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Los sistemas de flotación por aire disuelto a menudo se seleccionan según el caudal nominal, pero el flujo hidráulico por sí solo no define la tarea real del tratamiento. Dos corrientes de aguas residuales pueden tener 30 m³/h y aun así requerir configuraciones DAF muy diferentes si sus sólidos suspendidos, grasas, aceites, grasas, características de flóculos, flujo máximo y cargas de lodos químicos son diferentes. Por lo tanto, el dimensionamiento correcto del DAF requiere tanto un cálculo hidráulico como un cálculo de carga de sólidos.
Por qué la capacidad de DAF no se puede seleccionar únicamente a partir del flujo
Una consulta común de DAF comienza con una declaración simple como: "Mi caudal de aguas residuales es de 20 m³/h. ¿Qué tamaño de DAF necesito?"
El flujo es esencial, pero es sólo el primer insumo del diseño. Considere dos corrientes de aguas residuales que ingresan a un sistema DAF a 20 m³/h.
Aguas residuales bajas en sólidos
- Caudal: 20 m³/h
- SST: 150 mg/L
- NIEBLA: 20 mg/L
- Influente relativamente estable
Aguas residuales de alimentos de alta carga
- Caudal: 20 m³/h
- SST: 2000 mg/L
- NIEBLA: 600 mg/L
- Fuertes picos de lote y limpieza.
El flujo hidráulico es idéntico, pero el Proyecto B impone una carga de separación mucho mayor al sistema de flotación. Puede requerir una química de coagulación diferente, un mayor suministro de aire disuelto, diferentes condiciones de reciclaje, un área de flotación efectiva más grande y más capacidad de manejo de lodos.
El flujo determina cuánta agua debe pasar a través de la unidad, mientras que las características de SST, NIEBLA, lodo químico y flóculo determinan cuánto material realmente debe flotar y eliminarse.
Comience con el flujo promedio, pero diseñe para el flujo máximo real
El flujo diario promedio es útil para los cálculos preliminares, pero las aguas residuales industriales rara vez ingresan a un sistema DAF a un ritmo perfectamente constante.
Los programas de producción, la limpieza de tanques, la descarga CIP, el lavado de equipos, el vertido de lotes y los cambios de turno pueden crear períodos cortos en los que la carga hidráulica es mucho mayor que el promedio diario.
Por ejemplo, una planta que produce 300 m³/día no requiere automáticamente un DAF dimensionado para:
300 m³/día ÷ 24 h = 12,5 m³/h
Si la fábrica solo descarga aguas residuales durante 16 horas de producción, el caudal operativo promedio ya es:
300 ÷ 16 = 18,75 m³/h
Un ciclo de lavado o una liberación de lote pueden llevar temporalmente el pico real a 25 o 30 m³/h. Por lo tanto, diseñar solo alrededor de 12,5 m³/h podría sobrecargar el DAF durante los períodos en que la planta de tratamiento más lo necesita.
| Parámetro de flujo | Por qué es importante |
|---|---|
| Flujo promedio diario | Útil para cálculos de carga diaria total y costos operativos |
| Flujo operativo promedio | Refleja las horas de producción reales. |
| Flujo continuo máximo | Importante para una capacidad hidráulica sostenida |
| Flujo máximo | Determina la tensión hidráulica a corto plazo en la zona de flotación. |
La ecualización puede reducir el tamaño del DAF y mejorar la estabilidad
Un tanque de ecualización del tamaño adecuado puede suavizar los picos hidráulicos y de contaminantes antes de que las aguas residuales lleguen al DAF. Esto puede reducir la tasa de flotación máxima requerida y hacer que la dosificación de químicos sea más estable.
Convierta SST y NIEBLA en carga masiva
La concentración en mg/L cuenta sólo una parte de la historia. El equipo DAF debe eliminar una masa de sólidos cada hora, por lo que las concentraciones deben convertirse en carga masiva.
