CZ304952B6 - Method of removing volatile organic substances from small water sources by making use of combined pervaporation and microaeration using membranes with nanopores and apparatus for making the same - Google Patents
Method of removing volatile organic substances from small water sources by making use of combined pervaporation and microaeration using membranes with nanopores and apparatus for making the same Download PDFInfo
- Publication number
- CZ304952B6 CZ304952B6 CZ2013-717A CZ2013717A CZ304952B6 CZ 304952 B6 CZ304952 B6 CZ 304952B6 CZ 2013717 A CZ2013717 A CZ 2013717A CZ 304952 B6 CZ304952 B6 CZ 304952B6
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- water
- gas
- volatile organic
- membranes
- microaeration
- Prior art date
Links
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 114
- 239000012528 membrane Substances 0.000 title claims abstract description 68
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 45
- 238000005373 pervaporation Methods 0.000 title claims abstract description 30
- 239000000126 substance Substances 0.000 title claims description 11
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims abstract description 21
- 238000000746 purification Methods 0.000 claims abstract description 18
- 239000012510 hollow fiber Substances 0.000 claims abstract description 12
- 239000011148 porous material Substances 0.000 claims abstract description 10
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 claims abstract description 7
- 230000002209 hydrophobic effect Effects 0.000 claims abstract description 7
- 238000005086 pumping Methods 0.000 claims abstract description 3
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims description 12
- 239000005416 organic matter Substances 0.000 claims description 12
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims description 10
- 239000008213 purified water Substances 0.000 claims description 9
- 238000005202 decontamination Methods 0.000 claims description 5
- 230000003588 decontaminative effect Effects 0.000 claims description 5
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 claims description 4
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 claims description 4
- 239000003039 volatile agent Substances 0.000 claims description 3
- 230000009467 reduction Effects 0.000 claims description 2
- 239000012855 volatile organic compound Substances 0.000 abstract description 29
- 230000000740 bleeding effect Effects 0.000 abstract 1
- 239000012634 fragment Substances 0.000 abstract 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 50
- 239000003570 air Substances 0.000 description 33
- 230000008569 process Effects 0.000 description 23
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 6
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 5
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 4
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 3
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 3
- CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N Ozone Chemical compound [O-][O+]=O CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005273 aeration Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 244000005700 microbiome Species 0.000 description 2
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 description 2
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 2
- 238000001223 reverse osmosis Methods 0.000 description 2
- 239000002594 sorbent Substances 0.000 description 2
- 230000002195 synergetic effect Effects 0.000 description 2
- 239000003463 adsorbent Substances 0.000 description 1
- 239000012080 ambient air Substances 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- 230000001580 bacterial effect Effects 0.000 description 1
- 239000011324 bead Substances 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 239000012159 carrier gas Substances 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000013043 chemical agent Substances 0.000 description 1
- 238000005352 clarification Methods 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 1
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 1
- 239000003651 drinking water Substances 0.000 description 1
- 235000020188 drinking water Nutrition 0.000 description 1
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 1
- 239000000706 filtrate Substances 0.000 description 1
- 239000007792 gaseous phase Substances 0.000 description 1
- 239000003673 groundwater Substances 0.000 description 1
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 239000002480 mineral oil Substances 0.000 description 1
- 235000010446 mineral oil Nutrition 0.000 description 1
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 1
- 239000011368 organic material Substances 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 229920005597 polymer membrane Polymers 0.000 description 1
- 238000010926 purge Methods 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 description 1
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 description 1
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 1
- 238000005201 scrubbing Methods 0.000 description 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 1
- 238000000108 ultra-filtration Methods 0.000 description 1
- 238000004065 wastewater treatment Methods 0.000 description 1
- 239000003643 water by type Substances 0.000 description 1
Landscapes
- Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
Abstract
Description
Způsob odstraňování volatilních organických látek z malých vodních zdrojů pomocí kombinované pervaporace a mikroaerace s použitím membrán s nanopórv a mikropóry a zařízení k provádění tohoto způsobuProcess for removing volatile organic matter from small water sources by combined pervaporation and microaeration using nanoporous and micropore membranes
Oblast technikyTechnical field
Vynález se týká způsobu odstraňování volatilních organických látek z malých vodních zdrojů pomocí kombinované pervaporace a mikroaerace, s použitím membrán s nanopóry a mikropóry a zařízení k provádění tohoto způsobu. Způsob a zařízení slouží k dekontaminaci vod obsahujících jako znečištění těkavé organické látky (VOC).The present invention relates to a process for removing volatile organic matter from small water sources by means of combined pervaporation and microaeration, using nanopore and micropore membranes. The method and apparatus serve for the decontamination of waters containing volatile organic compounds (VOCs) as contamination.
Dosavadní stav technikyBACKGROUND OF THE INVENTION
V praxi jsou známy za účelem odstraňování kontaminace vod způsobené těkavými organickými látkami tři základní techniky.In practice, three basic techniques are known for the elimination of water contamination caused by volatile organic compounds.
První je aerace v aeračních věžích nebo stripování, tedy procesy založené na odpařování polutantu z vody. Tato technika je vhodná pro velké objemy vod a dobře rozpracovaná, avšak v případě malých zdrojů vod je příliš drahá a investičně i provozně náročná. Při použití této metody může také docházet ke kontaminaci vody mikroorganismy z plynného média (nejčastěji vzduchu) používaného v procesu.The first is aeration in aeration towers or stripping, ie processes based on evaporation of pollutant from water. This technique is suitable for large volumes of water and well developed, but in the case of small water sources it is too expensive and expensive to invest and operate. This method may also contaminate water with microorganisms from the gaseous medium (most commonly air) used in the process.
