسیر حرکت سیال در هوزینگ افزایش می‌یابد و نرخ انحلال گاز در سیال را متعاقبا بالا می‌برد. در این شرایط با فشار زدایی از جریان سیال، حباب‌های با اندازه بسیار کوچک در خروجی دستگاه تشکیل می‌شود.

در این پمپ‌ها در حقیقت سه عمل مکش، انحلال و فشار سازی در یک پمپ انجام می‌شود و نیازی به مخزن اشباع، استاتیک میکسر، پمپ برگشت آب، کمپرسور هوا و دیگر تجهیزات سیستم‌های سنتی نیست. این کاهش در تجهیزات به معنای، هزینه راه اندازی و تعمیر و نگهداری کمتر سیستم، راحتی در راه اندازی سیستم و نیاز به اپراتور کمتر است. این نکات مثبت باعث صرفه اقتصادی سیستم‌های DAF شده و در نهایت به بازچرخانی آب کمک میکند. از دیگر ویژگی‌های این نوع پمپ‌ها تولید حباب‌های ریز مقیاس است.

دانتک تولید کننده این نوع پمپ‌ها است. برای اطلاعات بیشتر در خصوص این پمپ‌ها می توانید به این صفحه مراجعه کنید.

 

سیستم های مدرن نانو حباب

بطور کلی در این حالت ذراتی که به حباب هوا می­چسبند، چه با جذب سطحی و چه با جذب شیمیایی، می‌توانند از فاز مایع شناور شوند (1).

نمایی از جدا سازی روغن به وسیله میکرو و نانو حباب در شکل زیر آورده شده است.

 

جداسازی روغن از سیال

پارامترهای موثر در طراحی و عملکرد DAF

سیستم DAF همان شناورسازی بوسیله هوای محلول است که در تصفیه آب و پساب مورد استفاده قرار می‌گیرد. در این سیستم ها پارامترهای موثر به شرح زیر است:

  • انعقاد و لخته سازی
  • نسبت هوا به جامد
  • سرعت بالا آمدن ذرات
  • نرخ بارگذاری هیدرولیکی
  • نرخ بارگذاری جامد
  • نسبت جریان بازگشتی
  • انعقاد و لخته سازی

منعقد کردن، فرایند ناپایدار سازی ذرات کلوئیدی است که در اثر آن رشد ذرات به خاطر برخورد اتفاق می‌افتد. منعقد کننده ماده شیمیایی است که برای ناپایدار کردن ذرات کلوئیدی و کمک به تشکیل لخته اضافه می­شود. لخته سازی فرایندی است که برخوردهای بین ذرات کلوئیدی و ناپایدار شده سوسپانسیونی را فراهم می ­آورد تا ذرات بزرگتری را ایجاد کند که می­ تواند به راحتی جدا شود.  

انعقاد و لخته سازی مکانیسم­ هایی هستند که به وسیله آنها ذرات سوسپانسیونی و مواد کلوئیدی از آب در طی فرایند شناور سازی جدا می ­شوند. نوع و مقدار ماده شیمیایی، شدت اختلاط، زمان ماند در ناحیه اختلاط سریع و کند و اندازه لخته­ ها پارامترهای کلیدی هستند که نقش مهمی در عملکرد سیستم شناورسازی دارند.

به طور کلی از همان لحظه افزودن ماده منعقد کننده اولیه، لخته شدن بلافاصله در نتیجه بمباران مولکولی آغاز می ­شود. این مرحله لخته سازی، لخته سازی پرکینتیک نامیده می شود. با این حال، برای تشکیل قابل مشاهده لخته، نوعی تلاطم ناشی از آن در محیط تعلیق مورد نیاز است. این مرحله، لخته سازی، ارتوکینتیک نامیده می ­شود و توسط همزن مکانیکی یا با القای جریان پیچشی به محیط تعلیق با عبور از رسانه فیلتر گرانول یا اطراف بافل ­های نصب شده در یک مخزن لخته سازی انجام می­ شود.

پس از انعقاد (که در طی آن بی ثبات سازی اتفاق افتاده است) و لخته شدن (که در طی آن لخته هایی با اندازه و مشخصات لازم ایجاد شده است) جریان بی ثبات و لخته شده به یک مرحله جداسازی جامد مایع منتقل می ­شود که در آن لخته­ ها توسط گرانش جدا می­ شوند یا فیلتر می ­شوند یا با شناور سازی حذف می­ شوند. سپس مواد انباشته شده برای تسهیل در دفع نهایی، بیشتر تحت تصفیه قرار می­ گیرند. در این مرحله اغلب پلی الکترولیت­ ها به منظور افزایش خصوصیات آبگیری مواد اضافه می‌ شوند. در این حالت، از پلی الکترولیت به عنوان تصفیه کننده لجن یاد می‌شود.

 

Coagulation and Flocculation

مراجع

(1) http://dx.doi.org/10.1016/j.cherd.2016.09.013

دیدگاه‌ خود را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

این سامانه توسط گروه تبلیغاتی فورسی طراحی شده است و تمامی حقوق آن برای دانتک محفوظ است. 

به بالای صفحه بردن