NO158082B - Metode og anlegg for vannbehandling, spesielt oksygenanrikning av vann. - Google Patents

Description

f

Oppfinnelsen vedrører vannbehandling, spesielt oksygenanrikning av vann som benyttes for akvakulturformål slik som oppdrett av fisk.

I vandige miljøer for dette formål er det viktig å ha tilgjengelig rent oksygenrikt vann av god kvalitet. Tidligere var det alminnelig å boble luft gjennom vannet for å holde oksygeninnholdet innenfor et område fra 80-100% metning. Det har imidlertid vist seg at man med fordel kan øke oksygennivået til en overmetning fra 120-250%. Dette øker veksthastigheten i vesentlig grad og muliggjør også en høyere utnyttelse av et gitt opp-drettsvolum. Istedenfor bruk av luft eller en oksygenholdig gass for anrikning av vannet, har man også etter hvert gått over til å bruke ren oksygen, da dette gir mindre forurensninger og større effekt.

Det er også viktig at ingen overmetning av nitrogen i vannet oppstår. Allerede ved 3-6% overmetning er det fare for at fisken kveles. Spesielt kan det være kritisk hvis oppvarmet kjølevann anvendes for fiskeoppdrett, fordi metningsmengden av gasser i vann synker med økende vanntemperatur.

Av tilsvarende viktighet som å sørge for et tilstrekkelig høyt oksygeninnhold, er det å holde lavt nitrogeninnhold og eventuelt redusere dette gjennom vannbehandling.

Fra U.S. patent nr. 4,116,164 er således kjent en metode for oksygenanrikning av vann i et oppdrettsreservoar hvor en oksygenholdig gass, inneholdende minst 25 volumprosent oksygen, blir innført i vannreservoaret og hvor gassen bobles gjennom og fordeles i vannet for å opprettholde et totalt oppløst oksygen-nivå på minst 120% overmetning i forhold til omgivende trykk og temperatur. Dette betinger at det benyttes overskudd av gass og den del som ikke dispergeres og oppløses i vannet, stiger opp til overflaten hvor den samles opp ved hjelp av en gass-klokke e.l. Etter rensing og tilsetning av frisk oksygen, til-bakeføres gassen til vannreservoaret.

En slik fremgangsmåte har imidlertid flere ulemper. Det oppstår en form for ejektorvirkning på grunn av de oppstigende gassbobler.noe som forårsaker oppvirvling av avfall fra bunnen. Den laveré egenvekten i det vannområde hvor gassboblene stiger opp, gjør at man har til disposisjon et mindre volum for utnyttelse fordi fisk og yngel unngår det område hvor boblene stiger opp. Vannmengden er ofte kritisk, spesielt når man har små vann-mengder til disposisjon.

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en forbedret fremgangsmåte for vannbehandling og oksygenanrikning uten disse ulemper. Det er således oppfinnelsens formål å tilveiebringe en fremgangsmåte hvor man unngår gassbobler i vannreservoaret og hvor man står fritt til å behandle friskt vann og/eller resirkulert vann for optimal temperaturregulering og/eller vannfornyelse.

Videre er det et formål med oppfinnelsen å tilveiebringe en fremgangsmåte som tillater stor grad av overmetning i det behandlete vann, samtidig som nitrogenmengde og forurensninger i vannet holdes på et lavt nivå.

Vannets evne til å absorbere gass øker proporsjonalt med vanntrykket. Oppfinnelsen muliggjør oksygentilførsel ved et vann-tirykk på flere atmosfærer, slik at man nærmest står fritt til å velge oksygenovermetning i det sirkulerende vann på opp til flere hundre prosent.

Disse og andre formål oppnås ved den fremgangsmåte som er defi-nert i de medfølgende patentkrav og de utførelseseksempler som omtales i den etterfølgende detaljerte beskrivelse med til-hørende tegninger.

