SE535787C2 - Vattenrenare och metod för att rena vatten - Google Patents

Description

20 25 30 535 787 inkluderande att möta kraven från medicinska, farmakologiska, kemiska och industriella applikationer. Generellt så omfattar de metoder som används för att rena vatten fysiska processer så som filtrering och sedimentering, biolo- giska processer såsom långsamma sandfilter eller aktivt slam och kemiska processer så som flockulering samt klorerlng.

Flockulering är en metod vilken klarar vatten genom att avlägsna olika slag av turbiditeter, det vill säga uppslammade partiklar eller kolloider, eller färg- ämnen så att vattnet blir klart och färglöst. Flockulering avlägsnar de upp- slammade partiklarna genom att orsaka en utfällning av dessa i vattnet. Ge- nom att röra om vattnet kommer partiklarna att binda till varandra och fomia större partiklar på grund av adsorption till ytor av små, redan utfällda partiklar vilka sedan växer till större partiklar som en koagulerad produkt som lätt kan avlägsnas. I flockuleringsprocessen kan ett koaguleringsmedel eller ett flockmedel användas för att påskynda flockuleringsprocessen. Sådana koa- guleringsmedel innehåller järn, aluminium eller syntetiska polymerer.

Traditionella flockuleringsprocesser är kända under namn så som Pulsator, Super Pulsator, Cyclofloc, Cirkulator, Fluorapid och Accelerator. Alla dessa flockuleringsprocesser behöver olika mekaniska delar och är utformade som stora oflexibla strukturer. De kräver även mycket underhåll för at fungera or- dentligt.

US 2007114184 A visar en metod och apparat för behandling av avloppsvat- ten. Apparaten omfattar en reaktor med en centralt anordnad flödeskanal. En omrörare i form av en propeller är disponerad inne i flödeskanalen, vilket skapar ett nedåtgående flöde av vatten eller avloppsvatten genom flödeska- nalen. En reagens sprutas in i vattnet eller avloppsvattnet och omröraren i flödeskanalen fungerar som blandare av reagens med vattnet eller avlopps- vattnet som passerar därigenom. 10 15 20 25 30 535 787 US 2004011745 A visar en kombinerad avgasnings- och flotationstank för separation av inströmmande vatten innehållandes avsevärda mängder av olja och gas. Ett roterande flöde skapas i tanken vilket tvingar de lättare komponenterna såsom olje- och gasdroppar mot en inre koncentrisk cylinder- formad vägg där de förenas och stiger mot vätskans yta medan de tyngre partiklarna sjunker till den nedre delen där de kan avlägsnas som slam. Vatt- net avlägsnas genom ett utlopp i den nedre delen av tanken. Den kombine- rade avgasnings- samt flotationstanken är speciellt lämpad för användning vid oljeproduktion till havs för avlägsning av olja.

US 2005115881 A visar en vattenreningsinstallation med ett koaguleringsom- råde, ett flockuleringsområde, ett område för blandning av det flockulerade vattnet med trycksatt vatten levererat av mikrobubblor, och ett flotationsom- råde. Suspenderat material som förs till ytan av mikrobubblorna evakueras från den övre delen av flotationsomrâdet. Den nedre delen av flotationsom- rådet inkluderar medel för att uppsamla det renade vattnet.

WO 0506360 A visar en metod för behandling av avloppsvatten, exempelvis kommunalt avloppsvatten inkluderande kloakvatten, vilken innefattar att ett partikulärt material tillförs avloppsvattnet, och att sedan utföra en flotations- process så att det partikulära materialet stiger till avloppsvattnets yta, och för med sig de solida föroreningarna i avloppsvattnet. Det partikulära materialet kan innefatta natronkalk eller borsilikatglas.

CN 1312226 A visar en metod och anordning för en motströms vattenbe- handling, där mikrobubblor flödar i motsatt riktning mot nedåtströmmande obehandlat vatten, där ett flockulat kan följa med de uppåtgående bubblorna så att bubblorna kan samverkar med flockulatet för att bilda ett löst slamla- ger, vilket kan tillhandahålla kontaktflockulering och slamfiltrering av obe- handlat vatten. 10 15 20 25 30 535 787 CN 1397503 A visar en process för rening av vatten ink|uderande att blanda flockningsmedlen med vattnet som skall behandlas i en vatteninloppspump, där reaktionen mellan luftbubblor och flockningsmedel uppnås i ett mot- ströms flöde, där det resulterande vattnet avtappas från reaktorns botten, och där slaggprodukterna avskiljs från reaktorns topp.

Dessa och liknande kända processer kan fungera bra i specifika fall. Det finns emellertid fortfarande utrymme för förbättringar.

BESKRIVNING AV UPPFINNINGEN Ett syfte med uppfinningen är sålunda att tillhandahålla en förbättrad anord- ning för att rena obehandlat vatten. Ett ytterligare syfte med uppfinningen är att tillhandahålla en förbättrad metod för att rena obehandlat vatten.

Lösningen på problemet enligt uppfinningen finns angiven i den känneteck- nande delen av krav 1. De övriga kraven innehåller ytterligare fördelaktiga utföringsforrner av den uppfinningsenliga anordningen och metoden.

