Flotatie
Dissolved Air Flotation (DAF) is een geavanceerde methode voor waterzuivering die berust op het principe van versnelde opdrijving van vervuilende deeltjes. Door microscopisch kleine luchtbelletjes in het afvalwater te introduceren, hechten deze zich aan de onzuiverheden en brengen ze deze naar de oppervlakte. Het kritieke bruiswater dat dit proces mogelijk maakt, wordt continu geproduceerd door een deel van het gezuiverde water onder hoge druk met lucht te verzadigen. De verontreinigingen vormen een drijvende sliblaag die eenvoudig wordt afgeschraapt voor verdere verwerking, terwijl het gezuiverde water wordt afgevoerd. DAF is bijzonder effectief in de verwijdering van zwevende stoffen, vetten en oliën, en bereikt daarvoor zeer hoge efficiënties. Voor de volledige verwijdering van oplosbare voedingsstoffen zoals stikstof en fosfor zijn echter vaak aanvullende chemische processen vereist. De details over de precieze werking, verwijderingspercentages en de chemische optimalisatie voor fosfaatverwijdering kunt u in de secties hieronder lezen.
Algemeen principe
De “Dissolved Air Flotation” installatie is gebaseerd op het principe van versnelde opdrijving van vuildeeltjes door inbreng van minuscule luchtbelletjes die zich aan de vuildeeltjes hechten. Via een verdeelsysteem wordt het afvalwater over de volledige breedte van de installatie verdeeld en wordt er ook ter hoogte van deze inlaat bruiswater geïnjecteerd.
Het bruiswater, dat zo belangrijk is voor een goede flotatie, wordt continu geproduceerd door een deel van het gezuiverde water (ongeveer 30%) te recirculeren. Een centrifugaalpomp pompt deze deelstroom terug naar een drukvat en zorgt voor een optimale druk voor het oplossen van lucht in water. In dit drukvat wordt ook gecontroleerd perslucht gedoseerd zodat een optimaal aan lucht verzadigd water ontstaat. Vanuit dit drukvat wordt dit aan lucht verzadigd water terug naar de flotatie geleid. Door de drukval (of ontspanning) van dit water (van 5-6 bar naar 1 atm) wordt de lucht terug vrijgesteld onder de vorm van minuscule luchtbelletjes (30-50 μm, het zogenaamde bruiswater of ‘melkwater’).
Deze luchtbelletjes hechten zich aan de vuildeeltjes en brengen deze laatste zo aan de oppervlakte waar ze een sliblaag vormen. Deze laag wordt door de schrapers verwijderd en in het slibcompartiment opgevangen. Vanuit dit slibcompartiment wordt het spuislib dan opgepompt naar een slibbuffer. Dit slib wordt verder ontwaterd op een centrifuge of een schroefpers, of kan opgehaald worden door een erkende ophaler.
Zwaardere deeltjes zoals zand,... zullen niet floteren maar zullen bezinken. Onderaan de conus van de installatie zijn er bodemkleppen. Deze kleppen zijn pneumatisch bediend en gaat op geregelde tijdstippen open. Door de druk van het water in de flotatie wordt het bezonken slib naar buiten geduwd naar het slibcompartiment en naar de slibtank gepompt.
Het geklaarde water van de flotatie loopt via het effluentcompartiment naar een verdere opslagtank of eventueel naar het lozingspunt.
Verwijdering fosfaat
Bij coagulatie met ijzerchloride (FeCl₃) wordt orthofosfaat (PO₄³⁻) verwijderd door de vorming van onoplosbare ijzerfosfaatprecipitaten. De exacte chemische reactie is afhankelijk van de pH van het water en de concentraties van de betrokken ionen, maar een vereenvoudigde voorstelling kan er als volgt uitzien:
Fe³⁺ + PO₄³⁻ → FePO₄ (s)
Hierbij reageert het ijzerion (Fe³⁺) met het fosfaation (PO₄³⁻) tot vast ijzerfosfaat (FePO₄), dat als een neerslag uit het water valt en vervolgens bij de flocculatie wordt opgevangen in de gevormde vlokken.
