HU210356B - Process and apparatus for the purification of water - Google Patents

Description

A találmány tárgya eljárás és berendezés víz tisztítására. A találmány szerinti eljárás elsődlegesen olyan víztisztítási eljárásra vonatkozik, ahol oxigén és ózon gáz keverékét vezetik be a tisztítandó vízbe.

Az ilyen típusú víztisztítási eljárások önmagukban is ismertek. Az ilyen eljárások során olyan berendezést alkalmaznak, amely tartalmaz egy az oxigén és az ózon gáz keverékét bevezető elemet, továbbá egy reaktort, amely a különféle szennyező anyagokat, például szénhidrogén származékokat vagy hasonló anyagokat széndioxiddá és vízzé alakítja át. Az oxigén és ózon gáz keverék bevezetése atmoszferikus nyomás alatt történik. Az eljárás hiányossága, hogy igen alacsony ózon koncentráció érhető el, továbbá az ózonnak a lebontandó szennyezőanyagokkal való reakciója rendkívül lassan megy végbe.

A találmánnyal célul tűztük ki olyan eljárás kidolgozását, amelynek a segítségével a peszticidek és hasonló szennyezőanyagok, olyanok, amelyek a mezőgazdasági permetező berendezések öblögető vizében, különféle házi kertészetek, farmok, növénytermesztő kertek és szántóföldek hulladékvizében találhatók, gyorsan és jó hatásfokkal bonthatók el.

A találmány szerinti eljárás lényege abban van, hogy az oxigén és ózon gáz keverékét a tisztító fokozatban nagy nyomás alatt a tisztítandó vízben feloldjuk, a vizet, amelyet ily módon oxigénnel és ózonnal dúsítottunk, legalább egy reaktoron keresztülvezetjük, a vizet a reaktorból részben vagy egészben egy membrán szűrőhöz vezetjük, a visszamaradó folyadékot és vizet a reaktorból a tisztító fokozatba recirkuláljuk.

Mivel az oxigén és ózon gáz keverékének a nyomása nagy, a keverékben jobban oldódik, így nagyobb koncentráció érhető el. Ennek következménye az, hogy nem csak a reakció megy végbe gyorsabban, de az elbontás hatásfoka is növekszik. Nem, vagy nem megfelelően elbontott szennyezőanyagok egy membrán szűrő segítségével vannak felfogva, és a tisztító fokozatba visszavezetve. Ily módon a szennyezőanyag mindaddig cirkulál, amíg teljes egészében el nem bomlik.

Előnyös a találmány egy olyan kiviteli alakja is, ahol a H₂O₂, elsősorban akkor, ha több reaktort alkalmazunk az első reaktor után van bevezetve. Ily módon a visszamaradó szennyezőanyagok fokozottabb oxidációja valósul meg. Különösen így van ez, ha a szennyezőanyag szénhidrogén származék.

Előnyös továbbá az is, ha a tisztítandó vizet egy biológiailag aktív szénszűrőn vezetjük keresztül. Az itt lévő mikroorganizmusok ugyanis a már részben elbomlott szennyezőanyag teljes elbomlását eredményezik.

Ugyancsak előnyös a találmány egy olyan kiviteli alakja is, ahol a tisztító fokozatból elvezetett vizet kezelésnek vetjük alá, és eltávolítjuk belőle a gázokat, mielőtt bevezetnénk a tisztító fokozatba. A CO₂ és a HCO₃ eltávolítása azt eredményezi, hogy javulnak a reakciófeltételek, és meggyorsul az elbomlás.

A találmány tárgya továbbá egy olyan berendezés, amely a találmány szerinti eljárás megfelelő jó hatásfokkal történő megvalósítását teszi lehetővé.