Fig. 1 viser et skjematisk flytdiagram av en behandlingsenhet

beregnet for et større oppdrettsbasseng.

Fig. 2 viser samme med en tilkoblet renseenhet, mens

Fig. 3 viser en sentral behandlingsenhet beregnet for tilførsel av oksygenanriket vann til et stort antall mindre oppdrettskar.

Fig. 4 viser et to-trinns system.

På Fig. 1 er vist en pumpe 1 som tar vann fra en friskvanns-kilde 7 og/eller fra et oppdrettsbasseng 8.

Vannstrømmen føres sammen med ren oksygen som tilføres fra en oksygentank 4 med flytende oksygen gjennom en fordamper 16 inn i et strømningssystem som danner en resirkulasjonskrets, omfattende rørledninger 9, en oksygenanriker 2 hvor vann og oksygen blandes sammen til en turbulent, skummende gass/væske-strøm, og en gass/væske separator 3, hvor gass og væske atskilles. Gassblandingen fra separatoren som nå i tillegg til C>2 inneholder andre forurensninger som N2 og C02, resirkuleres ved hjelp av en kompressor 6. For å forhindre at det bygger seg opp større mengder N2 og andre forurensninger, er det anordnet et utløp 10, i det etterfølgende betegnet som "bleed" 10, hvor en andel av den forurensede gassblanding avblåses under kontrollerte betingelser.

Fig. 2 viser en vannbehandlingsenhet tilsvarende Fig. 1, men med delvis gjenvinning av oksygen fra bleed-gassen ved hjelp av en membranseparator eller en såkalt "pressure swing" separator (PSA) hvor et absorpsjonsmiddel anvendes for å skille ut oksygen. På denne måte utnyttes en større andel av den oksygen som tilføres fra oksygentanken 4.

Om ønsket kan oksygen også fremstilles fra luft tilført en slik "pressure swing" separator, og dette vil da erstatte pksygenkil-den 4. Ledningen 11 kan benyttes for lufttilførsel. Dette betinger en vesentlig større PSA separator som er dyrere i drift. Hvorvidt den ene eller den andre løsning skal velges, blir primært et kostnadsspørsmål. Videre kan, for oppnåelse av størst mulig overmetning av vannet, gasstilførsel skje ved høyere trykk. En ventil 17 er anordnet for å etablere slikt trykk. Vannstrømmen kan eventuelt resirkuleres gjennom behandlings-enheten. Dette er antydet ved hjelp av en inntegnet rørforbin-delse 12, som er vist på Fig. 1.

Fig. 3 viser et opplegg for tilførsel av oksygenanriket vann til et antall oppdrettskar 1-8. Dette illustrerer hvor godt systemet egner seg for oppbygging av et anlegg i form av en sentral, flyttbar enhet som kan monteres ferdig på en flyttbar ramme eller såkalt skid (ikke vist på tegningene) og trans-porteres til det sted det skal anvendes.

Trykkvann med "normalt" 02 innhold føres inn i 02 anrik-ningsenheten 2 sammen med sirkulerende 02 gass som er tilført ved hjelp av en kompressor 6 . Tanken 4 for flytende 0^ til-fører gassen til kompressoren sammen med resirkulert gass fra gass/væske separatoren 3. En bleed 10, for å redusere N2~ innhold, er anordnet i umiddelbar tilslutning til denne gass-strøm. Vann med høyt oksygeninnhold og lavt nitrogeninnhold tas ut fra bunnen av væske/gass separatoren 3 og tilføres et antall oppdrettskar ved hjelp av et pumpe- og rørsystem 13, 14. Videre er det anordnet en egen vanntilførsel 15 for vann med "normalt" 02 innhold, for derved å kunne regulere individuelt oksygeninnhold og temperatur for de ulike kar.

