FI104320B - Menetelmä ja laite haitallisten aineiden kuormittamien nesteiden käsittelemiseksi - Google Patents

Description

104320

Menetelmä ja laite haitallisten aineiden kuormittamien nesteiden käsittelemiseksi. - Förfarande och anordning för behandling av vätskor belastade av skadlig ämnen.

5 Keksinnön kohteena on patenttivaatimuksen 1 johdanto—osan mukainen menetelmä sekä sitä vastaava laite.

Keksintö kohdistuu ensi sijassa sellaisten nesteiden käsittelyyn, joita haitalliset aineet kuormittavat ja jotka ovat 10 vaikeasti hapettuvia. Tähän aineryhmään kuuluvat esim.

kloorihiilivedyt, joista monet eivät ole biologisesti hajotettavissa ja joista muutamat vaikuttavat elimistöön myr-kyllisesti.

15 Nämä aineet voivat olla tyydytettyjä tai tyydyttämättömiä, alifaattisia tai aromaattisia hiilivetyjä, joissa muutama vetyatomi on korvattu halogeeneilla.

Ne voivat olla pienmolekyylisiä aineita, esim. liuotin 20 trikloorietyleeni tai suurmolekyyliset ligniinit tai hu-miinihapot.

Niiden joukossa on yhdisteitä, jotka reagoivat otsonin kanssa, joka on eräs voimakkaimmista hapetusaineista, hi-25 taasti tai ei juuri ollenkaan.

: · Nämä tuskin hajoavat yhdisteet, joita tässä muodossa ei voida saattaa maapallollamme aineiden luonnolliseen ekologiseen kiertoon, syntetisoidaan keinotekoisesti, kemialli-30 sesti, jotta niitä voidaan käyttää sitten esim. käyttöai-neena, jäähdytysaineena, liuottimena, tuholaismyrkkynä ja rikkaruohomyrkkynä, tai niitä syntyy joidenkin teollisuus- • · prosessien, esim. klooriligniinien valkaisuprosesseissa.

35 Niitä suotautuu jätekasoista, ne myrkyttävät pohjavedet ja joet. Tällöin syntyy tarve etsiä keinot näiden aineiden tekemiseksi myrkyttömiksi.

2 104320

On tunnettua, että atomien välissä olevien muutamien kemiallisten yhdisteiden tietyt orgaaniset molekyylit absorboivat UV-valoa ja siksi nämä yhdisteet pehmenevät, jolloin radikaalit hapettavat ne, so. ne hajoavat.

5 Tällaiset energiallisesti alkuunpantujen yhdisteiden hapet-timet voivat olla OH-radikaaleja. OH-radikaalit voivat muodostua UV-säteilyn avulla sellaisista vetyperoksidi-(H202) tai otsoni- (03) vesiliuoksista, jossa alkuyhdisteet 10 H202 ja 03 absorboivat myös UV-valoa ja jolloin tapahtuu happiatomien eroamista, jotka reagoivat veden kanssa 0H-radikaaleiksi.

H202 ja UV-valo reagoivat keskenään radikaalireaktion muo-15 dossa, jolloin syntyy orgaanisia yhdisteitä, ja jotka tunnetaan veden puhdistuksesta ja josta on myös julkaisuja (B. Gabel, B. Stachel ja W. Thiemann, Fachliche Berichte HWW2, s. 37 - 42, 1982, "Möglichkeiten der Technishen Anwendung einer Kombination von Ultraviolett-Bestrahlung und H202-20 Behandlung zur Desinfektion von Trinkwasser und Oxidation von Inhaltsstoffen").

Samoin selitetään myös UV-valon ja otsonin menetelmäyhdis-telmiä (D. B. Fletcher, Water World News, Voi. 3, No. 3, 25 1987, "UV/ozone process treat toxics" ja K. Brooks, R.

McGinty, Chemicalweek, Me. Graw-Hill Publication, "Ground-water treatment know-how comes of age " ja J. D. Zef f , E. Leit is, J. Barich, Ca. , USA, Ozone in Water treatment,

Vol. 1, Proceedings, 9th Ozone World Congress, New York, 30 1989, "UV-Oxidation Case Studies on the Removal of Toxic

Organic Compounds in Ground, Waste and Leachate Waters", s. 720 - 731).

Näissä kirjoituksissa käsiteltyyn Ultrox-menetelmään (Ult-35 rox = rekisteröity tavaramerkki; Fa. Ultrox Internatiomal, Santa Ana, CA, V.ST.v.A.) kuuluu jatkuvan tai ei-jatkuvan nestevirran UV-hapetin-kosketusjärjestelmä. UV-säteilijöitä on vertikaalisesti asennettu lukuisa määrä useisiin, peräkkäin oleviin kammioihin. Näihin kammioihin virtaa tai niis- 3 104320 sä seisoo vesi, joka ympäröi kvartsisuojaputkilla suojattuja lamppuja. Otsonia tai jotain muuta hapetinta johdetaan kammioihin teräsdiffuusorin avulla.

5 APO-menetelmä (APO = rekisteröity tavaramerkki; Fa. Ionization International, Dordrecht, Hollanti), (J. A. Moser , M. Sc. , Ozone in Water Treatment, Voi. 1, Proceedings, 9th Ozone World Congress, New York, 1989, s. 732 - 742, "The Treatment of Chlorinated Hydrocarbons at a 10 High Consentration Level with a Photochemical Process" ) , tuottaa otsonia lyhytaaltopituisen UV-valon avulla ja siinä annetaan otsonin vaikuttaa vesitilassa tai kaasutilassa kloorihiilivetyihin.