A találmány szerinti berendezés lényege abban van, hogy a tisztító fokozatnak bemenete és kimenete van, legalább egy reaktort tartalmaz, továbbá tartalmaz egy szivattyút az oxigén és ózon gáz keverék bevezetésére, a kimenete pedig egy membrán szűrőhöz és a tisztító fokozat bemenetéhez van visszavezetve. A berendezésben tehát oxigén és ózon keveréke van, amely jó hatásfokkal oldódik a tisztítandó folyadékban, és a folyadékban lévő szennyezőanyagok gyors elbomlását eredményezi. A nem vagy csak részben elbomlott szennyezőanyagokat a membrán szűrő visszatartja és a tisztító fokozatba vezeti vissza, ahol ismét ki van téve az oxidációnak. A folyamat mindaddig ismétlődik, amíg a szennyezőanyag teljes mértékben elbomlik.

A találmány szerinti berendezés előnyösen tartalmaz egy olyan tisztító fokozatot, amely két sorosan kapcsolt reaktort továbbá olyan elemeket tartalmaz, amelyek a reaktorok között vannak elhelyezve, és amelyeknek szerepe, hogy a H₂O₂-t a vízbe bevezessék. Ennek az eredménye az, hogy a visszamaradó szénhidrogénszármazékok oxidációja gyorsabban megy végbe.

A vízben lévő szennyező anyag elbomlását meggyorsítandó előnyös, ha legalább az egyik reaktor katalizátorral van kialakítva. A katalizátor alkalmazása csökkenti a tisztítandó víznek a reaktorban való tartózkodási idejét.

Ugyancsak előnyös, és javítja az oxidációt az oxigén és ózon gáz keverék alkalmazásával az, hogy ha a tisztító fokozat bemeneti oldalánál egy gázt elvezető berendezés van csatlakoztatva. ACO₂ és a HCO₃' megakadályozza a szennyezőanyagok elbontását, és megfelelően eltávolíthatók.

A találmány szerinti berendezésben a tisztító fokozat úgy van kialakítva, hogy egy biológiailag aktív szénszurő is csatlakoztatva van hozzá egy áramlásszabályozó szelepen keresztül, és a kimenete vissza van vezetve a tisztító fokozat bemenetéhez, és a membrán szűrő bemenetéhez. Ebben a biológiailag aktív szénszűrőben a már részben elbomlott szennyezőanyagok a mikroorganizmusok hatására tovább bomlanak.

A találmány szerinti eljárást és berendezést példakénti kiviteli alakja segítségével a mellékelt ábrákon ismertetjük részletesebben. Az

1. ábrán a találmány szerinti, víz tisztítására szolgáló berendezés egy példakénti kiviteli alakjának blokkvázlata látható, a

2. ábrán pedig az 1. ábrán bemutatott berendezés reaktora látható kissé részletesebben.

Az 1. ábrán látható berendezés tehát víz tisztítására szolgál, és különösen alkalmas mezőgazdasági permetező berendezések mosóvizének, hidrofon tenyésztő rendszerek szennyvizének, nyitott farmok, növénytermesztő kertek, és szántóföldekről származó szennyvizek tisztítására. A berendezés tartalmaz egy 1 gyűjtőtartályt, ahonnan a tisztítandó víz 2 tápvezetéken keresztül egy 3 sztrippelő oszlophoz van vezetve, amelyről a későbbiekben még részletesen írunk. A tisztítandó vizet egy 4 szivattyú továbbítja egy 5 tartálynak előnyösen az alsó részébe megfelelően nagy nyomással. A berendezéshez tartozik még egy 6 korona generátor, amely önmagában ismert, és amely az oxigén és ózon

