CZ304318B6

CZ304318B6 - Způsob remediace podzemní vody zejména vody znečištěné organickými látkami s pomocí ozonizace a zařízení k provádění tohoto způsobu

Info

Publication number: CZ304318B6
Application number: CZ2013-54A
Authority: CZ
Inventors: Marek Šváb; Helena Maternová; Robert Raschman
Original assignee: DEKONTA, a.s.
Priority date: 2013-01-29
Filing date: 2013-01-29
Publication date: 2014-02-26
Also published as: CZ201354A3

Abstract

Způsob remediace podzemní vody, zejména podzemní vody (2) znečištěné organickými látkami, s pomocí ozonizace a zařízení (1) k provádění tohoto způsobu, přičemž se v kontaminované vodě (2) vytváří nanobubliny (3) plynné směsi obsahující ozon, které jsou ve vodě (2) vytvořeny pomocí alespoň jedné první Venturiho trubice (4), přičemž vznikne homogenní směs kontaminované vody (2), která je saturována nanobublinami (3) s obsahem ozonu a rozpuštěným ozonem. Předmětem vynálezu je také zařízení (1), které zahrnuje zdroj (8) plynné směsi obsahující ozon, zdroj (5) kontaminované podzemní vody (2) a alespoň jednu první Venturiho trubici (4), s výhodou doplněn o druhou Venturiho trubici (4´) pro přípravu homogenní směsi podzemní vody (2) obsahující nanobubliny (3) plynné směsi a rozpuštěný ozon.

Description

Oblast techniky

Vynález se týká vytvoření způsobu remediace podzemních vod, zejména vod znečištěných organickými látkami, např. látkami ze skupiny chlorovaných uhlovodíků, alifatických a aromatických uhlovodíků, organických kyselin, organochlorovaných pesticidů, polychlorovaných bifenylů a chlorfenolů, za pomoci ozonizace vody a zařízení kjeho provádění.

Dosavadní stav techniky

Ozonizace je používanou technikou pro úpravu pitných vod, zejména za účelem její dezinfekce namísto používané chlorace. Masové použití naráží na poněkud vyšší náklady provázející tuto metodu, neboť existují levnější alternativy, které si poradí s běžnými kontaminanty vody. Nevýhoda levnějších alternativ spočívá v tom, že například u kontaminace vody organochlorovanými pesticidy, polychlorovanými bifenyly a chlorovanými uhlovodíky jsou málo nebo zcela neefektivní.

Ozon se získává pomocí rozkladu molekul kyslíku a zpětné reakce volných radikálů s nedotčenými molekulami kyslíku. Pro svoji nestabilitu je důležité, aby byl ozon generován před jeho aplikací. Ozon se pomalu a špatně rozpouští ve vodě a velice rychle reaguje. Doba života ozonu v plynech se řádově pohybuje ve dnech, avšak ve vodě jsou to řádově minuty a zároveň platí přímá úměra, že čím více je voda kontaminovaná, tím rychleji se ozon v ní rozkládá.

Z přihlášky vynálezu US 2010/0116725 Al je známo využití ozonizace k remediaci podzemních vod. Předmětem přihlášky je zařízení, které zahrnuje ponorný difuzor. Difuzor se spustí do zdroje podzemní vody a následně je do něj hnán ozon a peroxid vodíku. Okolo difuzoru se vytvářejí mikro bubliny ozonu, které rozkládají nejbližší kontaminanty. Nevýhoda řešení spočívá v tom, že výskyt bublinek je ve vodě nerovnoměrný, bubliny jsou stále poměrně veliké a tím pádem je nerovnoměrný poměr použitého ozonu k objemu dekontaminované vody. Další nevýhodou je použití peroxidu vodíku, jako pomocné látky, který proces remediace prodražuje.

