PL208993B1 - Sposób fotokatalitycznego utleniania i rozkładu zanieczyszczeń organicznych w wodzie i ściekach oraz układ do fotokatalitycznego utleniania i rozkładu zanieczyszczeń organicznych w wodzie i ściekach - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób fotokatalitycznego utleniania i rozkładu zanieczyszczeń organicznych w wodzie i ściekach oraz układ do fotokatalitycznego utleniania i rozkładu zanieczyszczeń organicznych w wodzie i ściekach z wykorzystaniem promieniowania z lampy wyładowczej.

Fotokatalityczne utlenianie i rozkład związków organicznych w wodzie i ściekach odbywa się z udział em „in-situ wytwarzanych rodników hydroksylowych, generowanych przez promieniowanie z zakresu UV i fotokatalizator. Do przebiegu tej reakcji niezbę dny jest tlen. Znane są z literatury na przykład H. Kominami, H. Komamoto, Y. Kera, B. Ohtani „Photocatalytic decolorization and mineralization of malachite greek in an aqueous suspension of titanium (IV) oxide nano-particles dunder areated conditions: correlation between some physical properties and their photocatalytic acitivity, Journal of Photochemistry and Photobiology A; Chemistry, 160 (2003) 99-104 sposoby fotokatalitycznego oczyszczania ścieków polegające na dodaniu do ścieku TiO2, doprowadzeniu powietrza lub tlenu do zawiesiny fotokatalizatora w ścieku, znajdującej się w otwartym zbiorniku i naświetlaniu zawiesiny promieniowaniem UV. Tlen lub powietrze przepływa jednokrotnie przez zawiesinę i natlenianie jest mało efektywne. Zużywa się przy tym duże objętości tlenu lub powietrza. Gazy poreakcyjne zawierają lotne węglowodory z niecałkowitego rozkładu, które trzeba oczyszczać na biofiltrach lub w instalacjach termicznych. Znane są też otwarte fotoreaktory, napowietrzane przez kaskadowy przepływ zawiesiny fotokatalizatora, o mniejszej efektywności - Ch.Guillard, J. Disdier, Ch. Monnet, J.Dussaud, S. Malato, J. Blanco, M.I. Maldonado, J.-M. Herrmann, Solar efficiency of a new titania photocatalyst: chlorophenol, pesticide and dye removal applications, Applied Catalysis B; Environmental, 46 (2003) 319-332. Znane układy do fotokatalitycznego oczyszczania ścieków zbudowane są z otwartego zbiornika z mieszadłem, które miesza zawiesinę z fotokatalizatorem. Nad zbiornikiem umieszczona jest lampa, która naświetla promieniowaniem UV zawiesinę. Znane są także układy zbudowane z otwartego zbiornika, do którego rurami doprowadza się tlen lub powietrze zewnętrzne. Zbiornik od dołu połączony jest z pompą, która zawraca zawiesinę do zbiornika. Nad zbiornikiem umieszczona jest lampa, która naświetla promieniowaniem UV zawiesinę. Cyrkulacja zawiesiny trwa aż do osiągnięcia stanu mineralizacji.

Zbudowane w ten sposób reaktory wymagają dużej objętości tlenu lub powietrza, a powstałe gazy poreakcyjne zawierające lotne węglowodory z niecałkowitego rozkładu trzeba oczyszczać na biofiltrach lub w instalacjach termicznych.

Sposób fotokatalitycznego utleniania i rozkładu zanieczyszczeń organicznych w wodzie i ściekach według wynalazku polegający na dodaniu do ścieku fotokatalizatora, naświetlaniu ich promieniami UV oraz ponownym zawracaniu zawiesiny do zbiornika, charakteryzuje się tym, że proces prowadzi się w obiegu zamkniętym. Istotą sposobu jest to, że stosuje się równocześnie cyrkulację zawiesiny ścieku z fotokatalizatorem oraz cyrkulację gazów poreakcyjnych. Gazy poreakcyjne kieruje się z wylotu zbiornika do wlotu fotoreaktora, wówczas przepływają pod lampą wyładowczą we współprądzie lub kieruje się je z wylotu zbiornika do wylotu fotoreaktora, wówczas przepływają w przeciwprądzie do przepływu zawiesiny oczyszczanego ścieku z fotokatalizatorem. Gazy poreakcyjne wprowadza się do zamkniętego zbiornika sedymentacyjnego poniżej zawiesiny, tuż nad dnem zbiornika sedymentacyjnego tak, że barbotują przez zawiesinę ścieku z fotokatalizatorem uzyskując efekt mieszania zawiesiny.

