DK164723B

DK164723B - Fremgangsmaade og system til foroegelse af oxygenindholdet i en vandmasse med et relativt lavt oxygenindhold

Info

Publication number: DK164723B
Application number: DK174487A
Authority: DK
Inventors: Willis W Weber
Original assignee: Atec Inc
Priority date: 1986-04-07
Filing date: 1987-04-06
Publication date: 1992-08-10
Also published as: DK164723C; EP0244954A1; NO165371C; DE3766534D1; ES2018544B3; DK174487D0; IL82063A0; NO871441L; US4664680A; EP0244954B1; DK174487A; NO165371B; IL82063A; JPS62277130A; CA1299778C; NO871441D0

Description

DK 164723 B

i o

Opfindelsens tekniske område.

Den foreliggende opfindelse angår en fremgangsmåde og et system til forøgelse af oxygenindholdet i en vandmasse med et relativt lavt oxygenindhold. Ved en udførelses-5 form angår den foreliggende opfindelse en fremgangsmåde og et system til forøgelse af oxygenindholdet i en vandmasse, såsom fiskeudklækningsvandrender, bassiner eller damme, som anvendes ved vandkulturdrift.

10 Opfindelsens baggrund.

Konventionel fiskeudklækningsdrift omfatter ikke alene den konventionelle "udklækning" med dens bassiner og vandrender, men omfatter tillige vandkultursystemer, som tidligere er blevet betragtet som uhensigtsmæssige til op-15 drætning af et stort antal fisk i fangenskab. Udvælgelsen af et hensigtsmæssigt koncentrationsinterval af opløst oxygen til et specielt vandkultursystem er kun en af mange variable, som det anses for ønskeligt at kontrollere til optimering af fiskeudklækningsdrift. Opretholdelsen af pas-20 sende niveauer af opløst oxygen i vandkultursystemer er en kompleks funktion, som afhænger af de forskellige typer eller arter af fisk, som lever i vandkultursysternet. Det er f.eks. nødvendigt ikke alene at tage de relative populati-onstætheder af de forskellige fiskearter og deres individu-25 elle størrelser og almene helbredstilstand i betragtning, men det er også nødvendigt at tage populationstætheder af forskellige sekundære organismer, såsom zooplankton, phytoplankton og alger, i betragtning. Desuden er det kendt, at phytoplankton, som er almindeligt i havkatdamme, forbruger 30 oxygen under perioder med lav solstråling. Phytoplanktonet kan tømme dammen for opløst oxygen til punkt, hvor havkattene lider af anoxia. I sådanne perioder er det ønskeligt at være i stand til at oxygenere damme for at sikre overlevelse af havkattene i denne periode. Vandkultursystemets 35 evne til opretholdelse af ønskelig fiskeudvikling påvirkes af sådanne vandbetingelser som temperatur og pH-værdi samt

O

2

DK 164723 B

af indholdet af carbondioxid, nitrogen og ammoniak i vandet. Koncentrationer af opløst oxygen i vandkulturvand tømmes f.eks. for deres oxygenindhold på mange forskellige måder. Vigtige oxygentømningsmekanismer omfatter respirationen af 5 fisk og andre organismer og kemisk reaktion med organisk stof, såsom fæces og rådnende plante- og dyrestof.

Det er kendt, at sådanne gasser som oxygen, nitrogen og carbondioxid er relativt mere opløselige i koldere vand, end de er i varmere vand. Når man kun ser på 10 fiskenes respiration, stiger metabolismen imidlertid, og vandtemperaturen stiger, hvilket nødvendiggør forøgede mængder af oxygen for at opretholde sund fiskevækst. Det er ligeledes kendt, at nitrogen og/eller carbondioxid fortrænger oxygen. For store koncentrationer af nitrogen eller 15 carbondioxid kan desuden være skadelige for fiskene. Da hensigtsmæssige mængder opløst oxygen anses for at være kritiske for fiskenes ønskelige vækst og overlevelse, er opretholdelsen af forudbestemte koncentrationer af opløst oxygen derfor af afgørende betydning for fiskeopdrættere.

20 Almindeligvis har fiskene det godt ved koncentrationer af opløst oxygen på over ca. 4 dele pr. million (ppm). Især foretrækkes en koncentration af opløst oxygen på ca. 5 ppm, og en koncentration af opløst oxygen på lidt mere end 5 ppm er endnu mere foretrukket.

25 For store niveauer af oxygenkoncentration kan imidlertid fremkalde emphysema hos fisk, hvilket igen er uønskeligt. Almindeligvis forårsages oxygen-tilknyttede problemer hos fisk imidlertid af gaskoncentrationer, som er for lave. Det er kendt, at fisk har overlevet længere 30 perioder (dvs. dage) ved ca. 3 ppm, men almindeligvis vokser de ikke godt. De fleste fisk kan kun tåle fra ca. 1 til ca. 2 ppm i få timer, og de vil dø, hvis oxygenkoncentrationer på dette niveau varer i et længere tidsrum eller falder til under dette niveau.

35 Nylige studier har antydet, at det er ønskeligt, med det formål at optimere fiskeproduktionen, at holde kon-

O

3

DK 164723 B

trationerne af opløst oxygen i vandkultursystemvandet på ca. oxygenmætningsniveauet derfor ved omgivelsernes betingelser. Alment refererer udtrykket "mætning" til den mængde af en gas, som er opløst i en kendt mængde vand, når 5 vand- og atmosfærefaserne af den opløste gas er i ligevægt.

I damme, som ikke har nogen tilførsel af strømmende frisk vand, kommer oxygen kun fra to kilder, nemlig diffusion fra luften og fotosyntese. Oxygen dif funderer tværs igennem vandoverfladen ind i eller ud af dammen, afhængigt 10 af om vandet er undermættet eller overmættet med hensyn til gassen. Når først oxygen fra luften kommer ind i vandets overfladefilm, diffunderer det relativt langsomt gennem hovedparten af vandmassen. Kun hvis overfladevandet blandes mekanisk med resten af dammen, f.eks. ved hjælp af 15 vind, pumper, gennemluftningsapparatur eller udenbordsmotorer, vil diffunderet oxygen i almindelighed af være betydning ved gennemluftning af hele vandmassen.

Uheldigvis er oxygenoverførings- eller oxygendiffus ioneffektiviteten af konventionelle gennemluftnings-20 apparaturer, såsom gennemluftningsapparater med diffus luft eller mekaniske overfladegennemluftningsapparater, lav, først og fremmest på grund af den relativt ringe dybde af de fleste vandkultursystemer. Kravet til opretholdelse af den praktisk taget mættede koncentration af opløst oxygen 25 ved omgivelsernes betingelser, frembyder en yderligere belastning af vandkultursystemer, fordi phytoplanktonet, som er hovedproducenterne af oxygen, når lys fremkalder fotosyntese, i mange sådanne systemer typisk bliver hovedforbrugerne af oxygen i fravær af fotosyntese.

30 Især under fiskenes vækstsæson er koncentratio nen af opløst oxygen i et vilkårligt vandkultursystem primært bestemt af balancen mellem fotosyntese og respiration.

For at fiskekulturen skal blomstre, skal koncentrationsintervallerne for opløst oxygen i et vandkultursystem kontrol-35 leres indenfor forudbestemte grænser, som afhænger af den specielle typiske fiskekultur, som opdrættes. F.eks. er det 4

DK 164723 B

laveste sikre niveau for ørreder ca. 5 ppm opløst oxygen.

Andre fiskearter kan som ovenfor nævnt være i stand til at tåle en noget mindre koncentration af opløst oxygen. Formålet er imidlertid ikke at etablere en oxygenkoncentration, som 5 fiskene kan tåle. Det er ønskeligt at være i stand til at holde koncentrationen af opløst oxygen på et fiskeblomstringsniveau, som er optimalt for den specielle fiskeart, som opdrættes.

10 Resumé af opfindelsen.

Den foreliggende opfindelse tilvejebringer en fremgangsmåde og et system til forøgelse af oxygenindholdet i en vandmasse med et relativt lavt oxygenindhold, uden at oxygen bobler eller skummer i vandet, og således at der i 15 vandet opretholdes en oxygenkoncentration på tilnærmelsesvis mætningsniveau.