Vattenrenare för behandling av förorenat söt- eller saltvatten, innefattandes en vattenreaktor vilken innefattar en i huvudsak cylindrisk vertikal behållare som har en övre sektion med huvudsakligen vertikala väggar och en nedre avsmalnande sektion, en inre cylinder som sträcker sig längs med åtminsto- ne en del av behållarens övre sektion och ett utlopp för renat vatten i behålla- rens övre del, där vattenrenaren även innefattar en luftkompressor anpassad för att spruta in komprimerad luft i cylindems nedre region och ett inlopp för förorenat söt- eller saltvatten i cylinderns övre region, förverkligas syftet med uppfinningen i det att vattenrenaren vidare innefattar åtminstone en skilje- vägg inne l cylinderns nedre region, där den åtminstone ena skiljeväggen skapar flödeskanaler i den inre cylinderns nedre region, där den komprime- rade luften är anpassad till att sprutas in genom luftinlopp i flödeskanal/erna för att skapa ett uppåtriktat flöde i flödeskanallerna som har luftinlopp, vilket 10 15 20 25 30 535 787 skapar ett nedåtriktat flöde i flödeskanal/erna som inte har Iuftinlopp, där den åtminstone ena skiljeväggen sträcker sig ut ur cylinderns nedre region.

Med denna första utföringsform av vattenrenaren enligt uppfinningen så er- hàlles en vattenrenare med förbättrade vattenreningsegenskaper. Vattenre- naren kan anpassas för olika typer av obehandlat vatten, både för obehand- lat vatten innehållande en hög grad av partiklar såsom för obehandlat vatten innehållande en låg koncentration av partiklar. Vattenrenaren kan även an- passas för både obehandlat sötvatten och saltvatten.

I en fördelaktig utföringsform av den uppfinningsenliga vattenrenaren är vat- tenreaktorn vidare försedd med ett utsläpp för partiklar med låg densitet vid cylinderns övre del. På detta sätt kan vattenrenaren även avskilja partiklar med låg densitet som flotationsrester. l en fördelaktig vidareutveckling av den uppfinningsenliga vattenrenaren, ut- görs den åtminstone ena skiljeväggen av en eller flera cylindriska rör. Det åtminstone ena cylindriska röret kan monteras i ett galler i cylindern, där gall- rets öppningsarea kan ha ett förutbestämt värde. På detta sätt kan flödet ge- nom rören kontrolleras i en högre grad.

I en fördelaktig utföringsform av den uppfinningsenliga vattenrenaren utgörs den åtminstone ena skiljeväggen av en eller flera skivor som sträcker sig mellan cylinderns inre väggar. Den åtminstone ena skiljeväggen kan förskju- tas i en vertikal riktning, parallellt med cylinderns vägg. På detta sätt kan vat- tenrenaren finjusteras till egenskaperna hos det aktuella obehandlade vatt- net. Variationer i det obehandlade vattnet kan dänned hanteras på ett effek- tivt och enkelt sätt.

I en fördelaktig utföringsform av den uppfinningsenliga vattenrenaren innefat- tar vattenrenaren en återflödesledning som är anpassad till att vidarebefordra 10 15 20 25 30 535 787 en del av den kasserade aktiva slamblandningen till inloppet för obehandlat vatten. På detta sätt kan reningsgraden förbättras ytterligare.

I en uppfinningsenlig metod för att för att rena vatten innefattas stegen att släppa in obehandlat vatten i en inre kammare i en vertikal cylindrisk behålla- re som har en avsmalnande nedre sektion, spruta in komprimerad luft i den inre kammarens nedre region, där den inre kammaren är försedd med åtmin- stone en skiljevägg som sträcker sig ut ur den inre kammarens nedre region, så att det obehandlade vattnet cirkulerar mellan den åtminstone ena skilje- väggen och den inre kammarens inre vägg, där den åtminstone ena skilje- väggen skapar en kompressionszon för det obehandlade vattnet, och där det obehandlade vattnet dekomprimeras ovanför den åtminstone ena skiljeväg- gen, så att partiklarna i det obehandlade vattnet tvingas att binda till varandra och/eller till luftbubblor, och att släppa ut det renade vattnet ut ur behållarens övre del, utanför den inre kammaren.

Genom den uppfinningsenliga metoden erhålles en enkel och kostnadseffek- tiv vattenreningsmetod, som inte kräver nâgra mekaniska rörliga delar. \fida- re behövs inte heller några kemiska tillsatsämnen för reningsprocessen.

KORTFATTAD BESKRIVNING AV RITNINGARNA Uppfinningen kommer att beskrivas mera i detalj i det följande, med hänvis- ning till de utföringsforrner som finns visade på de bifogade ritningarna, där: Fig. 1 visar en genomskärning genom en vattenrenare enligt en första utfö- ringsform av uppfinningen, Fig. 2 visar en genomskärning genom en andra utföringsfonn av en vatten- renare enligt uppfinningen, 10 15 20 25 30 535 787 Fig. 3 visar en genomskärning genom en vidareutveckling av en vattenre- nare enligt uppfinningen, och Fig. 4 visar en genomskärning genom en vidareutveckling av en vattenre- nare enligt uppfinningen.

SÄTT FÖR UTÖVANDE AV UPPFINNINGEN Utföringsformerna av uppfinningen med ytterligare utvecklingar som beskrivs i det följande skall ses endast som exempel och skall på inget sätt begränsa omfånget av det skydd som ges av patentkraven. Reningen av obehandlat vatten definieras som avlâgsnandet av uppslammade partiklar eller kolloider från det obehandlade vattnet vilka endast är uppslammade i det obehandlade vattnet. Resultatet är klart vatten.

Fig. 1 visar en genomskärning av en första utföringsform av en vattenrenare 1 enligt uppfinningen. Vattenrenaren är anpassad till att rena obehandlat vat- ten utan behov av, eller genom att använda endast små mängder av, kom- pletterande tillsatser såsom ett koaguleringsmedel eller flockuleringsmedel.

Det obehandlade vattnet kan vara antingen förorenat färsk- eller saltvatten.

Det obehandlade vattnet kan komma från olika källor och kan inkludera in- dustriellt eller agrikulturellt avloppsvatten samt avloppsvatten från kloaker.

Den uppfinningsenliga Vattenrenaren kan vara anpassad till den specifika källan till det obehandlade vattnet och även till speciella krav vad gäller re- ningskapacitet och partikelstorlekar.

Vattenrenaren 1 innefattar en vattenreaktor 2 för mottagande av det obe- handlade vattnet, för behandling och rening av det obehandlade vattnet och för avskiljning av det renade vattnet och separerade slaggprodukter. Vatten- reaktorn innefattar en huvudsakligen cylindrisk vattenbehållare 3 som är ver- tikalt positionerad, d.v.s. mittaxeln är vertikal när Vattenrenaren är i bruk. Be- hàllaren 3 innefattar en övre sektion 4 med en vertikal vägg och en avsmal- 10 15 20 25 30 535 ?87 nade eller konisk nedre sektion 5 som slutar i en spets. Vattenbehållaren är försedd med ett utlopp 9 vid eller nära spetsen för avskiljningen av slaggpro- dukter i form av slam. Konens spetsvinkel är fördelaktigt i området mellan 60 till 150 grader. Höjden hos den avsmalnande nedre sektionen 5 är fördelak- tigt mindre än hälften av behållarens 3 totala höjd. Höjden på behållaren be- ror på vad den skall användas till och den kan vara mindre än 1 meter för en småskalig vattenrenare och den kan vara upp till 10 meter och mer för en storskalig utrustning. Höjden på behållaren är fördelaktigt åtminstone två gånger behållarens diameter. Diametern kan följaktligen vara i omrâdet mel- lan mindre än 0.5 meter upp till 5 meter och mer. Även om storleken hos vat- tenrenaren kan skalas upp i hög grad så är det att föredra att använda flera, medelstora, vattenrenare som är förbundna med varandra i serie och/eller parallellt för att öka kapaciteten hos vattenrenarsystemet.

När flera vattenrenare används i ett system är det även möjligt att använda vattenrenare med olika egenskaper i samma system. Der är exempelvis möj- ligt att använda vattenrenare anpassade för olika specifika mängder med obehandlat vatten och/eller anpassade för obehandlat vatten som innehåller olika partikelstorlekar. I ett sådant system så skulle det vara möjligt att först ha en vattenrenare som är anpassad för att avskilja stora partiklar och en efterföljande vattenrenare anpassad för mindre partiklar. När de är parallellt kopplade är det möjligt att endast använda en vattenrenare när tillgången till obehandlat vatten är låg och att använda flera parallellt när tillgången till obehandlat vatten är stor. Detta kan göras utan att påverka effektiviteten hos vattenrenaren och utan specifika uppstartningsprocedurer. Ett sådant system är därmed väl lämpat för varierande mängder av obehandlat vatten.

Vattenbehàllare 3 är försedd med en utloppssektion 10 som sträcker sig runt vattenbehållarens övre kant 11. Utloppssektionen innefattar ett ringformat uppsamlingstråg som kommer att samla upp överskottet av renat vatten som strömmar över vattenbehållarens övre kant 11. Det uppsamlade och renade vattnet avskiljs genom en utloppsöppning 12. 10 15 20 25 30 535 787 Vattenrenaren innefattar vidare en inre cylinder 6 som utgör en inre kammare 7 i vattenreaktorn. Den inre cylinders diameter är fördelaktigt mindre än halva behållarens 3 diameter, men kan vara i området mellan 20 % till 70 % av be- hållarens diameter, beroende på användningsområdet. Den inre cylindem är positionerad i en vertikal position i behållaren och är positionerad på ett cent- raliserat sätt runt behållarens mittaxel, så att cylinderns vägg är parallell till vattenbehållarens 3 vertikala vägg. Cylindern sträcker sig längs åtminstone en del av vattenbehållarens övre sektion, och cylinderns nedre kant 16 kan sträcka sig in i vattenbehållarens avsmalnade sektion. Cylinderns övre kant 13 sträcker sig ovanför behållarens övre kant 11. Vid cylinderns övre region 28, nära den övre kanten 13 och ovanför behållarens övre kant 11, är en eller flera utloppsöppningar anordnade, vilka är anpassade för att dränera partiklar med låg densitet som har flockulerat och som flyter upp från den obehandla- de vattenblandningen i den inre kammaren. Partiklarna med låg densitet kommer att bilda skum eller en skumliknande sammansättning.

Obehandlat vatten leds in i den inre kammaren från inloppsöppningen 15 som lämpligen är positionerad ovanför den inre kammarens vattennivå, det vill säga ovanför behållarens 3 övre kant 11. Det är viktigt att det obehandla- de vattnet leds in i den inre kammarens övre region, och fördelaktigt ovanför vattennivàn. På detta sätt blandas det inledda obehandlade vattnet med den obehandlade vattenblandningen i den inre kammaren på ett effektivt sätt. Det är möjligt att leda in obehandlat vatten i den inre kammarens övre region, under vattennivån, även om det inledda obehandlade vattnet inte kommer att blanda sig lika bra med den obehandlade vattenblandningen. lnflödet av obehandlat vatten är anpassat till vattenrenarens reningskapacitet.

För att rena det inledda obehandlade vattnet på ett pålitligt sätt, så är cylin- dern försedd med en eller flera avskiljningsväggar 26. Avskiljningsväggen eller väggarna skapar flödeskanaler 21, 22 i den inre kammarens nedre regi- oner. Avskiljningsväggen eller väggarna är placerade i cylinderns nedre regi- 10 15 20 25 30 535 787 10 on 28 och kan sträcka sig upp till cylinderns övre region 29. Den nedre delen av skiljeväggen eller väggarna sträcker sig ut ur cylindern, under cylinderns nedre kant 16. Det är viktigt att skiljeväggen eller väggarna sträcker sig ut ur cylindern för att kunna skapa det önskade flödet genom den inre kammarens flödeskanaler. Den del av skiljeväggen eller väggarna som sträcker sig ut ur cylindern är fördelaktigt åtminstone 5 % av skiljeväggens eller väggarnas totala höjd och kan vara mer än 50 % av skiljeväggens eller väggarnas totala höjd, beroende på vattenbehållarens höjd och cylinderns höjd. Skiljeväggen eller väggarna sträcker sig fördelaktigt ner i behållarens avsmalnande sektion 5.

Skiljeväggen eller väggarna skapar flödeskanaler i den inre kammaren. Flö- det i flödeskanalrena skapas av en luftkompressor 17 som sprutar in kom- primerad luft i några av flödeskanalerna genom luftinlopp 18. Fig. 1 visar ett första exempel av en utföringsform där skiljeväggarna utgörs av ett flertal rör 19. Fig. 2 visar ett andra exempel av en utföringsforrn där skiljeväggarna ut- görs av ett flera skivor 20. Skivoma är fördelaktigt platta men kan även ha en välvd form. Flödet i flödeskanalerna kan antingen vara riktat uppåt eller ned- åt. Luftbubblorna som stiger upp mot vattenytan kommer att ge energi till par- tiklarna för att binda till andra partiklar och till att ladda partiklarna. Energin är proportionell mot cylinders höjd 6.

I Fig. 1 utgörs skiljeväggarna 15 av fyra rör 19. Rören är placerade på ett symmetriskt sätt i den inre kammaren. Andra antal av rör är naturligtvis också möjligt att använda, exempelvis beroende på vilken typ av avloppsvatten som skall renas och på cylinderns diameter. Det är möjligt att använda endast ett rör eller att använda mer än 10 stycken rör. Det är fördelaktigt om rörens tvärsnittsarea är i samma storleksordning som tvärsnittsarean på den inre kammarens kvarvarande del. l det visade exemplet är ett luftinlopp 18 place- rat i varje rör 19. När komprimerad luft sprutas in genom gasinloppet skapas ett uppâtgående flöde i rören, vilket skapar flödeskanaler genom rören. Det uppâtgående flödet genom rören skapar i sin tur ett nedåtgående flöde i flö- 10 15 20 25 30 535 787 11. deskanalerna mellan rören, vilket uppstår genom suget från det uppåtgående flödet i rören och av trycket från den ytterligare vattenvolymen ovanför rören i den inre kammaren. Den obehandlade vattenblandningen kommer på detta sätt att cirkulera genom flödeskanalerna. l det visade exemplet skapas flödeskanaler 21 med ett uppåtriktat flöde ge- nom rören 19 och en flödeskanal 22 med ett nedåtriktat flöde skapas mellan rören i den inre kammaren. Det är även möjligt att spruta in luft mellan rören, det vill säga att låta flödeskanal 22 ha ett uppåtriktat flöde och låta flödeska- nalerna 21 genom rören 19 ha ett nedåtriktat flöde. Det är emellertid lättare att kontrollera cirkulationen av den obehandlade vattenblandningen genom att spruta in luft i rören. En annan fördel med att spruta in luft i rören är att varje insprutningsmunstycke kan kontrolleras separat. På detta sätt är det möjligt att kontrollera kapaciteten hos vätskereaktorn genom att stänga ett eller flera luftmunstycken, exempelvis när kapaciteten skall sänkas beroende på en lägre inmatningsvolym av obehandlat vatten.

Vattenreaktorns kapacitet är delvis bestämd av vätskereaktorns geometri och storlek. Ett sätt att kontrollera flödeshastigheten genom flödeskanalerna är att montera ett galler 23 mellan tuberna i flödeskanalen 22. Genomström- ningen genom gallret, det vill säga galleröppningarnas area, väljs så att en erforderlig flödeshastighet erhålls. l Fig. 2, skapas skiljeväggarna 26 av två skivor 20. Skivorna är symetriskt positionerade på ett sådant sätt i den inre kammaren att tvärsnittsarean hos de två sidoflödeskanalerna, skapade mellan skivorna och cylinderväggen, är i samma storleksordning som tvärsnittsarean hos den centrala flödeskanalen mellan skivorna. Andra antal skivor kan naturligtvis också användas, exem- pelvis beroende på vilken typ av avloppsvatten som skall renas och på cylin- dems diameter. Det är möjligt att använda endast en skiva eller att använda flera skivor. I det visade exemplet är ett luftinlopp 18 placerat i varje sidoflö- deskanal 21 vilka skapas mellan skivorna och cylinderns vägg. När kompri- 10 15 20 25 30 535 787 12 merad luft sprutas in genom luftinloppen så skapas ett uppåtriktat flöde i si- doflödeskanalerna. Det uppåtriktade flödet skapar i sin tur ett nedåtriktat flö- de i den centrala flödeskanalen mellan plattorna, vilket skapats av suget ifrån det uppåtgående flödet i sidoflödeskanalerna och från och av trycket från den ytterligare vattenvolymen ovanför skivorna i den inre kammaren. Den obe- handlade vattenblandningen kommer på detta sätt att cirkulera genom flö- deskanalerna.

I det visade exemplet skapas uppåtgående sidoflödeskanaler 21 mellan plat- torna 20 och cylinderväggen och en central nedåtgående flödeskanal 22 skapas mellan plattorna i den inre kammaren. Det är även möjligt att spruta in luft i den centrala flödeskanalen, mellan skivorna, det vill säga att låta den centrala flödeskanalen 22 ha ett uppâtriktat flöde och att låta sidoflödeskana- lerna 21 ha ett nedåtriktat flöde. En fördel med att spruta in luften i flera flö- deskanaler är att varje insprutningsmunstycke kan kontrolleras separat. På detta sätt är det möjligt att kontrollera kapaciteten hos vätskereaktorn genom att stänga ett eller flera luftmunstycken, exempelvis när kapaciteten skall sänkas beroende på en lägre inmatningsvolym av obehandlat vatten.

Under cirkulationen kommer den obehandlade vattenblandningen att utsättas för en hyperdynamisk cirkulation pä grund av kompression - dekompression hos den obehandlade vattenblandningen när den passerar genom flödeska- nalerna. Under denna cirkulation av den obehandlade vattenblandningen kommer partiklarna i den obehandlade vattenblandningen att kollidera med andra partiklar och kommer att binda till varandra, bildande större aggrege- rade partiklar. Denna aktivt skapade cirkulation skapar ett turbulent flöde med en relativt hög flödeshastighet vilket i sin tur ger varje partikel en hög sannolikhet att kollidera med en annan partikel. Det turbulenta flödet skapar ett tredimensionellt flöde vilket ökar sannolikheten för en partikel att kollidera.

Det turbulenta flödet skapat av luftinsprutningen och flödeskanalerna kom- mer på samma gång att öka partiklarnas ytladdning, vilket också ökar sanno- 10 15 20 25 30 535 78? 1\3 likheten för partiklar att binda till varandra. En partikels ytladdning kommer att öka för varje cirkulation genom flödeskanalerna. Dessa två effekter möjliggör således för partiklarna att binda till varandra, det vill säga att flockulera, på ett effektivt sätt. På grund av den dubbla vidhäftande effekten så finns det ingen anledning att tillsätta ett koaguleringsmedel eller flockuleringsmedel till den obehandlade vattenblandningen för att flockulera partiklarna. Detta är både en ekonomisk och miljömässig fördel, eftersom sådana medel är både kost- samma och kan utgöra risker för miljön. Vissa medel måste även dessutom avlägsnas i en efterföljande process. l några fall kan det vara nödvändigt att tillsätta en liten mängd av tillsatsämne för att starta flockuleringsprocessen när vattenrenaren startas. När vattenrenaren är igång räcker det med den aktiva slamblandningen för att uppnå den erforderliga vattenreningen.

Den obehandlade vattenblandningen komprimeras när den passerar flödes- kanalerna och dekomprimeras i den inre kammaren ovanför rören och i be- hållarens nedre sektion, nedanför rören eller plattorna. Den obehandlade vattenblandningen innehåller obehandlat vatten blandat med större, aggrege- rade partiklar, det vill säga slam. Slammet i den obehandlade vattenbland- ningen kan vara slam med en relativt låg densitet så att det flödar med den obehandlade vattenblandningen, men kan även vara slam med hög densitet som kan återinföras till den obehandlade vattenblandningen genom en åter- flödesledning 27. De flockulerade partiklarna som har en högre densitet kommer att sjunka till behållarens nedre del, där de kommer att utgöra en aktiv slamblandning genom vilket den obehandlade vattenblandningen kom- mer att passera. Små separata partiklar kan binda till de aggregerade partik- lama i den aktiva slamblandningen, så väl som till större aggregerade partik- lar. l det visade exemplet indikeras det aktiva slamblandningsområdet genom 24.

Det aktiva slamblandningsområdet 24 kan variera i höjd beroende på mäng- den av införd obehandlad vattenblandning och på hur pass förorenad denna är. Det är att föredra att låta den övre gränsen hos det aktiva slambland- 10 15 20 25 30 535 787 14 ningsområdet att vara på samma höjd som den övre delen hos av skiljeväg- gen eller väggarna och att den kan varierar kring denna nivå. Om det aktiva slamblandningsområdet stiger över denna nivå så kan en del av det dekante- rade slammet tappas av genom utlopp 9. Om det aktiva slamblandningsom- rådet sjunker under denna nivå kan mer obehandlat vatten tillsättas. Natur- ligtvis är det att föredra att vattenrenarens dimensioner är anpassad tili det förutsedda obehandlade vattenflödet så att höjden hos det aktiva slambland- ningsområdet 24 kan hållas på en optimal nivå. Ovanför det aktiva slam- blandningsområdet 24 i vattenbehållaren 3, på utsidan av cylindern 6, är vattnet klart.

