IT9084156A1

IT9084156A1 - PROCEDURE FOR TRANSFERRING GAS FROM A LIQUID PHASE THAT CONTAINS THEM TO A GASEOUS PHASE, AND VICEVERSA, AND PLANT TO PERFORM THE PROCEDURE.

Info

Publication number: IT9084156A1
Application number: IT084156A
Authority: IT
Inventors: Francesco Cantanna; Vita Mario De
Original assignee: Professionisti Protezione Ambiente P P A S R L
Priority date: 1990-12-28
Filing date: 1990-12-28
Publication date: 1992-06-29
Also published as: IT9084156A0; IT1242863B

Description

D E S C R I Z I O N E DESCRIPTION

dell'invenzione avente per titolo: of the invention entitled:

"Procedimento per trasferire gas da una fase liquida che i l contiene ad una fase gassosa, e viceversa, ed impianto per effettuare il procedimento" "Process for transferring gas from a liquid phase which contains to a gaseous phase, and vice versa, and plant for carrying out the process"

La presente invenzione concerne in generale un procedimento per trasferire gas da una soluzione che li contiene ad una fase gassosa e viceversa. Più particolarmente l'invenzione concerne l'abbattimento e/o il recupero di composti dell'azoto ammoniacale e suoi derivati e dell'idrogeno solforato e suoi derivati contenuti in flussi gassosi e liquidi, quali ad esempio emanazioni gassose e acque residue di lavorazioni industriali, condense e gas di cokeria, reflui industriali, gas di lavaggio, liquami di origine zootecnica, reflui di impianti di depurazione, biogas , ecc--L'invenzione concerne anche un impianto per effettuare il procedimento. The present invention generally relates to a process for transferring gas from a solution containing them to a gaseous phase and vice versa. More particularly, the invention relates to the abatement and / or recovery of compounds of ammoniacal nitrogen and its derivatives and of hydrogen sulphide and its derivatives contained in gaseous and liquid flows, such as for example gaseous emanations and residual water from industrial processes, condensate and coke oven gas, industrial wastewater, washing gas, sewage of zootechnical origin, wastewater from purification plants, biogas, etc. - The invention also concerns a plant for carrying out the process.

Sono noti trattamenti per lo strippaggio di composti dell'azoto ammoniacale e dell'idrogeno solforato da acque residue di lavorazioni da reflui di origine industriale, zootecnica o urbana. Alcuni procedimenti si basano su un trattamento per osmosi . Essi peraltro non risultano vantaggiosamente praticabili per ragioni pratiche ed economiche. Altri si basano sulla elettrodialisi, con cui si ricavano peraltro risultati poco validi per la dipendenza del processo da fattori estranei. Altri processi ancora si basano sulla bio-ossidazione; essi, pur dimostrandons i efficaci per basse concentrazioni di ammonio e di idrogeno solforato, a concentrazioni più elevate danno luogo ad inconvenienti connessi a problemi di biotossicità, ed a difficoltà nel controllo del processo- Altri processi infine si basano sullo scambio ionico e comportano elevati costi di esercizio oltre ad una discontinuità,del processo stesso-E' stato anche proposto, In particolare per l'ammoniaca, un procedimento di strippaggio con aria in torri a. riempimento e/o a spruzzo. Questo trattamento peraltro, oltre ad avere un costo di esercizio elevato, lascia nella fase liquida elevati tenori di ammoniaca e può dar luogo ad incrostazioni sull’impianto. Treatments are known for the stripping of ammonia nitrogen and hydrogen sulphide compounds from waste water from industrial, zootechnical or urban waste processes. Some procedures are based on osmosis treatment. However, they are not advantageously practicable for practical and economic reasons. Others are based on electrodialysis, with which, however, poor results are obtained due to the dependence of the process on extraneous factors. Still other processes are based on bio-oxidation; although they prove to be effective for low concentrations of ammonium and hydrogen sulphide, at higher concentrations they give rise to drawbacks related to problems of biotoxicity, and difficulties in controlling the process. Finally, other processes are based on ion exchange and involve high costs in addition to a discontinuity, of the process itself. A stripping process with air in towers a has also been proposed, in particular for ammonia. filling and / or spraying. This treatment, however, in addition to having a high operating cost, leaves high levels of ammonia in the liquid phase and can cause deposits on the system.