Den her omhandlede fremgangsmåde er ejendommelig ved, at den omfatter trinnene, at der i en begrænset strømningskanal, som står i forbindelse med vandmassen, tilveje-20 bringes en strømmende, vandig væskestrøm under tryk, hvilken væskestrøm er overmættet med hensyn til koncentrationen af opløst oxygen i vandmassen og praktisk taget fri for voksende bobler, således at der dannes en under tryk stående, strømmende, oxygenberiget, vandig væskestrøm, at strømningshastig-25 heden af den under tryk stående, strømmende, oxygenberigede, vandige væskestrøm moduleres på en sådan måde, at et dimensionsløst tal, som er defineret som 30 -s

p P3V

gcAPL2t 35 hvor p er væskevægtfylden af den under tryk stående, vandige væskestrøm i den begrænsede strømningskanal, D er den indvendige diameter af den begrænsede strømningskanal, V er den gennemsnitlige væskehastighed af den vandige væskestrøm i den begrænsede strømningskanal, gc er tyngdeaccelerationen, 40 dvs. 9,81 m/sek2, AP er trykfaldet af den vandige væskestrøm over den begrænsede strømningskanal, L er længden af den 5

DK 164723 B

begrænsede strømningskanal, og t er den gennemsnitlige transittid, som den vandige væskestrøm kræver for at strømme gennem den begrænsede strømningskanal, holdes på en værdi i området fra 1 x 10-10 til 5 x 10"7, og at den under tryk 5 stående, strømmende, oxygenberigede, vandige væskestrøm blandes med vandmassen, således at der opnås oxygenberigelse af vandmassen uden væsentligt tab af oxygen fra den oxygenberigede vandmasse til den omgivende atmosfære.

Det her omhandlede system er ejendommeligt ved, at 10 det omfatter et almindeligvis lukket, ventileret kontaktorgan til kontinuerlig strømning og med en modstrømsstrømningsdel, en begrænset strømningskanal, som er operativt forbundet til kontaktorganet og tilvejebringer lukket fluidumforbindelse mellem kontaktorganet og vandmassen, tilgangsorganer, 15 til tilledning af henholdsvis en vandig væskestrøm og en oxygenberiget, gasformig strøm ved overatmosfærisk tryk ind i modstrømsstrømningsdelen af kontaktorganet til kontinuerlig strømning til tilvejebringelse af en vandig væskestrøm, som står under overatmosfærisk tryk, og som er overmættet med 20 hensyn til koncentrationen af opløst oxygen der, og som er praktisk taget fri for voksende bobler, således at der frembringes en under tryk stående, strømmende, oxygenberiget, vandig væskestrøm, organer til modulering af strømningshastigheden af den under tryk stående, strømmende, oxygen-25 berigede, vandige væskestrøm moduleres på en sådan måde, at et dimensionsløst tal, som er defineret som

30 p P3V

gcAPL2t hvor p er væskevægtfylden af den under tryk stående, overmæt-35 tede vandige væskestrøm i den begrænsede strømningskanal, D er den indvendige diameter af den begrænsede strømningskanal, V er den gennemsnitlige væskehastighed af den vandige væskestrøm i den begrænsede strømningskanal, gc er tyngdeaccelerationen, AP er trykfaldet af den vandige væskestrøm over den 40 begrænsede strømningskanal, L er længden af den begrænsede strømningskanal, og t er den gennemsnitlige transittid, som

DK 164723B

6 den vandige væskestrøm kræver for at strømme gennem den begrænsede strømningskanal, holdes på en værdi i området fra 1 x 10”10 til 5 x 10“7, og blandeorganer til sammenblanding ved den i forhold til kontaktorganet fjerneste ende af 5 den begrænsede strømningskanal af den under tryk stående, oxygenberigede, vandige væskestrøm med vandmassen på en sådan måde, at der opnås oxygenberigelse af vandmassen uden væsentligt tab af oxygen fra den oxygenberigede vandmasse til den omgivende atmosfære.

10 Fortrinsvis holdes det dimensionsløse tal på en værdi i intervallet fra 5 x 10“10 til 1 x 10“8.

Foretrukne udførelsesformer for den her omhandlede fremgangsmåde er ejendommelige ved det i den kendetegnende del af krav 2 og 4 angivne, medens foretrukne udførelses-15 former for det her omhandlede system er ejendommelige ved det i den kendetegnende del af krav 7 og 8 angivne.

Sammenblandingstrinnet gennemføres fortrinsvis på en sådan måde, at strømningstætheden af den vandige strøm strømmer ud ved den fjerneste ende af den afgrænsede strømnings-20 kanal og ind i vandmassen, fordeler den overmættede vandige strøm i hovedparten af vandmassen på et sted under overfladen.

Udførelsesformer og/eller fordele ved fremgangsmåde ifølge opfindelsen og det system, som anvendes til udøvelse 25 af fremgangsmåden, er omtalt nærmere i det følgende.

' Kortfattet beskrivelse af tegningen.

På tegningen viser fig. 1 et blokdiagram, som afbilder principperne ved 30 den foreliggende opfindelse, fig. 2 en skematisk tegning, som illustrerer et for tiden foretrukket system ifølge opfindelsen, fig. 3 et tværsnitsbillede af en komponent, som kan anvendes i det i fig. 2 viste system, 35 fig. 4 en afbildning, som illustrerer forholdet mellem den relative tilbageholdelseseffektivitet for opløst oxygen 7

DK 164723B

af en oxygenberiget vandmasse og det overfor definerede, dimensionsløse tal, og fig. 5 en skematisk tegning af en foretrukket oxygene-ringskomponent i det i fig. 2 viste system.

5

Detaljeret beskrivelse af en foretrukket udførelsesform.

Selv om den foreliggende opfindelse har forskellige udførelsesformer, er der som en eksemplificering af opfindelsen på tegningen vist og i det følgende detaljeret beskrevet 10 en for tiden foretrukket udførelsesform for opfindelsen.

I bred forstand angår den foreliggende opfindelse en fremgangsmåde til forøgelse af indholdet af opløst oxygen i en vandmasse med et relativt lavt oxygenindhold. Selv om de nedenfor viste forsøgsdata er blevet udledt med henblik på 15 forøgelse af indholdet af opløst oxygen til optimering af fiskevækst, kan den foreliggende opfindelse anvendes på et antal andre situationer, som også kræver forøgelse af opløst oxygen.

Fremgangsmåde ifølge opfindelsen er f.eks. også anven-20 delig til sterilisering under overtryk. Især kan populationer af velkendte, patogene organismer, f.eks. Staphylococcus aureus eller Pseudomonas aeruginosa, formindskes væsenligt i antal, ved at de udsættes for et oxygenpartialtryk på over ca. 2 atmosfærers tryk (dvs. ca. 1520 mm Hg). Det er 25 derfor muligt at forbedre vandkulturvand, f.eks. ved at vandet i vandkultursystemet behandles ved fremgangsmåden ifølge opfindelsen for derved væsentligt at formindske populationen af en i forvejen udvalgt, patogen organisme, som kan være til stede i vandkultursystemet.

30 En anden anvendelse af den foreliggende opfindelse er den oxidative udludning af mineralmalme. Især kan fremgangsmåden ifølge opfindelsen anvendes til udludning in situ 35

O

8

DK 164723B

(den såkaldte "bunkeudludning") af kobbermalm af ringe kvalitet. En kommerciel varietet af kobbermalm består f.eks. primært af kobbersulfid, men omfatter også jernsulfider og beslægtede forbindelser, som alle er vanduopløselige. Frem-5 gangsmåden ifølge opfindelsen kan anvendes til oxidation af disse ellers vanduopløselige forbindelser, med eller uden medvirken af acidophile bakterier, f.eks. Thiobacillus ferro-oxidans, hvorved der dannes vandopløselige kobbersulfater og jernsulfater. På lignende måde kan også effektiv kulafsvov-10 ling gennemføres. Partikelformet bituminøst kul med et svovlindhold på fra ca. 2 til ca. 8 procent og mikroorganismen Thiobacillus ferrooxidans opslæmmes f.eks. med oxygenberiget vand til tilvejebringelse af en 10-25 vægtprocents kul/vand--opslæmning. Når den resulterende opslæmning ledes langs en 15 opslæmningsrørledning under turbulente strømningsbetingelser, kan der gennemføres fjernelse af pyritisk svovl fra kullet.

Som et andet eksempel kan en oxygenovermættet vandig væskestrøm sprøjtes ind i en naturligt eller kunstigt brudt, underjordisk malmmasse via et hensigtsmæssigt ind-20 sprøjtningssystem til opnåelse af indholdsmættede malmvæsker.

