ITGE20090001A1 - Apparato per il trattamento di acque reflue inquinate. - Google Patents

Description

"Apparato per il trattamento di acque reflue inquinate",

TESTO DELLA DESCRIZIONE

La presente invenzione riguarda il trattamento delle acque reflue di impianti industriali, ed In particolare riguarda un apparato per il trattamento di tali acque reflue.

Un grave problema che affligge gran parte dei sistemi di trattamento delle acque refl ue da processi industriali, ed In particolare il trattamento dei refl ui organici, à ̈ legato alla difficoltà di ossidazione completa delle sostanze in eSSI contenute con sostanze che a loro volta non risultino inquinanti e che comunque non generino inquinanti. Inoltre, risulta anche assai complesso riuscire a realizzare processi di trattamento che abbiano ridotti consumi energetici, che sarebbero invece decisamente preferibili.

Tuttavia, le recenti ulteriori restrizioni in ambito di tutela ambientai e da una parte e di SIcurezza sul lavoro dall' altra incrementano la richiesta relativa a sistemi di trattamento delle acque reflue che da un lato permettano rese operative elevate, ossia abbiano una elevata capacità di neutralizzazione degli inquinanti presenti da un lato, e dall' altro operino in condizioni di elevata sicurezza sia degli impianti che per gli operatori.

Da molto tempo ormai si stanno sviluppando numerOSI studi volti a determinare le potenzialità dei sistemi che operano sfruttando l' interfaccia delle bolle generate con metodi diversi. In particolare, tra i metodi di generazione di bolle, à ̈ stato considerato, nella ricerca che ha condotto alla presente invenzione, quello che utilizza una restrizione del flusso in grado di creare una turbolenza nel fluido. Le energie che si sviluppano in questo tipo di apparato hanno sorprendentemente permesso di ottenere risultati notevoli nel trattamento di acque reflue.

Oggetto della presente à ̈ pertanto un apparato per il trattamento di acque inquinate, comprendente un serbatoio atto al contenimento delle acque da trattare, collegato tramite opportuno condotto ad una pompa, provvista di mezzi di azionamento e di controllo, a valle della quale sono disposti mezzi di restrizione del flusso, che attraverso un condotto viene riversato in detto serbatoio, essendo previsti mezzi di scarico del circuito.

In una variante esecutiva può essere previsto inserire nel circuito dell'apparato dell'invenzione più meZZI di restrizione, disposti In parallelo od in serie, in modo da incrementare l'efficienza operativa del circuito stesso.

I meZZI di restrizione comprendono un condotto sostanzialmente tubolare, avente una seZIone utile interna variabile, ed in particolare dotato alle estremità di SeZIOnI utili sostanzialmente uguali tra loro, mentre la porZIOne compresa tra le due estremità presenta un restringimento in cui la sezione utile à ̈ sostanzialmente da 1/3 ad l/IO della seZIone utile alle estremità. Preferibilmente detta sezione utile di detto restringimento à ̈ nell' ordine di da 1/4 ad 1/8 della sezione utile alle estremità.

Inoltre, detto restringimento può essere disposto, rispetto al flusso del liquido da trattare, in prossimità dell' estremità di ingresso del detto flusso in detto condotto. Le pareti laterali interne di detto condotto possono essere rastremate In modo sostanzialmente continuo da dette estremità verso detto restringimento. In particolare, l'inclinazione delle pareti laterali interne avrà una vanaZIOne di pendenza maggIOre nel tratto che va dall' estremità di Ingresso del flusso verso detto restringimento. In un' altra forma esecuti va, detto restringimento può essere ottenuto per variazioni discontinue della seZIOne delle pareti laterali interne del detto condotto, ad esempio a gradini ad altezza costante o variabile.

Il circuito dell' apparato dell' invenzione può inoltre prevedere mezzi per il prelievo di campioni, allo scopo di controllare i processi in atto, e mezzi per l'iniezione di fluidi liquidi e/o gassosi all'interno del circuito stesso, allo scopo di introdurre agenti in grado di promuovere i proceSSI di degradazione degli inquinanti presenti nel liquido sottoposto al trattamento.