Układ według wynalazku zawierający zbiornik, lampę, pompy obiegowe charakteryzuje się tym, że ma zamknięty zbiornik sedymentacyjny z barbotażem gazów cyrkulacyjnych, który połączony jest z dwoma zamknię tymi instalacjami: instalacją stanowią c ą obieg zawiesiny ś cieku z fotokatalizatorem oraz instalacją stanowiącą obieg gazów poreakcyjnych, oraz lampę wyładowczą o mocy do 15 KW. Instalację obiegu zawiesiny z fotokatalizatorem stanowi pompa obiegowa połączona poprzez zawór z wylotem zbiornika sedymentacyjnego, a z drugiej strony z fotoreaktorem, którym jest obudowana rynna z usytuowaną nad nią lampą wyładowczą. Fotoreaktor połączony jest z drugiej strony ze zbiornikiem sedymentacyjnym, do którego przepływa grawitacyjnie zawiesina ścieku z fotokatalizatorem. Instalację obiegu gazów poreakcyjnych stanowi dmuchawa obiegu gazów połączona z jednej strony ze zbiornikiem sedymentacyjnym, a drugiej z tym samym fotoreaktorem, który z drugiej strony jest połączony ze zbiornikiem sedymentacyjnym. Wlot gazów do zbiornika sedymentacyjnego usytuowany jest poniżej zawiesiny, tuż nad jego dnem. Dmuchawa pracuje w systemie ssącym i/lub systemie tłoczącym. Możliwe są dwa rodzaje instalacji. Pierwsza, gdy gazy poreakcyjne cyrkulują z wylotu zbiornika do wylotu fotoreaktora, w tak zwanym przeciwprądzie. Dmuchawa obiegu gazów połączona jest

PL 208 993 B1 wówczas bezpośrednio z wlotem zbiornika sedymentacyjnego, zaś z wylotem zbiornika sedymentacyjnego połączona jest poprzez fotoreaktor. Drugi rodzaj instalacji, gdy gazy poreakcyjne cyrkulują z wylotu zbiornika do wlotu fotoreaktora, w tak zwanym współprądzie. Dmuchawa obiegu gazów połączona jest wówczas bezpośrednio z wylotem zbiornika sedymentacyjnego, zaś z wlotem zbiornika sedymentacyjnego połączona jest poprzez fotoreaktor.

Zaletą sposobu i układu według wynalazku jest zwiększenie efektywności natleniania spowodowane wielokrotnym przepływem tlenu lub powietrza przez zawiesinę ścieku z fotokatalizatorem. Zamknięty obieg procesu pozwala na znaczne zmniejszenie objętości tlenu lub powietrza. Zawracanie gazów poreakcyjnych eliminuje konieczność oczyszczania ich. Dodatkową zaletą układu jest fakt, że lampa wyładowcza wytwarza pewne ilości ozonu z powietrza wobec fotokatalizatora, który to ozon jest silniejszym utleniaczem od powietrza. Zawartość ozonu w gazie cyrkulacyjnym nie przekracza 1% objętościowego. W procesie według wynalazku następuje jednoczesna mineralizacja i rozkład lotnych związków organicznych w cyrkulującym gazie poreakcyjnym. W ten sposób oczyszcza się również gazy wylotowe, eliminując biofiltry lub instalacje termiczne do oczyszczania gazów.

Sposób i układ według wynalazku przedstawione są w przykładach wykonania i na rysunkach, na których fig. 1 przedstawia schemat układu przeciwprądowego, zaś fig. 2 przedstawia schemat układu współprądowego.