De mættede væsker kan på deres side bringes op til overfladen via opsamlingsbrønde og derefter renses til udvinding af det ønskede metal. Konventionelle rensnings- og/-eller udvindingsprocesser eller -systemer omfatter elektro-25 lyse, udfældnings- og membrandiffusionsprocesser eller -systemer. De resulterende, udtømte væsker kan reoxygeneres og igen sendes tilbage til malmmassen.

Ved en anden sådan anvendelse kan en bunke malm blandes og stables over en uigennemtrængelig membran med et 30 på passende måde drænet eller med rør forsynet afvandingssystem anbragt derover. Malmbunken kan være anbragt ovenover membranen på en måde, ved hvilken afvandingssystemet er anbragt nærved bunden af malxnbunken. Oxygenovermættet vand kan fordeles over malmens overflade via et manifoldfordelings-35 system. Afvandingssystemet kan derefter anvendes til opsamling af de indholdsmættede væsker. Et vandbassin kan opret-

DK 164723 B

9

O

holdes ovenover malmbunken om ønsket, således at oxygenover-mættet vand kan fordeles over stablen med et minimalt tab af oxygen. På denne måde kan hele bunken eller udludningsstablen gøres praktisk taget mættet med oxygeneret vand, 5 hvorved oxidation af de metalliske forbindelser skrider frem, uden at der kræves gennemtrængning ind i bunken, således som det konventionelt er nødvendigt. En fordel ved udnyttelse af den foreliggende opfindelse ved en sådan anvendelse er, at malmens partikelstørrelse, som konventionelt reguleres til 10 tilvejebringelse af passende gennemtrængelighed til opnåelse af en forudbestemt luftstrømning gennem bunken, ikke længere behøver at reguleres.

Ved en alternativ udførelsesform for denne anvendelse kan det oxygenerede vand ledes ind i bunken via et 15 manifoldfordelingssystem, som er anbragt ved bunkens bund. Bunken kan være aflukket ved hjælp af en hensigtsmæssig tilbageholdelsesvæg, og oxygeneret vand kan bringes til at strømme opad gennem bunken. En sådan tilbageholdelsesvæg kan være således dimensioneret, at den er højere end bunken, 20 og den kan være konstrueret på vandtæt måde, således at det tillades, at bunken bliver oversvømmet af det oxygenerede vand, som ledes ind i bunken via fordelingssystemet for oxygeneret vand. Dette vand kan derefter, efter at bunken på denne måde er blevet oversvømmet, opsamles ved hjælp af et 25 opsamlerrørsystem, som f.eks. er anbragt ovenover den over svømmede bunke. Et sådan arrangement kan derefter om ønsket overvåges for at sikre, at bunken holdes oversvømmet med oxygeneret vand.

En anden anvendelse af den foreliggende opfindel-30 se indebærer fjernelse af visse salte fra vand, f.eks. fjernelsen af jern og mangan fra drikkevand. Tilstedeværelsen af jern- og manganioner i drikkevand kan være uønskelig af flere grunde. F.eks. kan jern- og manganioner over visse koncentrationsniveauer bibringe drikkevand en bitter, metal-35 lisk smag. Da jern og mangan typisk er tilstede i drikkevand i form af opløselige ferro- og manganoioner, kan koncen- o

DK 164723 B

10 trationen af sådanne ioner formindskes ved oxidation til ferri- og manganiioner, som almindeligvis danner uopløselige forbindelser.

Der henvises nu til tegningens fig. 1/ hvor der 5 er vist et blokdiagram, som illustrerer de grundlæggende trin i fremgangsmåden ifølge opfindelsen. Et gasabsorptionstrin 10 kombinerer en gasstrøm indeholdende oxygen med en vandig væskestrøm til forøgelse af indholdet af opløst oxygen i den vandige væskestrøm. Et under tryk stående over-10 føringstrin 12 overfører derefter den oxygenberigede, vandige væskestrøm til en vandmasse ved hjælp af et væske--væske-blandetrin 16, medens strømningen af den oxygenberigede, vandige væskestrøm sideløbende hermed moduleres ved hjælp af et strømningsmoduleringstrin 14.

15 Gasabsorption er en kendt enhedsoperation, ved hvilken opløselige komponenter i en gas, såsom oxygen, opløses i en væske. Det foretrækkes almindeligvis at gennemføre oxygenabsorptionstrinnet på kontinuerlig basis. En antal konventionelle præparattyper kan anvendes til kontinu-20 erlig kontakt mellem væskestrøm og oxygenholdig gasstrøm, således at der derved bevirkes oxygenabsorption. Disse apparattyper omfatter gaskontaktorganer, f.eks. pakkede tårne, enheder af pladetypen, spraykamre, kolonner med fugtede vægge, omrørte eller overstænkede beholdere.

25 Typisk er et gas-væske-kontaktapparat konstrue ret således, at gas- og væskestrømmen strømmer derigennem forbi hverandre i modstrøm. Et foretrukket gasabsorptionsapparat er et gaskontaktapparat, som er specielt tilpasset til opløsning af gasformigt oxygen i vandige væskestrømme, 30 og er af en alment "lukket" og ventileret konstruktion, i forhold til omgivelsernes betingelser, således at det gas-formige oxygen inden i kontaktapparatet kan sættes under tryk til overatmosfæriske tryk, som letter opløsningen af gasformigt oxygen i den vandige væske.

35 I praksis er det kendt, at vandkultursysterner om fatter forskellige uønskelige, opløste gasser, såsom nitro- o

DK 164723 B

11 gen, carbondioxid, hydrogensulfid og hydrogencyanid, for blot at nævne nogle få. Vand overmættet med nitrogen kan bevirke, at nitrogenbobler bliver indesluttet i fiskeblodkar, hvorved åndedrætscirkulationen begrænses, og det kan endog føre 5 til fiskens død som følge af asphyxia . Visse carbondioxidniveauer kan være skadelige for fisk. F.eks. kan der indtræde 50% dødelighed af hundelakseæg, når carbondioxidkoncentrationen når 90 ppm. Hydrogensulfid og hydrogencyanid kan i meget lave koncentrationer dræbe fisk. Det er f.eks.

10 kendt, at nogle dele pr. milliard hydrogensulfid er dødelig for et antal fiskearter og/eller -varianter, ikke desto mindre modtager vandkultursystemer primært hydrogensulfid som et biprodukt fra anaerob sønderdeling af svovlforbindelser i sedimenter. Hydrogencyanid er på den anden side et vand-15 kulturforurenende stof, som kommer fra industrien. Hydrogencyanid er almindeligvis toksisk i koncentrationer på 100 dele pr. milliard eller derunder.

Det er ved anvendelse af principperne ifølge opfindelsen blevet iagttaget, at forøgelse af indholdet af op-20 løst oxygen i et oxygenundermættet vandkultursystem har tilbøjelighed til formindskelse af koncentrationen af de ovenfor nævnte, uønskelige gasser, som er opløst deri. Det vil sige, at forøgelse af indholdet af opløst oxygen i vandkul-tursystemet har tilbøjelighed til at uddrive disse uønske-25 lige gasser fra vandkultursystemet.

Overføringstrinnet 12 under tryk (fig. 1) anvendes derefter til overføring af den således fremstillede, oxy-genberigede, vandige væskestrøm under overatmosfærisk tryk, til en vandmasse med et relativt lavere oxygenindhold, såsom 30 et oxygenundermættet vandkultursystem, som omtalt ovenfor.

Dette trin 12 omfatter inddæmning af den oxygenberigede, vandige væskestrøm, således at det sikres, at opløst oxygen ikke forlader den oxygenberigede, vandige væskestrøm for tidligt, før det er inkorporeret i hovedmassen af den vandmas-35 se, hvis oxygenindhold skal forøges. Derfor gennemføres masseoverføring af den oxygenberigede, vandige væskestrøm for-

DK 164723 B

12

O

trinsvis i en under tryk stående, afgrænset strømningspassage, såsom en rørledning under tryk.

