FI66336B - Foerfarande foer vattenbehandling saerskilt foer framstaellning av dricksvatten och foer rening av avfallsvatten - Google Patents

Description

γ»Ί nil KUULUTUtJULKAISU ,,, 7 , lBJ 0 ) UTLAGGNINGSSKMPT 6 6336 ^ T ^ (51) Kv.Hu/lnc.a.3 C 02 F 1/78 SUON l—FIN LAND £0 NMtdiNta.pK««M«tata« 771226 (T?) Hnhml»——AwlHcnftifrfi 18.04.77 (23) AMdipniv·—GNt%Ma4ag l8.0ij.77 (41) Τϋ»IriMuM-MMt 19.10.78

Pitmttt- j* rekfoterthaMtm /AA_____.. . u _________ *

Patent· och pegisteratyralaan Awakm *d*i oSSSSSlpWeind 29.06.8i» (32)(31)(31) Hf»te«r mmoMimm—puoriut (70 Hoechst Aktiengesellschaft, Postfach 80 03 20, 6230 Frankfurt/Main 80, Messer Griesheim GmbH, Hanauer Landstrasse 330, 6000 Frankfurt/Main 1, Saksan Liittotasavalta-Förbundsrepubliken Tyskland(DE) (72) Gunther Greiner, Liederbach/Taunus, Wolfgang Grunbein, Liederbach/

Taunus, Erhard Albrecht, Dusseldorf, Saksan Liittotasavalta-Förbundsrepubl iken Tyskland(DE) (7^) Oy Kolster Ab (5ij) Menetelmä veden käsittelemiseksi, erityisesti juomaveden valmistamiseksi ja jäteveden puhdistamiseksi - Förfarande för vattenbehandling, särskilt för framställning av dricksvatten och för rening av avfalls- vatten

Keksinnön kohteena on menetelmä veden käsittelemiseksi, erityisesti juomaveden valmistamiseksi sekä jäteveden puhdistamiseksi, jonka mukaan veden sisältämien ei-toivottujen aineiden ha-pettamiseksi ja tällaisten aineiden höytälöitymisen parantamiseksi käsitellyn veden osavirta johdetaan paineen alaisena otsonin kanssa täytekappalekolonniin, jossa osavirta saatetaan kosketuksessa otsonisaattorista saatavan happi/otsoni-seoksen kanssa, minkä jälkeen tämä osavirta sekoitetaan käsiteltävään veteen, jolloin täytekappalekolonnissa veteen liukenematon happi palautetaan kier-tohappena otsonisaattoriin.

Tarve muodostaa yhä huonompia raakavesiä juomavedeksi, uudelleenkäyttää jo käytettyjä prosessivesiä ja päästä ympäristön suojelun kannalta pitkälle vietyyn jäteveden puhdistukseen vaatii 2 66336 erittäin tehokkaita, ympäristöystävällisiä menetelmiä, joiden kustannussyistä tulee olla toteutettavissa vähäisellä raaka-aine- ja energiamäärillä. Erään mahdollisuuden näiden vaatimusten täyttämiseksi tarjoaa otsonin käyttö, joka hapettaa veden sisältämät ei-toivotutaineet ja parantaa tällaisten aineiden höytälöitymistä vedestä. Kun juomaveden valmistuksessa tapahtuu miltei pelkästään kemiallisia prosesseja, päästään otsoni/happi-lisäyksellä otsoni-vaikutuksen lisäksi myös puhtaan happilisäyksen vaikutuksiin. Sen sijaan jäteveden puhdistuksessa happi vaikuttaa pääasiallisesti biokemiallisiin prosesseihin ja otsoni/happi-seos kemiallisiin prosesseihin. Otsonin suuri myrkyllisyys kaikille eläville olioille sulkee biokemialliset puhdistusvaikutukset pois. Puhtaan otsonin käyttö ei ole sen räjähtyvyyden takia mahdollista nestemäisessä muodossa eikä myöskään kaasumaisessa muodossa.

Käytettäessä otsoni/ilma-seoksia työskennellään otsoniosuu-della 1-2 paino-%. Näin vähäinen otsoniosuus vaatii otsonin hap-peen verrattuna n. kymmenkertaisesti paremmasta liukenevuudesta veteen huolimatta laajoja, kalliita investointeja. Otsonin valmistus puhtaasta hapesta ilman asemesta sallii sensijaan kauttaaltaan korkeampia otsonipitoisuuksia (tavallisesti 4 paino-% ja enemmän) ja samalla päästään huomattaviin investointikustannusten säästöihin.