UI teriori vantaggi e caratteristiche dell' apparato secondo la presente invenzione risulteranno evidenti dalla seguente descrizione di una forma esecutiva della medesima resa, a scopo esemplificativo e non limitativo, con riferimento alle tavole di disegni allegate, in cui:

la figura 1 Ã ̈ un diagramma schematico raffigurante l'apparato secondo la presente invenzione;

la figura 2 Ã ̈ una vista in sezione di una forma esecutiva dei meZZI di restrizione del flusso dell' apparato dell' invenzione;

la figura 3 Ã ̈ una vista In seZIOne di una variante esecutiva dei meZZI di restrizione del flusso dell' apparato dell' invenzione;

le figure 3 e 4 sono dei diagrammi raffiguranti la frequenza di oscillazione delle bolle generate nell' apparato, a due diverse velocità di esercizio della pompa; e

la figura 5 Ã ̈ un diagramma che raffigura la consunZIOne di un inquinante rispetto al tempo di trattamento nell' apparato secondo l'invenzione.

In figura 1 à ̈ illustrato schematicamente l'apparato secondo la presente InVenZIOne; con 1 à ̈ designato il serbatoio In CUI VIene caricato il liquido destinato al trattamento nell' apparato dell' invenzione. Il liquido VIene introdotto attraverso il condotto 101, provvisto dei meZZI di controllo 111; sulla linea del condotto 111 SI innesta il condotto 2 del circuito dell' apparecchio, e di seguito à ̈ disposto, all'interno del serbatoio, uno scambiatore termico 201. Al serbatoio si collega il condotto 2 del circuito che à ̈ collegato alla pompa 3, controllata dall'inverter 103 che ne consente la regolazione; nel tratto compreso tra la pompa 3 ed il serbatoio 1 sono previsti i condotti 102 di scarico e 202 di prelevamento campioni ed inserimento fluidi.

A valle della pompa 3 nel circuito à ̈ inserito il mezzo di restrizione 4, in questo caso un eiettore opportunamente sagomato. Come risulta dalla figura, possono essere inseriti più di un di un mezzo di restrizione nel circuito, provvedendo un ulteriore ramo 302 ed un mezzo di controllo 312 del flusso in detto ramo. Immediatamente a valle dell' eiettore 4 à ̈ disposto l' accelerometro 402, destinato al controllo della frequenza di oscillazione delle bolle che SI formano. Il condotto 2 quindi prosegue attraverso lo scambiatore di calore 502 e di qui poi SI innesta nel condotto 101 per riversare il liquido nel serbatoio 1.

Nella figura 2 à ̈ illustrato un eiettore del tipo utilizzato nell' apparato schematizzato nella figura 1. L' eiettore 4 presenta una luce di ingresso 104 a sezione sostanzialmente circolare ed una luce di uscita 204 avente analoga sezione. In prossimità della luce di ingresso 104 la parete laterale interna dell' eiettore 4 presenta una porzione rastremata di ingresso 304, con una inclinazione rispetto all'asse centrale di detto eiettore 4 nell' ordine dei 40°, fino al restringimento 404, che presenta una sezione di CIrca 1/4 rispetto a quella della luce 104 di ingresso dell 'eiettore. Rivolta verso la luce di uscita 204 à ̈ formata consecutiva al restringimento 404, una porzione rastremata di uscita 504, avente un'inclinazione di circa 10° rispetto all'asse dell' eiettore 4, ed opposta rispetto all'inclinazione della porzione di ingresso 304.

In figura 3 à ̈ illustrata una variante esecutiva dei mezzi di restrizione del flusso di liquido nell' apparato secondo la presente invenzione; in questo caso l'eiettore 5 presenta una luce di ingresso 105 ed una luce di uscita 205 che hanno sostanzialmente la medesima sezione, ed un restringimento 305 disposto sostanzialmente al centro dell' eiettore e con una sezione pari a circa 1/8 della sezione delle luci di ingresso e di uscita. Tra la luce di ingresso 105 ed il restringimento sono formati una serie di gradini 405 sostanzialmente della medesima altezza, così come analogamente accade verso la luce di uscita 205 con i gradini 505.

