CH662553A5 - Process and device for purifying water, using ozone produced from oxygen-rich gas - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung soll nun anhand der beigefügten Zeichnung, welche Schaltungsskizze der erfindungsgemässen Einrichtung als Ausführungsbeispiel darstellt, näher erläutert werden (die Strömungsrichtungen sind durch die auf den Leitungen eingezeichneten Pfeile angedeutet). The invention will now be explained in more detail with reference to the attached drawing, which shows a circuit diagram of the device according to the invention as an exemplary embodiment (the flow directions are indicated by the arrows drawn on the lines).
Das zu reinigende (mit Ozon zu behandelnde) Wasser tritt über eine Leitung 1 in die Einrichtung ein, wird mit einer in eine Leitung 2 eingebauten Pumpe 3 in den Oberteil eines zur Austreibung des Stickstoffes dienenden Desorbers 4 gedrückt. The water to be cleaned (to be treated with ozone) enters the device via a line 1, is pressed into the upper part of a desorber 4 used to expel the nitrogen using a pump 3 installed in a line 2.
Der Desorber 4 ist ein zylindrischer Stehbehälter, in dessen Innenraum der Betriebswasserstand mit dem Bezugsbuchstaben v bezeichnet ist. Der Desorber 4 wird nur von einem Teilstrom der ganzen, zu reinigenden (mit Ozon zu behandelnden) Wassermenge durchströmt. Im unteren Teil des Desorbers 4 ist ein Gasverteilungskopf 5 eingebaut, der mit einer Gasleitung 6 verbunden ist. Diese Gasleitung 6 ist aus dem Oberteil eines Absorbers 7 hinausgeführt, der zur Lösung und Anreicherung des aus sauerstoffreichem Gas erzeugten Ozons dient. The desorber 4 is a cylindrical standing container, in the interior of which the operating water level is designated by the reference letter v. The desorber 4 is only flowed through by a partial stream of the entire amount of water to be cleaned (to be treated with ozone). In the lower part of the desorber 4, a gas distribution head 5 is installed, which is connected to a gas line 6. This gas line 6 is led out of the upper part of an absorber 7, which serves to dissolve and enrich the ozone generated from oxygen-rich gas.
Auch ein Absorber 7 wird nur von einem bereits erwähnten Teilstrom der ganzen, zu reinigenden (mit Ozon zu behandelnden) Wassermenge durchströmt (auch hier bezeichnet v den Wasserstand). Im unteren Teil dessen zylindrischen Behälters ist ein Gasverteilerkopf 8 vorgesehen, welcher an eine weitere Gasleitung 9 anschliesst. An absorber 7 is also only flowed through by a partial flow of the entire amount of water to be cleaned (to be treated with ozone) which has already been mentioned (here, too, v denotes the water level). In the lower part of its cylindrical container, a gas distributor head 8 is provided, which connects to a further gas line 9.
Die Gasleitung 9 tritt aus einem Ozonerzeugungsapparat 10 unten aus und gibt ein solches ozonreiches Gasgemisch an den Absorber 7 weiter, das beispielsweise 65% Sauerstoff enthält. Im Absorber 7 lässt man das Ozon - genauer gesagt: dessen überwiegenden Teil, z. B. ca. 95% - durch Wasser absorbieren. The gas line 9 emerges from an ozone generator 10 below and passes on such an ozone-rich gas mixture to the absorber 7, which contains, for example, 65% oxygen. In the absorber 7 the ozone is left - more precisely: its predominant part, e.g. B. about 95% - absorb by water.
Da sich das Ozon im Wasser viel schneller löst als der Because the ozone dissolves in the water much faster than that
J3 J3
5 5
10 10th
15 15
20 20th
25 25th
30 30th
35 35
40 40
45 45
50 50
55 55
60 60
65 65
662 553 662 553
Sauerstoff, wird ein grosser Teil von letzterem mit dem restlichen Ozon sowie zusammen mit einigem Stickstoff «ausgepufft» und entweicht über die Leitung 6. Oxygen, a large part of the latter is "exhausted" with the remaining ozone and together with some nitrogen and escapes via line 6.