15 H202-UV-yhdistelmämenetelmien ongelma on siinä, että sillä ei saavuteta niin korkeaa hapetuspotentiaalia, joka on mahdollista 03-UV-yhdistelmissä.

Tähän asti tunnettujen 03-UV-yhdistelmämenetelmien käyttö 20 perustuu UV-upposäteilijoiden, kuten esim. Ultrox'in käyttöön. Näissä säteilykammioissa on suuret vesikerrospaksuu-det, joiden läpi UV-säteiden on vaikeampi tunkeutua, kuin jos säteet kulkisivat ohuempien vesikerrosten läpi. Lisäksi näissä kammioissa siirretään otsoni suoraan kuljetuskaasun 25 avulla, jolloin otsonin liukeneminen veteen ei ole optimaalista ja fysikaalisesti liukenemattoman kaasun kaasukuplat vaikuttavat myös haitallisesti UV-säteiden hyödyntämiseen.

Ne menetelmät, jotka kehittävät otsonia UV-säteiden avulla, 30 tai elektrolyyttisen anodisen hapetuksen avulla, kehittävät otsonia vain pienissä konsentraatioissa ja se on hapetusky-vylle haitaksi.

• 4 Tämän tyyppinen menetelmä on kohteena julkaisussa EP-281 35 940 AI. Tämän julkaisun kohde on "vedenkäsittely erikois tarkoituksia varten, jolloin on täytettävä erityisehdot kemiallisen, fysikaalisen ja biologisen puhtauden suhteen". Käsiteltävä vesi tulee määrättyjä tarkoituksia varten ohjattua edelleen käyttöä varten preparoida, nimittäin huuh- 4 104320 telutarkoitukseen varten elektroniikkateollisuuden puoli-johdeosien valmistuksessa. Tätä tarkoitusta varten EP-julkaisussa 281 940 A1 tarvittavat erityisen puhtaat vesimäärät ovat oleellisesti vähäisempiä kuin jätevesien käsitte-5 lyn yhteydessä esiintyvät määrät. Julkaisussa EP-281 940 A1 otsoni muodostetaan sähköisesti hajottamalla käsiteltävää nestettä. Tämä otsonin valmistustapa on julkaisun EP-281 940 A1 integroitu tunnusmerkki. Koska elektrolyysissä muodostuva H2 käytetään menetelmää jatkettaessa uudelleen ve-10 teen jääneen 03 hajottamiseksi uudelleen tai happipitoisuuden välttämiseksi muodostetussa puhtaassa vedessä.

Likimain liukenematon 03 voidaan kerätä ja muuttaa takaisin muotoon 02sen tekemiseksi ei-vahingolliseksi.

15

Veteen kohdistetaan otsonikäsittelyn jälkeen UV-säteilytys.

Kuormitettujen jätevesien käsittelyssä ei ole tavoitteena saada puhdasta vettä vaan ainoastaan se, että vesi käsitte-20 lyn jälkeen voidaan poistaa yleiseen vesikiertoon. Toisaalta määrät ovat niin suuria, että sähkökemiallisesti valmistetut otsonimäärät eivät läheskään riitä.

Kirjoituksessa Kiyoshi-Ikemizu, Shigeharu Morooka ja Yasuo 25 Kato, Journal of Chemical Engineering of Japan, volym 20, nro 1, 1987 sivut 77-81, jossa on pohjana vaatimusten 1 ja • 11 johdanto-osat, selostetaan laboratoriokoetta, jossa puhallettiin seos otsonista ja hapesta halkaisijaltaan 4 cm ja korkeudeltaan 25 cm olevaan puhalluspylvääseen. Ot-30 sonikyllästettyä liuosta pumpattiin jatkuvasti kaasupuhal-lustilasta ulos UV-reaktoriin, joka käsitti kahden kvartsi-lasilevyn väliin muodostetun reaktiotilan, jonka lävitse liuos virtasi ja poikittain siihen nähden virtasi UV-lampun säteily, joka lamppu antoi pääasiallisesti valoa aallonpi-35 tuudella 253,7 nm.

Kyseessä on koejärjestely, joka vaati muutosta tekniseen mittakaavaan. Liuoksen poistosta lasipuhalluspylväästä voidaan havaita, että liuos yhdessä huomattavan osan liu- 104320 kenemattornia, pienten kaasukuplien muodossa olevaa otsonipitoista kaasua kanssa tuli johdetuksi UV-reaktorin lävitse, mikä voimakkaasti laski sen tehokkuutta.

5 Keksinnön tavoitteena on parantaa yhdistetyn UV-otsoni-käsittelyn tehokkuutta.

Tämä tavoite saavutetaan menetelmän osalta patenttivaatimuksessa 1 esitetyn keksinnön avulla.

10

Tasaisella sähköpurkauksella varustettua otsonikehitintä käytetään johtuen sen hyvästä hyötysuhteesta.

Ei-liuenneen kaasun erottamisen avulla saavutetaan, 15 että neste syötetään käytännöllisesti katsottuna kuplatto-massa tilassa, jossa on UV-säteilyn aikaansaamaa fysikaalisesti liuennutta otsonia ja jolloin sen vaikutus tehostuu olennaisesti.

