Verfahren zur Behandlung von strömenden Medien mittels mindestens teilweise aus Ozon bestehende Gasen Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlung strömender Medien mittels minde stens teilweise aus Ozon bestehenden Gasen, bei wel chem von dem Hauptstrom des zu behandelnden Mediums ein Teilstrom abgezweigt und nach Vermi schen mit dem Behandlungsgas in den Hauptstrom zurückgeleitet wird. Das Verfahren ist insbesondere zur Wasserreinigung bestimmt.
Für die Wasserreinigung mittels Ozons bzw. ozonhaltiger Gasgemische sind die verschiedensten Einrichtungen bekannt geworden. In älterer Zeit be nutzte man offene oder geschlossene Wasservolltürme sowie mit Koks oder Steinen gefüllte Vermischungs türme, in welche das ozonhaltige Gasgemisch, vor zugsweise im Gegenstrom zu dem zu behandelnden Wasser, eingeführt wurde, um eine genügend innige Vermischung und eine ausreichende Kontaktzeit zu erhalten. Meistens betrug die Wasserhöhe, durch die das ozonhaltige Gas geleitet wurde, 4 bis 8 m.
Der Wasservollturm findet auch heute noch Anwendung, obwohl bei ihm hohe Ozonverluste auftreten, die je nach der Ozonkonzentration des Ozon-Gas-Gemi- sches und der Höhe der Wasserschicht des Behälters bis zu 35 % betragen können.
Bei dem häufig angewandten indirekten Ozon Verfahren, bei welchem ein von dem Hauptstrom des zu reinigenden Wassers abgezweigter Teilstrom mit dem Ozon-Gas-Gemisch vermischt und dann dem Hauptstrom zugeführt wird, gelingt eine einwandfreie Vermischung des mit Ozon angereicherten Teilstro mes mit der Hauptmenge des Wassers nur dann, wenn im Gegenstrom möglichst in einer geschlossenen Rohrleitung oder einem Wasservollturm gearbeitet wird und wenn im Bereich der Mischzone Schikanen oder sonstige, eine intensive Mischung herbeiführende Mittel vorgesehen sind.
Die beim indirekten Verfah- ren auftretenden Ozonverluste sind etwas niedriger als die beim direkten Verfahren und betragen zwischen 7,5 und 20 %.
Das in jüngster Zeit bekannt gewordene Hoch frequenz-Mischverfahren, welches mit den sbgenann- ten Turbo- oder Turax-Mischern arbeitet, bietet gegenüber den vorgenannten Verfahren wohl insofern einen gewissen Vorteil, als es eine raumsparende An ordnung ermöglicht, jedoch gelingt es auch hier nicht, echte Ozonlösungen herzustellen.
Bei den Rota- tionsbegasern liegt die Kontaktzeit zwischen dem beigemischten Ozon-Gas-Gemisch und dem zu be handelnden Wasser fast ausnahmslos unterhalb einer Sekunde ; es wird so momentan eine starke Ozon anreicherung im Wasser erzielt. Verlässt das Wasser die Vermischungszone, in der Unterdruck herrscht, so tritt entsprechend den atmosphärischen Bedingun gen eine Entspannung ein und das im Wasser un echt , d. h. in feinsten Gasblasen vorliegende Ozon, tritt unverzüglich aus. Die Gasverluste, die diesem Verfahren anhaften, betragen in der Praxis zwischen 10 und ca. 25 %.
Als Vorteil dieser Aggregate wird erwähnt, dass sie zufolge der Bewegung der Rotor achse innerhalb eines sogenannten Schaumbettes (Unterdruckzone) einen verhältnismässig geringen Energieverbrauch für das Vermischen aufweisen ; dies hat sich jedoch eigentlich als Nachteil erwiesen; aus- serdem liegt der Energieverbrauch der Rotationsmi scher nicht wesentlich unter dem, den beispielsweise Wasserringkompressoren zur Verarbeitung gleicher Luftmengen aufweisen.
Die einwandfreie Einbringung von Ozon bzw. eines Ozon-Gas-Gemisches in Wasser zur Behandlung desselben bereitet nur wegen der geringen Wasser löslichkeit des Ozons Schwierigkeiten. Unter atmo sphärischen Bedingungen und den in der Praxis wirtschaftlich zu erreichenden Gaskonzentrationen lässt sich bei normaler Wassertemperatur eine Ozon menge von ca. 0,6 bis 0,7 g/m3 in Wasser einbringen. Auf Grund der starken und momentanen Reaktion des Ozons mit in Wasser gelösten Stoffen anorgani scher und organischer Natur kann man jedoch leicht Überdosierungen vornehmen, beispielsweise entspre chend dem Ozonbedarf bzw. der Ozonzehrung.
