PL157131B1

PL157131B1 - Stream loop reactor with air proxygen enriched bubble charging for waste aeration

Info

Publication number: PL157131B1
Application number: PL27263288A
Authority: PL
Inventors: Bogdan J Trznadel; Andrzej G Chmielewski; Grazyna Zakrzewskatrznadel; Przemyslaw Turowski; Wlodzimierz Redzinski; Andrzej Dankowski; Zygmunt Lipinski; Marek Kowalczyk
Original assignee: Inst Fiziki Jadrowej
Priority date: 1988-05-20
Filing date: 1988-05-20
Publication date: 1992-04-30
Also published as: PL272632A1

Abstract

1. A jet pump loop reactor with injection of air bubbles, possibly of oxygen- enriched air, used for sewage oxygenation consisting of a sewage supply chamber, an air supply chamber, a chamber for contacting sewage with air, and a phase separation chamber, characterised in that it has an air injection chamber (1) closed, at the upper part, with a cover (10) with nozzles (11) mounted on it and projecting over the sewage supply chamber (2) situated over the air injection chamber (1), and the sewage supply chamber (2) is partly closed with a cover (12) in the form of a truncated cone, and the opened part of the cover is generally located on the same level as the nozzles (11) which supply the air, limiting, from the lower part, the chamber of intensive sewage circulation (3) constituting annular space between the reactor blanket and a suction and pressure pipe installed inside (7) and broadened, on the lower part, with the use of a damming up component with an intermediate pipe (8) fastened on the upper section of the suction and pressure pipe (7), such an intermediate pipe constituting, together with the blanket, the phase separation chamber (5); above the lower tip of the intermediate pipe (8) with the suction and delivery pipe (7) fastened on it in general concentrically, in the blanket, there is a pipe discharging oxygenated sewage, and above the intermediate pipe (8) there is an air drain connected to a condensation remover (9) system(6).<IMAGE>

Description

Przedmiotem wynalazku jest strumienicowy reaktor pętlicowy o wrzutowym wprowadzaniu pęcherzyków powietrza, ewentualnie wzbogaconego w tlen, do ścieków w celu ich natleniania.The subject of the invention is an ejector loop reactor with the insertion of air bubbles, possibly enriched with oxygen, into the waste water for oxygenation.

W oczyszczaniu ścieków strumienice mogą mieć zastosowanie jako elementy napowietrzającotransportująco-mieszające. W układach tych zasadnicze znaczenie ma efekt inżektorowy przy zasysaniu gazu lub cieczy przez czynnik roboczy ciecz lub gaz, odpowiednio.In wastewater treatment, the jets can be used as aerating, transporting and mixing elements. In these systems, the injector effect is essential when the gas or liquid is drawn in by the working medium, liquid or gas, respectively.

Na ogół przyjmuje się, że ze względu na stosunkowo niską siłę napędową efektu inżektorowego, stosowanie strumienie ograniczone jest do małych głębokości poniżej powierzchni cieczy, np. 0,6-0,8 m co powoduje krótki czas kontaktu faz a w rezultacie niską skuteczność natleniania.It is generally assumed that due to the relatively low driving force of the injector effect, the use of jets is limited to small depths below the surface of the liquid, e.g. 0.6-0.8 m, which results in a short phase contact time and as a result low oxygenation efficiency.

Urządzenie wykorzystujące strumienice do transportu cieczy, opisane w polskich opisach patentowych nr nr 129048,90 366, 60 614 i 133 158 sytuują elementy poza zbiornikiem stanowiąc wraz z nim układ cyrkulacji zewnętrznej. Powoduje to komplikacje konstrukcyjne, zwiększenie gabarytów urządzenia i dodatkowe zużycie energii na wymuszenie zewnętrznego obiegu kołowego.The device using injectors for transporting liquids, described in Polish patent specifications No. 129 048, 90 366, 60 614 and 133 158 places the elements outside the tank, thus forming an external circulation system with it. This causes design complications, an increase in the dimensions of the device and additional energy consumption for forcing an external circular cycle.