20 Keksinnön mukaan otsonipitoinen kaasu johdetaan korotetussa paineessa nesteeseen, ja myös nostetaan koko järjestelmän painetta, jolloin otsonin osapaine nesteessä ja myös otsonin liukenevaisuus kasvaa, mitkä seikat parantavat otsoni-käsittelyn vaikutusta.

25

Keksinnön eräs tärkeä piirre on nesteen käsittely useaan kertaan kierron aikana, jolloin kiertokulkuun johdettu nestevirta on suurempi kuin jatkuvasti laitteeseen tai siitä pois virtaava nestemäärä.

30 Tällöin saavutetaan mahdollisimman täydellinen otsonin vastaanotto ja parempi UV-säteiden siirto laimennusefektin avulla. Lisäksi saadaan UV-valo vaikuttamaan moninkerroin samassa laitteessa sekä viipymäajan pidennys säteilyalueel- 35 la.

Patenttivaatimuksen 2 mukaan voidaan otsonipitoisen kaasun johtaminen voi tapahtua käsiteltävän nesteen tulojohtoon tai sen osaan.

6 104320

Jotta liuokseen johdetun otsonin hyötyä saataisiin kohotetuksi, on suositeltavaa, että erotettu jäännösotsonipitoinen otsonin kuljetuskaasu saa reagoida uudelleen nesteen kanssa (patenttivaatimus 3).

5

Jos käytetään teknistä happea otsonin kehittämiseen ja otsonin kuljetuskaasu on siis happea, voidaan patenttivaatimuksen 4 mukaan tämä happi johtaa otsonista erottamisen jälkeen jälleen otsonilähteen tai otsoninkehittimen kui-10 vauslaitteen kautta.

Patenttivaatimuksen 5 mukaan tapahtuu eräässä tarkoituksenmukaisessa toteutusmuodossa säteilytys UV-valolla, jossa on eri aallonpituuksia, jotka samanaikaisesti (patenttivaati-15 mus 6) tai peräkkäin (patenttivaatimus 7) voivat vaikuttaa tietyn suuruiseen nestevirtaan. Tällöin voivat aallonpituudet olla erilaisia, esim. useimmiten käytetty aallonpituus on 254 nm sekä muita tiettyjä arvoja tai ne voivat muodostaa jatkuvan aallonpituuden nauhan, yksistään tai halutussa 20 yhdistelmässä.

Aallonpituuksien erilaisuuden avulla voidaan energiansiirto sovittaa erilaisiin haitallisissa aineissa tapahtuviin reaktioihin.

25 ,, Patenttivaatimuksen 8 mukaan voidaan käsiteltävän nesteen pH-arvoa säädellä, jotta sen reaktiivisuutta saataisiin kohotetuksi. 1 2 3 4 5 6

Vastaavasti voidaan käsiteltävää nestettä kuumentaa, jotta 2 reaktionopeutta saataisiin nostetuksi.

3 • 4 • Patenttivaatimuksen 10 mukaisen menetelmän toteutusmuodon 5 mukaan saavutetaan se, että yksistään otsonin kanssa reak- 6 tiokykyiset aineet, esim. atsovärit, kolloidit ja suspensiot saadaan hajotetuksi ja erotetuksi ennen otsonin ja UV-valon yhdistettyä samanaikaista vaikutusta, jolloin nesteen kirkkaus ja siten sen UV-valon läpäisevyys sekä tämän vaikutus lisääntyvät.

7 104320

Laitteen osalta keksintö toteutetaan patenttivaatimuksen 11 mukaisen laitteen avulla.

Reaktio- ja kaasunpoistosäiliö, jossa tapahtuvat toisaalta 5 otsonin reaktio haitallisten aineiden kanssa ja toisaalta otsonipitoisen kaasun liukenemattomien osien sivuunotto ja erottelu, on rakennettu edulliseksi suoritusmuodoksi patenttivaatimuksen 12 mukaisesti.

10 Neste, johon on ohjattu otsonipitoista kaasua, johdetaan siten, että sekoite joutuu ensinnä sisäsäiliöön, josta fysikaalisesti liukenematon kaasu voi poistua, mikä poisto tapahtuu poistojohdon kautta. Neste nousee sisäsäiliössä sen alaosaan tapahtuvan syötön vuoksi ja virtaa sen ylä-15 osasta ulkosäiliöön ja neste johdetaan pois ulkosäiliön alaosasta, jossa neste on rauhoittunutta.

Patenttivaatimuksen 13 mukaan voi ulkosäiliön alaosassa olla johdot sekä poistettavaa nestettä varten, että kier-20 tonestettä varten, joka johdetaan paluujohdon avulla tulo-johtoon takaisin.

Tämä kierto, joka mahdollistaa yhden ja saman nestetilavuu-den moninkertaisen käsittelyn, on keksinnölle olennainen 2 5 tunnusmerkki.

Erään toteutusmuodon olennainen tunnusmerkki on useiden peräkkäin kytkettyjen reaktio- ja kaasunpoistosäiliöiden olemassaolo vaikutuksen tehostamiseksi (patenttivaatimus 30 14).

Eräässä edullisessa suoritusmuodossa on käsiteltävän nes-: teen säteilytyslaitteistossa molempien reaktio- ja kaasun poistosäiliöiden väliin kytketty säteilytysyksikkö (patent-35 tivaatimus 15).