Il funzionamento dell' apparato secondo la presente invenzione apparirà evidente da quanto segue. L'apparato secondo à ̈ stato realizzato in un prototipo corrispondente allo schema della figura 1, comprendente da una pompa 3 centrifuga con girante in polipropilene azionata da un motore a corrente alternata pilotato tramite inverter 103, In modo da poter vanare il numero di giri della pompa a potenza costante. La portata massima della pompa utilizzata sul prototipo à ̈ di 300 litri al minuto, ma può essere facilmente adattata alle varie esigenze dell 'utilizzatore finale. I tubi del circuito sono in PVC e ferro rivestito internamente in teflon con diametro di 1" 'l2 (circa 3,8 cm). Il fluido scorre attraverso un eiettore dimensionato, per quanto concerne seZIOne della luce d'ingresso, angoli di rastremazione e seZIOne della luce d'uscita, in modo appropriato a seconda del tipo di trattamento che va eseguito nell' apparato.

Nel caso del prototipo qui descritto, il diametro della seZIone di ingresso à ̈ di 34 mm e si riduce a 8 mm nella seZIOne centrale con una inclinazione di 40° gradi; la rastremazione della seZIOne d'uscita ha un' angolazione di 10° gradi, per cUI le bolle di cavitazione create nella seZIOne centrale collassano a CIrca 20 mm dalla sezione centrale stessa.

L'efficienza nella produzione di cavitazione e la violenza del collasso subito dalle bolle gassose dipende dalla pressione negativa che si viene a generare nella sezione centrale del tubo di Venturi. Questo livello di preSSIOne negativa dipende dai particolari costruttivi del tubo, In particolare dal rapporto tra la sezione di ingresso e la sezione centrale, secondo la seguente relazione matematica:

dove:

p<neg=>pressione nella sezione centrale del tubo di Venturi;

Po = valore della pressione ambiente;

p<=>densità del fluido;

u = velocità del fluido;

Din<=>diametro sezione d'ingresso;

<Dout =>diametro sezione centrale.

Il flusso turbolento, generato In corrispondenza della gola dell' eiettore, percorre un tratto di 140 cm e VIene re-Immesso nel circuito attraverso un vasca in polipropilene, in modo da eliminare la turbolenza generata nei tubi ed ottenere In Ingresso all' eiettore un flusso turbolento ma privo di bolle.

Tramite un accelerometro, posizionato a valle della restrizione, à ̈ stato possibile stimare la frequenza di oscillazione delle bolle prodotte dal tubo di Venturi. Attraverso un' operazione FFT (trasformata di Fourier veloce, in inglese "fast Fourier transform") sul segnale, sono state effettuate delle misure a differenti velocità di rotazione del motore. In figura 4 à ̈ riportato il grafico della FFT a 1800 rpm. Le frequenze prodotte corrispondono a 12,5 kHz e 100 kHz. Aumentando la velocità a 2870 rpm si aggiungono, in modo casuale, componenti con frequenza compresi fra 30 e 130 kHz. (fig. 5).

Dopo 30 minuti la temperatura del fluido raggIUnge 60°C gradi, dopo un'ora SI stabilizza a 80°C anche prolungando il tempo di operazione.

Benché un aumento della temperatura possa essere utile per favorire alcuni processi, à ̈ stato necessario termostatare il sistema In modo da discriminare gli effetti della temperatura rispetto a quelli della cavitazione. Sono stati quindi inseriti sul circuito due scambiatori di calore costituiti da un tubo in ferro teflonato internamente, in modo da prevenire possibili contaminazioni delle soluzioni in esame, avvolto da una serpentina in rame in cui scorre acqua.

In questo modo la temperatura della soluzione non supera I 33°C, anche dopo più di un'ora di trattamento. La quantità di soluzione necessaria per operare a regime à ̈ di circa 7 litri.

Nella parte bassa del circuito à ̈ presente una valvola a sfera in PVC resistente agli acidi per consentire lo scarico della soluzione. Dopo la valvola, all'inizio del tratto di aSpIraZIOne del liquido à ̈ stato inserito un connettore di tipo Swagelok® per immettere differenti gas nella soluzione o effettuare campionamenti dalle soluzioni trattate.

L' eiettore 5 illustrato in figura 3 à ̈ stato testato con successo nella degradazione del blu di metilene. Dall' analisi FFT del segnale di un accelerometro posto a valle della restrizione à ̈ stato possibile stimare la frequenza di oscillazione delle bolle con diverse componenti a bassa frequenza mentre la forma a gradini elimina parte della turbolenza all'ingresso della restrizione.