Stopień zdyspergowania gazu w cieczy wynikający ze średnicy pęcherzyków zmieniany jest głównie poprzez zmianę średnicy dysz wprowadzających gaz do układu. W rezultacie powoduje to zwiększenie oporów przepływu i wzrost zużycia energii do prowadzenia procesu.The degree of gas-liquid dispersion resulting from the diameter of the bubbles is changed mainly by changing the diameter of the nozzles introducing the gas into the system. As a result, this causes an increase in flow resistance and an increase in energy consumption for the process.

157 131157 131

Wynalazek bazuje na odmiennym rozwiązaniu, w którym strumienica usytuowana jest wewnątrz reaktora, przy czym zastosowano strumienie? o rozdzielonym dyfuzorze i konfuzorze, co wielokrotnie zwiększa czas kontaktowania natlenianej cieczy z powietrzem z uwagi na dodatkową intensywną cyrkulację wywołaną efektem inżektorowym.The invention is based on a different solution in which the ejector is located inside the reactor, and the streams with a separated diffuser and confusor, which increases the contact time of the oxygenated liquid with air many times due to the additional intensive circulation caused by the injector effect.

Według wynalazku reaktor pętlicowy o wrzutowym wprowadzaniu pęcherzyków powietrza, ewentualnie wzbogaconego w tlen, do natleniania ścieków ma komorę doprowadzania ścieków, pod którą usytuowana jest komora nadmuchu powietrza, zaś nad komorą doprowadzania ścieków ma komorę kontaktowania ścieków z powietrzem ewentualnie wzbogaconym w tlen oraz komorę rozdziału faz. Komora nadmuchu powietrza zamknięta jest od góry pokrywą z zamontowanymi w niej dyszami wystającymi ponad komorę doprowadzania ścieków. Komora doprowadzania ścieków częściowo zamknięta jest od góry pokrywą w postaci ściętego stożka obustronnie otwartego, co ma za zadanie zwężenie strumienia cieczy. Część otwarta pokrywy znajduje się zasadniczo w jednym poziomie z wylotami dysz doprowadzających powietrze, ograniczając od dołu komorę intensywnej cyrkulacji ścieków, stanowiącą przestrzeń anularną między płaszczem reaktora a zainstalowaną wewnątrz rurą ssawno-tłoczną rozszerzoną od dołu elementem spiętrzającym. Rura ssawno-tłoczna stanowiąca dyfuzor oddalona jest od otwartej pokrywy komory doprowadzania ścieków o odległość charakterystyczną dla kontrakcji strugi cieczy. Na górnym odcinku rury ssawno-tłocznej w płaszczu znajduje się przewód odprowadzający natlenione ścieki, zaś powyżej rury pośredniej usytuowane jest odprowadzenie powietrza z przyłączonym układem odkraplacza.According to the invention, the loop reactor with the insertion of air bubbles, possibly enriched with oxygen, for oxygenating the wastewater has a wastewater feed chamber under which an air blast chamber is located, and above the wastewater feed chamber it has a wastewater contact chamber with possibly oxygen enriched air and a phase separation chamber. . The air blast chamber is closed from the top with a cover with nozzles installed in it, protruding above the sewage feeding chamber. The sewage feeding chamber is partially closed at the top with a cover in the form of a truncated cone open on both sides, which is to narrow the liquid stream. The open part of the cover is substantially flush with the outlets of the air supply nozzles, delimiting the intensive wastewater circulation chamber at the bottom, constituting an anular space between the reactor jacket and the suction and pressure pipe installed inside, widened at the bottom by a damming element. The suction-discharge pipe, which is a diffuser, is distanced from the open cover of the sewage supply chamber by a distance characteristic for the contraction of the liquid stream. On the upper section of the suction-discharge pipe in the jacket, there is a conduit for discharging oxygenated sewage, and above the intermediate pipe, there is an air outlet with an attached mist eliminator system.