Dále je známo řešení, které částečně odstraňuje nevýhodu velkých bublin, podle patentového dokumentu CZ 303452. Řešení zahrnuje zdroje kontaminovaných vod, které jsou propojeny s generátorem nanobublin, který je připojen ke zdroji plynu a generuje nanobubliny plynu do vody. Nevýhoda tohoto řešení spočívá v tom, že pokud by se zařízení použilo k ozonizaci, pak by byl generátor nanobublin ozonem příliš korozně namáhaný a jeho životnost by byla dramaticky snížena.

Úkolem vynálezu je vytvořit způsob remediace podzemní vody a zařízení k provádění tohoto způsobu, který bude odstraňovat nedostatky známých řešení. Zařízení podle vynálezu by mělo ozon aplikovat do kontaminované podzemní vody co nejjednodušším způsobem, minimalizovat kontakt ozonu s jemnými technologickými prvky, provoz zařízení by měl být ekonomický a nebude potřeba přídavné chemické látky.

Podstata vynálezu

Výše zmíněné nevýhody dosavadních řešení remediace vod odstraňuje způsob a zařízení podle tohoto vynálezu.

- 1 CZ 304318 B6

Způsob remediace podzemní vody, zejména podzemní vody znečištěné organickými kontaminanty, při kterém je kontaminovaná podzemní voda sycena plynnou směsí obsahující ozon, přičemž se v kontaminované podzemní vodě vytváří nanobubliny plynné směsi pomocí alespoň jedné Venturiho trubice, na jejíž vstup se přivádí kontaminovaná podzemní voda a plynná směs podle tohoto vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že kontaminovaná podzemní voda se odčerpává od hladiny zdroje kontaminované podzemní vody, kde zdroj podzemní vody je podzemní vrt nebo studna, a po sycení v první Venturiho trubici se vede do zásobníku, odkud se společně s plynnou směsí přivádí na vstup alespoň jedné druhé Venturiho trubice, kde dochází opět k sycení, a z výstupu druhé Venturiho trubice se saturovaná homogenní směs kontaminované podzemní vody s plynnou směsí přivádí ke dnu zdroje kontaminované podzemní vody.

Výhoda spočívá v tom, že ozon je velíce reaktivní a při svém prvním rozpuštění v kontaminované vodě bouřlivě reaguje s kontaminanty, čímž během krátkého času klesne jeho celkový obsah ve vodě. Po druhém sycení je rozklad ozonu pomalejší aje vhodné vodu vrátit zpět do zdroje, kde bude rozpuštěný ozon i ozon obsažený ve formě nanobublin různých rozměrů reagovat s dalším množstvím kontaminantů v celém objemu vody vodního zdroje, neboť ozon má nižší hustotu než voda a stoupá k hladině, proto je žádoucí vypouštět jej u dna podzemního vrtu nebo studny, aby byl ve vodě co nejdéle a reagoval s co nejvíce kontaminanty.

V dalším výhodném provedení vynálezu probíhá sycení kontaminované vody přerušovaně v malých dávkách do vody s nejvyšší koncentrací kontaminantů a v časových intervalech od 5 minut do 20 minut. Tím je zabráněno, aby se velké množství ozonu neefektivně rozložilo v malém objemu vody, přičemž čas a množství dávkování se stanoví podle míry a typu kontaminace.

V jednom z dalších výhodných provedení vynálezu je saturovaná homogenní směs okamžitě ředěna další kontaminovanou podzemní vodou ze stejného zdroje, aby se nanobubliny i rozpuštěný ozon rozptýlily do většího objemu vody a nedocházelo k příliš neefektivnímu rozkladu ozonu v malém objemu vody.

