ITMI961291A1

ITMI961291A1 - Reattore per depurare acque residue inquinate

Info

Publication number: ITMI961291A1
Application number: IT96MI001291A
Authority: IT
Inventors: Giambattista Odobez
Original assignee: Gb Odobez S R L
Priority date: 1996-06-26
Filing date: 1996-06-26
Publication date: 1997-12-26
Also published as: HUP9903665A3; AU2952497A; ITMI961291A0; KR20000022135A; PT907615E; ES2144864T3; EE9800434A; HK1020331A1; CN1223624A; US6090277A; KR100451558B1; GR3033349T3; ATE189670T1; IT1284071B1; TR199802697T2; HU221784B1; PL330898A1; BR9709987A; WO1997049640A1; PL188171B1

Description

La presente invenzione riguarda un reattore per depurare acque residue inquinate, in particolare un reattore del tipo fisico-chimico-biologico a circolazione forzata per depurare acque residue inquinate, industriali e civili.

Lo stato della tecnica comprende l'impiego di reattori biologici ad aria e/o ad ossigeno ed è spiegato in dettaglio qui di seguito con un esempio e con riferimento alla Fig. 1 in cui:

E = entrata dell’acqua da depurare,

N = vasca di neutralizzazione,

CH = dosaggio dei prodotti di neutralizzazione,

V1 = vasca di omogeneizzazione,

V2 = vasca di reazione biologica,

V3 = vasca di decantazione dei fanghi,

A = immissione di aria o di 02,

RF - riciclo dei fanghi e

FS = fanghi di supero.

La somministrazione d'aria o di ossigeno avviene con uno dei modi seguenti:

1 - Con aria od ossigeno compressi, fatti effluire attraverso piastre o tubi porosi, distribuiti uniformemente sul fondo delle vasche V1 e V2;

2 - Con aria od ossigeno aspirati per effetto Venturi, da pompe dotate di ugello, distribuite in alcuni punti sul fondo delle vasche V1 e V2,

3. Con giranti poste sul pelo libero delle vasche V1 e V2, che sollevano l’acqua e la spargono nell’ariacircostante, aerandola per caduta.

Gli svantaggi dello tato della tecnica sono indicati qui di seguito.

- sono necessarie almeno tre vasche se si intende ottenere anche laneutralizzazione con il dosaggio di prodotti chimici.

- è necessario aggiungere all’acqua aria o ossigeno compressi attraverso piastre o tubi porosi, con porosità variabile, per esempio da 30 μ a 250 μ, con la conseguenza che si generano microbolle che si espandono riducendo le superfici di contatto gas-acqua, già modeste con i suddetti valori di porosità.

- la somministrazione con pochi ugelli di tipo Venturi, attraverso getti d'acqua a diametro grande, per es. 40 ÷ 80 mm, e con pressione d'acqua dell'ordine di 1,5 ÷ 2 Kg./cm2, non esalta la dimensione delle superfici di contatto aria-acqua, in quanto il getto stesso non si trova allo stato di cavitazione.

- l'aria e l'ossigeno, all'interno dell'eiettore, vengono trascinati e non rimescolati intimamente con l'acqua, come è desiderabile.

- si produce il sollevamento di 1 o 2 metri dell'acqua con una ruota centrifuga a pale ed il lancio per caduta dell'acqua stessa nell'aria circostante; anche in questo caso non si generano superfici di contatto aria-acqua di rilievo data la scarsa energia di rottura della tensione superficiale (cavitazione).

- in nessuno dei tre casi di somministrazione descritti si ha contemporaneità di un fenomeno di separazione per flottazione dei fanghi, ma si ha soltanto rimescolamento

- la grossolanità e la scarsa dimensione delle superfici di contatto aria-acqua nei tre modi di somministrazione descritti non comporta utili correzioni naturali del pH ed apprezzabili riduzioni della tossicità, dovuta alla presenza di sostanze inorganiche riducenti (reazioni chimiche da sufficiente dissoluzione molecolare dell'ossigeno).

- il trattamento delle acque produce fanghi di supero (FS).

- i tempi di permanenza nelle vasche di omogeneizzazione e di reazione biologica sono praticamente limitati al valore del rapporto tra il volume di dette due vasche e la portata oraria dell’acqua da depurare.