Strumienicowy reaktor pętlicowy według wynalazku przedstawiono na załączonym rysunku.The jet loop reactor according to the invention is shown in the accompanying drawing.

Składa się on z komory 1 nadmuchu powietrza, komory 2 doprowadzania ścieków, komory 3 intensywnej cyrkulacji ścieków, bloku 4 odprowadzania ścieków natlenionych, komory 5 rozdziału faz na: powietrze nasycone lotnymi składnikami ścieków, ścieki natlenione, wygotowane osady i zawiesiny i zespołu 6 połączenia reaktora z instalacją oczyszczania powietrza. Wewnątrz płaszcza znajduje się rura ssawno-tłoczna 7 wymuszająca wewnętrzny obieg kołowy, nad nią znajduje się rura 8 pośrednia - separator fazy wyflotowanej, a u góry aparatu znajduje się odkraplacz 9 powietrza odlotowego. Na pokrywie komory 1 nadmuchu powietrza znajduje się zestaw dysz 11 napowietrzających, rozmieszczonych w układzie heksagonalnym lub anularnym o długości w zasadzie równej komorze doprowadzania ścieków, zamkniętej częściowo od góry pokrywą 12 w kształcie ściętego stożka, o podstawie równej średnicy komory 2 doprowadzania ścieków i o wielkości średnicy górnej uzależnionej od pożądanej kontrakcji strugi.It consists of an air blast chamber 1, a wastewater supply chamber 2, an intensive wastewater circulation chamber 3, an oxygenated wastewater discharge block 4, a phase separation chamber 5 for: air saturated with volatile wastewater components, oxygenated wastewater, boiled sludge and slurry and a 6 reactor connection unit with an air purification system. Inside the jacket, there is a suction and discharge pipe 7 forcing an internal circular circulation, above it there is an intermediate pipe 8 - a float phase separator, and at the top of the apparatus there is a droplet separator 9 for exhaust air. On the cover of the air blast chamber 1 there is a set of aeration nozzles 11, arranged in a hexagonal or anular arrangement, with a length essentially equal to the sewage supply chamber, partially closed from the top with a truncated cone-shaped cover 12, with the base equal to the diameter of the sewage supply chamber 2 and with the size of the diameter the upper one depending on the desired contraction of the stream.

Ustalono, że średnica pojedynczej dyszy 11 nie powinna być niższa niż 8 mm. Ilość dysz dobiera się tak aby obliczona suma powierzchni przekrojów wewnętrznych dysz zapewniła liniowe prędkości powietrza powyżej 5 m/sek. Rozmieszczenie dysz na pokrywie komory 1 nadmuchu powietrza nie ma istotnego znaczenia, korzystnie jednak, dysze rozmieszczone są w układzie heksagonalnym lub anularnym.It has been established that the diameter of a single nozzle 11 should not be less than 8 mm. The number of nozzles is selected so that the calculated sum of the nozzle internal cross-sectional areas would ensure linear air velocities above 5 m / sec. The arrangement of the nozzles on the cover of the air blast chamber 1 is not essential, but preferably the nozzles are arranged in a hexagonal or an anular pattern.

Pole przekroju swobodnego wylotu konfuzora, to znaczy całkowite pole przekroju części otwartej pokrywy komory 2 doprowadzania ścieków pomniejszone o sumaryczny przekrój dysz powietrza oblicza się tak, aby liniowa prędkość przepływu cieczy na wylocie z konfuzora była nie niższa niż 2 m/s.The cross-sectional area of the free outlet of the confusor, i.e. the total cross-sectional area of the open part of the cover of the sewage supply chamber 2, less the total cross-section of the air nozzles, is calculated so that the linear velocity of the liquid flow at the outlet of the confusor is not lower than 2 m / s.

