Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung einer wässerigen OzonsauerstofflÖsung Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung einer wässeri gen Ozonsauerstofflösung.
Wenn eine Flüssigkeit mit einem Gas gesättigt werden soll, bieten sich hierzu grundsätzlich zwei verschiedene Wege an, nämlich die Auswaschung des Gases mit der Flüssigkeit oder das Kontaktverfahren, bei dem in der Regel Gas und Flüssigkeit ün Gegen strom zueinander gerichtet sind.
Bei dem Auswasch- verfahren wird die Flüssigkeit durch Verregnen oder Verrieseln oder aber durch Versprühen bzw. Verdü- sen unter Druck im Gasraum fein verteilt<B>;</B> beim Kontaktverfahren wird umgekehrt das Gas in mehr oder weniger feiner Blasenverteilung und auf langem Wege durch die Flüssigkeit geleitet, wobei diese in der Regel im Gegenstrom,<B>d.</B> h. von unten nach oben, geführt wird. Diese beiden Verfahren sollen zu dem gleichen Ergebnis, nämlich der gleichen ge sättigten Gaslösung, führen.
Diese bekannten Ver fahren befriedigen, wenn nur ein Gas in Lösung ge bracht werden soll, sie führen aber nicht Zu befrie digenden Ergebnissen bei der Anwendung von Gas gemischen, sofern die einzelnen Komponenten des Gasgemisches eine unterschiedliche Löslichkeit im Wasser besitzen.
Durch das erfindungsgemässe Verfahren soll im Zuge der Wasseraufbereitung unter Verwendung eines Ozonsauerstoffgemisches eine, vorzugsweise im Verhältnis ihrer Partialdrucke annähernd konzen trierte, Lösung von Ozon und Sauerstoff hergestellt werden. Da bekanntlich Ozon eine wesentlich leich tere Löslichkeit in Wasser besitzt als Sauerstoff, kön nen die bekannten Verfahren nicht in befriedigender Weise arbeiten. Beim Auswaschen des Gases mit der Flüssigkeit sättigt sich zunächst jeder einzelne Was sertropfen mit Ozon und Sauerstoff entsprechend der hohen Ozonkonzentration im Gasgemisch.
Wegen der grösseren höheren Löslichkeit des Ozons gegenüber dem Sauerstoff wird hierbei dem Gasgemisch weit mehr Ozon entzogen als Sauerstoff, so dass die an fängliche Ozonkonzentration des Gasgeinisches schnell absinkt. Man muss daher neues ozonreiches Gas nachschieben. Bei einer zu schnellen Nachfuhr sinkt die Ozonkonzentration im Gemisch selbst, da nur ein langsamer Durchgang durch den Ozonerzeu ger zu hohen Ozongehalten führt. Wird das Gas lang sam durch den Ozonerzeuger geleitet, so wird zwar ein hoher Ozongehalt geführt, in dem Auswaschraum. wird der Ozongehalt aber trotzdem absinken, da der Nachschub zu langsam erfolgt.
In jedem Falle ergibt sich in dem Auswaschraum eine erheblich kleinere Ozonkonzentration als im ursprünglichen Gasgemisch, so dass das diesem entsprechende günstigste Ozon- sauerstoffverhältnis nicht annähernd erreichbar ist.
Bei dem Kontaktverfahren strömt das Wasser dem von unten in feinen Blasen aufsteigenden Gas entgegen. Hierbei kommt das Wasser zuerst mit dem Gas in Kontakt, das viel weniger Ozon als das ur sprüngliche Gemisch enthält, da das Gas beim Auf steigen vornehmlich das leichter lösliche Ozon an das Wasser abgibt. Erst unmittelbar über dem Gas eintritt kommt das Wasser mit wirklich ozonreichem Gas in Berührung. Da das Wasser dann aber schon gesättigt ist, jedoch mit viel Sauerstoff und wenig Ozon, muss sich in der Lösung immer wieder ein neuer Zustand einstellen, indem bei Kontakt mit im mer stärker ozonreichen Gasbläschen immer mehr Sauerstoff aus der Lösung verdrängt wird. Diese er forderliche Verdrängung des Sauerstoffes braucht er hebliche Zeit, ausserdem aber verdünnt der ver drängte Sauerstoff jeweils das Ozongemisch selbst.
Infolgedessen kann sich auch bei diesem Verfahren das günstigste Verhältnis Ozon<B>:</B> Sauerstoff nicht ein stellen. Durch die bekannten Verfahren ist daher, da die Ozonkonzentration im Gas während des Sätti gungsvorganges fällt, eine volle Sättigung in dem der ursprünglichen Konzentration entsprechenden Ozon- sauerstoffverhältnis nicht erreichbar. Wegen der we sentlich grösseren Löslichkeit des Ozons wird viel mehr Ozon als Sauerstoff gelöst, wenn das Gemisch beider Gase mit Wasser in Kontakt gebracht wird.
Hierbei verannt in beiden Fällen das Gas notwendi gerweise an Ozon, so dass die Lösung schhesslich nicht soviel Ozon enthalten kann, wie es dem Partial- druck im ursprünglichen Gasgemisch entspricht, son dern nur entsprechend einem Partialdruck, der zwi schen demjenigen des Gases vor und demjenigen des nach der Sättigung übrig bleibenden Gases liegt.
Das erfindungsgemässe Verfahren vermeidet diese den bekannten Verfahren anhaftenden Nachteile und ermöglicht eine Lösung von Ozon und Sauerstoff in Wasser annähernd im Verhältnis ihrer Partialdrucke im Ausgangszustand des Gasgemisches. Dies wird er- findungsgemäss dadurch erreicht, dass das Wasser in langsam fliessendem Strom von geringer Schichthöhe über einen in einem druckdichten Gehäuse horizontal angeordneten, gasdurchrässigen Zwischenboden ge leitet wird, durch den das Gasgemisch dem Wasser aus dem unter dem Zwischenboden befindlichen Gas raum zugeführt wird.
Zweckmässigerweise wird hier bei das Gasgemisch im Gegenstrom zum Wasserfluss in das Gehäuse g gefördert. Wie gesagt, wird eine ge- ringe Wasserhöhe angewendet, und das Ozonsauer- stoffgemisch wird zweckmässig in gleichem Mi schungsverhältnis dem horizontal langsam strömen den Wasser zugeführt.
Durch diese Massnahmen wird erreicht, dass das Wasser vom ersten Augen blick an von Frischgas durchperlt ist; infolge der sehr kurzen Kontaktzeit wegen der geringen Wasser höhe erfolgt eine Teilsättigung mit wenig Sauerstoff, aber viel Ozon, da das Ozon eine hohe Löslichkeit besitzt; das an Ozon verarmte Gas wird dem Kon takt mit dem Wasser schnell entzogen, während die weitere Aufnahme von Gas bis zur Sättigung aus dem immer wieder frisch durch den Zwischenboden nach geführten Gasgemisch erfolgt. Der Partialdruck des Ozons sowohl im Wasser als auch in den einzelnen Bläschen ist in jedem Augenblick höher als bei den vorerwähnten, bekannten Verfahren, bedingt durch die kurzen Kontaktzeiten zwischen Wasser und auf steigendem Gas.
Es wird infolgedessen für die Auf lösung gleicher Ozonmengen weniger Wasser benötigt als bei den bekannten Verfahren und gleichzeitig weniger Sauerstoff aus dem System entnommen. Durch das erfindungsgemässe Verfahren wird prak tisch damit eine volle Sättigung des Wassers entspre chend dem ursprünglichen in dem Gasgemisch ent haltenen Ozon-Sauerstoffverhältnis erreicht.
Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfah rens ist dadurch gekennzeichnet, dass eine langge- streckte, luftdicht geschlossene Kammer einen gas durchlässigen, z. B. porösen oder mit einer Vielzahl von feinen Durchbrechungen oder Düsen ausgestatte ten Zwischenboden aufweist, und dass unmittelbar oberhalb des Zwischenbodens die Zuführungsorgane für das Wasser und unmittelbar unterhalb des Zwi schenbodens die Zufuhrorgane für das Gasgemisch angeordnet sind.
