NO324537B1 - Fremgangsmate og anlegg for optimalisert utskilling av partikler fra en baerende vaeske - Google Patents

Abstract

Fremgangsmåte og anlegg for å optimalisere utskilling av partikler fra en bærende væske som inneholder suspenderte partikler, der kjemikalier blindes inn i den bærende væsken oppstrøms for en flokkulator, hvoretter den bærende væsken med innblandet kjemikalier ledes til en flokkulator for flokkulering, der flokkulatoren er utstyrt med paddelomrørere drevet av en motor. Mengden av den bærende væske måles oppstrøms for flokkulatoren, den målte mengde med bærende væske sammenlignes løpende i en programmerbar logisk styringsenhet (PLS-enhet) med på forhånd fastlagte verdier, idet resultatene fra denne sammenligning styrer og regulerer omdreiningshastigheten til paddelomrøreren.

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte og et anlegg for å optimalisere utskilling av partikler fra en bærende væske som inneholder suspenderte partikler, der kjemikalier blandes inn i den bærende væsken oppstrøms for en fiokkulator, hvoretter den bærende væsken med innblandet kjemikalier ledes til en fiokkulator for fiokkulering, hvilken fiokkulator er i form av en vertikal sylinder utstyrt med paddelomrørere som er roterbart anordnet og som drives av en motor.

Fra JP 6327 8510 er det kjent en fremgangsmåte for å kontrollere omrøringen i et flokkuleringsbasseng. En flokkulant tilføres flokkuleringsbassenget oppstrøms for bassenget, hvorpå blandingen utsettes for en omrøring. Lysmengden som går gjennom blandingen blir målt for å avlese flokkuleringsforholdene. Mengden av flokkulant bestemmes ut fra disse resultatene og omrøringshastigheten baseres på flokkuleringstiden og mengde væske som strømmer inn i bassenget og bassengets volum.

JP 2000317214 beskriver en flokkulerings- og bunn-fellingsanordning, hvor flokkuleringsanordningen er plassert i bunnfellingsanordningen. Selve flokkuleringsanordningen er utstyrt med en rører med røreblad i form av skovlblader, hvorpå omdreiningen av skovlhjulene reguleres av vann-hastigheten.

JP 2001104710 viser et system for å behandle vann der tilførsel av en flokkulant og omrøringshastigheten kan automatiseres.

US 4,654,139 viser til en regulering av et flokkuleringsbasseng ved bruk av en bildetakingsteknikk. En bildeprosessor måler flokkenes partikkelstørrelse, hvorpå dette medfører en beregning av et flokkuleringssignal. Dette styrer igjen hastigheten på paddelomrørerne i flokkuleringsbassenget. En omrøringskontroller regulerer hastigheten på bakgrunn av visse målte verdier.

Et formål med oppfinnelsen er å oppnå en forbedret styring av separeringsprosessen, og en optimalisert prosess og en forbedret effektivitet i rensing av væsken.

Et annet formål med oppfinnelsen er å sikre en optimal innblanding av kjemikalier i væskestrømmen oppstrøms for fiokkulatoren, slik at fiokkulatoren fungerer optimalt.

Et ytterligere formål med oppfinnelsen er å sikre en optimal effekt i fiokkulatoren ved tilførselen av kjemikalier til væsken oppstrøms for fiokkulatoren og der omrørerens omrøringshastighet kan justeres avhengig av mengden og volum av væske som kommer inn i fiokkulatoren.

Formålene oppnås ved en fremgangsmåte og et anlegg for fiokkulering av suspenderte partikler i en bærende partikkelholdig væske som nærmere karakterisert i krav 1 og 3.

Renseprosessen ifølge oppfinnelsen omfatter bruk av en flytende koagulant som tilsettes væsken i en doseringsenhet, etterfulgt av en dynamisk fiokkulator plassert i forkant av en fIotasjonsenhet. Doseringsenheten eller hurtiginnbland-ingsenhet er anordnet ved doseringspunktet. Erfaringen viser at det er viktig å fordele koagulanten jevnt i vannmassene slik at tiden det tar for kjemikaliene å nå samtlige partikler i væskestrømmen er så kort som mulig og helst i løpet av et sekund. For å optimalisere innblandingen av koagulenten, kan det være fordelaktig å innføre koagulanten i en turbulent strøm og med en innføringsretning som i det vesentlige er parallell med væskestrømmens

hovedstrømningsretning.

