DE102007031984A1 - Reactor for high-voltage impulse-type disinfection of bacteria-contaminated liquids and method - Google Patents
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Abstract
Es wird ein Reaktor zur hochspannungsimpulstechnischen Desinfektion bakterienverseuchter Flüssigkeiten vorgestellt: Er hat einen konvexen, einfach polygonalen oder runden Querschnitt und eine parallele Elektrodenanordnung aus zwei sich senkrecht und bezüglich der Längsachse spiegelbildlich gegenüberstehenden, elektrisch voneinander isolierten Elektrodenbändern. Eine Elektrode ist an ein elektrisches Bezugspotential und die andere, die Hochspannungselektrode, an ein in der Zeitdauer und Höhe einstellbares elektrisches Hochspannungspotential angeschlossen, oder die Elektrodenanordnung ist koaxial mit Innen- und Außenleiter aufgebaut. Auf der mit Hochspannungspotential beaufschlagbaren Elektrode befindet sich eine 100 bis 300 µm dicke Keramikschicht. Beide Elektroden stehen sich mit einem derartigen Höchstabstand gegenüber, dass sich bei Beaufschlagung mit Hochspannungspotential durch die Hochspannung zwischen den beiden Elektroden in jedem Fall kein Funkenüberschlag ausbildet, aber auch mit einem Mindestabstand, derart, dass es an der exponierten Oberfläche der Keramikschicht während des Anstehens des elektrischen Hochspannungspotentials an der Hochspannungselektrode zur Ausbildung einer Maximalfeldstärke von mindestens 1 MV/cm ohne Funkenüberschlag kommt.A reactor for the high voltage impulse disinfection of bacteria-contaminated liquids is presented: it has a convex, simple polygonal or round cross-section and a parallel electrode arrangement of two electrode bands that are perpendicular and mirror-symmetrical with respect to the longitudinal axis and electrically insulated from each other. One electrode is connected to an electrical reference potential and the other, the high voltage electrode, is connected to a high voltage electrical potential adjustable in duration and height, or the electrode assembly is coaxial with inner and outer conductors. On the high voltage potential can be acted upon electrode is a 100 to 300 micron thick ceramic layer. Both electrodes face each other with such a maximum distance that in case of application of high voltage potential by the high voltage between the two electrodes in each case no flashover forms, but also with a minimum distance, such that it at the exposed surface of the ceramic layer during the Anstehens of electrical high voltage potential at the high voltage electrode to form a maximum field strength of at least 1 MV / cm comes without sparkover.
Description
Die Erfindung betrifft einen Reaktor zur hochspannungsimpulstechnischen Desinfektion bakterienverseuchter Flüssigkeiten und ein Verfahren zum Betreiben des Reaktors.The The invention relates to a reactor for high voltage impulse technology Disinfection of bacteria-contaminated liquids and a procedure for operating the reactor.
Zur Wasserdesinfektion werden heute überwiegend Chlor und seine Verbindungen eingesetzt. Dabei können sich gesundheitsschädliche chemische Nebenprodukte bilden, die schwierig biologisch abzubauen sind. Dies trifft insbesondere dann zu, wenn das belastete Wasser erhebliche Mengen organischer Substanzen enthält. Daher werden zunehmend chemische Verfahren zur Wasserdesinfektion durch physikalische Verfahren ersetzt.to Water disinfection is becoming prevalent today Chlorine and its compounds used. This can be harmful to health Produce by-products that are difficult to biodegrade. This especially true if the polluted water is significant Contains quantities of organic substances. Therefore, increasingly chemical processes for water disinfection by physical processes replaced.
Herkömmliche chemische Desinfektionsverfahren können zu unerwünschten toxischen Nebenprodukten, wie Trihalomethan, THM, oder Brom-Chlor-Verbindungen führen. Dies trifft insbesondere dann zu, wenn das Wasser sehr viel organisches Material enthält.conventional Chemical disinfection can lead to unwanted toxic by-products, such as trihalomethane, THM, or bromine-chlorine compounds to lead. This is especially true when the water is very much organic Contains material.
Die Verwendung von Ozon als alleiniges Desinfektionsmittel erfordert sehr hohe Dosen, um eine effektive Desinfektion zu erreichen. Bei Verwendung von Ozon entstehen erheblichen Mengen an toxischen Verbindungen, insbesondere bei Anwesenheit von Bromiden.The Use of ozone as the only disinfectant required very high doses to achieve effective disinfection. at Use of ozone creates significant amounts of toxic compounds, especially in the presence of bromides.
