Prinsip kerja flotasi udara terlarut: dua detail yang menentukan minyak kering atau lumpur berair

Dari mana prinsip kerja dimulai, dan di mana ia biasanya hilang

Prinsip kerja flotasi udara terlarut muat dalam satu kalimat: udara dilarutkan ke dalam aliran air bertekanan, dilepaskan ke dalam tangki sebagai kumpulan gelembung mikro, dan gelembung-gelembung itu menempel pada tetesan minyak dan mengangkatnya ke permukaan.

• Berapa banyak minyak yang tersisa di air yang keluar dari tangki
• Berapa banyak air yang terbawa bersama minyak yang dipulihkan
• Apakah unit tetap memberikan keduanya, hari demi hari

Ketiga hasil itu ditentukan oleh tiga pertanyaan konstruksi: seberapa halus gelembung saat bertemu minyak, seberapa merata gelembung tersebar di seluruh tangki, dan apa yang terjadi pada minyak begitu ia mengapung.

Dua unit bisa berbagi luas tapak dan volume tangki yang sama namun berperilaku berbeda pada air limbah yang sama, karena ketiga jawaban itu berasal dari geometri di dalam unit, bukan dari ukurannya. Desain yang ditelusuri catatan ini adalah salah satu geometri tersebut — penyisih minyak flotasi udara terlarut yang dilindungi model utilitas Tiongkok CN206486308U — dan desain itu terbaca sebagai jawaban atas dua keluhan spesifik tentang unit yang sudah ada di pasar.

Keluhan pertama menyangkut cara minyak keluar. Dengan scraper mekanis, atau melalui saluran limpahan yang dibuat di dinding samping tangki, lapisan yang mengapung mencapai saluran itu dengan membawa cukup banyak air: minyak yang dipulihkan menjadi encer, dan air yang seharusnya bisa tinggal di instalasi ikut keluar. Keluhan kedua menyangkut cara gelembung dibuat. Bejana saturasi konvensional membuang air dengan udara terlarutnya langsung ke tangki flotasi; air dan udara di dalam bejana itu tidak tercampur merata, kelarutan gas sulit dijaga, dan gelembung tiba di tangki dengan sebaran yang tidak merata serta ukuran yang tidak benar-benar dikendalikan desain. Tidak satu pun dari kedua keluhan itu terjawab oleh tangki yang lebih besar. Sisa catatan ini karena itu bertahan pada geometri satu desain, agar setiap pertanyaan melekat pada bagian yang bisa Anda tunjuk di gambar.

Mengikuti satu tetes air melewati mesin

Bagaimana flotasi udara terlarut bekerja, menurut urutan perjalanan air? Urutannya tetap, dan setiap tahap punya satu tugas.

• Aliran air jernih diberi tekanan dan dijenuhkan dengan udara, sehingga udara masuk ke larutan alih-alih menjadi gelembung.
• Aliran bertekanan dilepaskan ke dalam tangki, dan penurunan tekanan membuat udara terlarut keluar sebagai gelembung mikro.
• Gelembung bertemu tetesan minyak di zona kontak dan menempel pada permukaan tetesan.
• Setiap flok tetesan-dan-gelembung naik, karena kerapatan gabungannya jauh di bawah kerapatan air.
• Lapisan minyak disadap dari permukaan sebagai konsentrat, dan air jernih keluar dari bagian tangki yang lebih bawah.

Urutan itu sama pada setiap unit flotasi udara terlarut di pasar. Yang berbeda adalah perangkat yang menjalankan setiap tahap, dan ada baiknya memeriksanya pada gambar.

Mesin sekilas: puncak kerucut, dasar kerucut, tanpa scraper

Unit dalam penelusuran ini adalah tangki vertikal dengan puncak kerucut dan dasar kerucut dan tanpa mekanisme scraper di bagian mana pun. Gbr. 1 adalah diagram flotasi udara terlarut yang menyertainya, digambar ulang dari gambar paten, dengan nomor penunjuk persis seperti pada gambar itu.

• 1 badan tangki · 2 puncak kerucut · 3 dasar kerucut · 4 saluran masuk · 5 saluran keluar · 6 pembuangan (titik terendah) · 7 saluran keluar minyak (puncak).
• 8 saluran masuk air dengan udara terlarut · 9 kotak pelepasan (tangki baja persegi tempat releaser berada) · 10 bejana saturasi (tangki bertekanan dengan pengukur tekanan) · 11 kompresor udara bergerak · 12 ruang pencampuran.
• 122 pelat ayak (celah melingkar, 20 mm). Penomoran mengikuti gambar paten, sehingga gambar dapat dibaca berdampingan dengan aslinya.

