ITTO941100A1 - Procedimento ed apparecchiatura per il trattamento di fluido - Google Patents
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Abstract
La presente invenzione provvede un procedimento per il trattamento di acque di scarico contenenti materiale particolato ed olio libero, detto procedimento comprendente la rimozione dell'olio libero dalle acque di scarico, il passaggio delle acque di scarico attraverso un primo mezzo di filtrazione avente dimensioni reali dei pori di circa 200 ?m o meno, il sottoporre le acque di scarico a filtrazione dinamica utilizzando un secondo mezzo di filtrazione avente una dimensione reale dei pori di circa 5 ?m o meno, ed il portare a contatto le acque di scarico con un letto assorbente per formare un flusso di acqua purificata. La presente invenzione provvede pure una apparecchiatura che può essere utilizzata per realizzare il procedimento della presente invenzione.
Description
DESCRIZIONE dell'invenzione industriale dal titolo: " Procedimento ed apparecchiatura per il trattamento di fluido"
CAMPO TECNICO DELL'INVENZIONE
La presente invenzione si riferisce ad un procedimento per il trattamento di un fluido. Più particolarmente, la presente invenzione si riferisce ad un procedimento migliorato per il trattamento di acque di scarico, particolarmente acque grigie, onde recuperare acqua purificata e ridurre gli effluenti e ad una apparecchiatura per realizzare tale trattamento delle acque di scarico.
SFONDO DELL'INVENZIONE
Π trattamento delle acque di scarico tier ridurre gli effluenti e riciclare acqua riutilizzabile è una questione della massima importanza nello sforzo generale di riduzione dell'inquinamento e di conservazione dell'acqua. Un campo di particolare interesse è il trattamento delle acque grigie a bordo di imbarcazioni e navi, cioè le acque grigie marine. Con acqua grigia si intende l’effluente combinato proveniente da cucine, lavelli, lavastoviglie, lavanderie, docce, sentine di bordo, nonché da pozzetti (compresi quelli in zone di lavoro quali sala macchine e zone mediche). I contaminanti sono tipicamente particelle di cibo di dimensioni anche importanti (per esempio fette di cibo), grassi ammali, oli vegetali, saponi, detergenti, oli da corpo, capelli umani, particelle metalliche provenienti da lavelli e macchine, solventi, e piccoli articoli di vestiario (per esempio calzini), che possono essere stati scaricati dalle lavanderie. L'acqua grigia è normalmente differenziata sia dall'acqua nera, che è un residuo a base di acqua salata di scarichi fisiologici e materiali cartacei proveniente dai servizi di bordo, che dall'acqua di sentina, che è una massa di acqua salata con tutti gli altri scarichi di bordo e Che può contenere solventi chimici e simili,
Sebbene sia molto variabile come composizione ed origine. come pure per quanto riguarda la concentrazione ed il tipo di contaminanti, l'acqua grigia viene prodotta, a bordo delle navi. in una quantità media di circa 15-20 galloni (circa 55-75 litri) per persona e per giorno. Così, per esempio, la produzione di acque grigie può essere dell'ordine di 4.000 galloni/gìorno (circa 15.000 lit ri/giorno) per una fregata con un equipaggio di 200 persone, ed arrivare anche a 120.000 galloni/giorno (circa 450.000 litri /gìorno) per una porta aerei con un equipaggio di 6.000 persone. Il flusso medio di acque grigie a bordo di tali navi può variare da circa 2.8 galloni/minuto (circa 10 litri/minuto) a circa 83,3 galloni/minu to (circa 315 litri/minuto) con punte che vanno da circa 8,4 galloni /minuto (circa 32 litri/minuto a circa 250 galloni /minuto (circa 950 litri/minuto) .
I normali impianti di coalescenza e i separatori centrifughi sono inadeguati per il trattamento e la purificazione delle acque grigie, poiché, per esempio, la viscosità e la tensione superficiale dei saponi e dell'acqua sono troppo vicine per permetterne una separazione soddisfacente. Molti navi scaricano direttamente le acque grigie. senza trattamenti. in acque navigabili, compresi i laghi ed acque prossime alla costa. Alcune navi sono dotate di serbatoio .di concent razione . accumulo e trasferimento allo scopo di trattenere le acque grigie fino a quando possono essere pompate in un impianto di trattamento a terra. Queste navi utilizzano il sistema dei serbatoi di concentrazione. accumulo e tras ferimento nel tentativo di evitare di scaricare acque grigie entro laghi ed acque prossime alla costa, ma normalmente scaricano le acque grigie in alto mare o. quando i serbatoi sono pieni, anche in altre acque navigabili. Nelle zone sempre piu diffuse in cui è vietato lo scarico delle acque grigie, si ricorre a soluzioni costose e impegnative, come il trasferimento delle acque grigie stoccate in navi cisterna, oppure le proibizioni vengono semplicemente ignorate,
Rimane comunque la necessità di un sistema efficace ed economico per ridurre le acque di scarico, particolarmente lo scarico delle acque grigie dalle navi. Uno scopo della presente invenzione consiste nel provvedere tali sistemi di trattamento. Un altro scopo della presente invenzione consiste nel concentrare i contaminanti delle acque di scarico per poterle immagazzinare e scaricare più facilmente, permettendo nello stesso tempo lo scarico di acqua purificata recuperata. E' pure uno scopo della presente invenzione il provvedere un mezzo per il trattamento delle acque di scarico, particolarmente acque grigie, in modo da riciclare l'acqua reimpiegabile e quindi risparmiare acqua. Questi ed altri scopi e vantaggi della presente invenzione. come pure ulteriori caratteristiche inventive. saranno resi evidenti dalla descrizione che segue.
BREVE SOMMARIO DELL'INVENZIONE
La presente invenzione provvede un procedimento ed apparecchiatura per il trattamento di acque di scarico. Il procedimento e l'apparecchiatura della presente invenzione sono particolarmente adatti per il trattamento di acque di scarico contenenti materiale particolato e olio libero, particolarmente acque grigie marine.
Il procedimento della presente invenzione per il trattamento di acque di scarico contenenti materiale particolato ed olio libero, comprende la rimozione dell'olio libero dall'acqua di scarico, il passaggio dell’acqua di scarico attraverso un primo mezzo filtrante avente una dimensione reale dei pori di circa 200 pm o meno, il sottoporre l'acqua di scarico a filtrazione dinamica utilizzando un secondo mezzo di filtrazione avente una dimensione reale dei pori di circa 5 pm o meno, ed il portare a contatto le acque di scarico con un letto assorbente per ottenere un flusso di acqua purificata.
L'apparecchiatura della presente invenzione per il trattamento di acque di scarico contenenti materiale particolato ed olio libero comprende: (a) mezzi per rimuovere l'olio libero dall'acqua di scarico, (b) mezzi per trasferire le acque di scarico. dopo la rimozione dell'olio libero, ad un primo mezzo di filtrazione, (c) un primo mezzo di filtrazione avente una dimensione reale dei pori di circa 200 pm o meno, (d) mezzi per trasferire le acque di scarico, dopo il passaggio attraverso il primo mezzo di filtrazione, ad una apparecchiatura di filtrazione dinamica, (e) un gruppo 'di filtrazione dinamica comprendente un secondo mezzo di filtrazione avente una dimensione reale dei pori di circa 5 pm o meno, (f) mezzi per trasferire le acque di scarico dopo il passaggio attraverso il secondo mezzo di filtrazione ad un letto assorbente e (f) un letto assorbente.
DESCRIZIONE DELLE REALIZZAZIONI PREFERITE
La presente invenzione è basata sulla scoperta che le acque di scarico possono essere trattate per concentrare i contaminanti nelle acque di scarico e provvedere un flusso di acqua purificata, ritrattando le acque di scarico per rimuovere le particelle più grandi e l'olio libero, sottoponendo le acque di scarico a filtrazione dinamica utilizzando il mezzo di filtrazione avente una dimensione reale dei pori di circa 5 pm o meno, e quindi portando a contatto le acque di scarico con un letto assorbente adatto per rimuovere gli eventuali contaminanti rimanenti. Il flusso di acqua di scarico può quindi essere ulteriormente trattato, riciclato e/oppure scaricato a seconda dei casi, mentre i flussi concentrati possono essere ulter iormente trattati o conservati per uno scarico in luogo adeguato.