Ejemplo: carga de SST
Si el flujo es de 30 m³/h y los TSS son de 1200 mg/L:
30 × 1200 ÷ 1000 = 36 kg SST/h
Por lo tanto, el sistema de flotación debe manejar aproximadamente 36 kg/h de sólidos suspendidos entrantes antes de considerar NIEBLA, sólidos precipitados químicamente o lodos generados por coagulantes.
| Parámetro | Unidad típica | Por qué es importante |
|---|---|---|
| Flujo | m³/h | Define la carga hidráulica |
| TSS | mg/L | Define la carga de masa de sólidos suspendidos. |
| FOG | mg/L | Define la carga de aceite y grasa flotante. |
| Lodos químicos | kg/h | Agrega sólidos creados por coagulación y precipitación. |
| Carga máxima de sólidos | kg/h | Determina el servicio máximo de flotación. |
Por este motivo, la capacidad nominal en m³/h nunca debe ser la única base para comparar las cotizaciones de DAF.
La carga superficial hidráulica determina el área de flotación de DAF
Una vez que se conoce el flujo de diseño, la siguiente pregunta hidráulica importante es cuánta superficie de flotación se requiere.
Una relación de carga hidráulica simplificada se puede escribir como:
Reordenando la ecuación:
donde:
- Q = caudal hidráulico de diseño, m³/h;
- A = área efectiva de flotación, m²;
- HLR = tasa de carga hidráulica seleccionada, m³/m²·h.
Ejemplo ilustrativo
Supongamos:
Entonces:
30 ÷ 6 = 5 m² de área efectiva de flotación
Este es sólo un cálculo hidráulico preliminar. La tasa de carga seleccionada debe ser apropiada para las aguas residuales, la calidad del flóculo, la generación de burbujas, la concentración de sólidos, la geometría del tanque y la calidad requerida del efluente.
Un DAF compacto con una carga superficial agresiva puede reducir el CAPEX, pero también reduce el margen operativo cuando la calidad del flujo, los sólidos o los flóculos varían.
La relación aire-sólidos es más importante que simplemente agregar más aire
DAF funciona porque las burbujas de aire microscópicas se adhieren a los sólidos suspendidos y a los flóculos, reduciendo su densidad efectiva y llevándolos a la superficie.
La cuestión de diseño relevante no es simplemente si el sistema produce “muchas burbujas”. Se trata de si hay suficiente aire disuelto disponible en relación con los sólidos que deben flotar.
Relación aire-sólidos
La relación aire-sólidos, a menudo abreviada A/S, describe la relación entre la masa de aire disuelto disponible y la masa de sólidos presentados al proceso de flotación.
Si el suministro de aire disuelto es demasiado bajo, es posible que el flóculo no reciba suficiente unión de burbujas para elevarse de manera efectiva. Los síntomas típicos pueden incluir efluentes turbios, flóculos suspendidos visibles debajo de la capa superficial y captura deficiente de sólidos.
El exceso de aire tampoco es automáticamente beneficioso. El bombeo de reciclaje innecesario y las condiciones de liberación demasiado agresivas pueden aumentar el consumo de energía y crear turbulencias excesivas en la zona de flotación.
Debe evaluarse junto con las características de las aguas residuales, coagulación, floculación, flujo de reciclaje, condiciones de presión y resultados de pruebas piloto o de jarra cuando sea necesario.
Cómo la relación de reciclaje cambia el tamaño y el rendimiento de DAF
Muchos sistemas DAF convencionales utilizan un flujo de reciclaje presurizado. Una porción del agua clarificada regresa a través de una bomba de reciclaje y un sistema de saturación de aire, donde el aire se disuelve bajo presión. Cuando la corriente presurizada se libera nuevamente a la zona de flotación, la caída de presión forma finas burbujas.