Bei der Verwendung von Gamma-, Röntgen- oder Elektronenbestrahlung ist die Effizienz meist sehr gering und die Apparat- und Betriebskosten deshalb sehr hoch, insbesondere auch, weil eine wirksame Strahlenabschirmung erforderlich ist.at the use of gamma, x-ray or Electron irradiation, the efficiency is usually very low and the Equipment and operating costs therefore very high, in particular, because effective radiation shielding is required.
UV-Bestrahlung ist in trüben Wässern wegen zu geringer Eindringtiefe nicht effektiv und kann außerdem zu unkontrollierbaren mutagenen Veränderungen des bakteriellen Erbguts führen.UV radiation is in cloudy Water because of too low penetration depth is not effective and can also uncontrollable mutagenic changes of the bacterial genome.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Reaktor zur Verfügung zu stellen, mit dem ein hochwirksames, hochspannungsimpulstechnisches Verfahren zur Desinfektion bakteriell verseuchten Wassers, ganz allgemein bakteriell verseuchte Flüssigkeiten, durchgeführt werden kann. Darüber hinaus soll ein solcher Reaktor eine technisch und konstruktiv einfache Einrichtung sein, die ohne zusätzliche periphere Schutzeinrichtungen auskommt.Of the Invention has for its object to provide a reactor available with which a highly effective, high voltage impulse technology method for the disinfection of bacterially contaminated water, in general bacterially contaminated liquids, carried out can be. About that In addition, such a reactor should be technically and structurally simple Facility that is without additional peripheral Protective devices manages.
Die Aufgabe wird durch einen Reaktor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und dem damit durchführbaren Verfahren gemäß den Verfahrensschritten des Anspruchs V1 gelöst.The The object is achieved by a reactor having the features of the claim 1 and the feasible Process according to the method steps of claim V1 solved.
Die Erfindung stellt einen Reaktor und ein Verfahren vor, bakteriell verseuchte Flüssigkeiten, insbesondere bakteriell verseuchtes Wasser, mit Hilfe gepulster Unterwasserkoronaentladungen wirksam zu desinfizieren, bzw. Keime darin wirksam abzutöten.The Invention introduces a reactor and a process, bacterial contaminated liquids, in particular bacterially contaminated water, using pulsed underwater corona discharges effectively disinfect or kill germs effectively.
Unterwasserkoronaentladungen wurden bisher hauptsächlich zur Zerstörung komplexer chemischer Substanzen untersucht. Für diese Grundlagenuntersuchungen wurden meist Spitze Platte-Anordnungen herangezogen. Solche Elektrodenkonfigurationen haben kurze Lebensdauern, da die Elektrodenspitzen rasch abbrennen. Auch lassen sich solche Elektrodengeometrien nicht zu den hohen Massendurchsätzen skalieren, die für eine industrielle Nutzung zur Flüssigkeitsdesinfektion erforderliche sind.Underwater corona discharges have been mainly to destruction investigated complex chemical substances. For these basic studies were mostly used tip plate arrangements. Such electrode configurations have short lifetimes because the electrode tips burn off quickly. Also, such electrode geometries can not be high Mass flow rates scale that for an industrial use for liquid disinfection are required.
Bei der Unterwasserkoronaentladung entsteht ein nichtthermischer Plasmakanal, in der Einrichtung hier: viele nichtthermische Plasmakanäle, in dem die Elektronen Energien von einigen eV erreichen. Elektronen mit diesen Energien können Wassermoleküle spalten/dissoziieren und ionisieren und dadurch verschiedene, sehr reaktive Radikale, wie: .OH, H., O., HO2 ., und Moleküle: H2O2, H2 und O3, erzeugen. Zusätzlich ist der Plasmakanal eine Quelle für intensive UV-Strahlung und Stoßwellen, die ihrerseits zur Produktion freier Radikale führen. An der Spitze des Plasmakanals werden elektrische Felder von mehr als 200 MV/cm erreicht, die die Membran biologischer Zellen durch Elektroporation zerstören. Die Kombination dieser Effekte führt zu einer sehr wirksamen Abtötung von Mikroorganismen/Keimen und darüber hinaus zur Zerstörung toxischer organischer Substanzen in der Flüssigkeit, im Wasser.The underwater corona discharge creates a non-thermal plasma channel, in the device here: many non-thermal plasma channels in which the electrons reach energies of a few eV. Electrons with these energies can split the water molecules / dissociate and ionize and thereby different, very reactive radicals, such as:. OH, H. , O. , HO 2 . , and molecules: H 2 O 2 , H 2 and O 3 , produce. In addition, the plasma channel is a source of intense UV radiation and shock waves, which in turn leads to the production of free radicals. At the top of the plasma channel, electric fields of more than 200 MV / cm are achieved, which destroy the membrane of biological cells by electroporation. The combination of these effects leads to a very effective killing of microorganisms / germs and moreover to the destruction of toxic organic substances in the liquid, in the water.