Sebbene la presente invenzione sia particolarmente adatta per il trattamento di acque grigie, specialmente acque grigie marine, il procedimento e l'apparecchiatura della presente invenzione possono essere impiegati per trattare altri tipi di acque di scarico. Altri usi adatti della presente invenzione comprendono il trattamento di acque di scarico provenienti da impianto per la lavorazione di prodotti alimentari, come birrerie, panetterie. latterie, impianti per il trattamento dell'amido di patata dolce, impianti per la lavorazione del pollame, lavanderie, impianti tessili, impianti farmaceutici e simili. La presente invenzione è descritta in questa sede nel contesto del trattamento delle acque grigie marine, sebbene si possa comprendere che rientra facilmente nella competenza di un tecnico del settore l'ut lizzazione della presente invenzione in altri contesti.
Caratteri stiche delle acque di scafieo e delle acque pur ificate
La funzione della presente invenzione, applicata al trattamento delle acque grigie marine, consiste nel ridurre la quantità e/oppure la concentrazione dei vari contaminanti a valori inferiori agli standard indicati per le acque che li ricevono, cioè quelle acque naturali nelle quali le acque grigie possono essere scaricate da una nave. Le caratteristiche tipiche delle acque grigie e delle acque riceventi sono riportate nella tabella seguente.
e
Il valore dei solidi totali (TS) è la somma dei
solidi sospesi totali (TSS) e dei solidi discio Iti
totali. I solidi totali corrispondono al residuo che
rimane dopo l'evaporazione. La richiesta di ossigeno
biochimico (BOD) rappresenta la quantità di ossigeno
disciolto richiesta durante la stabilizzazione delle
sostanze organiche decomponibili per azione
biochimica aerobica nell'acqua. La richiesta di
ossigeno chimico (COD) è una misura della quantità
di componenti ossidabili presenti nell'acqua.
La presente invenzione è quindi particolarmente
adatta per il trattamento di acque di scarico
comprendenti almeno circa 150 mg/l di solidi totali.
almeno circa 100 mg/l di solidi sospesi totali, almeno circa 100 mg/l di B00 , almeno circa 200 mg/l di COD , ed almeno circa 15 mg/l di oli e grassi. Tali acque di scarico possono anche contenere coliformi fecali, per esempio in una concentrazione sino a circa 10<6 >. 10<8 >o più coliformi fecali per 100 mi. Le acque di scarico possono anche contenere cloro residuo, per esempio in una concentrazione fino a circa 20 mg/l o più, e possono contenere meno di 5 mg/l di ossigeno disciolto. eventualmente anche non contenere praticamente ossigeno disciolto. Π pH di tali acque di scarico può generalmente avere qualsiasi valore (dipende dalla stabilità della attrezzatura che viene utilizzata), sebbene la presente invenzione funzioni meglio con valori di pH compresi tra circa 5 e 12.
Il trattamento di acque di scarico secondo la presente invenzione comporta. in parte, la successiva separazione di particelle più piccole dal flusso di acque di scarico. Mentre tale procedimento di separazione può essere efficace per allontanare particelle sospese dalle acque di scarico, sarà normalmente desiderabile pretrattare le acque di scarico per rimuovere olio libero e post trattare l'effluente per rimuovere altri contaminanti. La realizzazione preferita della presente invenzióne comprende tali pre- e post-trattamenti.
La presente invenzione tratta preferibilmente acque di scarico tali che il flusso di acqua purificata contenga meno di circa 150 mg/l, preferibilmente meno di circa 30 mg/l, di solidi totali, meno di circa 100 mg/l, preferibilmente meno di circa 30 mg/l di solidi sospesi totali, meno di circa 100 mg/l, preferibilmente meno di circa 30 mg/l, di B00 , meno di circa 100 mg/l, preferibilmente meno di circa 90 mg/l, di COD, e meno di circa 15 mg/l di oli e grassi. Il flusso di acqua purificata contiene pure preferibilmente meno di circa 14 coliformi fecali/100 mi. meno di circa 0.0002 mg/l di cloro residuo ed almeno circa 5 mg/l di ossigeno disciolto. Il pH del flusso di acqua purificata è preferibilmente di circa 6-9, più preferibilmente circa 6.5 - 8,5. Più preferibilmente, il flusso di acqua purificata è adatto per essere scaricato in acque riceventi limitate secondo le disposizioni U.S., cioè il flusso di acqua purificata contiene meno di circa 30 mg/l di solidi sospesi totali, meno di circa 30 mg/l di BOD. meno di circa 14 coliformi fecali/100 mi. meno di circa 0,0002 mg/l di cloro residuo ed almeno circa 5 mg/l di ossigeno disciolto, con un pH di cirea 6,5 - 8,5.
Pretrattamento
Il pretrattamento delle acque di scarico prima di sottoporle a filtrazione dinamica comprende preferibilmente l'allontanamento dell'olio libero delle acque di scarico e quindi il far passare le acque di scarico attraverso un primo mezzo di filtrazione. L'olio libero può essere rimosso dalle acque di scarico con qualsiasi mezzo opportuno, preferibilmente portando a contatto le acque di scarico con un materiale, quale cotone, preferibilmente sotto forma di tessuto spugnoso. Che assorbe l'olio libero. Il primo mezzo di filtrazione ha preferibilmente una dimensione reale dei pori di circa 200 pm o meno, piu preferibilmente circa 160 pm o meno. L'allontanamento dell'olio libero e dei particoìati relativamente più grandi dalle acque di scarico prima di sottoporle a filtrazione dinamica, è previsto per garantire il regolare funzionamento del successivo procedimento di filtrazione dinamica ed evitare intasamento prematuro del mezzo di filtrazione impiegato nell'apparecchiatura di filtrazione dinamica.
Per facilitare ulteriormente l'efficente trattamento delle acque di scarico, queste vengono preferibilmente passate attraverso un separatore prima del passaggio attraverso il primo mezzo di filtrazione (e pure preferibilmente prima della rimozione dell'olio libero, sebbene questo non sia significativo). Si può utilizzare qualsiasi separatore, per esempio un separatore duplex, ed il separatore ha lo scopo di separare le particelle di dimensioni maggiori (come capelli, residui di lavanderia e simili) e, come tale, potrà tipicamente essere una piastra perforata, oppure. piu preferibilmente un vaglio a rete. Un vaglio a rete separatore adatto può avere qualsiasi configurazione opportuna, ma avrà preferibilmente circa 10-50 fili per pollice lineare (circa 4-20 fili per cm lineare) in ciascuna direzione, con qualsiasi diametro opportuno del filo, per esempio tra circa 0.002 e 0.02 pollici (circa 50 - 500 um). Più preferibilmente, tale rete a maglia di separazione avrà circa 20-40 fili per pollice lineare (circa ’8-16 fili per cm lineare) più preferibilmente circa 30 fili per pollice lineare (circa 12 fili per cm lineare), in ognuna delle direzioni, con qualsiasi diametro adatto dei fili, per esempio tra circa 0,002 e 0.02 pollici (circa 50-500 prti).
preferibilmente tra circa 0,005 e 0,01 pollici (circa 125-250 pm) . Il separatore rimuove desiderabilmente le particelle con diametro superiore a circa 1000 pm, preferibilmente con diametro di almeno circa 600 pm.
Il separatore è preferibilmente dimensionato in modo da ridurre la frequenza di intasamento. pur separando la maggior quantità possibile di materiale particolato, particolarmente materiale particolato che potrebbe disturbare il funzionamento soddisfacente del primo mezzo di filtrazione. Per permettere un funzionamento continuo, si impiega preferibilmente un separatore duplex commutabile in modo ciie, quando uno dei separatori si intasa, può essere escluso dal ciclo commutando il flusso sul secondo separatore. Il separatore escluso dal ciclo viene quindi lavato in contro corrente con qualsiasi mezzo adatto, per esempio con un volume relativamente piccolo di acque di scarico oppure acqua purificata oppure con impulsi di aria, in modo da ripulirlo per poter essere reimpiegato. L'effluente può essere trasferito ad un apposito serbatoio del concentrato per essere successivamente scaricato. Il lavaggio in contro corrente può essere effettuato automaticamente per evitare la necessità dell'intervento di un operatore in tale operazione. Le acque di scarico vengono pure preferibilmente passate in un serbatoio di accumulo prima del passaggio attraverso il primo mezzo di filtrazione (e, preferibilmente, anche prima del passaggio attraverso il separatore, se vigne utilizzato, e prima della rimozione dell'olio libero sebbene, anche in questo caso, questo non sia particolarmente importante). Il serbatoio di accumulo è preferibilmente costruito in modo da permettere ai prodotti ad alta densità trascinati dalle acque di scarico di depositarsi sul fondo del serbatoio stesso, in modo da separarsi dalle acque di scarico. Per esempio, il serbatoio di accumulo può essere dotato di deflettori e/oppure lo scarico può essere posto ad una breve distanza, per esempio alcuni cm, al di sopra del fondo del serbatoio stesso. affinché il materiale ad alta densità contenuto nelle acque di scarico si possa depositare sul fondo del serbatoio. Sotto questo aspetto. il fondo del serbatoio di accumulo può avere un coperchio di accesso rimuovibile per facilitare l'occasionale rimozione periodica dei contaminanti ad alta densità. Il separatore e/oppure mezzi per effettuare la separazione dell'olio libero possono essere, e sono preferibilmente, contenuti entro il serbatoio di accumulo. In particolare, il serbatoio di accumulo contiene preferibilmente superfici inclinate tali che le acque di scarico possdno fluire alternativamente verso l'alto e verso il basso, e tali superfici inclinate non soltanto contribuiscono alla rimozione dei materiali ad alta densità dalle acque di scarico ma contribuiscono pure alla separazione dell'olio libero dalle acque stesse.
