داف تعني تعويم الهواء المذاب - عملية تنقية المياه ومياه الصرف الصحي التي تزيل المواد الصلبة العالقة والدهون والزيوت والشحوم والجسيمات الغروية عن طريق ربطها بفقاعات الهواء المجهرية وتعويم الركام الناتج على سطح الماء لإزالته ميكانيكيًا. على عكس الترسيب، الذي يعتمد على الجاذبية لإغراق الجزيئات الكثيفة، يستغل DAF الطفو لتعويم الملوثات منخفضة الكثافة التي قد تظل معلقة أو تستغرق فترات طويلة بشكل غير عملي حتى تستقر.
تعمل هذه العملية عن طريق إذابة الهواء في تيار إعادة تدوير مضغوط من المياه المعالجة - عادة عند 4-8 بار - ثم إطلاق هذا التيار مرة أخرى إلى خزان التعويم عند الضغط الجوي. يؤدي انخفاض الضغط المفاجئ إلى خروج الهواء المذاب من المحلول على شكل سحابة كثيفة من الفقاعات الصغيرة عادةً قطرها 10-100 ميكرون . تلتصق هذه الفقاعات بالجسيمات العالقة والكتل، مما يقلل من الكثافة الفعالة لمجموع فقاعات الجسيمات أقل بكثير من كثافة الماء. يرتفع الركام إلى السطح ويشكل طبقة حمأة عائمة - تسمى الطفو أو الكشط - والتي تتم إزالتها باستمرار بواسطة كاشطة ميكانيكية.
يتم تطبيق DAF في معالجة المياه ومعالجة مياه الصرف الصحي عبر مجموعة واسعة بشكل استثنائي من الصناعات: تنقية مياه الشرب البلدية، والنفايات السائلة الناتجة عن معالجة الأغذية والمشروبات، ومياه الصرف الصحي لمصانع الورق واللب، والنفايات السائلة في صبغ النسيج، والمياه المنتجة من مصافي النفط، وأنظمة إعادة تدوير تربية الأحياء المائية، ومعالجة المياه المنتجة في حقول النفط. تكمن قوتها الخاصة في التطبيقات التي يكون فيها للملوثات المستهدفة جاذبية محددة قريبة من أو أقل من 1.0 - الدهون والزيوت والألياف والكتلة البيولوجية - حيث يكون الترسيب بطيئًا وغير موثوق به.
يعالج نظام معالجة مياه الصرف الصحي الكامل DAF خلال عدة مراحل متسلسلة. يعد فهم كل مرحلة ضروريًا لتصميم النظام الصحيح، وجرعات المواد الكيميائية، واستكشاف الأخطاء وإصلاحها التشغيلية.
عادةً ما تمر مياه الصرف الصحي الخام التي تدخل نظام DAF عبر الشاشات أو المصافي لإزالة المواد الصلبة الإجمالية التي قد تؤدي إلى إتلاف مضخة إعادة التدوير والمشبع. بالنسبة للعمليات الصناعية ذات التدفق المجمع أو المتغير، يقوم خزان المعادلة في الجزء العلوي من وحدة DAF بتخزين التدفق وتغيرات حمل الملوثات، مما يمنع الصدمات الهيدروليكية وعدم استقرار الجرعات الكيميائية مما يقلل من كفاءة الفصل.
تتطلب معظم تطبيقات DAF معالجة كيميائية مسبقة لزعزعة استقرار الجزيئات الغروية وتجميع المواد الصلبة العالقة الدقيقة في كتلة كبيرة بما يكفي لربط الفقاعات. يتم تحديد جرعات مواد التخثر — عادة كبريتات الألومنيوم (الشب)، أو كلوريد الحديديك، أو كلوريد متعدد الألومنيوم (PAC) — عند نقطة خلط سريع لتحييد الشحنة السطحية السلبية على الجسيمات الغروية. يتم بعد ذلك تحديد جرعات المواد الندفية - بوليمرات بولي أكريلاميد أنيونية أو كاتيونية - في منطقة مزيج لطيف لربط الجزيئات المتخثرة الفردية في هياكل كتلة أكبر وأقوى. حجم الكتلة وكثافتها وقوتها هي المحددات الأساسية لكفاءة فصل DAF، مما يجعل اختيار المواد الكيميائية وتحسين الجرعات بمثابة تصميم حاسم ومعلمة تشغيلية.
جزء من تدفق DAF السائل - تيار إعادة التدوير، عادةً 10-50% من معدل تدفق التغذية - يتم ضغطه بواسطة مضخة إعادة التدوير DAF ويتم تغذيته في وعاء ضغط يسمى المشبع أو خزان الذوبان. يتم حقن الهواء المضغوط في المشبع، حيث يذوب في الماء تحت الضغط وفقا لقانون هنري. يتم الاحتفاظ بتيار إعادة التدوير المشبع تحت الضغط حتى يتم توجيهه إلى مدخل خزان التعويم.
