DK166939B1 - Fremgangsmaade og anlaeg til behandling af vaesker, isaer oxygen-berigelse af vand - Google Patents

Description

i DK 166939 B1

Den foreliggende opfindelse angår en fremgangsmåde og et anlæg til behandling af væsker, især oxygen-berigelse af vand, som benyttes til sådanne formål som fiskeopdræt og lignende.

5 I vandige omgivelser til sådanne formål er det vigtigt at råde over rent vand, som har et højt indhold af oxygen, og som er af høj kvalitet. Det har hidtil været sædvane at gennemblæse vandet med oxygen for at holde indholdet 10 af oxygen inden for et område fra 80 til 100% mætning. Imidlertid har det for nylig vist sig, at det er en fordel at forøge oxygenindholdet til en overmætning på mellem 120 og 250%. En sådan overmætning forøger væksthastigheden væsentligt og gør det endvidere muligt at opnå 15 en højere grad af udnyttelse af et givet opdrætsvolumen.

I stedet for at anvende almindelig luft eller en oxy-genholdig gas til berigelse af vandet er det også sædvane at anvende rent oxygen, eftersom dette resulterer i en mindre grad af forurening og en højere effekt.

20

Det er ligeledes vigtigt, at der ikke forekommer nogen overmætning med nitrogen i vandet. Allerede ved en overmætning på 3-6% er der en risiko for, at fiskene vil kvæ les. Dette kan være kritisk, især hvis man anvender op-25 varmet vand ved fiskeopdrættet, eftersom størrelsen af gasmætningen i vandet vil aftage med stigende vandtemperatur .

Som følge heraf er det af lige så stor betydning af til-30 vejebringe et lavt indhold af nitrogen (og om fornødent reducere indholdet af nitrogen gennem behandling af vandet) som at sikre et tilstrækkeligt højt indhold af oxygen.

35 Fra US patentskrift nr. 4 116 164 kendes en fremgangsmåde til at forøge indholdet af oxygen i vandet i et reservoir til fiskeopdræt, hvorved en oxygenholdig gas, der inde- DK 166939 B1 2 holder mindst 25 volumen-% oxygen, introduceres i vandreservoiret, og hvor gassen bobles igennem vandet og fordeles i dette, således at der opretholdes et totalt niveau af opløst oxygen på mindst 120% overmætning i forhold til 5 omgivelsestrykket og omgivelsestemperaturen. Dette kræ ver, at der anvendes et overskud af gas. Den mængde af gassen, som ikke dispergeres i vandet og opløses i dette, vil stige op til vandoverfladen, hvor den opsamles ved hjælp af en gasklokke eller lignende. Efter rensning og 10 tilsætning af frisk oxygen recirkuleres gassen til vandreservoiret .

En sådan metode er imidlertid behæftet med et antal ulemper. De opstigende gasbobler vil skabe en form for ud-15 slyngningsvirkning, som vil fremkalde kontaminering p.g.a. en opstigning af ekskrementer fra bunden. Den lavere specifikke vægt af vandet i det område, hvor gasboblerne stiger op, giver et formindsket volumen til udnyttelse, fordi både fisk og fiskeyngel vil søge at undgå 20 det område, hvor boblerne stiger op. Den vandmængde, som er tilgængelig, er ofte en kritisk faktor, i særdeleshed når der er begrænsede udnyttelige vandmængder til rådighed.

25 Med den foreliggende opfindelse tilvejebringes en forbedret fremgangsmåde til vandbehandling og oxygen-berigelse, som ikke er behæftet med disse ulemper. Det er således et formål med opfindelsen at tilvejebringe en fremgangsmåde, hvor man undgår gasbobler i vandreservoiret, og hvor der 30 er frihed med hensyn til at behandle frisk vand og/eller recirkuleret vand med henblik på optimal temperaturkontrol og/eller vandfornyelse.

Det er endvidere et formål med opfindelsen at tilveje-35 bringe en fremgangsmåde, som tillader en høj grad af overmætning af det behandlede vand, samtidigt med, at mængden af nitrogen og andre forureninger i vandet holdes DK 166939 B1 3 på et lavt niveau.

Vandets evne til at absorbere gas vil stige proportionalt med forøgelsen af vandtrykket.

5

Med den foreliggende opfindelse bliver det muligt at tilføre oxygen under et vandtryk på adskillige atmosfærer, således at man har næsten fuldstændig frihed til at vælge graden af oxygen-overmætning af det cirkulerende vand op 10 til flere hundrede procent.