Ścieki surowe wprowadzane są do komory 2 doprowadzania ścieków korzystnie przeciwbieżnie dwoma króćcami zamocowanymi do płaszcza komory doprowadzania ścieków. Górna część komory doprowadzania ścieków przesłonięta jest częściowo stożkową pokrywą, która powodując przewężenie strugi ścieków ułatwia wymieszanie jej ze strumieniem powietrza z komory 1 nadmuchu powietrza wprowadzanego w układzie heksagonalnie rozmieszczonych dysz 11, których wyloty leżą w zasadzie w płaszczyźnie wylotu z komory doprowadzania ścieków.The raw sewage is introduced into the sewage feeding chamber 2, preferably in opposite directions with two stub pipes attached to the cover of the sewage feeding chamber. The upper part of the wastewater feeding chamber is partially covered by a conical cover, which, by narrowing the wastewater stream, facilitates its mixing with the air stream from the air blast chamber 1 introduced in the system of hexagonally arranged nozzles 11, the outlets of which lie essentially in the plane of the outlet from the wastewater feeding chamber.

Powyżej komory napływu ścieków mieszanina gazowo-cieczowa powstała przez kontakt powietrza np. ze ściekami w części strumienicy stanowiącej dyfuzor w postaci rury ssawno-tłocznej 7 zasysa strumień recyrkulacyjnych ścieków z komory napowietrzania 3 obszaru anularnego zawartego między płaszczem urządzenia a rurą ssawno-tłoczną 7.Above the wastewater inflow chamber, the gas-liquid mixture formed by the contact of air, e.g. with the wastewater in the part of the ejector, which is a diffuser in the form of a suction-pressure pipe 7, sucks the stream of recirculating wastewater from the aeration chamber 3 of the anular area contained between the jacket of the device and the suction-delivery pipe 7.

Strumienie wypyłwające z komory doprowadzania ścieków i komory napowietrzania wpływają do rury ssawno-tłocznej, w której następuje wymieszanie i dalsza dyspersja powietrza w objętości ścieków. Czynnikami wymuszającymi przepływ w rurze ssawno-tłocznej, są energiaThe streams discharged from the sewage feed chamber and the aeration chamber flow into the suction and discharge pipe, where air is mixed and further dispersed in the waste water volume. Energy is the factors forcing the flow in the suction-discharge pipe

157 131 kinetyczna strumieni gazu i cieczy oraz różnica gęstości mieszanin gazowo-cieczowych w rurze ssawno-tłocznej i przestrzeni anularnej.157 131 kinetic of gas and liquid streams and the difference in density of gas-liquid mixtures in the suction-discharge pipe and the anular space.

Po przejściu przez rurę ssawno-tłoczną mieszanina gazowo-cieczowa wpływa do komory rozdziału faz 5 stanowiącej przestrzeń między rurą ssawno-tłoczną a rurą pośrednią 8. Z komory rozdziału faz przez szczelinę między rurą ssawno-tłoczną a rurą pośrednią odprowadzany jest strumień rozdzielający się na odpływający z urządzenia poprzez przeciwległe zamocowane w płaszczu króćce strumień ścieków natlenionych i strumień obiegu kołowego przepływający przez przestrzeń anularną.After passing through the suction-pressure pipe, the gas-liquid mixture flows into the phase-separation chamber 5, which is the space between the suction-pressure pipe and the intermediate pipe 8. From the phase separation chamber, the stream that separates into the outgoing pipe is discharged through the gap between the suction-pressure pipe and the intermediate pipe. from the device through the opposite nozzles fixed in the jacket, an oxygenated wastewater stream and a circular flow stream flowing through the anular space.

Intensywna cyrkulacja wywołana jest efektem koncentracji strumienia mieszaniny gazowocieczowej wypływającej z komory napływu ścieków i odpowiednim kształtem rury ssawno-tłocznej.Intensive circulation is caused by the concentration of the gas-liquid mixture stream flowing from the sewage inflow chamber and the appropriate shape of the suction-discharge pipe.

