DAF steht für Flotation mit gelöster Luft – ein Wasser- und Abwasserklärungsprozess, der suspendierte Feststoffe, Fette, Öle, Fette und kolloidale Partikel entfernt, indem er sie an mikroskopisch kleine Luftblasen bindet und die resultierenden Aggregate zur mechanischen Entfernung an die Wasseroberfläche schwimmt. Im Gegensatz zur Sedimentation, die auf der Schwerkraft beruht, um dichte Partikel abzusinken, nutzt DAF den Auftrieb, um Schadstoffe geringer Dichte schweben zu lassen, die andernfalls in der Schwebe bleiben oder unpraktisch lange Zeit zum Absetzen benötigen würden.
Der Prozess funktioniert, indem Luft in einem unter Druck stehenden Umlaufstrom aus aufbereitetem Wasser gelöst wird – typischerweise bei 4–8 bar – und dieser Strom dann bei Atmosphärendruck zurück in den Flotationstank geleitet wird. Der plötzliche Druckabfall führt typischerweise dazu, dass die gelöste Luft als dichte Wolke aus Mikrobläschen aus der Lösung austritt 10–100 Mikrometer Durchmesser . Diese Blasen haften an suspendierten Partikeln und Flocken, wodurch die effektive Dichte des Partikel-Blasen-Aggregats weit unter die von Wasser sinkt. Das Aggregat steigt an die Oberfläche und bildet eine Schwimmschlammschicht – Float oder Skimmings genannt – die kontinuierlich von einem mechanischen Skimmer entfernt wird.
DAF wird in der Wasseraufbereitung und Abwasseraufbereitung in einem außergewöhnlich breiten Spektrum von Branchen eingesetzt: kommunale Trinkwasseraufbereitung, Abwasser aus der Lebensmittel- und Getränkeverarbeitung, Abwasser aus Papier- und Zellstofffabriken, Abwasser aus Textilfärbereien, Wasser aus Ölraffinerien, Kreislaufsysteme für Aquakulturen und Aufbereitung von Wasser aus Ölfeldern. Seine besondere Stärke liegt bei Anwendungen, bei denen die Zielverunreinigungen ein spezifisches Gewicht nahe oder unter 1,0 haben – Fette, Öle, Fasern und biologische Flocken –, bei denen die Sedimentation langsam und unzuverlässig ist.
Ein komplettes DAF-Abwasseraufbereitungssystem verarbeitet das zufließende Abwasser in mehreren aufeinanderfolgenden Stufen. Das Verständnis jeder Phase ist für die korrekte Systemkonstruktion, Chemikaliendosierung und betriebliche Fehlerbehebung erforderlich.
Rohabwasser, das in ein DAF-System gelangt, durchläuft normalerweise Siebe oder Siebe, um grobe Feststoffe zu entfernen, die andernfalls die Rückführpumpe und den Sättiger verschmutzen würden. Bei industriellen Batch- oder variablen Durchflussprozessen puffert ein der DAF-Einheit vorgeschalteter Ausgleichsbehälter Durchfluss- und Schadstoffbelastungsschwankungen und verhindert so hydraulische Stöße und Instabilitäten bei der Chemikaliendosierung, die die Trenneffizienz verringern.
Die meisten DAF-Anwendungen erfordern eine chemische Vorbehandlung, um kolloidale Partikel zu destabilisieren und feine suspendierte Feststoffe zu Flocken zu aggregieren, die groß genug sind, um Blasen zu bilden. Koagulanzien – typischerweise Aluminiumsulfat (Alaun), Eisenchlorid oder Polyaluminiumchlorid (PAC) – werden an einem Schnellmischpunkt dosiert, um die negative Oberflächenladung auf kolloidalen Partikeln zu neutralisieren. Flockungsmittel – anionische oder kationische Polyacrylamid-Polymere – werden dann in einer Schonmischzone dosiert, um einzelne koagulierte Partikel zu größeren, stärkeren Flockenstrukturen zu verbinden. Flockengröße, Dichte und Stärke sind die Hauptdeterminanten der DAF-Trenneffizienz und machen die chemische Auswahl und Dosierungsoptimierung zu einem kritischen Design- und Betriebsparameter.
Ein Teil des geklärten DAF-Abwassers – typischerweise der Recyclingstrom 10–50 % der Futtermenge – wird von der DAF-Umwälzpumpe unter Druck gesetzt und in einen Druckbehälter namens Sättiger oder Auflösungstank eingespeist. Druckluft wird in den Sättiger eingespritzt, wo sie sich gemäß dem Henry-Gesetz unter Druck im Wasser auflöst. Der gesättigte Rückführungsstrom wird unter Druck gehalten, bis er zum Flotationstankeinlass geleitet wird.