Oltre a facilitare la rimozione dei materiali ad alta densità dalle acque di scarico, il serbatoio di accumulo assicura una certa regolarizzazione delle acque di scarico in arrivo. Il volume e la concentrazione dei contaminanti nelle acque di scarico possono variare lungo il giorno a seconda del particolare impiego finale, come a bordo di imbarcazioni, e, quindi, il successivo trattamento produrrà risultati migliori se le variazioni ,di flusso e di concentrazioni vengono mediate o regolarizzate nel serbatoio di accumulo. Tale regolarizzazione può avere un particolare effetto sulle possibili escursioni della BOD del pH e di altri parametri. Inoltre, in molti usi finali, particolarmente a bordo di imbarcazioni. il serbatoio di accumulo è dimensionato desiderabilmente in modo da raccogliere e contenere un volume equivalente al flusso di punta per un ragionevole periodo di tempo. Per esempio da circa 1 ora a alcune ore, in modo da assicurare che il sistema di trattamento non viene sovraccaricato nei momenti di eccessiva generazione di acque di scarico (sebbene il volume del serbatoio di accumulo possa essere più grande o più piccolo a seconda della generazione specifica di acque di scarico e della capacità del sistema di trattamento).
In ogni momento del procedimento di pre trattamento, desiderabilmente prima del passaggio delle acque di scarico attraverso il primo mezzo di filtrazione e preferibilmente dopo il passaggio attraverso un opportuno serbatoio di accumulo per rimuovere i materiali ad alta densità, le acque di scarico possono essere sottoposte a qualsiasi azione opportuna che riduca la dimensione dei particolati nelle acque stesse, per esempio contatto con lame rotanti, allo scopo di facilitare la rimozione di tali particolati senza influenzare negativamente in modo indebito i successivi mezzi di filtrazione. I mezzi mediante i quali la dimensione del particolato viene ridotta, possono anche essere mezzi mediante i quali le acque di scarico vengono trasferite dal serbatoio di accumulo e passate a valle per l'ulteriore trattamento, per esempio attraverso il separatore ed il primo mezzo di filtrazione. Così, per esempio, lo scarico del serbatoio di accumulo può essere collegato con una opportuna tubazione, ad una pompa maceratrice. La pompa maceratrice preleva l'acqua di scarico dal serbatoio di accumulo, riduce i materiali solidi a particelle più piccole, e assicura la pressione per forzare le acque di scarico attraverso il resto del sistema di trattamento. La pompa maceratrice può essere posizionata all'esterno del serbatoio di accumulo o all'interno del serbatoio stesso. Se si utilizza una pompa maceratrice. questa viene preferibilmente dotata di un vaglio di ingresso integrale, che viene inserito nel serbatoio di scarico, in modo che i frammenti raccolti sul vaglio possono essere lavati in contro corrente nel modo necessario sul fondo del serbatoio di accumulo per la successiva rimozione. Il vaglio di entrata è preferibilmente dimensionato in modo da ridurre la frequenza delle ripuliture, pur eliminando tutti i particolati di dimensione sufficiente che altrimenti creerebbero problemi alla pompa maceratrice.
Durante il procedimento di pre-trattamento, si possono aggiungere opportuni prodotti chimici di trattamento nelle acque di scarico, sebbene non sia generalmente necessario farlo. Tali prodotti chimici possono essere aggiunti alle acque di scarico con qualsiasi mezzo adatto, per esempio con un sistema di alimentazione di tali prodotti. I sistemi di alimentazione di prodotti chimici comprendono preferibilmente una pompa a pistone ed un dispositivo di controllo elettronico tale che i sensori installati a valle siano in grado di avviare segnali ai controllori elettronici per regolare automaticamente la velocità di alimentazione di prodotto chimico. Le pompe per il prodotto chimico possono essere collegate direttamente ad opportuni contenitori di accumulo e recipienti contenenti i prodotti chimici da aggiungere alle acque di scarico, con opportuni mezzi, per esempio con tubi di aspirazione flessibili. In particolare, si può aggiungere acido alle acque di scarico per neutralizzarle, e si possono aggiungere coagulanti per migliorare l'efficienza di separazione nel gruppo di filtrazione dinamica.
Filtrazione dinamica
Dopo il pretrattamento, le acque di scarico vengono sottoposte a filtrazione dinamica utilizzando un secondo mezzo di filtrazione avente una dimensione reale dei pori di circa 5 pm o meno. Un procedimento di filtrazione dinamica ha lo scopo di rimuovere praticamente tutto il particolato rimanente nelle acque di scarico, preferibilmente senza la necessità di una ulteriore filtrazione, cioè ultrafiltrazione.
A questo livello di filtrazione, in un trattamento efficiente e pratico delle acque grigie a bordo di imbarcazioni, si è trovato che una filtrazione efficace può essere fatta soltanto con l'impiego della filtrazione dinamica. Specificamente, le dimensioni reali dei pori del mezzo filtrante sono così piccole, e la superficie effettiva del mezzo filtrante è così limitata, che l'intasamento dei pori del mezzo filtrante e la formazione di strati di torta di filtrazione adiacente la superficie del mezzo filtrante si presentano come problemi con l'impiego di elementi filtranti di tipo a barriera ordinari.
Per il trattamento delle acque grigie, la filtrazione diretta a barriera non è soddisfacente come la filtrazione dinamica per una serie di ragioni. Alcune di queste ragioni risiedono nel fatto che i volumi e le concentrazioni di contaminante sono generalmente troppo elevati per l’uso efficace dei filtri diretti, un sistema in contro corrente efficace sarebbe proibitivamente grande, ed il prerivestimento (che è necessario per mantenere i contaminanti comprimibili o appiccicosi lontani dal mezzo filtrante) richiede l'introduzione di altri prodotti chimici che debbono poi essere eventualmente scaricati con gli scarichi concentrati.
La filtrazione dinamica è un allargamento del concetto di filtrazione a flusso incrociato. Il principio operativo e quello di mantenere un mezzo filtrante esente da intasamento o otturazione respingendo il materiale particolato dall'elemento filtrante ed impedendo la formazione di strati .di torta presso il mezzo filtrante. Questi risultati vengono ottenuti facendo muovere il fluido da filtrare a velocità sufficiente rispetto al mezzo di filtrazione da produrre elevati carichi di taglio come pure elevate forze di sollevamento sulle particelle. come per esempio con l'uso di mezzi rotanti. oscillanti. a movimento alternativo o vibratorio. La velocità di taglio all'interfaccia tra fluido e mezzo filtrante è pressoché indipendente dalla velocità trasversale del fluido, al contrario di quanto succede nelle tecniche di filtrazione tangenziale o a flusso incrociato (che presentano, tra l’altro, problemi come la precoce otturazione del filtro dovuta all'assorbimento di composto ed alla elevata e non uniforme caduta di pressione, associata con elevate velocità tangenziali per tutto il filtro, causando potenzialmente flussi di controcorrente nel mezzo di filtrazione e riducendo la filtrazione).
La filtrazione dinamica presenta un certo numero di caratteristiche vantaggiose nel contesto della presente invenzione. Nei gruppi di filtrazione dinamica possono essere ottenute velocità di taglio molto elevate in modo da provvedere un sollevamento migliorato per respingere le piccole particelle e/oppure permettere elevate velocità di flusso del permeato. Si è osservato che l'aumento della velocità di flusso del permeato è approssimativamente proporzionale all'aumento della velocità di taglio in alcuni sistemi. Ciò significa che la superficie filtrante necessaria può essere fortemente ridotta rispetto ad altri mezzi di filtrazione. Poiché il taglio può essere distribuito uniformemente attraverso il sistema, velocità di flusso uniformemente elevate possono essere ottenute e mantenute nel sistema in modo tale che si elimina il progressivo intasamento e si possono realizzare tempi di filtrazione più lunghi. Inoltre, adottando la filtrazione dinamica, è possibile ottenere elevate concentrazioni di particolati agglomerati per la rimozione dal fluido trattato.
Un gruppo di filtrazione dinamica ha la capacità di trattare un ampio campo di contaminanti, ottenere una concentrazione apprezzabilmente elevata di solidi trattenuti, funzionare in continuo per periodi di tempo prolungati senza la necessità di coadiuvanti di filtrazione e/oppure lavaggi in contro corrente, ed ottenere caratteristiche di filtrazione uniformemente elevate per minimizzare la dimensione generale del sistema. Il gruppo di filtrazione dinamica può avere una qualsiasi configurazione adatta e comprenderà tipicamente ,un alloggiamento che contiene un gruppo filtrante comprendente uno o più mezzi di filtrazione ed un mezzo per realizzare il movimento relativo tra il mezzo di filtrazione e le acque di scarico. Il mezzo di filtrazione del gruppo filtrante ed il mezzo per effettuare il movimento relativo tra il fluido da filtrare ed il mezzo di filtrazione, possono avere una varietà di conformazioni adatte. Una varietà di mezzi adatti può essere utilizzata per realizzare tali movimenti relativi. come. per esempio, movimento rotatorio, di oscillazione, alternativo o di vibrazione.
Il gruppo di filtrazione dinamica può essere costituito da un qualsiasi dispositivo adatto. Sistemi di filtrazione dinamica adatti di tipo cilindrico sono descritti nei brevetti U.S.
3.797.662. 4.066.554. 4.093.552. 4.427.552.
4.900.440 e 4.956.102. Sistemi adatti di filtrazione dinamica a disco rotante sono descritti nei brevetti U.S. 3.997.447 e 5.037.562. come pure nella domanda di brevetto U.S. N. 07/812.123. Gruppi adatti oscillanti, di moto alternativo o vibratori per filtrazione dinamica sono generalmente descritti nei brevetti U.S. N. 4.872.988. 4,952.317 e 5.014.564. Altri dispositivi di filtrazione dinamica sono descritti in Murkes "Fundamental of Crossflow Filtration." Separation and Purification Methods. 19 (1), 1-29 (1990). Inoltre, molti gruppi di filtrazione dinamica sono disponibili in commercio. Per esempio, gruppi di filtrazione dinamica adatti comprendono il filtro rotativo CROT Pai1-BDF-LAB, A5EA Brown Bovery. ed il New Logic V-SEP. Mentre la desiderata rimozione del particolato può essere ottenuta con qualsiasi gruppo di filtrazione dinamica adatto, si è trovato che l’impiego di filtrazione dinamica a vibrazione, come esemplificato generalmente dal filtro New Logic V-SEP, è particolarmente adatto nel contesto della presente invenzione.
La filtrazione dinamica crea desiderabilmente forze di taglio di almeno 20.000 secondi<-1 >preferibilmente di almeno circa 100.000 secondi <-1>. Le velocità di filtrazione ottimali verranno ottenute ad elevate velocità di taglio e. poiché il danno da taglio al concentrato non è un problema nel trattamento delle acque di scarico, si preferiscono i carichi di taglio più elevati, nei limiti della attrezzatura impiegata.
Qualsiasi mezzo di filtrazione adatto può essere utilizzato nel gruppo di filtrazione dinamica. Generalmente, si preferiscono mezzi di filtrazione con dimensioni dei pori reali più piccole, in modo da ridurre al minimo od evitare la necessità di un post trattamento delle acque di scarico. Così, mentre il mezzo di filtrazione ha una dimensione reale dei pori di circa 5 um o meno, il mezzo di filtrazione ha preferibilmente una dimensione reale dei pori di circa 1 pm o meno, più preferibilmente circa 0,5 pm o meno. Il mezzo di filtrazione dinamica più preferibilmente ha un taglio di peso molecolare di circa 200 Daltons o meno, e. come è specialmente desiderabile, è un mezzo di filtrazione dinamica costituito da una membrana ad osmosi inversa in grado di respingere almeno il 97% dei sali (il che è ritenuto equivalente ad una membrana avente un taglio di peso molecolare di circa 50 Daltons ). La membrana ad osmosi inversa capace di respingere almeno il 97% dei sali è la membrana con porosità più fine che sia impiegabile praticamente nel contesto della presente invenzione. Dopo il passaggio delle acque di scarico attraverso il gruppo di filtrazione dinamica, le acque non debbono desiderabilmente essere sottoposte ad ulteriore filtrazione con passaggio attraverso un mezzo filtrante. ma piuttosto possono essere semplicemente sottoposte ad un trattamento con un letto assorbente, (e possibilmente un altro trattamento post filtrazione quale ozonizzazione ed esposizione a UV) per eliminare eventuali contaminanti rimanenti. Il gruppo di filtrazione dinamica è collegato, per mezzo di adatte condotte di fluido. ad un opportuno serbatoio del concentrato. I contaminanti concentrati provenienti dal gruppo di filtrazione dinamica vengono preferibilmente scaricati periodicamente nel serbatoio del concentrato. Per controllare il gruppo di filtrazione dinamica si può impiegare qualsia,si mezzo adatto, come un qualsiasi mezzo di contro corrente utilizzabile. Si preferisce che il controllo della contro corrente venga impiegato in correlazione con il meccanismo motore del gruppo di filtrazione dinamica. per avvertire l'aumento di coppia associato con l'incremento di viscosità dei contaminanti concentrati e azionare le valvole di controllo per scaricare automaticamente i contaminanti concentrati nel serbatoio del concentrato. Nel trattamento di acque di scarico, il gruppo di filtrazione dinamica eliminerà molto del carico di particolato. Specificamente, il gruppo di filtrazione dinamica eliminerà la gran parte dei solidi sospesi totali e ridurrà le quote di BOD e COD associate ai particolati. Il gruppo di filtrazione dinamica eliminerà pure preferibilmente molecole ed agglomerati non desiderabili, per esempio quelle il cui peso molecolare sia almeno circa 5oo Daltons (fino a circa 30.000 Daltons o più), più preferibilmente quelle con pesi molecolari di almeno circa 200 Daltons, e ancora più preferibilmente quelle con pesi molecolari di almeno circa 50 Daltons. Nel trattamento delle acque di scarico. il gruppo di filtrazione dinamica rimuove preferibilmente molti composti organici più piccoli, particolarmente quelli legati a micelle di sapone, il che ha l'effetto di ridurre la BOD ed abbassare il pH , per quanto l'aumento del pH sia provocato dalle soluzioni di sapone. Il gruppo di filtrazione dinamica ha pure preferibilmente l'effetto di eliminare pressoché tutti i solidi sospesi ed i coliformi fecali.
Mentre il concentrato proveniente dal gruppo di filtrazione dinamica viene infine passato, attraverso condotte a fluido opportune, in un serbatoio del concentrato adatto, questo può essere effettuato dopo che il concentrato è stato riciclato per l'ulteriore concentrazione. Poiché il procedimento di filtrazione dinamica viene migliorato da elevate velocità del fluido che tendono a ridurre la velocità di intasamento del mezzo filtrante, si preferisce che il gruppo di filtrazione dinamica utilizzi una pompa di ric ireolazione per aspirare dalle estremità di scarico del gruppo di filtrazione dinamica e scaricare all'estremità di ingresso del gruppo stesso. Si preferiscono velocità di ric ircolazione tra 1 e 10 volte la velocità del flusso di scarico, l· con una preferenza per le velocità di flusso più elevate nel trattamento di fluidi molto contaminati. Due o più gruppi di filtrazione dinamica posso.no essere collegati in un sistema multiplex per assicurare la possibilità di commutazione ad un gruppo di filtrazione dinamica fresco quando uno dei gruppi si intasa.