Secondo l'invenzione tutti gli inconvenienti dei noti procedimenti ora indicati sono eliminati con un procedimento per trasferire gas da una. fase liquida che li contiene ad una fase gassosa, caratterizzato dal fatto che si mantengono le due fasi continuamente rinnovate e si sposta ciclicamente la superficie di un supporto da una fase all'altra, aumentando in questo modo con continuità la superficie limite di contatto tra le due fasi ed al tempo stesso rigenerandola, sia per il movimento di detto supporto, sia per scorrimento delle due fasi rispetto ad esso. According to the invention, all the drawbacks of the known methods now indicated are eliminated with a method for transferring gas from one. liquid phase that contains them to a gaseous phase, characterized by the fact that the two phases are kept continuously renewed and the surface of a support is cyclically moved from one phase to another, thus continuously increasing the limit surface of contact between the two phases and at the same time regenerating it, both for the movement of said support and for the sliding of the two phases with respect to it.

Sempre secondo l'invenzione il procedimento ora descritto può essere effettuato con un impianto comprendente un reattore formato da almeno una vasca provvista di condotti di ingresso e di uscita della fase liquida e da una.copertura delimitante con detta fase liquida un volume per la fase gassosa, detto reattore alloggiando un'unità. operativa, comprendente almeno un disco rotante, immerso in parte nella fase liquida ed in parte nella fase gassosa. Still according to the invention, the process described above can be carried out with a plant comprising a reactor formed by at least one tank provided with inlet and outlet conduits for the liquid phase and a cover defining a volume for the gas phase with said liquid phase , said reactor housing a unit. operative, comprising at least one rotating disk, partly immersed in the liquid phase and partly in the gaseous phase.

La presente invenzione viene qui di seguito ulteriormente chiarita in due sue preferite forme di pratica realizzazione riportate a scopo puramente esemplificativo e non limitativo con riferimento alle allegate tavole di disegni, in cui; The present invention is further clarified hereinafter in two of its preferred embodiments reported for purely illustrative and non-limiting purposes with reference to the attached drawing tables, in which;

la figura 1 mostra schematicamente in vista frontale un'attrezzatura per effettuare il procedimento secondo l'invenzione, Figure 1 schematically shows a front view of an apparatus for carrying out the process according to the invention,

la figura 2 la mostra secondo la vista laterale II—II di f igura 1, e figure 2 shows it according to the side view II-II of figure 1, and

la figura 3 la mostra nella, stessa vista frontale di figura 1 una differente forma di realizzazione. Figure 3 shows a different embodiment in the same front view of Figure 1.

Come si vede dalle figure, il procedimento .secondo l'invenzione è effettuato in un reattore 2, comprendente una vasca 4 provvista di condotti di ingresso 6 e di uscita 8, e comprendente altresì una copertura 10, pure provvista. di condotti di ingrosso 12 e di uscita 14- Noi disegni non sono stati indicati, per chiarezza,rappresentativa, nè la pompa che alimenta il liquido nella vasca 4, nè il ventilatore che alimenta l'aria nello spazio sovrastante la vasca e delimitato dalla copertura 10. As can be seen from the figures, the process according to the invention is carried out in a reactor 2, comprising a tank 4 provided with inlet 6 and outlet 8 ducts, and also comprising a cover 10, also provided. of wholesale 12 and outlet ducts 14 - For the sake of clarity, the drawings have not been shown, neither the pump that feeds the liquid into the tank 4, nor the fan that feeds the air into the space above the tank and delimited by the cover 10.

