ITUD20090117A1

ITUD20090117A1 - PURIFICATION SYSTEM FOR LIQUIDS AND ACTIVATED SYSTEM

Info

Publication number: ITUD20090117A1
Application number: IT000117A
Authority: IT
Inventors: Roberto Cappellari
Original assignee: Med Italia Srl
Priority date: 2009-06-15
Filing date: 2009-06-15
Publication date: 2010-12-16

Description

TITOLO: TITLE:

<">SISTEMA DI DEPURAZIONE PER LIQUIDI E IMPIANTO ATTUATIVO ", <"> PURIFICATION SYSTEM FOR LIQUIDS AND IMPLEMENTATION PLANT",

STATO DELLA TECNICA STATE OF THE TECHNIQUE

Esistono diversi sistemi di depurazione per liquidi, liquami zootecnici, reflui civili. There are different purification systems for liquids, livestock sewage, civil waste.

Vengono normalmente utilizzati impianti che lavorano con trattamenti fisici, chimici e biologici o loro combinazioni. Non risultano sistemi di tipo fisico che comportino contemporaneamente drastici abbattimenti degli inquinanti, degli odori, in breve tempo, con effetti di tipo chimico e biologico ma senza utilizzo di reagenti, e con costi ridotti sul lato impiantistico e gestionale. Plants that work with physical, chemical and biological treatments or their combinations are normally used. There are no physical systems that simultaneously involve drastic abatements of pollutants and odors, in a short time, with chemical and biological effects but without the use of reagents, and with reduced costs on the plant and management side.

DESCRIZIONE DESCRIPTION

I1 nuovo sistema e impianto attuativo utilizza il principio fisico della separazione per interfaccia arialliquido e consiste in una combinazione di almeno un sistema di generazione di microbolle di aria nel liquame in una prima camera di reazione, con successiva formazione di schiuma, che viene raccolta in una successiva camera di reazione fotocatalitica. Scopo principale del presente sistema e impianto attuativo è realizzare un metodo fisico semplice, economico ed efficace di depurazione dei liquami zootecnici e reflui liquidi di varia natura. Altro scopo è di avere un ciclo breve, contenuto entro le 2 ore di trattamento. Altro scopo importante è realizzarlo in modo ecologico, senza uso di sostanze chimiche o interventi integrativi che comportino effetti ambientali negativi. Altro scopo è quello di avere una praticità elevata, riducendo rischi di malfunzionamento per cause di vario genere. Si intende raggiungere questi scopi dal dispositivo come di seguito descritto. The new system and implementation plant uses the physical principle of separation by arialliquid interface and consists of a combination of at least one system for generating micro-bubbles of air in the sewage in a first reaction chamber, with subsequent formation of foam, which is collected in a subsequent photocatalytic reaction chamber. The main purpose of this system and implementation system is to create a simple, economical and effective physical method of purification of livestock sewage and liquid waste of various kinds. Another purpose is to have a short cycle, contained within 2 hours of treatment. Another important purpose is to achieve it in an ecological way, without the use of chemicals or integrative interventions that have negative environmental effects. Another purpose is to have a high degree of practicality, reducing the risk of malfunctioning due to various types of causes. It is intended to achieve these purposes by the device as described below.