En hjelpekoagulant, i form av en polymer, vil bygge opp fnokkene hurtigere og gir større fnokkstyrke slik at fnokkene ikke går like lett i stykker og gir muligheter for bedre reformering hvis noen fnokker brytes opp. Derfor kan det også benyttes kortere oppholdstid i fiokkulatoren.

Dynamisk fiokkulering er en effektiv flokkuleringsmetode og krever vesentlig lavere flokkuleringstider enn vanlige paddelomrørere. Med dynamisk fiokkulering menes en fiokkulator der energiinndrivingen (G-verdien) dynamisk

endres i forhold til variasjon i innkommende vannmengde.

Det er tidligere beskrevet fiokkulering i rør i 3 steg med følgende oppdelinger: A. Hurtiginnblanding av .koagulant i råvannet der koagulenten innføres vinkelrett på strømningsretningen:

G-verdi : 1000 - 5000 / sekund

Oppholdstid : 0,1-1,0 sekund

B. Aggregering (fiokkulering) som leder til mikrofnokker:

G-verdi : 200 - 500 / sekund

Oppholdstid : 15-30 sekunder

C. Aggregering (fiokkulering) som leder til makrofnokker:

a. Uten hjelpekoagulant

G-verdi : 20 - 50 / sekund

Oppholdstid : 300 - 1000 sekunder

b. Med hjelpekoagulant

G-verdi : 50 - 120 / sekund

Oppholdstid : 20 - 200 sekunder

Dette dimensjoneringssettet er satt opp i forhold til partikkelseparasjon i et sirkulært sedimenteringstanksystem med tangensialt innløpsarrangement. Erfaring fra dette kan benyttes også ved dimensjonering av flokkuleringsenheten for, et flotasjonssystem.

Når det benyttes hjelpekoagulant kan G-verdiene økes ca 2,5 ganger, mens oppholdstiden kan reduseres til ca 1/15 på nedre grense til 1/5 på den øvre. Redusert oppholdstid eller flokkuleringstid ved bruk av hjelpekoagulant betyr at flok-kuleringsvolumet kan reduseres betydelig.

For verifisering av flokkuleringsberegninger benyttes en beregningsmodell basert på:

(oppholdstid sek)

Dette tallet er viktig ved at produktet bør være i et bestemt område. Har man for lave G-verdier bygges fnokkene saktere opp og man trenger lenger flokkuleringstid for å komme i mål. På den annen side hvis omrøringsintensiteten (G-verdien) er høyere kan man klare seg med lavere tid og Camptallet er tilnærmet konstant. Faremomentet er at fnokkene blir så store at fnokkene knuses ved for høye G-verdier.

I en dynamisk fiokkulator blir "Camptallet" relativt konstant, men ikke helt.

I et anlegg for separering av væsker vil normalt vannmengdevariasjonen være betydelig og dette vil kreve at flokkuleringsforholdene hele tiden tilpasses variasjonen for at flokkuleringen skal være helt optimal. Ved en flotasjonsenhet ifølge oppfinnelsen vil normalt vannmengdevariasjonen være betydelig og kreve konstante flokkuleringsforhold uansett vannmengdebelastning. Dette løses på fordelaktig måte ifølge oppfinnelsen med en dynamisk omrører. For å oppnå best resultat og størst mulig fleksibilitet er det således utviklet en kombinert vertikal dynamisk fiokkulator med mekanisk omrører som flokkuleringstrinn.

