CZ288828B6

CZ288828B6 - Způsob oddělování pevné látky z kapalin a/nebo rozrážení emulzí

Info

Publication number: CZ288828B6
Application number: CZ19972895A
Authority: CZ
Inventors: Uwe Fuchs
Original assignee: Va Tech Wabag Gmbh Butzbach
Priority date: 1995-03-15
Filing date: 1996-03-14
Publication date: 2001-09-12
Also published as: EP0817666B1; WO1996028233A1; KR19980703090A; KR100255967B1; ES2142052T3; DE59603284D1; ATE185280T1; CZ289597A3; HUP9800261A3; AU713075B2; HUP9800261A2; JPH11500063A; EP0817666A1; PL179767B1; JP3125024B2; PL322257A1; HU221820B1; AU5144296A; CN1067289C; MY132344A

Abstract

P°i zp sobu odd lov n pevn l tky z kapalin obsahuj c ch pevnou l tku a/nebo rozr en emulz se kapalina obsahuj c pevnou l tku a/nebo emulze vede skrz filtra n vrstvu (3), sest vaj c z voln²ch, navz jem snadno pohybliv²ch, v podstat ploch²ch filtra n ch ste ek o tlouÜ ce od asi 5 .mi.m do asi 1500 .mi.m a ploÜe od cca 5 mm.sup.2.n. do asi 1000 mm.sup.2.n., kter je v n dob (2) filtru zadr ov na pomoc alespo jednoho s ta (4), p°i em alespo velk st pevn²ch l tek a/nebo emulgovan²ch kapi ek se odd l na filtra n ch ste k ch, zat mco zb²vaj c kapalina se po projit filtra n vrstvou (3) odvede skrz s to (4) z n doby (2) filtru.\

Description

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu oddělování pevné látky z kapalin, obsahujících pevnou látku, a/nebo rozrážení emulzí, přičemž kapalina obsahující pevnou látku a/nebo emulze je vedena skrz filtrační vrstvu, sestávající zvolných, v postatě plochých filtračních částeček o ploše od asi 5 mm² do asi 1 000 mm, která je v nádobě filtru zadržována pomocí alespoň jednoho síta, přičemž alespoň velká část pevných látek a/nebo emulgovaných kapiček se oddělí na filtračních částečkách, zatímco zbývající kapalina je po projití filtrační vrstvou skrz síto odvedena z nádoby filtru.

Dosavadní stav techniky

Jsou známy způsoby objemové filtrace, při kterých je kapalina obsahující pevnou látku, vedena skrz minerální filtrační vrstvu, např. z písku nebo štěrku. Minerální filtrační vrstvy tohoto druhu jsou sice výhodné pokud jde o náklady, mají ale celou řadu nevýhod.

Filtrační vrstva sestává z částeček s vysokou specifickou hmotností, a proto je nezbytná velmi stabilní konstrukce celé filtrační jednotky. Kromě toho vysoká specifická hmotnost známých minerálních filtračních vrstev vyžaduje vynaložení velmi velké energie při regeneraci filtrační vrstvy. Jsou potřeba velmi výkonné regenerační agregáty. Známé minerální filtrační vrstvy kromě toho vykazují velmi malý objem volného prostoru, řádově od 25 do 30 % obj., což dává velmi malou záchytnou kapacitu asi 5 kg suché substance na kubický metr. Proto je nutná častá regenerace filtrační vrstvy. Kvůli malému průměru částeček známých filtračních vrstev jsou potřeba další nákladná zadržovací zařízení.

Často je také žádoucí simultánní biologické zpracování kapaliny určené k filtrování. V praxi však provádění simultánního biologického čištění ztroskotává většinou na tom, že biomasa, usazená na relativně hladkých filtračních částečkách, je při regeneraci a částečném zavzdušnění filtrační vrstvy vynášena z filtrační jednotky.

Často je také nutné rozrážet emulze, zejména emulze uhlovodíků ve vodě. Například v horninách je často obsažena ropa. Pro získání této ropy je do horniny vtlačována voda a ropa s vodou je dopravována na zemský povrch. Následně je ropa od vody odsazena, přičemž ovšem jako zbytek zůstane emulze ropy a vody.