Som ovenfor nævnte tilvejebringer den foreliggende opfindelse midler til modulering af strømningshastigheden 5 af en oxygenberiget, afgrænset, vandig væskestrøm, således at oxygenkoncentrationen i en vandmasse holdes indenfor et forudbestemt, optimalt interval. Det har især vist sig, at flere fysiske parametre, som ledsager det under tryk stående overføringstrin 12, påvirker det niveau, til hvilket vandmas-10 sen i den sidste ende kan oxygeneres. I overensstemmelse hermed anvendes strømningsmoduleringstrinet 14 til kontrol med strømningen af den oxygenberigede, under tryk stående, vandige væskestrøm gennem den afgrænsede strømningspassage til optimeret slutoxygenoverførsel til den vandmasse, som skal 15 oxygeneres.

Derefter anvendes væske-væske-blandetrinnet 16, under hvilket trin den oxygenberigede vandige strøm forenes med den vandmasse, som skal beriges på oxygen, uden et væsentligt tab af oxygen fra vandmassen til den omgivende at-20 mosfære.

Der skal dernæst henvises til fig. 2 på tegningen, hvor der er en skematisk tegning, som viser de grundlæggende komponenter i et system, som omfatter den foreliggende opfindelses principper. Kort fortalt ledes en strøm-25 mende, oxygenundermættet, vandig væskestrøm og en strømmende oxygenholdig gas ind i et almindeligvis lukket, ventileret kontaktorgan 20, hvor den oxygenundermættede væske og den oxygenholdige gas direkte kommer i kontakt med hverandre ved en strømning, som almindeligvis er i modstrøm. Kon-30 taktorganet 20 sættes under tryk til et overatmosfærisk tryk. Indholdet af opløst oxygen i den vandige væske i kontaktorganet 20 forøges som resultat heraf, og der frembringes en oxygenberiget, vandig væskestrøm. Kontaktorganet 20 omfatter fortrinsvis et gasventileringsorgan 21, som tilla-35 der, at gas, hvis oxygenindhold er udtømt, lukkes ud af systemet.

DK 164723 B

13

O

Kontaktorganet 20 kan omfatte en kombination af pakket kolonne og brusetank af den type, som er vist i fig.

5 på tegningen, hvor en pakket kolonne 120 er monteret på toppen af en brusetank 110. Vand, som skal oxygeneres, ledes 5 til den pakkede kolonne 120 via en ledning 133. Oxygeneret vand samles på sin side i brusetanken 110, som også afgrænser en gasboblefrigørelseszone 115 afgrænset af brudte linier i fig.

5. Brusetanken 110 har en sådan størrelse, at væskehastigheden i nedadgående retning inden i brusetanken 110 ikke over-10 stiger ca. 10 cm/sek., således at det tillades, at voksende gasbobler, som er tilstede i det oxygenerede vand, frigøres derfra, før vandet træder ud af brusetanken 110 via en ledning 122. Oxygen eller oxygenberiget luft ledes ind i den pakkede kolonne 120 via en gasledning 138. Egnede pakkemate-15 rialer til kolonnen 120 omfatter f.eks. Raschig-ringe, Berl--sadler, Intalox-sadler, Tellerette-ringe og Pall-ringe.

Alternativt kan kontaktorganet 20 omfatte en trugkolonne, en omrørt reaktor eller en boblekolonne. F.eks. kan oxygeneret vand ledes ind i en under tryk stående, omrørt 20 reaktor til oxidation af mangan- og ferroioner, til frembringelse af uopløselige forbindelser, i forbindelse med et drikkevandsbehandlingssystem.

Som vist i fig. 2 ledes den oxygenberigede, vandige væskestrøm via en afgrænset strømningspassage, såsom en 25 under tryk stående rørledning 22, fra kontaktorganet 20 og ind i hovedparten af en vandmasse W med et relativt mindre indhold af opløst oxygen, f.eks. undermættet med hensyn til opløst oxygen, til forøgelse af indholdet af opløst oxygen deri. Specielt ledes en under tryk stående, oxygenholdig gas 30 fra en kilde 36 ind i en kontaktorganet 20 til forøgelse af oxygenindholdet af oxygenundermættet vand, som strømmer derigennem.

Den under tryk stående, oxygenholdige gas, som ledes til kontaktorganet 20, kan være relativt rent oxygen 35 eller oxygenberiget luft. Denne sidstnævnte kan stamme fra et trykvariationsabsorptionssystem (PSA).

o

DK 164723 B

14

Da kontaktorganet 20 omfatter et ventilorgan 21, kan en del af det oxygen, som findes i en sådan gas, overføres til vandet W til forøgelse af koncentrationen af opløst oxygen deri, medens gassen, som nu har fået formindsket el-5 ler er tømt for sit oxygenindhold, kan afluftes fra systemet. Dette tillader, at vandet, som til at begynde med er under-mættet med hensyn til oxygen, bliver overmættet med hensyn til oxygen på samme tidspunkt, som andre opløste gasser, såsom nitrogen, carbondioxid, hydrogensulfid og hydrogencya-10 nid, afdrives derfra. Hovedparten af vand W kan være et strømmende vandsystem, såsom en vandrende, eller det kan være et praktisk taget roligt vandsystem, såsom en dam.

Den oxygenberigede strøm, som ledes via den under tryk stående rørledning 22, kan være en enkeltfaset væs-15 ke eller et tofaset fluidum karakteriseret ved en vandig, kontinuerlig fase og en gasformig, diskontinuerlig fase. Fra tofasefluidet kan der udvindes en vandig strøm, som er beriget med hensyn til opløst oxygen, og som er praktisk taget fri for voksende gasbobler, medens tofasefluidet holdes un-20 der et oxygenpartialtryk, som er større end det omgivende oxygenpartialtryk. Den udvundne, vandige strøm kan derefter ledes til vandmassen W via rørledningen 22. For at optimere oxygenberigelsen af vandmassen W og til minimering af gas-boblevæksten har det vist sig at være nødvendigt at module-25 re strømningen af den under tryk stående, oxygenberigede væskestrøm, som strømmer gennem den under tryk stående rørledning 22. I overensstemmelse hermed anvendes der en vandig væskestrømanalysator 26, f.eks. et oxygenelektrodesystem. til bestemmelse af forudvalgte strømningsparametre, dvs.

30 oxygenkoncentration, ved hjælp af en egnet transducer 25, som transmitterer denne strømningsinformation til strømningsanalysatoren 26 ved hjælp af en kommunikationsforbindelse eller -led 27. En automatisk strømningskontrolventil 28, som operativt står i forbindelse med strømningsanalysatoren 26 via 35 et separat kommunikationsled 29, kan anvendes til justering af strømningen af den under tryk stående, oxygenberigede væs-

DK 164723 B

15

O

kestrøm, som strømmer gennem rørledningen 22.

Derefter ledes den oxygenberigede, vandige væskestrøm ind i vandmassen W på en sådan måde, at den oxygenberigede, vandige væskestrøm sammenblandes med hovedparten af 5 vandmassen W til berigelse af dennes indhold af opløst oxygen uden væsentlig tab af opløst oxygen fra vandmassen W til den omgivende atmosfære. Med dette formål for øje kan der anvendes et blandeorgan 30 anbragt ved den fjerneste ende af den under tryk stående rørledning 22 i forhold til kontaktorganet 10 20. Blandeorganet 30 forener den under tryk stående, oxygen berigede vandige væskestrøm med en del af vandmassen W og frigiver den resulterende blanding ind i hovedparten af vandmassen. Dvs. blandeorganet 30 er fortrinsvis neddyppet i vandmassen W.

Den vandige væskestrøm, som oxygeneres, kan være 15 en del af vandmassen W, som udtages og derfra ledes til kontaktorganet 20 via en rørledning 32, og som fortrinsvis pumpes ind i kontaktorganet 20 ved hjælp af en pumpe 34. Rørledningen 32 kan omfatte et tilgangsorgan 33 til tilledning af den oxygenundermættede vandige væskestrøm til kontaktorganet 20 20. Alternativt kan den vandige væskestrøm, som skal oxygene res, opnås fra en anden kilde, f.eks. en brønd.

Som vist i fig. 2 tilfører en oxygenholdig gaskilde 36, kortfattet omtalt ovenfor, den under tryk stående, oxygenholdige gas til kontaktorganet 20 via en rørledning 25 38. Rørledningen 38 kan på samme måde omfatte et tilgangs organ 39 til tilledning af den oxygenholdige gas fra kilden 36 til kontaktorganet 20. En anden pumpe 40 kan anvendes, og anvendes fortrinsvis, til overføring af den oxygenberigede, vandige væskestrøm fra kontaktorganet 20 til blandeorganet 30 30 via rørledningen 22.