Välttämättömän hapen tarpeen seurauksena happi/otsoni-laitteiden käyttökustannukset näyttävät olevan korkeampia kuin ilma/otsoni-laitteiden käyttökustannukset, jotka johtuvat suuremmasta otsonipitoisuudesta, suuremmasta otsonin saannosta ja vähemmästä energian tarpeesta, ei kuitenkaan ole kysymys.

US-patenttijulkaisusta 3 856 671 tunnetaan menetelmä, jossa käytettävä laitteisto on puhtaan happi/otsoni-laitteiston ja puhtaan ilma/otsoni-laitteiston välimuoto. Tässä menetelmässä ilmasta valmistetaan paine-heilahtelu-laitteistolla runsaasti happea sisältävää kaasua, joka johdetaan otsoninkehittimeen. Tämä paine-heilahtelu-laitteisto korvaa tavanomaisen matalalämpötila-ilman-hajotus-laitteiston, joka vain erityistapauksissa on taloudellinen. Tosin US-patenttijulkaisun 3 856 671 mukaisessa menetelmässä on mahdollista poistaa vedestä kaasuuntunut typpi, tällöin ei kuitenkaan pystytä käyttämään hyväksi kaikkea arvokasta otsonia. Jäännös- 3 66336 otsonin poistaminen on kannattamatonta ja lisäksi se voi aiheuttaa ympäristön saastumista.

Suurin ongelma otsoni/happi-seoksen käytössä on hapen hyväksikäyttö. Tämä vaikeus voidaan välttää erottamalla otsoni ja happi välittömästi otsonisaattorin jälkeen, käyttämällä happi uudelleen otsonin tuotantoon ja siirtämällä otsoni käsiteltävään veteen halvan kantokaasun avulla. Erottaminen on mahdollista joko kondensoimalla otsoni hapesta tai adsorboimalla otsoni piihappo-geeliin. Erään toisen tunnetun menetelmän mukaisesti ("Chemie Ingenieur Technik" 46. vuosikerta 1974, no. 8, sivu 339) jäteveden otsoni otsonoidaan suoraan otsonisaattorista tulevalla otsoni/ happi-seoksella täytekappalekolonnissa. Täytekappalekolonnissa käsiteltävän veden osavirtaus pidetään paineen alaisena kosketuksessa otsoni/happi-seokseen, jolloin suurin osa otsonista ja osa hapesta liukenee osavirtaan. Näin käsitelty osavirta lisätään raakaveteen. Liukenematon otsoni poistetaan otsoninpoistolaitteesta ja liukenematon happi johdetaan takaisin otsonisaattoriin. Optimoimalla täytekappalekolonni näiden tunnettujen menetelmien avulla j voidaan päästä siihen, että otsoni liukenee täydellisesti täytekappalekolonnissa, jolloin otsoninpoistolaitteesta voidaan luopua.

Tämän keksinnön tarkoituksena on parantaa tätä tunnettua menetelmää, erityisesti osavirtausvedestä kaasuuntuvan typen suhteen.

Koska normaalilla tavalla typellä kyllästetystä vedestä kaasuuntuu typpeä puhtaassa happikehässä, rikastuisi happikierto voimakkaasti typellä lyhyessä ajassa pienissä paineissa. Kierto-kaasun suuri typpipitoisuus haittaa kuitenkin otsonituotantoa, joten sitä täytyy välttää. Tämä tapahtuu siten, että otsonin adsorptio täytekappalekolonnissa tapahtuu paineen alaisena. Typen prosentuaalinen osuus kiertojärjestelmässä laskee tällöin esimerkiksi 80 %:stä 100 kPa:n paineessa vain n. 15 %:iin 500 kPa:n paineessa. Lisäksi paineen vaikutuksesta adsorboituu enemmän otsonia. Käsiteltävien vesien muuttumaton typpipitoisuus johtaa tällä tavalla pysyvästi alempaan typpipitoisuuteen kiertojärjestelmässä. Käsiteltävän veden typpipitoisuus ei kuitenkaan ole muuttumaton. Tavallisesti käsiteltävä vesi on kyllästetty typellä, mutta usein se on jopa ylikyllästetty typellä. Nämä veden typpipitoisuuksien 4 66336 vaihtelut aiheuttavat vastaavia vaihteluita kiertokaasujen typpipitoisuudessa. Koska kiertokaasu johdetaan takaisin otsonisaatto-riin, vaikuttaa kiertokaasun vaihteleva typpipitoisuus otsonisaat-torin tehokkuusasteeseen, koska otsonisaattorit toimivat optimaa-lisest.i vain täysin määrätyllä s isään johdetun kaasun typpipitoisuudella. Tämä typpipitoisuus riippuu käytetystä otsonisaatto-rista, mutta yleensä se on 2-11 tilavuus-%. Otsonisaattorin energiantarve kasvaa huomattavasti jo pienilläkin poikkeamilla kul- l loisestakin optimaalisesta arvosta.