Druhou známou technikou je sorpce na specifických sorbentech, nejčastěji na aktivním uhlí. Tato technika je efektivní a použitelná i pro malé zdroje vod, vyžaduje však periodickou výměnu sorbentu, popřípadě jeho regeneraci, což zdražuje provoz a vynucuje si pro malé provozovatele externí služby. Také zde vzniká problém s bakteriální kontaminací, v tomto případě z biofilmu rostoucího na povrchu aktivního uhlí.The second known technique is sorption on specific sorbents, most often on activated carbon. This technique is effective and usable even for small water sources, but it requires periodic sorbent replacement or its regeneration, which makes the operation more expensive and requires external services for small operators. There is also a problem with bacterial contamination, in this case from biofilm growing on the surface of activated carbon.
Třetí známý způsob zahrnuje různé techniky membránových tlakových separačních procesů (např. ultrafiltrace, reverzní osmóza). Technika reverzní osmózy je sice vhodná i pro malé zdroje vod, avšak je velmi drahá a energeticky náročná. Separace se provádí za pomocí různě konstruovaných modulů - využívá nej častěji plošných membrán nebo svazků membrán ve tvaru dutých vláken.A third known method involves various techniques of membrane pressure separation processes (eg ultrafiltration, reverse osmosis). Although reverse osmosis is suitable for small water sources, it is very expensive and energy intensive. Separation is carried out using variously designed modules - most often using flat membranes or membrane bundles in the form of hollow fibers.
Pervaporace je separační proces, při kterém je kapalná směs dělena pomocí vypařování na membráně. Při separaci dochází k fázové změně jedné z dělených látek z kapalné na plynnou fázi. Během pervaporace se nachází na jedné straně membrány kapalná směs a na druhé straně buď vakuum, nebo nosný plyn. Hnací silou procesuje rozdíl chemických potenciálů dělených látek na opačných stranách membrány. V současné době se při pervaporaci používají téměř výlučně polymemí membrány.Pervaporation is a separation process in which the liquid mixture is separated by evaporation on a membrane. During the separation, a phase change of one of the separated substances from the liquid to the gas phase occurs. During pervaporation, there is a liquid mixture on one side of the membrane and either a vacuum or a carrier gas on the other side. The difference in the chemical potential of the separated substances on opposite sides of the membrane is the driving force. Currently, polymer membranes are used almost exclusively in pervaporation.
Mezi patenty, které řeší podobné problémy jako předkládaný vynález, lze zahrnout např. EP 19940460046, který sice používá systém dutých vláken, avšak dále nemá s předkládaným řešením nic totožného, neboť voda proudí kolem patron, jimiž se prohání ozon. Dalším může být EP 1990/0 460 047, který řeší úpravu vody pomocí membrán, kdy se jedná o opakovaný průchod vody uzavřeným okruhem a vynález spočívá v zařízení, které dodává oxidační plyn (ozon) tvořící mikrobubliny o velikosti, která zajistí turbulenci ošetřované kapaliny, čímž se zabrání zanesení membrány, zvýší se průtok a zlepší se fyzikálně chemické vlastnosti filtrátu. Do okruhu pak lze přidávat chemická činidla nebo adsorbenty. Použití membrán (nano, micro) je známo také z EP 2004/0 775 928, kde je ovšem příčné proudění zajištěné potrubním rozvodem s řídicími prvky. Za nejbližší stav techniky lze považovat „Method of removing organic volatile and semivolatile contaminants from an aqueous solution“ původce Michael J. Semmens, US 4960520. Dokument se zabývá úpravou vody, odstraňováním VOC, pomocí dutých vláken v patroně, s tímPatents that solve similar problems to the present invention include, for example, EP 19940460046, which, although using a hollow fiber system, further has nothing to do with the present solution, since water flows around the ozone purging cartridges. Another may be EP 1990/0 460 047, which deals with the treatment of water by means of membranes where it is a repeated passage of water through a closed circuit and the invention consists in a device that supplies oxidizing gas (ozone) forming microbubbles of a size which ensures turbulence of the treated liquid. thereby avoiding clogging of the membrane, the flow rate is increased and the physico-chemical properties of the filtrate are improved. Chemical agents or adsorbents can then be added to the circuit. The use of membranes (nano, micro) is also known from EP 2004/0 775 928, where, however, transverse flow is ensured by a piping with control elements. The closest prior art can be considered to be "Method of removing organic volatile and semivolatile contaminants from an aqueous solution" by Michael J. Semmens, US 4960520. The document deals with water treatment, VOC removal using hollow fibers in a cartridge, with
- 1 CZ 304952 B6 rozdílem, že je/jsou kontaminant/y odstraňován/y do jiné kapalné fáze, konkrétně do minerálního oleje. Přestože olej celý proces zlevňuje, protože se nemusí odstraňovat VOC ze vzduchu před jeho návratem do atmosféry, jde o průmyslové zařízení určené pro velké objemy vody, což zamezuje jeho využití a zpracování v individuálních zdrojích vody. V dokumentu je užit také pouze pervaporační mechanismus.The difference is that the contaminant (s) is / are removed into another liquid phase, namely mineral oil. Although the oil is cheaper because the VOC does not need to be removed from the air before it is returned to the atmosphere, it is an industrial facility designed for large volumes of water, preventing its use and processing in individual water sources. Only the pervaporation mechanism is also used in the document.