Post-trattamento
Il filtrato proveniente dal gruppo di filtrazione dinamica può essere essenzialmente acqua sterilizzata a seconda della natura e della quantità precisa dei contaminanti presenti nelle acque di scarico e della particolare dimensione dei pori del gruppo di filtrazione dinamica. Il gruppo di filtrazione dinamica può rimuovere batteri, lieviti, fungfii e simili dalle acque di scarico e può ridurre, se non eliminare, le endotossine. Mentì<’>e il filtrato proveniente dal gruppo di filtrazione dinamica non abbisogna necessariamente di ulteriori trattamenti, il filtrato viene preferibilmente ancora trattato per ridurre e preferibilmente eliminare, tutti i microorganismi.
virus e composti organici ed inorganici residui. Così. dopo che le acque di scarico sono state sottoposte a filtrazione dinamica, esse vengono portate a contatto con un letto assorbente opportuno per rimuovere tutti tali possibili contaminanti rimanenti nelle acque stesse, particolarmente i contaminanti organici ed inorganici, come cloro e ioni metallici (specialmente arsenico che viene usato a bordo delle imbarcazioni come veleno per i topi e può finire nelle acque grigie marine). come pure certi contaminanti microbici. che possono essere passati attraverso il mezzo di filtrazione dinamica.
Il letto assorbente può comprendere qualsiasi materiale (materiali) assorbente adatto, e comprenderà tipicamente uno o più componenti scelti dal gruppo costituito da assorbenti carboniosi, allumina attivata, idrogel di silice. zeolite e componenti metallici che generano cationi metallici. Gli assorbenti carboniosi possono essere a base di carbone, gusci di frutta come gusci di noce di cocco, a base legnosa, a base di carboni di petrolio attivati, carboni sintetici e loro miscele. L'assorbente carbonioso è più preferibilmente carbone attivo, I componenti metallici che generano cationi metallici vengono scelti preferibilmente dal gruppo costituito da rame, zinco, ottone, manganese, argento e loro miscele, e più preferibilmente sono particelle di ottone.
Poiché la natura precisa delle acque di scarico può essere sconosciuta e può variare da un giorno all’altro, il letto assorbente è preferibilmente un letto assorbente misto contenente una varietà di materiali assorbenti in grado di agire su una varietà di potenziali contaminanti. Tale letto assorbente preferito misto può contenere, per esempio, circa il 40-80% in peso di assorbente carbonioso, circa il 5-20% in peso di allumina attivata. circa il 5-20% in peso di idrogel di silice, circa il 5-20% in peso di zeolite e circa 0-10% in peso di componenti metallici che formano cationi metallici, Il letto assorbente comprende piu preferibilmente carbone attivato, allumina attivata, idrogel di silice, zeolite e particelle di ottone. I letti assorbenti preferiti sono descritti, per esempio, nel brevetto U.S. 5.178.768 e nella domanda di brevetto U.S. N. 08/118.998. Dopo che il letto assorbente è stato caricato con i contaminanti in modo tale che la sua capacità a rimuovere ulteriori contaminanti risulta influenzata negativamente, iil letto assorbente può essere sostituito, o più preferibilmente, rigenerato e riutilizzato. Il letto assorbente può venire rigenerato con qualsiasi mezzo adatto, per esempio con acqua a circa 200“F (circa 93°C) secondo il procedimento descritto nel brevetto U.S. 5.281.344.
Mentre il filtrato proveniente dal gruppo di filtrazione dinamica viene preferibilmente fatto passare, attraverso tubazioni opportune, direttamente al letto assorbente. il filtrato proveniente dal gruppo di filtrazione dinamica può essere fatto passare attraverso tubazioni opportune ad un sistema di ozonizzazione prima di essere portato a contatto con il letto assorbente. Il sistema di ozoni zzazione genera ozono per ripulire le acque di scarico filtrate poiché l'ozono è in grado sterilizzare le acque di scarico ed ossidare molti composti organici. come pure eliminare microorganismi e virus che possono essere passati attraverso i filtri a monte. Tale azione disinfettante può essere tipicamente effettuata con una concentrazione di ozono di almeno circa 0,5 mg/l, preferibilmente almeno circa 1 mg/l, nell'acqua. L'ozono non produce effetti secondari negativi e scompare rapidamente dall'acqua trattata.
L'ozono può essere fornito con un qualsiasi sistema opportuno .
I sistema di ozonizzazione comprende preferibilmente un essiccatore d'aria pressurizzato ad assorbimento oscillante, un generatore di ozono, un mezzo di contatto per l’ozono, e, più pre feribilmente . una lampada UV ed un altro mezzo di contatto per l'ozono. Il generatore di ozono può essere un qualsiasi dispositivo adatto, per esempio un dispositivo convenzionale che produce ozono accelerando elettroni tra due elettrodi. L'alimentazione per il generatore dell'ozono è costituita o da aria filtrata e secca o da ossigeno. Una alimentazione con ossigeno produce più ozono ed ha concentrazione maggiore. Le concentrazioni variano tipicamente tra l'1 e l'8% in peso, con concentrazioni del 2% in peso tipiche di alimentazione con l'aria e concentrazioni del 3% in peso tipiche dell'alimentazione con ossigeno.
Nel caso di alimentazione con aria, l'aria compressa viene essiccata mediante un essiccatore d'aria pressur izzato ad assorbimento oscillante e letto doppio. Insieme a filtri appropriati. questa unità fornisce aria della qualità richiesta trattando l'aria, preferibilmente aria compressa, che passa attraverso una apertura di immissione adatta all'essiccatore pressurizzato ad assorbimento oscillante. Nel caso di alimentazione con ossigeno, l'ossigeno nell'aria compressa viene concentrato mediante un assorbitore di purificazione a deflessione. Tale sistema è simile a quello per l'essiccatore d'aria pressurizzato ad assorbimento oscillante, ad eccezione di dettagli per l’assorbente ed il ciclo. L'uso del sistema di alimentazione ad ossigeno richiede molta più aria ed un sistema di assorbimento più grande, e, quindi si preferisce il sistema di alimentazione ad aria. L'essiccatore d'aria pressurizzato ad assorbimento oscillante viene usato per purificare ed essiccare l'aria fino ad un basso punto di rugiada, per esempio -70 °C (circa -57°C). in modo che il generatore di ozono riceve aria filtrata molto secca per poter lavorare bene e produrre elevate concentrazioni di ozono per lunghi periodi.
Il miscelatore di ozono assicura un tempo di contatto sufficiente per la reazione del residuo organico nell'acqua di scarico filtrata con l'ozono generato dal generatore di ozono. L'ozono viene generato in fase gassosa e deve essere disciolto nelle acque di scarico filtrate. Sono disponibili vari procedimenti per il trasferimento o il contatto per effettuare la dissoluzione dell’ozono nell’acqua di scarico. Per esempio, l'ozono può essere fatto gorgogliare attraverso una colonna di acqua di scarico con o senza materiale di riempimento. L'ozono può anche venire iniettato in una tubazione che trasporta l’acqua di scarico, Il trasferimento dell'ozono nell'acqua di scarico viene migliorato impiegando un miscelatore statico in serie.
Il sistema di trattamento delle acque di scarico comprende pure preferibilmente un secondo miscelatore di ozono con una fonte di luce UV. La luce ultravioletta, particolarmente della lunghezza di 254 nm , produrrà radicali ossidrilici nell'acqua ozonizzata, e questi radicali. insieme all'ozono, potranno ossidare la maggior parte dei composti organici. Il secondo miscelatore di ozono con sorgente di luce ultravioletta garantisce il completamento di qualsiasi ossidazione desiderabile o necessaria nelle acque di scarico da parte dell' ozono .
L'ozono residuo può essere lasciato decomporre naturalmente ad ossigeno, poiché il suo periodo 'di semi permanenza è di circa 20 minuti nell'acqua a 70 “F (circa 21°C). La decomposizione dell'ozono può venire accelerata per riscaldamento. Un procedimento alternativo, che ha gli altri benefici di cui si è parlato prima.è l’impiego di irradiazione con luce ultravioletta. Per l'eliminazione dell'ozono si può anche impiegare un letto assorbente, particolarmente perché la superficie del letto assorbente può provvedere un sito per la decomposizione dell'ozono. Quindi, per quanto si riferisce al trattamento dell'acqua di scarico con ozono, tale contatto si verifica prefer ibilmente prima che si porti a contatto l'acqua di scarico con il letto assorbente. Un analizzatore di ozono può essere utilizzato per analizzare le acque di scarico trattate oppure il gas di scarico per controllare la comple ta eliminazione dell'ozono dall'acqua. Le acque di scarico trattate vengono poi prelevate dallo scarico del sistema di trattamento come flusso di acqua purificata.