Il nuovo sistema comprende la separazione degli inquinanti presenti nel liquame da trattare per interfaccia arialliquido, interfaccia che viene ottenuta mediante una pompa di aspirazione d'aria esterna e generazione di microbolle d'aria. Le microbolle vanno a disperdersi finemente nel liquido sovrastante, contenuto nella prima camera di reazione, denominata camera di micro-flottazione. Viene pompata dell'aria nel liquido da trattare attraverso una pompa con girante a spazzola, posta alla base della prima camera di reazione, esemplificativamente a forma di cilindro verticale. Il numero, la forma, la disposizione dei pettini del girante a spazzola e la sua velocità di rotazione vengono calcolati per ottenere un dimensionamento ottimale prevalente delle microbolle tra 30 e 70 micron. Una seconda via alternativa di pompa prevede che il liquarne da trattare venga pompato a pressione entro un tubo con una strozzatura di calibro inferiore, o valvoldugello di pressurizzazione-depressurizzazione; l'ugello aumenta la pressione e la velocità del flusso del liquame che in uscita si congiunge con una linea di afflusso d'aria; la forte velocità crea una depressione che attira l'aria e la mescola in regime di forte turbolenza entro la prima camera di reazione e trattamento. Nella zona di confluenza con l'aria viene così a crearsi sia una polverizzazione del liquido in particelle di 5-20 micron sia una formazione di microbolle d'aria aspirata. In alternativa al richiamo d'aria per depressione può essere utilizzata aria pressurizzata. In questi modi l'ossigeno atmosferico entra intimamente a contatto con le particelle d'acqua "polverizzate" ed in stato di forte agitazione cinetica e si discioglie fortemente nelle particelle stesse. A migliorare l'intensità del contatto e i suoi effetti di scambio di ossigeno, di separazione e<degradazione degli inquinanti, di liberazione aerea di sostanze presenti si aggiungono>fenomeni di cavitazione. Attraverso l'ampia diffusione delle microbolle si genera una interfaccia aridliquido molto estesa e molto attiva, in quanto è in continuo movimento di generazione ed ascensionale. Questa interfaccia cattura le particelle di inquinanti disperse nel liquido e le sequestra sulla superficie delle microbolle portandole progressivamente i superficie. 11 metodo sfrutta le particolari condizioni fisico-chimiche nelle quali i reflui vengono a trovarsi quando vengono fatti confluire in moto turbolento con l'aria atmosferica: l'effetto complessivo è una elevata ossigenazione ed ossidazione delle sostanze inquinati separate e adese nella superficie di interfaccia delle microbolle, una selezione naturale di ceppi batterici estremamente dinamici ed aggressivi, che demoliscono rapidamente i composti biodegradabili. La schiuma che si forma sulla superficie del liquido nella parte superiore della prima camera di reazione viene trasferita nella seconda camera di reazione, attraverso una ampia comunicazione di raccordo. La seconda camera di reazione, detta fotocatalitica, è esemplificativamente a forma di cilindro verticale e riceve la schiuma dall'alto, attraverso il raccordo con la prima camera di reazione. La schiuma man mano che si forma travasa e viene mantenuta in essere per un certo tempo consentendo il perdurare e l'amplificare dell'azione ossigenante e batterica depurativa. I1 liquame entra a contatto con l'aria, espandendosi e polverizzandosi con sub-particelle liquide da 5 a 30 micron e superiori, per effetto della pompa a rotore o a depressurizzazione, miscelandosi intimamente con l'aria atmosferica aspirata, che preferenzialmente viene lavorata in microbolle da 30 a 70 micron, verificandosi in tal modo una efficacia ottimale di azione. Le superfici ed i film di interfaccia ossigeno - acqua sono notevolmente estese da 2.000 a 9.000 cm21g d'acqua, oltre che in continuo ricambio per l'agitazione cinetica. La risalita in superficie delle particelle avviene a seguito dell'intrappolamento o adesione di bollicine d'aria. Entrambi questi meccanismi portano ad una diminuzione della densità apparente delle particelle. Le sostanze sospese, che avevano inizialmente un peso specifico superiore o inferiore a quello dell'acqua, saranno facilitate nella loro risalita dall'ulteriore riduzione del peso specifico : la velocità di risalita delle particelle aumenta al diminuire del loro peso specifico ed al crescere della loro dimensione. La risalita delle particelle awiene anche per adesione delle bollicine d'aria alla loro superficie per effetto della tensione superficiale. E' da tenere anche presente che nel bacino di micro-flottazione le bollicine d'aria attaccate alle particelle tendono ad ingrandirsi risalendo, dal momento che, diminuendo la pressione, si riduce il loro peso specifico. La riduzione del peso specifico del sistema bollicina-particella comporta una maggiore velocità di risalita delle particelle. L'ossigeno disciolto nell'acqua ossida completamente le sostanze riducenti inorganiche eventualmente presenti (solfiti, solfuri, ecc., con abbattimenti della tossicità teoricamente fino al 95%). Si innesca poi un processo di bio-ossidazione delle sostanze organiche, cui segue un sensibile abbassamento del BOD5 e del COD, con formazione in parte di anidride carbonica e di acqua