Předmětem vynálezu je dále také zařízení pro remediaci podzemní vody pomocí sycení kontaminované vody nanobublinami s plynnou směsí obsahující ozon, zahrnující zdroj kontaminované podzemní vody, potrubí, alespoň jednu Venturiho trubici, zdroj plynné směsi a plynovod, jehož podstata spočívá v tom, že zdroj kontaminované podzemní vody, kterým je podzemní vrt nebo studna, je u hladiny propojen potrubím se vstupem první Venturiho trubice, přičemž je plynovodem zároveň na vstup první Venturiho trubice připojen zdroj plynné směsi, a výstup první Venturiho trubice je potrubím propojen se vstupem zásobníku, a dále je výstup zásobníku propojen se vstupem druhé Venturiho trubice, který je současně plynovodem propojen se zdrojem plynné směsi, a výstup druhé Venturiho trubice je opatřen potrubím, které je vyústěno u dna zdroje kontaminované podzemní vody. To je výhodné zejména proto, že zařízení dosahuje relativně malých rozměrů při zachování vysoké efektivity pomocí zdvojeného sycení a je využitelné v terénních podmínkách přímo u ústí podzemního vrtu nebo studny.

V neposlední řadě je výhodné provedení vynálezu, ve kterém je potrubí před Venturiho trubicí zdvojeno, přičemž tvoří bypass, který je připojen k potrubí připojenému na výstup z Venturiho trubice. Výhoda spočívá v tom, že se zvětší objem kontaminované vody s rozpuštěnými nanobublinami a dochází k efektivnějšímu využití plynné směsi.

Vynález odstraňuje nevýhody stávajících řešení, efektivně pracuje s vysoce reaktivním ozonem, který téměř okamžitě rozkládá kontaminanty, a protože reakce ozonu je poměrně bouřlivá, je výhodné, že je sycení zdvojeno, kdy po druhém sycení je obsah kontaminantů v objemu vody určeném k dopravě nanobublin do zdroje kontaminované podzemní vody nízký, takže ozon s nejvyšší účinností pracuje až uvnitř vrtu nebo studny. Vynález umožňuje dekontaminaci podzemních vod bez potřeby přidávat pomocné chemické látky do kontaminované vody a svým technickým provedením umožňuje, aby byl použit v terénních podmínkách. Provoz a údržba vynále-2CZ 304318 B6 zu nedosahují vysokých nákladů, protože technické prvky vystavené působení ozonu jsou konstrukčně jednoduché a dají se vyrobit z odolných materiálů.

Objasnění výkresu

Vynález bude blíže objasněn pomocí výkresu, na kterém obr. 1 představuje schematické znázornění způsobu a zařízení pro remediaci podzemní vody podle vynálezu.

Příklady uskutečnění vynálezu

Rozumí se, že dále popsané a zobrazené konkrétní příklady uskutečnění vynálezu jsou představovány pro ilustraci, nikoli jako omezení příkladů provedení vynálezu na uvedené případy. Odborníci znalí stavu techniky najdou nebo budou schopni zjistit za použití rutinního experimentování větší, či menší počet ekvivalentů ke specifickým uskutečněním vynálezu, která jsou zde speciálně popsána. I tyto ekvivalenty budou zahrnuty v rozsahu následujících patentových nároků.

Zařízení i vyobrazené na obr. 1 zahrnuje zdroj 5 kontaminované podzemní vody 2, který je tvořen podzemním vrtem, případně studnou. Do zdroje 5 se pod hladinu zavede potrubí 7 vyrobené z PVC a připojí se k elektrickému čerpadlu 11, odkud vede potrubí 7 do první Venturiho trubice

4. Druhá Venturiho trubice 4/je připojena k potrubí 7, které je připojeno na zásobník 6.

Potrubí 7 zařízení 1 zahrnuje bypass 10 z PVC trubek, který přivádí kontaminovanou vodu 2 na výstup z Venturiho trubic 4, 4\ Pomocí bypassu ]_0 je saturovaná homogenní směs vody 2 s ozonem ředěna s další kontaminovanou podzemní vodou 2 ze zdroje 5 v poměru 1:1.

K první Venturiho trubici 4 je současně připojen plynovod 9, který je tvořen trubkou z teflonu. Plynovod 9 přivádí ze zdroje 8 plynné směsi plynnou směs obohacenou 1 až 8 % ozonu. Zdroj 8 plynné směsi je tvořen zdrojem kyslíku 12 a generátorem 13 ozonu.