HU 210 356 Β gáz keverékét előállítja, és egy 7 vezetékbe, előnyösen még a 4 szivattyú előtt továbbítja. A 4 szivattyú a vizet nyomás alatt, például 4 bar nyomással továbbítja. Az oxigén és ózon gáz keverékének egy része az eljárás során oldódik a vízben. A példakénti kiviteli alaknál látható még egy 8 szivattyú, amely például lehet centrifugál szivattyú, szerepe az, hogy a 4 szivattyú kimenetéhez kapcsolva a kezelendő vizet az 5 és 9 reaktorokba, amelyek egymással sorosan vannak kapcsolva, továbbítsa. A 8 szivattyú az eljárás során alkalmazott nyomást előnyösen 16-100 bar-ra növeli. A példakénti kiviteli alaknál a nyomást 20 bar-ra növeltük. A 4 és 8 szivattyú között van egy 10 gázgyöjtő, amelyben a fel nem oldott oxigén és ózon gáz keverékét gyűjtjük össze. Az 1. ábrán látható még egy, célszerűen gyorsító fúvókával ellátott 11 szivattyú, amely egy leágaztatott 12 vezetéken keresztül továbbítja az oxigén és ózon gáz keverékét egy szintén gyorsító fúvókával ellátott 16 szivattyú felé megfelelő nyomással. Ez azt eredményezi, hogy az oxigén és ózon gáz keveréke a nagy nyomáson teljesen feloldódik a vízben. Ily módon megakadályozható, hogy a nem oldódott gáz a 8 szivattyú működését akadályozza.

Ha az oxigén és ózon gáz keverékének a nyomása túl magas lesz, úgy a gázkeverék a 14 vezetéken keresztül vissza van vezetve a 3 sztrippelő oszlopra. Gyakorlatban ez az intézkedés a 3 sztrippelő oszlopban bizonyos fokú előtisztítást eredményez.

Előnyös az is, ha a tisztítandó víz, amelyben az oxigén és ózon gáz keveréke feloldódott, valamilyen módon hűtve van, maga a hűtés önmagában ismert. Ennek eredményeként ugyanis egyrészt vízben a gáz koncentráció növelhető, másrészt a gáz oldódása is kedvezőbb. A tisztítandó vizet éppen ezért célszerű egy 15 hűtőberendezésen is átvezetni, amely 15 hűtőberendezést célszerű a 3 sztrippelő oszlop kimenete és a 4 szivattyú bemenete között elhelyezni. A szintén gyorsító fúvókával ellátott 16 szivattyú a két sorosan kapcsolt 5 és 9 reaktor között van, és H₂O₂-t adagol az oxigén és és ózon gáz keverékéhez meggyorsítva így a második 9 reaktorban az oxidációt. Mindkét 5 és 9 reaktor el van látva katalizátorral is. Az 5 reaktornál a katalizátor előnyösen nemesfém katalizátor. A tisztítandó folyadék pH-értékét az 5 és 9 reaktorban 7,5 - 8,5 közötti értékre állítjuk be, előnyösen a pH-értéke 8,2. A második 9 reaktor kimenete egy 17 túlfolyóhoz van elvezetve, amelynek kimenete 18 áramlásszabályozón keresztül van egy 19 aktív szén szűrőre elvezetve. Anaerob viszonyok között a biológiailag aktív 19 aktív szén szűrő szemcséi elősegítik a klórozott szénhidrogének elbomlását.

Az aktív szén megfelelő hordozóanyag, mivel katalizálja a reakciót a reakcióba nem lépett hidrogénperoxid és a vízben lévő szennyező anyagok között, és ily módon az anaerob állapotot elősegíti. Aktív szén helyett egyéb hordozóanyag, például szilíciumoxid is használható.

A biológiailag aktív szűrőként működő 19 aktív szén szűrő kimenete a példakénti kiviteli alaknál egy szintén biológiailag működő 21 fluidágyas reaktorhoz van vezetve, innen pedig egy 22 membrán szűrőhöz. A 21 fluidágyas reaktor a bemeneténél egy 23 vezetékkel van ellátva, ahol oxigén tartalmú gázt lehet bevezetni, az oxidálható elemeket oxidációs úton bontjuk el a biológiailag működő 19 aktív szén szűrőben.

