FI81076B - Anordning foer neutralisering av syresatt vatten. - Google Patents

Description

1 81076

Laite happamoituneen veden neutraloimiseksi

Keksinnön kohteena on laite happamoituneen veden neutraloimiseksi talouksissa tai vastaavissa, joka laite 5 käsittää fluidisointikammion, varastokammion emäksistä materiaalia varten, sekä tilan neutraloitua vettä varten, jolloin vesi johdetaan fluidisointikammioon siten, 10 että se virtaa ylöspäin kosketukseen varastokammiosta tulevien kiinteiden, emäksistä materiaalia, esimerkiksi kalkkikiveä, olevien hiukkasten kanssa, ja jolloin fludisointikammion tehollinen poikkileikkauspinta-ala asteittain laajenee veden virtaussuunnassa 15 siten, että veden virtausnopeus pienenee ylöspäin mentäes sä emäksisen materiaalin muodostaessa itsejauhautuvan lei-j ukerroksen.

Yleisenä käytäntönä on kauan aikaa ollut järvien, jokien ja purojen muodostamien happamoituneiden, avonais-20 ten vesistöjen neutralointi kalkkikivellä, jota on sijoitettu joko suoraan vesistöön tai johonkin siihen laskevista virroista. Tällaisia toimenpiteitä suoritetaan melko harvoin, esimerkiksi kerran vuodessa, ja tavoitteena on luoda siedettävät olosuhteet eläimistölle ja kasvistolle, 25 mikä merkitsee yleensä sitä, että veden pH-arvon on oltava noin 6 tai hieman suurempi. Kalkkikiven vaikutus veteen riippuu suoraan kalkkikiven ja veden välisen kosketus-alueen koosta. Tämä kosketusalue pienenee jatkuvasti kalk-kikivien kuluessa. Kun tällainen neutralointilaitos ra-30 kennetaan järven yläjuoksukohtaan, virtaava vesi saa aikaan kalkkikivien hankautumisen toisiaan vasten.

Tällaista, suoraan vesistössä suoritettavaa veden happamuusasteen vähentämistä on ehdotettu parannettavaksi FI-patenttihakemuksessa 820 274 esitetyin järjestelyin. 35 Eräs ratkaisu on käsittänyt vesistöön sijoitettavan, ylöspäin laajentuvan säiliön, johon on järjestetty kalkkikivi- 2 81076 päin laajentuvan säiliön, johon on järjestetty kalkkikivi-hiukkaskerros. Vesi johdetaan säiliöön pohjaosasta, jolloin se saa mainitun kerroksen pyörteilemään. Säiliöstä vesi johetaan edelleen vesistöön.

5 Viime vuosina on kuitenkin todettu, että se osa teollisuudesta tulevasta rikkiä sisältävästä ja sateen kuljettamasta savusta, joka ei laskeudu vesistöihin, vaan maan pinnalle, tunkeutuu edelleen maakerroksiin ja happamoittaa pohjaveden. Tästä on seurauksena, että myös avo-10 naisissa vesivaroissa, kuten avo- tai porakaivoissa, pH-arvot siirtyvät happamaan suuntaan. Happamoituneen veden käyttäminen juomavetenä tai keittämiseen ei ole ainoastaan epämiellyttävää veden pahasta mausta johtuen, vaan se voi monissa tapauksissa merkitä suoranaisia terveydellisiä 15 vaaroja. On todettu, että happaman veden mennessä kupari-putkien läpi pieniä määriä kuparia liukenee veteen ja kulkee sen mukana. Tällaista vettä käytettäessä kuparia siirtyy vereen ja sitä voi kerääntyä kehon kudoksiin. Tämä voi aiheuttaa vahinkoja, joita ei voida suoranaisesti huomata, 20 mutta seurauksena voi olla myös merkittäviä myrkytystiloja.

Näin ollen on jo pitkän aikaa kaivattu sellaista laitetta, jonka avulla happamoitunut vesi voitaisiin neutraloida vettä vain yhteen tai muutamaan talouteen toimit-25 tavissa järjestelmissä. On selvää, ettei tällöin voida käyttää edellä esitettyjä menetelmiä. Syötettävä vesi on käsiteltävä siten, että sen pH-arvo pysyy pääasiassa vakiona pitkänkin ajan. Esillä oleva keksintö ratkaisee tämän probleeman sellaisen laitteen avulla, jota voidaan 30 käyttää tällaisissa pienissä vedensyöttöjärjestelmissä ja joka voidaan sen toimiessa tällöin suodattimena tai pH-korjaimena yhdistää vesilähteen ja hanojen väliseen johtoon, edullisesti pumpun ja hydroforin väliin. Koska tätä tyyppiä olevissa vedensyöttöjär jestelmissä käytetään pump-35 puja, joiden kapasiteetti vaihtelee huomattavasti, keksinnön tavoitteena on saada aikaan sellainen laite, jonka 3 81076 toiminta-alue ei ole rajoitettu pumpun kapealle teho-alueelle.