På Fig. 4 vises et to-trinns system hvor første trinn er utstyrt med bleed 10 og benyttes for reduksjon av anriket nitrogen og andre trinn for avsluttende oksygenanrikning. Tegningene antas å være selvforklarende med de enkelte komponenter i systemet tildelt samme henvisningstall som tidligere i Fig. 1-3.

Som de etterfølgende regneeksempler for et ett-trinns og et to-trinns system viser, gir to-trinns systemet med nitrogen-reduksjon begrenset til første trinn, en vesentlig bedre utnyttelse av tilgjengelig oksygen.

Sirkulasjonsmengden av gass gjennom kompressor 6 og anriker 2 influerer ikke på forbruk av 02, men influerer på anrikerens effektivitet. I de etterfølgende beregninger er derfor ikke sirkulasjonsmengden tatt med.

Beregningseksempel nr. 1 - ett trinns system

o

a) Vann inn: 1000 m /h 00-innhold : 7 ppm ): 5 Nm 3/h

N2-innhold : 18 ppm ): 15 Nm 3/h

b) Vann ut: 1000 m<3>/h 0_-innhold : 25 ppm ): 18 Nm o/h

N2~innhold : 10 ppm ): 8 Nm 3/h

c) Gassammensetning i separator 02 : 69% (volum)

N2 : 31% (volum)

d) "Bleed": N2 som skal fjernes: 15-8= 7 Nm<3>/h Total "bleed": 7/0,31 = 22,6 Nm<3>/h

): herav 02 (tap): 15,6 Nm o/h

e) Nødvendig 02~tilførsel fra tank:

18 + 15,6 - 5 = 28,6 Nm<3>/h

f) Konklusjoner

1. 02~anrikning av vann: 18-5 = 13 Nm 3/h

)5 02~innhold i vann ut : 25 ppm O2~overmetning: 260%

2. N2~reduksjon i vann: 7 Nm /h ): N2~metning : 56% 3. Utnyttelse av tilført 02 fra tank: 28'%8y615'6 . 100 = 45,4%

Beregningseksempel nr. 2 - to trinns system

a) Vann inn: 1000 m 3/h 0_-innhold : 7 ppm ): 5 Nm 3/h

N2-innhold : 18 ppm ): 15 Nm 3/h

b) Første trinn (N2~reduksjon)

02 tilført fra tank: 8 Nm<3>/h

Gassammensetning i anriker:

02: 5 + 8 = 13 Nm<3>/h = 46,4% (volum)

N_: 15 Nm<3>/h = 53,6% (volum)

"Bleed": N2 som skal fjernes: 7 Nm 3/h

Total "bleed": 13 Nm<3>/h

): herav 02 (tap): 6 Nm /h

Nødvendig trykk i separator ca. 0,5 bar abs.

c) Andre trinn (0_-anrikning)

3

Vann inn: 1000 m /h

02-innhold : 7 Nm<3>/h

N2-innhold : 8 Nm<3>/h

02 tilført fra tank: 18-7 = 11 Nm<3>/h

Vann ut: 1000 m<3>/h

02-innhold : 18 Nm<3>/h

N2-innhold : 8 Nm<3>/h

d) Konklusjoner 02~anrikning oog N2~reduksjon av vann som i

beregningseksempel nr. 1.

Totalt tilført 02 fra tank:

8+11 = 19 Nrn^/h

Utnyttet 02 fra tank:

1919 6 =68,4%

Anm.: Forskjell i effektivitet mellom et to-trinns og et ett-trinns system kommer klart fram. For å oppnå de stipulerte verdier for 0 og N2 i vann, krever systemene henholdsvis 28,6 og 19 Nm302/h ): Forholdstall ca. 3/2.