A 19 aktív szén szűrőből elvezetett vizet részben vagy egészben 22 membrán szűrőhöz továbbítjuk, ahol is a membrán a példakénti kiviteli alaknál minden olyan molekulát, amelynek molekulasúlya nagyobb mint 100 visszatart. A 22 membrán szűrő kialakítható úgy is, hogy a vágási értéke 60 dalton legyen. A 19 aktív szén szűrő nemcsak a szennyező anyagok további elbontására szolgál, de alkalmas arra is, hogy azokat a nem oldott anyagokat, amelyek a 22 membrán szűrőben lévő membrán működését negatívan nem befolyásolják, el távolítsuk. A 24 gázelvezető a 22 membrán szűrő előtt van, és mint vákuum gázelvezető berendezés van kiképezve a különböző gázok, többek között a széndioxid eltávolítására is, amely a 21 fluidágyas rekatorban keletkezhet. A 25 szivattyú a 22 membrán szűrő és a 24 gázelvezető között van elhelyezve a 24 gázelvezetőben lévő gáz elszívására. A 24 gázelvezetőhöz egy további 26 vezeték is csatlakoztatva van, amelyen keresztül a visszaszívott gáz kiüríthető. Ily módon megakadályozható a gázoknak az ütközése, és a szűrési eljárás hatásfoka növelhető. Ebben a lépésben a sav adagolására keletkező lecsapódások is eltávolíthatók.

A 22 membrán szűrőben a például savakból származó lerakódások megakadályozására a 22 membrán szűrő előtt, előnyösen azonban a 24 gázelvezető előtt, sav, például sósav vezethető be, amellyel a pH-érték 5-6,5 közötti értékre állítható be. Ez a kis értékű pHérték elősegíti abból a folyadékáramból, amely a 22 membrán szűrő felé halad, a széndioxid eltávolítását. A berendezéshez tartozik még egy 27 hőmérsékletszabályozó is, amely a tisztító fokozat és a 22 membrán szűrő között van. A 22 membrán szűrőben lévő membrán vágási értéke függ a hőmérséklettől is, ily módon a kívánt és szükséges vágási érték a 27 hőmérsékletszabályozó segítségével beállítható. Ahhoz, hogy a 22 membrán szűrőben lévő membrán jó hatásfokkal működjön elegendően nagy áramlási sebességre van szükség. Ezt azáltal érjük el, hogy a visszamaradó folyadék egy részét a 22 membrán szűrőhöz továbbítjuk. A szűréshez egy további a 22 membrán szűrőben lévő, az ábrán részletesebben nem jelölt, szivattyú is tartozik.

A 22 membrán szűrőből a szűrletet 28 aktív szén szűrőhöz vezetjük. A 22 membrán szűrőnél visszamaradt folyadék nagy, adott esetben még mindig mérgező, és még egyáltalán nem, vagy még nem teljesen elbomlott molekulákat is tartalmaz. Ezt a visszamaradó folyadékot a 14 vezetéken keresztül vezetjük vissza a 3 sztrippelő oszlophoz. Ily módon tehát a nem teljes mértékben, vagy egyáltalán nem elbomlott szennyezőanyag mindaddig recirkulál, amíg megfelelő mértékben el nem bomlik.

A 22 membrán szűrőnek a visszamaradt folyadékot elvezető 30 elvezető vezetéke és a tisztító fokozat között célszerű egy olyan berendezést elhelyezni, amelynek segítségével a pH-érték növelhető. Ilyen le3