Dosud je rozrážení takových emulzí spojeno s velkými výdaji. Nadto většinou není dosaženo uspokojujících výtěžků.

ZDE-A-2 916 121 je znám způsob filtrace, při kterém je použita filtrační vrstva zvolných filtračních částeček z porézního pěnového polyuretanu. Filtrační částečky mohou být v drcené formě s velikostí částeček od 25 do 51 mm a s tloušťkou částeček 0,6 mm. Hustota filtračních částeček se volí tak, aby se vytvořila filtrační vrstva s dostatečnou pevností. Tím se zabrání tomu, aby se filtrační částečky během procesu filtrace vzplavovaly. Proto je pohyblivost jednotlivých filtračních částeček velmi silně omezena, čímž se zhoršuje filtrační výkonnost.

Podstata vynálezu

Předkládaný vynález se zakládá na úkolu poskytnout k dispozici způsob oddělování pevné látky z kapalin a/nebo rozrážení emulzí, kterým by mohly být odstraněny popsané nevýhody dosavadních způsobů.

-1 CL 288828 B6

Tento úkol je podle vynálezu řešen tím, že ze snadno fluidizovatelných filtračních částeček, vytvořených jako fólie, o tloušťce od asi 15 pm do asi 500 pm a plošné hmotnosti od asi 10 do 500 g/m², je vytvořena volná filtrační vrstva z navzájem snadno pohyblivých filtračních částeček.

Na základě svého destičkovitého tvaru, jako mají například konfety, vykazují filtrační částečky dobrou odlučovací schopnost. Při nízké specifické hmotnosti, s výhodou 1 g/cm³, jsou filtrační částečky lehce fluidizovatelné a tvoří jakoby vznášející se filtrační vrstvu z navzájem lehce pohyblivých filtračních částeček, kromě toho vykazuje filtrační vrstva velký objem volného 10 prostoru o asi 75 % obj., čímž je dosaženo obzvláště vysoké záchytné kapacity. To má za následek, že filtrační vrstva může být regenerována méně často. Velikost částeček navržená vynálezem umožňuje kromě toho snadné zadržení filtračních částeček pomocí síta.

Pomocí plošné hmotnosti filtračních částeček od asi 10 do 500 g/m² je zajištěno, že jsou filtrační 15 částečky pohyblivé uvnitř filtrační vrstvy, čímž je zvýšen filtrační výkon. Kromě toho mohou být filtrační částečky při regeneraci filtrační vrstvy lehce rozvířeny.

Při regeneraci filtrační vrstvy mohou být lehké filtrační částečky vytvořené jako fólie bez vynaložení větší energie lehkým a slabým regeneračním agregátem rozvířeny, takže pevné látky 20 zadržené ve filtrační vrstvě a/nebo emulgované kapky odloučené na filtračních částečkách přejdou do kapaliny. Kapalina obohacená pevnými látkami a/nebo emulgovanými kapičkami je následně z nádoby filtru odtažena.

Pro regeneraci filtrační vrstvy se obvykle nejprve přeruší odtah kapaliny z filtrační nádrže, 25 návazně se rozvíří filtrační částečky, přičemž alespoň velká část pevných látek a/nebo emulgovaných kapiček přechází do kapaliny, a návazně se kapalina, obohacená pevnými látkami a/nebo emulgovanými kapičkami z filtrační nádrže odtáhne.

Protože jsou filtrační částečky zadržovány pomocí sít, je také možné použít regenerační techniky 30 rozvíření filtrační vrstvy lišící se od dosavadního stavu techniky. Podle jednoho výhodného provedení vynálezu je tedy navrženo, že při regeneraci filtrační vrstvy je kapalina obohacená pevnými látkami a/nebo emulgovanými kapičkami z nádoby filtru nárazově vypuštěna. Účelně je kapalina nárazově vysáta přes síto dále připojenou odtokovou trubicí. Jiná výhodná možnost regenerace spočívá v tom, že se zvýší tlak v nádobě filtru.