P r z y k ł a d I

Układ, przedstawiony schematycznie na fig. 1, zbudowany jest ze zamkniętego zbiornika sedymentacyjnego 3, który połączony jest z dwoma zamkniętymi instalacjami: instalacją stanowiącą obieg zawiesiny ścieku z fotokatalizatorem oraz instalacją stanowiącą obieg gazów poreakcyjnych oraz lampy wyładowczej 1 o mocy 15 KW. Instalację obiegu zawiesiny ścieku z fotokatalizatorem stanowi pompa obiegowa 5 połączona poprzez zawór 6 z wylotem zbiornika sedymentacyjnego 3, a z drugiej strony z fotoreaktorem, którym jest obudowana rynna 2 z umieszczoną nad nią lampą wyładowczą 1. Rynna 2 z drugiej strony połączona jest ze zbiornikiem sedymentacyjnym 3. Instalację obiegu gazów poreakcyjnych stanowi dmuchawa 4 obiegu gazów połączona bezpośrednio z wlotem zbiornika sedymentacyjnego 3, zaś z wylotem zbiornika sedymentacyjnego 3 połączona jest poprzez fotoreaktor. Do napowietrzanego zbiornika sedymentacyjnego 3 wlano roztwór wodny substancji organicznej modelowej - 100 mg fenolu na dm³, dodano fotokatalizatora z dwutlenku tytanu w ilości 0,2 g TiO2 na dm². Zawiesinę ścieku z fotokatalizatorem cyrkulowano poprzez trójdrożny zawór 6 z użyciem pompy 5 do rynny 2 fotorekatora. Fotoreaktor naświetlano lampą wyładowczą 1 dużej mocy - 15 kW. Z fotoreaktora zawiesinę ścieku z fotokatalizatorem skierowano grawitacyjnie ponownie do zbiornika sedymentacyjnego 3. Cyrkulację zawiesiny ścieku z fotokatalizatorem prowadzono do 95% redukcji stężenia fenolu. Gazy poreakcyjne przy pomocy dmuchawy 4 pobierano z wylotu zbiornika sedymentacyjnego 3 i poprzez rynnę 2 wprowadzano ponownie do zbiornika sedymentacyjnego 3, poniżej zawiesiny ścieku z fotokataliza torem, tuż nad jego dnem, tak, że barbotowały poprzez ciekłą zawiesinę reakcyjną, zawierającą fenol i fotokatalizator TiO2. Dmuchawa 4 obiegu gazów połączona jest bezpośrednio z wlotem zbiornika sedymentacyjnego 3, zaś z wylotem zbiornika sedymentacyjnego 3 połączona jest poprzez fotoreaktor. Gazy poreakcyjne przepływały pod lampą wyładowczą w przeciwprądzie do przepływu zawiesiny z fotokatalizatorem.

P r z y k ł a d II

Układ przedstawiony schematycznie na fig. 2 zbudowany jest jak w przykładzie I, z tym, że dmuchawa obiegu gazów 4 połączona jest wówczas bezpośrednio z wylotem zbiornika sedymentacyjnego 3, zaś z wlotem zbiornika sedymentacyjnego 3, połączona jest poprzez fotoreaktor.

Do zbiornika sedymentacyjnego 3 wlano roztwór substancji organicznej modelowej - 100 mg fenolu na dm³ i dodano fotokatalizatora z dwutlenku tytanu w ilości. 0,2 g TiO2 na dm³. Zawiesinę cyrkulowano poprzez trójdrożny zawór 6 z użyciem pompy 5 do rynny 2 fotorekatora. Fotoreaktor naświetlany był lampą wyładowczą 1 dużej mocy - 15 kW. Z fotoreaktora zawiesinę skierowano grawitacyjnie ponownie do zbiornika sedymentacyjnego 3. Gazy poreakcyjne pobierano z wylotu zbiornika sedymentacyjnego 3 i tłoczono za pomocą dmuchawy 4 poprzez rynnę 2 ponownie do zbiornika sedymentacyjnego 3 poniżej zawiesiny ścieku z fotokatalizatorem, gdzie barbotowały poprzez ciekłą zawiesinę reakcyjną, zawierającą fenol i fotokatalizator TiO2. Dmuchawa 4 obiegu gazów połączona jest bezpośrednio z wylotem zbiornika sedymentacyjnego 3, zaś z wlotem zbiornika sedymentacyjnego 3 połączona jest poprzez fotoreaktor. Gazy poreakcyjne cyrkulują z wylotu zbiornika do wlotu fotoreaktora i przepływają przez fotoreaktor w tak zwanym współprądzie do przepływu zawiesiny ście4