All'interno della vasca 4 è alloggiata un'unità, operativa comprendente una pluralità di dischi 16 solidali ad un albero orizzontale 18, trascinato in rotazione con mezzi tradizionali non rappresentati nei disegni. I dischi 16 sono parzialmente immersi nella fase liquida e parzialmente immersi nella fase gassosa- Essi sono realizzati in materiale adatto a fornire una superficie utile allo scambio gas/liquido la più grande possibile, ed in particolare possono essere realizzati in plastica, in fibra od in metallo e preferibilmente sono trattati per aumentare appunto tale superficie -Il principio sul quale si basa il procedimento secondo l'invenzione è il seguente: Inside the tank 4 is housed an operating unit comprising a plurality of discs 16 integral with a horizontal shaft 18, rotated by traditional means not shown in the drawings. The discs 16 are partially immersed in the liquid phase and partially immersed in the gaseous phase. metal and preferably are treated to precisely increase this surface -The principle on which the process according to the invention is based is as follows:

durante il movimento rotatorio dei dischi 16, la loro porzione che mano a mano emerge dal liquido si ricopre di uno strato sottile di soluzione che per gravità. "scorre" sulla superficie stessa ed in tal modo rinnova la superficie di contatto gas/liquido- Ne consegue che la superficie effettiva di contatto gas/liquido risulta molto grande e ciò, unito al rinnovo completo di questo strato limite in fase di immersione, tende a raggiungere dell'equilibrio in tempi reali e con consumi di prodotto vicini al valore teorico definito dalla legge di Henry. during the rotational movement of the discs 16, their portion which gradually emerges from the liquid is covered with a thin layer of solution which by gravity. "flows" on the surface itself and thus renews the gas / liquid contact surface. It follows that the effective gas / liquid contact surface is very large and this, combined with the complete renewal of this boundary layer during immersion, tends to reach equilibrium in real time and with product consumption close to the theoretical value defined by Henry's law.

Se è richiesto uno strippaggio di gas dalla. soluzione che lo contiene, si alimenta, la vasca 4 con tale soluzione ed al tempo stesso si alimenta lo spazio sovrastante detta vasca 4, preferibilmente in controcorrente con la fase gassosa, ad una. pressione parziale inferiore a quella prevista dalla legge di Henry. In questo modo la soluzione che esce dal reattore 2 risulta impoverita di gas, mentre l'aria che esce dallo stesso reattore 2 risulta arricchita di gas. If gas stripping is required from the. solution containing it, the tank 4 is fed with this solution and at the same time the space above said tank 4 is fed, preferably in counter-current with the gaseous phase, to one. partial pressure lower than that required by Henry's law. In this way the solution that leaves the reactor 2 is depleted of gas, while the air that leaves the same reactor 2 is enriched with gas.

Se al contrario si vuole effettuare un adsorbimento di gas da un flusso gassoso, si alimenta, lo spazio sovrastante la vasca 4 con detto flusso ed al tempo stesso si alimenta la. vasca stessa con un liquido avente una.concentrazione di gas da adsorbire inferiore a quella prevista dalla legge di Henry . If, on the other hand, it is desired to carry out an adsorption of gas from a gaseous flow, the space above the tank 4 is fed with said flow and at the same time the space is fed. tank itself with a liquid having a concentration of gas to be adsorbed lower than that required by Henry's law.

In questo modo il flusso gassoso che esce dal reattore 2 risulterà impoverito di gas, mentre il liquido che esce dallo stesso reattore 2 risulterà arricchito di gas. In this way the gaseous flow that leaves the reactor 2 will be depleted of gas, while the liquid that leaves the same reactor 2 will be enriched with gas.

E' anche previsto di poter lavorare entro il reattore 2 a pressione inferiore alla pressione atmosferica. It is also envisaged to be able to work inside the reactor 2 at a pressure lower than atmospheric pressure.