8 104320

Mutta myös viimeisen reaktio- ja kaasunpoistosäiliön johdossa ja/tai reaktio- ja kaasunpoistosäiliöiden johdoista virtaukseen takaisin vievissä paluujohdoissa voi olla sä-teilytysyksikkö (patenttivaatimukset 16, 17).

5

Liuokseen viedyn otsonin hyödyn parantamiseksi voi toteutusmuoto olla suunniteltu patenttivaatimuksen 18 mukaan.

Ensimmäisessä reaktio- ja kaasunpoistosäiliössä erotettu 10 kaasu saattaa sisältää vielä otsoniosuuksia, jotka voidaan esitettyjen toimenpiteiden mukaan saattaa vielä käyttöön.

Otsoni voidaan ohjata nesteeseen nesteen tulojohtoon sijoitetun syöttölaitteen (patenttivaatimus 19) ja/tai paluujoh-15 toon sijoitetun syöttölaitteen (patenttivaatimus 20) avulla .

UV-vaikutuksen tehostamiseksi on suositeltavaa käyttää UV-säteilytysyksikköinä sellaista rakenteellista toteutusmuo-20 toa, että säteet pääsee läpäisemään nestekerroksen poikittain, jonka paksuus on mahdollisimman ohut.

Keksinnön suoritusmuotoa esitetään oheisen piirustuksen 25 avulla.

Kuviot 1 - 3 esittävät kaaviomaisina piirroksina kolmea haitallisilla aineilla kuormitetun veden 30 käsittelylaitetta.

•

Kuviossa 1 viitteellä 100 merkitty laite käsittää olennaisesti otsoninkehittimen 10, ensimmäisen reaktio- ja kaasun-35 poistosäiliön 20, toisen reaktio- ja kaasunpoistosäiliön 30, UV-säteilytysyksikön 40 ja toisen UV-säteilytysyksikön 50.

Käsiteltävän nesteen muodostava raakavesi tulee laitteeseen tulojohdon 1 kautta ja sen paine nostetaan muutamaan bariin pumpun 2 avulla.

9 1-04320 5 Tässä suoritusmuodossa tehdään otsoni hapesta. Happikaasu otetaan painetankista 3 ja se toimitetaan paineenalentajän 4 kautta otsoninkehittimen 10 läpi, jossa otsoni kehitetään happipitoisuuden ollessa n. 100g/m3. Happipdtoinen kaasu, sisältäen 03 ja 02, johdetaan johdon 5 kautta injektoriin 10 6, joka sijaitsee nesteen tulojohdossa 1. Injektorissa 6 imeytyy siis otsonipitoinen, osaltaan lievässä 'ylipaineessa oleva kaasu korotetussa paineessa olevaan nesteeseen.

15 Haarajohdon 7 kautta joutuu otsonipitoista kaasua myös injektoriin 8, joka sijaitsee paluujohdossa 9, joka päätyy injektorin 6 jälkeen virran kulkusuunnassa tulo-johtoon 1 kohdassa 11.

20 Reaktio- ja kaasunpoistosäiliö 20 koostuu tässä suoritusmuodossa sylinterimäisestä ulkosäiliöstä 13, jonka sisällä on saman keskeisesti sisäsäiliö 14. Sisäsäiliö 14 liitetty alaosastaan kohdasta 15 tiiviisti ulkosäiliön 13 pohjaan kiinni. Sisäsäiliö 14 on yläosastaan avoin ja siinä muodos-25 tuu ylijuoksukohta. Syöttöjohto 12 johtaa sisäsäiliön 14 alaosaan 17, jossa on täyteainetta ja/tai shikaanit,jotka piirretty ristiviivoituksella 18. Neste virtaa siis säiliön 14 läpi nuolensuunnassa 19 ylöspäin ja se tekee monia tur-bulenssisia kääntöliikkeitä, jolloin nesteeseen johdetulla 30 otsonilla on tilaisuus reagoida ja nesteeseen vain sekoittuneella, mutta ei fysikaalisesti liuenneella kaasulla on tilaisuus erkautua ja nousta sisäsäiliön yläpuolella ole-vaan tilaan 21. Sen jälkeen virtaa neste nuolensuunnassa 22 yläreunan 16 yli alaspäin ulkosäiliössä. Ulkosäiliön ala-35 osassa 23 on työntövyöhyke, jossa otsonireaktio ja kaasun-poistoreaktio ovat jo merkittäviltä osin tapahtuneet. Ulkosäiliön 13 alaosassa 23 on poistojohdot 24, joiden läpi neste kulkee UV-säteilyttämisyksikköön 40, ja poistojohdot 25, joiden läpi neste kulkee johtoon 26, jossa on pumppu 10 104320 27, joka kohottaa jälleen nesteen painetta. Pumpusta 27 virtaa neste UV-säteilyttämisyksikön 50 läpi ja paluujohdon 9 kautta takaisin injektorille 8.

