PL178724B1

PL178724B1 - Instalacja do obróbki wody przez ozonowanie

Info

Publication number: PL178724B1
Application number: PL95315662A
Authority: PL
Inventors: Michel Faivre; Nathalie Martin; Vincent Boisdon
Original assignee: Anjou Rech; Gie Anjou Recherche
Priority date: 1994-01-26
Filing date: 1995-01-26
Publication date: 2000-06-30
Also published as: AU1581295A; US5843307A; FR2715395A1; DE69512764T2; WO1995020543A1; FR2715395B1; EP0741670B1; PL315662A1; DE69512764D1; ES2139186T3; EP0741670A1; AU683533B2

Abstract

1. Instalacja do obróbki wody przez ozonowanie zawierajaca kontaktor, znam ienna tym, ze posiada co najmniej jeden zespól wytwarzania ozonowanej bialej wody i co najmniej jeden kontaktor (50) do wytwarza- nia mieszaniny wody przeznaczonej do obróbki i ozo- nowanej bialej wody, stanowiace oddzielne reaktory polaczone ze soba przewodem rurowym (7), przy czym zespól wytwarzania ozonowanej bialej wody stanowi zbiornik cisnieniowy (1) rozpuszczania ozo- nu pod cisnieniem w wodzie, który ma wlot (2) wody przeznaczonej do nasycenia ozonem, wlot (3) ozonu, wylot (4) wody nasyconej ozonem pod cisnie- niem oraz urzadzenie do odprowadzania (5) nadmiaru gazów i do regulowania cisnienia wewnatrz zbiornika cisnieniowego (1), zas pomiedzy zbiornikiem cisnie- niowym (1) a kontaktorem (50) znajduje sie przewód rurowy (7) odprowadzony od wylotu (4) wody nasy- conej ozonem oraz zainstalowane jest urzadzenie (6) do zmniejszania cisnienia wody nasyconej ozonem pod cisnieniem wyplywajacej ze zbiornika cisnienio- wego (1). Fig. 1 PL PL PL PL PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest instalacja do obróbki wody przez ozonowanie.

Zastosowanie ozonu, zwłaszcza w procesach obróbki wody, jako czynnika bakteriobójczego i wirusobój czego jest znane od dawna. Ozon jest również stosowany w systemach oczyszczania wody podczas złożonych etapów obróbki, takich jak ozonowanie i koagulacja, ozonowanie i flotacja, ozonowanie i adsorpcja na mediach filtracyjnych (z możliwością biologicznego działania na filtr), nie zapominając o bardziej klasycznych zastosowaniach, takich jak usuwanie żelaza i manganu lub usuwanie niepożądanej barwy, albo smaku i zapachu z obrabianej wody. Wiadomo wreszcie, że ozon ma działanie utleniające na pewną liczbę mikrozanieczyszczeń (fenole, pewne detergenty) (patrzB. Langlais, „Nouveau developpement deTozonation en eaupotable et technologie appropriee”, L’eau; Γ Industrie, les nuisance, nr 109, kwiecień 1987, s. 28-30). W celu wspomagania kontaktu gazowego ozonu z wypływającym czynnikiem obrabianym zwykle stosuje się mieszadła różnego typu. Mieszadła te mogą zawierać układy iniekcyjne, takie jak urządzenia porowate, dyfuzory zmniejszające ciśnienie, urządzenia emulsyfikujące (takie jak pompy filtracyjne lub hydroiniektory), przez mieszadła statyczne lub mieszadła dynamiczne (np. mieszadło lub turbina z napędem silnikowym).

Te znane mieszadła są zwykle usytuowane przed zbiornikami kontaktowymi (kontaktorami) skonstruowanymi w taki sposób, aby gaz utleniający był utrzymywany w kontakcie z przepływającą wodą przeznaczoną do obróbki przez określony czas.

Przykładowo francuski opis patentowy FR 2662616 opisuje instalację zawierającą usytuowane kolejno urządzenie przenoszące przeznaczone do dodawania gazu utleniającego, takiego jak ozon, do obrabianej wody, moduł wymuszonego rozpuszczania ozonu w wodzie oraz moduł kontaktora. Moduł wymuszonego rozpuszczania opisany w tym dokumencie patentowym zawiera zbiornik posiadający pierwszą środkowąkomorę, tworzącą szyb do wyprowadzania gazów i drugą pierścieniową komorę recyrkulacyjną współosiowąz tym szybem wylotowym. Te dwie komory są przedzielone wewnętrzną ścianą, i są one połączone zc sobąw ich górnych i dolnych częściach tak,

178 724 aby możliwa była recyrkulacja medium obróbki przez cykliczne przechodzenie z jednej komoiy do drugiej.

Te znane typy urządzeń mają pewną liczbę niedogodności. W celu zapewnienia minimalnego potrzebnego czasu kontaktu dla całej obrabianej wody trzeba utrzymywać w reaktorach duży średni czas przechodzenia. Wymaga to konstrukcji, które są nadmiernie duże, kosztowne i zajmują wiele miejsca. Ponadto zwykle nie pozwalają one na uzyskanie dobrej jednorodności rozprowadzania gazu utleniającego w obrabianym medium.

Celem przedmiotowego wynalazku było opracowanie zespołu, który umożliwiałby dostarczanie ozonowanej wody, przy optymalizacji kontaktu ozonu z obrabianą wodą.

Innym celem wynalazku jest zaproponowanie takiego zespołu o dużej przepustowości.

Jeszcze innym celem wynalazku jest opracowanie instalacji do obróbki wody przez ozonowanie wyposażonego w taki zespół, wymagającej zmniejszonej objętości i zoptymalizowanej dla zastosowań w budownictwie lądowym i wodnym.

Innym celem wynalazku jest opracowanie takiej instalacji, umożliwiające zwiększenie do maksimum i ujednorodnienie obróbki wody, zwłaszcza w celu umożliwienia jej dezynfekcji i flotacji materiałów organicznych, które woda ta zawiera, za pomocą wytworzonej ozonowanej wody.

Jeszcze innym celem wynalazku jest opracowanie takiej instalacji o zmniejszonym do minimum czasie przejścia w reaktorach dla obrabianej wody przy równoczesnym utrzymaniu minimum czasu kontaktu.

Szczególnym celem wynalazku jest umożliwienie uwalniania do obrabianej wody mikropęcherzyków ozonu o wielkości 20-200 pm dzięki wprowadzeniu w obrabianą wodę ozonowanej białej wody.

Należy pamiętać, że określenie „biała woda” jest używane w technice do oznaczenia mieszaniny wody i powstającego powietrza, otrzymanej przez zmniejszenie ciśnienia płynu będącego pod ciśnieniem utworzonego z mieszaniny powietrza i wody będących w równowadze pod określonym ciśnieniem. Biała barwa tak otrzymanej wody odnosi się do barwy, jaką przyjmuje mieszanina w chwili zmniejszania ciśnienia powietrza.

W stanie techniki proponowano już stosowanie białej wody do wstecznego przedmuchiwania membran używanych przy mikrofiltracji lub ultrafiltracji wody. Francuski opis patentowy FR 2 680 034 opisuje sposób wstecznego przedmuchiwania, który zawiera etap polegający na zmuszaniu mieszaniny wody i powietrza będącej pod ciśnieniem do przechodzenia przez membranę w przepływie przeciwnym do kierunku filtracji przy umieszczeniu komory zasilającej pod nagłym ujemnym ciśnieniem w stosunku do przenikalnej komory odzyskiwania. Zmniejszenie ciśnienia, zwłaszcza wewnątrz porów membrany, umożliwia jej przedmuchiwanie wsteczne.

Celem wynalazku jest zatem umożliwienie wytarzania ozonowanej białej wody powstającej przy zmniejszaniu ciśnienia mieszaniny ozonu i powietrza będących w równowadze przy określonym ciśnieniu. Należy zauważyć, że kiedy mieszanina taka nie była stosowana, ozon wymagał takich warunków manipulowania, które były znacznie bardziej restrykcyjne niż przy stosowaniu powietrza.

Szczególnym celem wynalazku jest zaproponowanie interesującego zastosowania takiego płynu, polegającego na stosowaniu go w kontekście obróbki wody, przeznaczonej do oczyszczania, aby umożliwić flotację materiałów organicznych, które są w niej zawarte.

Powyższe cele, jak również inne, które wynikną poniżej, osiągnięto dzięki niniejszemu wynalazkowi, który dotyczy instalacji do obróbki wody przez ozonowanie.

Według wynalazku instalacja do obróbki wody przez ozonowanie zawierająca kontaktor, charakteryzuje się tym, że posiada co najmniej jeden zespół wytwarzania ozonowanej białej wody i co najmniej jeden kontaktor wytwarzający mieszaninę wody przeznaczonej do obróbki i ozonowanej białej wody, stanowiące oddzielne reaktory połączone ze sobą przewodem rurowym, przy czym zespół wytwarzania ozonowanej białej wody stanowi zbiornik ciśnieniowy rozpuszczania ozonu pod ciśnieniem w wodzie, który ma wlot wody przeznaczonej do nasycenia ózonem, wlot ozonu, wylot wody nasyconej ozonem pod ciśnieniem oraz urządzenie odprowa

178 724 dzające nadmiar gazów regulujące ciśnienie wewnątrz zbiornika ciśnieniowego, zaś pomiędzy zbiornikiem ciśnieniowym a kontaktorem znajduje się przewód rurowy odprowadzony od wylotu wody nasyconej ozonem oraz zainstalowane jest urządzenie zmniejszania ciśnienia wody nasyconej ozonem pod ciśnieniem wypływającej ze zbiornika ciśnieniowego przekształcając ją w ozonowaną białą wodę.

Należy zauważyć, że w pewnych przykładach realizacji wlot ozonu i wlot wody do zbiornika ciśnieniowego mogą być połączone ze sobą, zwłaszcza kiedy zbiornik ciśnieniowy zawiera statyczne mieszadło.

W zespole wytwarzania ozonowanej białej wody zbiornik ciśnieniowy stanowi zbiornik korzystnie wybrany z grupy reaktorów obejmującej przeciwprądową wypełnionąkolumnę, kolumnę eiektorową, kolumnę eiektorową ze statycznym mieszadłem, kolumnę pęcherzykową, kolumnę pęcherzykową działającą z wykorzystaniem zjawiska unoszenia powietrzem, oraz kolumny pęcherzykowe z mieszaniem mechanicznym. Zespół taki umożliwia dostarczanie ozonowanej wody, która przy zmniejszeniu jej ciśnienia może dawać pęcherzyki gazowego ozonu o bardzo małej średnicy, co umożliwia uzyskanie bardzo dużej powierzchni kontaktu pomiędzy ozonem a obrabianą wodą. Zwiększenie powierzchni międzyfazowej pomiędzy ozonem a wodą w porównaniu z klasycznymi technikami ozonowania umożliwia zwiększenie w znacznym stopniu skuteczności ozonu i pozwala na zauważalne zmniejszenie czasu kontaktu niezbędnego w takich zastosowaniach. W praktyce instalacją taka może dawać ozonową białą wodę, której mikropęcherzyki mają wielkość w szczególności w zakresie 20-200 pm.

W zespole wytwarzania ozonowanej białej wody urządzenie odprowadzające nadmiar gazu zapewniające regulację ciśnienia wewnątrz zbiornika ciśnieniowego, korzystnie stanowi zespół utworzony z elementów wypływu, reduktorów ciśnienia i zaworów sterowanych przez pomiar ciśnienia. Urządzenie takie umożliwia utrzymywanie określonego ciśnienia w zbiorniku ciśnieniowym za pomocą ciągłego wypuszczania gazów, które nie rozpuściły się w wodzie. Utrzymywanie tego ciśnienia umożliwia zatem optymalizację rozpuszczania ozonu w tej wody aż do jej nasycenia przy równoczesnym unikaniu gromadzenia się nie rozpuszczonego ozonu wewnątrz zbiornika ciśnieniowego. Należy zauważyć, że jako środki regulacji ciśnienia można zastosować również elementy inne niż urządzenie wylotowe, np. reduktor ciśnienia lub poruszany silnikiem zawór sterowany przez pomiar ciśnienia.

Korzystnie w zespole wytwarzania ozonowanej białej wody zbiornik ciśnieniowy w swej górnej części ma zainstalowane urządzenie rozprowadzające wodę (np. dyfuzor), a w swej dolnej części ma zainstalowane urządzenie rozprowadzające ozon (np. dyfuzor), przy czym woda i ozon przechodzą wewnątrz zbiornika ciśnieniowego w przeciwprądzie. Wylot płynnego produktu jest przewidziany w dolnej części zbiornika ciśnieniowego. Dyfuzor wody może w szczególności zawierać zespół rozpryskujący, natomiast dyfuzor gazowego ozonu może zawierać porowate urządzenie lub urządzenie dyfuzyjne, które zapewnia równomierny rozdział gazu na przekroju zbiornika ciśnieniowego.

Korzystnie zbiornik ciśnieniowy zawiera materiał wypełniający wspomagający przenoszenie gazowego ozonu do wody. Materiał wypełniający może być zwłaszcza w postaci pierścieni luzem, takich jak pierścienie typu Pall. Pierścienie takie mają otwory, które zmniejszają opór dla przepływu gazu i umożliwiają znacznie zmniejszony spadek ciśnienia dla wody przechodzącej przez ten zbiornik ciśnieniowy. Przekazywanie masy jest usprawnione dzięki łatwiejszemu dostępowi do wnętrza pierścieni.

Zespół wytwarzania ozonowanej białej wody korzystnie zawiera urządzenie regulacyjne do regulacji wysokości poziomu wody w zbiorniku ciśnieniowym. To urządzenie regulacyjne korzystnie zawiera zawór sterujący usytuowany przed wlotem wody przeznaczonej do nasycenia ozonem, czujnik poziomu umieszczony w dolnej części zbiornika ciśnieniowego oraz element przenoszenia do przekazywania pomiarów wykonanych przez czujnik poziomu na zawór sterujący. Taki element przenoszenia może dodatkowo zawierać nadajnik.

Korzystnie instalacja do obróbki wody przez ozonowanie zawiera generator ozonu, urządzenie sprężające oraz urządzenie zasysające ozon wytworzony przez generator ozonu. Taki generator

178 724 ozonu może zawierać dowolne urządzenie, które umożliwia wytwarzanie ozonu z tlenu w gazie nośnym (gaz lub inna mieszanina). .

Równie korzystnie urządzenie sprężające ozon jest sprzężone ze zbiornikiem przepływowym i/lub z elektronicznie sterowanym zaworem usytuowanym przed wymienionym urządzeniem sprężającym, przy czym zbiornik przepływowy umożliwia kompensowanie wahań natężenia przepływu i ciśnienia oraz nagłych zmian stężenia u wylotu z generatora ozonu.

Korzystnie instalacja według wynalazku zawiera pętlę wydmuchową usytuowaną pomiędzy wylotem urządzenia sprężającego a zbiornikiem przepływowym, przy czym pętla wydmuchowa umożliwia wypływ za urządzeniem sprężającym oraz zmianę natężenia przepływu w żądanym zakresie. Pętla wydmuchowa umożliwia również uniknięcie rozruchu sprężarki pod obciążeniem.

Korzystnie zbiornik ciśnieniowy jest wyposażony w urządzenie recyrkulacji części wody z wylotu wody nasyconej ozonem wytwarzanej pod ciśnieniem do wlotu wody przeznaczonej do nasycenia ozonem zbiornika ciśnieniowego.

Według interesującego wariantu wynalazku urządzenie sprężające stanowi urządzenie wybrane z grupy utworzonej ze sprężarek membranowych, suchych sprężarek i pomp z pierścieniem wody.

Również według kolejnej korzystnej odmiany wynalazku instalacja zawiera urządzenie pomiaru ozonu rozpuszczonego z wody wytworzonej pod ciśnieniem opuszczającej zbiornik ciśnieniowy.

Instalacja według wynalazku zawiera urządzenie chłodzące gazy przed wprowadzeniem ich do zbiornika ciśnieniowego. Korzystnie urządzenie to jest utworzone z wymiennika zasilanego płynem chłodzącym przychodzącym z innego wymiennika, odzyskującym zimno uwalniane przez przechodzenie ciekłego tlenu z butli w postać gazową.

Równie korzystnie w instalacji według wynalazku urządzenie zmniejszania ciśnienia stanowi urządzenie wybrane z grupy obejmującej kawitatory i dysze rozpylające.

Korzystnie kontaktor wyposażony jest w przewód rurowy umożliwiający zasilanie zbiornikach ciśnieniowego wodą, która opuszcza kontaktor i która przeznaczona jest do zawrócenia do obiegu działając w zespole wytwarzania ozonowanej białej wody jako woda. Możliwe jest przy tym wykorzystywanie części obrabianej wody jako wody dostarczanej do zbiornikach ciśnieniowego. Korzystnie w tym przewodzie rurowym umieszczone są urządzenia filtracyjne (nie pokazano).

Korzystnie instalacja według wynalazku zawiera urządzenie niszczące nadmiar gazu lub urządzenie niszczące resztki ozonu lub urządzenie do zawracania do obiegu i do powtórnego wykorzystywania resztek gazowego ozonu przychodzących z kontaktora i ze zbiornika ciśnieniowego do wytwarzania ozonowanej białej wody.

Korzystnie w instalacji według wynalazku kontaktor stanowi zbiornik wybrany z grupy reaktorów obejmującej reaktory rozdzielania, reaktory łączenia, reaktory flotacji i/lub reaktory ozoflotacji. W przypadku zastosowania reaktora flotacji może on pracować przy ciśnieniu atmosferycznym i może być przykładowo wyposażony w płytki lub pułapki pęcherzykowe. Należy jednak zauważyć, że zastosowany kontaktor musi równie dobrze działać pod ciśnieniem. Ciśnienie panujące w tym zespole kontaktora musi jednak być mniejsze niż ciśnienie wody opuszczającej zbiornik ciśnieniowy należący do zespołu wytwarzania ozonowanej białej wody, tak aby umożliwić wytwarzanie ozonowanej białej wody.

Oczywiście możliwe jest również przeprowadzanie zaawansowanych sposobów utleniania przez dodanie odpowiedniego dodatku, zwłaszcza nadtlenku wodoru H₂O₂, katalizatora i/lub przeprowadzenie obróbki pod działaniem promieniowania ultrafioletowego.

Wynalazek jak również jego zalety będą łatwiej zrozumiałe na podstawie dalszego opisu przykładu realizacji odnoszącego się do rysunku, który jednak nie może stanowić ograniczenia zakresu ochrony wynalazku.

Przedmiot wynalazku w przykładach wykonania pokazano na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia zespół wytwarzania ozonowanej białej wody, fig. 2 przedstawia instalację do obrób

178 724 ki wody przez ozonowanie zawierającą zespół wytwarzania ozonowanej białej wody według fig. 1, fig. 3 A-3D przedstawiająróżne typy zbiorników ciśnieniowych, które mogąbyć wykorzystywane dla wynalazku, fig. 4 przedstawia inny przykład wykonania instalacji do obróbki wody przez ozonowanie zawierającej zespół wytwarzania ozonowanej białej wody z kolumną eiektorową i statycznym mieszadłem.

Jak pokazano na fig. 1, zespół wytwarzania ozonowanej białej wody według wynalazku jest złożony ze zbiornika ciśnieniowego 1, który dostarcza wodę pod ciśnieniem, oraz z urządzenia 6 zmniejszania ciśnienia tej wody będącej pod ciśnieniem, wytwarzając ozonowaną białą wodę.

W tym przykładzie wykonania wynalazku wybrano rozwiązanie polegające na przetwarzaniu w ciśnieniowym reaktorze sprężonego ozonowanego gazu, zamiast zasysania ozonowanego gazu przez emulsyfikator typu zwężki Venturiego, który nie pozwala na pracę przy stosunkach gaz/ciecz, które byłyby wystarczająco duże i miały straty obciążenia możliwe do zaakceptowania.

W tym przykładzie wykonania zbiornik ciśnieniowy 1 stanowi kolumna absorpcyjna, przy czym w celu uzyskania maksymalnego rozpuszczania ozonu w wodzie za pomocąkontaktora gazciecz przy minimalnych stratach, wybrano kolumnę upakowaną, która działa w warunkach odwadniania. Woda i gaz cyrkulująw przeciwprądzie, a gaz zubożony w ozon jest ciągle odprowadzany z góry zbiornika nasycenia.

Zbiornik ciśnieniowy 1 jest wyposażony we wlot 2 wody przeznaczonej do nasycenia ozonem. Zbiornik ciśnieniowy 1 ma ponadto w swej dolnej części wlot 3 gazowego ozonu i wylot 4 wody nasyconej ozonem pod ciśnieniem. Przy wlocie 2 wody przeznaczonej do nasycenia ozonem zainstalowane jest urządzenie rozprowadzające 8 w postaci zespołu spryskującego, który umożliwia dobre rozprowadzenie wody wewnątrz zbiornika ciśnieniowego 1. Ponadto, przy wlocie 3 gazowego ozonu nie znajduje się porowate, spiekowe urządzenie 9 rozprowadzające ozon, które zapewnia jednorodne rozprowadzanie ozonu w całym przekroju zbiornika ciśnieniowego 1.

Korzystnie można zainstalować urządzenie do chłodzenia gazu przed wprowadzeniem go do zbiornika ciśnieniowego 1. Obniżenie temperatury gazów (oczywiście nie schodząc poniżej temperatury zamarzania) umożliwia zmniejszenie wielkości pęcherzyków i zwiększenie rozpuszczalności ozonu, co poprawia sprawność przenoszenia. Urządzenie chłodzące może zawierać reduktor ciśnienia lub wymiennik 101 zasilany płynem będącym nośnikiem ciepła. Dla racjonalizacji zapotrzebowania procesu na energię, korzystne może być chłodzenie płynu będącego nośnikiem ciepła, przez wykorzystywanie zimna znajdującego się w innym punkcie urządzenia. Ponieważ łańcuch wytwarzania ozonu zwykle zawiera urządzenie do podgrzewania tlenu wychodzącego z butli 104 (zanim tlen będzie przechowywany w zbiorniku nasycenia 37 przed generatorem 30 ozonu - patrz fig. 2), można je dołączyć do wymiennika 103 wykorzystywanego do wyżej wspomnianego chłodzenia płynu będącego nośnikiem ciepła.

Dla wspomożenia i optymalizacji przenoszenia gazowego ozonu do wody, część wnętrza zbiornika ciśnieniowego 1 wypełnionajest materiałem wypełniającym 10 luzem, który w kontekście tego przykładu realizacji wynalazku stanowią pierścienie typu Pall. Należy zauważyć w związku z tym, że można stosować również inne rodzaje materiału wypełniającego luzem, zwłaszcza korzystne są pierścienie Raschiga i pierścienie dzielone. Materiał wypełniający 10 przykryty jest z wierzchu ażurowąpłytą 15 wspomagającą dobre rozprowadzanie wody na całym przekroju zbiornika, a od dołu zabezpieczony jest podporą 16, która również jest ażurowa. Wnętrze zbiornika ciśnieniowego 1 jest zatem podzielone na trzy strefy: strefę górną w której odbywa się rozprowadzenie wody, strefę środkową zawierającą materiał wypełniający 10, oraz strefę dolną w której następuje rozprowadzenie gazowego ozonu i z której odprowadzana jest woda nasycona ozonem. Zatem w tym przykładzie wykonania wynalazku przenoszenie ozonu do wody przeprowadzane jest w przeciwprądzie.

Należy zauważyć, że zbiornik ciśnieniowy 1 może być również tak wykonany, aby przenoszenie ozon-woda następowało współprądowo.

178 724

Ponieważ wewnątrz zbiornika ciśnieniowego 1 utrzymywane jest stałe ciśnienie, jest on wyposażony w urządzenie odprowadzające 5, które zapewnia ciągłe wypuszczanie nadmiaru gazu, który nie rozpuścił się w wodzie. Wypuszczony gaz odzyskany podczas działania urządzenia odprowadzającego 5 jest niszczony za pomocą termicznego urządzenia niszczącego 35.

Ciśnieniowy zbiornik 1 jest również wyposażony w zawór bezpieczeństwa 17 i manometr 18. Należy wreszcie zauważyć, że zbiornik ciśnieniowy w swej dolnej części przy wlocie 3 gazowego ozonu ma zainstalowany również odpływ 19 i ponadto urządzenie spływowe 20.

W celu utrzymywania stałego poziomu wody w zbiorniku ciśnieniowym 1 instalacja jest wyposażona w urządzenie regulacyjne 11. To urządzenie regulacyjne 11 jest złożone z zaworu sterującego 12 umieszczonego na rurze przed wlotem 2 wody przeznaczonej do ozonowania do zbiornika ciśnieniowego 1 oraz w urządzenie pomiaru 13 poziomu wody wewnątrz zbiornika ciśnieniowego 1. To urządzenie pomiaru 13 zawiera czujnik pojemnościowy zdolny do określenia wysokości poziomu wody w zbiorniku. Pomiary dokonane przez ten czujnik poziomu 13 sąprzekazywane przez element przenoszenia 14 do zespołu obliczeniowego 21. Ten zespół obliczeniowy 21 jest zdolny do regulowania otwarcia zaworu sterującego 13, osiągając żądaną równowagę.

Podczas pracy tej instalacji możliwe jest zatem regulowanie ciśnienia panującego wewnątrz zbiornika ciśnieniowego 1 poprzez oddziaływanie z jednej strony na nie rozpuszczone gazy, a z drugiej strony na ilość wody dopływającej do zbiornika. Można obserwować, że sprawność przenoszenia wzrasta wraz z ciśnieniem (przy stałym stosunku natężeń przepływu Qgaz/Qciecz) dzięki zwiększaniu się rozpuszczalności ozonu wraz z ciśnieniem.

Przykładowo można ustalić w zbiorniku ciśnienie 2-10x10²¹ Pa. Stosunek natężeń przepływu Qgaz/Qciecz może być w zakresie 50 - 200% dla celów informacji. Badania przeprowadzone na prototypie wykazały, że stałą zawartość rozpuszczonego ozonu osiąga się przy stosunku w zakresie 100-150%. Sprawność przenoszenia wydaje się maleć w przybliżeniu liniowo ze wzrostem stopsunku Qgaz/Qciecz. Przy stałym stężeniu ozonu zauważono, że lepsze sprawności otrzymuje się przy pracy z umiarkowanym ciśnieniem (4x10³Pa) i raczej przy małym przepływie gazu niż przy większym ciśnieniu (6xl0⁵Pa) i dużym przepływie gazu.

Figura 2 przedstawia schemat instalacji do obróbki wody przez ozonowanie według wynalazku zgodnie z pierwszym przykładem wykonania z zastosowaniem dwóch etapów. Instalacj a ta zawiera przede wszystkim zespół wytwarzania ozonowanej białej wody, taki jak opisana powyżej w odniesieniu do fig. 1, oraz kontaktor 50, który w tym przypadku stanowi reaktor flotacyjny.

Taka instalacja do obróbki wody umożliwia przeprowadzanie flotacji na wodzie doprowadzanej do kontaktora 50, którym korzystnie jest reaktor flotacyjny za pomocą ozonowanej białej wodzie doprowadzanej.przez zespół przeznaczony do jej otrzymywania. W tym celu instalacjata zawiera urządzenie 6 zmniejszania ciśnienia (np. kawitator) zainstalowane przy końcu przewodu rurowego 7 w dolnej części zespołu flotacyjnego.

Przewód rurowy 7 nie jest pokazany na całej swej długości, ale w razie potrzeby może mieć długość kilku metrów. W takim przypadku możliwe jest wytwarzanie ozonowanej białej wody w punkcie odległym od samej instalacji obróbki wody, np. w przypadku kontaktora 50 znacznie oddalonego od zespołu wytwarzania białej wody.

Urządzenie 6 zmniejszania ciśnienia zawiera w tym przykładzie wykonania kawitator umożliwiający przetworzenie wody pod ciśnieniem, wypływającej ze zbiornika, w ozonowaną białą wodę. Przeprowadzone badania umożliwiły ustalenie, że tworzenie pęcherzyków o małej średnicy, zwykle mniejszych niż 300 pm, musi odbywać się poprzez desorpcję z medium przesyconego gazem. Te mikropęcherzyki mogą mieć wtedy średnicę 20 - 200 pm przy ciśnieniu wewnątrz zbiornika 3-6x10’ Pa i przy ciśnieniu w przybliżeniu równym ciśnieniu atmosferycznemu przy wylocie kawitatora.

Doprowadzanie wody przeznaczonej do obróbki przez ten kontaktor 50, zapewnione jest przez przewód rurowy 54.

Instalacja wytwarzania ozonu zastosowana w przykładzie wykonania instalacji do obróbki Wody według wynalazku pokazanym na fig. 2 oprócz zbiornika nasycenia 37 zawiera również generator ozonu 30, który umożliwia wytwarzanie ozonu z tlenu pochodzącego ze źródła tlenu,

178 724 które w tym przykładzie stanowi butla 104 z tlenem. Generator ozonu 30 zastosowany w tym przykładzie wykonania umożliwia uzyskiwanie stężeń ozonu rzędu 100 - 150 g/Nm³.

Instalacja wytwarzania ozonu zawiera ponadto membranową sprężarkę 31 wyposażoną w regulator częstotliwości dla ustawiania natężenia przepływu i ciśnienia. Sprężarka taka umożliwia uzyskanie ciśnienia wypływu rzędu 7x10’ Pa.

Buforowy zbiornik 32 spełniający rolę buforową przed spężarką31 pozwala na wygładzanie wahań natężenia przepływu jak również nagłych zmian stężenia, które mogą pojawić się u wylotu generatora ozonu 30. Buforowy zbiornik 32, który ma pojemność 20 1, jest wyposażony we wskaźniki ciśnienia 39 i wskaźniki temperatury 40, natomiast zawór odciążający 41 ustawiony jest na poziomie 1x10’ Pa zapewniając utrzymywanie odpowiedniego ciśnienia. Ten buforowy zbiornik 32 jest również wyposażony w zawór spływowy 42, który w razie konieczności umożliwia bocznikowanie części przepływu, tak aby zawsze mieć ciśnienie rzędu 0-0,1x10⁵ Pa dla ciśnienia względnego przed sprężarką 31.

Sprężarki 31 w żadnym wypadku nie wolno uruchamiać pod obciążeniem, i dlatego też przewidziano obwód z wydmuchową pętlą 33, który umożliwia wypływ za sprężarką 31. Zastosowano też wskaźnik ciśnienia, aby umożliwić kontrolowanie ciśnienia przy wypływie ze sprężarki 31.

Wreszcie zbiornik bezpieczeństwa 36 zapewnia bezpieczeństwo, sprężarki 31 i generatora ozonu 30. Ten zbiornik bezpieczeństwa 36 jest wyposażony w pojemnościowy czujnik 43, który działa w obecności wody. Celem tego urządzenia jest utworzenie przeciwzwrotnego urządzenia zabezpieczającego, tak aby bezwzględnie usunąć wszelkie ryzyko przedostania się wody do generatora ozonu, który pracuje pod wysokim napięciem. Zadziałanie pojemnościowego czujnika 43 powoduje zamknięcie sterowanego elektronicznie zaworu 44 usytuowanego pomiędzy zbiornikiem bezpieczeństwa 36 a sprężarką 31, wyłączenie sterownika częstotliwości 38, a zatem sprężarki 31, oraz wyłączenie generatora ozonu 30. Zbiornik bezpieczeństwa jest ponadto wyposażony w ciśnieniowy zawór odciążający 45, umożliwiający zapewnienie jego własnego bezpieczeństwa.

Zastosowany w tym przykładzie realizacji zespół wytwarzania ozonowanej białej wody zawiera również urząedzenie 34 do pomiaru ozonu rozpuszczonego w wody wytworzonej pod ciśnieniem opuszczającej zbiornik ciśnieniowy 1.

Obwód dostarczające wodę do zbiornika ciśnieniowego 1 zawiera przewód rurowy 51 odchodzący od wylotu kontaktora 50, którym korzystnie jest reaktor flotacyjny. Korzystnie, w przewodzie rurowym 51 umieszczone jest urządzenie filtracyjne. W rezultacie, w tym przykładzie wykonania, woda wykorzystywana przez zbiornik ciśnieniowy 1 złożona jest w części z obrobionej wody. W tym celu przewód rurowy 51 jest dołączony do wylotowej rury 55 zespołu reaktora flotacyjnego.

Obwód dostarczający wodę zawiera ponadto pompę 46 i wydmuchową pętlę 47. Pompa 46 umożliwia dostarczanie wody pod ciśnieniem 8xl0⁵Pa. Aby zapewnić dobrą równowagę płynów w zbiorniku, stale jest zatem konieczne, by ciśnienie doprowadzania wody było większe niż ciśnienie panujące w zbiorniku ciśnieniowym.

W korzystnym przykładzie realizacji zbiornik ciśnieniowy 1 wyposażony jest w obwód recyrkulacji płynów doprowadzanych do kontaktu ze sobą, mianowicie wody i/lub ozonowanego gazu.

Korzystne jest zatem odzyskiwanie odpadów gazowych, które zawierają jeszcze ozon, i które mogą być następnie natychmiast powtórnie użyte w innym punkcie łańcucha obróbki lub zawrócone z powrotem do generatora ozonu 30 kolejno przez urządzenie 102, niszczenia resztek ozonu, skraplacz 102, (z odpływem) oraz urządzenie 102₃ desykacji (np. na tlenku glinowym), które umożliwia wtórne wykorzystywanie natlenionego gazu.

Czas kontaktu wody z ozonem może być ze swej strony zwiększony przez zastosowanie dla części obrobionej wody recyrkulacyjnej rury 60 z pompą 61 dołączonej do zbiornika ciśnieniowego 1.

178 724

Podczas pracy instalacji do obróbki wody według wynalazku zespół wytwarzania ozonowanej białej wody nieprzerwanie dostarcza wodę pod ciśnieniem złożoną z wody przesyconej ozonem. Woda ta przechodzi poprzez przewód rurowy 7 do urządzenia 6 do zmniejszania ciśnienia ozonowanej białej wody wytwarzanej pod ciśnieniem, które w tym przykładzie realizacji stanowi kawitator zainstalowany u dołu zespołu reaktora flotacyjnego. Zmniejszanie ciśnienia spowodowane przez kawitator umożliwia ciągłe wyzwalanie mikropęcherzyków ozonu o bardzo małej wielkości, przez co zwiększa się powierzchnia międzyfazowa pomiędzy obrabianą wodą a gazem utleniającym i optymalizowane jest działanie tego gazu. Utleniające działanie ozonu w połączeniu z ruchem pęcherzyków umożliwia przeprowadzenie doskonałej flotacji wody w zespole reaktora flotacyjnego.

Ponadto w tym przykładzie wykonania zastosowano katalityczne urządzenie niszczące 56 do usuwania resztek ozonu przychodzących z kontaktora 50 będącego reaktorem flotacyjnym. Te resztki ozonu mogą być zawrócone do generatora ozonu 30, jak już wcześniej wspomniano.

Należy zauważyć, że zastosowany tu zbiornik ciśnieniowy 1 może stanowić przeciwprądowa wypełniona kolumna, jak pokazano na fig. 1 i 2, ale może również być utworzony przez innego typu kolumny.

Jak pokazano na fig. 3A-3D, zastosowany do instalacji według wynalazku zbiornik ciśnieniowy może w szczególności zawierać kolumnę pęcherzykową (fig. 3A), kolumnę eiektorową (fig. 3B), kolumnę mieszaną mechanicznie (fig. 3C) lub kolumnę pęcherzykową (fig. 3D) z wykorzystaniem zjawiska unoszenia powietrzem. Oznaczenie L odnosi się do wody, zaś oznaczenie G odnosi się do gazu.

Korzystnie ciśnieniowy zbiornik może również stanowić eiektorową kolumna 111 zawierająca statyczne mieszadło 112, taka jak pokazano na fig. 4.

Zgodnie z fig. 4 instalacja według wynalazku zawiera generator ozonu 30, urządzenie zasysające 311 i sprężarkę 31 strumienia złożonego z wytworzonego ozonu i wody. Płyn nośny jest pompowany przez pompę 460, przy czym dokładne mieszanie gazu i tej wody przeprowadzane jest za pomocą statycznego mieszadła 112.

Opisane tu przykłady realizacji wynalazku nie mają na celu ograniczenia zakresu wynalazku. W szczególności można sobie wyobrazić przeprowadzenie modyfikacji zespołów tworzących instalację do wytwarzania ozonowanej białej wody. Należy zauważyć, że instalacja do wytwarzania ozonowanej białej wody według wynalazku jest szczególnie odpowiednia do zasilania urządzenia ozoflotacyjnego, takiego jak opisane i chronione zwłaszcza przez francuski opis patentowy nr FR 2 600 323.

Można również zauważyć, że taka instalacja mogłaby być używana w kontekście innym niż z urządzeniem flotacyjnym.

Za pomocą zespołu wytwarzania ozonowanej białej wody według wynalazku można uzyskać stężenia rozpuszczonego ozonu większe niż 20 mg/1 wody, a w szczególności nawet do 80 g/1 (osiągnięto w prototypie).

178 724

Fig. 3D

Fig. 3C

178 724

Fig. 4

178 724

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 70 egz. Cena 4,00 zł.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Instalacja do obróbki wody przez ozonowanie zawierająca kontaktor, znamienna tym, że posiada co najmniej jeden zespół wytwarzania ozonowanej białej wody i co najmniej jeden kontaktor (50) do wytwarzania mieszaniny wody przeznaczonej do obróbki i ozonowanej białej wody, stanowiące oddzielne reaktory połączone ze sobąprzewodem rurowym (7), przy czym zespół wytwarzania ozonowanej białej wody stanowi zbiornik ciśnieniowy (1) rozpuszczania ozonu pod ciśnieniem w wodzie, który ma wlot (2) wody przeznaczonej do nasycenia ozonem, wlot (3) ozonu, wylot (4) wody nasyconej ozonem pod ciśnieniem oraz urządzenie do odprowadzania (5) nadmiaru gazów i do regulowania ciśnienia wewnątrz zbiornika ciśnieniowego (1), zaś pomiędzy zbiornikiem ciśnieniowym (1) a kontaktorem (50) znajduje się przewód rurowy (7) odprowadzony od wylotu (4) wody nasyconej ozonem oraz zainstalowane jest urządzenie (6) do zmniejszania ciśnienia wody nasyconej ozonem pod ciśnieniem wypływającej ze zbiornika ciśnieniowego (1).
2. Instalacja według zastrz. 1, znamienna tym, że w zespole wytwarzania ozonowanej białej wody zbiornik ciśnieniowy (1) stanowi zbiornik dobrany spośród reaktorów obejmujących przeciwprądową wypełnioną kolumnę, kolumnę eiektorową, kolumnę eiektorowąze statycznym mieszadłem, kolumnę pęcherzykową, kolumnę pęcherzykową działającą z wykorzystaniem zjawiska unoszenia powietrzem, oraz kolumny pęcherzykowe z mieszaniem mechanicznym.
3. Instalacja według zastrz. 1 albo 2, znamienna tym, że w zespole wytwarzania ozonowanej białej wody urządzenie do odprowadzania (5) nadmiaru gazu i do regulacji ciśnienia wewnątrz zbiornika ciśnieniowego (1), stanowi zespół utworzony z elementów wypływu, reduktorów ciśnienia i zaworów sterowanych przez pomiar ciśnienia.
4. Instalacja według zastrz. 1 albo 2, znamienna tym, że w zespole wytwarzania ozonowanej białej wody zbiornik ciśnieniowy (1) w swej górnej części ma zainstalowane urządzenie do rozprowadzania (8) wody, a w swej dolnej części ma zainstalowane urządzenie do rozprowadzania (9) ozonu.
5. Instalacja według zastrz. 1 albo 2, znamienna tym, że w zespole wytwarzania ozonowanej białej wody zbiornik ciśnieniowy (1) zawiera materiał wypełniający (10).
6. Instalacja według zastrz. 1 albo 2, znamienna tym, że zespół wytwarzania ozonowanej białej wody zawiera urządzenie regulacyjne (11) do regulacji wysokości poziomu wody w zbiorniku ciśnieniowym (1).
7. Instalacja według zastrz. 6, znamienna tym, że urządzenie regulacyjne (11) do regulacji wysokości poziomu wody w zbiorniku ciśnieniowym (1) zawiera zawór sterujący (12) usytuowany przed wlotem (2) wody przeznaczonej do nasycenia ozonem, czujnik poziomu (13) umieszczony w dolnej części zbiornika ciśnieniowego (1) oraz element do przenoszenia (14) do przekazywania pomiarów wykonanych przez czujnik poziomu (13) na zawór sterujący (12).
8. Instalacja według zastrz. 1, znamienna tym, że zawiera generator ozonu (30), urządzenie sprężynujące (31) oraz urządzenie do zasysania (311) ozonu wytworzonego przez generator ozonu (30).
9. Instalacja według zastrz. 8, znamienna tym, że urządzenie sprężające (31) ozon jest sprzężone ze zbiornikiem przepływowym (32) kompensacyjnym i/lub z elektronicznie sterowanym zaworem (44) usytuowanym przed wymienionym urządzeniem sprężającym (31).
10. Instalacja według zastrz. 9, znamienna tym, że zawiera pętlę wydmuchową(33) usytuowaną pomiędzy wylotem urządzenia sprężającego (31) a zbiornikiem przepływowym (32).
11. Instalacja według zastrz. 1 albo 2, znamienna tym, że zbiornik ciśnieniowy (1) jest wyposażony w urządzenie recyrkulacji części wody z wylotu (4) wody nasyconej ozonem wytwarzanej pod ciśnieniem do wlotu (2) wody przeznaczonej do nasycenia ozonem zbiornika ciśnieniowego (1).

178 724
12. Instalacja według zastrz. 8 albo 9, albo 10, znamienna tym, że urządzenie sprężające (31) stanowi urządzenie wybrane z grupy utworzonej ze sprężarek membranowych, suchych sprężarek i pomp z pierścieniem wody.
13. Instalacja według zastrz. 1 albo 2, znamienna tym, że zawiera urządzenie pomiaru (34) ozonu rozpuszczonego z wody wytworzonej pod ciśnieniem opuszczaj ącej zbiornik ciśnieniowy (1).
14. Instalacja według zastrz. 1 albo 2, znamienna tym, że zawiera urządzenie chłodzące (101) gazy przed wprowadzeniem ich do zbiornika ciśnieniowego (1).
15. Instalacja według zastrz. 14, znamienna tym, że urządzenie chłodzące (101) gazy przed wprowadzeniem ich do zbiornika ciśnieniowego (1) jest utworzone z wymiennika (101) zasilanego płynem chłodzącym przychodzącym z innego wymiennika (103).
16. Instalacja według zastrz. 1, znamienna tym, że urządzenie do zmniejszania ciśnienia (6) stanowi urządzenie wybrane z grupy obejmującej kawitatory i dysze rozpylające.
17. Instalacja według zastrz. 1, znamienna tym, że kontaktor (50) wyposażony jest w przewód rurowy (51) do wody nośnej łączący kontaktor ze zbiornikiem ciśnieniowym (1).
18. Instalacja według zastrz. 17, znamienna tym, że w przewodzie rurowym (51) umieszczone są urządzenia filtracyjne.
19. Instalacja według zastrz. 1, znamienna tym, że zawiera urządzenie niszczące nadmiar gazu (35) lub urządzenie niszczące resztki ozonu (56) lub urządzenie do zawracania do obiegu (102) i do powtórnego wykorzystywania resztek gazowego ozonu przychodzących z kontaktora (50) i ze zbiornika ciśnieniowego (1) do wytwarzania ozonowanej białej wody.
20. Instalacja według zastrz. 1, znamienna tym, że kontaktor (50) stanowi zbiornik wybrany z grupy reaktorów obejmującej reaktory rozdzielania, reaktory łączenia, reaktory flotacji i/lub reaktory ozoflotacji.

* * *