Disse formål opnås ved fremgangsmåden ifølge opfindelsen, som er ejendommelig ved det i krav l's kendetegnende del anførte, og ved hjælp af det omhandlede anlæg, som er 15 ejendommeligt ved det i den kendetegnende del af krav 6 anførte. I det følgende beskrives opfindelsen i detaljer under henvisning til den medfølgende tegning, hvor fig. 1 viser et skematisk strømskema for en behandlings-20 enhed beregnet til en stor dam til fiskeopdræt, fig. 2 viser det samme skematiske strømskema tilføjet en rensningsenhed, 25 fig. 3 viser en central behandlingsenhed beregnet til at føre oxygen-beriget vand til et stort antal mindre beholdere eller bassiner til fiskeopdræt, og fig. 4 viser et foretrukkent to-trinssystem.

30 På fig. 1 ses en pumpe 1, som indtager vand fra en ferskvandskilde 7 og/eller fra en fiskedam 8.

Vandstrømmen sammenføres med en strøm af rent oxygen, som 35 indføres fra en oxygentank 4, der indeholder flydende oxygen. Det flydende oxygen ledes igennem en fordamper 15 i et strømningssystem, der danner et recirkulationskreds- DK 166939 B1 4 løb. Dette består af rørledninger 9, en anordning 2 til oxygen-berigelse, hvori vand og oxygen blandes til dannelse af en turbulent, skummende gas/væske-strøm, og en gas/væske-separator 3, hvori gas og væske separeres. Gas-5 blandingen fra separatoren, som på dette sted ud over oxygen også kan indeholde andre forureninger, såsom nitrogen og carbondioxid, recirkuleres ved hjælp af en kompressor 6. For at forhindre en ophobning af større mængder nitrogen^gas og andre forureninger er systemet forsy-10 net med en udledningsanordning 10, i det følgende benævnt en udtagningsventil 10, hvorigennem en del af den forurenede gasblanding blæses ud under kontrollerede betingelser.

15 Fig. 2 viser en vandbehandlingsenhed, der svarer til den på fig. 1 viste enhed, men hvor der sker en delvis udvinding af oxygen fra udledningsgassen ved hjælp af en membranseparator eller en såkaldt "pressure swing separator (PSA)", hvori man benytter et absorptionsmiddel til at 20 fraseparere oxygen. På denne måde udnytter man en større del af det oxygen, som tilføres fra oxygentanken 4.

Såfremt det ønskes, er det også muligt at fremstille oxygen ud fra atmosfærisk luft, som føres til en "pressure 25 swing separator". Denne vil erstatte den viste oxygenkilde 4. Røret 11 kan derefter anvendes til indføring af luft. Dette betyder, at det er nødvendigt at anvende en væsentligt større og dyrere PSA-separator. Hvilken af disse eller de andre mulige løsninger, som bør vælges, er 30 imidlertid primært et spørgsmål om omkostninger. For at muliggøre en højere grad af overmætning af vandet er det endvidere muligt at foretage tilledningen af gas ved forhøjet tryk. Til at etablere et sådant forhøjet tryk er systemet forsynet med en ventil 17. Vandstrømmen kan be-35 kvemt recirkuleres igennem behandlingsenheden. Dette gøres ved hjælp af rørforbindelsen 12, som er vist på fig.

1.

DK 166939 B1 5

Fig. 3 viser et arrangement, hvormed man kan lede oxygen-beriget vand til et antal opdrætsbassiner 1-8. Dette arrangement illustrerer, at systemet er velegnet til an-5 vendelse i form af en mobil central enhed, som kan monteres på en bevægelig ramme eller en sliske (ikke vist på tegningen) og transporteres til det sted, hvor den tænkes anvendt.

10 Vand med et normalt indhold af oxygen ledes under tryk ind i enheden 2 til oxygen-berigelse sammen med cirkulerende oxygen-gas, som tilvejebringes ved hjælp af en kompressor 6. Tanken 4 med flydende oxygen leverer gas til kompressoren sammen med recirkuleret gas fra gas/væske-15 separatoren 3. Med henblik på at reducere indholdet af nitrogen er der anbragt en udtagningsventil 10 i umiddelbar nærhed af denne gasstrøm. Vand med et højt indhold af oxygen og et lavt indhold af nitrogen udtages fra bunden af væske/gas-separatoren 3 og føres til et antal bassiner 20 ved hjælp af et pumpe- og rørsystem 13, 14. Systemet omfatter endvidere en separat vandforsyning 15 til tilfø-ring af vand med et normalt oxygenindhold, idet det herved bliver muligt at kontrollere oxygenindholdet og temperaturen individuelt i de enkelte bassiner.