Under cirkulationen kommer de flesta partiklar att binda sig till andra partiklar.

Partiklarna som inte har bundit sig till andra partiklar under cirkulationen kommer att binda sig till partiklarna i den aktiva slamblandningen vilken fun- gerar som det sista steget i flockuleringen. Renat vatten kommer sakta att stiga i behållaren, genom det aktiva slamblandningsområdet utanför den inre kammaren och kommer att samlas upp genom utloppssektionen 10 på behål- laren för vidare avrinning genom utloppsöppningen 12. Området mellan cy- Iinderns nedre kant 16 och behållarens inre vägg 3 kommer också att utgöra en kompressionszon för den aktiva slamblandningen, så att slamblandningen koncentreras något i detta område. Detta hjälper också till att rena det obe- handlade vattnet. Utsläppet av renat vatten styrs av mängden obehandlat vatten som förs in i den inre kammaren.

För att förbättra reningen av visst obehandlat vatten innehållande en relativt hög halt av partiklar med låg densitet, där en stor del av vattenreningen ut- förs av flotation, är en ytterligare luflinjektor 25 anpassad att spruta in mikro- bubblor positionerad i den inre kammaren, ovanför rören eller skivorna. Mik- robubblorna skapas av ett mikrobubbelmunstycke 25 anslutet till en luftkom- pressor, antingen samma luftkompressor som används för luftinsprutning i flödeskanalerna eller en separat luftkompressor. Mikrobubbelmunstycket kan kombineras med en separat vattenbehållare för skapandet av mikrobubblor. 10 15 20 25 30 535 787 15 Mikrobubblorna kommer att skapa en högre grad av flotation av hydrofoba partiklar och partiklar med låg densitet som kommer att avlägsnas genom utloppsöppningar 14 i cylinderns övre sektion.

I en vidareutveckling av de beskrivna exemplen kan skiljeväggen eller väg- garna förskjutas i vertikal riktning. Detta är möjligt både för skiljerör och skil- jeskivor. Genom att förskjuta skiljeväggarna vertikalt kan vätskereaktorn an- passas för olika typer av obehandlat vatten, omfattande mer eller mindre par- tiklar av specifika storlekar. Detta kan till exempel vara till fördel för vissa in- dustrier som hanterar olika typer av produkter som producerar olika typer av förorenat obehandlat vatten. Genom att förskjuta avskiljningsväggen eller väggarna i en vertikal riktning så kan höjden hos det aktiva slamblandnings- området justeras till en önskad nivå.

I föreliggande uppfinning, där en hyperdynamisk cirkulation och återcirkula- tion skapas, är ett flertal processer inblandade samtidigt i reningen av obe- handlat vatten. Flockulering, oxidering, flotation, filtrering och förtjockning av slam samverkar på samma gång i vattenreaktorn, vilket bidrar till en mycket effektiv vattenreningsprocess. På grund av de olika inblandade processerna så är reningsprocessen effektivare än andra kända processer. Vidare funge- rar vattenreaktorn utan interna pumpar eller propellrar vilket sänker under- hållskostnaderna. Den uppfinningsenliga vattenrenaren är flexibel för olika vattenkvaliteter genom en stor mängd av specifika intema optioner som kan regleras hydrauliskt. Den uppfinningsenliga vattenrenaren kan kopplas i serie eller parallellt för att uppnå den mest effektiva vattenreningen. l den här processen optimerar kompression och dekompression partiklarnas naturliga bindningskapacitet och detta förstärks ytterligare genom det tredi- mensionella utrymmet som de olika kamrarna utgör. Partiklaras inneboende bindningskapacitet maximeras och ackumuleras genom den höga energinivå som skapas i processen, vilket maximerar partiklarnas förmåga att kollidera och binda sig till andra partiklar från alla håll samtidigt. Uppladdningen av 10 15 20 25 30 535 787 1<>t partiklarna, genom ökad friktion mellan partiklarna resulterar i att även de finaste partiklarna ökar sin bindningsförrnåga, resulterande i en mycket effek- tiv flockning, klaming och slutligen en sedimentationsprocess. Alla dessa processer sker samtidigt i vattenreaktorn. Den aktiva slamblandningen som skapas genom processen avtappas och en del av slamblandningen kan åter- introduceras till systemet. Det renade vattnet avtappas genom ett vattenut- lopp.

I en vidareutveckling av den uppfinningsenliga vattenrenaren så är vattenre- naren i huvudsak anpassad för obehandlat saltvatten. För obehandlat saltvat- ten så sker det effektivaste avlägsnandet av partiklar genom antingen flota- tion eller proteinskumning. Det finns flera orsaker till detta. En anledning är att det är en så låg koncentration av partiklar i konventionellt obehandlat salt- vatten vilket minskar möjligheterna för partiklar att flockulera. En annan an- ledning är avsaknaden av elektriskt laddade partiklar, vilket även minskar bindningen mellan partiklar. En annan anledning är även den högre densite- ten som saltvatten har jämfört med färskvatten. Den högre densiteten gör att fler partiklar flyter, vilket även motverkar flockulering och bildandet av en ak- tiv slamblandning. I den här processen med hög energi med cirkulation och återcirkulation, det vill säga kompression och dekompression, är den låga koncentrationen av partiklar koncentrerad till att binda till luftbubblor vilka sti- ger mot vattenytan med partiklarna. l en vidareutveckling av den uppfinningsenliga vattenrenaren anpassad för obehandlat salt, visad Fig. 3, utgörs skiljeväggarna 26 av fyra rör 32. I en annan vidareutveckling av den uppfinningsenliga vattenrenaren, visad i Fig. 4, utgörs ski|jeväggarna15 av två skivor 33. Dessa vattenrenare liknar vatten- renarna som visas i Fig. 1 och i Fig. 2, med tillägget av ett utlopp 30 för rest- produkter innefattat i ett trattformat begränsningsskydd 31 förbundet med utloppsöppningarna 14. Begränsningsskyddet skapar ett mindre mottryck på restprodukterna, som består av skum, så att volymen av detta minskar något.

Eftersom dessa vidareutvecklingar i huvudsak kommer att vara avsedda för 10 15 20 25 30 535 787 17 flotation är det inte nödvändigt att kontrollera höjden på den aktiva slam- blandningen eftersom det inte kommer att bildas något slam eller endast små mängder slam. Skiljeväggarna, som utgörs antingen av fyra rör eller två plat- tor, sträcker sig därmed längre upp än i exemplet beskrivet ovan. Luftinlop- pen 18 är positionerade i den nedre delen av cylindern 6 och kommer att skapa ett flöde genom flödeskanalerna som skapats antingen av rören eller skivorna, såsom beskrivits ovan. Luftbubbloma som stiger mot vattnets yta förser partiklarna med energi så att dessa kan binda till bubblorna. Energin är proportionell mot cylinderns 6 höjd. Därför kommer den distans som bubblor- na färdas från luftinloppsmunstyckena 18 till vattnets yta att vara beroende för vattenrenarens effektivitet. En vattenrenare som är anpassad till obehand- lat saltvatten kan därför vara konstruerad något högre och med en något mindre diameter än en vattenrenare anpassad för obehandlat sötvatten där den aktiva slamblandningen även utgör en del av reningsprocessen.

Det renade saltvattnet släpps ut genom vattenutloppet 12 såsom beskrivits ovan. Vattenreaktorn skapar en mycket hög koncentration av luftbubblor vil- ket resulterar i en mycket stor kontaktyta för partiklarna. Detta resulterar i en effektiv flotation av partiklarna. Restproduktema ifrån flotationen, det vill säga proteinskumningen, kommer att stiga uppåt i den inre kammaren och avtap- pas genom restproduktsutloppet 30 som innefattas i ett trattformat begräns- ningsskydd 31. Partiklarna kommer att cirkulera genom flödeskanalerna tills de har bundit till luftbubblor. Det renade vattnet avskiljs genom vattenutloppet 12. Även för dessa vidareutvecklingar är det möjligt att förbättra reningen av det obehandlade saltvattnet genom att använda en ytterligare luftinjektor 25 an- passad för att spruta in mikrobubblor såsom beskrivits ovan. Mikrobubbloma sprutas fördelaktigt in i den inre kammarens övre region 29, relativt nära vat- tenytan. 10 15 20 25 535 787 18 I den uppfinningsenliga metoden för att rena obehandlat vatten, tillförs det obehandlade vattnet till den inre kammaren 7 skapad av cylindern 6 i den vertikala behållaren 3. Behållaren 3 innefattar en övre vertikal sektion 4 och en avsmalnade nedre sektion 5. Den inre kammarens nedre sektion är för- sedd med åtminstone en skiljevägg som sträcker sig ut ur den inre kamma- rens nedre sektion och in i behållarens den nedre sektion 5. Komprimerad luft sprutas in i den inre kammarens nedre region 28, mellan skiljeväggarna, och därigenom cirkuleras det obehandlade vattnet mellan den åtminstone ena skiljeväggen och den inre kammarens innervägg, där den åtminstone ena skiljeväggen skapar en kompressions zon för det obehandlade vattnet, och där det obehandlade vattnet dekomprimeras ovanför den åtminstone ena skiljeväggen och även under den åtminstone ena skiljeväggen, så att partik- larna i det obehandlade vattnet tvingas att flockulera och bilda en aktiv slam- blandning som deponerar i behållarens bottensektion. Den övre gränsen hos den aktiva slamblandningen 24 hålls lämpligtvis på samma nivå som den övre delen av den åtminstone ene skiljeväggen, och det aktiva slambland- ningsområdet kan variera kring denna nivå. Det renade vattnet avtappas från den övre delen av behållaren, utanför den inre kammaren, genom vattenut- lopp 12.

Uppfinningen skall ej anses vara begränsad till de beskrivna utföringsformer- na, ett antal av ytterligare varianter och modifikationer är möjliga inom ramen för de efterföljande patentkraven. 10 15 20 25 30 35 535 787 19 REFERENSBETECKNINGAR 1 : Vattenrenare 2: Vattenreaktor 3: Vertikal behållare 4: Övre sektion 5: Nedre avsmalnande sektion 6: Rörformad cylinder 7: Inre kammare 8: Spets 9: Utlopp 10: Utloppssektion 11: Övre kant 12: Utloppsöppning 1 3: Övre kant 14: Utloppsöppning 15: lnlopp för obehandlat vatten 16: Nedre kant 17: Luftkompressor 18: Luftinlopp 19: Rör 20: Skiva 21: Flödeskanal 22: Flödeskanal 23: Galler 24: Aktiv slamblandning 25: Mikrobubbelsinjektor 26: Skiljevägg 27: Återflödesledning 28: Nedre region 29: Övre region 30: Utlopp för restprodukter 31: Trattformat skydd 32: Rör 33: Skiva