En oxygensonde kan være tilvejebragt i vandmassen til overvågning af dennes oxygenkoncentration. Udgangssignalet fra oxygensonden kan anvendes til modulering af vandstrømmen til kontaktorganet 20.

35 Desuden kan trykfaldet og den gennemsnitlige tran sittid tværs over et udvalgt, forudbestemt segment af den un- o

DK 164723 B

16 der tryk stående rørledning 22 overvåges ved hjælp et mikroprocessororgan 42 , som er operativt forbundet med en eller et par transducere eller følere 41 og 43. Transduceren eller føleren 41 og transduceren eller føleren 43 kan hver især om-5 fatte et hensigtsmæssigt føleorgan for væskevægtfylde og væskehastighed til om ønsket at respektivt overvåge disse strømningsparametre hos det vand, som strømmer gennem rørledningen 22. Fluidumtrykfald, data for gennemsnits transittid og andre strømningsparametre, såsom væskevægtfylde og væske-10 hastighed, kan ledes til strømningsanalysatoren 26 via et kommunikationsled 44 til om ønsket yderligere at modulere driften af strømningskontrolventilen 28 via analysatoren 26.

Vandmassen W kan også om ønsket tilføres suppleringsvand fra en kilde 46 via en ledning 48. Det kan desud-15 en være ønskeligt fra tid til tid at udskifte en del af vandmassen W. Det illustrerede system (fig. 2) kan omfatte konventionelle udskiftningsorganer (ikke vist), således at dette kan gøres om ønsket. Fortrinsvis ledes suppleringsvandet fra kilden 46 først gennem kontaktorganet 20 via en ledning 20 49.

Der skal dernæst henvises til fig. 3, hvor der er illustreret en egnet type blandeorgan, en væske-væske--ejektor 50. Væske-væske-ejektoren 50 omfatter en tilgangsåbning 52 for bevæget fluidum og en sugetilgangsåbning 54 samt 25 en afgangsåbning 56. Et to-trins venturisystem omfattende en primær venturi 58 og en sekundær venturi 60 er anbragt inden i et hus 51 på ejektoren 50 på en sådan måde, at den primære venturi 58 er på linie med og delvis anbragt inden i den sekundære venturi 60. En under tryk stående, oxygenbe-30 rigede, vandige væskestrøm (omtalt ovenfor) pumpes, via tilgangsåbningen 52 for bevæget fluidum, gennem begge venturier 58 og 60 og udtømmes fra ejektoren 50 via afgangsåbningen 56. Et kammer 62, afgrænset inden i huset 51 på ejektoren 50, står i forbindelse med vandmassen W (fig. 2) via sugetil-35 gangsåbningen 54. Desuden omgiver kammeret 62 de dele af ven-turierne 58 og 60, hvor afgangsenden 61 på den primære ven-

DK 164723 B

17

O

turi 58 er anbragt ind i tilgangsenden 63 på den sekundære venturi 60.

Ved drift skabes der, efterhånden som den under tryk stående, oxygenberigede, vandige væskestrøm pumpes gen-5 nem væske-væske-ejektoren 50 på den ovenfor beskrevne måde, en sugevirkning eller et vakuum i kammeret 62, hvilket trækker vand (fra massen W) ind i kammeret 62 via sugetilgangsåbningen og ydermere ind i den sekundære venturi 60, hvor blanding med den under tryk stående, oxygenberigede, vandige 10 væskestrøm finder sted. Den resulterende blanding udtømmes i vandmassen W via afgangsåbningen 56. Til lettelse af rensning kan ejektoren 50 omfatte udskiftelige rensepropper 64 og 66, som med gevind sidder fast i huset 51 på ejektoren 50.

15 Da trykket af den resulterende blanding, som ud tømmes fra ejektoren 50 og ind i vandmassen W, er større end fluidumtrykket (af vandmassen W) i nærheden af afgangsåbningen 56, er tabet af opløst oxygen fra vandmassen W til atmosfæren væsentlig mindre, end det tidligere har været muligt at opnå 20 ved anvendelse af konventionelle metoder til oxygenering af vandmasser. En sådan konventionel måde omfatter f.eks. gennem-bobling af luft eller oxygen under tryk gennem vandmassen, men omfatter ikke på anden måde tilbageholdelse af boblerne i vandmassen. Sådanne konventionelle metoder anvender des-25 uden typisk gennemluftningsorganer, som ikke på økonomisk måde kan hæve indholdet af opløst oxygen i vandet til over f.eks. ca. 80% mætning.

Fig. 4 på tegningen er en afbildning, som viser logaritmen til den relative tilbageholdelseseffektivitet for 30 opløst oxygen imod 3 logaritmiske cycler (dvs. størrelsesordener) af værdier for det ovenfor omtalte, dimensionsløse tal. Kort fortalt har modulering af flere parametre, som hænger sammen med strømningen af den under tryk stående, oxygenberigede, vandige væskestrøm, som strømmer gennem en af-35 grænset strømningspassage, således at værdien af det dimensionsløse tal holdes indenfor det ønskede interval, overraskende

DK 164723 B

18

O

fordele, især i forbindelse med forøgelse af indholdet af opløst oxygen i en vandmasse, som har et relativt lavt oxygenindhold. Især har opretholdelse af værdien af det dimensionsløse tal indenfor et interval af forudbestemte værdier gjort 5 det muligt, at oxygenberigelse af en oxygenundermættet vandmasse finder sted på en sådan måde, at praktisk taget alt det opløste oxygen, som er tilstede i en under tryk stående, oxy-genberiget, vandig væskestrøm, overføres til den oxygenun-dermættede vandmasse.

10 Oxygenoverføringseffektiviteten ifølge opfindel sen er i overensstemmelse hermed optimeret ved, at det dimensionsløse tal sædvanligvis holdes på en værdi på mellem ca.

1 x 10 ^ og ca. 5 x 10 ^, fortrinsvis på ca. mellem 5 x 10-^ _8 og ca. 1 x 10 15 Et eksempel, som anvender pricipperne ifølge op findelsen på en vandrende til fiskeudklækning, er gengivet i det følgende.

Eksempel 20 En vandrende til udklækning af fisk beriges for opløst oxygen ved anvendelse af principperne ifølge opfindelsen som følger. Vandrenden er placeret i en geografisk højde på ca. 1200 m over havets overflade.

Vandstrømningshastigheden ind i vandrenden (F^) er 25 ca. 75 1 pr. minut (l.p.m.). Vandets temperatur i vandrenden er ca. 18°C. En gennemsnitlig koncentration af opløst oxygen • (0.0.) i vandet i vandrenden er før oxygenberigelse ca. 6,96 mg pr. ml.

Den vandstrøm, som anvendes til berigelse på op-30 løst oxygen, mættes med oxygen ved varierende, overatmosfæriske tryk i en under tryk stående, pakket kolonne, hvorved der frembringes en oxygenberiget vandblanding. Denne blanding ledes derefter gennem en boblefrigørelseszone inden i kolonnen på en sådan måde, at den oxygenberigede vandstrøm, som pas-35 serer til vandrenden er praktisk taget fri for bobler, som ellers ville vokse spontant i vandrenden ved det anvendte over- 19 o

DK 164723 B

atmosfæriske mætningstryk.

Kort fortalt noteres trykfaldet over en under tryk stående, begrænset strømningspassage, som anvendes til at lede den oxygenberigede vandblanding fra den pakkede ko-5 lonne til vandrenden og det samme gælder det omgivende tryk og vandblandingens strømningshastighed gennem strømningspassagen - Vandblandingens gennemsnitlige transittid gennem strømningspassagen beregnes, og koncentrationen af opløst oxygen (0.0.) i vandrenden efter oxygenberigelsen be-10 stemmes ved analyse af det oxygenberigede vand fra tid til anden.

Den oxygenberigede vandstrøm ledes ind i vandrenden ved anvendelse af et konventionelt manifoldarrangement anbragt ca. 35 cm under vandoverfladen i vandrenden.

15 Derefter gennemføres en række på 87 forsøg til oxygenering af vandet i vandrenden ifølge ovenstående eksempel. Resultaterne af disse forsøg er opsummeret i tabel I og vist i fig. 4 på tegningen.