25 På fig. 4 ses et to-trinssystem, hvori det første trin er forsynet med en udtagningsventil 10, som benyttes til at reducere indholdet af nitrogen. Det andet trin benyttes til den endelige oxygen-berigelse. Tegningerne antages at 30 være umiddelbart forståelige. De forskellige komponenter i systemet vist på fig. 4 har de samme referencenumre som anvendt tidligere i forbindelse med systemet vist på figurerne 1-3.

35 Som det vil fremgå af de følgende eksempler på et system i et enkelt trin og et system i to trin, hvor systemet i to trin har en nitrogen-reduktion, der er begrænset til DK 166939 B1 6 det første trin, opnår man en væsentligt forøget udnyttelse af det tilgængelige oxygen.

Den totale mængde gas, som cirkulerer igennem kompres-5 soren 6 og berigelsesanordningen 2, har ingen indflydelse på det endelige forbrug af oxygen, men den er vigtig for at skabe en turbulent strømning i vand/gas-behandlings-zonen, og derfor har den indflydelse på berigelsesanordningens effektivitet. I de nedenstående beregningseksemp-10 ler er de gasmængder, som cirkuleres, derfor ikke inkluderet .

Beregningseksempel 1: System i ét trin 3 15 a) Vand ind: 1000 m /time 3 0_-indhold : 7 ppm ): 5 Nm /time ^ 3 N^-indhold : 18 ppm ): 15 Nm /time b) Vand ud: 1000 m^/time 3 20 0_-indhold : 25 ppm ): 18 Nm /time Z 3 N2-indhold : 10 ppm ): 8 Nm /time c) Gassammensætning i separatoren: O2 : 69% (volumen) 25 N2 : 31% (volumen) d) Udtag: N0, som fjernes: 15-8 = 7 Nm^/time z 3

Totalt udtag: 7/0,31 = 22,6 Nm /time 3 ): heraf (tab): 15,6 Nm /time 30 e) Nødvendig 02~tilførsel fra tank: 18 + 15,6 - 5 = 28,6 Nm^/time f) Konklusioner: 3 35 1. 02~berigelse af vand: 18-5 = 13 Nm /time ): 02~indhold i udgående vand: 25 ppm O2-overmætning: 260% 3 DK 166939 B1 7 2. ^-reduktion i vand: 7 Nm /time ): -mætning: 56% 5 3. Udnyttelse af tilført 02 fra tank: 28,6 - 15,6 - . 100 = 45,4% 28,6 *0 Beregningseksempel 2: System i to trin a) Vand ind: 1000 m^/time 3 O^-indhold: 7 ppm ): 5 Nm /time ^ 3 N2~indhold: 18 ppm ): 15 Nm /time 15 b) Første trin (N9-reduktion) Δ 3

Og tilført fra tank: 8 Nm /time Gassammensætning i berigelsesanordning: 3 02: 5 + 8 = 13 Nm /time = 46,4% (volumen) 30 N«: 15 Nm^/time = 53,6% (volumen) Å 3

Udtag: N9, som skal fjernes: 7 Nm /time z 3

Totalt udtag: 13 Nm /time 3 ): heraf 02 (tab): 6 Nm /time Nødvendigt tryk i separator ca. 0,5 bar abs.

25 c) Andet trin (0,-berigelse) z 3

Vand ind: 1000 m /time 3 0o-indhold: 7 Nm /time Δ 3 N2~indhold: 8 Nm /time 02 tilført fra tank: 18-7 = 11 Nm^/time

Vand ud: 1000 m^/time 0~-indhold: 18 Nm^/time z 3 N9-indhold: 8 Nm /time 35 DK 166939 B1 8 d) Konklusioner: 02~berigelser og -reduktion af vand som i beregningseksempel 1.

Totalt tilført 0- fra tank: 5 8 + 11 = 19 Nm /time

Udnyttet 09 fra tank: 19-6 - = 68,4% 19

Forskellen i effektivitet imellem et to-trinssystem og et system i et enkelt trin fremgår klart af de ovenstående beregningseksempler. For at opnå de fastsatte værdier for oxygen og nitrogen i vandet kræver systemerne henholdsvis r> 28,6 og 19 Nm 0^ pr. time.