Es ist bekannt, zur Erhöhung der Ozonlöslichkeit, basierend auf dem Henry-Dalton'schen Gesetz, nach dem sogenannten Druckkammer-Verfahren zu arbei ten. Bei diesem wird das Ozon-Gas-Gemisch meistens unter einem Druck von max. 10 m WS dem zu be handelnden Wasser zugeleitet und das bei der Ent spannung anfallende Gasgemisch, das noch Ozon ent halten kann, durch eine Gasrückführungsleitung wie der dem Zuflusswasser zugeführt. Der Druck in der Reaktionskammer wird hydraulisch konstant gehal ten. Unter dem maximal verwendeten Druck von ca.
10 m WS lösen sich etwa 5 g Ozon/m3, wenn ein Gasgemisch mit einer Ozonkonzentration von 10 g/m3, entsprechend 0,5 Volumprozent bzw. 0,83 Gewichts prozent, verwendet wird. Das Druckkammerverfahren benötigt jedoch zu seiner Durchführung einen grossen baulichen Aufwand, der die Gesamtanlagekosten stark belastet.
Das erfindungsgemässe Verfahren, welches diesen Nachteil . umgeht, ist dadurch gekennzeichnet, dass der ozonhaltige Teilstrom unter einem Druck von über 10 m WS in den Hauptstrom eingeführt wird, zweckmässigerweise entgegen der Richtung des letzte ren. Auf diese Weise lässt sich, z. B. bei der Wasser reinigung, im Gegensatz zu den bekannten Verfahren, ein Entmischen des Ozon-Gas-Wasser-Gemisches im Bereich der Einführungsstelle des Teilstromes in den Hauptstrom, also ein Ozonverlust, praktisch vermei den und so eine wesentlich wirksamere Wasserreini gung als bisher sicherstellen.
Das erfindungsgemässe Verfahren, welches mit weniger komplizierten Aggregaten und einem gerin geren baulichen Aufwand arbeiten kann als z. B. die bisherigen, mit Ozon arbeitenden Wasserreinigungs- verfahren, löst das Problem der Ozoneinführung in besonders erfolgreicher Weise.
Es kann ohne weiteres die Einführung eines Ozon-Gas-Gemisches in eine unter einem gewissen Druck stehende geschlossene Wasserleitung vorgenommen werden, ohne dass es notwendig wäre, innerhalb der Vermischungszone von Haupt und Teilstrom oder in der Nähe derselben in Richtung des Hauptstromes Schikanen oder son stige Hilfsmittel, wie poröse Platten, Schrauben usw., die sonst zur Erzielung einer intensiven Mischung des Ozon-Gas-Wasser-Gemisches und der Hauptwasser menge vorhanden sein müssen, vorzusehen, denn die Ozoneinführung im Sinne der Erfindung unter über- druck führt dazu,
dass im Bereich des Zusammen treffens der beiden Wasserströme die mit einem höhe ren Druck eingeimpfte Ozon-Emulsion die Form einer Kugelzone annimmt und sich praktisch auf das Geschwindigkeitsprofil der laminaren Rohrströmung der Hauptwassermenge schiebt. Es empfiehlt sich zu diesem Zweck, den ozonhaltigen Teilstrom entgegen der Strömungsrichtung der Hauptwassermenge ein zuführen.
Es hat sich gezeigt, dass das Verhältnis von Teilstromwassermenge zu Hauptwassermenge die Vermischung und damit den Reinigungseffekt der erfindungsgemässen Druckozonisierung beeinflusst. Die besten Verfahrenserfolge werden dann erhalten werden, wenn sich die Teilstromwassermenge und die Hauptwassermenge etwa wie 1 : 10 verhalten und das Verhältnis zwischen dem Druck, der in der Haupt leitung herrscht und dem, unter welchem das Ozon- Gas-Wasser-Gemisch, also der Teilstrom, in den Hauptstrom eingeführt wird, 1 :2,5 bis 1 :3 ist.