PL 208 993 B1 ku z fotokatalizatorem. Cyrkulację zawiesiny ścieku z fotokatalizatorem i gazów reakcyjnych prowadzono do 95% redukcji stężenia fenolu, co trwało nieco dłużej aniżeli w układzie przeciwprądowym.

Claims (6)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób fotokatalitycznego utleniania i rozkładu zanieczyszczeń organicznych w wodzie i ś ciekach polegający na dodaniu do ścieku fotokatalizatora, naświetlaniu ich promieniami UV oraz ponownym zawracaniu zawiesiny do zbiornika, znamienny tym, że proces prowadzi się w obiegu zamkniętym, przy czym stosuje się równocześnie cyrkulację zawiesiny ścieku z fotokatalizatorem oraz cyrkulację gazów poreakcyjnych, przy czym gazy poreakcyjne wprowadza się do zbiornika poniżej zawiesiny, tuż nad dnem zbiornika sedymentacyjnego (3), tak, że barbotują przez zawiesinę ścieku z fotokatalizatorem.
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że gazy poreakcyjne kieruje się z wylotu zbiornika do wlotu fotoreaktora, wówczas przepływają przez fotoreaktor we współprądzie do przepływu zawiesiny ścieku z fotokatalizatorem lub kieruje się je z wylotu zbiornika do wylotu fotorekatora, wówczas przepływają przez fotoreaktor w przeciwprądzie do przepływu zawiesiny ścieku z fotokatalizatorem.
3. 3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że zawiesinę ścieku z fotokatalizatorem naświetla się lampą wyładowczą o mocy do 15 KW.
4. 4. Układ do fotokatalitycznego utleniania i rozkładu zanieczyszczeń organicznych w wodzie i ś ciekach zawierający zbiornik, lampę, pompę obiegową, znamienny tym, że zamknięty zbiornik sedymentacyjny (3) z barbotażem gazów cyrkulacyjnych połączony jest z dwoma zamkniętymi instalacjami, instalacją stanowiącą obieg zawiesiny ścieku z fotokatalizatorem oraz instalacją stanowiącą obieg gazów poreakcyjnych, przy czym instalację obiegu zawiesiny z fotokatalizatorem stanowi pompa obiegowa (5) połączona poprzez zawór (6) z wylotem zbiornika sedymentacyjnego (3), a z drugiej strony poprzez fotoreaktor, którym jest obudowana rynna (2) z usytuowaną nad nią lampą wyładowczą (1) o mocy do 15 KW, z wylotem zbiornika sedymentacyjnego (3), zaś instalację obiegu gazów poreakcyjnych stanowi dmuchawa (4) obiegu gazów połączona ze zbiornikiem sedymentacyjnym (3), przy czym wlot gazów do zbiornika sedymentacyjnego (3) usytuowany jest poniżej zawiesiny, tuż nad jego dnem.
5. 5. Układ według zastrz. 5, znamienny tym, że dmuchawa (4) obiegu gazów połączona jest bezpośrednio z wlotem zbiornika sedymentacyjnego (3), zaś z wylotem zbiornika sedymentacyjnego (3) połączona jest poprzez fotoreaktor.
6. 6. Układ według zastrz. 5, znamienny tym, że dmuchawa (4) obiegu gazów połączona jest bezpośrednio z wylotem zbiornika sedymentacyjnego (3), zaś z wlotem zbiornika sedymentacyjnego (3) połączona jest poprzez fotoreaktor.