V rámci dosavadního stavu techniky tak není známo žádné zařízení nebo způsob čištění vod za pomocí tzv. hollow-fiber membrán využívající principu kombinace pervaporace a mikroaerace.Thus, no device or method for purifying water using so-called hollow-fiber membranes using the principle of a combination of pervaporation and microaeration is known in the prior art.
Podstata vynálezuSUMMARY OF THE INVENTION
Uvedené nedostatky řeší způsob odstraňování volatilních organických látek z malých vodních zdrojů pomocí kombinované pervaporace a mikroaerace s použitím membrán snanopóry a mikropóry a zařízení k provádění tohoto způsobu podle tohoto vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že kontaminovaná voda s obsahem VOC je z vodního zdroje čerpána přes filtr odstraňující hrubé nečistoty a odtud je následně vedena do jednoho nebo více čisticích modulů, kde je svazek specifických membrán. Tlak plynu musí být o desítky kPa až 0,5 MPa vyšší než je tlak vody, aby nedocházelo k průniku vody do vláken. Proces čištění je řízen regulací tlaku plynu vstupujícího do svazku vláken. Pomocí regulace tlaku plynu lze měnit poměr množství vzduchu vstupujícího do procesu mikroaerace, tedy vzduchu procházejícího skrz póry membrány do kontaminované vody a vzduchu procházejícího uvnitř vláken, vycházejícího z vláken také na výstupu z modulu (pervaporace).The above drawbacks address the method of removing volatile organic compounds from small water sources by combined pervaporation and microaeration using snanopore and micropore membranes and the apparatus of the present invention, wherein the contaminated water containing VOC is pumped from the water source through a coarse dirt filter and from there it is then routed to one or more cleaning modules, where a bundle of specific membranes is present. The gas pressure must be tens of kPa to 0.5 MPa higher than the water pressure in order to prevent water from entering the fibers. The cleaning process is controlled by controlling the pressure of the gas entering the fiber bundle. By controlling the gas pressure, the ratio of the amount of air entering the microaeration process, ie the air passing through the pores of the membrane into the contaminated water and the air passing inside the fibers coming from the fibers also at the outlet of the module (pervaporation) can be varied.
Na pórech membrány dochází, podle jejich velikosti a rozdílu tlaků ve vodě a ve vzduchu, ke dvěma synergickým jevům:There are two synergistic phenomena on the pores of the membrane, depending on their size and the pressure difference in water and air:
a) Na menších pórech dochází ke vzniku hladiny vody, které povrchové napětí brání v protržení, takže nedochází ke vzniku bublinek a k pronikání vzduchu do vody. Difúzními procesy na tomto rozhraní a konvekcí uvnitř proudící vody a proudícího plynu dochází k přechodu těkavé organické látky z vody do plynu a kjeho odnosu vně zařízen. Tato část je pervaporační složkou celého procesu.a) Smaller pores give rise to water levels which prevent surface tension from rupture, so that no bubbles are formed and air does not enter the water. Diffusion processes at this interface and convection inside the flowing water and the flowing gas lead to the volatile organic matter passing from the water to the gas and being carried away from the device. This part is the pervaporating component of the process.
b) Větší póry mají větší poměr povrchu k obvodu, a proto u nich dochází k tomu, že tlak plynu převáží nad povrchovým napětím, nastane protlačení vzduchu na stranu membrány, kde je voda a dojde ke vzniku bublinek ve vodě. Tyto bublinky mají při svém vzniku velikost řádově odpovídající velikosti větších pórů a tudíž velký poměr povrchu k objemu, což umožňuje efektivní difúzi těkavých organických látek dovnitř plynné fáze bublinek a spolu s nimi odchází kontaminant. Tento děj je mikroaerační složkou celého procesu. Mikrobublinky se postupně spojují, stoupají do horní části zařízení, kde se shromažďují. Bublinky cestou ve vodě vodu promíchávají a tím intenzifikují transport polutantu k povrchu membrány, a tím i proces pervaporace. Aby bylo zabráněno vytlačení vody ze zařízení vzduchem z bublin, je vzduch odstraňován vhodným odlučovačem plynu. Intenzitu mikroaerace lze sledovat vizuálně průchodem vzduchu vrstvou kapaliny a kontrolovat pomocí ventilu na výstupu vzduchu z modulu.b) Larger pores have a larger surface to circumference ratio and therefore cause the gas pressure to outweigh the surface tension, forcing air to the side of the membrane where there is water and bubbles in the water. These bubbles have a size of the order of magnitude corresponding to the size of the larger pores and hence a large surface to volume ratio, which allows efficient diffusion of the volatile organic compounds into the gaseous phase of the bubbles, and the contaminant flows along with them. This process is a microaeration component of the process. The microbubbles gradually join, rising to the top of the device, where they collect. Bubbles mix water in the water and intensify the transport of pollutant to the membrane surface and thus the pervaporation process. In order to prevent the air from being bubbled out of the device by air from the bubbles, the air is removed by a suitable gas separator. The intensity of the microaeration can be monitored visually by passing air through the liquid layer and controlled by a valve at the air outlet of the module.