Wichtig ist selbstverständlich, dass bei der Verwen dung von Luft für die Ozonherstellung die ange saugte, als Trägergas dienende Luftmenge so bemes sen ist, dass ein bestimmtes Verhältnis zur Gesamt wassermenge eingehalten wird, um Luftschläge in der Leitung tunlichst zu vermeiden. Ferner muss im Falle der Benutzung von Luft als Ozonerzeugungs- und -trägergas durch Nachschaltung eines Behälters oder Vorsehung eines Sicherheitsventiles hinter der Vereinigungsstelle von Haupt- und Teilstrom für eine Druckentlastung und Abführung des Luftüberschusses gesorgt werden.
Verwendet man Sauerstoff zur Ozonherstellung, so bietet das Verfahren der Druckozonisierung ge- mäss der Erfindung die Möglichkeit, den nicht im Wasser verbleibenden Sauerstoff wieder gasförmig zu rückzuerhalten, indem er vor Eintritt des ozonhaltigen Teilstromes in den Hauptstrom aus diesem abgezogen und nach Entspannung und Trocknung im Kreislauf wieder der Ozonerzeugungsanlage zugeführt wird.
Nachstehendes Beispiel soll das Verfahren der Erfin dung an Hand der beiliegenden Zeichnung, in wel cher eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens schematisch dargestellt ist, näher erläutern Eine Wassermenge von 100 m3/h ist mit 0,5 g Ozon/m--3 zur Entkeimung unter einem Druck von 20 m WS zu behandeln.
Über eine Druckerhöhungs- pumpe 1, die vorzugsweise eine Drehkolbenpumpe ist, wird dem Rohrnetz 2 für den Betrieb des Injek- tors 3 eine Wassermenge von etwa 1601/min ent nommen und das Gemisch einer Kammer 4 zuge führt. Die Förderhöhe der Pumpe 1 beträgt 60 m WS.
Bei 50 % Druckverlust an der Druckdüse des Injek- tors kann ein Druck im Behälter 4 von 30 m WS aufrechterhalten werden, der wiederum zur Einfüh rung des Ozon-Wasser-Gemisches über die mit einer regelbaren Blende 6 ausgerüstete Leitung 5 in die Leitung 2 ausreicht, wobei die Einführung des ozon haltigen Teilstromes in den Hauptstrom, wie in der Zeichnung angedeutet, entgegen der Strömung der Hauptwassermenge erfolgt.
Der überschüssige, als Gaspolster im Gasraum 7 der Kammer 4 sich sam melnde Sauerstoff wird über ein Expansionsgefäss 8 abgeführt und der Trocknungsanlage 9, als welche Kieselsäuregeladsorber oder Kühleinrichtungen die nen können, und anschliessend dem Ozonerzeugungs- aggregat 10 zugeleitet. Die bei der Ozonherstellung und der Druckvermischung verlorengegangene Sauer stoffmenge wird einer Sauerstoffquelle 11 über ein Ventil 12 entnommen und einem Expansionsgefäss 13 und von diesem in entsprechender Dosierung der Gasleitung zugeführt. Für die Kontrolle der Sauer stoffmengen dienen Hauptstrommesser 14 und 15.
Ein weiterer Vorteil des neuen Druckozonisie- rungsverfahrens liegt darin, dass der zur Trocknung kommende Sauerstoff entsprechend den physikali schen Bedingungen feuchtigkeitsbeladen anfällt und, da diese Bedingungen konstant sind, die Trockner vollautomatisch geschaltet werden können. Beim Arbeiten ohne Überdruck und bei Verwendung von Luft zur Ozonproduktion, ist eine vollautomatische Schaltung der Trocknungseinrichtung nicht möglich, da der Feuchtigkeitsgehalt der zur Ozonproduktion herangezogenen Luft entsprechend den stets wech selnden meteorologischen Verhältnissen schwankt.
Man kann auch eine Ozonlösung entsprechender, von dem angewandten Druck und der angewandten Wassermenge abhängiger Konzentration im Teilstrom erzeugen und sie nach vorheriger Abführung über schüssiger Gase der Saugleitung einer Förderpumpe zuführen und so unter erhöhtem Druck in den Hauptstrom des zu reinigenden Wassers einleiten. Hierbei müssen jedoch die Strömungsverhältnisse ge nauestens beachtet und die Ozonlösung kurz vor der Druckerhöhung zugeimpft werden, da sonst infolge der Entspannung der Ozonlösung Gasblasen das Ab reissen der Pumpe zur Folge haben können.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist nicht nur für die Wasserreinigung, sondern ebenso auch für die Druckozonisierung strömender Medien allgemein an wendbar.