20 25 30 35 20

DK 164723 B

1 > X 4-> ii'rliS ® Γ']αοΐ£>οοοσ>α>Γ·'ΓοΐΩΓ'·θΓονΰ?ηοσιΐ''2^^>σιιΓ1'Ησ>2οΊΓ'-[·'~ M Id iw ϋ o>>£iO'tfHLnv£cocr'OiLncocna>^'Ooicrscri;rjo'invococna';r}''3’ir)r' dp H Q) ^

OHHHHHHO HOOO H O O O HOOOO Η Η H

0\rHrlrlrHHrliHrH{^HrlrJr!0\rlHHHff\(IlHfHrlHH(^riHrl

, 4-> i I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I 1 I I I I I M OOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOO

t> tC t—Ir-I Η Π i—I ri ri rI *—1 I—1 H i—II—I H rli—Ir—Ir—Ir-I i—I rI Η Η I—! Η H rIr-I Η H

en O, Q ^ Γ0^,ί'ι^)[^>Ηι-ια3'4,οΐΓΐ£Νοσ^σιιπα3(Ν(Νη£^Γ^ιηνί)ΐηίηηηΓ''Φ . roaicooaHCMLn'ÆcoooocricsiLnt^cMcrioo'XitNor'r'CMior't-'Ooo P j-n νοΜ’σΐΗποΜ'ΐί'ί'σΐ'^ΐ'ΐηΓοοι^ονοοο'ςΐ'νοιο^σΐ'Ψ^^ί’ΐί^εοσι^ m 1 * fl-ti w ocMmrHmHooJU3HoiDa3oinnooror'r'r-'MOO<nnoHco>-i 22 _ inM^^miaNooHTiNciuMfliiKjiMiMfl'f^arHTimaioooMi)

I1-1 l—* HH CNHH

ω u H

m +j -p in ·

I Φ H

C TJ

<u -η ω c y 2 coi’iONONOffl'fMnNonMfoorouicomHHinnintiom'} o O S li CNHC»^l'HOVD'3'COOn^OVOH'^'r'CTl'X)fOW3'i'(NHl>-HVflr^Hl> Τι ti ^ æoor~r~r'COCD<yi<j\ococ!>HHOJcyiH(Nm’vi,'^<cocriooHHr'æco »-η o o c H '—^ hhhhhhhh hhhh

5 · H <0 (U

H O +J > +J

*H

a) G ^ <U H (0 O1 Η H O'

> ·Ρ Ή E

H ^ ^ 0 C0r-~O'=i'v£>t'~(£>r~O'3,C000C0'3,H'^,Hr-r'mvDr0Cn'3''3'r'H'd1C0'3l S Ti Hmlj nHLnnroæou3inr'i£)r''a<co'^^crimoTi’nHnoocNin(Ti'3,r'

•y ii -jUm rM<7'r-'U-)CMr'~<7>HC\]CMr^OCMCMMO'3,U5lO'£>'X>OlH'tfLni£)'£IVOCriCN

£ O π H ni ^ HHH HHHHHHHHHH HHHHH H

μ S ICO

jj CMtd ·©.

0 o > *H

RS

> I

"Tr jj HU3in^''^^rHa)a'HHcricricnnr~HH'd,inocNniC'>roHHcsi^i'

3¾ NOOlHUJHlllMDOinCOIfiOnOHOO'iMIIRnflttlONnaiOH

.¾ HHOHOHOHHOlHHOimmHCNromnnHHHCNCNCNOHH

Ph h g I

H -H H <U C

Jj |Z} j=3 HHHHHc^cvicMCNc\innronnmmnnmmo)CM(MCM(NCMHHH

C 3 O

< si -H >H

λ; & '3,ΗΗθιΠΟ1Ηηιη^1ΐ(ΜΟΗ·^1’Γ-'ΟΗΗΗ(Ν·ϊ1,ΟΗΗΗ0ν1'ί'ΟΗΗ

g £ f'-H^J,>r'->'3<0''COC'ir'.'31t'~'tfOi£>r-^!'HCOincrir'''sl,HCOtnor^'s!<H

ω ΝΝΗΟΟΟΟΗΡΙΝΟΟΗΝΜΟΗΝΜΠηΟΗΝΟΙιη^ΟΗΜ NC« >

A) Λ! O

Ai

Γ? HHHHHHHHHHHHHHHCMCN<NCMMCMCM(MCSCMCMCN1CM(N(M

S -p cococdcococooooococococococococn^cmcmcmcnicscmcscmcs^cmc^oi

HtJi >

Λ y O

^ , ocnvoHr^ootDr^iD'i’cricrinHr^covac^HLnn^'vDor^Ln'fl’r'HH

§ 2-¾.¾1 'd'NCMNHnNHOnnMOHOCOOSIOOHOOUI'OOaMtl^lDO]

dJlS-H g VO'iVfivOVfllOkOkOVC^iilVfl'i'S'iyS'iJ'flOIDIfllflOUJliKO'ilia'XIIO

H O' ·

|P HWn^iniOMDOlOHNn'iiniDMDOlOHMn'illUIlMBfllO

mu'c HHHHHHHHHHNMM«0)N(\|(MtMMPI

i 21 DK 164/23 6

m fOCO^æcooSfOCMPOCOOai(31,3,POr^CMr'l'3,<X>o2',d,r-si'r-CXJ

p +3 p $ cocooi’Xicocn^aifTicnair'cncncnr'Oocooococooococn^10^^^0^ m p p tfP ι—I <D ^

r-io P P O Γ-i O o oo ooo o HOOOO

Pr—1 r—Ir—ir-I 01 P i—l»-lOlPPOlOlPPPOl1-I 01 01 01 01 G) P P 1—I «—l <—1 P I I I I I I I I I I I I I I I I 1 I I I I I I I I I I I 1 I CM oooooooooooooooooooooooooooooo !> 1-1 I—ti—il—Il il—1 1—! I—i '—i I—1 1—1 I—il—il—i r—1 i—!i—Il—il—i i—i i—[ i—i I—1 I—[ I—il—il—il—j [—i I—i I—| ro a, χχκχχχκχχχχχχχχχχκχχκκχχχκκχχχ

Q p p,r--c,iooocMCor~oocMr'0,M,oot~'-oaicMPooiO'<a'oopocM

N.. co^oo'3,^Nα3α)^β(N^oco(^ι^^)^^^oHMool^^,lLn¢Jlo(O^D^ Q -Jr ιΰθΓΓΐ'ίΗΠ^ΗθΛ(θΓ'ΜΝω^ινιιηΐΰ(ηΗ>ϊ(Μησι>ίΓΗαινθ

OOCMCNriaiCNCNr'CMOC'lPr'lPCMCMP’OOOPr'-PCMP'OlPCMPCM

P I X

ϊ "Η in onncMoor-'prcroocMCMCMO

0,’J] OOr^COPOOOOP1OOO'*ræCMTrroriCMPP010^1'*3,''T<NO’'3'P

£ Sno qMNOOOOCOnHOCMOiOOnoonMNrlrlrl.HOrontMN

m p p P ·

I (D P

G Ό

§ I^CNCMPOnOr--OOlPOOOOnrMP01<NPOCMCMOOCOpa3O

c c e .c O'TO^t'O'oæNrtioriiflN^cvi'jLoinoiniofltiOitDH^iorH

S ° ® S oicnoio'o't^cor'coæcooocoooicocococoo'oooo^io'ooooooo

I +J Ό Η Η H

O «J G P

hnr · M itj <U

g o P > P

•Γ-ί p a> p C « Jr ni f-i (d \ 2, P P Dl σ' p p ε £>1 O <o ·® OHOin^'ffloioiHmo'HrtriiMin^'iniMnNinHHMiiioo^

Qi pmij [''•OLnr''cncn<O[--r-~oiOLOtoo')rooo<jiioooiPf’ocooi^},cNoioiO'sr ό Jj Ϊ m ro^ioioor-æt-o-r-oor-oooooiOPPOPHHCNror'COoicno