La presente invenzione ovvia agli svantaggi suindicati e, come caratterizzata nelle rivendicazioni, è un reattore comprendente una vasca per contenere e depurare acqua inquinata in cui una pluralità di ossigenatoli conformi al brevetto italiano N° 1 147 264 di Ambrogio AFFRI o ad essi equivalenti, qui di seguito chiamati ossigenatoti cavitazìonali o semplicemente ossigenatoli, somministra alla massa d’acqua inquinata aria ed acqua di ricircolo ed è distribuita in modo che in tutta la massa d’acqua inquinata nasca un primo moto turbolento lungo il perimetro della vasca; perciò, in una vasca a pianta rettangolare, quadrata, poligonale tale pluralità può essere distribuita con gli ossigenatoli diretti tutti in una stessa direzione parallela al fondo della vasca oppure può essre più vantaggiosamente divisa in due gruppi separati da un asse di simmetrìa parallelo al fondo della vasca, un gruppo in cui gli ossigenatoli sono rivolti in una direzione e uno in cui gli ossigenatori sono rivolti nella direzione opposta, sempre parallela al fondo della vasca; in una vasca a pianta circolare gli ossigenatoti sono posti in direzione parallela a linee tangenti al cerchio della vasca.

Nel presente contesto, con -ossigenatori cavitazìonali - o semplicemente - ossigenatori -si intendono gli ossigenatori che sono costruiti per operare in condizioni di efflusso del liquido nella zona di miscelazione dell’acqua con l’aria entro il loro corpo che si realizzano a pressione inferiore a quella atmosferica, ovvero sono condizioni per le quali l’energia totale del liquido che effluisce è totalmente cinetica.

Il reattore inventato, con le suddette disposizioni degli ossigenatori, a loro volta suddivisi in primi ossigenatori e secondi ossigenatori (come si spiegherà in seguito), è un reattore a circolazione forzata. In esso è prodotto anche un secondo moto turbolento che fa ricircolare l’acqua inquinata dal basso verso l’alto della vasca e viceversa; così, si formano tre strati che, cominciando dall’alto, possono essere identificati come prima zona o zona dei fanghi e schiume, seconda zona o zona di reazione e flottazione, terza zona o zona dell’acqua depurata o acqua primaria I primi ossigenatori sono uniformemente distribuiti su uno o più piani prossimi e paralleli al fondo della vasca, sensibilmente nella regione di confine fra la seconda e la terza zona, mentre i secondi ossigenatori sono disposti su uno o più piani coincidenti con i piani suddetti, ma disposti in una parte soltanto del fondo della vasca.

Le suddette disposizioni degli ossigenatori, ha lo scopo di creare, con la spinta della miscela aria-acqua che effluisce dagli ossigenatoli stessi, la circolazione globale nella seconda zona del liquido presente nella vasca. L’acqua inquinata da depurare entra ad un’estremità della vasca ed esce depurata dall’ estremità opposta. Il liquido ricircolante, cioè quello che circola nella seconda zona, è aspirato da una pompa ed è avviato in pressione ai primi ossigenatoli alimentati da un condotto di alimentazione e da una rete di distribuzione d’acqua. Tutti i primi ossigenatori, grazie al liquido in pressione che arriva ad essi e da essi effluisce attraverso i loro ugelli, aspirano aria atmosferica attraverso un primo tubo che si estende oltre al livello superiore della prima zona.

La pluralità di secondi ossigenatori aspira la miscela aria più fango e schiuma attraverso un tubo aperto entro la prima zona.

Il piano orizzontale più alto in cui giacciono tutti gli ossigenatori definisce la regione di separazione fra la seconda e la terza zona. La distribuzione dei primi ossigenatori sui loro piani deve avere una densità (n° di ossigenatori per m2) tale da creare, con l'aria che da essi effluisce, un effetto di flottazione utile a separare e mantenere in sospensione nella zona di reazione e flottazione il fango biologico attivo che generalmente si autogenera con la sostanza organica inquinante presente nel liquido. La disposizione degli ossigenatori descritta fa sì che il liquido in movimento, che scorre partendo dal livello superiore al piano più alto degli ossigenatori, venga attraversato senza soluzione di continuità dall’aria effluente dai primi ossigenatori , cioè in tutta la seconda zona, benché gli ossigenatori non ne occupano tutti i punti. Ciò garantisce l'efficacia della flottazione che separa e distingue la qualità del liquido a più elevata concentrazione di sostanza organica in detta zona dalla qualità del liquido a bassa concentrazione di sostanza organica residua della sottostante terza zona.