Bacalah menurut urutan perjalanan air dan tiga hal langsung menonjol. Saluran masuk air limbah mentah berada tinggi di dinding tangki, sehingga aliran mulai dengan bergerak turun di sisi luar silinder tengah. Air udara terlarut tiba di dasar silinder itu, bukan masuk ke badan tangki. Dan kedua saluran keluar berada di ujung yang berlawanan: minyak di puncak, air olahan di dekat dasar. Penyisih minyak-air DAF biasanya dibandingkan berdasarkan volume tangki, luas tapak, dan laju penyisihan yang dinyatakan, dan tidak satu pun dari ketiganya memberi tahu Anda apa yang keluar dari bagian atas.

Detail 1: puncak kerucut alih-alih scraper

Atap tangki berbentuk kerucut, dan saluran keluar minyak berada di titik tertingginya. Minyak lebih ringan daripada air, sehingga begitu flok naik, minyak menaiki permukaan kerucut dan terdesak ke arah puncak: semakin tinggi ia naik, semakin kecil penampang yang harus dilewatinya, dan semakin tebal lapisan minyaknya. Yang keluar di puncak adalah minyak pekat dengan sangat sedikit air di dalamnya.

• 1 scraper mekanis — bagian bergerak yang menyeret lapisan apung keluar, minyak dan air sekaligus. 2 lapisan minyak apung sebelum disingkirkan.
• 3 pembuangan di puncak — satu-satunya saluran keluar yang dibutuhkan minyak. 4 minyak yang memekat sendiri saat menaiki kerucut.
• ✗ kiri: lumpur berair dan satu bagian bergerak yang harus dirawat. ✓ kanan: minyak kering dan nol bagian bergerak.

Di sinilah tagihan pembuangan ditentukan. Scraper mekanis menyeret satu pita air dari permukaan bersama minyak, dan air itu ikut bepergian bersama minyak ke pihak yang mengambilnya. Puncak kerucut dengan saluran keluar di puncaknya tidak membawa scraper dan menghasilkan konsentrat yang lebih kering, dan itu juga berarti satu motor, satu rantai, dan satu gearbox lebih sedikit untuk dirawat sepanjang usia unit.

Scraper dan kerucut menghadapi lapisan apung yang sama. Selisih kadar airnya berasal dari tiga hal:

• Penyapuan memasukkan air kembali. Bilah yang bergerak di sepanjang permukaan mengaduk selimut dan menarik air di bawahnya naik ke dalam minyak. Yang keluar selalu berupa pita campuran minyak dan air yang baru saja diaduk.
• Lapisan yang dibiarkan mengalirkan dirinya sendiri. Air di antara flok lebih berat daripada minyak dan, tanpa gangguan, merembes kembali ke bawah melalui celah-celah karena gravitasi. Semakin tebal selimut tumbuh dan semakin lama ia mengendap, semakin kering bagian atasnya.
• Penampang yang menyempit memerasnya sekali lagi. Gaya apung mengangkat minyak ke ruang yang semakin sempit dan lapisannya memadat. Yang akhirnya melimpah di puncak adalah minyak yang paling lama berada di atas dan paling lama mengalir. Scraper bekerja menurut siklus langkahnya dan mengambil lapisan tipis yang belum sempat mengalir; saluran keluar di puncak mengatur dirinya sendiri dan tidak melepaskan apa pun sampai lapisannya tumbuh sampai ke sana.

Pertukaran itu layak disebutkan sebelum Anda memilih desain hanya berdasarkan detail ini: saluran keluar di puncak bergantung pada lapisan minyak yang menumpuk dan tetap mudah bergerak, sehingga air limbah yang minyaknya teremulsi — atau beban puncak yang datang lebih cepat daripada kemampuan flok naik — tidak akan berperilaku seperti yang dirancang kerucut itu. Geometri menentukan bagian atas tangki, bukan kimia di dalamnya.

Detail 2: ruang pusaran tangensial tempat gelembung selesai terbentuk

Detail kedua menentukan mutu gelembung, dan bersamanya paruh kedua dari persoalan penyisihan minyak flotasi udara terlarut. Gelembung halus dan seragam menempel pada tetesan minyak. Gelembung kasar dan tidak seragam entah melewatkan tetesan itu atau merusak flok yang sudah terbentuk. Jika aliran udara terlarut dibuang langsung ke tangki penuh air limbah, aliran itu tercabik oleh geser dan gelembungnya bergabung menjadi gelembung besar yang tak berguna sebelum benar-benar terbentuk.