5 Ne nesteenosat, jotka ovat kulkeneet UV-säteilyttämisyksikön 40 läpi, joutuvat syöttöjohdon 28 kautta toisen reaktio- ja kaasunpoistosäiliön 30 alaosaan 29, joka tässä suoritusmuodossa on rakennettu tarkoin samanlaiseksi kuin reaktio- ja kaasunpoistosäiliö 20. Neste nousee reaktio- ja 10 kaasunpoistosäiliön 30 sisäsäiliössä ylöspäin, jolloin tapahtuu loppureaktiot liuotetun otsonin kanssa. Kun neste on virrannut sisäsäiliön 14 yläreunan ylitse, päätyy valmiiksi käsitelty neste laskujohtoon 31. Toinen osa nuolen-suunnassa 22 ylivirranneesta nesteestä johdetaan kuitenkin 15 pois poistojohdon 35 avulla ja se neste joutuu johtoon 26, minkä jälkeen se läpäisee uudelleen injektorin 8.

Reaktio- ja kaasunpoistosäiliössä 20 tapahtuneessa kaasun-poistossa erottunut jäännösotsonipitoinen otsoninkuljetus-20 kaasu kerääntyy suljetun ulkosäiliön 13 yläpuoliseen alueeseen 21 ja josta se imetään pois poistojohdon 32 avulla. Tämä kaasu voidaan puhaltaa ulos joko johdon 33 kautta tai se voidaan johtaa syöttöjohdon 34 avulla toisen reaktio- ja kaasunpoistosäiliön 30 ala-alueelle 29, josta se nousee 25 sisäsäiliössä 14 olevassa nesteessä ylöspäin, jolloin otsonin jäännösosilla on uusi reaktiomahdollisuus.

Yläosaan 36 kerääntyvät otsoninkuljetuskaasun määrät, joka kaasu tässä suoritusmuotoesimerkissä muodostuu hapesta, 30 voidaan johtaa takaisin otsoninkehittimeen johdon 37 ja kaasunkuivaajän 38 kautta. Hapen sijasta voivat myös muutkin kaasut kuten ilma, typpi tai argon toimia otsoninkulje-'· tuskaasuna.

35 Sikäli kuin kuvioiden 2 tai 3 suoritusmuodoissa 200 ja 300 on toiminnallisesti samoja osia, ovat viitenumerotkin samat .

11 104320

Kuvion 2 mukaisessa suoritusmuodossa 200 annetaan tulojoh-dossa 1 tulevalle raakavedelle pumpun 2 avulla järjestelmän painetta vastaava paine ja vesi haaroitetaan osiin pumpun 2 jälkeen, virransuunnassa nähtynä. Johdossa 39 olevalle 5 erotetulle haaravirralle annetaan paineenkorotuspumpun 41 avulla korkeampi paine ja se johdetaan johdon 42 kautta reaktio- ja kaasunpoistosäiliöön 60, jonka rakenne ja toimintatapa vastaavat olennaisesti reaktio- ja kaasunpois-tosäiliötä 20. Reaktio- ja kaasunpoistosäiliön 60 ulkosäi-10 liön 13 ala-alueelta johdetaan ja sekoitetaan neste johdon 43 kautta jälleen johdossa 44 olevaan päävirtaan, joka johto muodostaa syöttöjohdon toiseen reaktio- ja kaasunpoistosäiliöön 70, joka on rakennettu ja joka toimii kuten reaktio- ja kaasunpoistosäiliö 20. Neste joutuu otso-15 nin kanssa tapahtuneen reaktion jälkeen ulkosäiliön 13 ala-alueelta 23 laskujohtoon 31, jolloin laskujohtoon 31 johtavassa syöttöjohdossa 45 on UV-säteilytysyksikkö 80, joka antaa nesteelle lopullisen UV-säteilytyksen.

20 Ala-osasta 23 johtaa toinen johto 47 pumpun 48 ja johdon 59 kautta toiseen UV-säteilytysyksikköön 90, josta neste joutuu takaisin johdossa 44 olevaan päävirtaan. Neste, jossa on liuotettua otsonia, pumpataan johtojen 47, 44 kautta useampaan kertaan kiertoon ja se saatetaan siten toistuvas-25 ti UV-säteilytykseen säteilytysyksikössä 90.

• Nesteen avulla alueille 49 ja 51 kerääntyvä otsoninkulje- tuskaasu päästetään johtojen 62, 64 ja 53 avulla ilmaan, sen kuljettua jäännösotsonimuuntimen kautta.

30

Kuvion 3 mukaisessa suoritusmuodossa 300 kulkee käsiteltävä neste jäteveden muodossa johdon 1 kautta laitteeseen ja / sille annetaan paine pumpun 2 avulla. Se virtaa reaktiosäi- liön 85 kautta ja sen jälkeen UV-säteilytysyksikön 40 kaut-35 ta. Lopuksi antaa tqinen pumppu 52 nesteelle painetta ja se kulkee injektorin 56 kautta, jossa johdon 57 avulla tuotu otsonipitoinen kaasu sekoitetaan nesteeseen. Otsonia sisältävä neste Joutuu sitten kaasunpoistosäiliöön 60, jossa — erotetaan nesteeseen liukenematta jäänyt jäännösotsonipi- 1.04320 12 toinen kaasuosa, ja joka johdetaan pois johdon 53 kautta. Liuotettua otsonia sisältävä neste johdetaan johdon 56 kautta pisteeseen 58, jossa se sekoitetaan sinne johdettuun raakaveteen. Otsonireaktio alkaa reaktiosäiliössä 85, joka 5 kuuluu laitteeseen silloin, kun suuri määrä ionireaktioita tarvitaan kulloisenkin yksilöllisen raakaveden käsittelyyn.