L’aria più il fango e la schiuma si formano nella prima zona per effetto della flottazione e la loro aspirazione avviene attraverso ciascuno dei secondi tubi; il successivo passaggio attraverso i secondi ossigenatori costituisce una prima ricircolazione parziale del fango e della schiuma nella biomassa liquida nella seconda zona, di reazione e flottazione.

Identicamente, un terzo tubo aperto all’ estremità superiore entro la seconda zona e all’estremità inferiore entro la prima zona dove la pompa aspira acqua depurata crea un flusso della biomassa che ne costituisce una seconda ricircolazione parziale nella zona di reazione e flottazione, detto tubo essendo dotato lungo la propria altezza di una valvola di parzializazione per regolare la quantità di biomassa liquida da ricircolare.

Opzionalmente, il reattore comprende una pluralità di ossigenatori ausiliari ciascuno contornato da un collare cilindrico e associato a un quarto tubo aperto nella seconda zona per attuarvi una terza ricircolazione parziale della biomassa richiamata per effetto Venturi.

Opzionalmente ancora, il reattore può comprendere un dispositivo di raschiamento superficiale quando, per elevati valori del carico inquinante delle acque sottoposte al trattamento, la produzione di fanghi e schiume di superficie sia eccessiva ed incontrollabile.

I principali vantaggi del’invenzione sono:

- mentre nella tecnica attuale le diverse funzioni sono fisicamente distinte e svolte in più di una vasca, nell'invenzione esse si svolgono tutte in un'unica struttura compatta, richiedendo cosi spazi d'impianto significativamente ridotti,

- la ricircolazione di tutta la massa liquida attraverso gli ossigenatori, operata da una pompa che fa ricircolare ogni ora un volume d’acqua multiplo di quello introdotto ogni ora nella vasca, in funzione del grado di inquinamento dell’acqua da trattare, incrementa il tempo di contatto fra l’aria e l’acqua, tempo espresso come rapporto tra il volume della vasca e la portata oraria, in m<3>/h, dell’acqua o liquame da trattare, secondo la seguente formula:

t - (R/E) . (V/E) (V/E) in cui:

t è il tempo di contatto aria-acqua in ore,

R è la portata oraria della pompa,

E è la quantità oraria dell’acqua inquinata introdotta nella vasca e

V è il volume della vasca

Esempio: con (R/E) = 2 e (V/E) = 24, si ha t = 48 24 = 72 ore;

nel caso di una vasca attrezzata con compressori ad aria e piastre porose il valore di t è semplicemente uguale a V/E = 24 ore; vale a dire che l'invenzione, nell’esempio considerato, porta a valori del tempo di contatto tre volte superiori a quello usuale (24 ore) dello stato della tecnica.

- la distribuzione degli ossigenatoli, in forma contrapposta sul loro piano e la circolazione del liquame indotta dalla loro spinta, rende uniforme in tutta la massa la microdiffusione dell’ossigeno dell’aria, immesso in forma aspirata ed in uno stato di cavitazione liquida all’interno degli ossigenatoti stessi. Tale microdiffu sione non solo supporta le reazioni biologiche nella zona di reazione ( fase V2 dello stato della tecnica), ma anche attiva le reazioni chimiche di ossido-riduzione e di neutralizzazione naturale sia all’ interno degli ossigenatoti, che nella stessa regione di reazione e flottazione (fase N e CH dello stato della tecnica); inoltre, essa esalta la separazione per flottazione verso la regione di reazione e flottazione anche di particelle allo stato colloidale (concentratore di fango e schiuma nella zona H, estrattore di ammoniaca allo stato gassoso e di sostanze volatili).

La zona in cui avviene la chiarificazione è sostitutiva della fase V3 dello stato della tecnica.

La ricircolazione dei fanghi e dei fanghi e schiume è operata all’intemo e non all’esterno del reattore, rispettivamente per mezzo del secondo tubo e della pompa e per mezzo dei terzi tubi. In entrambi i casi i fanghi attraversano gli ossigenatori posti sul piano dì separazione fra seconda e terza zona.