Čisticí proces zařízení spočívá v kombinaci a synergickém působení obou jevů. Kromě toho, že oba procesy fungují nezávisle a jejich účinky se sčítají, bublinky také podporují mícháním procházející vody konvekci a omezují slepování vláken, které by jinak efektivitu dekontaminace snižovalo.The cleaning process of the device consists in the combination and synergistic effect of both phenomena. In addition to the fact that both processes operate independently and their effects add up, the bubbles also promote convection by passing the passing water and reduce fiber sticking, which would otherwise reduce decontamination efficiency.
Vzduch je do zařízení, resp. dílčích modulů, dodáván kompresorem, který si nasává vzduch ze svého okolí. Vzduch je zařízením veden tak, aby protékal modulem zespodu nahoru, kde na výstupu z modulu se reguluje škrticím ventilem. Škrticím ventilem je regulován poměr množství plynu, které projde podél stěny duté membrány (pervaporace) a množství plynu, které dojde skrze stěnu membrány (mikroaerace). Tlak se pomocí ventilu upraví tak, aby probíhala současněAir is injected into the device, resp. modules, supplied by a compressor that sucks air from its surroundings. Air is routed through the device to flow through the module from bottom to top, where it is regulated at the outlet of the module by a throttle valve. The throttle regulates the ratio of the amount of gas that passes along the wall of the hollow membrane (pervaporation) and the amount of gas that passes through the wall of the membrane (microaeration). The pressure is adjusted by means of a valve so that it takes place simultaneously
-2CZ 304952 B6 pervaporace a mikroaerace. Po průchodu plynu modulem se plyn (již s obsahem VOC) vyvede dvěma cestami: první cesta vede přes škrticí ventil, druhá přes automatický odvzdušňovací ventil nad odlučovačem plynu. Plyn se ze zařízení odvede potrubím. Případná voda vzniklá kondenzací z odváděného plynuje odlučována v sifonu.Pervaporation and microaeration. After passing the gas through the module, the gas (already containing VOC) is discharged in two ways: the first through the throttle valve, the second through the automatic air vent above the gas separator. The gas is removed from the plant via a pipe. Any water produced by condensation from the exhaust gas is separated in the siphon.
Zařízení k odstraňování volatílních organických látek z malých vodních zdrojů pomocí kombinované pervaporace a mikroaerace s použitím membrán s nanopóry a mikropóry, se skládá z vnějšího pláště s kostrou, kompresoru pro dodávku plynu, vlastního čisticího modulu, odlučovače vzduchu a škrticích a uzavíracích ventilů podle tohoto vynálezu.Apparatus for removing volatile organic matter from small water sources by combined pervaporation and microaeration using nanoporous and microporous membranes, consists of an outer casing with a skeleton, a gas supply compressor, a scrubber module, an air separator, and throttle and shut-off valves according to the invention .
Klíčovou částí je čisticí modul, který tvoří svazek svisle orientovaných hydrofobních membrán ve tvaru dutých vláken opatřených póry o alespoň dvou různých velikostech v rozmezí 10 až 500 nanometrů, které dovolí, aby proběhl proces pervaporace a současně mikroaerace. Svazek je umístěn v podélné ose válcovité úzké nádoby, nejlépe trubici o průměni jen málo větším než je průměr svazku, aby byl maximalizován styk mezi čištěnou vodou a membránami. Okolo svazku membrán proudí voda a uvnitř vláken plyn (typicky vzduch).A key part is a cleaning module that forms a bundle of vertically oriented hydrophobic hollow fiber membranes with pores of at least two different sizes ranging from 10 to 500 nanometers to allow pervaporation and microaeration simultaneously. The bundle is located along the longitudinal axis of the cylindrical narrow vessel, preferably a tube with a diameter of only slightly greater than the diameter of the bundle, in order to maximize contact between the purified water and the membranes. Water flows around the bundle of membranes and gas (typically air) flows inside the fibers.
Kontaminovaná voda s obsahem VOC je z vodního zdroje čerpána přes filtr odstraňující hrubé nečistoty a odtud je následně vedena do jednoho nebo více čisticích modulů, kde je svazek specifických membrán. Tlak plynu musí být o desítky kPa až 0,5 MPa vyšší než je tlak vody, aby nedocházelo k průniku vody do vláken. Proces čištění je řízen regulací tlaku plynu, vstupujícího do svazku vláken. Pomocí regulace tlaku plynu lze měnit poměr množství vzduchu vstupujícího do procesu mikroaerace, tedy vzduchu procházejícího skrz póry membrány do kontaminované vody a vzduchu procházejícího uvnitř vláken, vycházejícího z vláken také na výstupu z modulu (pervaporace).Contaminated VOC-containing water is pumped from the water source through a coarse dirt filter and is then routed to one or more purification modules, where a bundle of specific membranes is present. The gas pressure must be tens of kPa to 0.5 MPa higher than the water pressure in order to prevent water from entering the fibers. The cleaning process is controlled by controlling the pressure of the gas entering the fiber bundle. By controlling the gas pressure, the ratio of the amount of air entering the microaeration process, ie the air passing through the pores of the membrane into the contaminated water and the air passing inside the fibers coming from the fibers also at the outlet of the module (pervaporation) can be varied.