e separazione delle sostanze solide che vengono poi separate e trasportate in superficie dalla miscela aerata. Le condizioni di particolare ossigenzazione tendono a selezionare particolari ceppi batterici aerobi aventi adeguata attività biologica. La schiuma che si forma in superficie della vasca prosegue l'attività di depurazione ad opera dei microrganismi aerobi che intaccano i composti biodegradabili presenti nei liquami, con trasformazione del carboni0 organico in anidride carbonica. La nebulizzazione ossidativa trascina in superficie, volatilizza e inizia la degradazione di sostanze come ammoniaca, acetone, composti odorosi. La schiuma che si forma come prodotto di superficie sopra la fase liquida aumenta in volume e viene travasata nella seconda sezione che ne completa l'azione depurativa mediante il trattamento di fotocatalisi. Tale trattamento viene esplicato in via esemplificativa da una ricopertura di materiale fotocatalitico, come il biossido di titanio e suoi derivati, della superficie interna di detta sezione e da una o più lampade di ultravioletti posizionate lungo l'asse del cilindro o in altre opportune posizioni di detta sezione, in modo da distribuire i raggi UV in tutto il volume occupato dalla schiuma e dall'aria umida. Man mano che nella prima sezione si forma la schiuma per coalescenza delle bollicine, quella neoformata spinge avanti la schiuma pre-esistente, creando un movimento continuo di avanzamento verso la seconda camera di reazione catalitica o fotocatalitica. Uno specifico esempio di fotocatalizzatore che viene utilizzato è il tio2, biossido di titanio nanomerico, anatase, che ha una spiccata attività di degradazione, di superidrofilia e biocida. Le lampade UV attivano la reazione fotocatalitica che comporta la distruzione delle sostanze inquinanti. Tale interazione decompone sia le sostanze solide, sia quelle volatili, sia i contaminanti microbici, sia gli odori. Inoltre essendo super-idrofilo è quindi autopulente. La decomposizione delle sostanze inquinanti come ammoniaca, ossidi di azoto, odori, fumi, acido acetico, anidride solforosa, formaldeide e altre centinaia di sostanze awiene mediante ossidazione e denaturazione con formazione di Sali e C02. Nel presente sistema la fotocatalisi viene applicata nella schiuma che è una fine forma aerodispersa di liquido, dove viene trattata contemporaneamente sia l'aria e sia il liquido a velo di conformazione della bolla. In questo modo inoltre si aumenta l'efficienza per la trasparenza alla luce fotocatalitica. I1 Ti02 viene applicato sulle superfici interne delle sezioni di transito e stazionamento della schiuma, ivi comprese le superfici di eventuali filtri trasparenti moltiplicatori di superficie tio2, dentro la seconda sezione, e di altre sezioni dell'impianto, come quelle a contatto con l'aria. L'illuminazione UV ne consente il funzionamento disarticolato dalla luce esterna o diurna. Potranno essere applicate alcune varianti di Ti02 che hanno altre sostanze integrative dell'attività principale, come le molecole d'argento che ne accentuano l'attività antibatterica o altre sostanze che ne accentuano l'attività in condizioni di ridotta o assente radiazione luminosa. La schiuma tende poi a ricondensarsi spontaneamente in liquido depurato e ciò può essere opportunamente favorito da apposito condensatore meccanico o semplice elica rotativa a bassi giri posta sulla parte inferiore della sezione di fotocatalisi. A titolo di esempio non limitativo della portata del trovato viene descritto il seguente impianto r ea l i a to schematicamente mediante pompa di generazione di microbolle a mezzo di girante a spazzola collegata con aria esterna aspirata per depressione. La pompa è immersa sul fondo della camera di microflottazione, costituita da un primo cilindro verticale che viene riempito del liquame da depurare. Il primo cilindro verticale è collegato con una curva idraulica a un secondo cilindro verticale di fotocatalisi , dotato di lampada UV assiale e di trattamento parietale con Ti02, dove arriva la schiuma generata dal primo cilindro. La schiuma depurata si condensa spontaneamente man mano che scende verso il basso del secondo cilindro e ne viene completata la condensazione da apposita pala girante a basso regime, collocata sulla parte inferiore del secondo cilindro. A seconda del livello di risultato depurativo che si intende ottenere, il liquido condensato sul fondo della seconda sezione fotocatalitica viene direttamente scaricato dall'impianto o fatto ricircolare nuovamente nella prima sezione, per ricevere un secondo ciclo di trattamento, e così via. Prove sperimentali hanno evidenziato attività depurativa adeguata già entro le due ore di trattamento, con punte di efficienza entro 15 minuti. Sia il sistema di generazione delle microbolle, sia la camera di micro-flottazione, sia la camera di foto-catalisi sia la lampada UV potranno essere realizzate in diverse conformazioni e unità, così da realizzare tutte le varianti applicative del nuovo sistema, adeguandolo sia al dimensionamento del liquame da trattare sia al livello di depurazione richiesto. E' previsto un idoneo sistema di filtraggio del liquame prima dell'immissione nell'impianto, per esempio mediante sistemi meccanici. L'impianto sopra