Keksinnön tavoitteena on myös eliminoida järjestelmän muiden komponenttien jatkuva toiminta, mikä tar-5 koittaa sitä, ettei laitteen toiminta edellytä aina esiintyvää, pumpun synnyttämää vesivirtausta, vaan sitä voidaan käyttää myös sellaisissa järjestelmissä, joissa pumput toimivat vain ajoittain.

Keksinnön tavoitteena on vielä saada aikaan sellai-10 nen edellä mainittua tyyppiä oleva laite, joka on käytössä hyvin luotettava ja joka ei periaatteessa vaadi muuta huoltoa eikä kunnossapitoa kuin emäksisen materiaalin ajoittaisen syöttämisen.

Aikaisemmin tunnetussa happamoituneen veden pH-ar-15 von parantamiseen tarkoitetussa laitteessa käytetään flui-disointikammiota, jossa käytetystä emäksisestä materiaalista koostuvat hiukkaset pidetään kellumassa ylöspäin suuntautuvan vesivirtauksen avulla. Tällaisen laitteen fluidisointikammion poikkileikkauspinta-ala on kuitenkin 20 vakio pystysuorassa suunnassa, eli virtausnopeus on sama kammion joka tasolla. Tietty hiukkanen voi kuitenkin pysyä kellumassa vain silloin, kun siihen vaikuttavat kaksi voimaa ovat tasapainossa keskenään, nimittäin alaspäin suuntautuva painovoima ja veden virtauksen synnyttämä ja ylös-25 päin suuntautuva nostovoima. Tämä merkitsee sitä, että laitteen läpi menevän vesivirtauksen ollessa vakio vain yhtä tiettyä kokoa olevat tai ainoastaan hyvin kapealla kokoalueella esiintyvät hiukkaset voidaan pitää kellumassa. Painavammat hiukkaset ovat pohjalla eivätkä voi osal-30 listua aktiivisesti käsittelyyn. Kun leijuhiukkasten koko ja paino ovat niiden kulumisesta johtuen pienentyneet, nostovoiman suhteellinen lisääntyminen aiheuttaa sen, että hiukkaset siirtyvät pois käsittelyvyöhykkeestä.

Edellä mainitun suomalaisen patenttihakemuksen mu-35 kaisesti käytetään ylöspäin laajentuvaa säiliötä, jolloin 4 81076 osittain vältytään edellä käsitellyistä epäkohdista. Tällaista avoimia vesistöjä varten tarkoitettua järjestelyä ei kuitenkaan voida käyttää yhden tai muutaman talouden käsittävissä järjestelmissä.

5 Näin ollen esillä olevalle keksinnölle on tunnus omaista, että varastokammio on suppilomainen ja välittömästi liitetty sen alapuolella sijaitsevaan, asteittain laajenevaan fluidisointikanunioon, jonka kartiomaisuus on 5-10°, ja 10 että neutraloitua vettä varten tarkoitettu tila on liitetty välittömästi varastokammioon tämän yläpuolelle, jolloin mainitut kammiot ja tila muodostavat yhtenäisen säiliön neutraloidun veden tuottamiseksi.

Aikaisempiin laitteisiin verrattuna esiteltävänä 15 olevan keksinnön mukaisella laitteella on useita etuja.

Vaatimuksena ei ole, että käytettyjen hiukkasten koon tulisi olla suunnilleen vakio, vaan eri kokoa olevien hiukkasten käyttö on ilman muuta edullista. Syy tähän selostetaan myöhemmin, mutta tästä tosiasiasta johtuu, että 20 kaikki emäksinen materiaali voidaan käyttää. Lisäksi samasta syystä edellä mainitut tavoitteet, jotka koskevat laitteen toimintaa ja kunnossapitoa, ovat myös toteutettavissa.

Keksinnön erästä rakennemuotoa selostetaan nyt 25 viittaamalla piirustukseen, joka esittää laitetta pysty-leikkauksena .