Celková účinnost modulu se pohybuje v desítkách procent celkové kontaminace VOC a závisí na těkavosti konkrétní odstraňované látky, kdy sloučeniny s větší těkavostí a větší Henryho konstantou jsou odstraňovány efektivněji. Částečný únik vzduchu z dutých vláken jejich stěnami (membránami) také působí jako autoregulace tlaku, takže při fluktuaci tlaku vody nebo plynné fáze dochází postupně k zapojení menší nebo větší délky vláken do mikroaerace.The overall efficiency of the module is tens of percent of the total VOC contamination and depends on the volatility of the particular substance being removed, with compounds with greater volatility and greater Henry's constant being removed more efficiently. Partial air leakage from the hollow fibers through their walls (membranes) also acts as self-regulating of the pressure, so that as the pressure of the water or gas phase fluctuates, a smaller or greater length of the fibers is gradually integrated into the microaeration.
Zařízení, v případě vysokých koncentrací organických těkavých látek ve vodě, obsahuje větší počet čisticích modulů zapojených v řadě za sebou (sériově), popřípadě při potřebě zvýšení průtoku vody, při zachování účinnosti zařízení, obsahuje další moduly zapojené paralelně.The device, in the case of high concentrations of organic volatiles in water, contains a plurality of purification modules connected in series (serially), or, if the water flow needs to be increased, while maintaining the efficiency of the device, it contains further modules connected in parallel.
Jiným příkladem provedení je uspořádání zařízení, kdy je využito externího rezervoáru pro vyčištěnou vodu, pro dekontaminaci vody při snížené rychlosti proudění vody kolem vláken, která zvyšuje účinnost separace, kdy odlučovač plynu má v tomto uspořádání podobu několikalitrového rezervoáru vody. Dalším příkladem provedení je způsob, kdy odlučovač plynu může mít podobu ventilu ovládaného plovákem.Another exemplary embodiment is an arrangement of an apparatus using an external purified water reservoir for decontamination of water at a reduced water flow rate around the fibers, which increases the separation efficiency, wherein the gas separator takes the form of a multi-liter water reservoir. Another exemplary embodiment is a method where the gas separator may take the form of a float operated valve.
Při fluktuaci koncentrace kontaminantu nebo požadovaného množství čištěné vody lze systém přepínat mezi provozem v režimu synergie pervaporace a mikroaerace při velkých nárocích na dekontaminaci a mezi úsporným systémem pouhé pervaporace při snížených požadavcích. Přepnutí režimu se realizuje snížením přetlaku uvnitř dutých vláken.With fluctuation of contaminant concentration or required amount of purified water, the system can be switched between pervaporation and microaeration synergy operation with high decontamination demands and between a mere pervaporation economy system with reduced requirements. Mode switching is accomplished by reducing the overpressure inside the hollow fibers.
Zařízení na čištění vody je primárně vyrobeno pro možnost pevného připojení pomocí potrubí. Komponenty pro přívod a odvod vody, stejně jako pro přívod a odvod plynu, jsou tvořeny hadicemi, potrubím nebo jiným vhodným materiálem.The water purification device is primarily made for fixed connection by piping. The water inlet and outlet components as well as the gas inlet and outlet components consist of hoses, pipes or other suitable material.
Výhodou předkládaného způsobu a zařízení k provádění tohoto způsobuje použitelnost a efektivita pro malé zdroje vod, například zdroje pro rodinné domky, penziony nebo malé provozovny. Dochází ke zvýšení efektivity odstraňování těkavých organických látek svnergickým působením pervaporace a mikroaerace. Předkládané řešení umožňuje flexibilitu celého systému jak s ohle-3CZ 304952 B6 dem na stupeň kontaminace, tak s ohledem na množství čištěné vody. Této flexibility je dosaženo použitím dílčích modulů zapojených sériově nebo paralelně. V neposlední řadě dochází díky malým rozměrům pórů k zabránění kontaminace vody mikroorganismy z okolního ovzduší při čisticím procesu.An advantage of the present method and apparatus for carrying out this method is the usability and efficiency for small water sources, for example, for family houses, boarding houses or small establishments. There is an increase in the efficiency of the removal of volatile organic compounds due to the pervaporation and microaeration effect. The present solution allows the flexibility of the entire system both with regard to the degree of contamination and with respect to the amount of purified water. This flexibility is achieved by using sub-modules connected in series or in parallel. Last but not least, due to the small size of the pores, the contamination of water by microorganisms from the ambient air during the cleaning process is prevented.
Objasnění výkresůClarification of drawings
Vynález bude blíže osvětlen pomocí výkresů, kdy obrázek 1 znázorňuje průběh procesů pervaporace a mikroaerace probíhající na stěně membrány (resp. vlákna), obrázek 2 zobrazuje modul se svazkem membrán tvořených dutými vlákny, obrázek 3 prezentuje základní uspořádání zařízení a obrázek 4 alternativní uspořádání zařízení.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 illustrates the process of pervaporation and microaeration processes on the membrane wall, FIG. 2 shows the hollow fiber membrane module, FIG. 3 shows the basic configuration of the device, and FIG.