La tasa de reciclaje se puede expresar simplemente como:
Un flujo de reciclaje demasiado pequeño puede reducir el aire disuelto disponible. Demasiado reciclaje aumenta la carga hidráulica interna, la energía de la bomba y la capacidad requerida del sistema de saturación.
Reciclar demasiado bajo
- Generación insuficiente de burbujas
- Mala flotación de cargas densas o altas en sólidos.
- Menor captura de sólidos
Reciclar demasiado
- Mayor energía de bombeo
- Mayor carga hidráulica interna
- Potenciales turbulencias innecesarias
Por lo tanto, la proporción de reciclaje debe seleccionarse a partir de la demanda de aire y el rendimiento de flotación y no porque un porcentaje se considere estándar para cada aplicación.
La coagulación y la floculación pueden cambiar el tamaño DAF requerido
El rendimiento del DAF depende en gran medida de lo que sucede antes de que las aguas residuales lleguen a la zona de flotación. Es posible que las partículas coloidales muy pequeñas no se adhieran eficazmente a las burbujas a menos que primero se desestabilicen y se combinen en un flóculo más grande.
coagulación
Los coagulantes como las sales de aluminio o hierro pueden reducir la repulsión electrostática entre partículas, permitiéndoles comenzar a agregarse.
floculación
El polímero o la mezcla controlada pueden formar un flóculo más grande que sea más fácil de capturar para las microburbujas.
Las partículas finas pueden permanecer suspendidas y pasar al efluente.
Lo suficientemente fuerte como para sujetarlo sin dejar de ser adecuado para la flotación.
Los flóculos grandes y frágiles pueden romperse bajo una mezcla excesiva o un corte hidráulico.
El tratamiento químico también crea sólidos adicionales. Por lo tanto, un DAF dimensionado únicamente a partir de TSS entrantes puede subestimar la carga final de sólidos flotantes si se produce una precipitación química significativa o lodos de coagulación.
Antes de aumentar el área de flotación, verifique si la limitación real es el acondicionamiento de las partículas, la dosis química, el pH, la energía de mezcla o el tiempo de floculación.
FOG cambia el diseño del DAF de manera diferente al Mineral TSS
Las grasas y los aceites son una de las razones por las que el DAF se utiliza ampliamente en el procesamiento de alimentos y en aguas residuales de proteínas animales. Estos materiales suelen tener una densidad más baja que los sólidos minerales y son muy adecuados para la flotación cuando se acondicionan adecuadamente.
Las aplicaciones típicas incluyen:
- procesamiento de carnes y aves;
- matadero;
- plantas lecheras;
- producción de alimentos y bebidas;
- procesamiento de aceites comestibles;
- plantas de alimentos preparados.
Sin embargo, las aguas residuales con alto contenido de FOG crean sus propios desafíos operativos. La grasa puede cubrir instrumentos, adherirse a las superficies del tanque, cambiar la demanda de polímeros y producir un lodo flotante espeso y pegajoso.
Esto significa que 1000 mg/L de TSS mineral y 1000 mg/L de FOG mezclados y sólidos orgánicos no deben tratarse automáticamente como condiciones de diseño idénticas.
A menudo más denso
Puede requerir una floculación más fuerte y una fijación adecuada de las burbujas para superar una mayor densidad de partículas.
Más naturalmente flotante
A menudo es muy adecuado para DAF, pero puede generar lodos pegajosos y una manipulación posterior más difícil.
No se olvide de la producción de lodos de DAF
Un DAF que elimina sólidos transfiere eficientemente esos sólidos de las aguas residuales a una capa de lodo superficial. Ese lodo aún debe recolectarse, almacenarse, bombearse y, en última instancia, deshidratarse o eliminarse.
Si la carga de sólidos afluentes es de 40 kg/h y el DAF elimina un alto porcentaje de esos sólidos, se acumulará una masa diaria sustancial de sólidos secos en el lodo flotante. El volumen real de lodo húmedo puede ser mucho mayor porque el material flotado todavía contiene una cantidad significativa de agua.