Tijdens de flocculatie speelt het polymeer een belangrijke rol in het vergroten en stabiliseren van de gevormde vlokken. Het polymeer adsorbeert aan het oppervlak van de ijzerfosfaatprecipitaten en andere deeltjes, waardoor ze samenklonteren tot grotere vlokken. Deze vlokken zijn zwaarder en bezinken of stijgen sneller naar het oppervlak, afhankelijk van de dichtheid van de vlokken ten opzichte van water.
De precieze mechanismen van de flocculatie zijn complex en afhankelijk van de soort polymeer die wordt gebruikt. Over het algemeen wordt aangenomen dat de polymeren functionele groepen hebben die kunnen binden aan de oppervlakken van de deeltjes, waardoor een soort 'brug' wordt gevormd tussen de deeltjes.
Volgende factoren beïnvloeden de verwijdering van orthofosfaat:
- pH: De pH van het water heeft een grote invloed op de oplosbaarheid van ijzerfosfaat. Bij een bepaalde pH is de oplosbaarheid minimaal en is de verwijdering van fosfaat het efficiëntst.
- Dosering van ijzerchloride: Een te lage dosering leidt tot onvoldoende precipitatie van fosfaat, terwijl een te hoge dosering kan leiden tot overmatige slibvorming.
- Type polymeer: De keuze van het polymeer is belangrijk voor de effectiviteit van de flocculatie.
- Mengtijd: Voldoende mengtijd is nodig om de coagulatie en flocculatie processen optimaal te laten verlopen.
De verwijdering van orthofosfaat tijdens coagulatie en flocculatie is een complex proces waarbij verschillende chemische en fysische processen betrokken zijn. Door de vorming van onoplosbare ijzerfosfaatprecipitaten en de daaropvolgende flocculatie met polymeren kunnen aanzienlijke hoeveelheden fosfor uit het afvalwater worden verwijderd.
Wat wordt er verwijderd door een DAF en wat niet?
Hoewel DAF een uitstekende methode is voor de verwijdering van zwevende deeltjes, vetten en oliën, is het niet altijd voldoende voor de volledige verwijdering van stikstof en fosfor. De effectiviteit van DAF voor de verwijdering van deze nutriënten is afhankelijk van verschillende factoren en de specifieke samenstelling van het afvalwater. Voor een volledige verwijdering van stikstof en fosfor zijn vaak aanvullende processen nodig, zoals biologische nitrificatie en denitrificatie voor stikstof en biologische fosfaatverwijdering.
Verwijderingspercentages
- Voor zwevende stoffen kunnen verwijderingspercentages van 90% en hoger worden bereikt met DAF. Dit maakt het een zeer efficiënte techniek voor de voorbehandeling van afvalwater voordat het naar een biologische zuivering gaat.
- COD: DAF kan aanzienlijke hoeveelheden COD verwijderen, vooral wanneer het gaat om vetten, olie en zwevende deeltjes. Verwijderingspercentages van 50% tot 80% zijn haalbaar, maar kunnen hoger oplopen afhankelijk van de specifieke situatie.
- TN: Voor totaal stikstof zijn de verwijderingspercentages met DAF over het algemeen lager dan voor COD. Oplosbare stikstofverbindingen zoals nitraat en nitriet worden minder goed verwijderd. Verwijderingspercentages van 10% tot 30% zijn realistisch, maar kunnen hoger zijn voor organisch gebonden stikstof.
- TP: DAF kan een deel van het totaal fosfor verwijderen, vooral wanneer het fosfor gebonden is aan vaste deeltjes. Verwijderingspercentages van 20% tot 50% zijn mogelijk, maar zijn afhankelijk van de vorm waarin het fosfor aanwezig is.
Een flotatie kan verder nog andere componenten verwijderen, doch dit bekijken we graag steeds op een ad hoc basis. Aarzel niet om ons hierover te contacteren!