Příklady uskutečnění vynálezuDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Způsob odstraňování volatilních organických látek (VOC) z malých vodních zdrojů pomocí kombinované pervaporace a mikroaerace s použitím membrán s nanopóry a mikropóry, probíhá tak, že do zařízení 4 na čištění vody voda vstupuje vstupem 3 a vtéká ve spodní části do modulu 6 se svazkem 2 hydrofobních membrán I ve tvaru dutých vláken, které jsou opatřeny nanopóry 16 a mikropóry 17 o alespoň dvou velikostech v rozmezí 10 až 500 nanometrů, kdy kolem svazku 2 hydrofobních membrán 1 proudí voda kontaminovaná organickými těkavými látkami. Vnitřní tlak plynu přivedený dovnitř vláken membrán I se upraví na takový tlak, aby byl o desítky kPa až 0,5 MPa vyšší než je tlak vody. Vzduch z membrán 1 začne pronikat do vody pomocí nanopórů 16 a těkavé organické látky se naváží na plyn a jsou odvedeny mimo čisticí modul 6 do odlučovače plynu 7, z něhož se plyn odvádí přes automatický odvzdušňovací ventil 13 výstupem 14. Pomocí mikropórů 17 na membránách i difundují těkavé organické látky do membrán 1 a následně jsou tyto kontaminanty odvedeny přes regulační ventil ϋ výstupem 14 mimo zařízení 4. Rozdělení vzduchu na prevaporaci a mikroaeraci se reguluje pomocí regulačního ventilu 1_1. Voda zbavená těkavých organických látek se vede výstupem 18 z modulu 6 přes odlučovač plynu 7 k výstupu 5 a dále mimo zařízení 4.A method for removing volatile organic compounds (VOCs) from small water sources by means of combined pervaporation and microaeration using nanoporous and microporous membranes, proceeds by introducing water into the water purification device 4 through the inlet 3 and flowing into the bead module 6 at the bottom. hollow fiber-shaped hydrophobic membranes I having nanopores 16 and micropores 17 of at least two sizes ranging from 10 to 500 nanometers, wherein water contaminated with organic volatiles flows around the bundle 2 of hydrophobic membranes 1. The internal pressure of the gas introduced into the fibers of the membranes I is adjusted to such a pressure that it is tens of kPa to 0.5 MPa higher than the water pressure. The air from the membranes 1 starts to penetrate into the water by means of nanopores 16 and the volatile organic substances are bound to the gas and are discharged outside the purification module 6 to the gas separator 7 from which gas is discharged via the automatic air vent 13 through the outlet 14. they diffuse the volatile organic matter into the membranes 1 and then these contaminants are discharged through the control valve ϋ through the outlet 14 outside the device 4. The distribution of the air for pre-evaporation and microaeration is controlled by the control valve 11. The VOC-free water is led through the outlet 18 of the module 6 through a gas separator 7 to the outlet 5 and further away from the device 4.
Způsob odstraňování volatilních organických látek probíhá také tak, že po průtoku vody čisticím modulem 6 se voda vede do dalších čisticích modulů 6 zapojených buď paralelně, nebo sériově.The process for removing volatile organic matter also proceeds by passing water through the purification module 6 to the water to further purification modules 6 connected either in parallel or in series.
Způsob odstraňování volatilních organických látek má odlučování kontaminovaného plynu řízeno pomocí ventilu ovládaného plovákem.The method of removing volatile organic matter has the separation of contaminated gas controlled by a float operated valve.
Způsob odstraňování volatilních organických látek se provádí tak, že vyčištěná voda je vedena do externího rezervoáru, při využití možnosti cíleného snížení rychlosti proudění vody kolem membrán I, ve svazku 2 membrán 1.The process for removing volatile organic substances is carried out by passing purified water to an external reservoir, using the possibility of a targeted reduction of the water flow rate around the membranes I, in the bundle 2 of the membranes 1.
Zařízení 4 k odstraňování volatilních organických látek (VOC) z malých vodních zdrojů pomocí kombinované pervaporace a mikroaerace s použitím membrán s nanopóry 16 a mikropóry 17, sestává z kompresoru 9 pro čerpání plynu, vstupu 3 vody, vlastního čisticího modulu 6, ventilů li a 13, a odlučovače 7 plynu. Modul 6 sestává ze svazku 2 membrán i, kdy jednotlivá vlákna membrán i obsahují nanopóry J_6 a mikropóiy Γ7.Apparatus 4 for removing volatile organic compounds (VOCs) from small water sources by combined pervaporation and microaeration using nanopore 16 and micropore 17 membranes, consists of a gas pumping compressor 9, a water inlet 3, a scrubbing module 6, valves 11 and 13. and gas separators 7. The module 6 consists of a bundle 2 of membranes 1, wherein the individual fibers of the membranes 1 comprise nanopores 16 and micropores 17.