C XI Ό φ Η Η Η PPPPPPPPP P

0) ICO

Li CM(0 -S

^ O > Ή c (ΰ

> I

'lTjj ιηο'ΓΟΟΡίΝοοοοσί'ί'ΡΓΟίΟΌ'οοο'ϋ'ο^τιοοι^ΐ'ΡΟ^'ΡΡΊί jj P Ο^ΓΟ'ςΐ'ΟΟΙΟΡΟΙΟίΟΙ'-ίΟσίΟΙΟΟΗΡιΗΓ'Γ'ΟΟ'^'ιΟΟΟΡΟαιΟΟ'

p i—I i—[ O O i—i 1—I O 1—I 1—I *—I <—I 1—I CM CM t—I (—I p P i—I i—f P CM CM CM i 1 i I i 1 >—I 1—I

fa ρ ε P P P O) c

g2 PPPPPHHCMCMCMCNfOCOCOOPPPPCMCNCMrOCOrOrorOCOCMCM

C 3 O

<C X P P

X

ft ΗΝιΛίηΟΙΟΟιΟΟίΟ^ΙίΙΟίηΟΗΟΙΟΟΗΟΙΊΗΟΐΟηΗΟΟίη

8 P ootoproO'Ororor'Ocoror'OCMPcoioO'Pror'HcoO'!i',=l'0'i^O

~\Φ CXOVOOPPOOPPOOPPCMCMCMCMCMCMCMCMCMCMPPPOP

CMtJi >

Ck X o X

^C3 iJ CM CM CM i—i I—i '—i i—i I—i i—I i—i 1—i I—! i—i !—i i—j i—i i—i i—i i—i i—! f—i I—i i—i I—I i—! i—! I—1 I—i I—! *—I

Rtj CMCMCM'^,’a’'5f'ir'q,'5l,'3,'^r'^,'M'^l’^fOOOOOOOOCOOOOOCOCOOOOOOOCOOOCO

S; ^r^r^PPPPPPPPPPPPCMCMCMCMCMCMCMCMCNCMCMCMCMCMCM

a. λ: o ^ I OOOOOiO'^'OO'vroiOOlO'^OCMOtOlOPQOOOCOOOCMOOCMO'M' S coot'^^'f^^'f'i^MMNOiajooociujioioiooooomnin 5 ti! up ^fl'<jLninmi/)inuiLnioininM,'fioinm'!r'j'i'jiiiioin'3"!r'3'M"ir

<ip P g OOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOO

η «ρ prMro'a’inor^cDcriOPCMnp'Lnor'cacriOPCMro'^Lnoi^-cncjio fame 0000000/00^^^^^^^^^^00000000000 22

DK 164723 B

i > i -p ulitwjj '^ωεοσιΓ'-ηοοοοσίι-ΡοσισϊΟΟ'-ΐ’ΟίΝίου'Ρ'οίίΰΧ (5 il-ti ooæ^f'COcnt^ioc^Lnr^roooæpoinr^r^cocnr^r'æcri^^Ij^ ol3 <—l 0 ^

OOOOOOHOOr-HHHHOHHHOOOHOOOOOO

i—I i—! i—1 i—1 t—1 i—! i—! i—1 i—! i—1 1—I I—I 1—1 I—I i—I !—! i—! 1—i i—! I—I 1—! I—I !—1 I—! I—! r—1 I—1 , p i i i i i i i i i i i t i i i i i i i i i i i i i i i ooooooooooooooooooooooooooo

P i—I i—I i—I i—I i—I i—I i—I i—I i—! i—I i—1 i—1 i—I *—1 i—1 rp i—1 i—I Γ—I (“H r-p rp pH rp i—I i—1 i—I

''i ft XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX

P > cvii^fiooNoi'inoiffiyiWPrir'OiHcoorHoiffir-imrHcocN

η οτροΟ'-ίΟ’&ΓΤίΓ^'&τί'σΐι-ιοΐΩΓ^'-ισίΟΓ'Ο'&ΓοιησοΓ^Γοσι ;-p σιωιη^σιθΐηΗφοσιΗοοοο)ΐΰο\οισιώθ3(ΜσίΐΛα)^Η) nin<-i(Mroi^MT-ir-i!Nroix)r-HHincOr-tH(Ntr)HHtNnLnp'

ti I -X

0 2J Q) „ c.Tj m nc'icoontumcoincriC'iincNtN'iNCOvDønNonffiooøø

Oirø (nco^cMCT'r^ovflcNOO’^'cvjO'i'oiiomocriCMoocnr'in'd’m ØG -

MldTi r-lr-INWHHinNCMin'fomnanNCNMHnWrIHrirtH

0) P -H

ffl -P -P

lp « I 0 rP G Ό ϋ ^>§ ø torioom^>iinriinøOHou£iaimouiflo>MOfflnt'ri^ G G c .c LnoDinooooo-ii'mt'-'tfr'-t^rPnc'iCDcMO'a'orocpcjit'-oco v-p £ η σισια)σ>σ!θΓ~α3σΐ(^·εοοοα>σ>Γ~οοα>σ>οοα>σιοο.-ΗΓΊΓΊ

•yXiro^ i—I PP rPHHHrP

O <0 G P

£ · P ø 0 C o -p > -p •ri

P

CD .

s O I—i id \

&\ -H U tP

> 4P S

X jiøg η*3,Γ^σΐθθ^ριηοιηθ'>3’οο£ΌΓ^'φθΜ·<3'ΐηΐΓ)Γ'Γ'ΗΗθΐτ)ωιη O (rt fri Λ ---------------------------

m pcp (Mr^HinvS'^i-PCTiOOJOOnovoroc^'^'rHHrPLnoncoairooD

rrt Timp rPrPcnO'-PCMoæcMcric'inn'^vflcriHcM'i’inrPCN'i’Lnvococ-'

^ ·ΗΜ(Π rH «—1 rH i—1 «—I «—l rH ri H ri H rlHrlrlrlHHHHHH

m Λ tf Q> S I G Ό P cmø "s T3 O > <p

G

ø ^ i

'sj+j (jirPær^ai'g’CNtDncNiiHvD'^'Ht^'i'voiriooair^cricn'^rrPocri 3 3 coo^voooor'rovot^cnO'-PCMin^Pninr'COi-PiriæoroinvD - +J G

CMip -f-j POJPPPOJOPPOOPPPOPPPPPPPPOiNNOJ fe P £

P -H rP 0 G

0 rp ø Ό

^ ^ £,_< NNfirotnnpiiMnnnnonfeMNNMNNincimtiPinM

CG O < G P P

-X

<1

cm PøoiiiPwiiimuiøøPmPøowPøPniriPoiPøP

g 4] ^^[--0^^^)^^)^)0^0--101--0^^---100^0^^00 ϋ Ij --------------------------- 0 ΡΡΟΡΗΡΟΟΟΟΡΡΗΜΟΟΗΡΡΟΙΟΡΗΡΜΟΙΟ] CMOS) > ft λ; o

,X

CM U PPPPPPPPPNCMWNNMNC-INNNNNNNNNOI

g+3 mømæmraraæcoiM(M«oiNPiNNtNMo)nNNN(N<N(N

-\0 CMCΊC\lCΊCMCMCMC^lCM'a'·'3,,¾,0,';3,'^t,^i,'3,^f'0,0,·3,'3'ø,'=i,'3,'3,'0,

rPØi > ft Λ! O

^ j PONOOOoomoopiDMDiOPiininncHDionHooi oøjio ---------------------------

S Pb^æ t^t^mronrooooooocTiOJiTiOHOOonroooronncM

+3 S pe i^'f^'J'iøifiintninin'i^'jøininøinøøinøininin <C <P -P S 1010100101010000010000000)0)00)00000)0) 1 n S' u‘ HCMn-a,ino[~coa)OHcpn'^oor-coa)0>-icMn^tr)or' blmc ooooooooor't^t^r^r't^r-r'r^t^cooooocoooææoo 23

DK 164723 B

Kort fortalt viser fig. 4 en afbildning, som illustrerer den relative effektivitet til tilbageholdelse af opløst oxygen af en oxygenberiget, vandig væskestrøm eller en vandmasse, hvori vandmassens indhold af opløst 5 oxygen forøges i indhold af opløst oxygen ved anvendelse af principperne ifølge opfindelsen. Logaritmen til den relative effektivitetsværdi aflæses af den lodrette akse.

Den vandrette akse viser tre størrelsesordener (dvs. hver især logaritmisk gradueret) af det ovenfor om-10 talte, dimensionsløse tal.