Laite käsittää pääasiassa lieriön muotoisen säiliön 1, joka on yhdistetty pumpusta tulevan paineputken ja hyd-roforin väliin vedensyöttöjärjestelmässä, joka syöttää 30 vettä useisiin hanoihin. Pumpusta tuleva paineputki 2 tulee säiliöön suunnilleen sen pohjan ja yläpään puolivälissä. Mainittu paineputki on yhdistetty polviputken 3 avulla pystyputkeen 4, joka on avonainen alapäästään ja joka on lyhyen etäisyyden päässä fluidisointikammion 6 pohjan ylä-35 puolella. Mainitun kammion yläpuolella on varastokammio 7

II

5 81 0 76 kalkkikiveä 5 varten, jossa on erikokoisia hiukkasia. Käsitellyn veden ulostuloaukko 8 sijaitsee tässä selostetun rakenteen mukaisesti säiliön korkeimmassa kohdassa. Säiliön sisällä oleva kalkkikivihiukkasten yläpinnan ja veden 5 ulostuloaukon välinen tila muodostaa veden varastosäiliön.

Fluidisointikammio 6, joka on tässä tapauksessa poikkileikkaukseltaan pyöreä, levenee jonkin verran ylöspäin, toisin sanoen se on muodoltaan katkaistu kartio. Vain sopivien suhteiden havainnollistamiseksi on mainit-10 tava, että kammion sisähalkaisija voi sen pohjassa olla noin 25 % sen korkeudesta. Fluidisointikammion yläosan halkaisija voi olla noin 40 % mainitusta arvosta, mikä vastaa 5-10° kartiomaisuutta. Samoin vain asian havainnollistamiseksi esitetään nyt joitakin sopivia absoluuttisia 15 mittoja laitteelle, joka on tarkoitettu käytettäväksi yhden tai muutaman talouden vedensyöttöjärjestelmässä. Laitteen pohjan halkaisija voi olla 6-10 cm ja korkeus 20-50 cm. Nämä arvot on todettu sopiviksi, kun veden virtausnopeus on suunnilleen 40 litraa minuutissa, mikä vastaa 1-5 20 mm optimihiukkaskokoa, noin 17 cm/s suuruista veden virtausnopeutta fluidisointikammion pohjaosassa ja noin 7 cm/s suuruista virtausnopeutta sen yläosassa.

Edellä selostetun laitteen toimintatapa on seuraa-va. Laitteeseen tuleva vesivirtaus muuttaa suuntaansa kam-25 mion pohjan vaikutuksesta virraten sieltä ylöspäin flui-disointikammiossa 6 olevien kalkkikivihiukkasten läpi. Koska kammion tehollinen poikkileikkauspinta-ala kasvaa jatkuvasti ylöspäin sen levenevästä muodosta johtuen, virtausnopeus pienenee vastaavasti. Suositeltavat virtaus-30 nopeudet ovat 10-30 cm/s alaosassa ja 5-10 cm/s yläosassa. Koska hiukkasiin vaikuttava nostovoima on verrannollinen virtausnopeuteen, nostovoima on suurimmillaan kammion pohjassa ja laskee jatkuvasti ylöspäin siirryttäessä. Tästä on seurauksena, että tietyillä parametreillä toimivassa 35 tietyssä laitteessa suurimmat hiukkaset kelluvat lähellä

__ I

6 81076 fluidisointikanunion pohjaa ja pienemmät hiukkaset leijuvat korkeammalle kammiossa ja virtaava vesi kuljettaa vielä pienemmät hiukkaset varastokammioon 7. Hiukkasten siirtyessä mainitun kammion läpi niihin kohdistuu lisää han-5 kausta, niin että niiden tullessa lopuksi ulostuloaukkoon 8, niitä voidaan käytännöllisesti katsoen pitää kokonaan liuenneina. Erikokoiset hiukkaset kelluvat eri tasoilla, jolloin ne "kerrostuvat" kokonsa perusteella.

Kun laite on toiminnassa, hiukkaset hankautuvat 10 vesivirtauksen pyörteisyydestä johtuen toisiaan vasten, jolloin niiden koko pienentyy jatkuvasti. Kuten jo on selitetty, tämä koon pienentyminen saa aikaan hiukkasten siirtymisen asteittain ylöspäin. Tämä siirtymisliike ei ole kuitenkaan tärkeä ja edullinen tulos, vaan sellaisena 15 tuloksena on paremminkin pidettävä sitä, että jokainen hiukkanen voidaan hyödyntää tehokkaasti niin kauan kuin sen koko pysyy sillä alueella, jossa kelluminen voi tapahtua. Jos tarkastellaan hiukkasta sen koon pienentyessä asteittaisesti ja fluidisointikanunion läpi ylöspäin suun-20 tautuvan liikkeen aiheutuessa siitä, tätä pienentymistä voitaisiin pitää hiukkasen pintakerrosten asteittaisena "hilseilynä", mikä merkitsee sitä, että hiukkasesta tulee koko ajan esiin uusia osia, jotka ovat käytettävissä veden kanssa tapahtuvaan reaktioon. Toisella tavalla tätä toi-25 mintamenetelmää voidaan kuvata sanomalla, että hiukkasen se osa, jota voidaan käyttää aktiivisesti käsittelyprosessissa, vastaa eroa, joka on hiukkasen alkuperäisen tilavuuden ja sen tilavuuden välillä, joka jää jäljelle, kun hiukkanen mahdollisesti poistuu laitteesta veden mukana. 30 Joka tapauksessa on selvää, että keksintö hyödyntää materiaalin parhaalla mahdollisella tavalla. Tässä yhteydessä kaksi muuta tekijää ovat tärkeitä.

