Innowacyjne i energooszczędne systemy flotacji do oczyszczania wody i ścieków IGF microFLOT z zastosowaniem generatora mikropęcherzyków MicroGas™
Globalna sytuacja klimatyczna oraz zmniejszanie się zasobów naturalnych, powoduje, że coraz bardziej istotne staje się stosowanie rozwiązań i technologii, które w sposób skuteczny, ale przede wszystkim przyjazny dla środowiska i ekonomiczny pozwolą na oczyszczenie wody, ścieków czy odzysk i odnowę wody.
Jedną z częściej stosowanych technik w oczyszczaniu wody i ścieków jest proces flotacji. Stosowany jest on do oddzielenia zanieczyszczeń hydrofobowych, olejów i tłuszczów od cieczy [1, 5]. Zanieczyszczenia unoszone są na powierzchnię cieczy za pomocą drobnych pęcherzyków powietrza – mikropęcherzyków, skąd następnie usuwane są za pomocą zgarniacza osadu flotacyjnego.
Wartość rynku flotacyjnego w roku 2020 szacuje się na 1,2 mld $, a wartość rynku europejskiego związanego z technologiami generowania drobnych pęcherzyków (z ang. fine bubbles) to ok 70 mln € z szacowanym podwojeniem do 141 mln € do 2030 roku [4].
Wielkość zastosowanych pęcherzyków ma wpływ na końcową efektywność procesu flotacji. Pęcherzyki gazu przyczepiają się do zanieczyszczeń, flokuł i powodują ich wynoszenie na powierzchnię cieczy. Im większa średnica pęcherzyka tym jego szybsze unoszenie na powierzchnię cieczy, a tym samym mniejsza skuteczność w wynoszeniu na powierzchnię zanieczyszczeń. Mniejsze pęcherzyki generowane w dużej ilości są w stanie wynieść na powierzchnię większą ilość drobnych zanieczyszczeń, a tym samym jest możliwe uzyskanie wyższej skuteczności oczyszczania.
Pęcherzyki gazu w procesie flotacji generowane są w postaci białej wody, a średnica pęcherzyków waha się w przedziale 10-100 µm [3, 5] i są to wg normy ISO 20480-1:2017 tzw. mikropęcherzyki [2]. Klasyfikację wielkości pęcherzyków gazowych wg ISO przedstawiono na rysunki 1.
Rys 1. Nomenklatura pęcherzyków gazowych wg ISO 20480-1:2017: 1- pęcherzyk, 2- drobny pęcherzyk (fine buble), 3- ultradrobny pęcherzyk (ultrafine buble), 4- mikropęcherzyk [2]
Flotacja DAF vs. IGF microFLOT z zastosowaniem generatora MicroGas™
W tradycyjnej metodzie flotacji DAF (z ang. Dissolved Air Flotation) część strumienia ścieków podczyszczonych kierowana jest do strumienia recyrkulowanego gdzie następuje wtłoczenie powietrza pod ciśnieniem kilku atmosfer (3-8 bar). Uwolnienie powietrza w postaci drobnych pęcherzyków następuje poprzez rozprężenie podczas wprowadzania recyrkulowanej mieszanki wodno-powietrznej do otwartej przestrzeni flotatora.
W przypadku flotacji IGF z generatorem MicroGas™ mamy do czynienia z procesem bezpośredniego wprowadzania mikropęcherzyków do ścieków. Generator umieszczony jest na dnie zbiornika flotacyjnego. Rysunek 2 przedstawia porównanie tradycyjnej instalacji flotacji DAF oraz flotatora z generatorem MicroGas™.
Rys 2. Porównanie systemu flotacji DAF oraz flotatora wyposażonego w generator MicroGas™
Co istotne wielkość uzyskiwanych pęcherzyków w przy zastosowaniu MicroGas™ jest porównywalna z metodą DAF, jednak moc zainstalowana flotacji IGF microFLOT jest już znacznie niższa, oszczędności sięgają ponad 90% mniejszego zapotrzebowania energii.