Je-li způsob použit k rozrážení emulzí, je filtrační vrstva při regeneraci s výhodou podrobena extrakci. Je také možné filtrační vrstvu zahodit a nahradit ji novou. Filtrační vrstva může být regenerována rozvířením jako při oddělování pevné látky z kapalin, přičemž emulgované kapičky, odloučené na filtračních částečkách, přejdou do kapaliny. Emulgované částečky, které 40 přešly do kapaliny, plavou většinou na kapalině, neboť zpravidla mají nižší specifickou hmotnost než kapalina. Tento případ nastává například při emulzích oleje ve vodě. Emulgované kapičky mohou být následně z kapaliny odsazeny.

Protože filtrační částečky, použité podle vynálezu, mají obzvláště vysoké absorpční schopnosti 45 pokud jde o emulgované kapičky, může být navrženým způsobem koncentrováno velké množství emulgovaných kapiček v malém množství regenerační kapaliny. Tím je podstatně usnadněno odsazování emulgovaných kapiček z regenerační kapaliny.

Způsobem podle vynálezu mohou být rozráženy všechny myslitelné emulze. Zejména je vhodný 50 k rozrážení emulzí uhlovodíků ve vodě. Například mohou být rozráženy emulze oleje ve vodě vznikající při těžbě ropy.

Způsob může být ale také použit např. při odstraňování škod způsobených uhlovodíky. Zejména mohou být tímto způsobem čištěny kapaliny kontaminované oleji, když je potřeba dosáhnout 55 oddělení olejů od kapalin.

-2CZ 288828 B6

Podle jednoho dalšího vytvoření myšlenky vynálezu mohou být použity takové filtrační částečky, které na svém povrchu vykazují tepelně vyhlazený materiál z rouna s mikropavučinovou strukturou. Takové filtrační částečky při makroskopickém ohledání vypadají jako hladké, neprůhledné kompaktní fólie, mají ale mikropavučinovou strukturu s rozvětvenými a průchozími otvory.

S výhodou jsou použity filtrační částečky, jejichž tepelně vyhlazený povrch rouna má vláknitá rozvětvení s průměrem vláken v rozmezí od 5 do 500 pm a průchozími otvory v rozmezí od 1 do 1 000 pm.

Tepelně vyhlazený povrch rouna filtračních částeček způsobuje, že také pevné látky s menším průměrem částic mohou být filtračními částečkami zachyceny. Na druhé straně propůjčuje tepelně vyhlazený povrch rouna filtračním částečkám nutnou mechanickou stabilitu, aby mohly nepoškozeny přestát také turbulentní regenerační procesy.

Jako materiál rouna je s výhodou použita umělá hmota na bázi PE a/nebo PP. Tepelně vyhlazená vrstva rouna může být vyrobena následujícím způsobem. Pruhy rouna jsou vedeny skrz zahřáté rotující kovové válce, které jsou přitom stlačovány, přičemž jsou vlákna ve velké míře navzájem stavena.

Účelně jsou použity filtrační částečky, které sestávají z nosné fólie, na kterou je nanesen tepelně vyhlazený materiál rouna. Jedno další výhodné provedení vynálezu určuje, že jsou použity takové filtrační částečky s tepelně vyhlazeným povrchem rouna, které byly opatřeny ještě jednou vrstvou rouna ve druhém pracovním kroku.

Dodatečně nebo alternativně mohou být použité filtrační částečky podrobeny koronizaci. Přitom se jedná o elektrický výboj, při kterém se uvolní ozon, který znovu zasáhne matrici materiálu částeček a vytvoří volné vazby. Tímto způsobem se mění elektrické vlastnosti povrchu částeček, takže se na povrchu pevné látky mohou snáze uchytit pevné látky a/nebo snáze odsadit emulgované kapičky.

Jiná varianta vynálezu stanovuje, že jsou použity filtrační částečky, které byly vystaveny β-záření. Výhodné je také použití filtračních částeček perforovaných plamenem, přičemž jsou do filtračních částeček vytaveny otvory plamenem.

Další vystupňování filtračního účinku může být v dalších provedeních myšlenky vynálezu dosaženo tím, že jsou použity filtrační částečky obohacené aktivním uhlím, zeolity nebo oxidem titaničitým.

Aby bylo umožněno další simultánní biologické čištění kapalin, je v jednom zvláště výhodném provedení vynálezu na filtrační částečky nanesena biomasa, nebo je umožněno spontánní vyrůstání biomasy. Filtrační částečky podle vynálezu nabízejí totiž ideální předpoklady pro usídlení mikroorganizmů. Na základě velkého povrchu filtračních částeček a pohyblivosti filtračních částeček ve filtrační vrstvě je dosaženo velkého výkonu biologického čištění.