Un serbatoio del concentrato può essere previsto per trattenere il concentrato generato nel procedimento di trattamento in modo da poterlo scaricare successivamente in un punto opportuno. P.er esempio, nel caso di acque grigie marine generate a bordo di una imbarcazione, il concentrato può essere pompato quando l'imbarcazione si trova in porto con impianti di smaltimento o imbarcazioni di trasporto a portata di mano, oppure in mare aperto fuori dalle acque controllate.
Le acque di scarico trattate possono essere ulteriormente trattate, riciclate e/oppure scaricate, a seconda dei casi. Il sistema di trattamento è preferibilmente previsto in modo da purificare le acque grigie fino ad un punto tale da poter essere scaricate in acque nelle quali esistono limiti di scarico.
L'efficienza del sistema di trattamento è tale che con un ingombro di circa 20 piedi (circa 6 metri) di lunghezza x 10 piedi (circa 3 metri) di larghezza x 10 piedi ( circa 3 metri) di altezza, è in grado di trattare fino a 5 galloni (19 litri) di acque grigie al minuto a bordo, con una manutenzione minima.
Apparecchiatura
Per realizzare la presente invenzione si può impiegare qualsiasi apparecchiatura adatta. Generalmente, tale apparecchiatura per il trattamento di acque di scarico contenenti materiale particolato e olio libero comprenderà (a) mezzi pér rimuovere l'olio libero dalle acque di scarico (b) mezzi per avviare le acque di scarico, dopo la rimozione dell'olio libero, ad un primo mezzo di filtrazione. (c) un primo mezzo di filtrazione avente una dimensione reale dei pori di circa 200 pm o meno, (d) mezzi per avviare le acque di scarico dopo il passaggio attraverso il primo mezzo di filtrazione ad una apparecchiatura di filtrazione dinamica, (e) un gruppo di filtrazione dinamica comprendente un secondo mezzo di filtrazione avente dimensione effettiva dei pori di circa 5 pm o meno, (f) mezzi per avviare le acque di scarico dopo il passaggio dopo il secondo mezzo di filtrazione ad un letto assorbente e (g) un letto assorbente.
L'apparecchiatura comprenderà inoltre prefe ribilmente un separatore attraverso il quale si fa passare l'acqua di scarico prima del passaggio attraverso il primo mezzo filtrante. Tale separatore sarà preferibilmente costituito da un vaglio a rete, come descritto in precedenza. nel contesto del procedimento della presente invenzione. Il primo mezzo di filtrazione ha preferibilmente una dimensione effettiva dei pori di circa 160 pm o meno, ed il mezzo per rimuovere l'olio libero comprende preferibilmente mezzi per contattare le acque di scarico con un materiale che assorbe l'olio libero, come cotone (per esempio tessuti spugnosi).
Come è stato spiegato più dettagliatamente con riferimento al procedimento della presente invenzione, il gruppo di filtrazione dinamica è preferibilmente in grado di creare forze di taglio di almeno circa 20.000 secondi <-1>, più preferibilmente forze di taglio di almeno circa 100.000 secondi<-1>. Il gruppo di filtrazione dinamica è piu preferibilmente un gruppo di filtrazione dinamica a vibrazione. Il secondo mezzo di filtrazione ha preferibilmente un valore di taglio del peso molecolare di circa 200 Daltons o meno, e più preferibilmente è una membrana ad osmosi inversa in grado di respingere almeno il 97% dei sali.
Come è stato pure spiegato più dettagliatamente in precedenza con riferimento al procedimento della presente invenzione, il letto assorbente può contenere qualsiasi materiale assorbente adatto previsto per rimuovere contaminanti che potrebbero passare attraverso il mezzo di filtrazione dinamica. Il letto assorbente comprende preferibilmente un assorbente carbonioso, particolarmente carbone attivo, allumina attivata, idrogel di silice, zeolite e componenti metallici che possano liberare cationi metallici (come rame, zinco, ottone, manganese, argento e loro miscele, particolarmente particelle di ottone).
L'apparecchiatura può inoltre comprendere un miscelatore di ozono per portare a contatto le acque di scarico con ozono prima di farle passare attraverso il letto assorbente (che può essere usato per rimuovere l'ozono residuo e/oppure facilitarne la decomposizione, come pure per rimuovere i prodotti di reazione dell’ozono). L’apparecchiatura può inoltre comprendere una fonte di irradiazione a luce ultravioletta per sottoporre le acque di scarico ozonizzate ad irradiazione ultravioletta, preferibilmente prima di portare le acque di scarico a contatto con il letto assorbente.
Nella maggior parte delle applicazioni, come descritto in precedenza in riferimento al procedimento della presente invenzione, l'apparecchiatura comprenderà inoltre un serbatoio di raccolta che permette di trattenere il materiale ad alta densità presente nelle acque di scarico facendolo depositare sul fondo del serbatoio stesso prima del trasferimento delle acque di scarico attraverso il separatore. L'apparecchiatura può anche comprendere mezzi per ridurre la dimensione dei particolati nelle acque di scarico prima del passaggio di queste attraverso il primo mezzo filtrante. L'apparecchiatura comprenderà tipicamente inoltre valvole adatte (per controllare il flusso delle acque di scarico), un serbatoio del concentrato (per lo stoccaggio temporaneo del concentrato), scarichi (quale un filtro di scarico a carbone per deodorare i gas scaricati dal serbatoio di stoccaggio delle acque di scarico ed al serbatoio del concentrato), e simili, come è noto nella tecnica.
Esempi
I seguenti esempi illustrano ulteriormente la presente invenzione, particolarmente l'impiego della filtrazione dinamica nel trattamento di fluidi. Questi esempi, naturalmente non debbono essere considerati in alcun modo come limitativi dello scopo della presente invenzione.
Esempio 1
Si prelevano due fusti da 55 galloni di acque grigie dal David Taylor Research Center e dalla adiacente Accademia Navale. Si ritiene che l’acqua grigia sia originata per il 45% da docce e lavabi, per il 33% da cucine e lavelli e per il 22% dalla lavanderia. Le prove vengono completate entro 72 ore dal prelievo del campione.
11 campione, appena ricevuto non sembra contenere particelle grandi. 25 galloni (circa 210 litri) delle acque grigie vengono passati attraverso un vaglio in acciaio inossidabile da 24 x 24 x 0,014 (f ili/pollice lineare x fili/pollice lineare x diametro dei fili (pollici)) (circa 9 fili per cm lineare in ambedue le direzioni, con un diametro dei fili di circa 356 pm). Per ridurre ulteriormente la dimensione di eventuali particelle grandi si impiega un dispositivo di scarico per scarti di uso domestico. Circa 15 galloni (circa 57 litri) dell'acqua prelevata vengono filtrati usando un microfiltro dinamico BDF-LAB (Pali Corporation). L'elemento filtrante è un cilindro equilibrato in acciaio inossidabile poroso tipo Pali S50-3PSS grado H, serie S, con una dimensione assoluta dei pori di 5 pm.
Metà del flusso in uscita viene concentrato, .e metà del flusso in uscita viene filtrato. Il filtro viene avviato impiegando acqua pulita per fissare i parametri operativi. Si passa quindi all'alimentazione con acque grigie, ed i parametri operativi vengono regolati opportunamente. Le velocità di flusso vengono mantenute costanti durante la prova, aumentando leggermente la pressione di funzionamento durante il corso della prova stessa. Sebbene il filtro sia stato provato soltanto per un breve tempo, è evidente che il filtro non si intasa tanto rapidamente quanto un filtro di tipo standard. La torbidità apparente del filtrato è notevolmente più bassa di quella del liquido in entrata. mentre la torbidità del concentrato è superiore a quella del liquido in entrata. Le velocità di flusso del permeato e le pressioni anulari a 10 e 30 minuti della prova sono riportate nella tabella seguente.
Circa due galloni (circa 8 litri) di filtrato vengono ozonizzati per 200 minuti. L'ozonizzatore adotta un circuito di ricircolazione con 30 piedi (circa 9,1 metri) di tubazione di rame. Per fornire l'ozono si utilizza un generatore di ozono della Clean Air Corporation, che produce 8 g/ore (circa 30 1 ora di ozono). Per l'immissione dell'ozono si impiega un aspiratore. Il contatto e la miscelazione dell'aria ozonizzata con l'acqua viene realizzato con una turbolenza di 6-8 piedi/minuto (circa 180-240 cm/minuto).
Le caratteristiche delle acque grigie in varie fasi del trattamento sono riportate nella tabella seguente.