HU 210 356 Β hét például egy 29 szemcsereaktor, amely a 22 membrán szűrő után helyezhető el, és ahol a visszamaradt folyadék pH-értéke 7,5 - 10-re növelhető maró hatású anyag, például szóda adagolásával. A visszamaradt folyadékot elvezető 30 kimenet két 31 és 32 al vezetékre van osztva, az utóbbiba van egy 33 vezetéken keresztül az a szerkezet csatolva, amelyen keresztül a pH-értékét növelő anyagok vannak bevezetve. A 29 szemcsereaktor kimenete pedig rá van csatlakoztatva a 30 elvezető vezetékre. A rácsatlakozás egy 31 alvezeték segítségével történik. A pH-értékének a növekedése megakadályozza, hogy a 29 szemcsereaktorban szemcsék vagy lerakódást képező sók rakódjanak le. A szemcsék lehetnek kalcimun-karbonát vagy dolomit szemcsék. Azokat a szemcséket, amelyek a 22 membrán szűrőn nem haladtak át, a nagy pH-értékű ionok megkötik. A 31 alvezetéken vezetett visszamaradó folyadékrésznek a pH-értékét, amennyiben erre szükség van, a 29 szemcsereaktor kimenetén víz elvezetésével lehet növelni, és be lehet állítani például a szükséges 7,5-8,5 pH-értéket. A 35 légtisztítóhoz egy 34 fúvóka tartozik, amely a 3 sztrippelő oszlopon keresztül levegőt fuvat át, és ily módon alkalmas a CO és a HCO eltávolítására, amelyek akadályoznák az ózonnal történő oxidációs reakciót. Lehetőség van arra is, hogy a levegő áramlási sebességét a 3 sztrippelő oszlopból elvezetett folyadékáramban lévő széndioxid koncentrációjának függvényében állítsuk be. A korábbiakban már utaltunk arra, hogy a levegő részben recirkulálható. Ily módon energiát nyerünk. Mivel a 3 sztrippelő oszlop jobban működik, ha a benne lévő áramlási sebesség nagy, ezért célszerű egy 34 szivattyút alkalmazni. A példakénti kiviteli alaknál még egy 37 szivattyú is van, amely a 24 gázelvezetőbői vezeti el a gázokat. A 3 sztrippelő oszlopból a gázok az atmoszférába vannak kiürítve.

A találmány szerinti berendezés természetesen különféle regisztráló és beállító elemekkel is ellátható, ily módon tehát folyamatosan lehet a hőmérsékletet regisztrálni és beállítani, vagy a savasságot beállítani és ezáltal a szabályozás hatásfokát növelni.

A berendezésnek előnye, hogy szinte teljes mértékben biztosítja az összes szénhidrogén elbomlását széndioxiddá és vízzé, és ez azáltal valósul meg, hogy a tisztító fokozat 5 és 9 reaktoraiban igen nagy mértékben megnövelt nyomást hozunk létre. A tisztító fokozatba adagolt H₂O₂ a nagy nyomás alatt azt eredményezi, hogy a 9 reaktorban további oxidáció megy végbe. A nem, vagy nem eléggé elbomlott szennyező anyagokat a 22 membrán szűrő membránja visszatartja, ez tehát gyakorlatilag egy molekulaszűrőként működik, és a nem elbomlott anyag a tisztító fokozatba kerül recirkulálásra.

Az egyes 5 és 9 reaktorok és a 22 membrán szűrő kimenetéről leágazások vannak a tisztító fokozat bemenete felé. Ez különösen akkor jótékony hatású, ha a tisztítandó vízben olyan szennyeződések vannak, amelyek például az első 5 reaktorban jobban elbonthatok mint a második 9 reaktorban. Kialakíthatók leágazások további 9 reaktorokhoz (ahol a szennyezőanyag egyébként elbontható), ugyanahhoz az 5 reaktorhoz, és magához a 22 membrán szűrőhöz is adott esetben több, például 5 és 9 reaktorról is vezethetők vezetékek.

A találmány szerinti berendezés azáltal, hogy számos leágazási lehetőség van, rendkívül rugalmasan működtethető, és ily módon igen sokféle anyag elbontására alkalmazható.

A 2. ábrán az 5 illetőleg 9 reaktor egy példakénti kiviteli alakja látható metszetben, ahol is megfigyelhető az 5 illetőleg 9 reaktorban lévő porózus 38 katalizátor, amely a henger alakú 5 és 9 reaktor középvonala mentén van mint cső vezetve. A 38 katalizátor előnyösen nemesfém, például palládium, platina vagy irídium. A 9 reaktorban vanádium, vas réz vagy ezüst 38 katalizátor is alkalmazható.

A találmány szerinti berendezés és eljárás csak példakénti kiviteli alakjai segítségével került ismertetésre, azonban számos olyan berendezés megvalósítható, amelyet a találmány felismerés alapján a területen jártas szakember már el tud készíteni.