Keksinnön tehtävänä on parantaa tunnettua menetelmää, varmistamalla, että otsonisaattoriin johdetaan kaasua, jonka typpipitoisuus on muuttumaton.

Keksinnön mukaisella menetelmällä veden käsittelemiseksi, erityisesti juomaveden valmistamiseksi ja jäteveden puhdistamiseksi, jolle on tunnusomaista, että kolonnipaine, joka riippuu käsiteltävän veden osavirran typpipitoisuudesta säädetään vesirengaskompres-sorin ja vesirengaskompressoriin vaikuttavan analyysilaitteen avulla niin, että typpipitoisuus kiertohapessa on 2-11 tilavuus-%, edullisesti alle 10 tilavuus-%, mikä mahdollistaa otsonisaattorin optimaalisen käytön, päästään siihen, että käsiteltävän veden typpipitoisuudesta riippuen kolonnipaine asetetaan siten, että täyte-kappalekolonnissa osavirtauksesta kaasuuntuva paine pysyy statio-näärisessä käytössä otsonisaattoriin palautetussa kiertohapessa määrässä, joka takaa otsonisaattorin optimaalisen käytön.

Typpipitoisuus kiertohapessa on tällöin yleensä pidettävä määrässä 2-11 tilavuus-%, edullisesti alle 10 tilavuus-%.

Piirroksessa on esitetty kaavamaisesti eräs keksinnön suoritusmuoto.

Käsiteltävä vesi tulee raakavetenä 1 laitteeseen ja se sekoitetaan reaktiovaiheessa 2 voimakkaasti rikastettuun ja jo käsiteltyyn veden osavirtaan 3, jolloin otsoni reagoi voimakkaasti raakaveden sisältämien aineiden kanssa. Jälkikäsittelylaitteistos-sa 4 tapahtuu erilaisia lisäkäsittelyjä, esimerkiksi kemikaalien lisäämistä, jälkihöytälöimistä ja suodatusta. Jälkikäsittelylait-teistosta 4 poistuva puhdas vesi 5 johdetaan pois laitteistosta. Puhtaasta vedestä 5 haarautetaan osavirta 3 ja se saatetaan pumpun 6 avulla korotettuun paineeseen, joka on korkeampi kuin kolonnin- 5 66336 paine. Tämän jälkeen se suihkutetaan täytekappalekolonniin 7, jossa virtaa ylöspäin/ suihkutettuun veteen nähden vastavirtaan, otsonipitoista happea. Sen jälkeen otsonilla ja hapella kuormitettu osa-virta 3 johdetaan reaktiovaiheessa 2 takaisin käsiteltävään raakaveteen 1. Täytekappalekolonnissa 7 käyttämätön happi poistuu kier-tohappena 11 kolonnin yläpäästä, minkä jälkeen se kuivataan kuivurilla ja sen paine alennetaan paineenalentimessa 9 otsonisaatto-rille 10 sopivaan paineeseen. Tähän kiertohappeen 11 johdetaan li-sähappea 12 korvaamaan otsonikulutusta ja hapen liukenemista osa-virtaan 3. Otsoni muodostuu otsonisaattorissa 10. Otsonisaattoris-ta 10 poistuva kiertohappi sisältää runsaasti otsonia ja se virtaa vesirengaskompressorilla 13 tapahtuvaan paineen noston jälkeen täytekappalekolonniin 7.

Täytekappalekolonnissa 7 veden osavirrasta 3 kaasuuntuu typpeä. Riippuen veden osavirran 3 typpipitoisuudesta ja täyte-kappalekolonnin 7 paineesta asettuu kiertohappeen säännöllisessä käytössä tietty typpipitoisuus. Keksinnön mukaisesti veden osavirran 3 typpipitoisuus mitataan analyysilaitteella 14 ja riippuen osavirran kulloisestakin typpipitoisuudesta, vesirengaskompressorilla 13 aikaansaatava täytekappalekolonnin 7 paine säädetään niin, että kiertohappeen 11 asettuva typpipitoisuus mahdollistaa otsoni-saattorin optimaalisen käytön. Kulloinenkin haluttu typpipitoisuus kiertohapessa 11 riippuu otsonisaattorista 10, mutta se on kuitenkin yleensä 2-11 tilavuus-%.

Veden osavirran typpipitoisuuden asemesta voidaan mitata kolonnista kasaantuvan kaasuseoksen happipitoisuus, jolloin yksinkertaisuuden vuoksi voidaan olettaa, että seos koostuu pelkästään hapesta ja typestä. Tällöin seoksessa hyvin vähäisinä määrinä läsnäolevat jalokaasut ja CC>2 jätetään huomioonottamatta.