Aus dem Absorber 7 lässt man den kleineren Teil des nicht in Lösung gegangenen, sauerstoffreichen Gases-wie bereits erwähnt - über die Leitung 6 in den Desorber 4 gelangen, d. h. es wird zwecks Verminderung des Stickstoffgehaltes des rezirkulierten Gases abgeblasen. Mit dem in Desorber 4 gelangten Sauerstoff wird nämlich der überwiegende Teil des Stickstoffs aus dem Wasser vertrieben, so dass das aus dem Desorber 4 über eine Leitung 27 in den Absorber 7 eingespeiste Wasser praktisch keinen, oder kaum noch Stickstoff enthält. Es wurde demnach der kleinere Teil des aus dem Desorber 4 abgehenden, abgeblasenen sauerstoffreichen Gases zum Austreiben des Stickstoffes, aus dem Teilstrom des Lösungswassers verwendet, während der grössereTeil des Gasgemisches über eine Leitung 11 zum Ozonentwicklungsapparat 10 rezirkuliert wird. Dies besagt, dass das über die Leitungen 6 und 11 zum Ozonentwicklungsapparat 10 rezirkulierte Gas überwiegend Sauerstoff sowie in dem Absorber 7 nicht gelöstes (ca5%) Ozon enthält, d. h. zur Erzeugung von Ozon ausgezeichnet geeignet ist. From the absorber 7, the smaller part of the oxygen-rich gas which has not gone into solution - as already mentioned - is passed via line 6 into the desorber 4, i. H. it is blown off to reduce the nitrogen content of the recirculated gas. With the oxygen in desorber 4, the major part of the nitrogen is namely expelled from the water, so that the water fed from the desorber 4 via a line 27 into the absorber 7 contains practically no or hardly any nitrogen. Accordingly, the smaller part of the blown-off oxygen-rich gas leaving the desorber 4 was used to expel the nitrogen from the partial flow of the solution water, while the larger part of the gas mixture is recirculated to the ozone development apparatus 10 via a line 11. This means that the gas recirculated via lines 6 and 11 to the ozone developing apparatus 10 mainly contains oxygen and ozone which is not dissolved (approx. 5%) in the absorber 7, i. H. is excellent for generating ozone.
Das im Teilstrom erfolgende Inlösungehen des Ozons ermöglicht nach obigem, den Verlust durch das - schon eingangs erwähnte-Lösenvon Sauerstoff in Wasser, wie auch die, mit dem zu reinigenden Wasser in das Sauerstoffkreislaufsystem eingeführte Stickstoffmenge zu vermindern. Eine weitere Verminderung der Stickstoffmenge besteht darin, dass in dem Desorber 4 vorhergehend eine Stickstoffaustreibung durchgeführt wird, die noch weiter gesteigert werden kann, wenn zum Lösen des Ozons schon ozonbehandeltes Wasser verwendet wird. The dissolving of the ozone in the partial flow enables, according to the above, the loss through the - already mentioned - dissolving of oxygen in water, as well as the amount of nitrogen introduced into the oxygen circulation system with the water to be purified. A further reduction in the amount of nitrogen is that a nitrogen expulsion is carried out beforehand in the desorber 4, which can be increased even further if ozone-treated water is already used to dissolve the ozone.