Claims (12)

1. Eljárás víz tisztítására, ahol is oxigén és ózon gáz keverékét vezetjük a tisztítandó vízbe, azzal jellemezve, hogy az oxigén és ózon gáz keverékét a tisztító fokozatban nagy nyomás alatt a tisztítandó vízben feloldjuk, majd az ily módon oxigénnel és ózonnal dúsított vizet legalább egy reaktoron (5) keresztülvezetjük, a vizet a reaktorból (5) részben vagy egészben egy membrán szűrőhöz (22) vezetjük, és a visszamaradó folyadékot és további vizet a legalább egy reaktorból (5) a tisztító fokozatba recirkuláljuk.

2. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy több reaktor (5, 9) esetén az első reaktor (5) után H₂O₂-t vezetünk be.

3. Az 1. vagy 2. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a vizet a tisztító fokozatból biológiailag aktív szén szűrőn (19) keresztül vezetjük el.

4. Az 1-3. igénypontok bármelyike szerinti eljárás azzal jellemezve, hogy a további vízből, mielőtt a tisztító fokozatba vezetnénk, eltávolítjuk gázokat.

5. Az 1-4. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a membrán szűrőhöz (22) vezetett vízhez savat adagolunk, és a savazott vízből eltávolítjuk a gázokat, mielőtt azt a membrán szűrőhöz (22) vezetjük.

6. Berendezés víz tisztítására, amely berendezés tartalmaz egy oxigén és ózon gáz keverékét bevezető elemet, továbbá reaktort a szennyezőanyag átalakítására - ahol a szennyezőanyag szénhidrogén vagy hasonló - széndioxiddá és vízzé, azzal jellemezve, hogy a tisztító fokozatnak bemenete és kimenete van, és legalább egy reaktort (5) tartalmaz, amelynek bemenetére szivattyú (4) van az oxigén és ózon gáz keverék bevezetésére csatlakoztatva, a kimenete pedig membrán szűrőhöz (22) és a tisztító fokozat bemenetéhez van visszavezetve.

7. Az 6. igénypont szerinti berendezés azzal jellemezve, hogy a tisztító fokozat két, egymással sorosan

HU 210 356 Β kapcsolt reaktort (5, 9) tartalmaz, és a reaktorok (5, 9) között a vízhez H₂O₂-t adagoló elem van csatolva.

8. A 6. vagy 7. igénypont szerinti berendezés azzal jellemezve, hogy legalább az egyik reaktor (5 illetőleg 9) katalizátorral (38) van kialakítva.

9. A 6. vagy 7. igénypont szerinti berendezés azzal jellemezve, hogy a tisztító fokozat bemeneténél egy, a benne lévő gáz elvezetésére kialakított sztrippelő oszlop (3) van elhelyezve.

10. A 6-9. igénypontok bármelyike szerinti berendezés azzal jellemezve, hogy a tisztító fokozat kimenete áramlásszabályozón (18) keresztül van a biológiailag működő aktív szén szűrőhöz (19) elvezetve, amelynek kimenete a tisztító fokozat bemenetére és a membrán szűrő (22) bemenetére van csatlakoztatva.

11. A 6-9. igénypontok bármelyike szerinti berendezés azzal jellemezve, hogy a membrán szűrő (22) visszamaradt folyadékot elvezető kimenete (30) két alvezetékre (31, 32) van osztva, és a második alveze5 tékre (32) pH-értékét növelő anyagot bevezető vezeték (33) van csatlakoztatva, a kimenetre (30) egy szemcsereaktor (29) van csatlakoztatva, és a szemcsereaktor (29) kimenete az első al vezetékhez (31) van csatlakoztatva.

10 12. A 6-10. igénypontok bármelyike szerint berendezés azzal jellemezve, hogy a tisztító fokozat kimenete egy biológiailag működő fluidágyas reaktor (21) bemenetére van elvezetve, amelynek a bemenetéhez egy oxigént tartalmazó gázt bevezető szerkezet van

15 csatlakoztatva.