Prosessmessig plasseres denne før separasjonsenheten ifølge oppfinnelsen. Når råvannet føres til flokkuleringsenheten tilsettes en hovedkoagulant til en doseringsenhet. Dette systemet ligger " in line " og baseres på jetinjeksjon av koagulanten i strømningsrøret og der fellingskjemikaliene doseres langs strømningsretningen i et turbulent område for å sikre optimal innblanding i røret i løpet av maks 0,5 -1,0 sek. Det betyr også at koagulanten må mates kontinuerlig. Membranpumpen for mating av koagulanten som anvendes er derfor av en type som har et utjevningssystem.

Etter innblanding av koagulant og avløpsvann føres vannet videre inn i en dynamisk fiokkulator. Matningsrøret til den dynamiske fiokkulatoren vil bidra med noe rørflokku-lering mens partiklene er svært små.

Beregningsmessig så avklares først viktige karakteristika for den væskestrømmen som skal separeres. Dette gjelder spesielt temperatur, vannmengdevariasjon samt partikkelinnhold eller suspendert stoff i væsken. Disse dataene legges som grunnlag for beregning av den dynamiske fiokkulatoren med hensyn til nødvendig oppholdstid, volum og nødvendige G-verdier som igjen gir nødvendig areal og form som må etableres på paddelomrørerne samt det rotasjonshastig-hetsspenn som kreves. Etter dimensjonering av dynamisk fiokkulator vil denne fysisk være en konstant, men der hastigheten for paddelomrørerene varieres etter innkommende vannmengde. Dette gjøres ved å registrere innkommende vannmengde og en utarbeidet børverdi-kurve for hastighet for PLS-automatikken (Programmerbar Logisk Styring) for anlegget slik at enhver vannmengde korresponderer til en børverdi for omrøreren. Signalet fra PLS sendes til en frekvensomformer som igjen styrer hastigheten til motoren på omrøreren.

Løsningen ifølge foreliggende oppfinnelse skal i det følgende beskrives nærmere under henvisning til figurene hvor: figur 1 viser et flytdiagram for vesentlige, men ikke alle deler av en renseprosess ifølge foreliggende oppfinnelse;

figur 2 viser vertikalsnitt gjennom en dynamisk fiokkulator ifølge oppfinnelsen;

figur 3 viser et horisontalsnitt gjennom den dynamiske fiokkulatoren vist på figur 2; og

figur 4 viser et utførelseseksempel der den dynamiske fiokkulatoren er neddykket i et sedimenteringsbasseng.

Figur 1 viser deler av en prosess for rensing av væsker, så som drikkevann, avløpsvann med mer. Væske ledes først inn gjennom et innløpsrør 11 og en jetinjektor 20 til en dynamisk fiokkulator 10. Funksjonen og oppbyggingen av den dynamiske fiokkulatoren 10 vil bli beskrevet nedenfor i tilknytning til figurene 2 og 3. Væsken som skal renses ledes inn i jetinjektoren 20 der det ved jetinjektorens utgang skapes en turbulent strømning i væsken. Kjemikalier fra en kjemikalie-reservoar 15 ledes gjennom en tilførselsledning 16 til jetinjektoren 20, idet kjemikaliene innføres i væskestrømmen i det området der den turbulente væskestrømningen skapes, d.v.s. i området for jetinjektorens 20 utløp. Kjemikaliene tilsettes for å oppnå fiokkulering av urenheter i væsken. Tilsettingen av kjemikalier ved jetinjeksjon sikrer at all kjemikalier kommer i kontakt med alle partikler som skal flokkuleres i løpet av 0,5-1,0 sekund. Av miljøhensyn er kjemikaliereservoaret 15 plassert i et katastrofebasseng 15A som har et større volum enn reservoaret 15.

Etter at væsken er behandlet i den dynamiske fiokkulatoren 10 og samtlige partikler og kolloider er flokkulert, ledes væsken via et rør (ikke vist) for videre separasjon.

Prosessen ifølge oppfinnelsen styres av en programmerbar logisk styringsenhet (PLS-enhet) 28 der karakteristika for væsken som skal separeres er lagt inn som sammenlignings-grunnlag. Slike karakteristika kan være temperatur, væskemengdevariasjon samt partikkelinnhold eller suspendert stoff i væsken. Disse dataene benyttes som grunnlag for beregning av den dynamiske fiokkulatoren 10 med hensyn til væskens nødvendige oppholdstid i fiokkulatoren 10, volum og nødvendige G-verdier som igjen gir nødvendig areal og form som må etableres på flokkulatorens 10 paddelomrører 21 samt det rotasjonsspenn som kreves. I PLS-enheten 28 er det lagt inn en på forhånd utarbeidet børverdi-kurve.