Sono ottenuti importanti gradi di depurazione, senza produrre fanghi. Ciò comporta il vantaggio non solo di proporzionare con minori dimensioni, stadi successivi di depurazione, ma anche, a parità di risultati finali, di produrre globalmente una minore quantità di fango.

La compattezza e la poli funzionalità del reattore ha fatto rilevare, in sede di sperimentazione, una capacità di detossificazione pressoché totale delle acque, proteggendo ed assicurando così la stabilità di un ambiente idoneo alla vita batterica; inoltre, per effetto della flottazione, il reattore ha fatto rilevare la sua capacità di ridurre per separazione e per degrado la presenza, nelle acque trattate in uscita, delle sostanze coloranti e tensioattive che di per sé sono anche componenti tossiche. Le tecniche note, non offrono, in modo apprezzabile, queste capacità. Le acque trattate col presente reattore offrono una non comune stabilità qualitativa e un’attitudine ad essere trattate con elevati rendimenti, in successivi impianti di affinamento.

L’invenzione sarà illustrata più in dettaglio qui di seguito con un esempio di realizzazione e con riferimento ai disegni in cui la prima figura serve come riferimento per apprezzare le differenze fra lo stato della tecnica e l’invenzione; così, nei disegni la Fig. 1 è uno schema a blocchi, la

Fig. 2 è una prima vista in pianta, la

Fig. 3 è una sezione verticale longitudinale, la

Fig. 4 è una seconda vista in pianta, la

Fig. 5 è la vista di un particolare, la

Fig. 6 è un diagramma, la

Fig. 7 è una terza vista in pianta e la

Fig. 8 è una sezione verticale trasversale.

La Fig. 1 è già stata commentata all’inizio di questa descrizione.

L’assieme delle Figg.2 e 3 mostra una vasca a paianta rettangolare della capacità utile di 2.000 m<3>. L’acqua inquinata da trattare entra nel reattore dal condotto 2 ed esce depurata lungo il tubo verticale TI e il condotto 3.; su un piano 4 prossimo al fondo della vasca 1 sono installati, col loro asse parallelo al fondo della vasca, n° 88 primi ossigenai ori 5 uniformemente distribuiti sui due lati dell’asse longitudinale della vasca I-I, n° 44 ossigenatoli su un lato sono diretti verso destra della figura , secondo la freccia FI, e gli altri 44 sono diretti verso sinistra, secondo la freccia F2; similmente, sono installati n° 12 secondi ossigenatoli 6, dicui n° 6 orientati a destra e n° 6 a sinistra, questi ossigenatoi 5 e 6 sono alimentati con acqua in pressione attraverso un condotto e una rete di distribuzione 7 alimentata da una pompa 8 di portata 100 m<3>/h con prevalenza 80 m e potenza assorbita 28 kW.; ciascuno dei primi ossigenatoli 5 è anche associato a un primo tubo verticale T2 aperto al di sopra del livello superiore della vasca per aspirare aria atmosferica, mentre ciascuno dei secondi ossigenatoli 6 è anche associato a un secondo tubo T3 aperto entro la prima zona per aspirare la miscela di aria più fanghi e schiuma e causare la parziale ricircolazione del fango e della schiuma nella seconda zona della vasca (vedi freccie F3 e F4); almeno un terzo tubo T4 posizionato con l’estremità superiore aperta entro la parte superiore della seconda zona della vasca 1 e l’estremità inferiore aperta nella regione della terza zona in la pompa 8 aspira l’acqua depurata dal condotto DI per restituirla nella seconda zona attraverso gli ossigenatoli lungo i condotti D2 e 7, tale terzo tubo portando una valvola 10 di parzializzazione; quattro ossigenatoli ausiliari 11, due rivolti verso destra e due rivolti verso sinistra, rispettivamente da un lato e dall’altro dell’asse longitudinale della vasca, sono installati in prossimità della regione sinistra della vasca, ciascuno di essi è alimentato dalla rete di alimentazione e distribuzione d’acqua 7 ed è contornato da un collare cilindrico e associato a un quarto tubo T5 aperto nella regione superiore della seconda zona per causare per effetto Venturi una seconda ricircolazione della biomassa (vedi particolare della Fig. 5).