Tietyissä tapauksissa on myös mahdollista jättää reak-tiosäiliö 85 pois ja mennä pisteestä 58 pistekatkoviivoi-10 tuksella esitettyä johtoa 64 pitkin reaktiosäiliön 85 perässä olevaan pisteeseen 65 ja sieltä välittömästi UV-sä-teilytysyksikköön 40. Injektorissa 56 tapahtuvan otsonin lisäyksen jälkeen tapahtuu kaasunpoisto kaasunpoistosäi-liössä 60 ja kaasunpoiston jälkeen, otsonia vain liuennees-15 sa muodossa sisältävä neste johdetaan johtojen 56 ja 64 kautta jälleen UV-säteilytysyksikköön 40. Otsonia sisältävät nesteen osat kulkevat siis UV-säteilytysyksikön 40 läpi vain kaasuttomassa muodossa, mikä kohottaa säteilytyksen vaikutusta.

20

Otsoni kehitetään hapesta, jota varastoidaan painetankissa 3, ja joka johdetaan suodattimen kautta otsoninkehittimeen 10. Otsoninkehittimen 10 tuote on sekoite, jossa on jäljellejäänyttä 02 kuljetuskaasuna ja joitain prosentteja 25 03.Tämä sekoite johdetaan johdon 57 kautta injektoriin 56.

Kaasunpoistosäiliöstä 60 johdon 53 kautta otettu liukenematon jäännösotsonipitoinen kaasu käsitellään jäännösot-sonimuuntimessa 54, jossa jäljelle jäänyt otsoni muuttuu 30 muotoon 02, joka johdetaan suodattimen 66 ja kokonaisuudessaan viitteellä 38 merkityn kaasunkuivaajän läpi ja johdon 55 kautta kohtaan 57, suodattimen 51 eteen ja saatetaan '* uudelleen otsonisaatioon otsoninkehittimessä 10.

35 Laitteessa olevan nesteen määrä voidaan pitää vakiona pin-nankorkeudensäätimen 59 avulla, joka on toimintayhteydessä kaasunpoistosäiliössä 60 olevan pinnan tuntoelimen 62 kanssa ja joka ohjaa venttiiliä 61 ohjausjohdon 63 kautta, ja 13 104320 joka laskee nestettä pois pinnan noustessa kaasunpoistosäi- liössä 60.

Sateilytysyksiköt 40, 50, 80, 90 ovat sellaista rakennetta, 5 että neste virtaa niiden läpi suhteellisen ohuena kerroksena ja sen vaikutus nestekerroksen suhteen poikittain kulkevaan UV-valoon on vähäinen.

Laitteet saavuttavat niiden otsonin ja UV-säteilyttämisen 10 erityisen yhdistetyn vaikutuksen siten, että - otsonikaasua siirretään suurissa konsentraatioissa paineen alaisena vedenpaineen kohotuspumpun ja injektorin avulla nesteeseen, 15 - kaasun liukenevaisuus kasvaa ei vain kohottamalla otsonin osapainetta (suuri otsonipitoisuus ja korkea järjestelmän vedenpaine), vaan myös kohottamalla veden tilavuutta raakaveden syötön suhteen, otsonin sisäänjohtamiseksi 20 toteuttamalla vedenkiertokulun ohjaamiset ja shikaanit (Schikanen) useampikertaisesti kaasunpoisto- ja reak-tiosäiliössä, - ensiksi mainittujen molempien kohtien vuoksi kuplatonta 25 vettä, johon otsoni on jo fysikaalisesti liuennut, johde taan UV-säteilytykseen, - moninkertaistamalla se kiertovesi, jota säteilytetään, verrattuna väkevöityyn pienempään raakavesivirtaan, ai- 30 kaansaadaan oheneminen ja UV-läpäisevyyden parantuminen, - UV-säteilyn vaikutus nesteen sisältämiin aineisiin ja 1 liuotettuun otsoniin on hyvä johtuen läpivirtaus- UV-säteilytyslaitteesta, jossa on positiivinen säteilytys- 35 geometria ja ohuet nestevesikerrokset, - nestekierron ohjaamisessa on mahdollista UV-säteilyn moninkertainen annostelu yhdellä laitteella ja viipymä-ajan pidennys säteilytysalueella, ja 14 104320 - syöttämällä otsonia ennen kaasunpoistosäiliötä ja otsonin alkavia reaktioita matkalla yhdistetyn samanaikaisen otsonin ja UV-valon vaikutuspaikkaan, ainoastaan otsonin kanssa reaktiokykyisten aineiden, esim. värien ja suspen- 5 sioiden kanssa, paranevat nesteen kirkkaus ja siten UV- säteilyn läpäisevyys ja otsonin sekä UV:n yhdistetty vaikutus.

Yleisesti voidaan otsoni-UV-yhdistelmällä aikaan saada 10 vaikeasti hajotettavien, joskus myrkyllistenkin aineiden hapetus suoritetuksi siinä laajuudessa, että saävutetaan joko vaaditut raja-arvot tai että aineet saadaan jopa edelleen biologisesti hajotetuksi tai että tapahtuu jopa mineralisoitumista, kun käytetään riittävän suuria annoksia.