Por lo tanto, el diseño del DAF debería considerar:
- capacidad del raspador de superficie;
- diseño de playa de lodos o tolva;
- volumen del tanque de almacenamiento de lodos;
- selección de bombas de lodos;
- acondicionamiento de polímeros;
- prensa de tornillo, filtro prensa u otro equipo de deshidratación aguas abajo.
Un DAF puede cumplir su objetivo de efluentes pero aun así crear problemas operativos si el raspador, el tanque de lodos, las bombas o el sistema de deshidratación no pueden manejar los sólidos recuperados.
Ejemplo resuelto: dimensionamiento de un DAF para aguas residuales de procesamiento de alimentos
El siguiente ejemplo simplificado muestra cómo se pueden combinar el flujo hidráulico y la carga de sólidos durante el dimensionamiento preliminar del DAF. Es sólo una ilustración; El tamaño final del equipo debe confirmarse a partir de datos reales de aguas residuales y pruebas de tratamiento.
Paso 1: Calcular la carga máxima de TSS
30 × 1000 ÷ 1000 = 30 kg SST/h
Paso 2: Calcular la carga máxima de niebla
30 × 300 ÷ 1000 = 9 kg NIEBLA/h
Paso 3: Estimar la carga contaminante identificable
30 9 = 39 kg/h
Este valor de 39 kg/h aún no incluye sólidos adicionales creados por coagulación, precipitación o acondicionamiento de polímeros.
Paso 4: Estimar el área de flotación
Si el diseño preliminar utiliza una tasa de carga hidráulica ilustrativa de 6 m³/m²·h:
30 m³/h ÷ 6 m³/m²·h = 5 m² área de flotación
Paso 5: Verifique los requisitos de aire y reciclaje
Luego se debe verificar el diseño con respecto a la carga real de sólidos, los requisitos de aire a sólidos, el flujo de reciclaje, la presión de saturación, la generación de burbujas, la calidad del flóculo y el objetivo de efluente esperado.
Paso 6: Verifique el manejo de lodos
Finalmente, el raspador de superficie, el tanque de lodos, las bombas y el equipo de deshidratación aguas abajo deben dimensionarse para los sólidos recuperados.
Una práctica lista de verificación del tamaño de DAF antes de solicitar una cotización
Proporcionar información completa sobre aguas residuales permite a un proveedor de DAF evaluar las tareas de tratamiento en lugar de simplemente hacer coincidir un modelo de equipo con un número de flujo.
Datos hidráulicos
- Flujo promedio
- Flujo máximo
- Flujo máximo
- Horas de funcionamiento por día
- Volumen de ecualización existente
Calidad de las aguas residuales
- DQO y DBO
- TSS
- FOG
- pH
- Temperatura
- Otros contaminantes importantes
Pretratamiento
- Proyección
- ecualización
- coagulación
- floculación
- Dosis químicas existentes
Requisito de efluentes
- Objetivo TSS
- Niebla objetivo
- Reducción de DQO requerida
- Necesidades de tratamiento biológico aguas abajo
Manejo de lodos
- Tanque de lodos existente
- Bomba de lodos disponible
- Equipo de deshidratación
- Sólidos finales de torta requeridos
Errores comunes de dimensionamiento de DAF
Seleccionar entre solo flujo promedio
Los picos hidráulicos cortos pueden sobrecargar una unidad que parece adecuada en promedio diario.
Ignorando la carga masiva de sólidos
El mismo m³/h puede representar tareas de flotación de kg/h completamente diferentes.
Tratar la FOG como el TSS común
Los aceites y las grasas afectan la flotación, el acondicionamiento químico y el manejo de lodos de manera diferente.
Asumir que reciclar más siempre es mejor
El exceso de reciclaje aumenta la carga hidráulica y la energía sin mejorar automáticamente la eliminación.
Ignorar la coagulación y la floculación
Un mal acondicionamiento de partículas puede impedir que un DAF del tamaño correcto alcance su objetivo.