Rys 3. Komora z generatorem MicroGas™: na dole - z wyłączonym urządzeniem, na górze – po włączeniu generatora, widoczny proces saturacji oraz „biała woda” [7]
Zastosowanie systemu saturacji MicroGas™ niesie za sobą wiele korzyści w porównaniu do tradycyjnych instalacji flotacji DAF. W tabeli 1 porównano newralgiczne punkty pracy flotacji przy zastosowaniu tradycyjnej metody ciśnieniowej DAF oraz flotacji Watersystem IGF microFLOT z generatorem MicroGas™
Tabela 1. Porównanie pracy systemu flotacji ciśnieniowej DAF oraz IGF z genratorem MicroGas™
Generator mikropęcherzyków MicroGas™
Generator mikropęcherzyków MicroGas™ składa się z ceramicznych tarcz (dysków) membranowych zamontowanych na obrotowym wale. Sprężone powietrze lub inny gaz wtryskuje się pod ciśnieniem ok 1,2-1,5 bar na obrotowym wale urządzenia. Następnie gaz przenika przez dyfuzory do cieczy, gdzie powstaje chmura drobnych pęcherzyków o średnicy 40-70 mikronów (biała woda), przy wyjątkowo niskim zużyciu energii. W przeciwieństwie do systemów DAF, nie jest wymagane ciśnienie, aby rozpuścić gaz w cieczy, a zatem zużycie energii nie zależy od zasolenia i temperatury wody. Ponadto system flotacji oparty na MicroGas™ nie wymaga zbiornika nasycającego, pomp recyrkulacyjnych ani dysz, co czyni je bardziej niezawodnymi i opłacalnymi.
System MicroGas™ jest również odporny na trudne warunki pracy tj. wysokie temperatury (do 70°C), zmienność pH (2-13), wysoką zawartość chlorków (do 10 000 ppm), zawiesin (5%), olejów (5%), zasolenie (200 000 mg/l).
Rys 4. Generator MicroGas™: wersja S (u góry), wersja zanurzeniowa XL (niżej) – źródło: Akvola Technologies GmbH [7]
Zalety stosowania MicroGas™
• Minimalne koszty eksploatacyjne – niewielkie wymagania dotyczące sprężonego gazu (wymagane ciśnienie 1-2 bar) oraz silnik VDC o niskim napięciu
• Minimalne wymagania sprzętowe – w przeciwieństwie do tradycyjnych instalacji flotacji DAF nie wymagane jest zastosowanie pompy recyrkulacyjnej, zbiornika saturacji czy dysz napowietrzających
• Brak zatykania – siły ścinające generowane na powierzchni dyfuzorów poprzez wydobywający się gaz oraz obracający się wał zapobiegają zatykaniu się oraz umożliwiają efekt automatycznego samooczyszczenia się dysków
DIN - Niemiecki Instytut Normalizacyjny (Deutsches Institut für Normung) a technologia drobnych pęcherzyków
Watersystem wraz z producentem generatora MicroGas™ firmą Akvola Technologies GmbH (Niemcy) oraz firmą Besino (Chiny) opracowało oficjalną specyfikację, autoryzowaną przez komitet DIN, dotyczącą technologii generowania drobnych pęcherzyków gazu stosowanych w procesie flotacji pt.: DIN SPEC 54789: Fine Bubble Technology - Fine Bubble Induced Gas Flotation Devices - Installation and Operation
Więcej: https://www.din.de/en/wdc-beuth:din21:320487090
O firmie
Watersystem jest wyspecjalizowanym dostawcą systemów uzdatniania wody i oczyszczania ścieków dla wielu gałęzi przemysłu. Oferujemy kompleksowe i zindywidualizowane podejście do każdego problemu związanego z wodą, począwszy od projektu przez budowę, rozruch, a skończywszy na serwisie systemów.
Dzięki wieloletniemu doświadczeniu w uzdatnianiu wody i ścieków oferujemy produkty wysokiej jakości, a tym samym zapewniamy osiągnięcie wymaganych parametrów i żywotność przy niskich kosztach eksploatacji.
WWW:
LinkedIn:
Facebook
Źródła:
[1] Anielak, A. M. (2002) Chemiczne i fizykochemiczne oczyszczanie ścieków. Warszawa: Wydawnictwo Naukowe PWN.
[2] ISO 20480-1:2017 Fine bubble technology – General principles for usage and measurement of fine bubbles
[3] Global Water Intelligence CTO Magazine 06.2020
[4] BREC Solutions Market Research 2016
[5] Wiliński, P. (2017) Zastosowanie procesu mikro- i nanoflotacji z użyciem ozonu (DOF) do oczyszczania ścieków przemysłowych na przykładzie przemysłu kosmetycznego
[6] DIN SPEC 54789: Fine Bubble Technology - Fine Bubble Induced Gas Flotation Devices - Installation and Operation
[7] Materiały Akvola GmbH
dr inż. Piotr Wiliński,
Watersystem sp. z o.o. sp.k.
Komentarze