Der unter Druck stehende Recyclingstrom wird über ein Druckreduzierventil in den Flotationstank geleitet, wo er mit dem einströmenden chemisch behandelten Speisewasser in Kontakt kommt. Mikrobläschen bilden sich augenblicklich und heften sich an Flockenpartikel, die im Laufe der hydraulischen Verweilzeit des Tanks – typischerweise – an die Oberfläche steigen 15–30 Minuten bei herkömmlichen DAF-Konstruktionen, bei Hochleistungsfahrzeugen auf 3–8 Minuten reduziert. Ein Kettenskimmer oder rotierender Strandskimmer entfernt den angesammelten Schwimmschlamm kontinuierlich in eine Schlammsammelwanne. Das geklärte Wasser verlässt den Tankboden durch untergetauchte Ablauföffnungen.
DAF-Floatschlamm weist typischerweise eine Feststoffkonzentration von auf 2–8 Gew.-% Trockensubstanz — wesentlich konzentrierter als Klärschlamm aus gleichwertigen Sedimentationsprozessen. Dieser Konzentrationsvorteil reduziert die Größe der nachgeschalteten Schlammentwässerungsanlage und die Betriebskosten. Floatschlamm wird üblicherweise in Schwerkraftbandeindickern oder Zentrifugen weiter eingedickt, bevor er entsorgt, kompostiert, anaerob vergärt oder – bei Anwendungen in der Lebensmittelverarbeitung – als Tierfutterbestandteil verwertet wird.
Die Flotationspumpe für gelöste Luft – oder DAF-Pumpe – ist die Komponente, die am unmittelbarsten für die Systemleistung verantwortlich ist. Innerhalb eines DAF-Systems gibt es zwei unterschiedliche Pumpenaufgaben mit jeweils unterschiedlichen Leistungsanforderungen, und die Auswahl des richtigen Pumpentyps für jede Aufgabe ist für einen zuverlässigen Betrieb von grundlegender Bedeutung.
Die DAF-Umwälzpumpe setzt den geklärten Abwasser-Umwälzstrom typischerweise auf den Betriebsdruck des Sättigers unter Druck 4–8 bar (60–120 psi) . Dies ist die kritischste Pumpe im System; Seine Leistung bestimmt direkt die Menge und Qualität der erzeugten Mikroblasen, die wiederum die Trenneffizienz steuern.
Zu den wichtigsten Auswahlkriterien für die Recyclingpumpe gehören:
Die Förderpumpe fördert rohes oder vorbehandeltes Abwasser mit einer kontrollierten, gleichmäßigen Durchflussrate vom Ausgleichsbehälter zur DAF-Einheit. Da der Zulaufstrom suspendierte Feststoffe, faseriges Material oder biologische Inhalte enthalten kann, handelt es sich bei den Zulaufpumpen in der Regel um verstopfungsfreie Zentrifugal-, Exzenterschnecken- oder Abwasser-Tauchpumpenkonstruktionen mit offenen Laufrädern oder Wirbelrädern, die Feststoffe ohne Blockierung passieren. Im Gegensatz zur Umwälzpumpe arbeitet die Förderpumpe normalerweise mit niedrigem bis mäßigem Druck 0,5–2 bar – rein für die Durchflussabgabe und eine geringe statische Förderhöhe dimensioniert.
Der DAF-Klärer – der Flotationstank selbst – ist das zentrale Prozessgefäß des Systems, und seine Geometrie bestimmt die hydraulische Verweilzeit, die Effizienz des Blasen-Partikel-Kontakts und die Leistung bei der Entfernung von Schwimmschlamm, die gemeinsam den Gesamtsystemdurchsatz und die Abwasserqualität bestimmen.
Der primäre Dimensionierungsparameter für einen DAF-Klärer ist hydraulische Flächenbelastungsrate (auch Überlaufrate oder hydraulische Oberflächenbelastung genannt), ausgedrückt als Durchfluss pro Einheit der Tankoberfläche. Herkömmliche DAF-Einheiten sind für Flächenbelastungsraten von ausgelegt 3–6 m³/m²/Std ; DAF-Designs mit hoher Geschwindigkeit, die Lamellenrohrmodule oder eine optimierte Einlassverteilung verwenden, können erreicht werden 10–15 m³/m²/Std oder höher. Das Überschreiten der vorgesehenen Oberflächenbeladungsrate führt zu einem hydraulischen Kurzschluss, einer verkürzten Verweilzeit und einer Verschleppung von Schwimmschlamm in das Abwasser.
DAF-Klärbecken werden in rechteckiger und kreisförmiger Konfiguration hergestellt. Rechteckige Tanks gehören zum Standard für größere Anlagen – sie ermöglichen eine einfache Ketten- und Förderstromabsaugung, nehmen effizient Einlassverteiler auf und können in modularen Abschnitten für vor Ort gebaute große Systeme konstruiert werden. Kreisförmige DAF-Klärbecken verwenden rotierende Skimmerarme und sind kompakt und kostengünstig für kleinere Durchflussraten; Sie kommen häufig in Paketanlagenkonfigurationen für die Lebensmittelverarbeitung und kleinere kommunale Anwendungen vor.