Claims (2)

1. 0 15 20 25 30 535 787 20 PATENTKRAV Vattenrenare (1) för behandling av förorenat söt- eller saltvatten, inne- fattandes en vattenreaktor (2) vilken innefattar en i huvudsak cylindrisk vertikal behållare (3) som har en övre sektion (4) med huvudsakligen vertikala väggar och en nedre avsmalnande sektion (5), en inre cylinder (6) som sträcker sig längs med åtminstone en del av behållarens övre sektion (4) och ett utlopp (12) för renat vatten i behållarens övre del (3), där vattenrenaren även innefattar en luftkompressor (17) anpassad för att spruta in komprimerad luft i cylinderns (6) nedre region (28) och ett inlopp (15) för förorenat söt- eller saltvatten i cylinderns (6) övre region (29), k ä n n e t e c k n a d a v att vattenrenaren (2) vidare innefattar åtminstone en skiljevägg (26) inne i cylinderns (6) nedre region (28), där den åtminstone ena skiljeväggen (26) skapar flödeskanaler (21, 22) i den inre cylinderns nedre region, där den komprimerade luften är an- passad till att sprutas in genom luftinlopp (18) i flödeskanal/ema (21) för att skapa ett uppåtriktat flöde i flödeskanal/erna (21) som har luftinlopp, vilket skapar ett nedåtriktat flöde i flödeskanal/erna (22) som inte har luftinlopp, där den åtminstone ena skiljeväggen sträcker sig ut ur cylin- derns (6) nedre region (28). Vattenrenare enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d a v att vattenreaktorn även är försedd med ett utlopp (14) för partiklar med låg densitet vid cy- linderns (6) övre del. Vattenrenare enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k n a d a v att den åtminstone ena skiljeväggen (26) ut- görs av en eller flera cylindriska rör (19). Vattenrenare enligt krav 3, k ä n n e t e c k n a d a v att de en eller flera cylindriska rören (19) är monterade i ett galler (23) i cylindern (6), där gallrets öppningsarea kan ha ett förbestämt värde. 10 15 20 25 30 10. 11. 535 787 21 Vattenrenare enligt något av kraven 1 till 2, k ä n n e t e c k n a d a v att den åtminstone ena skiljeväggen (26) utgörs av en eller flera skivor (20) som sträcker sig mellan cylinderns (6) inre väggar. Vattenrenare enligt krav, k ä n n e t e c k n a d a v att vattenrenaren även innefattar en andra luftinjektor (25) positionerad i cylindern (6), vilken är anpassad för att spruta in mikroluftbubblor. något av föregående Vattenrenare enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k n a d a v att den åtminstone ena skiljeväggen (26) kan förskjutas i en vertikal riktning, parallellt med cylinderns (6) vägg. Vattenrenare enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k n a d a v att den åtminstone ena skiljeväggen (26) sträcker sig ner i behållarens (3) avsmalnande nedre sektion (5). Vattenrenare enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k n a d a v att vattenrenaren innefattar en återflödes- ledning (27) som är anpassad till att vidarebefordra en del av slammet med hög densitet som släpps ut genom ett utlopp (9) i botten av behål- larens (3) nedre sektion (5) till inloppet för obehandlat vatten (15). Vattenrenarsystem, innefattandes ett flertal vattenrenare enligt något av föregående krav. Metod för att rena vatten, innefattandes stegen att: - släppa in förorenat söt- eller saltvatten längst upp i en inre kammare formad i en inre cylinder placerad i en vertikal cylindrisk behållare som har en avsmalnande nedre sektion, 10 15 20 25 30 12. 13. 14. 15. 535 787

2.2 - spruta in komprimerad luft i den inre kammarens nedre region, där den inre kammaren är försedd med åtminstone en skiljevägg i den inre kammarens nedre region, där den åtminstone ena skiljeväggen skapar flödeskanaler mellan den åtminstone ena skiljeväggen och den inre kammarens inre vägg, och där den komprimerade luften sprutas in i några flödeskanaler så att ett uppåtriktat flöde skapas iflödeskanalerna som har luftinlopp, och så att ett nedåtriktat flöde skapas i flödeskana- lerna som saknar luftinlopp, och där den åtminstone ena skiljeväggen sträcker sig ut ur den inre kammarens nedre region, - så att det förorenade söt- eller saltvattnet cirkulerar genom flödeska- nalerna, där den åtminstone ena skiljeväggen skapar en kompressions- zon för det förorenade söt- eller saltvattnet, och där det förorenade söt- eller saltvattnet dekomprimeras ovanför den åtminstone ena skiljeväg- Sen. - så att partiklarna i det förorenade söt- eller saltvattnet tvingas att binda till varandra och/eller till luft, - släppa ut renat vatten ut ur behållarens övre del, utanför den inre kammaren. Metod enligt krav 11, där cirkulationen i den inre kammaren regleras av ett galler monterat i den inre kammarens nedre region, där gallret har ett förutbestämt genomflöde. Metod enligt krav 11 eller 12, där mikroluflbubblor sprutas in i den inre kammaren för att förbättra flockuleringen av partiklar i det förorenade söt- eller saltvattnet. Metod enligt något av kraven 11 till 13, där den åtminstone ena skilje- väggen består av en skiva eller en rörformad del. Metod enligt något av kraven 11 till 14, där den åtminstone ena skilje- väggen är förskjutbar i vertikal riktning.