Do zařízení 4 na čištění vody voda vstupuje ústřední trubkou 3 a vtéká ve spodní části do modulu 6 se svazkem 2 membrán i. Průtočné množství čištěné vody lze regulovat pomocí ventilu na výstupu 5 vody ze zařízení 4 na čištění vody. Uvnitř jednotlivých vláken membrán i svazku 2 membrán i proudí plyn, vháněný kompresorem 9. Voda se v čisticím modulu 6 nasytí plynem, který po průchodu mikropóry 17 stoupá vodou vzhůru, a přitom do něj difundují těkavé organické látky. Voda z čištěného modulu 6 vtéká výstupem 18 do odlučovače plynu 7, kde se za pomocí automatického odvzdušňovacího ventilu 13 zbaví kontaminovaného plynu a je vypuštěnaIn the water purification device 4, water enters through the central tube 3 and flows into the module 6 with the membrane bundle 2 at the bottom. The flow rate of purified water can be regulated by means of a valve at the water outlet 5 of the water purification device 4. Within the individual fibers of the membranes and the membrane bundle 1, the gas injected by the compressor 9 flows. The water in the cleaning module 6 is saturated with a gas which, after passing through the micropore 17, rises upwardly, while volatile organic substances diffuse into it. The water from the cleaned module 6 flows through the outlet 18 into the gas separator 7, where it is free of contaminated gas by means of the automatic air vent 13 and is discharged
-4CZ 304952 B6 výstupem 5. Tento proces se nazývá mikroaerace. Současně probíhá v modulu 6 i druhý proces, pervaporace, kdy na fázovém rozhraní mezi vodou a vzduchem v nanopórech 16 svazku 2 membrán i difundují těkavé organické látky do plynu procházejícího uvnitř jednotlivých vláken membrán I, kdy nedochází ke vzniku bublinek a pronikání vzduchu do vody, ale difuzními procesy na tomto rozhraní dochází k přechodu těkavé organické látky z vody do plynu (vzduchu), který VOC odvádí výstupem 14 vně zařízení 4.This process is called microaeration. At the same time, a second pervaporation process takes place in module 6, at which the volatile organic matter diffuses at the gas-air interface in the nanopores 16 of the membrane bundle 2 and diffuses into the gas passing through the individual fibers of the membrane I, avoiding bubbles and air penetration. but by diffusion processes at this interface, the volatile organic material is transferred from water to gas (air), which is discharged by the VOC via outlet 14 outside the device 4.
Vstupním potrubím 8 je plyn nasáván kompresorem 9, od kterého je plyn veden přívodem 10 do spodní části čisticího modulu 6 tak, aby protékal čisticím modulem 6 zespodu nahoru, kde na výstupu z modulu 6 se reguluje ventilem 11, kterým je upravován poměr množství plynu, který projde podél stěny duté membrány 1 při pervaporaci a množství plynu, který projde skrze stěnu membrány i mikropóry 17 při mikroaeraci. Tlak vzduchu se pomocí ventilu J_J_ upraví tak, aby probíhala současně pervaporace a mikroaerace. Po průchodu plynu čisticím modulem 6 se plyn již s obsahem VOC vede dvěma cestami: první cesta vede přes regulační ventil 11, druhá přes automatický odvzdušňovací ventil 13 na odlučovači plynu 7. Plyn s obsahem VOC se ze zařízení odvede výstupem 14. Případná kapalná voda, která může být obsažená v odváděcím plynu, je odlučována v sifonu 12. Plyn z vnějšího okolí kompresoru 9 může procházet přes otvory v desce 15, na které je umístěn kompresor 9 a napomáhá tak separaci VOC z okolí zařízení 4. Nejdostupnějším plynným médiem je pro proces čištění používán vzduch.Through the inlet pipe 8 the gas is sucked in by the compressor 9, from which gas is led through the inlet 10 to the bottom of the scrubber module 6 so that it flows through the scrubber module 6 from below upwards. which passes along the wall of the hollow membrane 1 during pervaporation and the amount of gas that passes through the membrane wall as well as the micropores 17 during microaeration. The air pressure is adjusted by means of the valve 11 so that pervaporation and microaeration take place simultaneously. After passing the gas through the purification module 6, the VOC-containing gas is already passed in two ways: the first through the control valve 11, the second through the automatic air vent 13 on the gas separator 7. The VOC-containing gas is discharged from the device via outlet 14. The gas from the outside of the compressor 9 can pass through openings in the plate 15 on which the compressor 9 is located to assist the separation of the VOCs from the surroundings of the device 4. The most accessible gaseous medium is for the process air cleaning used.
V případě vysokých koncentrací VOC ve vodě se provede modifikace zařízení 4 tím způsobem, že se přidají čisticí moduly 6 zapojené v řadě za sebou (sériově). V případě potřeby zvýšení průtoku vody, při zachování účinnosti zařízení 4, se zapojí moduly 6 paralelně. Sériově a paralelní zapojení lze dle potřeby libovolně kombinovat.In the case of high VOC concentrations in the water, the device 4 is modified by adding the purification modules 6 connected in series (in series). If there is a need to increase the water flow while maintaining the efficiency of the device 4, the modules 6 are connected in parallel. Series and parallel connection can be combined as required.
Odlučovač plynu 7 může mít také podobu ventilu ovládaného plovákem. Zařízení 4 k čištění vody může být uspořádáno s využitím externího rezervoáru pro vyčištěnou vodu. Toto uspořádání oproti předchozí variantě umožňuje dekontaminaci vody při snížené rychlosti proudění vody kolem svazku 2 membrán 1, což zvyšuje účinnost separace. Odlučovač plynu 7 má v tomto uspořádání podobu několikalitrového rezervoáru vody.The gas separator 7 may also take the form of a float operated valve. The water purification device 4 may be arranged using an external reservoir for purified water. This arrangement, compared to the previous variant, allows the water to be decontaminated at a reduced water velocity around the bundle 2 of the membranes 1, which increases the separation efficiency. In this arrangement, the gas separator 7 takes the form of a multi-liter water reservoir.