Input til PLS-enheten 28 er innkommende vannmengde. PLS-enheten 28 sammenligner den målte innkomne væskemengde opp ■ mot nevnte børverdi-kurve og på dette grunnlaget styres blant annet rotasjonshastigheten på paddelomrøreren 21 i fiokkulatoren 10 og volumet av kjemikalier som må tilføres fra kjemikaliereservoaret 15.

Det er bare de deler av prosessen som er relevante i tilknytning til den dynamiske fiokkulatoren som er vist på fig. 1. Det er åpenbart for en fagmann at en slik prosess også innholder enheter så som en flotasjonsenhet eller lignende, ventiler og rør med videre.

Figur 2 viser et vertikalsnitt gjennom en dynamisk fiokkulator 10 ifølge oppfinnelsen, mens fig. 3 viser et horisontalsnitt gjennom den dynamiske fiokkulatoren 10 vist på fig. 2. Denne er utformet som en vertikal sylinder 20 med en sentralt plassert paddler 21 i form av en vertikal aksel 22 og et flertall horisontale padleblad 23A-G. Med sikte på effektiv og hurtig innblanding har padleren 21 her fått en spesiell og fordelaktig form, nemlig slik at et antall par padleblad 23A,' 23B...23G er minst tre og typisk opptil seks eller syv par padleblad. Mer spesielt fremgår det av fig. 2 at lengden av padlebladene avtar trinnvis fra innløpet 26 for væsken med det øverste blad 23A til det nederste padleblad 23G som sitter på akselen-22 og er anordnet i nærheten av flokkulatorens 20 utløp 25. Det fremgår også, særlig av fig. 3, at alle padlebladene ligger i ett og samme plan.

Padleren 21 drives av en elektromotor 24 plassert på toppen av den dynamiske fiokkulatoren. Væsken tilføres den dynamiske fiokkulatoren 10 gjennom et rør 26 (jfr. 16 fig. 1) via en jetinjektor 20 ved flokkulatorens 10 øvre del og forlater den dynamiske fiokkulatoren gjennom et rør 25 (jfr. 12 fig. 1) anordnet ved flokkulatorens 10 nedre ende. Disse to rør (innløp/utløp 25 og 26) er med fordel tilnærmet tangensialt orientert i forhold til den dynamiske fiokkulatoren. Fiokkulatoren 10 er videre utstyrt med et flertall vertikale bafflere 27, anordnet på innvendig i fiokkulatoren 10.

Dimensjonering av den dynamiske fiokkulatoren gjøres ved at oppholdstiden settes til fra 20 til 200 sekunder. Ved Qdim settes øvre grense til 200 sekunder. Siden det her er partikkelseparasjon basert på flotasjon er ytterligere en sikkerhet lagt inn.

Den G-verdien som påføres vannet vil være en funksjon av omdreiningshastigheten og kan beregnes. For å få en korrekt energiinput kan vridningsmomentet måles i fullskala. G-verdi input kan endres ved at omdreiningshastigheten på omrøreren kan styres trinnløst ved frekvensomformere og i tillegg kan både stator- og padler/rotorutforming endres

omrøringsanordningen.

Figur 4 viser en fiokkulator 10 som funksjonelt tilsvarer fiokkulatoren vist på figurene.2 og 3, men der væsken strømmer oppover. Fiokkulatoren er utstyrt med en omrører 21, dannet av en sentrisk plassert aksel 22 og et flertall padleblad 23A....23G, der den radiale utstrekning av padlebladene 23A....23G avtar i retning vekk fra innløpet 26 ved flokkulatorens 10 nedre ende. Fiokkulatoren 10 er også utstyrt med bafflere 27. Ifølge løsningen vist på figur 4 er fiokkulatoren 10, med unntak av motor 24 og styringsenhet, fullstendig neddykket i et væskefylt basseng og der flokulatorens 10 utløp er ved dennes øvre ende.