Nella forma di realizzazione illustrata in figura 3 l'impianto prevede l'impiego di due unità affiancate-Più particolarmente questo impianto prevede che il reattore 2 sia formato da due distinte vasche 4,4' nelle quali é posta un'unica copertura 10, in modo che le fasi liquide contenuta nelle due vasche risultino separate tra loro, mentre il volume ad esse sovrastante risulti comune-Ciascuna vasca è provvista di condotti di ingresso 6,6' del liquido e di condotti 8,8' di uscita, mentre la copertura 10 é priva di comunicazioni con l'esterno- All'interno di essa è comunque previsto un piccolo ventilatore 20, avente la funzione, come meglio si vedrà in seguito, di mantenere in continua agitazione la fase gassosa-All'interno di ciascuna vasca 4,4' è prevista un'unità, operativa a dischi 16, 16', del tipo descritto per la precedente forma di realizzazione. In the embodiment illustrated in Figure 3, the plant provides for the use of two units side by side.More particularly, this plant provides that the reactor 2 is formed by two distinct tanks 4,4 'in which a single cover 10 is placed, in so that the liquid phases contained in the two tanks are separated from each other, while the volume above them is common. 10 has no communication with the outside - Inside it there is however a small fan 20, having the function, as will be seen later, of keeping the gaseous phase in continuous agitation - Inside each tank 4 , 4 'a unit is provided, operating with discs 16, 16', of the type described for the previous embodiment.

Il principio sul quale si basa l'invenzione in questa forma di realizzazione corrisponde a quanto descritto in precedenza, con la differenza peraltro che mentre la prima unità funziona come degasatore, per strippare gas dalla fase liquida. alimentata alla vasca 4, la seconda funziona come adsorbìtore per il recupero del gas appena strippato. In questo modo, pur con un'esigua quantità di fase gassosa è possibile trasferire con continuità,gas dal liquido che alimenta la vasca 4 al liquido che alimenta la vasca 4'. The principle on which the invention is based in this embodiment corresponds to what has been described above, with the difference, however, that while the first unit works as a degasser, to strip gas from the liquid phase. fed to tank 4, the second functions as an adsorber for the recovery of the gas just stripped. In this way, even with a small quantity of gaseous phase, it is possible to continuously transfer gas from the liquid that feeds the tank 4 to the liquid that feeds the tank 4 '.

I seguenti esempi chiariranno ulteriormente The following examples will further clarify

l'invenzione- the invention-

ESEMPIO 1 EXAMPLE 1

E' stato utilizzato un reattore di strippaggio costituito da una vasca di 2 m3 utili, nella quale ruotare un'unità basa composta da 75 dischi in PVC, trattati superficialmente mediante puntinatura- I dischi erano assiemati su un albero azionato da un motore, erano immersi per circa il 45% nella fase liquida e giravano ad una velocità di 10 giri/min- La vasca era provvista di copertura collegata ad un soffiante della capacità di 8 m'*/h di ariali procedimento è stato applicato ad un effluente di un impianto di trattamento chimico delle acque reflue di una zincatura, avente le seguenti caratteristiche: A stripping reactor was used consisting of a tank of 2 m3 useful, in which to rotate a base unit composed of 75 PVC discs, superficially treated by dots - The discs were assembled on a shaft driven by a motor, they were immersed for about 45% in the liquid phase and turned at a speed of 10 rpm - The tank was equipped with a cover connected to a blower with a capacity of 8 m '* / h of arial process was applied to an effluent of a plant chemical treatment of waste water of a galvanizing, having the following characteristics:

II refluo dopo trattamento aveva un contenuto di azoto ammoniacale di 10-15 ml/l e veniva invia.to alla sezione di neutralizzazione. L’aria invece, con un contenuto di azoto ammoniacale inferiore a 15 ml/m3 veniva inviata al camino senza ulteriore trattamento. The wastewater after treatment had an ammonia nitrogen content of 10-15 ml / l and was sent to the neutralization section. The air, on the other hand, with an ammonia nitrogen content of less than 15 ml / m3 was sent to the chimney without further treatment.