Olvidarse del manejo de lodos
La captura elevada de sólidos puede sobrecargar el raspador, el tanque de lodos, la bomba o el sistema de deshidratación aguas abajo.
¿Necesita dimensionar un sistema DAF para sus aguas residuales?
NIHAO puede ayudar a evaluar la capacidad del DAF tanto desde el flujo hidráulico como desde la carga de contaminantes. Envíenos su flujo promedio y máximo, TSS, FOG, DQO, pH, fuente de aguas residuales, pretratamiento existente y calidad de efluente requerida.
Nuestro equipo puede revisar el servicio de flotación, el área hidráulica, los requisitos de reciclaje, las necesidades de acondicionamiento químico y las condiciones de manejo de lodos antes de recomendar una configuración DAF adecuada.
Preguntas frecuentes
¿Cómo se calcula la capacidad de DAF?
La capacidad del DAF debe evaluarse a partir del flujo de diseño, el flujo máximo, la carga superficial hidráulica, la carga masiva de sólidos, la FOG, la demanda de aire a sólidos, las condiciones de reciclaje, el rendimiento de la floculación y la capacidad de manejo de lodos.
¿Se puede seleccionar el tamaño del DAF basándose únicamente en el flujo de aguas residuales?
No. El flujo define la carga hidráulica, pero la concentración y composición de los sólidos determinan la carga de flotación. Dos corrientes de aguas residuales con el mismo flujo pueden requerir diferentes tamaños de DAF y condiciones operativas.
¿Cómo afecta el TSS al dimensionamiento de DAF?
La concentración de TSS debe convertirse en carga de sólidos en kg/h. Una mayor carga de sólidos generalmente aumenta el trabajo de flotación, la demanda de aire, la producción de lodos y la importancia de una coagulación y floculación efectiva.
¿Qué es la tasa de carga hidráulica en la flotación por aire disuelto?
La tasa de carga hidráulica describe el flujo de aguas residuales aplicado por unidad de superficie de flotación efectiva, comúnmente expresado como m³/m²·h. Es uno de los parámetros utilizados para estimar el área de flotación requerida.
¿Cuál es la relación aire-sólidos en DAF?
La relación aire-sólidos describe la relación entre el aire disuelto disponible y la masa de sólidos que deben flotar. Ayuda a determinar si hay suficientes microburbujas disponibles para la carga real de sólidos.
¿Cómo se calcula el índice de reciclaje de DAF?
reciclar ratio is the recycle flow divided by influent flow. The appropriate value should be based on dissolved-air demand, saturation conditions, solids loading, and actual flotation performance rather than one fixed percentage.
¿El alto FOG requiere un sistema DAF más grande?
No automáticamente, pero un FOG alto cambia el trabajo de flotación, el acondicionamiento químico, las características del lodo y los requisitos de mantenimiento. Por lo tanto, la concentración de FOG debería incluirse en la revisión del tamaño.
¿Por qué DAF necesita coagulación y floculación?
Es posible que las partículas muy finas y los coloides no se adhieran eficazmente a las burbujas de aire. La coagulación los desestabiliza, mientras que la floculación forma partículas flotantes más grandes que pueden capturarse de manera más efectiva.
¿Cuánto lodo produce un sistema DAF?
La producción de lodos depende de los TSS, FOG, la eficiencia de eliminación, la dosis de coagulante, el uso de polímeros y los sólidos precipitados químicamente. La carga masiva debe estimarse antes de dimensionar el equipo de almacenamiento y deshidratación de lodos.
¿Qué datos de aguas residuales debo facilitar al solicitar un presupuesto DAF?
Proporcionar flujo promedio y máximo, horas de operación, DQO, DBO, SST, FOG, pH, temperatura, fuente de aguas residuales, detección o ecualización existente, tratamiento químico, calidad de salida requerida e información sobre el manejo de lodos aguas abajo.