De ovenfor beskrevne utførelsesformer representerer foretrukne eksempler på anvendelse av prinsippet for den foreliggende oppfinnelse. Den sentraliserte vannbehandling gir stor fleksi-bilitet. Det settes ingen øvre grenser for forholdet oksygen/- vann på grunn av resirkulasjon av oksygengassen. Videre kan også vannstrømmen resirkuleres og utsettes for gjentatt inn-virkning av oksygen, og det kan derfor oppnås svært høy overmetning. Den oksygenanrikede væskestrøm lar seg også langt lettere fordele i et større vannvolum enn en boblende gasstrøm. Derved økes utnyttelsen av det tilgjengelige basseng- eller karvolum samtidig som oksygeninnholdet kan holdes på et høyt nivå uten anrikning av N2 og andre gassformige forurensninger.

Vannbehandlingsenheten kan benyttes såvel for friskvann som skal tilføres et basseng, som for vann som tas fra et basseng og føres tilbake til dette.

Claims (9)

1. Metode for vannbehandling, spesielt oksygenanrikning av vann hvor vannet tilføres oksygen og gis en overmetning fra 120-250% eller høyere, hvor vannet behandles med oksygen som sirkulerer i et kretsløp og hvor nitrogen og andre gassholdige forurensninger eventuelt fjernes fra kretsløpet, karakterisert ved at friskt vann og/- eller vann som resirkuleres, pumpes (1) gjennom en oksygenanrikningssone (2), at overskudd av oksygen samtidig pumpes gjennom sonen hvorved det dannes en turbulent/skummende strøm gjennom sonen (2), hvor-etter vann og overskytende gass skilles fra hver-andre (3) og gassblandingen etter eventuell fraskilling av gassformige forurensninger (10), resirkuleres til oksygenanrikningssonen, hvor den blandes med tilført nytt vann og frisk oksygen, idet overmettet, oksygenanriket vann videreføres for utnyttelse.

2. Metode for vannbehandling ifølge krav 1, karakterisert ved at gasstrømmen etter fraskilling fra vannstrømmen inn-snevres, utsettes for et mottrykk (17) i sirkulasjons-kretsløpet for økning av vanntrykket, hvorved graden av overmetning økes.

3. Metode for vannbehandling ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at vannet behandles i to trinn, et første trinn hvor det arbeides ved et trykk på 0,5-1 bar abs, og hvor opptatt nitrogen fjernes i dette trinns kretsløp, mens det andre trinn gjennomføres ved et trykk på over 1 bar abs. uten reduksjon av nitrogenmengden i dette trinn.

4. Metode for vannbehandling ifølge krav 3, karakterisert ved at den oksygenanrikede vannstrøm fordeles til flere oppdrettsbassenger.

5. Metode for vannbehandling ifølge krav 3, karakterisert ved at gasstrømmen eller en del av gasstrømmen føres gjennom en separator (5) for utskillelse av gassformige forurensninger, primært N_ °9 C02*

6. Anlegg for utførelse av metoden ifølge et hvilket som helst av kravene 1-5, omfattende innretninger (1) for tilførsel av væske, innretninger (4) for tilførsel av gass, og en behandlingsinnretning (2) hvor væske og gass sammenføres for dannelse av en turbulent, skummende strøm, karakterisert ved en etterfølgende separatoranordning (3) for væske-/ gasseparasjon, hvor gassfasen står tilsluttet en kompressor (6) som er innrettet for resirkulering av gassen, og hvor kompressoren ved hjelp av ledningen (9) er tilsluttet behandlingsinnretningen (2).

7. Anlegg ifølge krav 6, karakterisert ved at returledningen (9) fra separatoren (3) er utstyrt med en avluftning (10).

8. Anlegg ifølge krav 7, karakterisert ved at returledningen (9) er forbundet med en membranseparator eller en såkalt PSA separator (5),hvor et absorpsjonsmiddel anvendes for å skille ut oksygen som resirkuleres av kompressoren (6).

9. Anlegg ifølge krav 7 eller 8, karakterisert ved at separatorens (3) væskedel står tilsluttet en pumpe-innretning (13) som ved hjelp av flere grenled-ninger (14) fordeler ferdigbehandlet væske til et antall reservoarenheter.