15 Tämän keksinnön menetelmätekniset edut muihin vastaavanlaisiin menetelmiin verrattuna ovat seuraavat: - myrkyllisiä aineita ei pääse purkautumaan ulos johtuen 20 kaasun pakkojohtamisesta, - hyvä otsonin liukenevaisuuskerroin johtuen useammasta liuotusvaiheesta, 25 - on tarjolla kaasukuplatonta otsonia sisältävää nestettä UV-säteilytykseen, - saadaan suuri UV-määrä yhdellä säteilytyslaitteella johtuen nesteen monenkertaisesta kierrätyksestä, 30 - syötettävän nesteen UV-läpäisevyys paranee ohentamisen vuoksi sekä otsonin mahdollisten reaktioiden vuoksi väri-aineiden kanssa, 35 - yhdistelymahdollisuudet: pH-arvon nostaminen, lämpötilan nostaminen ja otsonin avulla tapahtuva koaguloituminen 15 104320 - ja UV-säteilytysspektrin muuntelumahdollisuus käyttämällä erilaisia säteilylähteitä, jolloin säteilyoptimi voidaan sovittaa orgaanisten aineiden absorptio-optimin suhteen.

5 Yhdistämällä tämä menetelmä biologiseen vaiheeseen, voidaan, kuten kokeet jo ovat osoittaneet, alittaa kymmenkertaisesti nykyään keskustelun alaisena olevat viranomaisten määräykset koskien suotoveden päästöjen raja-arvoja, jotka ovat 500 g per litra AOX per m3 poistovettä, joten tässä asetetaan 10 teknologialle uudet standardit.

Claims (18)

1β 104320

1. Menetelmä vaikeasti hajotettavien haitallisten aineiden kuormittamien vesipitoisten nesteiden käsittelemiseksi 5 märän hapetuksen avulla käyttämällä otsonipitoista kaasua ja senjälkeistä otsoni-UV-säteilytystä, tunnettu siitä, että otsonipitoista kaasua kehitetään otsoninkehittimessä happipitoisesta kaasusta tasaisen sähköpurkauksen avulla, että otsonipitoinen kaasu johdetaan laitteen sellaisessa 10 kohdassa, joka kohta ei ole UV-säteilytyksen kohteena, korotetussa, muutaman barin paineessa vesipitoiseen nesteeseen, että liukenematon otsonipitoinen kaasu erotetaan ennen UV-säteilytystä, että vesipitoista nestettä pidetään otsonipitoista kaasua johdettaessa ja liukenematonta otso-15 nipitoista kaasua erotettaessa korotetussa paineessa, että olennaisesti kaasukuplatonta, otsonia absorboidussa muodossa sisältävää vesipitoista nestettä säteilytetään UV-valol-la tarkoituksena samanaikaisesti muodostaa radikaaleja ja hapettaa radikaaleilla nesteen virratessa UV-valoa kehittä-20 vän laitteen läpi, ja että vesipitoinen neste kiertää yhdessä kierrossa, jolloin suoritetaan vähintään yksi uusi käsittely otsonipitoisella kaasulla ja/tai yksi uusi liukenemattoman otsonipitoisen kaasun erotus ja/tai vähintään yksi uusi vesipitoisen nesteen säteilytys UV-valolla, jol-25 loin kiertoon johdettu nestevirta on suurempi kuin jatkuvasti laitteeseen tai siitä pois virtaava nestemäärä.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että otsonipitoisen kaasun johtaminen tapahtuu in-30 jektorin avulla käsiteltävän nesteen tulojohtoon tai tulo-johdon osaan.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että erotetun jäännösotsonipitoisen otsonia kantavan 35 kaasun annetaan reagoida uudelleen nesteen kanssa jäännös-otsonireaktion aikaansaamiseksi. 17 104320

4. Jonkin patenttivaatimuksen 1-3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että otsonin kehittämiseen käytetään teknistä happea ja jäännösotsonipitoinen happikaasu kuivataan nesteestä erottamisen jälkeen ja käytetään uudelleen otso- 5 nin kehittämiseen.

5. Jonkin patenttivaatimuksen 1-4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että UV-säteilytys tapahtuu UV-valolla, jolla on eri aallonpituuksia. 10

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että tietyn nestetilavuuden säteilytys tapahtuu samanaikaisesti eri aallonpituuksilla.

7. Patenttivaatimuksen 5 mukainen menetelmä, tunnettu sii tä, että tietyn nestetilavuuden säteilytys tapahtuu peräkkäin eri aallonpituuksilla.

8. Jonkin patenttivaatimuksen 1-7 mukainen menetelmä, 20 tunnettu siitä, että käsiteltävän nesteen pH-arvoa säädetään sen reaktiivisuuden kohottamiseksi.

9. Jonkin patenttivaatimuksen 1-8 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että käsiteltävää nestettä kuumennetaan sen 25 reaktionopeuden kohottamiseksi.