Esempio di applicazione

I pnmI esperimenti sono stati condotti su una soluzione 2,70 mM di Fenolo in presenza di H202(1,5 glI). Un volume pan a 7,5 litri di questa soluzione à ̈ stato trattato per 2 ore con il prototipo a cavitazione idrodinamica. I risultati, riportati In figura 7 mostrano come, dopo 2 h, il fenolo sia presente solo In tracce. Successivamente sono state trattate delle soluzioni di scarichi industriali provenienti da industrie alimentari. Il COD di tali soluzioni era di 8000 mg/l. La quantità ridotta di campione ha reso necessarIa una diluizione 1 a 7 in modo da poter trattare una soluzione di 8 lt. Tutti gli esperimenti di degradazione su queste soluzioni sono stati eseguiti utilizzando questa procedura di diluizione.

La misura del COD à ̈ stata effettuata utilizzando il kit Hach-Lange con spettrofotometro DR5000 e termostato HTS 200. Nei primi esperimenti à ̈ stato osservato un aumento del COD dopo il trattamento, dovuto al fatto che le soluzioni di scarIco contenevano del solido In sospenSIOne che non venIva analizzato nella mIsura del COD iniziale ma che, a causa della cavitazione, VIene disciolto e portato In soluzione causando quindi un aumento del COD nella misura finale.

Ciò indica che la tecnica può essere utilizzata anche per trattare soluzioni eterogenee (solido-liquido) ma implica anche la presenza di uno stadio preliminare in modo da non causare variazioni ecceSSIve della fluidodinamica della soluzione e prolungare tempi di trattamento. N egli esperimenti successivi SI à ̈ quindi cercato di limitare la presenza del solido in modo da verificare l'efficienza del prototipo sulla soluzione. In questi trattamenti à ̈ stata osservata una riduzione del COD del 60% In presenza di HzOz (2 g/l).

Claims (9)

1. RIVENDICAZIONI 1. Apparato per il trattamento di acque inquinate, comprendente un circuito comprendente un serbatoio atto al contenimento delle acque da trattare, provvisto di un condotto di alimentazione dotato di mezzi di controllo, detto serbatoio essendo collegato tramite opportuno condotto ad una pompa, provvista di mezzi di azionamento e di controllo, a valle della quale sono disposti mezzi di restrizione del flusso, che attraverso un condotto VIene riversato in detto serbatoio, essendo previsti mezzi di scarico del circuito.
2. 2. Apparato secondo la rivendicazione 1, in CUI à ̈ previsto inserire nel circuito dell' apparato dell' invenzione più meZZI di restrizione, disposti in parallelo od in serie.
3. 3. Apparato secondo una qualunque delle rivendicazioni 1 o 2, in cui mezzi di restrizione comprendono un eiettore sostanzialmente tubolare, avente una sezione utile interna variabile.
4. 4. Apparato secondo la rivendicazione 3, in cui la luce all'estremità di ingresso e la luce all'estremità di uscita di detto eiettore hanno sostanzialmente la medesima sezione utile, mentre la porzIOne compresa tra le due estremità presenta un restringimento In CUI la seZIOne utile à ̈ sostanzialmente da 1/3 ad 1/10 della sezione utile alle estremità.
5. 5. Apparato secondo la rivendicazione 4, In CUI detta seZIOne utile di detto restringimento à ̈ nell' ordine di da 1/4 ad 1/8 della sezione utile alle estremità.
6. 6. Apparato secondo la rivendicazione 4 o 5, in cui detto restringimento à ̈ disposto in prossimità dell 'estremità di ingresso del detto flusso in detto eiettore.
7. 7. Apparato secondo una qualunque delle ri vendicazioni precedenti da 4 a 6, in cui le pareti laterali interne di detto eiettore sono rastremate in modo sostanzialmente continuo da dette estremità verso detto restringimento.
8. 8. Apparato secondo la rivendicazione 7, In CUI l'inclinazione delle pareti laterali interne ha una VarIaZIOne di pendenza maggIOre nel tratto che va dall' estremità di mgresso verso detto restringimento.
9. 9. Apparato secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti da 4 a 6, in cui detto restringimento à ̈ ottenuto per variazioni discontinue della sezione delle pareti laterali interne del detto eiettore. lO. Apparato secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti da l a 9, caratterizzato dal fatto che ulteriormente comprende mezzi per il prelievo di campioni e meZZI per l'iniezione di fluidi liquidi e/o gassosi.