ESEMPIO 2 EXAMPLE 2

E' stata impiegata un’apparecchiatura da laboratorio comprendente un'unità di strippaggio ed un'unità. di adsorbimento, affiancate e collegate tra di loro da un’unica copertura a tenuta (cfr. fig. 3). A laboratory equipment was used including a stripping unit and a unit. adsorption, side by side and connected to each other by a single sealed cover (see Fig. 3).

Ogni unità era costituita da una.vasca di capacità di 6 litri, nella quale ruotava l'unità operativa composta da dieci dischi in acciaio da 20 cm di diametro, supportanti tela filtrante a maglia grossolana ed assiemati su un albero azionato da un motore. I dischi erano immersi per il 45% circa nel flusso da trattare e giravano ad una velocità che poteva essere variata tra 5 e 20 giri/minuto. Each unit consisted of a tank with a capacity of 6 liters, in which the operating unit rotated, consisting of ten steel discs with a diameter of 20 cm, supporting a coarse mesh filter cloth and assembled on a shaft driven by a motor. About 45% of the discs were immersed in the flow to be treated and rotated at a speed that could be varied between 5 and 20 rpm.

La prima unità operava, in fase di strippaggio e veniva alimentata con il flusso da trattare ad una portata da 50 mi/min, mentre la. seconda unità. operava in fase di adsorbimento ed era riempita con una soluzione di acido fosforico, parzialmente neutralizzata con carbonato di magnesio (magnesio fosfato dibasico). The first unit operated, in the stripping phase and was fed with the flow to be treated at a flow rate of 50 ml / min, while the. second unit. it operated in the adsorption phase and was filled with a solution of phosphoric acid, partially neutralized with magnesium carbonate (dibasic magnesium phosphate).

Nella copertura l'aria veniva mantenuta in movimento, dalla sezione di strippaggio alla sezione di adsorbimento, mediante circolazione forzata. La soluzione adsorbente veniva continuamente ricircolata attraverso un sistema di recupero del fosfato di magnesio ed ammonio formatosi-Il procedimento era applicato ad un refluo (condensa) proveniente da un impianto di colatura del sego, preventivamente sottoposto a coagulazione chimica con calce ed a flottazione. Il contenuto di azoto ammoniacale era di 850 ml/l ed il valore del pH>11; la temperatura di lavoro era di 20°C. In the cover, the air was kept in motion, from the stripping section to the adsorption section, by means of forced circulation. The adsorbent solution was continuously recirculated through a recovery system of the magnesium and ammonium phosphate formed. The process was applied to a wastewater (condensate) coming from a tallow casting plant, previously subjected to chemical coagulation with lime and flotation. The ammonia nitrogen content was 850 ml / l and the pH value> 11; the working temperature was 20 ° C.

Dopo trattamento il refluo aveva un contenuto di azoto ammoniacale pari a -30-40 ml/l, tale da poter essere sottoposto a.successivo trattamento biologico di depurazione comprendente la usuale sezione per la.rimozione dell'azoto. After treatment, the wastewater had an ammonia nitrogen content of -30-40 ml / l, such that it could be subjected to a subsequent biological purification treatment including the usual section for removing nitrogen.

ESEMPIO 3 EXAMPLE 3

L'apparecchiatura utilizzata era la stessa dell’esempio precedente, ma il refluo da.trattare era costituito da un effluente di un digestore anaerobico, in esercizio sperimentale con una miscela di alghe marine e materiale ad alto contenuto di carbonio organico, da desolforare. Il contenuto di idrogeno solforato era di 40-60 ml/1 ed il valore del pH di 7,2-7,5; la temperatura di esercizio era di circa 25°C-La prima unità,operava in fase di strippaggio e venìva alimentata ad una portata di 100 mi/min. La seconda unità operava in fase di adsorbimento ed era riempita con una soluzione contenente iori ferrici. In alternativa essa poteva essere riempita con soluzione di idrossido di sodio. The equipment used was the same as in the previous example, but the wastewater to be treated consisted of an effluent from an anaerobic digester, in experimental operation with a mixture of marine algae and material with a high organic carbon content, to be desulphurized. The hydrogen sulphide content was 40-60 ml / 1 and the pH value was 7.2-7.5; the operating temperature was about 25 ° C. The first unit operated in the stripping phase and was fed at a flow rate of 100 ml / min. The second unit operated in the adsorption phase and was filled with a solution containing ferric chlorides. Alternatively it could be filled with sodium hydroxide solution.