10. Jonkin patenttivaatimuksen 1-9 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että otsonipitoisen kaasun johtamisen jälkeen ja ennen otsoni-UV-yhdistelmävaikutusta suoritetaan 30 nesteelle koaguloitumissuodatus tai koaguloitumislaskeutus. 1 2 Laite jonkin patenttivaatimuksen 1-10 mukaisen menetelmän toteuttamiseksi, jossa laitteessa on syöttöjohto (1) käsiteltävää vesipitoista nestettä varten ja poistojohto 35 (31) valmiiksi käsiteltyä vesipitoista nestettä varten, 2 lähde otsonipitoista kaasua varten, laite otsonipitoisen kaasun johtamiseksi käsiteltävään nesteeseen ja otsonipi- -104320 18 toisen kaasun johtamista varten järjestetyn laitteen jälkeen kytketty laite käsiteltävän nesteen säteilyttämiseksi UV-valolla, tunnettu siitä, että otsonipitoisen kaasun lähde on otsonin kehitin (10), jossa happipitoisesta kaa-5 susta otsonipitoinen kaasu on muodostettavissa tasaisen sähköpurkauksen avulla, että on järjestetty laite (6; 8; 46; 56) otsonipitoisen kaasun johtamiseksi käsiteltävään vesipitoiseen nesteeseen muutaman barin korotetussa paineessa, että laitteen (6; 8; 46; 56) jälkeen on kytketty 10 laite (40; 50; 80; 90) käsiteltävän nesteen säteilyttämiseksi UV-valolla, että laitteen (6; 8; 46; 56) ja laitteen (40; 50; 80; 90) väliin on järjestetty vähintään yksi reaktio- ja kaasunpoistosäiliö (20; 30; 60, 70), ja että vesipitoisen nesteen johtamiseksi laitteiden (8) ja (40; 15 50; 90) ja reaktio- ja kaasunpoistosäiliön (20; 30; 60; 70) lävitse on järjestetty kierto, johon on johdettavissa suurempi nestemäärä kuin mikä jatkuvassa käytössä johtaa syöt-töputkeen (1) tai johtaa pois ulostuloputkesta (31).

12. Patenttivaatimuksen 11 mukainen laite, tunnettu siitä, että reaktio- ja kaasunpoistosäiliöt (20; 30; 60; 70), on rakennettu kaksoissäiliöiksi, joissa on kaksi sisäkkäin olevaa säiliötä (13; 14), joista ulkosäiliö (13) on yläosaan (21; 36; 49,- 51) päätyvää otsonia kantavan kaasun 25 poistojohtoa (32; 62; 64; 53) lukuun ottamatta suljettu ja sisäsäiliö (14) on ylhäältä avoin ja se muodostaa ylijuok-sun (16), jolloin käsiteltävän nesteen syöttöjohto (12; 42; 44) on johdettu ylhäältä sisäsäiliön (14) alaosaan (17) ja poistojohdot (24; 25; 31; 35; 43; 45; 47; 68) lähtevät 30 ulkosäiliön (13) alaosasta (23). 1 Patenttivaatimuksen 11 tai 12 mukainen laite, tunnettu siitä, että ulkosäiliön (13) alaosassa (23) on poistojohdot (24; 31; 25; 35; 43; 47; 68) niin poistoon tarkoitettua 35 nestettä varten kuin kiertoon tarkoitettua nestettä varten, joka johdetaan paluujohtojen (26, 47) kautta tulojohtoon. 19 104320

14. Jonkin patenttivaatimuksen 11 - 13 mukainen laite, tunnettu siitä, että useiden keskenään kytkettyjen reaktio- ja kaasunpoistosäiliöiden (20; 30; 60; 70) yhteydessä peräänkytketyn säiliön (30; 70) syöttöjohto (28; 44) on 5 kytketty eteenkytketyn säiliön (20; 60) poistojohtoon (24; 43) .

15. Patenttivaatimuksen 14 mukainen laite, tunnettu siitä, että laitteeseen käsiteltävän nesteen säteilyttämiseksi 10 kuuluu molempien reaktio- ja kaasunpoistosäiliöiden (20; 30) väliin kytketty säteilytysyksikkö (40).

16. Jonkin patenttivaatimuksen 11 - 15 mukainen laite, tunnettu siitä, että laitteeseen käsiteltävän nesteen sä- 15 teilyttämiseksi kuuluu viimeisen reaktio- ja kaasun pois-tosäiliön (70) poistojohtoon (45) sijoitettu säteilytysyksikkö (80) .

17. Jonkin patenttivaatimuksen 11 - 16 mukainen laite, 20 tunnettu siitä, että laitteeseen (50; 90) käsiteltävän nesteen säteilyttämiseksi kuuluu poistojohdoista (25; 35; 47) tulojohtoon takaisin vievään paluujohtoon (9; 59) sijoitettu säteilytysyksikkö (50; 90). : 25 18. Jonkin patenttivaatimuksen 14 - 17 mukainen laite, tunnettu siitä, että ensimmäisen reaktio- ja kaasunpoisto- säiliön (20) erotetun jäännösotsonipitoisen otsonia kantavan kaasun poistojohdosta (32) johtaa yhdysjohto (34) lähimmän reaktio- ja kaasunpoistosäiliön (30) alaosaan (29). 30

19. Jonkin patenttivaatimuksen 11 - 18 mukainen laite, tunnettu siitä, että laitteeseen otsonipitoisen kaasun johtamiseksi käsiteltävään nesteeseen kuuluu nesteen tulo-johtoon (1) sijoitettu syöttölaite (6; 46). 35 20 104320

20. Jonkin patenttivaatimuksen 11 - 19 mukainen laite, tunnettu siitä, että laitteistoon otsonipitoisen kaasun johtamiseksi käsiteltävään nesteeseen kuuluu reaktio- ja kaasunpoistosäiliöiden (20, 30) poistojohdoista (25, 35) 5 tulojohtoon (1) takaisin vievään paluujohtoon (9) sijoitettu syöttölaite (8). 104320