Z první Venturiho trubice 4 je vedeno potrubí 7 do zásobníku 6. Zásobník 6 má objem 70 dm³aje vyroben také z PVC. Ze zásobníku 6 je směs kontaminované vody 2 s rozpuštěným ozonem a nanobublinami 3 potrubím 7 odvedena do druhé Venturiho trubice T, ke které je zároveň opět připojen plynovodem 9 zdroj 8 plynné směsi. Po druhém sycení je směs kontaminované vody 2 s rozpuštěným ozonem a nanobublinami 3 odvedena potrubím 7 zpět do zdroje 5 kontaminované vody 2, kde je vypuštěna u dna.

Tlak kontaminované vody 2 v zařízení Ije udržován pomocí čerpadel Π. zapojených do okruhu potrubí 7 před každou Venturiho trubicí 4, 4Λ Průtok kontaminované vody 2 je regulován pomocí dvoucestných ventilů 16.

Aby nedocházelo k uvolňování zbytkového ozonu do volného prostředí, je zdroj 5 kontaminované podzemní vody 2 opatřen u svého ústí na povrch destruktorem 14 ozonu a sorpčním filtrem 15.

Zařízení 1 podle vynálezu může pracovat způsoby popsanými v následujících příkladech:

Příklad 1

Zařízení 1 dle obr. 1 je připojeno k vrtu, který v optimálním případě končí až na nepropustném podloží. Kontaminantem podzemní vody 2 jsou chlorované uhlovodíky v koncentraci 5.10 ⁴ mol.r', které se díky své větší hustotě drží u dna vrtu.

-3 CZ 304318 B6

Průměr vrtu je 16 cm a výška hladiny kontaminované podzemní vody 2 je 5 m, takže objem kontaminované podzemní vody 2 ve vrtu činí 100 dm³. Kontaminovaná podzemní voda 2 je odčerpávána od hladiny při rychlosti průtoku 100 dm³.min Zdroj plynné směsi 8 je nastaven na tvorbu směsi o koncentraci 4 % ozonu v kyslíku.

Odčerpávaná kontaminovaná podzemní voda 2 je dělena mezi první Venturiho trubici 4 a bypass 10 v poměru 1:1. Na vstup první Venturiho trubice 4 je voda 2 přivedena pod tlakem 350 kPa a současně je přivedena také plynná směs.

Po výstupu z první Venturiho trubice 4 je saturovaná homogenní směs okamžitě ředěna vodou 2 z bypassu 10 a je odvedena do zásobníku 6, kde se nechá rozpuštěný ozon a uvolňovaný ozon z nanobublin 3 reagovat po dobu 5 minut. Po uplynutí stanoveného času voda 2 ze zásobníku 6 podstoupí stejný proces sycení plynnou směsí ve druhé Venturiho trubici 4j, ale následně je saturovaná homogenní směs podzemní vody 2 neprodleně navrácena do vrtu, kjeho dnu, kde je nejvyšší koncentrace chlorovaných uhlovodíků. Ozon, který se uvolňuje ze vzlínajících nanobublin 3 působí v celém objemu vody 2 vrtu.

Celý proces remediace se periodicky opakuje, dokud neklesne úroveň kontaminace podzemní vody 2 pod stanovené limity. Injektovaný ozon je tímto způsobem využit mnohem efektivněji, než při jiných způsobech aplikace, protože zařízení _L respektuje poznatek, že z hlediska spotřeby ozonu na rozklad kontaminantů je výhodnější přivést ozon ve více menších dávkách k co nejvyšší koncentraci kontaminující látky.

Příklad 2

Ke zdroji 5 kontaminované podzemní vody 2 se připojí zařízení 1 podle vynálezu, které má zjednodušenou konstrukci zahrnující pouze první Venturiho trubici 4, jejíž výstup je připojen k potrubí 7 navracejícímu saturovanou směs podzemní vody 2 do zdroje 5. Zdroj 5 je vrt se stejnými parametry a kontaminaci, jako v příkladu 1.