Die Kammer kann die Form eines Rohres haben, das stiniseitig durch die die Zufuhr- und Abfuhrleitungen tragenden Flanschdeckel abge schlossen ist, die ihrerseits mit Mannlöchern versehen sind.
Eine beispielsweise Ausführungsform der Vor richtung gemäss der Erfindung ist in der Zeichnung veranschaulicht, an Hand welcher das erfindungsge- mässe Verfahren nachstehend beispielsweise erläu tert wird.
Fig. <B>1</B> zeigt die Vorrichtung im Längsschnitt, während Fig. 2 eine Seitenansicht von links und Fig. <B>3</B> eine solche von rechts in Fig. <B>1</B> darstellen. Die dargestellte Vorrichtung weist eine langge- streckte, luftdicht geschlossene Kammer<B>1</B> auf, die einen waagrechten gasdurchlässigen Zwischenboden 4 enthält.
Das zu sättigende Wasser 2 fliesst in gerin ger Schichthöhe<B>3</B> über den Zwischenboden 4, unter halb welchem das Ozonsauerstoffgemisch bei<B>5</B> ein gedrückt wird, so dass das Gas durch die ganze Fläche des Zwischenbodens hindurch mit sehr kur zem Weg, daher geringer Konzentrationsänderung, durch das Wasser aufsteigt, während andererseits das Wasser auf seinem langen Weg durch die Kammer<B>1</B> immer wieder von frischem Gasgemisch durchperlt und schliesslich voll gesättigt wird, wobei das gelöste Gas die beiden Komponenten Ozon und Sauerstoff annähernd im Verhältnis ihrer Partialdrucke im Aus gangszustand des Gasgemisches enthält.
Die Kammer<B>1</B> besteht aus einem liegenden Rohr von geeignetem Durchmesser, beispielswiese <B>1000</B> mm, das an beiden Enden mit Flanschendek- keln <B>6</B> und<B>7</B> verschlossen ist. In etwa 40 cm Höhe ist der Zwischenboden 4 angeordnet, der z. B. aus einem Rost und porösem keramischem Material be steht. Die Abdichtung des Zwischenbodens 4 gegen die Flanschdeckel <B>6</B> und<B>7</B> wird nach dem Aufschrau ben der Deckel von in diesen angebrachten Mann löchern<B>8</B> und<B>9</B> aus durchgeführt.
Die Kammer<B>1</B> und alle inneren Teile bestehen aus geeignetem ozonfestem Werkstoff, z. B. V2A- Stahl und PVC.
Die Flanschdeckel sind ausser mit Mannlöchern mit Anschlüssen für das Gasgemisch und das Lö sungswasser versehen. Auf der einen Seite befindet sich der Wassereintritt<B>10,</B> der Auslass<B>11</B> für den noch ozonhaltigen Restsauerstoff sowie eine Ablei tung 12 für das Wasser, welches sich bei Stillstand der Anlage unter dem Zwischenboden 4 sammelt. Diese Ableitung 12 ist mit einem Schwimmerventil <B>13</B> versehen, welches das vollständige Ablaufen die ses Wassers und damit ein Entweichen des Gasge misches durch die Ableitung verhindert. Der gegen überliegende Deckel<B>7</B> trägt die Anschlüsse für den Ozongaseintritt <B>5</B> sowie den Wasserablauf 14.
Ein Rückschlagen des Wassers in die Gasleitung wird durch Ventile ausserhalb der Kammer verhindert.
Das durch die Kammer<B>1</B> geleitete Gas wird im Kreislauf geführt<B>;</B> nach dem Austritt aus der Kam mer passiert das mit Wasserdampf gesättigte Gasge misch zunächst einen Trocknungsapparat. Hinter die sem wird frischer Sauerstoff zugesetzt, und zwar so viel, wie durch die Sättigung des Wassers mit Ozon und Sauerstoff aus dem Kreislauf verloren gegangen ist. Das mit Sauerstoff ergänzte Gasgemisch geht dann langsam durch den Ozonerzeuger, in dem der noch vorhandene Restozongehalt wieder auf die ur sprüngliche Höhe gebracht wird, mit der das Gasge misch dann wieder in- die Kammer eintritt.