Wir kommen nun zur Zeichnung zurück, wo aus dem Desorber 4 das an Stickstoff reiche Gas über eine Leitung 12 ins Freie geleitet wird, während zu dem über die Leitung 11 rezirkulierten Gasgemisch aus einem Sauerstoffbehälter 13 über eine Leitung 14 - in benötigter Menge - die ergänzende Sauerstoffmenge zugegeben wird. Das auf diese Weise mit Sauerstoff angereicherte Gas wird hernach über eine Leitung 15 mit Hilfe eines Kompressors 16 über einen Tropfenabscheider 17, einen Kühler 18 und einen Trockner 19 in den Ozonerzeugungsapparat 10 gedrückt, und wieder wird Ozon aus diesem erzeugt (das Kühlen und Trocknen ist deshalb nötig, da der Sauerstoff zwecks Ozonerzeugung zwischen zwei Elektroden hindurchgelassen wird). We now come back to the drawing, where from the desorber 4 the nitrogen-rich gas is passed outside via a line 12, while to the gas mixture recirculated via line 11 from an oxygen tank 13 via line 14 - in the required amount - the supplementary Amount of oxygen is added. The gas enriched with oxygen in this way is subsequently pressed into the ozone generator 10 via a line 15 with the aid of a compressor 16 via a droplet separator 17, a cooler 18 and a dryer 19, and ozone is again generated from this (this is cooling and drying necessary because the oxygen is passed between two electrodes to generate ozone).
Aus dem Absorber 7 wird das ozonreiche Wasser (Ozonlösung ) - dieser Teilstrom enthält das, der ganzen zu behandelnden Wassermenge entsprechende Ozon-über eine Leitung 20 in einen Mischer 21 weitergeleitet, der in die Leitung 1 eingebaut ist. Mit Hilfe des Mischers 21 wird die Ozonlösung in dem über die Leitung 1 eintreffenden Hauptstrom des zu reinigenden Wassers verteilt; danach wird der Hauptstrom in einen Oxydationsreaktor 22 geleitet. Damit sind die Vorbedingungen des aufeinander Einwirkens der Verunreinigungen im zu reinigenden Wasser und des aus dem sauerstoffreichen Gas erzeugten Ozons geschaffen und gesichert. Die im Oxydationsreaktor 22 ausscheidenden Gase werden dann über eine Leitung 23 abgeblasen. From the absorber 7, the ozone-rich water (ozone solution) - this partial stream contains the ozone corresponding to the entire amount of water to be treated - is passed via a line 20 into a mixer 21 which is built into the line 1. With the help of the mixer 21, the ozone solution is distributed in the main stream of the water to be purified arriving via line 1; then the main stream is passed into an oxidation reactor 22. This creates and ensures the preconditions for the interaction of the impurities in the water to be cleaned and the ozone generated from the oxygen-rich gas. The gases exiting in the oxidation reactor 22 are then blown off via a line 23.
Obiges zusammengefasst: Die Verwendung des aus sauerstoffreichem Gas hergestellten Ozons wird mit den herkömmlichen Ozon-Zumischeinrichtungen in drei Stufen durchgeführt, und zwar: The above in summary: The use of the ozone produced from oxygen-rich gas is carried out with the conventional ozone admixing devices in three stages, namely:
Stickstoff-Desorbtion; Austreibung Nitrogen desorption; Expulsion
Ozon-Absorption; Anreicherung Ozone absorption; enrichment
Oxydation im Reaktor. Oxidation in the reactor.
Mithin wird das zur Reinigung benötigte Ozon in einem -vorher stickstoffärmer gemachten - Teilstrom des Wassers gelöst, die Ozonlösung aber zur oxydativen Behandlung des Hauptwasserstromes benützt. As a result, the ozone required for cleaning is dissolved in a partial stream of the water that was previously made low in nitrogen, but the ozone solution is used for the oxidative treatment of the main water stream.