Sebbene il totale di solidi sospesi (TSS) non sia stato misurato dopo la filtrazione, si ritiene che la sola filtrazione dinamica possa essere accreditata della diminuzione dei TSS da 26 mg/l a 6 mg/l. L'aumento della BOD dalle acque filtrate sino alla ozonizzazione, si ritiene sia il risultato del fatto che l'ozonizzazione converte materiale non biodegradabile in materiale biodegradabile. Dopo 200 minuti di ozonizzazione l'acqua rimane schiumosa, indicando che i saponi non sono stati demoliti. Il pH rimane invariato attraverso la filtrazione dinamica e l'ozonizzazione.
E' chiaro dalla prova che l’ozono è efficace nel ridurre la COD delle acque grigie. Sebbene sia stata utilizzata soltanto una piccola quantità di ozono, vi è stata una apprezzabile riduzione del COD. L'ozono è stato aggiunto alla concentrazione di 72 ppm per 200 minuti. Durante questo tempo. sono stati prelevati campioni dal serbatoio, riducendo il volume totale di acque grigie ed aumentando la concentrazione dell'ozono a ciascun nuovo periodo di tempo. Alla fine del tempo previsto, la concentrazione dell'ozono sarebbe stata di 43 mg/l, se non fosse stato consumato ozono nella reazione. Se tutto l'ozono fornito avesse reagito con composti COO, il COO si sarebbe ridotto di 43 mg/l. Il valore di COO. tuttavia, si è ridotto da 490 mg/l a 360 mg/l . con una diminuzione di 130 mg/l. Ques<'>ta diminuzione è tre volte più aita della riduzione di COD che può essere attribuita all'effetto del solo ozono .
L'ozono è stato introdotto nell'acqua per mezzo di una corrente d'an a. Nell'aria vi erano circa 3.000 volte in più di ossigeno rispetto all'ozono. L'ossigeno potrebbe essere efficace nel l'ossidare quei composti che vengono ossidati facilmente, e l'aria che fluisce attraverso l'acqua potrebbe anche asportare composti organici volatili. Questi meccanismi possono avere un peso per l'efficacia aggiunta del procedimento di ozonizzazione .
Sebbene l'ozono si sia dimostrato effica.ee nella riduzione del COD, e forse di BOD, è chiaro che una quantità significativa di ozono sarebbe necessaria per ridurre il COD e BOD a valori accettabili. dopo la sola filtrazione dinamica, utilizzando un mezzo di filtrazione che abbia una dimensione dei pori di 5 pm. Mentre questa prova dimostra la fattibilità della filtrazione dinamica e dell' ozonizzaz ione nel trattamento delle acque grigie. questa prova dimostra pure che è desiderabile utilizzare la filtrazione dinamica con un mezzo di filtrazione avente pori della dimensione inferiore a circa 5 pm.
Esempio 2
Un fusto da 55 galloni (circa 2101) di acque grigie viene prelevato dal David Taylor Research Center e filtrato attraverso una serie di filtri caratterizzati dalla dimensione decrescente dei pori. Il primo filtro è un vaglio a maglia che simula un separatore. Il secondo, terzo e quarto filtro simulano la filtrazione del gruppo di filtrazione dinamica. Il secondo filtro è un filtro Ultipor GF con pori di 3pm (Pali Corporation!), mentre il terzo filtro è un Sanitary Filler con u'na membrana di nylon e pori di 0.04 pm (Pali Corporation) ed il quarto filtro è un Ultrafilter modello VIP-3017 (Asahi). con un taglio del pe?o molecolare a 6.000 Daltons.
Il quarto filtro è stato sciacquato con acqua deionizzata a 3 pm assoluti per circa 20 ore, e quindi scolato prima della prova. Il fusto di acque grigie è stato pressurizzato a circa 5 psig (circa 34 kPa) con aria, il che ha forzato le acque grigie attraverso i filtri con una velocità di flusso totale inferiore a 0,5 g/minuto (circa 1,9 litri/minuto). La velocità di flusso del concentrato dal quarto filtro è di circa 1/4 di quella d;el filtrato (acqua purificata). Campioni del filtrato vengono prelevati in tre punti diversi sul sistema di prova: (i) a valle del primo filtro, (ii) a valle del secondo e del terzo filtro, e (iii) a valle del quarto filtro. Il filtrato viene lasciato fluire dai primi due rubinetti di prelievo per 30 secondi prima di prelevare il campione, ed il quarto filtro viene lavato con fluido da trattare per 10 minuti prima di prelevare campioni.
Il sistema di filtrazione migliora in modo significativo la limpidità delle acque grigie, e si riducono pure l'odore e la schiumatura delle acque grigie. La velocità di flusso diminuisce gradualmente lungo la prova, se si mantiene una pressione costante nel fusto. L'esame del sistejna indica che il secondo o il terzo filtro, oppure ambedue, si intasano. L'impiego di un gruppo di filtrazione dinamica esclude tale intasamento. L'esame del concentrato nel contenuto del secondo filtro rivela che è molto più scuro che non il fluido delle acque grigie originali. I risultati della prova sono riportati nella tabella seguente.·
I risultati della prova indicano che la combinazione dei vari filtri può soddisfare le esigenze relative ai solidi sospesi ed ai coliformi fecali. mentre può essere necessaria l'aggiunta di un acido per correggere le condizioni fortemente alcaline. L'impiego di un coagulante a monte può migliorare l'effetto di filtrazione ottenuto attraverso la filtrazione dinamica. I risultati della prova indicano pure che l'ozono e l'irradiazione con luce ultravioletta sono utili per ridurre ulteriormente il valore di BOD.
Esempio 3
Due fusti da 55 galloni (circa 2101) di acque grigie vengono ottenuti dalla U. S. Naval Academy di Annapolis. Maryland. Ciascun fusto di acque grigie contiene 27 galloni (circa 102 litri) di acqua di lavanderia. 18 galloni (circa 68 1) di acqua di cucine, e 5 galloni (circa 19 1) di acqua proveniente dalle docce.
Impiegando una pompa di travaso. le acque grigie vengono passate attraverso un vaglio da 30 x 30 x 0,0065 (fili/pollice lineare x fili x pollice lineare x diametro dei fili (pollici)) (circa 12 fili/cm lineare in ambedue le direzioni. con diametro dei fili di circa 165 pm) trasferendole in secchi per rimuovere i detriti di dimensioni più grandi. I detriti rimossi erano costituiti da capelli. materiale filiforme, fiocchi, ed altri mezzi morbidi. Sul fondo di ognuno dei fusti, gli ultimi 2-3 pollici (circa 5-8 cui) erano costituiti da una sostanza oleosa densa e scura.
Le acque grigie nei secchi sono state quindi versate attraverso un filtro in metallo da 160 urti. Le acque grigie cosi filtrate risultano opache, color inchiostro scuro e non contengono tracce di sapone o di acqua saponata. Le acque grigie versate di fresco emettono un odore forte e pungente, che però decade nel tempo di qualche ora.
Le acque grigie vengono quindi sottoposte a filtrazione dinamica utilizzando il gruppo di filtrazione dinamica a vibrazione Pali SEP VMF serie L (Pali Corporation) ed uno dei due mezzi di filtrazione, cioè una membrana di nano filtrazione con capacità di taglio del peso molecolare a 200 (con una percentuale di trattenimento minima dell '80% dei sali) oppure con una percentuale di trattenimento del 97% dei sali, attraverso una membrana ad osmosi inversa. Le condizioni operative del gruppo di filtrazione dinamica sono le seguenti:
Utilizzando la membrana di nanofiltraz ione, si trattano circa 80 galloni (circa 300 1) di acque grigie in un periodo di 3 settimane. Alla fine d i questo periodo, il 99.31% del fluido è stato rimosso dal sistema come permeato. Il permeato totale raccolto, cioè 75.91 galloni (287,53 1). indica una perdita di 3.52 galloni (13.3 1) di acque grigie. La perdita in acque grigie è attribuibile all'evaporazione dei composti organici volatili che vengono liberati e del vapore d'acqua. Le quantità totali di acque grigie registrate vengono ridotte del 4,4% per tenere conto delle perdite per evaporazione. Man mano che il rapporto percentuale permeato/acque grigie totali si avvicina al 99.31%. la velocità di flusso del permeato diminuisce da circa 73 ml/minuto a circa 47 ml/minuto.