descritto può venire opportunamente contenuto entro un box o container compatto, sia per poter essere collocato all'esterno, sia per il trasporto, sia per poter trattare l'aria in uscita attraverso passaggio in sezione fotocatalitica, come sopra schematizzata o analoga specificamente dedicata. The new system includes the separation of the pollutants present in the sewage to be treated by means of an arialliquid interface, which is obtained by means of an external air suction pump and generation of air micro-bubbles. The micro bubbles are finely dispersed in the overlying liquid, contained in the first reaction chamber, called the micro-flotation chamber. Air is pumped into the liquid to be treated through a pump with a brush impeller, located at the base of the first reaction chamber, for example in the form of a vertical cylinder. The number, the shape, the arrangement of the combs of the brush impeller and its rotation speed are calculated to obtain an optimal prevailing sizing of the micro bubbles between 30 and 70 microns. A second alternative way of pumping provides that the slurry to be treated is pumped under pressure into a tube with a narrowing of a lower caliber, or pressurization-depressurization nozzle valve; the nozzle increases the pressure and the speed of the slurry flow which joins an air flow line at the outlet; the high speed creates a depression that attracts the air and mixes it in a strong turbulence regime within the first reaction and treatment chamber. In the area of confluence with the air, both a pulverization of the liquid into particles of 5-20 microns and a formation of micro-bubbles of the sucked air are created. As an alternative to the return of air by vacuum, pressurized air can be used. In these ways the atmospheric oxygen intimately comes into contact with the "pulverized" water particles and in a state of strong kinetic agitation and dissolves strongly in the particles themselves. Cavitation phenomena are added to improve the intensity of the contact and its effects of oxygen exchange, separation and <degradation of pollutants, air release of present substances. Through the widespread diffusion of microbubbles, a very extensive and very active aridliquid interface is generated, as it is in continuous generation and ascensional movement. This interface captures the particles of pollutants dispersed in the liquid and sequestrates them on the surface of the micro bubbles, progressively bringing them to the surface. The method exploits the particular physico-chemical conditions in which the wastewater finds itself when it is made to flow in turbulent motion with the atmospheric air: the overall effect is a high oxygenation and oxidation of the polluted substances separated and adhered to the interface surface of the microbubbles, a natural selection of extremely dynamic and aggressive bacterial strains, which rapidly break down biodegradable compounds. The foam that forms on the surface of the liquid in the upper part of the first reaction chamber is transferred to the second reaction chamber, through a wide connection communication. The second reaction chamber, called photocatalytic, is by way of example in the shape of a vertical cylinder and receives the foam from above, through the connection with the first reaction chamber. As it forms, the foam is transferred and is kept in place for a certain time, allowing the persistence and amplification of the oxygenating and purifying bacterial action. The sewage comes into contact with the air, expanding and pulverizing with liquid sub-particles from 5 to 30 microns and higher, due to the effect of the rotor or depressurization pump, mixing intimately with the aspirated atmospheric air, which is preferably processed into micro bubbles from 30 to 70 microns, thus verifying an optimal efficacy of action. The surfaces and the oxygen-water interface films are considerably extended from 2,000 to 9,000 cm21g of water, as well as in continuous exchange for kinetic agitation. The rise to the surface of the particles occurs as a result of the entrapment or adhesion of air bubbles. Both of these mechanisms lead to a decrease in the apparent density of the particles. Suspended substances, which initially had a higher or lower specific weight than water, will be facilitated in their ascent by the further reduction of the specific weight: the ascent rate of the particles increases as their specific weight decreases and as their specific weight increases. dimension. The rise of the particles also occurs by adhesion of the air bubbles to their surface due to the effect of the surface tension. It should also be borne in mind that in the micro-flotation basin the air bubbles attached to the particles tend to enlarge as they rise, since, by decreasing the pressure, their specific weight is reduced. The reduction of the specific weight of the bubble-particle system leads to a higher rate of rise of the particles. The oxygen dissolved in the water completely oxidizes any inorganic reducing substances that may be present (sulphites, sulphides, etc., with theoretically reduced toxicity up to 95%). Then a process of bio-oxidation of organic substances is triggered, which is followed by a significant lowering of BOD5 and