Zejména může být způsob filtrace podle vynálezu použit pro simultánní zbytkovou denitrifikaci odpadních vod nebo pitné vody. Za tímto účelem jsou ve filtrační vrstvě zachovány neoxidační podmínky. Kromě toho může být přidán např. acetol, aby uvedl denitrifikaci do chodu. Jiná možnost spočívá v tom, že se provede zbytková nitrifikace, přičemž je filtrační vrstva alespoň částečně proplyňována plynem obsahujícím kyslík.

Způsob podle vynálezu vykazuje celou řadu výhod.

-3CZ 288828 B6

Protože struktura filtrační vrstvy umožňuje velké zatížení filtru, může dojít oproti pískovým filtrům k úsporám na investičních nákladech až do 40 %. Dalších úspor je docíleno snadnou konstrukcí a slabými regeneračními agregáty. Při regeneraci filtru klesnou náklady na energetický pohon o alespoň 40 %. Filtrační materiál může být také bez velkých nákladů použit k novému vybavení stávajících filtračních jednotek a je vhodný nejlépe pro simultánní další denitrifikaci. To je zejména výhodné při rekonstrukcích čističek.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález bude nyní blíže vysvětlen prostřednictvím příkladu provedení, schematicky znázorněného na výkresu.

Příklady provedení vynálezu

Přítokem 1 je přiváděna odpadní voda, určená k filtraci, do nádoby 2 filtru. V nádobě 2 filtruje uspořádána filtrační vrstva 3 z volných, navzájem snadno pohyblivých filtračních částeček. Jako filtrační částečky se používají hlavně ploché částečky s tloušťkou asi 500 pm a plochou asi 100 mm². Filtrační částečky mají plošnou hmotnost asi 30g/m². Filtrační částečky sestávají z nosné fólie z polypropylenu, na kterou je nanesen tepelně vyhlazený materiál z rouna s mikropavučinovou strukturou. Mikropavučinová struktura vykazuje vláknitá rozvětvení s průměrem vláken asi 10 pm a průchozími otvory asi 100 pm. V dolní oblasti nádoby 2 filtruje uspořádáno sítovité dno 4, které zadržuje filtrační vrstvu 3 v nádobě 2 filtru. Pod sítovitým dnem 4 je uspořádána odtoková trubice 5, kterou je odváděna filtrovaná kapalina. Takto popsaná filtrační jednotka je provozována jako takzvaný zaplavovaný filtr, to znamená, že hladina 6 kapaliny se během filtračního procesu nachází nad filtrační vrstvou 3.

Při regeneraci filtrační vrstvy 3 je odtoková trubice 5 uzavřena pomocí ventilu 10 a přívodem 7 plynu je přiveden regenerační vzduch do spodní oblasti nádoby 2 filtru. To má za následek, že filtrační částečky ve filtrační vrstvě 3 jsou rozvířeny, a pevné látky, usazené na filtračních částečkách, přejdou do kapaliny. Kromě toho se zvýší hladina kapaliny na regenerační hladinu 8 kapaliny. Následně je otevřen ventil 9 v odbočce odtoku 5 a kapalina s pevnými látkami je nárazově vypuštěna z nádoby 2 filtru.

Ve srovnání s běžnými pískovými filtry mohou být při způsobu filtrace podle vynálezu ušetřeny podstatným způsobem energetické náklady. Při regeneraci, při sypné výšce filtrační vrstvy 1,5 m a celkové výšce nádoby 2 filtru 3 m, činí zpětný tlak při způsobu podle vynálezu, na základě menší specifické hmotnosti filtračních částeček, pouze 65 % zpětného tlaku u pískových filtrů. Tím lze ušetřit 35 % práce při kompresi a čerpání. Záchytná kapacita filtrační vrstvy 3 činí při způsobu podle vynálezu asi 15 kg suché látky na metr krychlový. To je asi trojnásobně více než u pískových filtrů. Odpovídajícím způsobem může být také prodloužena doba, po kterou je filtr v provozu. Tím se v důsledku méně časté regenerace získají další úspory energie.