Desain ini menjawabnya dengan silinder koaksial di tengah tangki yang bekerja sebagai bilik terisolasi. Air udara terlarut masuk di dasar silinder itu secara tangensial, menyusur dinding dalam alih-alih menyemprot lurus ke dalam. Air berputar membentuk pusaran, geser melepaskan udara terlarut sebagai kumpulan gelembung halus yang seragam, dan baru setelah itu gelembung dibiarkan keluar untuk bertemu air limbah.

• 1 air dengan udara terlarut yang masuk secara tangensial — ia menyusur dinding ruang alih-alih menyemprot lurus ke dalam.
• 2 pusaran: gelembung selesai terbentuk sambil berputar di dalam ruang.
• 3 pelat ayak di atas saluran keluar. Panel kiri adalah pandangan atas; panel kanan adalah pandangan samping.

Dalam satu kalimat: semburan lurus menyebarkan gelembung, sedangkan saluran masuk tangensial membuatnya berputar dan matang lebih dulu di dalam ruang. Paten menyatakan logika yang sama dengan istilahnya sendiri — susunan tangensial memungkinkan udara terlarut terlepas sepenuhnya, dan mencegah air limbah mentah bersentuhan dengan air dengan udara terlarut terlalu dini.

Detail 3: pelat ayak dan saluran keluar yang melebar

Detail ketiga paling mudah terlewat dari ketiganya, karena ia milik saluran keluar ruang pencampuran dan bukan milik tangkinya sendiri.

• Sebuah pelat ayak menutupi saluran keluar ruang, dengan celah melingkar selebar 20 mm pada perwujudan yang dijelaskan dalam paten. Aliran gelembung yang berputar harus melewati cincin-cincin itu, yang menyisirnya menjadi tirai yang tersebar merata alih-alih beberapa semburan pekat.
• Di atas pelat, saluran keluar melebar menjadi kerucut terpotong terbalik seperti trompet. Tirai gelembung mengembang di sana dan bertemu langsung dengan air limbah berminyak yang masuk, dan di situlah penempelan terjadi, sebelum flok naik ke atap kerucut.

• 1 Semburan pekat tanpa pelat — gelembung berdesakan ke satu saluran dan menyemprot lurus ke atas.
• 2 Pelat ayak — dipasang melintang pada bukaan kerucut terpotong terbalik; aliran gelembung yang berputar harus melewati celahnya.
• 3 Tirai gelembung yang merata — sebarannya tersisir menjadi seragam setelah melewati celah.
• 4 Celah melingkar (pandangan atas) — cincin konsentris, selebar 20 mm pada perwujudan paten, dengan jumlah cincin ditetapkan sesuai kebutuhan flotasi.

Tidak satu pun dari ketiga detail itu luar biasa jika berdiri sendiri. Bentuk saluran keluarnya, pelat di atasnya, dan susunan keduanya semuanya terlihat pada gambar, dan bersama-sama keduanya adalah perbedaan antara tirai gelembung yang merata dan satu semburan pekat di dalam tangki.

Angka mana yang dibawa ke perbandingan, dan mana yang ditinggalkan

Sebagian besar upaya desain flotasi udara terlarut yang menentukan hasilnya berada pada saturator, laju resirkulasi, dan zona kontak, dan tidak satu pun dari itu terlihat pada foto tangki atau gambar tata letak.

Dua angka biasanya disebut lebih dulu: volume tangki dan laju penyisihan, dan keduanya tidak mudah dibawa ke mana-mana. Laju penyisihan adalah milik air limbah, suhu, dan beban minyak tertentu, sehingga unit yang sama yang dinyatakan terhadap aliran berbeda akan menghasilkan angka yang berbeda. Volume tangki, pada sisi lain, lebih mirip angka luas tapak selama zona kontak dan saturator di belakangnya belum ditentukan.

Satu-satunya dimensi yang diambil penelusuran ini dari paten penyisih minyak adalah celah melingkar 20 mm, dan itu berasal dari bagian perwujudan dokumen tersebut. Ukuran gelembung, rasio resirkulasi, dan rasio udara-terhadap-padatan tidak diturunkan di sini dari geometri tangki, karena semuanya mengikuti air limbahnya dan bukan desainnya. Angka saturasi yang dikutip pada bagian berikutnya adalah pengecualian, dan itu berasal dari spesifikasi paten pendamping untuk sistem udara terlarut: angka-angka itu menjelaskan apa yang dirancang untuk dilakukan sistem tersebut, bukan apa yang akan dihasilkan satu aliran tertentu. Bacalah angka semacam itu sebagai metode titik awal dan bukan sebagai spesifikasi, dan mintalah angka yang sudah dikonfirmasi dari produsen untuk aliran air limbah Anda.