La Fig. 4 mostra la distribuzione degli ossigenatoli 5, 6, 11 in una vasca a pianta circolare 100; essi sono alimentati da una rete di alimentazione e distribuzione 70 e sono orientati in direzioni parallele a tangenti al cerchio della vasca; il reattore è fornito anche delle parti 3, 8, DI, D2, Tl, T2, T3,T4, T5 già descritte con riferimento alle Figg. 2 e 3; la massa d’acqua inquinata assume un moto circolare secondo le frecce F.

La Fig. 5 mostra un ossigenatore ausiliario 11 che comprende un ossigeenatore 5 conforme al brevetto citato, ma è provvisto del collare 40 esteso convenientemente oltre l’uscita dell’ossigenatore; il collare realizza l’effetto di richiamare acqua e fanghi dalla seconda zona attraverso un quarto tubo T5; l’ossigenatore 5 riceve a monte, in A da un condotto 7 e dagli ugelli 50, acqua di ricircolo in pressione dalla terza zona e riceve dall’alto, in B e da un tubo T3, aria, fanghi e schiume dalla prima zona. Con RI si indica la regione di massima turbolenza e ampia superficie di scambio e con R2 si indica la regione in cui si forma la miscela aria - acqua primaria. E’ visibile che il collare 40 è chiuso nella sezione compresa fra gli attacchi del tubo T3 e il Tubo T5.

La Fig.6 è la curva sperimentale degli ossigenatoli; se ne ricava che la quantità oraria di ossigeno immesso nella vasca 1 è pari a 0,324 x 100 ossigenatoli = 32,4 Kg di ossigeno/h. L’acqua inquinata entra nella vasca dal condotto 2, con portata media di 35 m<3>/h.

I parametri inquinanti che la caratterizzano sono i seguenti:

Domanda chimica di 02 (C, O, D) = 1350 mg/1 Tensioattivi totali (95% non ionici 5% aninionici) = 150 mg/1 pH = 4 ÷ 4,5 ; Solfuri solfiti (sostanze tossiche) lOOmg/1 Dopo un tempo effettivo t di contatto con l’Ο2, pari a

l’acqua in uscita dal condoto 3 (Figg. 2 e 3) ha le caratteristiche seguenti:

Domanda chimica di 02 (C.O.D.) residuo

Tensioattivi totali =

Solfuri solfiti =

pH =

Si deducono i seguenti rendimenti:

1 - Abbattimento della domanda di O2 =

2 - Abbattimento dei tensioattivi

3- Abbattimento di solfuri e solfiti

(sostanze tossiche)

4 - Rendimento in termini di O2,

utilizzato rispettoalla quantità immessa

5. Correzione naturale del pH, cioè senza richiedere aggiunta di prodotti chimici, da valori compresi tra 4 e 4,5 a valori compresi tra 6,6 e 6,8.