Claims

1. Způsob oddělování pevné látky z kapalin obsahujících pevnou látku a/nebo rozrážení emulzí, při kterém kapalina obsahující pevnou látku a/nebo emulze se vede skrz filtrační vrstvu (3), sestávající z v podstatě plochých částeček o ploše od asi 5 mm² do asi 1000 mm², která se v nádobě (2) filtru zadržuje pomocí alespoň jednoho síta (4), přičemž alespoň velká část pevných látek a/nebo emulgovaných kapiček se odděluje na filtračních částečkách, zatímco zbývající kapalina se po projití filtrační vrstvou (3) odvádí skrz síto (4) z nádoby (2) filtru, vyznačující se tím, že kapalina obsahující pevnou látku a/nebo emulze se vede volnou filtrační vrstvou (3), vytvořenou ze snadno fluidizovatelných, jako fólie vytvořených a navzájem snadno pohyblivých filtračních částeček o tloušťce od 15 pm do 500 pm a s plošnou hmotností od 10 do 500 g/m².

2. Způsob podle nároku 1,vyznačující se t í m, že pro regenerační filtrační vrstvy (3) se odvod kapaliny z nádoby (2) filtru nejprve přeruší, načež se filtrační částečky rozvíří, přičemž alespoň velká část pevných látek a/nebo emulgovaných kapiček přejde do kapaliny a načež se kapalina obohacená pevnými látkami a/nebo emulgovanými kapičkami odtahuje z nádoby (2) filtru a vypouští se nárazově z nádoby (2) filtru.

3. Způsob podle nároku 2, vyznačující se tím, že kapalina obohacená pevnými látkami a/nebo emulgovanými kapičkami se nárazově odsává přes síto (4) dále připojenou odtokovou trubicí (5).

4. Způsob podle některého z nároků 2 nebo 3,vyznačující se tím, že v nádobě (2) filtru se zvyšuje tlak plynu.

5. Způsob podle některého z nároků 1 až 4, vyznačující se tím, že filtrační částečky se zachycenými emulgovanými kapičkami se podrobují extrakci.

6. Způsob podle některého z nároků 1 až 5, vyznačující se tím, že se používají filtrační částečky, které na svém povrchu mají tepelně vyhlazený materiál z rouna s mikropavučinovou strukturou.

7. Způsob podle některého z nároků 1 až 6, vyznačující se tím, že se používají filtrační částečky, které na svém povrchu mají tepelně vyhlazený materiál z rouna, který má vláknitá rozvětvení s průměrem vláken v rozmezí od 5 do 500 pm a průchozí otvoiy v rozmezí od 1 do 1 000 pm.

8. Způsob podle nároku 7, v y z n a č u j í c í s e t i m, že se používají filtrační částečky, které sestávají z nosné fólie, na které je nanesen tepelně vyhlazený materiál z rouna.

9. Způsob podle některého z nároků 1 až 8, vyznačující se tím, že se používají filtrační částečky, které byly podrobeny koronizaci.

10. Způsob podle některého z nároků 1 až 9, vyznačující se tím, že se požívají filtrační částečky, které byly vystaveny β-záření.

11. Způsob podle některého z nároků 1 až 10, vyznačující se tím, že se používají filtrační částečky perforované plamenem.

12. Způsob podle některého z nároků 1 až 11,vyznačující se tím, že se používají filtrační částečky s tepelně vyhlazeným povrchem rouna, které byly v dalším pracovním kroku opatřeny ještě jednou vrstvou rouna.

-5CZ 288828 B6

13. Způsob podle některého z nároků 1 až 12, vyznačující se tím, že se používají filtrační částečky obohacené aktivním uhlím, zeolity nebo oxidem titaničitým.

5

14. Způsob podle některého z nároků 1 až 13, vyznačující se tím, že na filtrační částečky je nanesena biomasa, neboje umožněno spontánní vyrůstání biomasy.

15. Způsob podle nároku 14, vyznačující se tím, že ve filtrační vrstvě (3) se zachovávají neoxidaČní podmínky pro simultánní biologickou denitrifikaci.

o

16. Způsob podle nároku 14, vyznačující se tím, že během filtrace se filtrační vrstva (3) alespoň částečně proplyňuje a provádí se simultánní biologická nitrifikace.