Bagaimana desain ini dibandingkan dengan sistem DAF konvensional

Tiga susunan layak diletakkan berdampingan: bejana saturasi konvensional yang membuang langsung ke tangki flotasi, bak flotasi persegi panjang bertipe scraper, dan desain yang ditelusuri di atas. Perbedaannya terletak pada dua hal — di mana dan bagaimana gelembung dibuat, serta dari mana minyak apung keluar dari tangki dan berapa banyak air yang dibawanya.

Letakkan ketiga susunan berdampingan dan keunggulan desain ini terletak pada satu hal: pengendalian gelembung. Gelembung terbentuk di dalam ruang terisolasi, di dalam pusaran, dan disisir melewati pelat ayak sebelum dilepaskan — dan pelat yang sama mencegah air limbah mentah bertemu air dengan udara terlarut terlalu dini, yang merupakan hal yang mencegah populasi gelembung rusak sebelum selesai terbentuk. Di sisi minyak, kerucut yang melakukan pemekatan, dan tidak ada bagian bergerak yang menyentuh permukaan air. Yang dibelinya adalah konsentrat yang lebih kering, lebih sedikit air yang keluar bersama minyak, dan satu pos perawatan lebih sedikit daripada scraper.

Kesalahan yang umum terjadi

• Membandingkan hanya berdasarkan volume tangki atau luas tapak. Dua unit dengan garis luar yang sama dapat menghasilkan volume lumpur berminyak yang sangat berbeda untuk dibuang, dan perbedaannya tidak terlihat pada gambar tata letak.
• Menganggap satu mekanisme penyisihan minyak sama baiknya dengan yang lain. Scraper, celah limpahan, dan saluran keluar di puncak melakukan hal yang berbeda terhadap air yang keluar bersama minyak, dan perbedaannya datang pada tagihan pembuangan.
• Membeli berdasarkan laju penyisihan minyak yang dinyatakan. Persentase itu milik air limbah tertentu dan milik uji yang menghasilkannya, dan menanyakan pada aliran mana angka itu diukur lebih informatif daripada angkanya sendiri.
• Tidak pernah menanyakan bagaimana gelembung dihasilkan dan disebarkan. Gelembung yang bergabung sebelum mencapai minyak melakukan pekerjaan yang sama seperti gelembung kasar, dan gambar adalah tempat hal itu terlihat.
• Menghitung motor terlambat. Apa pun yang bergerak di permukaan air adalah pos perawatan, dan desain tanpa scraper permukaan memiliki satu pos lebih sedikit.

Pemeriksaan mandiri sebelum membandingkan pemasok

• Dari mana minyak keluar dari tangki, dan apa yang mendorongnya ke sana? Mintalah gambar saluran keluar minyak. Penyisih minyak-air DAF yang bergantung pada scraper akan menunjukkannya; geometri yang memekat sendiri tidak.
• Bagaimana gelembung dihasilkan, disebarkan, dan dilindungi selama terbentuk? Mintalah melihat diagram flotasi udara terlarut dari zona kontak, bukan hanya gambar garis luar tangkinya.
• Berapa banyak bagian bergerak yang menyentuh air proses atau lapisan minyak? Masing-masing adalah pos perawatan sepanjang usia unit, dan masing-masing adalah tempat penggerak bisa gagal.
• Pada aliran mana laju penyisihan yang dinyatakan itu diukur, dan apa yang diukur — minyak, lemak, atau padatan tersuspensi?
• Apakah susunan saluran keluar, tugas saturator, dan geometri zona kontak dinyatakan untuk air limbah Anda, atau disalin dari tabel umum?

Tiga pertanyaan, jadi, dan satu gambar di balik setiap jawaban. Desain yang dijelaskan di sini dilindungi model utilitas CN206486308U, diajukan pada 27 Februari 2017 dan dipublikasikan di Google Patents — salah satu dari delapan paten pertama dalam portofolio, semuanya dengan penemu yang sama sebagai penulis pertama. Gambar-gambar di atas digambar ulang dari gambar paten, dan angka yang dikutip dalam catatan ini diambil dari kedua spesifikasi paten: celah melingkar 20 mm dari perwujudan penyisih minyak, dan data saturasi dari sistem udara terlarut pendamping. Apa yang dihasilkan pertanyaan yang sama untuk aliran Anda sendiri — susunan saluran keluar, tugas saturator, dan geometri zona kontak pada unit yang ditawarkan kepada Anda — dikonfirmasi dengan produsen untuk aliran air limbah Anda, bukan diasumsikan dari catatan ini.