Toinen tekijä on, että hiukkasten kuluessa niiden tilalle tulee jatkuvasti muita hiukkasia varastokammiosta, 35 ja ne laskeutuvat ensin alas omalla painollaan fluidisoin- 7 81 076 tikammion läpi ja aloittavat sitten edellä selostetulla tavalla liikkeensä ylöspäin mainitun kammion läpi. Lopputuloksena on, että laite toimii kokonaan automaattisesti ja että ainoa tarvittava huoltotoimenpide on loppuun käy-5 tetyn kalkkikiven tai jonkin muun käytetyn emäksisen materiaalin ajoittainen korvaaminen uudella.

Toinen tärkeä tekijä liittyy varastokammion 7 sup-pilomuotoon. Kun pumppu ei ole toiminnassa, jolloin vesi-virtaus laitteen läpi on pysähtynyt, varastokammiosta tulo levät hiukkaset liukuvat alas fluidisointikammioon 6. Kun pumppu käynnistyy jälleen, vesivirtaus nostaa hiukkasia ylöspäin, jolloin edellä selostettu toiminta alkaa uudestaan.

Varastokammion 7 poikkileikkauspinta-ala on fluidi-15 sointikammion 6 poikkileikkauspinta-alaa niin paljon suurempi, että siinä oleva virtausnopeus on niin pieni, ettei fluidisointia voi tapahtua. Sen sijaan kalkkikivihiukkaset pysyvät tiiviisti yhdessä ja oleellisesti liikkumattomina varastokammiossa 7. Tämä mahdollistaa prosessin ohjaamisen 20 ja rajaamisen siten, että materiaalia kulutetaan vain fluidisointikammiossa 6. Laitteen teho on kalkkikivimate-riaalin optimaalista käyttöä tarkastellen erittäin hyvä, mistä johtuen materiaalin kulutus on äärettömän pieni; yhden perheen talossa noin 15 kiloa vuodessa.

Claims (6)

8 81076

1. Laite happamoituneen veden neutraloimiseksi talouksissa tai vastaavissa, joka laite käsittää 5 fluidisointikammion (6), varastokammion (7) emäksistä materiaalia (5) varten, sekä tilan neutraloitua vettä varten, jolloin vesi johdetaan fluidisointikammioon (6) 10 siten, että se virtaa ylöspäin kosketukseen varastokam-miosta (7) tulevien kiinteiden, emäksistä materiaalia (5), esimerkiksi kalkkikiveä, olevien hiukkasten kanssa, ja jolloin fluidisointikammion (6) tehollinen poikki-leikkauspinta-ala asteittain laajenee veden virtaussuun-15 nassa siten, että veden virtausnopeus pienenee ylöspäin mentäessä emäksisen materiaalin (5) muodostaessa itsejau-hautuvan leijukerroksen, tunnettu siitä, että varastokammio (7) on suppilomainen ja välittömästi 20 liitetty sen alapuolella sijaitsevaan, asteittain laajenevaan fluidisointikammioon (6), jonka kartiomaisuus on 5-10», ja että neutraloitua vettä varten tarkoitettu tila on liitetty välittömästi varastokammioon (7) tämän yläpuolel-25 le, jolloin mainitut kammiot ja tila muodostavat yhtenäisen säiliön neutraloidun veden tuottamiseksi.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laite, tunnettu siitä, että neste viedään fluidisointikammioon (6) yhden ainoan keskellä sijaitsevan tuloputken (4) kaut- 30 ta, jossa se virtaa alaspäin.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen laite, tunnettu siitä, että neutraloidun veden ulostulo-aukko (8) edullisesti sijaitsee neutraloitua vettä varten tarkoitetun tilan korkeimmassa kohdassa.

4. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen laite, tunnettu siitä, että hiukkaset koostuvat 9 81076 kalkkikivestä hiukkaskoon ollessa enintään 10 mm, edullisesti 1-5 mm.

5. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen laite, tunnettu siitä, että veden virtausnopeus 5 pienenee ylöspäin mentäessä, edullisesti arvosta noin 10-30 cm/s arvoon 5-10 cm/s.

6. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen laite, tunnettu siitä, että siinä on laite syötetyn veden virtausnopeuden säätämistä varten. 10 81 076