Zdyspergowane powietrze powoduje flotację zawiesin i ciekłych składników ścieków niemieszających się z wodą odprowadzanych króćcem z komory rozdziału faz. Powietrze uwolnione w komorze rodziału faz przepływa do komory odprowadzania gazów 6, w której zostaje oczyszczone z porywanych kropel cieczy na bezwładnościowym odkraplaczu 9.The dispersed air causes flotation of suspensions and liquid components of water immiscible wastewater discharged from the phase separation chamber via a stub pipe. The air released in the phase separation chamber flows to the gas removal chamber 6, where it is cleaned of entrained liquid droplets on the inertial drop separator 9.

Urządzenie ma za zadanie dyspergowanie powietrza w objętości ścieków wykorzystując zarówno efekt eżektorowy jak i energię kinetyczną mieszanych strumieni z intensywnym wewnętrznym obiegiem kołowym wynikającym z odpowiednio dobranego kształtu rury ssawno-tłocznej o dużej długości przy odpowiedniej średnicy wewnętrznej rury w relacji do średnicy płaszcza urządzenia.The device is designed to disperse the air in the wastewater volume using both the ejector effect and the kinetic energy of mixed streams with an intense internal circular circulation resulting from the appropriately selected shape of the suction and discharge pipe with a large length with the appropriate internal diameter of the pipe in relation to the diameter of the device jacket.

Przykład . Dla zweryfikowania skuteczności działania strumienicowego reaktora pętlicowego o wrzutowym wprowadzaniu pęcherzyków powietrza zbudowano reaktor o średnicy wewnętrznej 820 mm wyposażony w rurę ssawno-tłoczną o średnicy 425 mm i długości 2000 mm zaopatrzoną we wkładkę spiętrzającą w kształcie czwartej części torusa o średnicy koła 166 mm. Komora nadmuchu powietrza została zamknięta pokrywą wyposażoną w 37 dysz powietrznych o średnicy wewnętrznej 19,5 mm rozmieszczonych heksagonalnie przy podziałce równej 52 mm. Zastosowano rurę pośrednią o średnicy wewnętrznej 682 mm i wysokości 1950 mm. Rurę ssawno-tłoczną wsparto na podporach ustalając jej odległość od wylotów dysz na 100 mm.An example. In order to verify the effectiveness of the ejector loop reactor with the throw-in injection of air bubbles, a reactor with an internal diameter of 820 mm was built, equipped with a suction-pressure pipe with a diameter of 425 mm and a length of 2000 mm, equipped with a damming insert in the shape of a fourth part of a torus with a circle diameter of 166 mm. The air blowing chamber was closed with a cover equipped with 37 air nozzles with an internal diameter of 19.5 mm arranged hexagonally with a pitch equal to 52 mm. An adapter tube with an inside diameter of 682 mm and a height of 1950 mm was used. The suction-discharge pipe is supported on supports, setting its distance from the nozzles outlets to 100 mm.

Do wykonania reaktora użyto stali węglowej St3S. W reaktorze przeprowadzono badania skuteczności natleniania ścieków petrochemicznych. Natężenie przepływu mierzone przy użyciu wodomierza MKSW 100 dla ścieków i zwężki typu kryza ISA 193/46,7 mm dla powietrza, spadki ciśnienia oznaczono przy użyciu U-rurkowych manometrów różnicowych a stężenie tlenu w ściekach metodą jednometryczną, zaś wartość CHZT metodą dwuchromianową.St3S carbon steel was used to make the reactor. The effectiveness of oxygenation of petrochemical wastewater was tested in the reactor. The flow rate was measured using the MKSW 100 water meter for wastewater and an ISA 193 / 46.7 mm orifice for air, pressure drops were determined using U-tube differential manometers and the concentration of oxygen in the wastewater using the one-meter method, and the CHZT value by the bichromate method.