Ein gut konzipierter DAF-Klärer trennt den Tank hydraulisch in zwei Funktionszonen. Die Kontaktzone Am Einlass vermischt sich unter Druck stehendes Recyclingwasser mit der chemisch behandelten Zufuhr, wodurch die Kollision und Anhaftung von Blasen und Partikeln maximiert wird. Die Trennzone nimmt den größten Teil der Tanklänge ein und sorgt für die ruhigen hydraulischen Bedingungen, die erforderlich sind, damit Blasen-Partikel-Aggregate ohne turbulente Störungen an die Oberfläche aufsteigen können. Leitbleche, die diese Zonen trennen, sind ein entscheidendes Designdetail; Eine unzureichende Trennung führt dazu, dass Turbulenzen am Einlass den aufsteigenden Schwimmer in der Trennzone stören und die Abwasserqualität verschlechtern.
Die korrekte Einrichtung eines DAF-Systems bei der Installation bestimmt, ob das Gerät vom ersten Tag an seine vorgesehene Leistung erreicht oder ob eine monatelange Fehlerbehebung erforderlich ist, um einen stabilen Betrieb zu erreichen. Die folgende Checkliste deckt die entscheidenden Schritte für die Installation neuer DAF-Einheiten und die Erstinbetriebnahme ab.
In Ölfeldern und vorgelagerten Öl- und Gasbetrieben stellen produziertes Wasser und Rückflusswasser einige der volumenstärksten und anspruchsvollsten Abwasserströme dar, die in allen Branchen auftreten. DAF-Systeme werden häufig als primäre Behandlungsstufe für Ölfeldabwasser eingesetzt – sie entfernen dispergiertes und emulgiertes Öl, suspendierte Feststoffe und Ablagerungen natürlich vorkommender radioaktiver Stoffe (NORM) vor der Einleitung, Wiedereinspritzung oder weiteren Behandlung zur sinnvollen Wiederverwendung.
Betreiber, die produziertes Wasser verwalten, stehen vor einer grundlegenden Entscheidung: Abwasser behandeln vor Ort Verwendung von installiertem oder mobilem DAF und zugehöriger Aufbereitungsausrüstung oder LKW- oder Rohrabwasser Offsite einer gewerblichen Entsorgungs- oder Aufbereitungsanlage zugeführt werden. Diese Entscheidung hat erhebliche Kosten-, Haftungs- und betriebliche Auswirkungen.
Die Abwasserbehandlung von Ölfeldern vor Ort mithilfe von DAF-Systemen ist mit den folgenden Hauptkostenkategorien verbunden:
Der wirtschaftliche Break-Even-Punkt zwischen der DAF-Behandlung vor Ort und der Entsorgung außerhalb des Standorts wird hauptsächlich durch die produzierte Wassermenge und die Transportentfernung bestimmt. Bei Volumina über ca 2.000–5.000 Barrel pro Tag Bei Transportentfernungen von mehr als 30–50 Meilen verursacht die Behandlung vor Ort durchweg niedrigere Gesamtkosten pro Barrel als die Entsorgung außerhalb des Standorts – selbst unter Berücksichtigung der Kapitalabschreibung und der gesamten Betriebskosten vor Ort. Unterhalb dieser Schwellenwerte oder im Zusammenspiel mit der etablierten kostengünstigen Pipeline-Takeaway-Infrastruktur bleibt die Offsite-Entsorgung auf reiner Kostenbasis wettbewerbsfähig.
Über die direkten Kosten hinaus berücksichtigen Betreiber zunehmend Faktoren Wiederverwendungswert von Wasser in die Analyse ein. Durch aufbereitetes produziertes Wasser, das den Spezifikationen für die Wiederverwendung durch hydraulisches Fracking entspricht, entfallen die Kosten für die Beschaffung von Süßwasser – die in wasserarmen Becken wie dem Perm 1,50 bis 3,00 USD pro Barrel für gewonnenes Süßwasser erreichen können – und verändern die Wirtschaftlichkeit grundlegend zugunsten einer Aufbereitung vor Ort, selbst bei geringeren produzierten Wassermengen.
Bei der Auswahl eines DAF-Pumpenherstellers – sei es speziell für die Recyclingpumpe oder für ein komplettes DAF-Systempaket – müssen technische Leistungsfähigkeit, Anwendungserfahrung und Kundendienst bewertet werden und nicht nur der Preis der Ausrüstung. Eine Umwälzpumpe, die keinen stabilen Sättigungsdruck aufrechterhält oder bei wechselnden Zufuhrbedingungen kavitiert, beeinträchtigt die DAF-Leistung, unabhängig davon, wie gut das restliche System ausgelegt ist.
Zu den wichtigsten Bewertungskriterien für DAF-Pumpenhersteller und Systemlieferanten gehören: