NO892188L - Fremgangsmaate og anlegg for oksygenering. - Google Patents

Description

Denne oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte og anlegg for lufting eller oksygenering av vann som er egnet for bruk til å behandle store vannmengder ved total lufting, idet vann fra lavereliggende sjikt bringes i kontakt med oksygen, eventuelt luft, samtidig som det føres opp til overflaten ved hjelp av en pumpevirkning som skyldes luft eller gassinnblan-dingen. Oppfinnelsen er egnet for bruk ved vannbehandling for en rekke formål, f.eks. ved lufting av stillestående vann eller sjø og til akvakultur formål.

Det benyttes vanligvis mekaniske luftere for disse formål, og man har vært opptatt av å finne frem til roterende, mekaniske konstruksjoner som blander eller pisker sammen vann og gass for å oppnå mest mulig intim og effektiv sammenblanding for derved å oppnå optimal gassoverføring mellom væske og gassfasen slik som kjent fra EPO, WO 82/04037.

Videre er det fra søkerens norske patentsøknad nr. 860474 kjent metode og anlegg for vannbehandling hvor vann og oksygen eller luft i overskudd pumpes gjennom en rørformet behand-lingssone under trykk hvorved det dannes en turbulent skum-mende strøm gjennom sonen, idet gassblandingen eventuelt resirkuleres. Ved hjelp av denne metode oppnås overmetning av oksygen, men apparaturen er energikrevende og den vannmengde som behandles er vesentlig mindre enn de gassmengdene som pumpes gjennom systemet.

Ifølge den foreliggende oppfinnelse anvendes en flytende enhet med et nedsenket rør, og luft eller oksygen innføres ved rørets ende for å oppnå en oppoverrettet vanntransport ved

hjelp av den såkalte "gas-lift" effekt.

1 utgangspunktet er betingelsene for oksygenopptak og vanntransport etter gas-lift i prinsippet ikke kompatible, idet vann/gass forholdet for optimal pumpeeffekt er forskjellig fra det vann/gass forhold som gir optimal oksygenoverføring.

Det er et hovedformål med oppfinnelsen å utnytte gas-lift prinsippet for tilveiebringelse av optimal pumpeeffekt uten at dette reduserer den totale oksygenering. Andre spesielle formål og fordeler vil fremgå av den etterfølgende beskrivelse og den tilhørende tegning.

Dette oppnås i henhold til oppfinnelsen ved å starte oksyge-neringen i de dyptliggende oksygenfattige lag ved hjelp av trykkgass som innføres ved den nedre ende av et nedsenket stigerør, og hvor vannets bevegelsesenergi utnyttes for å bringe det til å strømme ut og fordele seg i det øvre vannspeils overflate under forhold som optimaliserer oksygenopptak fra luften over vannspeilet.

Andre vesentlige trekk ved oppfinnelsen fremgår av patent-kravene. En utførelsesform av oppfinnelsen vil nedenfor bli beskrevet i detalj under henvisning til den medfølgende tegning fig. 1, som skjematisk viser utformingen av et oksyge-neringsanlegg beregnet for bruk i en oppdrettsmære.

Hele anlegget holdes flytende ved hjelp av en flytekrage eller -element 1 av hensiktsmessig oppdriftsmateriale. Til flyteelementet er montert et vertikalt stigerør 2 som forløper nedover mot bunnpartiet 3 i en fiskemære. Innvendig i røret 2 er montert et ytterligere rør 4 av vesentlig mindre diameter for tilførsel av oksygen eller luft under trykk. Rørets nedre ende 5 er utformet for å finfordele gass-strømmen i vannsøylen i røret 2, men dette er normalt ikke nødvendig da den optimale gas-lift pumpe-effekt etableres mer eller mindre automatisk når gassmengden er riktig valgt. Luft tas inn via tilførsels-røret 6 og en ventil 7 og pumpes nedover i røret 4 ved hjelp av en luftpumpe 8, mens overskytende luft slippes ut via et utløpsrør 9. Et annet rør 10 med ventil er anordnet mellom utløp og innløp slik at gassen eventuelt kan resirkuleres. Dette kan være aktuelt hvis man benytter ren oksygen i stedet for luft. Et eget oksygeninntak 11 er derfor også anordnet i tilknytning til luftinntaket.

Flytelementet1er hult og er forsynt med spesielle utløp 12 som sørger for fordeling av det opp-pumpede vann like i det omgivende vannspeils overflate. Flyteelementet har videre anordninger (ikke vist) som orienterer dette i vindretningen slik at den utgående varmstrøm beveger seg i mot vind, strøm og bølgeretningen.

I røret 2 er videre vist et innbygget biologisk lamellfilter 14; dette vil bryte ned biologisk skadelige forbindelser slik som NH3, S02etc. Vesentlige mengder av H2S vil også kunne slippes ut via ledningen 16.

På tegningen er vist et ekstra rør 13 med en slampumpe 16 som pumper vann og slam som samler seg ved bunnpartiet 3. En slik slamsuging er primært av interesse for lukkede fiske-oppdrettsanlegg, hvor slam i form av overskuddsfor, fekalier o.l. må fjernes fra tid til annen. Normalt vil det ikke være aktuelt å montere en egen slamsuging idet grovere partikler og lignende som flyter opp vil kunne fanges opp i bunnen av flyteelementet 1. Videre er vist innføring av en strømførende kabel.

Eksempel:

Det ble benyttet et gas-lift rør med lengde varierende fra 2,5 - 4 m og med en innvendig diameter på 21 mm, luft ble tilført i mengder på 0,5 - 1,6 m/sek. beregnet med utgangs-punkt i et tomt rør og mengden av pumpet vann, og oksygenopptaket ble målt kontinuerlig.

Det ble funnet at det ble pumpet fra 1,14 - 1,67 m<3>vann/N m<3>

gass tilført.

Oksygenopptaket ble ved lufttilførsel fra 1,0 m/sek. målt til 4,0 gr 02pr m<3>vann og ved 1,6 m/sek. målt til 5.0 gr 02pr m<3>vann. Dette er i overkant av halvparten av den gassmengde som tilføres ved fullstendig metning.

Overføring av oksygen fra atmosfæren til vannoverflaten vil være svært avhengig av vind og strøm og bølgeretnngen. Ved vindhastighet 6 m/sek., som er relativt normalt, og en vanntransport på 1000 m<3>vann/h ble oksygenkonsentrasjonen funnet å stige til ca. 0,75 g 02/m<3>vann/h. Dvs. man fikk overført 3 kg 02</>h i gas-lift og 1,5 kg 02/h i vannoverflaten.

Oppskalering av rørdiamter fra 21 mm til 100-200 mm, som vil være aktuelt i full skala drift, vil ikke skape spesielle problemer, selv om en viss reduksjon av opp-pumpet vannmengde vil kunne forventes.

I et gaslift rør hvor oppholdstiden kun er noen få sekunder vil reduksjon av H2S bli svært liten. Reduksjonen skyldes hovedsaklig avdrivning ("stripping"), og det foregår egentlig ikke noen oksydasjon. Det betyr at hvis det vann som pumpes til overflaten ved hjelp av gas-lift transport inneholder mye H2S, må dette fjernes etter at vannet forlater gas-lift røret. For å få optimal virkning av atmosfærens oksygen, er den øvre del av gas-lift røret og flyteelementet utformet slik at utløpet alltid peker mot vindretningen og ligger mest mulig på høyde med vannoverflaten.

Det fremheves som spesielt og vesentlig for anlegget at

Det flyter og kan forankres på ønsket sted i et basseng.

Det kan drives med luft eller ren oksygen som oksygen-kilde.

Hvis luft benyttes, føres kun en elkraft-kabel fram til

flottøren. (Eneste "media"-forsyning).

H2S vil i en viss grad strippes ut av vannet og over i

luft.

- Vind og bølger nyttiggjøres for sekundær oksygenering.

Vann fra ulike dyp kan behandles, og det oppnås en total

regenerering og lufting.

Oksygeneringsmåten sikrer mot at oksygen-fattig bunnvann

bringes ut i overflaten.