COD, with the formation in part of carbon dioxide and water and separation of the solid substances which are then separated and transported to the surface by the aerated mixture. . The particular oxygenation conditions tend to select particular aerobic bacterial strains having adequate biological activity. The foam that forms on the surface of the tank continues the purification activity by the aerobic microorganisms that attack the biodegradable compounds present in the sewage, with the transformation of organic carbon into carbon dioxide. The oxidative nebulization drags to the surface, volatilizes and begins the degradation of substances such as ammonia, acetone, odorous compounds. The foam that forms as a surface product above the liquid phase increases in volume and is transferred into the second section which completes its purifying action by means of the photocatalysis treatment. This treatment is carried out by way of example by a coating of photocatalytic material, such as titanium dioxide and its derivatives, of the internal surface of said section and by one or more ultraviolet lamps positioned along the axis of the cylinder or in other suitable positions of said section, so as to distribute the UV rays throughout the volume occupied by the foam and humid air. As the foam is formed in the first section by coalescing the bubbles, the newly formed one pushes the pre-existing foam forward, creating a continuous forward movement towards the second catalytic or photocatalytic reaction chamber. A specific example of photocatalyst that is used is thio2, nanomeric titanium dioxide, anatase, which has a marked degradation, superhydrophilic and biocidal activity. UV lamps activate the photocatalytic reaction which involves the destruction of pollutants. This interaction decomposes both solid and volatile substances, microbial contaminants and odors. Furthermore, being super hydrophilic it is therefore self-cleaning. The decomposition of pollutants such as ammonia, nitrogen oxides, odors, fumes, acetic acid, sulfur dioxide, formaldehyde and hundreds of other substances takes place through oxidation and denaturation with the formation of salts and C02. In the present system the photocatalysis is applied in the foam which is a fine airborne form of liquid, where both the air and the liquid are treated at the same time as a veil of the shape of the bubble. This also increases the efficiency for photocatalytic light transparency. I1 Ti02 is applied on the internal surfaces of the transit and stationing sections of the foam, including the surfaces of any transparent tio2 surface multiplier filters, inside the second section, and of other sections of the system, such as those in contact with air . The UV lighting allows its operation disjointed from external or daylight light. Some variants of Ti02 may be applied which have other supplementary substances of the main activity, such as silver molecules which accentuate its antibacterial activity or other substances which accentuate its activity in conditions of reduced or absent light radiation. The foam then tends to spontaneously re-condense in purified liquid and this can be suitably favored by a special mechanical condenser or simple low-speed rotary propeller placed on the lower part of the photocatalysis section. By way of non-limiting example of the scope of the invention, the following plant is described schematically by means of a pump for generating micro-bubbles by means of a brush impeller connected to external air sucked by vacuum. The pump is immersed in the bottom of the microflotation chamber, consisting of a first vertical cylinder which is filled with the sewage to be purified. The first vertical cylinder is connected with a hydraulic curve to a second vertical photocatalysis cylinder, equipped with an axial UV lamp and wall treatment with Ti02, where the foam generated by the first cylinder arrives. The purified foam condenses spontaneously as it descends towards the bottom of the second cylinder and its condensation is completed by a special low-speed rotating blade, located on the lower part of the second cylinder. Depending on the level of purification result to be obtained, the liquid condensed at the bottom of the second photocatalytic section is directly discharged from the plant or recirculated again in the first section, to receive a second treatment cycle, and so on. Experimental tests have shown adequate purification activity already within two hours of treatment, with peaks of efficiency within 15 minutes. Both the microbubble generation system, both the micro-flotation chamber, both the photo-catalysis chamber and the UV lamp can be made in different configurations and units, so as to realize all the application variants of the new system, adapting it both to the sizing of the sewage to be treated both at the required purification level. A suitable sewage filtering system is foreseen before entering the plant, for example by mechanical systems. The plant described above can be suitably contained within a compact box or container, both to be placed outside, for transport, and to be able to treat the outgoing air through passage in a photocatalytic section, as shown above or similar. specifically dedicated.