يتم إطلاق تيار إعادة التدوير المضغوط من خلال صمام تخفيض الضغط إلى خزان التعويم، حيث يتصل بمياه التغذية المعالجة كيميائيًا الواردة. تتنوى الفقاعات الدقيقة على الفور وتلتصق بجزيئات الكتلة، التي ترتفع إلى السطح خلال فترة الاحتفاظ الهيدروليكي للخزان - عادةً 15-30 دقيقة في تصميمات DAF التقليدية، تم تقليلها إلى 3-8 دقائق في الوحدات ذات المعدل العالي. تقوم كاشطة الشاطئ ذات السلسلة والطيران أو كاشطة الشاطئ الدوارة بشكل مستمر بإزالة الحمأة العائمة المتراكمة في حوض تجميع الحمأة. تخرج المياه الصافية من قاعدة الخزان من خلال منافذ الصرف الصحي المغمورة.
عادةً ما تحتوي الحمأة العائمة DAF على تركيز مواد صلبة يبلغ 2-8% مواد صلبة جافة بالوزن — أكثر تركيزًا بشكل ملحوظ من حمأة التدفق التحتي للمصفاة الناتجة عن عمليات الترسيب المماثلة. تعمل ميزة التركيز هذه على تقليل حجم معدات نزح المياه من الحمأة وتكلفة التشغيل. يتم عادة زيادة سماكة الحمأة الطافية في مكثفات حزام الجاذبية أو أجهزة الطرد المركزي قبل التخلص منها، أو تحويلها إلى سماد، أو الهضم اللاهوائي، أو - في تطبيقات تجهيز الأغذية - استعادتها كعنصر علف للحيوانات.
تعتبر مضخة تعويم الهواء المذاب - أو مضخة DAF - هي المكون الأكثر مسؤولية بشكل مباشر عن أداء النظام. توجد مهمتان متميزتان للمضخة داخل نظام DAF، ولكل منهما متطلبات أداء مختلفة، ويعد اختيار نوع المضخة الصحيح لكل واجب أمرًا أساسيًا للتشغيل الموثوق.
تعمل مضخة إعادة التدوير DAF على ضغط تيار إعادة تدوير النفايات السائلة الموضحة إلى ضغط تشغيل المشبع - عادةً 4-8 بار (60-120 رطل لكل بوصة مربعة) . هذه هي المضخة الأكثر أهمية في النظام؛ ويحدد أدائها بشكل مباشر كمية ونوعية الفقاعات الصغيرة المتولدة، والتي بدورها تتحكم في كفاءة الفصل.
تشمل معايير الاختيار الرئيسية لمضخة إعادة التدوير ما يلي:
تقوم مضخة التغذية بنقل مياه الصرف الصحي الخام أو المعالجة مسبقًا من خزان المعادلة إلى وحدة DAF بمعدل تدفق ثابت ومتحكم فيه. نظرًا لأن تيار التغذية قد يحتوي على مواد صلبة معلقة، أو مادة ليفية، أو محتوى بيولوجي، فإن مضخات التغذية تكون عادةً غير مسدودة بالطرد المركزي، أو تجويف تدريجي، أو تصميمات مضخة صرف صحي غاطسة مع دافعات مفتوحة أو دوامية تمرر المواد الصلبة دون انسداد. على عكس مضخة إعادة التدوير، تعمل مضخة التغذية عند ضغط منخفض إلى متوسط — عادةً 0.5-2 بار - الحجم مخصص فقط لتوصيل التدفق ورأس ثابت بسيط.
يُعد مُنقي DAF - خزان التعويم نفسه - وعاء المعالجة المركزي للنظام، وتحدد هندسته وقت الاحتفاظ الهيدروليكي، وكفاءة ملامسة جسيمات الفقاعات، وأداء إزالة الحمأة العائمة التي تحدد بشكل جماعي إنتاجية النظام وجودة النفايات السائلة.
معلمة التحجيم الأساسية لمصفي DAF هي معدل تحميل السطح الهيدروليكي (ويسمى أيضًا معدل الفائض أو التحميل الهيدروليكي السطحي)، ويتم التعبير عنه بالتدفق لكل وحدة من مساحة سطح الخزان. تم تصميم وحدات DAF التقليدية لمعدلات التحميل السطحي 3-6 م³/م²/ساعة ; يمكن تحقيق تصميمات DAF عالية السرعة باستخدام وحدات أنبوب صفائحي أو توزيع المدخل الأمثل 10-15 م³/م²/ساعة أو أعلى. يؤدي تجاوز معدل تحميل سطح التصميم إلى حدوث قصر في الدائرة الهيدروليكية، وتقليل وقت الاحتفاظ، وانتقال الحمأة العائمة إلى النفايات السائلة.
يتم تصنيع مصفيات DAF في تكوينات مستطيلة ودائرية. تعتبر الخزانات المستطيلة معيارًا للمنشآت الأكبر حجمًا - فهي تسمح بالقشط المباشر للسلسلة والطيران، وتستوعب حواجز توزيع المدخل بكفاءة، ويمكن بناؤها في أقسام معيارية للأنظمة الكبيرة المبنية في الموقع. تستخدم مصفيات DAF الدائرية أذرع كاشطة دوارة وهي مدمجة وفعالة من حيث التكلفة لمعدلات التدفق الأصغر؛ وهي شائعة في تكوينات مصانع التغليف لتجهيز الأغذية والتطبيقات البلدية الأصغر.