Voda 2 v zařízení 1 protéká kontinuálně po dobu 35 minut při rychlosti průtoku 10 dm³.min'¹. Celkový objem injektované plynné směsi činí 75 dm³ (101,3 kPa, 20 °C).

Průmyslová využitelnost

Vynález je díky svému jednoduchému provedení určen k rychlé a efektivní remediaci podzemních vod, které jsou kontaminovány organickými látkami, například látkami ze skupiny chlorovaných uhlovodíků, alifatických a aromatických uhlovodíků, organických kyselin, organochlorovaných pesticidů, polychlorovaných bifenylů a chlorfenolů.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Způsob remediace podzemní vody (2), zejména podzemní vody (2) znečištěné organickými kontaminanty, při kterém je kontaminovaná podzemní voda (2) sycena plynnou směsí obsahující ozon, přičemž se v kontaminované podzemní vodě (2) vytváří nanobubliny (3) plynné směsi pomocí alespoň jedné Venturiho trubice, na jejíž vstup se přivádí kontaminovaná podzemní voda (2) a plynná směs, vyznačující se tím, že kontaminovaná podzemní voda (2) se odčerpává od hladiny zdroje (5) kontaminované podzemní vody (2), kde zdroj (5) podzemní vody (2) je podzemní vrt nebo studna, a po sycení v první Venturiho trubici (4) se vede do zásobníku (6), odkud se společně s plynnou směsí přivádí na vstup alespoň jedné druhé Venturiho trubice (4'), kde dochází opět k sycení, a z výstupu druhé Venturiho trubice (4') se přivádí saturovaná homogenní směs kontaminované podzemní vody (2) s plynnou směsí ke dnu zdroje (5) kontaminované podzemní vody (2).
2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že sycení kontaminované podzemní vody (2) probíhá přerušovaně.
3. Způsob podle nároku 2, vyznačující se tím, že plynná směs je dávkována v malých dávkách do vody (2) s nejvyšším obsahem kontaminantů.
4. Způsob podle nároku 2, vyznačující se tím, že mezi jednotlivými syceními kontaminované podzemní vody (2) jsou časové intervaly v rozmezí od 5 minut do 20 minut.
5. Způsob podle nároků laž4, vyznačující se tím, že saturovaná homogenní směs kontaminované podzemní vody (2) je po výstupu z první Venturiho trubice (4) a/nebo po výstupu z druhé Venturiho trubice (4') ředěna.
6. Způsob podle nároku 5, vyznačující se tím, že ředění saturované homogenní směsi kontaminované podzemní vody (2) je prováděno vodou (2) ze stejného zdroje (5) kontaminované podzemní vody (2).
7. Zařízení (1) pro remediaci podzemní vody pomocí sycení kontaminované vody (2) nanobublinami (3) s plynnou směsí obsahující ozon, zahrnující zdroj (5) kontaminované podzemní vody (2), potrubí (7), alespoň jednu Venturiho trubici (4), zdroj (8) plynné směsi a plynovod (9), vyznačující se tím, že zdroj (5) kontaminované podzemní vody (2), kterým je podzemní vrt nebo studna, je u hladiny propojen potrubím (7) se vstupem první Venturiho trubice (4), přičemž je plynovodem (9) zároveň na vstup první Venturiho trubice (4) připojen zdroj (8) plynné směsi, a výstup první Venturiho trubice (4) je potrubím (7) propojen se vstupem zásobníku (6), a dále je výstup zásobníku (6) propojen se vstupem druhé Venturiho trubice (4'), který je současně plynovodem (9) propojen se zdrojem (8) plynné směsi, a výstup druhé Venturiho trubice (4') je opatřen potrubím (7), které je vyústěno u dna zdroje (5) kontaminované podzemní vody (2).
8. Zařízení podle nároku 7, vyznačující se tím, že potrubí (7) je před Venturiho trubicí (4, 4') zdvojeno, přičemž zdvojení tvoří bypass (10), který je připojen k potrubí (7) připojenému na výstup z Venturiho trubice (4, 4')·