Der er i nærværende beskrivelse illustreret og beskrevet en hidtil ukendt fremgangsmåde og et hidtil ukendt system til forøgelse af indholdet af opløst oxygen i en vandmasse med et relativt lavt oxygenindhold. Selvom 15 fremgangsmåden og systemet ifølge opfindelsen er illustreret og beskrevet under henvisning til en foretrukket udførelsesform (dvs. optimering af fiskeudklækningsbetingelser) , kan den her omhandlede fremgangsmåde anvendes til opretholdelse af indholdet af opløst oxygen i et vandkultur-20 system, til hyperbarisk sterilisation af vandige medier, til oxygenering af biologiske reaktorer, til oxidativ udledning af malm og til fjernelse af jern- og manganioner fra drikkevand. Den foreliggende opfindelse omfatter således, at oxygeneret vand kan ledes ind i et biofiltrerings-25 system til fremme af biologisk oxidation af ammoniak og til omdannelse af nitritioner til nitrationer. Det oxygene-rede vand kan ledes ind i en fermentor til fremme af biologisk oxidation af organiske forbindelser, f.eks. kan denne type vand ledes ind i en spildevandsnedbryder til fremme af 30 den aerobe digerering af kloakvand.

35

Claims

1. Fremgangsmåde til forøgelse af oxygenindholdet i en vandmasse med et relativt lavt oxygenindhold, uden at oxygen bobler eller skummer i vandet, og således at der i 5 vandet opretholdes en oxygenkoncentration på tilnærmelsesvis mætningsniveau, kendetegnet ved, at den omfatter trinnene, at der i en begrænset strømningskanal, som står i forbindelse med vandmassen, tilvejebringes en strømmende, vandig væskestrøm under tryk, hvilken væskestrøm er overmæt-10 tet med hensyn til koncentrationen af opløst oxygen i vandmassen og praktisk taget fri for voksende bobler, således at der dannes en under tryk stående, strømmende, oxygen-beriget, vandig væskestrøm, at strømningshastigheden af den under tryk stående, strømmende, oxygenberigede, vandige 15 væskestrøm moduleres på en sådan måde, at et dimensionsløst tal, som er defineret som

20. P3V gcAPL2t hvor p er væskevægtfylden af den under tryk stående, vandige 25 væskestrøm i den begrænsede strømningskanal, D er den indvendige diameter af den begrænsede strømningskanal, V er den gennemsnitlige væskehastighed af den vandige væskestrøm i den begrænsede strømningskanal, gc er tyngdeaccelerationen, ΔΡ er trykfaldet af den vandige væskestrøm over den begræn-30 sede strømningskanal, L er længden af den begrænsede strømningskanal, og t er den gennemsnitlige transittid, som den vandige væskestrøm kræver for at strømme gennem den begrænsede strømningskanal, holdes på en værdi i området fra 1 x 10“10 til 5 x io“7, og at den under tryk stående, strømmende, 35 oxygenberigede, vandige væskestrøm blandes med vandmassen, således at der opnås oxygenberigelse af vandmassen uden væsentligt tab af oxygen fra den oxygenberigede vandmasse til den omgivende atmosfære.

2. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendeteg-40 net ved, at den under tryk stående, strømmende, oxygenberigede, vandige væskestrøm dannes ved trinnene, at en DK 164723 B 25 vandstrøm behandles til forøgelse af vægtforholdet af opløst oxygen deri, ved at vandstrømmen bringes i kontakt med en oxygenberiget gasstrøm ved et overatmosfærisk tryk til dannelse af et tofasefluidum, som er karakteriseret ved en 5 vandig, kontinuerlig fase i en gasformig, diskontinuerlig fase, at der fra tofasefluidet udvindes en vandig væskestrøm, som er beriget med hensyn til koncentrationen af opløst oxygen deri, og som er praktisk taget fri for voksende bobler, således at den under tryk stående, strømmende, oxygen-10 berigede, udvundne, vandige væskestrøm dannes, medens tofasefluidet holdes under et oxygenpartialtryk, som er større end det omgivende oxygenpartialtryk.

3. Fremgangsmåde ifølge krav 1 eller 2, kendetegnet ved, at værdien af det dimensionsløse tal ligger 15. området fra 5 x 10"10 til 1 x ΙΟ”8.

4. Fremgangsmåde ifølge krav 2, kendetegnet ved, at vandstrømmen i behandlingstrinnet behandles i et almindeligvis lukket, ventileret kontaktorgan med kontinuerlig strømning og med en modstrømsstrømningsdel, og at 20 vandstrømmen og den oxygenberigede gasstrøm bringes i kontakt med hinanden i modstrømsstrømningsdelen af kontaktorganet og bringes til at strømme derigennem i modstrøm i forhold til hinanden.

5. System til forøgelse af oxygenindholdet i en vand-25 masse med et relativt lavt oxygenindhold, uden at oxygen bobler eller skummer i vandet, og således at der i vandet opretholdes en oxygenkoncentration på tilnærmelsesvis mætningsniveau, kendetegnet ved, at det omfatter et almindeligvis lukket, ventileret kontaktorgan (20) til konti-30 nuerlig strømning og med en modstrømsstrømningsdel, en begrænset strømningskanal (22), som er operativt forbundet til kontaktorganet (20) og tilvejebringer lukket fluidumforbindelse mellem kontaktorganet og vandmassen (W), tilgangsorganer (33,39) til tilledning af henholdsvis en vandig 35 væskestrøm (32) og en oxygenberiget, gasformig strøm (38) ved overatmosfærisk tryk ind i modstrømsstrømningsdelen af DK 164723 B 26 kontaktorganet (20) til kontinuerlig strømning til tilvejebringelse af en vandig væskestrøm, som står under overatmosfærisk tryk, og som er overmættet med hensyn til koncentrationen af opløst oxygen der, og som er praktisk taget fri 5 for voksende bobler, således at der frembringes en under tryk stående, strømmende, oxygenberiget, vandig væskestrøm, organer (41,43) til modulering af strømningshastigheden af den under tryk stående, strømmende, oxygenberigede, vandige væskestrøm moduleres på en sådan måde, at et dimensionsløst 10 tal, som er defineret som 15. p3v gcAPL2t hvor p er væskevægtfylden af den under tryk stående, overmættede vandige væskestrøm i den begrænsede strømningskanal, D 20 er den indvendige diameter af den begrænsede strømningskanal, V er den gennemsnitlige væskehastighed af den vandige væskestrøm i den begrænsede strømningskanal, gc er tyngdeaccelerationen, AP er trykfaldet af den vandige væskestrøm over den begrænsede strømningskanal, L er længden af den begrænsede 25 strømningskanal, og t er den gennemsnitlige transittid, som den vandige væskestrøm kræver for at strømme gennem den begrænsede strømningskanal, holdes på en værdi i området fra 1 x 10“10 til 5 x lo-7, og blandeorganer (30) til sammenblanding ved den i forhold til kontaktorganet (20) fjerneste 30 ende af den begrænsede strømningskanal (22) af den under tryk stående, oxygenberigede, vandige væskestrøm med vandmassen på en sådan måde, at der opnås oxygenberigelse af vandmassen uden væsentligt tab af oxygen fra den oxygenberigede vandmasse til den omgivende atmosfære.

6. System ifølge krav 5, kendetegnet ved, at værdien af det dimensionsløse tal er fra 5 x 10"10 til 1 x 10"8.

7. System ifølge krav 5, kendetegnet ved, at kontaktorganet (20) til kontinuerlig strømning omfatter 40 en lodret-aflang, opretstående udluftningstank (110), som kan sættes under tryk, og som afgrænser en lodret anbragt 27 DK 164723 B gasboblefrigørelseszone (115), idet udluftningstanken (110) er således indrettet, at det tillades, at den deri værende, under tryk stående, oxygenberigede, vandige væskestrøm kontinuerligt strømmer nedad derigennem, og en pakket kolonne 5 (120), som kan sættes under tryk, og som er monteret ovenpå udluftningstanken og står i forbindelse dermed, til modtagelse af den vandige væskestrøm (133) og den oxygenberigede gasstrøm (138) og til tilvejebringelse af direkte kontakt derimellem i en modstrømsstrømmning, hvorved den under tryk 10 stående, oxygenberigede, vandige væskestrøm (122) dannes, og hvori gasboblefrigivelseszonen (115) er således dimensioneret, at den tillader, at voksende gasbobler, som findes i den oxygenberigede, vandige væskestrøm, som strømmer nedad gennem udluftningstanken (110), frigives fra den vandige 15 væskestrøm, før denne kommer ud (122) af udluftningstanken.

8. System ifølge krav 5, kendetegnet ved, at blandeorganet (30) omfatter en væske-væske-ejektor. 20 25 30 35