Wir kehren nun zur Zeichnung zurück; dazu ist folgendes zu sagen: Den Oxydationsreaktor 22 verlässt das gereinigte Wasser über eine Leitung 24, um dann über ein Ableitungsrohr 25 einem Verwendungsort zugeführt zu werden. Im Punkt a des Ablei-5 tungsrohrs 25 ist eine Leitung 26 abgezweigt, welche vor der Pumpe 3 in die Leitung 2 einmündet. Dieser Anschluss ermöglicht es, dass man zur Stickstoffaustreibung, bzw. zur Ozonanreicherung nicht den Teilstrom des zu reinigenden, sondern des schon gereinigten Wassers, eventuell einen Teilstrom aus einem io Gemisch von zu reinigendem und bereits gereinigtem Wasser verwenden kann. Selbstredend enthält das System eine nötige Anzahl an Absperr- und Steuerarmaturen. Diese wurden jedoch zwecks besserer Übersichtlichkeit in der Zeichnung nicht dargestellt. We now return to the drawing; The following is to be said in this regard: the cleaned water leaves the oxidation reactor 22 via a line 24, in order then to be fed to a place of use via a discharge pipe 25. At point a of the pipe 5, a pipe 26 is branched off, which opens into the pipe 2 in front of the pump 3. This connection makes it possible to use not the partial flow of the water to be cleaned, but rather the already cleaned water, possibly a partial flow consisting of an OK mixture of water to be cleaned and already cleaned, for nitrogen expulsion or for ozone enrichment. Of course, the system contains a necessary number of shut-off and control fittings. However, these were not shown in the drawing for the sake of clarity.
15 Die B estimmung der technologischen Parameter für ein konkretes Verfahren ist eine technisch-wirtschaftliche Optimierungsaufgabe. Diese Parameter sind von folgenden Einflussgrös-sen abhängig: Qualität des zu behandelnden Wassers; ein spezifischer Ozonbedarf; Konzentration des im Sauerstoffgenerator 20 hergestellten Sauerstoffes; Art und Weise der Gasaufbereitung; Typus des Ozonerzeugers ; Grösse der Preise für Elektroenergie und für Ozonerzeugung; Temperatur des Wassers; Höhe der Absorptions- und Desorptionssäulen usw. 15 Determining the technological parameters for a specific process is a technical-economic optimization task. These parameters depend on the following factors: quality of the water to be treated; a specific ozone requirement; Concentration of the oxygen produced in the oxygen generator 20; Type of gas treatment; Type of ozone generator; Size of prices for electrical energy and for ozone generation; Temperature of water; Height of absorption and desorption columns etc.
Als Beispiel sei erwähnt, dass zur Ozonbehandlung von max. 25 20 °C Wasser und dessen durchschnittlichem Ozonbedarf von 3 gl m3 Ozon aus einem Gas von 85-90 Vol.-% Sauerstoffgehalt, ein mit 40-60 g/m3 Gaskonzentration hergestelltes Ozon in einem 20-30% betragenden Teilstrom gereinigten Wassers gelöst wird, wenn die Höhe der Flüssigkeitssäule in dem Ozonanreicherungs-30 Absorber 5-6 m beträgt. In diesem Falle hat das aus dem Anreicherer abgehende Gas 2-4% Ozon, womit als Verlust gerechnet werden muss. Der Ozonverlust kann auf 1-2% vermindert werden, und zwar durch das Inreiheschalten von zwei Absorbersäulen, z. B. mit Benützung von vorhandenen Ozonmi-3- Schern. Der Einsatz von in Reihe geschalteten Anreicherungssäulen ist nicht unwirtschaftlich, da die Abmessungen der Säulen nur durch die Absorptionsprozesse bestimmt werden; im Gegensatz zu der herkömmlichen Ozonzumischung, wo die Oxydationsprozesse dominieren. As an example it should be mentioned that for the ozone treatment of max. 25 20 ° C water and its average ozone requirement of 3 gl m3 ozone from a gas with 85-90 vol .-% oxygen content, an ozone produced with 40-60 g / m3 gas concentration is dissolved in a 20-30% partial flow of purified water when the height of the liquid column in the ozone enrichment 30 absorber is 5-6 m. In this case, the gas leaving the enrichment has 2-4% ozone, which must be expected as a loss. The ozone loss can be reduced to 1-2% by connecting two absorber columns, e.g. B. using existing Ozonmi-3 shears. The use of enrichment columns connected in series is not uneconomical, since the dimensions of the columns are only determined by the absorption processes; in contrast to the conventional ozone admixture, where the oxidation processes dominate.