Il nuovo sistema qui descritto e l'impianto attuativo sono poi inseribili in un insieme polifunzionale di sistemi complementari e integrativi interfacciati costituiti opzionalmente da sedimentazione primaria, biofiltrazione a percolazione, evaporazione, concentrazione, ciascuno e tutti utilizzabili a completamento e rifinitura de117attività depurativa. The new system described here and the implementation system can then be inserted into a multifunctional set of complementary and integrative interfaced systems optionally consisting of primary sedimentation, percolation biofiltration, evaporation, concentration, each and all of which can be used to complete and refine the purification activity.

Come abbiamo dimostrato, tutti gli scopi sono stati raggiunti: attraverso metodi fisici, semplici, economici ed efficaci è possibile trattare liquami zootecnici e di altra tipologia a fini depurativi. Si sono separate, abbattute, denaturate sostanze solide corpuscolate, sostanze disciolte, sostanze volatili, odori in tempi particolarmente brevi. E' stato possibile farlo in modo ecologico, senza uso di sostanze chimiche o interventi integrativi complessi che comportino effetti ambientali negativi, in modalità pratica e riducendo rischi di malfunzionamento. Attraverso semplici e basilari azioni fisiche sequenziate si determinano azioni chimiche, biochimiche e biologiche di depurazione e igienizzazione del liquame trattato. As we have shown, all the purposes have been achieved: through physical, simple, economical and effective methods it is possible to treat livestock and other types of sewage for purification purposes. Corpuscular solid substances, dissolved substances, volatile substances, odors were separated, broken down, denatured in a particularly short time. It was possible to do it in an ecological way, without the use of chemicals or complex integrative interventions that have negative environmental effects, in a practical way and reducing the risk of malfunction. Through simple and basic sequenced physical actions, chemical, biochemical and biological actions of purification and sanitation of the treated sewage are determined.

Claims

CLAIMS 1. Sewage purification system and relative implementation plant characterized by separation and treatment of pollutants by means of an arialliquid interface and catalysis.

2. System and plant as in point 1., characterized by generation of microbubbles.

3. System and implant as in point 1., characterized by microbubbles preferentially between 30 and 70 microns.

4. System and plant as in point 1., characterized by a generator of micro bubbles by means of a pump with a rotor.

5. System and plant as in point 1., characterized by a generator of micro bubbles by means of a liquid pump with pressurization nozzles and post-suction of air in depression and turbulence.

6. System and plant as in point 1., characterized by photocatalysis.

7. System and implant as in point 1., characterized by photocatalysis with titanium dioxide.

8. System and implant as in point 1., characterized by photocatalysis with anatase nanomeric titanium dioxide.

9. System and plant as in point l., Characterized by the use of ultraviolet lamps.

10. System and plant as in point 1., characterized by one or more of the points indicated above.