Na podstawie doświadczeń stwierdzono, że stężenie tlenu na wyjściu z aparatu wynosi do 6 g/m³ przy przepływie ścieków w zakresie 29,0-110,1 m3/h i przepływie powietrza 287-451 m3/h, szybkość dostarczania tlenu (OC) w tych warunkach osiąga wartość OC = 0,4 kg/h, współczynnik przenoszenia masy wyrażający szybkość przenikania tlenu z powietrza do ścieków Ki_a wynosi 15-30 1/h a ekonomia natleniania przekracza 2,85 kg Ch/kWh. Otrzymane wyniki pozwalają stwierdzić, że natlenianie ścieków przy użyciu strumienicowego reaktora pętlicowego jest bardziej efektywne niż w przypadku napowietrzaania w zakresie dużych, średnich i drobnych pęcherzyków i porównywalne z turbinami BSK, przy czym moc zużywana na mieszanie jest o blisko 50% niższa niż w przypadku turbin.On the basis of experiments, it was found that the oxygen concentration at the outlet of the apparatus is up to 6 g / m ³ with a wastewater flow in the range of 29.0-110.1 m3 / h and an air flow of 287-451 m3 / h, the rate of oxygen supply (OC) in Under these conditions, it reaches the value of OC = 0.4 kg / h, the mass transfer coefficient expressing the rate of oxygen infiltration from air to sewage Ki_a is 15-30 1 / ha, the oxygenation economy exceeds 2.85 kg Ch / kWh. The obtained results show that the oxygenation of wastewater with the use of the jet loop reactor is more effective than in the case of aeration in the range of large, medium and fine bubbles, and is comparable with BSK turbines, while the power used for mixing is nearly 50% lower than in the case of turbines. .

Zakład Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz.Department of Publishing of the UP RP. Circulation of 90 copies

Cena 5000 zł.Price PLN 5,000.

Claims

Patent claims

1. A jet loop reactor with a throw-in injection of air bubbles, optionally enriched with oxygen, for oxygenating the waste water, consisting of a waste water feed chamber, an air feed chamber, a waste air contact chamber and a phase separation chamber, characterized in that it has a chamber (1) air blast cover (10) closed at the top with nozzles (11) installed in it protruding above the sewage supply chamber (2), which is located above the air blowing chamber (1), the sewage supply chamber (2) is partially closed with a cover ( 12) in the form of a truncated cone, the open part of the cover is basically flush with the air supply nozzles (11), limiting the intensive sewage circulation chamber (3) at the bottom, constituting an anular space between the reactor jacket and the extended suction and discharge pipe (7) installed inside at the bottom, an accumulation element with a pipe mounted on the upper section of the suction-discharge pipe (7) an intermediate (8) which, together with the jacket, forms a phase separation chamber (5); above the lower end of the intermediate pipe (8) with an essentially concentric suction and discharge pipe (7) in the jacket, there is an oxygenated sewage discharge pipe, and above the intermediate pipe (8) there is an air outlet with a drop eliminator system (6) connected ( 9).

2. The jet pump reactor according to claim A method as claimed in claim 1, characterized in that the nozzles (11) are arranged in a hexagonal or an anular pattern on the cover (10) of the air blowing chamber.

3. The jet pump reactor according to claim 1 or 2, characterized in that the system of nozzles (10) that distribute the air together with the cover (12) of the sewage supply chamber (2) is a jet confusor and the suction-pressure pipe (7) is distant from the cover (12) by a distance characteristic for the contraction of the stream flowing out of the conical cover (12) is a diffuser of the ejector.

4. The jet pump reactor according to claim The method of claim 1 or 3, characterized in that the sum of the internal sections of the nozzles (11) provides linear air flow velocities above 5 m / s, with the internal diameter of a single nozzle not greater than 8 mm.

5. The jet pump reactor according to claim 1 3. The method as claimed in claim 1 or 3, characterized in that the internal cross-section of the conical cover (12) reduced by the total cross-section of the nozzles (11) provides linear sewage flow velocities not less than 2 m / s.