Komponenty pro přívod a odvod vody, stejně jako pro přívod a odvod plynu, jsou tvořeny hadicemi, potrubím nebo jiným vhodným materiálem pro styk s vodou. Zařízení 4 na čištění vody je primárně vyrobeno pro možnost pevného připojení pomocí potrubí.The water inlet and outlet components as well as the gas inlet and outlet components consist of hoses, pipes or other suitable material for contact with water. The water purification device 4 is primarily made to be able to be fixed by pipeline.
Průmyslová využitelnostIndustrial applicability
Vynález lze využít pro čištění podzemních vod včetně pitných, čištění odpadních vod, úpravu technologických vod a získávání těkavých organických látek z roztoků.The invention can be used for groundwater treatment including drinking water, wastewater treatment, process water treatment and recovery of volatile organic compounds from solutions.
Claims (9)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2013-717A CZ2013717A3 (en) | 2013-09-18 | 2013-09-18 | Method of removing volatile organic substances from small water sources by making use of combined pervaporation and microaeration using membranes with nanopores and apparatus for making the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2013-717A CZ2013717A3 (en) | 2013-09-18 | 2013-09-18 | Method of removing volatile organic substances from small water sources by making use of combined pervaporation and microaeration using membranes with nanopores and apparatus for making the same |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CZ304952B6 true CZ304952B6 (en) | 2015-02-04 |
| CZ2013717A3 CZ2013717A3 (en) | 2015-02-04 |
Family
ID=52435066
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CZ2013-717A CZ2013717A3 (en) | 2013-09-18 | 2013-09-18 | Method of removing volatile organic substances from small water sources by making use of combined pervaporation and microaeration using membranes with nanopores and apparatus for making the same |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CZ (1) | CZ2013717A3 (en) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4960520A (en) * | 1989-07-14 | 1990-10-02 | The Regents Of The University Of Minnesota | Method of removing organic volatile and semi-volatile contaminants from an aqueous solution |
| EP1631370A2 (en) * | 2003-05-02 | 2006-03-08 | Cuno Incorporated | Crossflow filtration system with quick dry change elements |
| CZ26196U1 (en) * | 2013-09-18 | 2013-12-09 | Vysoká Škola Báňská - Technická Univerzita Ostrava | Device for removing volatile organic compounds from small water resources by means of combined pervaporation and microaeration using membranes with nanopores and micropores |
-
2013
- 2013-09-18 CZ CZ2013-717A patent/CZ2013717A3/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4960520A (en) * | 1989-07-14 | 1990-10-02 | The Regents Of The University Of Minnesota | Method of removing organic volatile and semi-volatile contaminants from an aqueous solution |
| EP1631370A2 (en) * | 2003-05-02 | 2006-03-08 | Cuno Incorporated | Crossflow filtration system with quick dry change elements |
| CZ26196U1 (en) * | 2013-09-18 | 2013-12-09 | Vysoká Škola Báňská - Technická Univerzita Ostrava | Device for removing volatile organic compounds from small water resources by means of combined pervaporation and microaeration using membranes with nanopores and micropores |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CZ2013717A3 (en) | 2015-02-04 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2494047C2 (en) | Ecological technique for hybrid microbiological regulation for cooling tower | |
| US20170274325A1 (en) | Water treatment method | |
| AU2012248472A1 (en) | Method for cleaning membrane module | |
| JP2017527441A5 (en) | ||
| WO2014148580A1 (en) | Fresh water production process | |
| KR101118510B1 (en) | Underground water purification device | |
| KR101772913B1 (en) | Mobile apparatus for water treatment | |
| JP5458950B2 (en) | Treatment method of wastewater containing oil | |
| KR101620794B1 (en) | The water purifying device | |
| JP2008279335A (en) | Apparatus and method for water reclamation | |
| JP2007125507A (en) | Method and apparatus for treating oil-containing waste water such as bilge waste water | |
| CZ26196U1 (en) | Device for removing volatile organic compounds from small water resources by means of combined pervaporation and microaeration using membranes with nanopores and micropores | |
| JP2007209949A (en) | Filtrate recovery device of solid-liquid mixed/processed liquid | |
| CZ304952B6 (en) | Method of removing volatile organic substances from small water sources by making use of combined pervaporation and microaeration using membranes with nanopores and apparatus for making the same | |
| JP4839912B2 (en) | Purification method of contaminated water | |
| JP4844825B2 (en) | Sewage treatment plant at satellite treatment plant | |
| WO2013172241A1 (en) | Water treatment device and method | |
| JP2008030009A (en) | Method and apparatus for purifying polluted waste water | |
| JP2013215638A (en) | Ammonia treatment apparatus | |
| KR101334651B1 (en) | Apparatus for water purification without water storage tank and method for water purification using the same | |
| JP5918033B2 (en) | Method and apparatus for treating wastewater containing oil | |
| WO2012157668A1 (en) | Filtration apparatus and method for washing filtration apparatus | |
| JP4379147B2 (en) | Water treatment apparatus and water treatment method | |
| KR100983312B1 (en) | Apparatus for reusing sewage waste water using separation membrane and ozone | |
| KR20030021022A (en) | A sewage water treatment system and method, using activated carbon fiber |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | Patent lapsed due to non-payment of fee |
Effective date: 20230918 |