Le Figg. 7 e 8 mostrano un dispositivo per rimuovere l’eccesso di fanghi e schiume; i bracci 20 rotanti secondo F 5 al di sopra del bordo superiore della vasca spingono i fanghi e le schiume fino a farli cadere nella tramoggia 2 1 dalla quale un aspiratore centrifugo 22 le aspira, ne rompe la tensione superficiale e le scarica in forma liquida in un recipiente di raccolta 23. Si comprende che questo dispositivo può essere realizzato sostituendo ai bracci rotanti un altro mezzo adatto a “raschiare” i fanghi e le schiume e a spingerli nella tramoggia come, ad esempio, una pluralità di pale fissate convenientemente su una ruota che ruota tangente a detto bordo superiore oppure un getto d’aria compressa diretto parallelamente al bordo della vasca verso la tramoggia Una pompa 24 provvede a riavviare e a ricircolare i fanghi liquidi nella seconda zona del rattore.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Reattore per depurare acque residue inquinate caratterizzato da ciò che comprende: a) una vasca (1, 100) in cui sono introdotte e depurate le acque residue inquinate, entro detta vasca trovandosi una pluralità di ossigenatori cavitazionali (5, 6, l i) alimentati con acqua di ricircolo in pressione (7) e posti orizzontalmente in almeno un piano (4) prossimo al fondo orizzontale della vasca, tale pluralità essendo composta da primi ossigenatori (5) che gettano acqua e aria atmosferica e da secondi ossigenatori (6) che gettano acqua, aria più fanghi e schiuma aspirati nella regione più alta della vasca, entrambe le pluralità di ossigenatori (5, 6) essendo disposte in modo da causare un primo moto vorticoso (FI, F2) sensibilmente parallelo alle pareti laterali della vasca (1, 100), un secondo moto vorticoso (F3, F4) nei piani verticali della vasca cosi da causare la circolazione globale del liquido nella vasca e la formazione di tre zone, una prima superiore in cui si trasferiscono aria con i fanghi e le schiume, una seconda intermedia in cui avviene la reazione e la flottazione e una terza inferiore a detto piano (4) in cui si raccoglie l’acqua depurata; b) una pompa (8) che aspira acqua depurata in una regione (9) della terza zona per restituirla entro detta seconda zona e almeno un tubo (T4) aperto all’estremità inferiore nella stessa suddetta regione (9) e aperto all’estremità superiore entro la seconda zona per causare una prima circolazione parziale della biomassa nella suddetta seconda zona.
2. Reattore secondo la rivendicazione 1 caratterizzato da ciò che la pompa (8) ha una portata oraria multipla della quantità oraria dell’acqua inquinata introdotta nella vasca (1, 100).
3. Reattore secondo la rivendicazione 1 caratterizato da ciò che nella vasca a pianta rettangolare, quadrata, poligonale (1) la pluralità degli ossigenatori è distribuita con gli ossigenatori diretti tutti in una stessa direzione.
4. Reattore secondo la rivendicazione 1 caratterizzato da ciò che nella vasca a pianta rettangolare, quadrata, poligonale (1) la pluralità degli ossigenatoli è divisa in due gruppi separati da un asse di simmetria (l - I) parallelo al fondo della vasca, un gruppo in cui gli ossigenatori sono rivolti in una direzione (FI) e uno in cui gli ossigenatoli sono rivolti nella direzione opposta (F2).
5. Reattore secondo la rivendicazione 1 caratterizzato da ciò che nella vasca a pianta circolare (100) gli ossigenatori (5, 6, 11) sono orientati in direzioni parallele a tante tangenti al cerchio della vasca.
6. Reattore secondo la rivendicazione 1 caratterizzato da ciò che comprende una pluralità di ossigenatori ausiliari (11) ciascuno contornato da un collare cilindrico (40) e associato a detto secondo tubo (T3) e a detto quarto tubo (T5) per attuare una terza circolazione parziale della biomassa in detta seconda zona, il collare (40) richiamandovela per effetto Venturi.
7. Reattore secondo le rivendicazioni 1 e 6 caratterizzato da ciò che la distribuzione dei primi ossigenatori (5) sui loro piani ha una densità adatta a creare un effetto dì flottazione che separa e mantiene in sospensione nella seconda zona il fango biologico attivo che si autogenera con la sostanza e la distribuzione degli ossigenatori ausiliari (11) ha una densità adatta a far ricircolare la biomassa liquida in quantità proporzionale alla portata dell’acqua trattata.
8. Reattore secondo la rivendicazione 1 caratterizzato da ciò che tutti i primi ossigenatori (5), grazie al liquido in pressione che arriva ad essi e da essi effluisce attraverso i loro ugelli, aspirano aria atmosferica attraverso un primo tubo (T2) che si estende oltre al livello superiore della prima zona e che tutti i secondi ossigenatori (6) aspirano la miscela aria più fango e schiuma attraverso un secondo tubo (T3) aperto entro la prima zona.
9. Reattore secondo la rivendicazione 1 caratterizato da ciò che comprende mezzi (20) per raschiare l’eccesso di fanghi e schiume dalla superficie di detta prima zona e trasferirli in una tramoggia (21) dalla quale un aspiratore centrifugo (22) le aspira, ne rompe la tensione superficiale e le scarica in forma liquida in un recipiente di raccolta (23).
10. Reattore secondo la rivendicazione 9 caratterizzato da ciò che una pompa (24) trasferisce i fanghi e le schiume da detto recipiente di raccolta (23) alla seconda zona del rattore.