Il refluo trattato risultava avere un contenuto di idrogeno solforato di 1-5 ml/l. The treated wastewater had a hydrogen sulphide content of 1-5 ml / l.

ESEMPIO 4 EXAMPLE 4

L'apparecchiatura utilizzata era sempre la stessa degli esempi 2 e 3 ma era alimentata alla portata 50 mi/min con l'effluente di un digestore anaerobico industriale in esercizio con liquame suino, sottoposto ad un pretrattamento di chiari-flocculazìone a pH 10; la temperatura di lavoro era di 30°C circa-La presente invenzione è stata illustrata e descritta in due sue preferita forme di realizzazione, ma si intende che varianti esecutive potranno ad esse in pratica apportarsi, senza,peraltro uscire dall'ambito di protezione del presente brevetto per invenzione industriale. The apparatus used was always the same as in Examples 2 and 3 but was fed at the rate of 50 ml / min with the effluent of an industrial anaerobic digester in operation with pig slurry, subjected to a pretreatment of clear-flocculation at pH 10; the working temperature was about 30 ° C. The present invention has been illustrated and described in two of its preferred embodiments, but it is understood that executive variations may in practice be applied to them, without however departing from the scope of protection of the present patent for industrial invention.

Claims

R I V E N D I C A Z I 0 N I 1- Process for transferring gases from a liquid phase that contains them to a. gaseous phase, characterized by the fact that the two phases are kept continuously renewed and the surface of a support moves cyclically from one phase to another, thus increasing continuously. the limit surface of contact between the two phases and at the same time regenerating it, both for the movement of said support and for the sliding of the two phases with respect to it, 2- Process according to claim 1 characterized by the fact that at least one support is rotated partially immersed in the liquid phase and partially in the gaseous phase -3- Process according to claim 1 characterized by the fact that the two phases are renewed in countercurrent -4- Process according to claim 1 characterized by the fact of comprising a first transfer of gas from a liquid phase to a gaseous phase and a subsequent transfer of said gases from the same gas phase to another liquid phase -5- Process according to claim 1 characterized in that the gaseous phase is maintained in continuous agitation. 6. Process according to claim 1 characterized in that the pressure of the gaseous phase is maintained at a value lower than the atmospheric pressure. 7. Plant for carrying out the process according to one or more of claims 1 to 6 characterized in that it comprises a reactor (2) formed by at least one tank (4,4 ') provided with inlet ducts (6,6') and outlet (8.8 ') of the liquid phase and from a cover (10) delimiting with said liquid phase a volume for the gaseous phase, said reactor housing an operating unit comprising at least one rotating disk (16), immersed in partly in the liquid phase and partly in the gas phase .. 8. Plant according to claim 7 characterized in that the reactor (2) comprises a tank (4) and the cover (10) is provided with inlet (12) and outlet (14) conduits of the gaseous phase. 9. Plant according to claim 7 characterized in that the reactor (2) comprises two distinct tanks (4,4 ') for two distinct aqueous phases and a single cover (10) for both, a 'operating unit with discs (16). 10. Plant according to claim 9 characterized in that it comprises a fan (20) for agitating the gaseous phase inside the cover (10). 11. Process for transferring gases from a liquid phase containing them to an aqueous phase, and vice versa according to claims 1 to 6, plant for carrying out the process according to claims 7 to 10 and substantially as illustrated and described