1R

° De praktiske beregningseksempler, som er beskrevet ovenfor, repræsenterer foretrukne udførelsesformer for udnyttelsen af princippet ifølge opfindelsen. Den centraliserede vandbehandling resulterer i en høj grad af fleksibilitet. Der er ikke nogen øvre grænser for forholdet on imellem oxygen og vand, hvilket skyldes recirkulationen af oxygen-gassen. Endvidere kan vandstrømmen recirkuleres og underkastes en fornyet behandling med oxygen. På denne måde kan man opnå særdeles høje overmætningsværdier. En væske med et meget højt indhold af oxygen er ligeledes op; meget bekvem til fordeling i et større volumen vand. Dette er ikke så let med en gasstrøm, der danner bobler i opdrætsbeholderen.

På denne måde kan udnyttelsen af det tilgængelige op-^0 drætsvolumen forøges, og man kan samtidig opretholde oxygenindholdet på et højt niveau uden at risikere, at der sker en berigelse med hensyn til nitrogen og andre gas-formige kontaminanter.

^ En installation, som omfatter den ovenfor beskrevne vandbehandlingsenhed, er ligeledes meget fleksibel og kan be- 9 DK 166939 B1 nyttes til frisk vand, som er beregnet til at sætte til en fiskedam, eller den kan anvendes til vand, som er udtaget fra en dam, og som skal returneres til denne.

5 10 15 20 25 30 35

Claims (9)

1. Fremgangsmåde til behandling af væsker, især oxygen-5 berigelse af vand, hvorved der sættes oxygen til vandet, som opnår en overmætning på 120-250% eller derover, hvorved vandet behandles med cirkulerende oxygen, og hvorved nitrogen og andre gasformige kontaminanter om fornødent fjernes fra kredsløbet, kendetegnet ved, at 10 frisk vand og/eller recirkuleret vand pumpes (1) igennem en oxygen-berigelseszone eller reaktorzone (2), at et overskud af oxygen samtidigt pumpes igennem zonen, hvorved der dannes en turbulent skummende strømning igennem zonen (2), at vand og overskydende gas separeres fra hin-15 anden i en separationszone (3), og at gasstrømmen, efter en eventuel fjernelse af gasformige kontaminanter (10), recirkuleres til oxygen-berigelseszonen, hvorefter det overmættede, oxygen-berigede vand ledes fra separationszonen til efterfølgende anvendelse i et bassin eller en 20 dam til fiskeopdræt.

2. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at gasstrømmen efter separation fra vandet udsættes for et modtryk i strømningskredsløbet, hvorved trykket i 25 systemet forøges, hvilket fører til en højere grad af overmætning.

3. Fremgangsmåde ifølge krav 1 eller 2, kendetegnet ved, at vandet behandles i to trin, nærmere bestemt 30 et første trin, hvor der etableres et absolut tryk på 0,5-1 bar, og hvor der udtages absorberet nitrogen fra kredsløbet, og et andet trin, som gennemføres ved et absolut tryk på over 1 bar, og hvor mængden af nitrogen ikke reduceres. 35

4. Fremgangsmåde ifølge krav 3, kendetegnet ved, at den oxygen-berigede vandstrøm fordeles til et an- DK 166939 B1 tal bassiner til fiskeopdræt.

5. Fremgangsmåde ifølge krav 3, kendetegnet ved, at gasstrømmen eller en del af denne føres igennem 5 en separationszone (5) med henblik på fjernelse af gas-formige kontaminanter, især nitrogen og carbondioxid.

6. Anlæg til udøvelse af fremgangsmåden ifølge ethvert af kravene 1-5, hvilket anlæg omfatter en anordning (1) til 10 indføring af væske, en anordning (4) til indføring af gas og en reaktorenhed (2), hvori væsken og gassen sammenføres til dannelse af en turbulent skummende strøm, kendetegnet ved, at der efter reaktionszonen findes en separator (3) til separation af væske og gas, idet 15 gasfasen i separatoren via et returrør er forbundet til en kompressor (6), som er beregnet til at recirkulere gassen, at kompressoren via et rør (9) er forbundet til reaktorenheden (2), og at væskedelen af separatoren er forbundet med bassiner til fiskeopdræt. 20

7. Anlæg ifølge krav 6, kendetegnet ved, at returrøret (9) fra separatoren (3) er forsynet med en udtagningsventil (10).

8. Anlæg ifølge krav 7, kendetegnet ved, at re turrøret (9) er forbundet til en membranseparator eller en såkaldt PSA-separator (5), hvori en absorptionsanordning benyttes til at fraseparere oxygen, som derefter recirkuleres ved hjælp af kompressoren (6). 30

9. Anlæg ifølge krav 7 eller 8, kendetegnet ved, at væskedelen af separatoren (3) er forbundet til en pumpeanordning (13), som ved hjælp af et antal forgrenede rør (14) fordeler den frembragte friske væske til et an-35 tal reservoir-enheder.