يقوم مصفّي DAF المصمم جيدًا بفصل الخزان هيدروليكيًا إلى منطقتين وظيفيتين. ال منطقة الاتصال عند المدخل، يتم خلط الماء المعاد تدويره المضغوط مع التغذية المعالجة كيميائيًا، مما يزيد من تصادم جسيمات الفقاعات والتصاقها. ال منطقة الفصل يشغل الجزء الأكبر من طول الخزان، مما يوفر الظروف الهيدروليكية الهادئة اللازمة لصعود مجاميع جسيمات الفقاعات إلى السطح دون اضطراب مضطرب. تعتبر الحواجز التي تفصل بين هذه المناطق من تفاصيل التصميم المهمة؛ يسمح الفصل غير الكافي لاضطراب المدخل بتعطيل الطفو المرتفع في منطقة الفصل، مما يؤدي إلى تدهور جودة النفايات السائلة.
يحدد إعداد نظام DAF بشكل صحيح عند التثبيت ما إذا كانت الوحدة ستحقق أداء التصميم الخاص بها من اليوم الأول أو تتطلب شهورًا من استكشاف الأخطاء وإصلاحها للوصول إلى التشغيل المستقر. تغطي قائمة المراجعة التالية الخطوات الحاسمة لتركيب وحدة DAF الجديدة والتشغيل الأولي.
في عمليات حقول النفط ومنبع النفط والغاز، تمثل المياه المنتجة والمياه المتدفقة بعضًا من أكبر تدفقات مياه الصرف الصحي وأكثرها صعوبة في جميع الصناعات. تُستخدم أنظمة DAF على نطاق واسع كمرحلة معالجة أولية لمياه الصرف الصحي في حقول النفط - إزالة الزيت المشتت والمستحلب والمواد الصلبة العالقة ومقياس المواد المشعة الطبيعية (NORM) قبل التفريغ أو إعادة الحقن أو المعالجة الإضافية لإعادة الاستخدام المفيد.
يواجه المشغلون الذين يديرون المياه المنتجة قرارًا أساسيًا: معالجة مياه الصرف الصحي في الموقع باستخدام DAF المثبتة أو المتنقلة ومعدات المعالجة المرتبطة بها، أو مياه الصرف الصحي بالشاحنات أو الأنابيب خارج الموقع إلى منشأة تجارية للتخلص أو المعالجة. هذا القرار له تكلفة كبيرة ومسؤولية وآثار تشغيلية.
تتضمن معالجة مياه الصرف الصحي في حقول النفط باستخدام أنظمة DAF فئات التكلفة الأساسية التالية:
إن نقطة التعادل الاقتصادية بين معالجة DAF في الموقع والتخلص منها خارج الموقع مدفوعة في المقام الأول بحجم المياه المنتجة ومسافة النقل. في مجلدات أعلى تقريبا 2000-5000 برميل يوميا ومسافات النقل بالشاحنات التي تتجاوز 30-50 ميلاً، فإن المعالجة في الموقع تولد باستمرار تكلفة إجمالية أقل للبرميل مقارنة بالتخلص خارج الموقع - حتى مع مراعاة استهلاك رأس المال ومجموع تكاليف التشغيل الكاملة في الموقع. تحت هذه العتبات، أو في ظل وجود بنية تحتية جاهزة منخفضة التكلفة لخطوط الأنابيب، يظل التخلص من النفايات خارج الموقع تنافسيًا على أساس التكلفة الخالصة.
وبعيدًا عن التكلفة المباشرة، يأخذ المشغلون في الاعتبار بشكل متزايد قيمة إعادة استخدام المياه في التحليل. المياه المنتجة المعالجة التي تستوفي مواصفات إعادة استخدام التكسير الهيدروليكي تؤدي إلى التخلص من تكاليف الحصول على المياه العذبة - والتي يمكن أن تصل في الأحواض التي تعاني من إجهاد مائي مثل حوض بيرميان إلى 1.50 - 3.00 دولار أمريكي للبرميل الواحد بالنسبة للمياه العذبة من مصادر - مما يؤدي إلى تغيير اقتصاديات بشكل أساسي لصالح المعالجة في الموقع حتى عند انخفاض كميات المياه المنتجة.
يتطلب اختيار الشركة المصنعة لمضخة DAF - سواء لمضخة إعادة التدوير على وجه التحديد أو لحزمة نظام DAF الكاملة - تقييم القدرة الفنية وخبرة التطبيق ودعم ما بعد البيع بدلاً من سعر المعدات وحده. إن مضخة إعادة التدوير التي تفشل في الحفاظ على ضغط مشبع مستقر، أو تتجوّف في ظل ظروف تغذية متغيرة، ستؤدي إلى الإضرار بأداء DAF بغض النظر عن مدى جودة تصميم بقية النظام.
تشمل معايير التقييم الرئيسية لمصنعي مضخات DAF وموردي الأنظمة ما يلي: