PL243000B1 - Układ do nasycania cieczy gazem i sposób nasycania cieczy gazem z wykorzystaniem tego układu - Google Patents
Układ do nasycania cieczy gazem i sposób nasycania cieczy gazem z wykorzystaniem tego układu Download PDFInfo
- Publication number
- PL243000B1 PL243000B1 PL430663A PL43066319A PL243000B1 PL 243000 B1 PL243000 B1 PL 243000B1 PL 430663 A PL430663 A PL 430663A PL 43066319 A PL43066319 A PL 43066319A PL 243000 B1 PL243000 B1 PL 243000B1
- Authority
- PL
- Poland
- Prior art keywords
- liquid
- gas
- pipeline
- chamber
- source
- Prior art date
Links
- 239000007788 liquid Substances 0.000 title claims abstract description 102
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 31
- 238000009738 saturating Methods 0.000 title abstract description 12
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 claims abstract description 22
- 239000002101 nanobubble Substances 0.000 claims abstract description 12
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 claims abstract description 11
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 claims abstract description 10
- 238000005192 partition Methods 0.000 claims abstract description 6
- 239000011555 saturated liquid Substances 0.000 claims abstract description 5
- 230000003068 static effect Effects 0.000 claims description 7
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 64
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 19
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 19
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 18
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 16
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 14
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 14
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 238000005273 aeration Methods 0.000 description 10
- 238000005188 flotation Methods 0.000 description 8
- 239000010865 sewage Substances 0.000 description 8
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 6
- 238000005276 aerator Methods 0.000 description 5
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 5
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 4
- 238000000889 atomisation Methods 0.000 description 4
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 4
- -1 polyethylene Polymers 0.000 description 4
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 4
- 239000010802 sludge Substances 0.000 description 4
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 3
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 3
- 239000002033 PVDF binder Substances 0.000 description 2
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000007792 gaseous phase Substances 0.000 description 2
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 2
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 2
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 2
- 239000002351 wastewater Substances 0.000 description 2
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N Dioxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000006096 absorbing agent Substances 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 239000011362 coarse particle Substances 0.000 description 1
- 239000000084 colloidal system Substances 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 239000008396 flotation agent Substances 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001788 irregular Effects 0.000 description 1
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 1
- 239000003595 mist Substances 0.000 description 1
- 239000010841 municipal wastewater Substances 0.000 description 1
- 150000002926 oxygen Chemical class 0.000 description 1
- 238000006213 oxygenation reaction Methods 0.000 description 1
- 229920002981 polyvinylidene fluoride Polymers 0.000 description 1
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 1
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 description 1
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 description 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 1
- 238000004065 wastewater treatment Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
- B01F23/00—Mixing according to the phases to be mixed, e.g. dispersing or emulsifying
- B01F23/20—Mixing gases with liquids
- B01F23/23—Mixing gases with liquids by introducing gases into liquid media, e.g. for producing aerated liquids
- B01F23/234—Surface aerating
- B01F23/2341—Surface aerating by cascading, spraying or projecting a liquid into a gaseous atmosphere
- B01F23/23413—Surface aerating by cascading, spraying or projecting a liquid into a gaseous atmosphere using nozzles for projecting the liquid into the gas atmosphere
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
- B01F25/00—Flow mixers; Mixers for falling materials, e.g. solid particles
- B01F25/40—Static mixers
- B01F25/42—Static mixers in which the mixing is affected by moving the components jointly in changing directions, e.g. in tubes provided with baffles or obstructions
- B01F25/421—Static mixers in which the mixing is affected by moving the components jointly in changing directions, e.g. in tubes provided with baffles or obstructions by moving the components in a convoluted or labyrinthine path
- B01F25/423—Static mixers in which the mixing is affected by moving the components jointly in changing directions, e.g. in tubes provided with baffles or obstructions by moving the components in a convoluted or labyrinthine path by means of elements placed in the receptacle for moving or guiding the components
- B01F25/4231—Static mixers in which the mixing is affected by moving the components jointly in changing directions, e.g. in tubes provided with baffles or obstructions by moving the components in a convoluted or labyrinthine path by means of elements placed in the receptacle for moving or guiding the components using baffles
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
- B01F33/00—Other mixers; Mixing plants; Combinations of mixers
- B01F33/80—Mixing plants; Combinations of mixers
- B01F33/82—Combinations of dissimilar mixers
- B01F33/821—Combinations of dissimilar mixers with consecutive receptacles
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F3/00—Biological treatment of water, waste water, or sewage
- C02F3/02—Aerobic processes
- C02F3/12—Activated sludge processes
- C02F3/26—Activated sludge processes using pure oxygen or oxygen-rich gas
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F2303/00—Specific treatment goals
- C02F2303/26—Reducing the size of particles, liquid droplets or bubbles, e.g. by crushing, grinding, spraying, creation of microbubbles or nanobubbles
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
- Y02W10/00—Technologies for wastewater treatment
- Y02W10/10—Biological treatment of water, waste water, or sewage
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Dispersion Chemistry (AREA)
- Hydrology & Water Resources (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Water Supply & Treatment (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Microbiology (AREA)
- Biodiversity & Conservation Biology (AREA)
- General Preparation And Processing Of Foods (AREA)
- Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
Abstract
Przedmiotem wynalazku jest układ do nasycania cieczy gazem zawierający źródło cieczy (3), źródło gazu (5), komorę rozpuszczania gazu (1) oraz zbiornik (4) odbioru cieczy, gdzie źródło cieczy (3) połączone jest za pomocą rurociągu (11) wyposażonego w pompę (8) z układem kawitacyjnym (14) który połączony jest za pośrednictwem rurociągu (16) z komorą rozpuszczania gazu (1), gdzie koniec rurociągu (16) stanowi zespół dysz atomizujących (7) znajdujących się w komorze rozpuszczania gazu (1) do której za pośrednictwem gazociągu (10) z dyszą (6) podłączone jest źródło gazu (5); oraz komora rozpuszczania gazu (1) za pomocą rurociągu (12) z zaworem regulacyjnym (9) połączona jest z komora retencji (2) z naprzemiennie ułożonymi, częściowo otwartymi przegrodami (17), która za pomocą rurociągu (13) z zaworem (15) połączona jest ze zbiornikiem (4) odbioru cieczy nasyconej. Zgłoszenie obejmuje też sposób nasycania cieczy gazem z wykorzystaniem powyższego układu gdzie ciecz ze źródła cieczy (3), przepompowywana jest za pomocą pompy (8), podnosząc ciśnienie cieczy do co najmniej 4 bar, poprzez rurociąg (11) do układu kawitacyjnego (14) gdzie nasyca się ciecz gazem w formie mikro - nano pęcherzy a następnie poprzez rurociąg (10) przepompowuje się ją na zespół dysz atomizujących (7) za pomocą których ciecz jest rozpylana w komorze rozpuszczania gazu (1), gdzie dodatkowo nasyca się ciecz gazem pochodzącym źródła gazu (5) podawanym za pośrednictwem gazociągu (10) i dyszy (6), gdzie doprowadzany gaz ma ciśnienie równe ciśnieniu cieczy, następnie za pośrednictwem rurociągu (12) ciecz przepompowywana jest do komory retencji (2) przez która przepływa w czasie nie krótszym niż 13 minut i z prędkością liniową nie przekraczającą 0,5m/s niezbędna do rozpuszczenia gazu następnie za pośrednictwem rurociągu (13) ciecz przepompowywana jest do zbiornika (4) odbioru cieczy.
Description
Przedmiotem wynalazku jest układ do nasycania cieczy gazem i sposób nasycania cieczy gazem. Wynalazek należy do dziedziny techniki uzdatniania wody i oczyszczania ścieków.
W stanie techniki znane są urządzenia i sposoby nasycania cieczy gazem. Etchepare R., Oliveira H., Nicknig M., Azevedo A., Rubio J. (2017). Nanobubbles: Generation using a multiphase pump, properties and features in flotation. Minerals Engineering, 2017 (Volume 112), s 19-26. Autorzy opisują układ do generowania mikro-nano pęcherzy wykorzystywanych później w procesie flotacji, do poprawy efektywności separacji osadu w komorze flotacji od ścieku celem usuwania zawiesiny. Do tego wykorzystywany jest układ wyposażony w pompę wielofazową. W swoim rozwiązaniu stosują pompę saturującą do wytworzenia sprężonej mieszanki wodno-powietrznej, następnie rozprężono ją w celu uzyskaniu nanobąbli powietrza. Rozwiązanie to bazuje na zasysaniu powietrza znajdującego się pod ciśnieniem atmosferycznym i wymieszaniu go z wodą w formie ciekłej. Proponowane rozwiązanie różni się od rozwiązania przedstawionego w publikacji tym, że służy do rozpuszczania gazu w cieczy, czyli dąży do pełnego rozpuszczenia gazu bez wytworzenia pęcherzy, które świadczą o gazie nierozpuszczonym, podczas gdy metoda z publikacji zakłada produkcję drobnych pęcherzy gazu, których rolą jest wynoszenie cząstek stałych do poziomu lustra ścieku, aby został on dalej w sposób mechaniczny usunięty. Dodatkowo, rozwiązanie wg wynalazku zapewnia wprowadzenie gazu przy ciśnieniu absolutnym 4 bar oraz atomizacje nasycanej cieczy co pozwala na wytworzenie znacznej powierzchni kontaktu faz co przekłada się na osiągnięcie wysokiej wydajności procesu.
B. J. Vinci, B. J. Watten, M. B. Timmons, (1995). Modeling gas transfer in a spray tower oxygen absorber. Aquacultural Engineering, Volume 16, Issues 1-2, 1997. W pracy wykorzystano dysze zraszającą do rozpylenia wody w kolumnie, do której doprowadzany jest tlen. Kwestia zapychania dyszy zraszającej cząstkami stałymi nie została przez autorów rozwiązana. W przypadku wykorzystywania nieoczyszczonej cieczy dyszę atomizera łatwo ulegną zatkaniu co przełoży się na wzrost awaryjności urządzenia. W rozwiązaniu według wynalazku przewidziano wyposażenie dysz w statyczne wkładki rozdrabniające które znacząco ograniczą ryzyko zatkania dysz. Również zastosowanie atomizera zapewni możliwie największe rozpylanie doprowadzanej wody.
S. Nazari, S.Z. Shafaei, B. Shahbazi, S. Chehreh Chelgani, (2018). Study relationships between flotation variables and recovery of coarse particles in the absence and presence of nanobubble. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. Volume 559, 2018, s. 284-288. W przedstawionym rozwiązaniu autorzy wprowadzają sprężone powietrze do wody, mieszanie ma zachodzić w dwóch mikserach statycznych, następnie mieszanina wodno-powietrzna kierowana jest do zwężki Venturiego gdzie w wyniku kawitacji hydrodynamicznej powstawać mają nanobąble. Autorzy nie zaproponowali skuteczniejszego wymieszania faz niż miksery statyczne co znacząco obniżyło rozpuszczalność powietrza w wodzie co przekłada się bezpośrednio na ilość wytworzonych bąbli powietrza.
Kim Yu Beom w zgłoszeniu nr KR101771124 OXYGEN DISSOLUTION ‘APPARATUS AND FARM WITH THE SAME opisuje system napowietrzania wody przy pomocy wykorzystywania dysz natryskowych zmniejszających rozmiar kropel cieczy przelatującej przez atmosferę gazu. Rozwiązanie zgodnie z wynalazkiem realizuje proces pod wysokim ciśnieniem oraz utrzymuje skroploną wodę wymieszaną z cząsteczkami gazu w nadciśnieniu do momentu pełnego rozpuszczenia gazu w cieczy.
Agranonik R. J. oraz Pisklov G. A. w zgłoszeniu RU 94030202 METHOD FOR SATURATION LIQUID WITH GAS opisują metodę nasycania cieczy przeznaczonej do procesu flotacji gazem. W swoim rozwiązaniu wykorzystują termokompresor aby obniżyć zużycie energii. W rozwiązaniu według wynalazku wykorzystywana jest zwykła pompa a wzrost ilości rozpuszczonego tlenu oparty jest na wydłużonym czasie retencji.
Woodley P.S. w zgłoszeniu WO2013017935 DEVICE AND METHOD FOR SATURATING LIQUID WITH GAS opisuje metodę napowietrzania cieczy z użyciem urządzenia krzyżującego rozpędzone strumienie cieczy w atmosferze gazu. Rozwiązanie według wynalazku wykorzystuje swobodny spadek cząstek cieczy przy znaczącym nadciśnieniu oraz wydłużony czas retencji przy określonej prędkości przepływu.
Sulejmanov B.A.O w zgłoszeniu EA030820 METHOD FOR PRODUCTION OF NANO-FLUID WITH GAS NONO-BUBBLES opisuje metodę produkcji cieczy nasyconej gazem przy pomocy prowadzenia procesu pod ciśnienie. W rozwiązaniu według wynalazku ciecz nasycana jest mikro-nano pę cherzami w celu zwiększenia jej powierzchni kontaktu z tlenem a następnie zatrzymywana w przepływowym zbiorniku retencyjnym tak aby doszło do pełnego rozpuszczenia tlenu przed rozprężeniem cieczy.
Kovalchuk N., Lakiza V.D., Osipov V.I., Syrovets M.N., Chernov A.G. w zgłoszeniu RU2035213 DEVICE FOR SATURATION OF LIQUID WITH GAS opisują urządzenie zwiększające ilość gazu rozpuszczonego w cieczy przy pomocy kształtowania przepływu gazu w cieczy w sposób maksymalizujący jej rozpuszczalność. W rozwiązaniu według wynalazku wzrost ilości rozpuszczonego gazu zależy od czasu nadciśnieniowej retencji cieczy oraz efektywności rozdeszczowienia cieczy w atmosferze gazowej.
Lugovkin A.N. i Kuznetsov A.D. w zgłoszeniu RU2236898 DEVICE FOR SATURATION OF LIQUID WITH GAS opisują urządzenie do poprawy efektywności nasycania cieczy gazem na bazie wzrostu efektywności procesu rozdeszczowienia cieczy w komorze. W rozwiązaniu według wynalazku wzrost efektywności jest oparty o połączenie nasycania mikro-nano pęcherzami oraz wydłużenie czasu nadciśnieniowej retencji przy zachowaniu odpowiedniej prędkości przepływu.
Ignatkin V.I. w zgłoszeniu RU2230700 METHOD OF AND DEVICE FOR SATURATION OF LIQUID WITH GAS AND DISPENSING OF LIQUID prezentują sposób poprawy efektywności rozpuszczania gazu w cieczy przy pomocy urządzenia wykorzystujące wymiennik ciepła poprawiający rozpuszczalność. W rozwiązaniu według wynalazku wszystkie procesy mają miejsce w stałej temperaturze.
Agranonik R.V. i Piskolev G.A. w zgłoszeniu EP0700873 (A1) WASTE WATER TREATMENT METHOD, SUSPENSED MATTER SEPARATION METHOD, AND METHOD FOR SATURATING A LIQUID WITH A GAS opisują metodę oczyszczania ścieków bazującą na nasyceniu ścieków gazem pod ciśnieniem a następnie, przed doprowadzeniem do rozpuszczenia gazu w cieczy, rozprężenie jej w celu wytworzenia pęcherzy powietrza flotujących zanieczyszczenia. W rozwiązaniu według wynalazku celem jest pełne i zupełne rozpuszczenie gazu w cieczy, które zagwarantuje brak wytworzenia się pęcherzyków gazu po rozprężeniu cieczy do ciśnienia atmosferycznego.
W znanym stanie techniki, komory osadu czynnego napowietrzane są za pomocą membranowych dyfuzorów talerzowych lub rurowych, oraz za pomocą aeratorów powierzchniowych. Napowietrzanie za pomocą ułożonych na dnie komory dyfuzorów polega na wtłoczeniu do nich powietrza atmosferycznego za pomocą dmuchaw. W procesie tym, na powierzchni membrany powstają pęcherzyki powietrza o średnicy 1-2 mm które unoszą się w kierunku zwierciadła ścieków. Metoda napowietrzania wykorzystująca aeratory powierzchniowe bazuje na ruchu łopat aeratora, które zasysają ścieki z dna zbiornika w kierunku aeratora w którego korpusie dochodzi do wyrzutu ścieków przy nagłej zmianie kierunku ruchu ścieków z osiowego na promieniowy. Podczas tego procesu ścieki intensywnie mieszają się wykorzystując powietrze atmosferyczne do napowietrzenia. Współczynnik transferu tlenu w przypadku dyfuzorów membranowych oscyluje na poziomie 8% na metr głębokości komory osadu i w zależności od producenta, nie udaje się uzyskać jego sumarycznej wartości przekraczającej około 70% dla całej komory. Przekłada się to na standardową efektywność napowietrzania w przedziale 3-8 kgO2/kWh. Dla aeratorów powierzchniowych standardowa efektywność napowietrzania nie przekracza 3 kgO2/kWh. Przedstawione tu metody napowietrzania ze względu na swoją niską efektywność energetyczną przyczyniają się do generowania około 60% kosztów eksploatacji całej oczyszczalni.
W odróżnieniu od znanego stanu techniki, w rozwiązaniu według wynalazku dzięki wprowadzeniu sprężonego tlenu do komory rozpuszczania gazu, gdzie pod ciśnieniem znajduje się mgła wodna nasycona wcześniej mikro-nano pęcherzami, która dzięki zastosowanym atomizerom posiada rozwinięte pole powierzchni, możliwe jest uzyskanie wysokiego stężenia tlenu >30 g/m3 w napowietrzanej wodzie. Przełoży się to możliwość uzyskania współczynnika transferu tlenu >99%, co z kolei pozwoli na uzyskanie standardowej efektywności napowietrzania na poziomie 10-12 kgO2/kWh. W porównaniu do wysokowydajnych dyfuzorów powietrznych doprowadzi to do średnio 15 krotnego zmniejszenia objętości wtłaczanego medium do komór osadu czynnego poprzez znaczne zwiększenie współczynnika transferu tlenu będącego zależnym od powierzchni wymiany, ciśnienia i temperatury przy zachowaniu takiego samego stężenia tlenu w komorze, co bezpośrednio wpłynie na możliwość zastosowania znacznie mniejszych dmuchaw. Wytworzenie nanobąbli ma również kluczowe znaczenie przy prowadzeniu flotacji, gdzie każde zmniejszenie rozmiaru cząstek czynnika flotującego przekłada się na wzrost efektywności procesu, a więc i ograniczenie kubatury urządzeń flotacji.
Celem wynalazku jest uzyskanie w sposób efektywny energetycznie wody o wysokim (>30 g/m3) stężeniu tlenu z przeznaczeniem do procesu oczyszczania.
Istotą wynalazku jest układ do nasycania cieczy gazem zawierający źródło cieczy, źródło gazu, komorę rozpuszczania gazu oraz zbiornik odbioru cieczy, gdzie źródło cieczy połączone jest za pomocą rurociągu wyposażonego w pompę z układem kawitacyjnym, który połączony jest za pośrednictwem rurociągu z komorą rozpuszczania gazu, gdzie koniec rurociągu stanowi zespół dysz atomizujących znajdujących się w komorze rozpuszczania gazu do której za pośrednictwem gazociągu z dyszą podłączone jest źródło gazu. Komora rozpuszczania gazu za pomocą rurociągu z zaworem regulacyjnym połączona jest z komorą retencji z naprzemiennie ułożonymi, częściowo otwartymi przegrodami, która za pomocą rurociągu z zaworem połączona jest ze zbiornikiem odbioru cieczy nasyconej.
Korzystnie, gdy zespół dysz atomizujących wyposażony jest w statyczne wkładki, które korzystnie są wykonane z materiału nierdzewnego, których krawędzie są zagięte w kierunku wewnętrznym pod kątem od 20 do 40 stopni w stosunku do płaszczyzny wkładki.
Istotą wynalazku jest sposób nasycania cieczy gazem z wykorzystaniem opisanego wyżej układu gdzie ciecz ze źródła cieczy, przepompowywana jest za pomocą pompy, podnosząc ciśnienie cieczy do co najmniej 4 bar ciśnienia absolutnego, poprzez rurociąg, do układu kawitacyjnego, gdzie nasyca się ciecz gazem w formie mikro-nano pęcherzy a następnie poprzez rurociąg przepompowuje się ją na zespół dysz atomizujących za pomocą których ciecz jest rozpylana w komorze rozpuszczania gazu, gdzie dodatkowo nasyca się ciecz gazem pochodzącym źródła gazu podawanym za pośrednictwem gazociągu i dyszy, gdzie doprowadzany gaz ma ciśnienie równe ciśnieniu cieczy, następnie za pośrednictwem rurociągu ciecz przepompowywana jest do komory retencji przez którą przepływa w czasie nie krótszym niż 10 minut i z prędkością liniową nie przekraczającą 0.5 m/s niezbędną do rozpuszczenia gazu następnie za pośrednictwem rurociągu ciecz przepompowywana jest do zbiornika odbioru cieczy.
Zgodnie z prawem Henry'ego, liczba moli danego gazu jaką można rozpuścić w danej cieczy zależy od ciśnienia oraz stałej charakteryzującej dany gaz oraz ciecz, zależna jest ona od temperatury w jakiej nasycana jest ciecz. Jednoznacznie wynika więc że każde zwiększenie ciśnienia prowadzenia procesu nasycania cieczy doprowadzi do zwiększenia rozpuszczalności gazów. Proces nasycania zdecydowano się prowadzić w ciśnieniu 4 bar (a), gdyż jest to wartość ekonomicznie uzasadniona - stanowi kompromis między nakładami energetycznymi a uzyskiwanymi stężeniami rozpuszczonych gazów. Zastosowanie jak największego stopnia rozpylenia cieczy jest korzystne z uwagi wzrost powierzchni kontaktu fazy gazowej i ciekłej, co przekłada się na wzrost wydajności procesu.
Zastosowanie w zgłaszanym rozwiązaniu komory retencji o czasie zatrzymania nie krótszym niż 10 minut oraz uzyskaniu rozwiniętej powierzchni kontaktu fazy gazowej i ciekłej zapewnia odpowiednie wymieszanie oraz dostęp tlenu do całej objętości napowietrzanej cieczy. Dla ciśnienia mieszaniny wynoszącej 4 bar ciśnienia absolutnego oraz prędkości przepływu z zakresu 0,4 - 0,6 m/s wymagany, minimalny czas retencji wynosi 10 minut - tak więc konstrukcja komory retencji powinna zakładać objętość wystarczającą do zmagazynowania mieszaniny, w ilości tej samej, która przepływa przez 600 sekund przez układ. Ciśnienie 4 bar absolutne to minimalna wartość, jest możliwe jednak przeprowadzanie procesu natleniania w wyższym ciśnieniu i dla każdego bara wzrostu ciśnienia absolutnego, wymagany czas retencji maleje o 15%, niemniej jednak ciśnienie procesu nie powinno przekroczyć 6 bar ciśnienia absolutnego w związku z ograniczeniami związanymi z urządzeniami do separowania tlenu z powietrza, których maksymalne ciśnienie po separacji wynosi 6 bar ciśnienia absolutnego.
Wynalazek został przedstawiony na rysunkach, z których Fig. 1 przedstawia korzystny układ nasycania cieczy gazem a Fig. 2 przedstawia korzystny przykład wykonania zespołu dysz.
Przykład Wykonania 1
System składa się z komory rozpuszczania gazu (1) wykonanej ze stali nierdzewnej 316L, o średnicy zewnętrznej 500 mm, wysokości 2000 mm i grubości ścianki 3 mm, źródła cieczy (3) będącego zbiornikiem akumulacyjnym ścieku, pompy odśrodkowej (8) przystosowanej do tłoczenia cieczy o maksymalnej średnicy cząstek stałych 1 mm i ciśnieniu tłoczenia cieczy do 4 bar (a), rurociągu (11) wykonanego z Polietylenu, zespołu dysz atomizujących (7) o średnicy kropel cieczy atomizowanej nie większej niż 5000 nanometrów, wykonanych z tworzywa PVDF (polifluorek winylidenu) i wyposażonych w statyczne wkładki (7a) wykonane ze stali nierdzewnej 316L o grubości 1 mm. Dysze (7) podłączone są przy pomocy rurociągu (16) wykonanego z Polietylenu z układem kawitacyjnym (14) będącym inżektorem wykonanym ze stali nierdzewnej 316L podsysającym powietrze atmosferyczne w ilości 3 Nm 3/h, formującego pęcherze powietrzne o średnicy 100 nanometrów. Komora rozpuszczania gazu (1) podłączona jest do źródła gazu (5) w postaci butli z tlenem o czystości powyżej 95%, za pośrednictwem gazociągu (10) wykonanego ze stali nierdzewnej 316L i dyszy (6) wykonanej ze stali nierdzewnej 316L. Komora rozpuszczania gazu (1) poprzez rurociąg (12) wykonany ze stali nierdzewnej 316L o średnicy mm oraz zawór regulacyjny (9) nożowy wykonany ze stali nierdzewnej 316L, jest podłączona do komory retencji (2) wykonanej ze stali 316L, o średnicy 2200 mm, wysokości 1200 mm i grubości ścianki 3 mm, w której zostały umieszczone przegrody (17) w kształcie półkolistym; która jest podłączona do zbiornika (4) odbioru cieczy za pośrednictwem rurociągu (13) wykonanego ze stali nierdzewnej 316L o średnicy 80 mm z zaworem (15).
Przykład Wykonania 2
Sposób nasycania cieczy gazem polegający na tym, że ciecz ze źródła cieczy (3) będącego zbiornikiem buforowym ścieków komunalnych o zawartości zawiesiny na poziomie 240 mg/l oraz BZT5 (biochemiczne zapotrzebowanie na tlen w okresie 5 dni) na poziomie 250 mg/l w ilości 20 m3/h o temperaturze około 25 stopni Celsjusza, przepompowywana jest za pomocą pompy (8) cyrkulacyjnej odśrodkowej, przystosowanej do tłoczenia cieczy zaliczanych jako ścieki komunalne, podnosząc ciśnienie cieczy do co najmniej 4 bar(a), poprzez rurociąg (11) wykonany z Polietylenu, do układu kawitacyjnego (14) gdzie nasyca się ciecz gazem (powietrzem atmosferycznym) o średnicy pęcherzy pomiędzy 50000, a 100000 nanometrów, a następnie poprzez rurociąg (16) wykonany z Polietylenu, przepompowuje się ją na zespół dysz atomizujących (7) do średnicy kropel nie większej niż 5000 nanometrów, wykonanych z tworzywa PVDF (polifluorku winylidenu), wyposażone w statyczne wkładki wykonane ze stali nierdzewnej 316L o grubości 1 mm, których zadaniem jest rozbicie zagregowanych cząstek stałych zawiesiny na mniejsze frakcje, celem zabezpieczenia dysz przed ich zapychaniem. Realizowane jest to dzięki wykorzystaniu wywołanego ruchu turbulentnego i towarzyszącym mu sił, za pomocą których ciecz jest rozpylana w komorze rozpuszczania gazu (1) wykonanej ze stali nierdzewnej 316L o grubości 3 mm, średnicy 2200 mm i wysokości 2000 mm, gdzie dodatkowo nasyca się ciecz gazem (tlenem o stężeniu 95%) pochodzącym ze źródła gazu (5) w postaci generatora tlenu (PSA - Pressure Swing Adsorption Type) podawanego za pośrednictwem gazociągu (10) wykonanego ze stali nierdzewnej 316L i dyszy (6), gdzie doprowadzany gaz ma ciśnienie równe ciśnieniu cieczy. W wyniku atomizacji cieczy do kropel o średnicy 5000 nanometrów, i ich iniekcji w objętość gazu pod ciśnieniem w komorze rozpuszczania gazu (1), powierzchnia wymiany ciecz-gaz zostaje rozwinięta do wartości 1200 m2 a więc o 1000% więcej niż w rozwiązaniu konwencjonalnym, natomiast utrzymywane ciśnienie na poziomie 4 bar (a) zwiększa współczynnik rozpuszczania gazu w cieczy stanowiąc 5-krotność współczynnika notowanego w przypadku napowietrzania powierzchniowego, co pozwala na bardzo dynamiczny i efektywny proces nasycania cieczy gazem. Następnie za pośrednictwem rurociągu (12) wykonanego ze stali nierdzewnej 316L, ciecz przepompowywana jest do komory retencji (2) wykonanej ze stali 316L, o średnicy 2200 mm, wysokości 1200 mm i grubości ścianki 3 mm, w której zostały umieszczone przegrody (17) w kształcie półkolistym, spawane naprzemiennie, tak aby wymusić projektowany czas retencji w komorze i przeciwdziałać nieregularnemu czasowi przebywania w przypadku, gdyby komora retencji byłaby przelotowa (nie zawierała grodzi). Przegrody (17) wykonane są ze stali nierdzewnej 316L o grubości 5 mm wymuszają czas retencji w komorze retencji (2) 13 minut oraz prędkość liniową nie przekraczającą 0.5 m/s niezbędną do rozpuszczenia gazu. Następnie za pośrednictwem rurociągu (13) wykonanego ze stali nierdzewnej 316L z zaworem (15) ciecz przepompowywana jest do zbiornika (4) odbioru cieczy, którym jest kolejny etap układu biologicznego oczyszczania ścieków, czyli flotacji. Wykonując przykład wykonania według przedmiotowego wynalazku jego cel został osiągnięty. Po zastosowaniu wyżej opisanego sposobu otrzymano ciecz charakteryzującą się bardzo wysokim, przekraczającym 30 g/m3, stężeniem tlenu.
Claims (3)
1. Układ do nasycania cieczy gazem zawierający źródło cieczy (3), źródło gazu (5), komorę rozpuszczania gazu (1) oraz zbiornik (4) odbioru cieczy, znamienny tym, że źródło cieczy (3) połączone jest za pomocą rurociągu (11) wyposażonego w pompę (8) z układem kawitacyjnym (14) który połączony jest za pośrednictwem rurociągu (16) z komorą rozpuszczania gazu (1), gdzie koniec rurociągu (16) stanowi zespół dysz atomizujących (7) znajdujących się w komorze rozpuszczania gazu (1) do której za pośrednictwem gazociągu (10) z dyszą (6) podłączone jest źródło gazu (5); oraz komora rozpuszczania gazu (1) za pomocą rurociągu (12) z zaworem regulacyjnym (9) połączona jest z komorą retencji (2) z naprzemiennie ułożonymi, częściowo otwartymi przegrodami (17), która za pomocą rurociągu (13) z zaworem (15) połączona jest ze zbiornikiem (4) odbioru cieczy nasyconej.
PL 243000 Β1
2. Układ do nasycania cieczy gazem według zastrz. 1, znamienny tym, że zespół dysz atomizujących (7) wyposażony jest w statyczne wkładki (7a), które korzystnie są wykonane z materiału nierdzewnego, których krawędzie są zagięte w kierunku wewnętrznym pod kątem od 20 do 40 stopni w stosunku do płaszczyzny wkładki.
3. Sposób nasycania cieczy gazem z wykorzystaniem układu według zastrz. 1, znamienny tym, że ciecz ze źródła cieczy (3), przepompowywana jest za pomocą pompy (8), podnosząc ciśnienie cieczy do co najmniej 4 bar, poprzez rurociąg (11), do układu kawitacyjnego (14) gdzie nasyca się ciecz gazem w formie mikro-nano pęcherzy a następnie poprzez rurociąg (16) przepompowuje się ją na zespół dysz atomizujących (7) za pomocą których ciecz jest rozpylana w komorze rozpuszczania gazu (1), gdzie dodatkowo nasyca się ciecz gazem pochodzącym źródła gazu (5) podawanym za pośrednictwem gazociągu (10) i dyszy (6), gdzie doprowadzany gaz ma ciśnienie równe ciśnieniu cieczy, następnie za pośrednictwem rurociągu (12) ciecz przepompowywana jest do komory retencji (2) przez którą przepływa w czasie nie krótszym niż 10 minut i z prędkością liniową nie przekraczającą 0.5 m/s niezbędną do rozpuszczenia gazu następnie za pośrednictwem rurociągu (13) ciecz przepompowywana jest do zbiornika (4) odbioru cieczy.
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL430663A PL243000B1 (pl) | 2019-07-19 | 2019-07-19 | Układ do nasycania cieczy gazem i sposób nasycania cieczy gazem z wykorzystaniem tego układu |
| PCT/PL2020/000063 WO2021015633A1 (en) | 2019-07-19 | 2020-07-17 | A system for saturating liquids with gas and a method for saturating liquids with gas using this system |
| PT2020000063A PT2021015633B (pt) | 2019-07-19 | 2020-07-17 | Sistema para saturar líquidos com gás e um método para saturar líquidos com gás que utiliza este sistema |
| HRP20220213AA HRP20220213B1 (hr) | 2019-07-19 | 2020-07-17 | Sustav za zasićenje tekućina plinom i postupak za zasićenje tekućina plinom pomoću ovog sustava |
| ES202290005A ES2933485B2 (es) | 2019-07-19 | 2020-07-17 | Un sistema para saturar líquidos con gas y un procedimiento para saturar líquidos con gas usando este sistema |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL430663A PL243000B1 (pl) | 2019-07-19 | 2019-07-19 | Układ do nasycania cieczy gazem i sposób nasycania cieczy gazem z wykorzystaniem tego układu |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| PL430663A1 PL430663A1 (pl) | 2021-01-25 |
| PL243000B1 true PL243000B1 (pl) | 2023-06-05 |
Family
ID=74193628
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PL430663A PL243000B1 (pl) | 2019-07-19 | 2019-07-19 | Układ do nasycania cieczy gazem i sposób nasycania cieczy gazem z wykorzystaniem tego układu |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| ES (1) | ES2933485B2 (pl) |
| HR (1) | HRP20220213B1 (pl) |
| PL (1) | PL243000B1 (pl) |
| PT (1) | PT2021015633B (pl) |
| WO (1) | WO2021015633A1 (pl) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| PL445744A1 (pl) * | 2023-08-02 | 2025-02-03 | Głuch Mirosław | Układ do rozpuszczania tlenu w wodzie |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2023079381A1 (en) * | 2021-11-08 | 2023-05-11 | LignoSol IP Limited | Fluid treatment system and related methods |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3653182A (en) * | 1970-01-21 | 1972-04-04 | Lewis Hall Sr M | Water conditioning method and apparatus |
| US6120008A (en) * | 1998-04-28 | 2000-09-19 | Life International Products, Inc. | Oxygenating apparatus, method for oxygenating a liquid therewith, and applications thereof |
| US20040251566A1 (en) * | 2003-06-13 | 2004-12-16 | Kozyuk Oleg V. | Device and method for generating microbubbles in a liquid using hydrodynamic cavitation |
| JP4910322B2 (ja) * | 2005-07-19 | 2012-04-04 | 株式会社日立製作所 | 微細気泡を利用した水処理設備 |
| DE102009032567A1 (de) * | 2009-07-11 | 2011-01-13 | Awas Ag | Saturator |
| JP2018094533A (ja) * | 2016-12-16 | 2018-06-21 | 三菱重工機械システム株式会社 | 気液混合装置および気液混合方法 |
-
2019
- 2019-07-19 PL PL430663A patent/PL243000B1/pl unknown
-
2020
- 2020-07-17 HR HRP20220213AA patent/HRP20220213B1/hr active IP Right Grant
- 2020-07-17 WO PCT/PL2020/000063 patent/WO2021015633A1/en not_active Ceased
- 2020-07-17 ES ES202290005A patent/ES2933485B2/es active Active
- 2020-07-17 PT PT2020000063A patent/PT2021015633B/pt active IP Right Grant
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| PL445744A1 (pl) * | 2023-08-02 | 2025-02-03 | Głuch Mirosław | Układ do rozpuszczania tlenu w wodzie |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| PL430663A1 (pl) | 2021-01-25 |
| ES2933485A1 (es) | 2023-02-09 |
| HRP20220213A1 (hr) | 2022-08-19 |
| WO2021015633A1 (en) | 2021-01-28 |
| ES2933485B2 (es) | 2025-02-18 |
| HRP20220213B1 (hr) | 2024-03-15 |
| PT2021015633B (pt) | 2023-05-02 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10598447B2 (en) | Compositions containing nano-bubbles in a liquid carrier | |
| WO2010107077A1 (ja) | マイクロバブル発生装置、活性汚泥の曝気処理システム及びバラスト水の殺菌処理システム | |
| JPWO2000069550A1 (ja) | 旋回式微細気泡発生装置 | |
| CN107459156B (zh) | 一种微纳米气泡发生装置及水流净化系统 | |
| JP7193826B2 (ja) | 微細気泡発生装置 | |
| JP2010155243A (ja) | 旋回式微細気泡発生装置 | |
| PL243000B1 (pl) | Układ do nasycania cieczy gazem i sposób nasycania cieczy gazem z wykorzystaniem tego układu | |
| US5772886A (en) | Aquaculture process | |
| CN103979642A (zh) | 一种气体加速原水冲击压反渗透水处理方法 | |
| CN201058829Y (zh) | 一种高效污水处理混气装置 | |
| CN109748353A (zh) | 基于流控微泡-臭氧耦合进行水处理的装置及水处理方法 | |
| CN107381701A (zh) | 一种利用恒压微气泡发生器供气的臭氧气浮装置及方法 | |
| CN208151083U (zh) | 强正压喷雾曝气系统 | |
| TR2022000673T2 (tr) | Sivilarin gazla doygun hale geti̇ri̇lmesi̇ne yöneli̇k bi̇r si̇stem ve bu si̇stem kullanilarak sivilarin gazla doygun hale geti̇ri̇lmesi̇ne yöneli̇k bi̇r yöntem | |
| KR20220144121A (ko) | 가스 용해장치 | |
| CN113893715B (zh) | 一种采用溶解臭氧投加系统投加臭氧和富氧溶液的方法 | |
| KR200199585Y1 (ko) | 미세기포발생장치를 이용한 폐수처리시스템 | |
| WO2025233859A1 (en) | Devices, systems and methods for nanobubble generation and uses thereof | |
| AU2019414856A1 (en) | Method and device for improving sludge biodegradability | |
| RU2316484C1 (ru) | Способ газонасыщения воды и барботажная установка для его реализации | |
| KR100377020B1 (ko) | 미세기포발생장치를 이용한 폐수처리시스템 및 폐수처리방법 | |
| RU2627369C1 (ru) | Способ дегазации жидкости и устройство для его осуществления | |
| CA3012361C (en) | Compositions containing nano-bubbles in a liquid carrier | |
| UA119906C2 (uk) | Пристрій для аерації та спосіб аерації великої кількості води | |
| WO2024246357A1 (en) | Apparatus and method for producing nanobubbles |