Fiokkulatoren 10 er ved sin andre ende, det vil si ved innløpsenden, utstyrt med et flertall åpninger eller hull 30 som fungerer som slamutløp. Tilknyttet akselen 22 kan det dessuten ved denne enden også være anordnet skraperblader 31 for å hindre tetting av slamhullene 29.

Løsningen vist på figur 4 er særlig, men ikke utelukket egnet for innmontering i et eksisterende anlegg for derigjennom å forbedre det eksisterende anleggets ytelsesevne og rensingseffekt.

Som indikert på figuren er en doserings og kjemikalie-blander og injektor 20 anordnet oppstrøms for fiokkulatoren 10, jfr. hva som er beskrevet i tilknytning til figurene 1-3.

Claims (6)

1. Fremgangsmåte for å optimalisere utskilling av partikler fra en bærende væske som inneholder suspenderte partikler, der kjemikalier blandes inn i den bærende væsken oppstrøms for en fiokkulator (10), fortrinnsvis ved hjelp av en jetinjekt<p>r (20), hvoretter den bærende væsken med innblandet kjemikalier ledes til fiokkulatoren (10) for fiokkulering, hvilken fiokkulator (10) er i form av en vertikal sylinder utstyrt med paddelomrørere (23A-23G) som er roterbart anordnet og som drives av en motor (24), karakterisert ved at den innkommende vann-mengden av den bærende væske måles oppstrøms for fiokkulatoren (10), at den målte mengden sammenlignes løpende i en programmerbar logisk styringsenhet (PLS-enhet) (28) med på forhånd fastlagte verdier, idet resultatene fra denne sammenligning styrer og regulerer både mengden av tilførte kjemikalier oppstrøms for fiokkulatoren (10) og trinnløst omdreiningshastigheten til paddelomrøreren (23A-23G), eksempelvis ved hjelp av en frekvensomformer.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, der en enhet (20) for tilførsel av kjemikalier til den bærende væsken er anordnet nedstrøms for enheten som måler mengden av den bærende væske, idet målingsresultatene også benyttes for dosering av kjemikalier til den bærende væsken.

3. Anlegg for fiokkulering av suspenderte partikler i en bærende partikkelholdig væske, omfattende en vertikal, sylinderformet fiokkulator (10) som utstyrt med en sentralt anordnet paddelomrører (23A-23G), idet paddelomrøreren (23A-23G) påføres rotasjon om en vertikal akse (22) ved hjelp av en motor (24), og der den bærende væsken med innblandet kjemikalier tilføres fiokkulatoren (10) gjennom en tilførselsledning (26) , idet innblanding av kjemikalier gjøres gjennom en jetinjektor (20) anordnet oppstrøms for fiokkulatoren (10), karakterisert ved en enhet for måling av mengden av væsken som strømmer gjennom tilførselsledningen (11), hvilken enhet er plassert oppstrøms for fiokkulatoren (10) og en programmerbar logisk styringsenhet (28) som sammenligner den målte væskemengden med forutbestemte mengder og som sender signal både til en enhet for tilsvarende trinnløs variasjon av omdreiningshastigheten til motoren (24) og til en pumpe (23) for justering av mengden av kjemikalier som tilsettes væsken oppstrøms for fiokkulatoren (10).

4. Anlegg som angitt i krav 3, der flokulatorens (10) paddelomrørere (23A-23G) er har avtagende radial utstrekning i nedstrøms retning mot flokkulatorens (10) utløp (25).

5. Anlegg som angitt i krav 3 eller 4, der fiokkulatoren (10) er neddykket i væsken i et separeringsbasseng (28).

6. Anlegg som angitt i krav 6, der innløpsledningen (26) er anordnet ved flokkulatorens (10) nedre ende og at fiokkulatoren (10) ved denne ende også er utstyrt med åpninger (30) for slamutskilling.