Utilizzando la membrana ad osmosi inversa. si tratta rio circa 72 1 di acque grigie con un recupero di permeato di circa 68 1, cioè circa il 94.31%. Man mano che la percentuale permeato/totale di acque grigie passa da circa 89% a circa 94%, la velocità di flusso del permeato diminuisce da circa 24.4 ml/minuto a circa 21,3 ml/minuto.
Le caratteristiche delle acque grigie prima e dopo essere state sottoposte alla filtrazione dinamica sono indicate nella tabella seguente:
Il permeato ottenuto attraverso la membrana di nanofiltrazione presenta un odore dolce e pungente ed ha un colore giallo pallido. Il permeato ottenuto attraverso la membrana ad osmosi inversa è limpido e non emette alcun odore. Ambedue i permeati soddisfano le esigenze U.S. per scarico nelle acque aperte. Tuttavia, il permeato ottenuto dalla membrana ad osmosi inversa è generalmente più povero di contaminanti che non il permeato ottenuto dalla membrana di nanofiltraz ione. Il permeato ricavato dalla membrana di nanof iltrazione dovrebbe preferibilmente essere ancora trattato portando a contatto il permeato con un letto assorbente adatto per garantire di soddisfare le leggi applicabili allo scarico delle acque, mentre il permeato ottenuto dalla membrana ad osmosi inversa può probabilmente evitare la necessità di tale ulteriore trattamento.
Tutte le referenze citate, compresi i brevetti, le domande di brevetto, le pubblicazioni e simili, sono qui incorporate nella loro interezza per riferimento.
Sebbene questa invenzione sia stata descritta sottolineando realizzazioni preferite, è evidente, per coloro di competenza ordinaria in questa tecnica che è possibile apportare variazioni al procedimento ed alla apparecchiatura preferita e che è inteso elle l'invenzione può essere realizzata in modo diverso da quanto specificamente descritto in questa sede. L'invenzione comprende quindi tutte le modifiche che rientrano nello spirito e nello scopo dell'invenzione stessa, come definita dalle rivendicazioni seguenti.
Claims (24)
- RIVENDICAZIONI 1. Procedimento per il trattamento di acque di scarico contenenti materiale particolato ed ol.io libero, detto procedimento comprendente la rimozione dell'olio libero da dette acque di scarico, il passaggio di dette acque di scarico attraverso un primo mezzo di filtrazione avente una dimensione reale dei pori di circa 200 pm o meno, il sottoporre dette acque di scarico a filtrazione dinamica utilizzando un secondo mezzo di filtrazione avente una dimensione reale dei pori di circa 5 pm o meno, ed il portare a contatto dette acque di scarico con un letto assorbente per ottenere un flusso di acqua purificata.
- 2. Procedimento secondo la rivendicazione 1.'in cui dette acque di scarico vengono passate attraverso un separatore prima di passarle attraverso detto primo mezzo di filtrazione.
- 3. Procedimento secondo la rivendicazione 2, in cui detto separatore è un vaglio a rete comprendente circa 4-20 fili per cm lineare in ciascuna direzione, tali fili aventi un diametro di circa 50-500 pm.
- 4. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 3, in cui detto primo mezzo di filtrazione ha una dimensione reale dei pori di circa 160 pm o meno.
- 5. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 4, in cui l'olio libero viene rimosso da dette acque di scarico portando a contatto dette acque di scarico con un materiale che assorbe l’olio libero.
- 6. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 5, in cui detta filtrazione dinamica è una filtrazione dinamica a vibrazione.
- 7. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 6. in cui detto secondo mezzo di filtrazione ha una capacità di taglio del peso molecolare di circa 200 Daltons o meno.
- 8. Procedimento secondo la rivendicazione 7, in cui detto secondo mezzo di filtrazione è una membrana a osmosi inversa in grado di bloccare almeno il 97% dei sali.
- 9. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 8. in cui detto letto assorbente comprende uno o più componenti scelti dal gruppo costituito da assorbenti carboniosi, allumina attivata, idrogel di silice, zeoìite, e componenti metallici che liberano cationi metallici.
- 10. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 9, in cui dette acque di scarico vengono passate in un serbatoio di accumulo prima del passaggio di dette acque attraverso detto separatore.
- 11. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da l a 10. in cui dette acque di scarico vengono sottoposte ad una azione che riduce la dimensione dei particolati in dette acque di scarico prima del loro passaggio attraverso detto primo mezzo di filtrazione.
- 12. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 11. in cui dette acque di scarico sono acque grigie marine.
- 13. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 12. in cui dette acque di scarico comprendono almeno circa 150 mg/l di solidi totali, almeno circa 100 mg/l di solidi sospesi totali. almeno circa 100 mg/l di B00 , almeno circa 200 mg/l di COD . almeno circa 15 mg/l di oli e grassi, coliformi fecali, cloro residuo e/oppure meno di circa 5 mg/l di ossigeno disciolto.
- 14. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1-13, in cui detto flusso di acqua purificata contiene meno di circa 150 mg/l di solidi totali. meno di circa 100 mg/l di solidi sospesi totali, meno di circa 100 mg/l di B00, meno di circa 200 mg/l di COO. meno di circa 15 mg/l di oli e grassi, meno di circa 14 coliformi fecali/100 mi, meno di circa 0,0002 mg/l di cloro residuo, ed almeno circa 5 mg/l di ossigeno disciolto.
- 15. Apparecchiatura per il trattamento di acque di scarico contenente materiale particolato ed olio libero, comprendente: (a) mezzi per rimuovere l'olio libero da dette acque di scarico, (b) mezzi per trasferire dette acque di scarico dopo la rimozione di detto olio libero ad un primo mezzo di filtrazione, (c) un primo mezzo di filtrazione avente una dimensione reale dei pori di circa 200 pm o meno, (d) mezzi per trasferire dette acque di scarico dopo il passaggio attraverso detto primo mezzo di filtrazione ad una apparecchiatura di filtrazione dinamica . (e) gruppo di filtrazione dinamica comprendente un secondo mezzo di filtrazione avente u'na dimensione reale dei pori di circa 5 pm o meno. (f) mezzi per trasferire dette acque di scarico dopo il passaggio attraverso detto secondo mezzo di filtrazione ad un letto assorbente, e (g) un letto assorbente.
- 16. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 15, in cui detta apparecchiatura comprende inoltre un separatore attraverso il quale dette acque di scarico vengono passate prima del passaggio attraverso detto primo mezzo di filtrazione, in cui detto separatore è un vaglio a rete comprendente circa 4-20 fili per cm lineare in ciascuna direzione, con tali fili che hanno un diametro di circa 50-500 pm.
- 17. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 15 o 16, in cui detto primo mezzo di filtrazione ha dimensioni reali dei pori di circa 160 pm o meno.
- 18. Apparecchiatura secondo ognuna delle rivendicazioni 15 - 17, in cui i mezzi per rimuovere l'olio libero comprendono mezzi per portare a contatto dette acque di scarico con un materiale che assorbe l'olio libero.
- 19. Apparecchiatura secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 15 a 18, in cui detto gruppo di filtrazione dinamica è un gruppo di filtrazione dinamica a vibrazione.
- 20. Apparecchiatura secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 15 a 19. in cui detto secondo mezzo di filtrazione ha una capacità di taglio del peso molecolare di circa ZOO Daltons o meno.
- 21. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 20, in cui detto secondo mezzo di filtrazione è una membrana ad osmosi inversa in grado di trattenere almeno il 97% dei sali.
- 22. Apparecchiatu ra secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 15 a 21, in cui detto letto assorbente comprende uno o più componenti scelti dal gruppo costituito da assorbenti carboniosi, allumina attivata, idrogel di silice, zeolite, e componenti metallici che generano cationi metallici.
- 23. Apparecchiatura secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 15 a 22, in cui detta apparecchiatura comprende inoltre un miscelatore per ozono per portare a contatto dette acque di scarico con ozono prima di portarle a contatto con detto letto assorbente, e una fonte di irradiazione di luce ultravioletta per sottoporre dette acque di scarico ozonizzate ad irradiazione con luce ultrav ioletta.
- 24. Apparecchiatura secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 15 a 23, in cui detta apparecchiatura comprende inoltre un serbatoio di accumulo che permette al materiale di elevata densità trattenuto in dette acque di scarico di depositarsi sul fondo di detto serbatoio di accumulo prima del passaggio di dette acque di scarico attraverso detto separatore, ed un mezzo per ridurre la dimensione dei particolati in dette acque di scarico prima di passare dette acque di scarico attraverso detto primo mezzo di filtrazione.
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