4t Bei Neuanlagen empfiehlt es sich, die Höhe der anreichernden Flüssigkeitssäulen zu vergrössern, da dadurch auch die Stickstoff-Verunreinigungen vermindert werden können. Wenn die Zunahme der Höhe der Flüssigkeitssäule nach unten erfolgt-mithin also ein sogenannter Absorptionsbrunnen zur Anwen-4i dung kommt - ist mit hydraulischen Verlusten nicht zu rechnen. Auch der in der Lösung auftretende Ozonzerfall kann einen gewissen Ozonverlust bedeuten, doch kann dieser durch Senken des pH-Wertes des Teilstromes (z. B. pH = 6,5) unter3% gehalten werden. Bei niedrigeren Wassertemperaturen (z. B. so unter 10 °C) besteht hierfür auch keine Notwendigkeit. 4t For new systems, it is advisable to increase the height of the accumulating liquid columns, as this can also reduce nitrogen contamination. If the height of the liquid column increases downwards - hence a so-called absorption well is used - hydraulic losses are not to be expected. The ozone decomposition occurring in the solution can also mean a certain loss of ozone, but this can be kept below 3% by lowering the pH value of the partial flow (e.g. pH = 6.5). At lower water temperatures (e.g. below 10 ° C) there is no need for this.
In dem Absorber 7 nimmt die Sauerstoffkonzentration des rezirkulierten Gases um 2-3 % ab, da sich Oxigen im Wasser auflöst. Deswegen muss man von den aus dem Absorber 7 abgehenden Gasen 10-20% abblasen, um nach Ergänzung des 55 abgeblasenen Gases durch ein Gas von 90-95 Vol.-% Sauerstoffgehalt, wieder ein Gas von 85-90 Vol.-% Sauerstoffgehalt in den Ozonentwicklungsapparat 10 einspeisen zu können. In the absorber 7, the oxygen concentration of the recirculated gas decreases by 2-3%, since oxigen dissolves in the water. For this reason, 10-20% of the gases leaving the absorber 7 must be blown off, so that after the 55 blown-off gas has been supplemented by a gas with an oxygen content of 90-95 vol to be able to feed the ozone developing apparatus 10.
Ein wesentlicher Vorzug der Erfindung besteht darin, dass dadurch die Wasserreinigung mit dem aus sauerstoffreichem Gas 60 erzeugten Ozon wesentlich billiger ermöglicht wird, als mit den bisher bekannten, demselben Zweck dienenden Verfahren, da gemäss der Erfindung mit herkömmlichen Ozon-Zumischappa-raturen das Kostenoptimum der Ozon-Wasserbehandlung und der Ozonerzeugung maximal einander näher gebracht werden 65 können. An essential advantage of the invention is that it enables water purification with the ozone generated from oxygen-rich gas 60 to be carried out much cheaper than with the previously known processes serving the same purpose, since according to the invention the cost of using conventional ozone admixing devices Ozone water treatment and the ozone generation can be brought closer to each other at most 65.
Selbstredend beschränkt sich die Erfindung nicht nur auf die beispielsweise angeführten Durchführungsarten des Verfahrens, bzw. nur allein auf die dargestellte Ausführungsform, sondern sie Of course, the invention is not only limited to the implementation of the method, for example, or only to the embodiment shown, but it
5 662 553 5,662,553
kann im Rahmen des durch die Patentansprüche definierten Schutzumf anges auch auf zahlreiche andere Arten verwirklicht werden. can also be implemented in numerous other ways within the scope of protection defined by the claims.
M M
1 Blatt Zeichnungen 1 sheet of drawings
Claims (9)
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PL | Patent ceased |