Fra våre forsøk resymmeres:

Optimal gas-lift-lengde er 3-4 m, hensyn tatt til pumpe- effekt og oksygenering.

Jo lavere 02~innholdet i vannet som skal behandles, jo

mer oksygen blir overført til vannet.

70-75& oksygenmetning oppnåes når lufta er kilde.

Ca. 50% oksygenmetning oppnåes i gas-lift (primært).

Økning fra 50 til 75% oppnåes i vanoverflaten (sekundært) .

Vind hjelper på sekundær-oksygenering. Ved vindstyrke 6 m/sek. er effekten 10 ganger så stor som ved vindstille.

Med luft som oksygen-kilde vil energi-forbruk være ca.

2,5 KWh/kg 02tilført.

For oksygenering av en større sjø bør av praktiske grunner flere enheter plasseres rundt omkring på overflaten.

Kapasiteten kan f.eks. være 5-10 kg 02/h dvs. energibehov på ca. 13-25 kW/enhet.

Enhetene vil være bygget slik at de tåler sjøgang og vind.

De vil være forankret med rimelig slakk kjetting eller tau.

Tilførsel av elektrisk energi vil skje gjennom gummikable lagt på bunnen.

Driften vil ikke kreve kontinuerlig betjening, men et visst tilsyn med dagers mellomrom anbefales.

Antagelig vil det ikke være behov for å flytte enhetene mens sjø-forbedringen foregår.

Et komplett anlegg konstruert for bruk i havbruk, kombinerer en rekke forskjellige funksjoner:

Pumping av vann ved hjelp av gas-lift prinsippet.

- Oksygenering (primært) i stigerør.

Oksygenering (sekundært) i vannoverflaten.

Strømseting i kar eller lukket mær.

Biologisk filtrering i stigerør for å fjerne ammoniakk.

Claims (6)

1. Fremgangsmåte for oksygenering hvor vann fra dypereliggende vannlag behandles med oksygenholdig gass, som oksygen eller luft, og bringes opp til høyereliggende vannlag, karakterisert ved at den oksygenholdige gass tilføres det dypereliggende vannlag ved innføring i endepartiet av et stigerør for tilveiebringelse av gas-lift effekt inne i røret, hvorved vannet oksygenbehandles under samtidig pumping oppover mot vannoverflaten og at vannstrømmen fra gas-lift røret avbøyes i selve overflaten for eksponering mot atmosfæren, og hvorved det foregår en ytterligere oksygenering under innvirkning av den overliggende atmosfære.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at vannstrømmen fra gas-lift røret avbøyes mot vind- og strømretningen for å øke oksygeneringseffekten fra den overliggende atmosfære.

3. Anlegg for oksygenering av vann omfattende et flyteelement (1) med en oksygeneringanordning som er montert på flyteelementet, karakterisert ved at oksygeneringsanordningen omfatter et neddykket stigerør (2) som via et ytterligere rør eller en slangeforbindelse (4) blir tilført oksygenholdig gass ved rørets (2) nedre, neddykkede endeparti under betingelser som etablerer en gas-lift pumpeeffekt, og at en ledeanordning (1,12) ved rørets (2) øvre endeparti avbøyer vannstrømmen mot omgivende vannoverflate slik at den eksponeres mot den overliggende atmosfære.

4. Anlegg for oksygenering av vann ifølge krav 3, karakterisert ved at det på flytelementet er anordnet en gasspumpe (8) som via et luftinntak (6) eller oksygeninntak (11) tilfører trykkgass til rørforbindelsen (4) , idet denne ved nedre ende (5) fordeler gassen til stigerøret (2).

5. Anlegg for oksygenering ifølge krav 4, karakterisert ved at det på f lytelementet (1) er anordnet et utløpsrør (9) for forbrukt gass og et forbindelsesrør (10) mellom ut-løpsrøret (9) og inntaksrøret (6, 11).

6. Anlegg for oksygenering ifølge krav 5, karakteriserrt ved at stigerøret (2) innvendig er utformet med et biologisk filter (14).