กระบวนการลอยตะกอนแบบอากาศละลาย

Abstract

การลอยตะกอนแบบอากาศละลาย (ดีเอเอฟ) คือกระบวนแยกอนุภาคหรือหยดน้ำมันออกจากน้ำโดยใช้ฟองอากาศขนาดเล็กมากซึ่งผลิตขึ้นจากการเพิ่มและลดความดันของน้ำอิ่มตัวลงมาที่ความดันบรรยากาศ ในบทความนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อทบทวนการนำดีเอเอฟไปประยุกต์ใช้ทั้งการบำบัดน้ำและการบำบัดน้ำเสีย รวมถึงการพัฒนาแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ที่ใช้ในการคำนวณประสิทธิภาพของกระบวนการดีเอเอฟ โดยทั่วไปแล้วกระบวนการดีเอเอฟประกอบด้วยการกวนเร็วเพื่อใช้ในการเติมสารรวมตะกอน ตามด้วยการกวนช้าเพื่อการก่อตะกอนให้ใหญ่ขึ้น จากนั้นปล่อยผ่านเข้าสัมผัสกับฟองอากาศที่ได้จากน้ำอิ่มตัวจากถังอัดอากาศ เข้าสู่ถังลอยตะกอนเพื่อให้ฟองอากาศชนกับตะกอนที่ก่อขึ้นเกิดเป็นฟล๊อค-ฟอง อะกรีเกรท (Floc-bubble Aggregates) ลอยขึ้นสู่ผิวน้ำของถังลอยตะกอน โดยทั่วไปสภาวะในการเดินระบบดีเอเอฟคือความดัน 4–6 barg อัตราส่วนการป้อนเวียนกลับ 10–30% อัตราภาระต่อพื้นที่หน้าตัด (Overflow Surface Loading Rate) เท่ากับ 5–15 m3/m2-h และ 20–40 m3/m2-h สำหรับอัตราการไหลต่ำและสูงตามลำดับ และการอัดอากาศเป็นแบบต่อเนื่องชนิดให้ความดันแบบกระแสป้อนเวียนกลับ (Continuous Recycled Stream Pressurization) โดยทั่วไปประสิทธิภาพของการกำจัดอนุภาคในน้ำขึ้นกับความเข้มข้นของฟองอากาศความเข้มข้นของอนุภาคและแรงทั้งหมดที่อนุภาคและฟองอากาศกระทำต่อกันซึ่งประกอบด้วยแรงไฮโดรไดนามิกส์ (Hydrodynamic Force) และแรงพื้นผิว (Surface Force) แรงไฮโดรไดนามิกส์คือแรงผลักที่เกิดระหว่างอนุภาค/ฟล๊อค กับฟองอากาศที่เคลื่อนที่ขึ้นเนื่องจากการลอยตัวของฟอง ซึ่งแรงนี้จะขึ้นกับอุณหภูมิของน้ำ ขนาดของอนุภาคขนาดฟองอากาศและความเร็วของการเคลื่อนที่ของฟองอากาศ ส่วนแรงพื้นผิวประกอบด้วย แรงอิเล็กโตรสแตติก (Electrostatic Force) แรงแวนเดอวาล (Vander Waals Force) และแรงไฮโดรโฟบิก (Hydrophobic Force) ในการศึกษาและพัฒนาแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ของการลอยตะกอนมีวัตถุประสงค์เพื่อใช้ทำนายประสิทธิภาพของการลอยตะกอน โดยแบบจำลองในช่วงแรกเป็นการใช้สมการเอมไพริคอล (Empirical Equations) และในระยะเวลาต่อมาได้พัฒนาจากสมการเอมไพริคอลเป็นแบบจำลองการชนเชิงเดี่ยว (Single-collector Collision) แบบจำลองทราเจกโทรี (Trajectory Model) และแบบจำลอง CFD

Dissolved Air Flotation (DAF) is a water clarification process that separates particles and/or oil droplets from water using fine bubbles produced from increasing and reducing the pressure of saturated water to atmospheric pressure. This article aims to review the application of DAF in water and wastewater treatment, and to develop a mathematical model to calculate the efficiency of DAF process. The DAF process normally consists of the fast mixing for coagulant addition, the slow mixing for flocculation, and the release for bubbles colliding with flocs to form floc-bubble aggregates floating to the surface of the tank. The conditions of the DAF operation are 4–6 barg pressure, 10–30% of recycle ratios, the overflow surface loading rate of 5–15 m3/m2-h for low rate and 20–40 m3/m2-h for high rate and continuous recycled stream pressurization. The particle removal efficiency typically depends on bubbles and particle concentrations, and the total forces between particles and bubble surfaces, namely, hydrodynamic and surface forces. The hydrodynamic force represents the repulsive interaction of particles/flocs around the rising bubbles. This force depends on the water temperature, the sizes of particles and bubbles, and the velocity of rising bubbles. The surface force contains electrostatic force, Van der Waals force and hydrophobic force. The flotation mathematical model is developed to predict the flotation efficiency. Empirical equations are used in the beginning, and developed to single-collector collision, trajectory model and CFD model, respectively.