Die Sauerstoffzufuhr wird durch einen Schwimmer<B>15</B> von der Kammer<B>1</B> her gesteuert; dieser Schwimmer <B>15</B> hat einen Wasseranschluss in einem der beiden Mannlöcher und liegt selbst ausserhalb der Kammer <B>1</B> in einer besonderen Schwimmerkammer<B>16,</B> in wel cher der Druck des Sauerstoffes auf dem Niveau steht. Das Niveau kann am Schwimmer entsprechend dem kleinen überdruck, der für die überwindung des Widerstandes in dem Zwischenboden 4 durch das Gas erforderlich ist, mit mehr oder weniger Differenz zu dem Niveau des oberhalb des Zwischenbodens fliessenden Wassers reguliert werden.
Die beschriebene Kammer<B>1</B> kann unter beliebi gem Druck betrieben werden, soweit dies der zur Verfügung stehende Ozonerzeuger zulässt. Es ist auch möglich, die gesättigte Ozonlösung drucklos zu entnehmen, oder den in der Kammer<B>1</B> herrschenden Überdruck z. B. zum Betrieb einer Wirbeldüse zu benutzen, wenn man die konzentrierte Ozonlösung einer grösseren Wassermenge etwa beim Einlauf des Wassers in einen Sammelbrunnen oder sonstigen Be hälter unter guter Vermischung zudosieren will.
Ver luste an Ozon sind bei einem derartigen Zusatz, auch wenn er unter Atmosphärendruck erfolgt, nicht zu befürchten, da sowohl die Menge des Ozons als auch die des miteingebrachten Sauerstoffes bei nor malem Zusatz (bis<B>3,</B> auch bis zu 4<B>g</B> 0.3/ms) unter der Löslichkeit beider Gase in Wasser bleibt, und zwar deshalb, weil die beschriebene Vorrichtung aus einem Gasgemisch mit ca. <B>5</B> Vol. <B>%</B> Ozon, wie es ein guter Ozonerzeuger im Kreislauf liefert, Ozon und Sauerstoff im Verhältnis von mindestens 2<B>: 3,</B> viel leicht sogar fast<B>1 : 1</B> in Lösung bringt.
Eine Erhö hung des Druckes ändert an diesem Verhältnis nichts, es wird damit nur entsprechend mehr Gas gleicher Zusammensetzung in Lösung gebracht. In diesem Falle kommt man zwar mit einer kleineren Wasser menge für die Lösung gleicher Mengen Ozon und damit für die Zumessung aus, ohne aber weniger Sauerstoff pro<B>g</B> Ozon in das zu behandelnde Wasser zu bringen. Es muss noch erwähnt werden, dass es vorteilhaft sein kann, das für die Herstellung der ge sättigten Ozonlösung benötigte Wasser aus dem be reits mit Ozon aufbereiteten Hauptwasserstrom zu entnehmen und vor dem Eintritt in die Kammer<B>1</B> zu filtrieren.
Dies trifft insbesondere auf Wasser zu, welches wegen eines sonst nicht störenden geringen Eisengehaltes nicht aufbereitet wird, da auch sehr kleine Eisenmengen eventuell dem porösen Zwi schenboden 4 mit der Zeit zusetzen können und eine Reinigung notwendig machen. Mangan ist in dieser Hinsicht weniger störend, da kleine Mengen durch überschüssiges Ozon prompt zu löslichem Perman- ganat oxydiert werden.
Die Kammer<B>1</B> kann an sich beliebig gross, ins besondere für kleineren Ozonbedarf auch erheblich kleiner gemacht werden. Bei normalem bzw. grossein Bedarf empfiehlt es sich jedoch nicht, mit dem Durchmesser wesentlich über<B>1000,</B> allenfalls 1200 mm zu gehen. Die Gasräume würden dann un- verhältnismässig gross, da sie mit dem Quadrat des Durchmessers wachsen, im Gegensatz zum möglichen Durchsatz, der bei gleichbleibender Schichthöhe von ca. 20 cm nur linear mit dem Durchmesser wächst.