Die Erfindung löst das Problem der Spaltung/Keimabtötung durch die Erzeugung einer Vielzahl von Koronakanälen, in der Fachsprache auch Streamerkanäle genannt, an einer mit einer dünnen porösen Keramikschicht beschichteten Anode.The Invention solves the problem of splitting / germ destruction by generating a large number of corona channels, also known as streamer channels in technical language, at one with a thin porous ceramic layer coated anode.
Gemäß Anspruch
1 ist der Reaktor zur hochspannungsimpulstechnischen Desinfektion
bakterienverseuchter Flüssigkeiten
folgendermaßen
aufgebaut:
Er besteht aus einem an seinen beiden Stirnseiten anflanschbaren
Rohrabschnitt mit lichtem, einfach polygonalem, mindestens jedoch
rechteckigem Querschnitt oder lichtem, einfach konvexem, rundem Querschnitt.
Einer bezüglich
der Längsachse
des Rohrabschnitts parallelen Elektrodenanordnung aus zwei sich
senkrecht und bezüglich
der Längsachse spiegelbildlich
gegenüberstehenden,
elektrisch voneinander isolierten Elektrodenbändern über höchstens die Länge des
Rohrabschnitts und beim polygonalen Querschnitt über höchstens die Breite der Polygonseite.
Die Mantelflächen
bei polygonalem Querschnitt sind vorzugsweise eben.According to claim 1, the reactor for the high voltage impulse disinfection of bacteria-contaminated liquids is constructed as follows:
It consists of a pipe section which can be flange-mounted on its two end faces and has a light, simply polygonal, but at least rectangular cross section or a light, simply convex, round cross section. A with respect to the longitudinal axis of the pipe section parallel electrode arrangement of two vertically and with respect to the longitudinal axis mirror image opposing, electrically insulated from each other electrode bands over most of the length of the pipe section and the polygonal cross section over at most the width of the polygon side. The lateral surfaces in polygonal cross-section are preferably flat.
Die eine Elektrode ist an ein elektrisches Bezugspotential, häufig Erdpotential, und die andere, die Hochspannungselektrode, an ein pulsförmiges, in der Zeitdauer und Höhe einstellbares elektrisches Hochspannungspotential anschließbar. Die Hochspannungselektrode ist auf der nach innen exponierten, bzw. zur Gegen elektrode hin exponierten Fläche mit einer porösen Keramikschicht bedeckt.The one electrode is connected to an electrical Be zugspotential, often ground potential, and the other, the high voltage electrode, connectable to a pulse-shaped, in the duration and height adjustable electrical high voltage potential. The high voltage electrode is covered on the exposed inward, or counter-electrode exposed surface with a porous ceramic layer.
Der Reaktor kann aber auch aus einer bezüglich der Längsachse des Rohrabschnitts koaxialen/konzentrischen Elektrodenanordnung aus der zumindest elektrisch leitenden Innenwand, dem Außenleiter, und dem koaxialen Innenleiter bestehen. Dann ist einer von beiden, vorzugsweise der Außenleiter, an ein elektrisches Bezugspotential und der Innenleiter an ein in der Zeitdauer und Höhe einstellbares elektrisches Hochspannungspotential anschließbar. Aber auch bei dieser Bauform ist die Hochspannungselektrode auf der zur gegenüberliegenden Elektrode exponierten Fläche mit einer porösen Keramikschicht, wie oben beschrieben, bedeckt. In allen Bauformen liegt die Schichtdicke der porösen Keramikschicht im Bereich von 100 bis 300 μm. Dabei haben die beiden Elektroden einen Abstand derart zueinander haben, dass an der exponierten Oberfläche der Keramikschicht während des Anstehens des elektrischen Hochspannungspotentials an der Hochspannungselektrode eine elektrische Feldstärke von mindestens 1 MV/cm ohne Funkenüberschlag besteht. Hiermit ist eine rezeptive Anleitung zum elektrotechnischen und baulichen Dimensionieren von Fall zu Fall gegeben, um geplante Durchsatzmengen, wie vorgesehen, prozessieren zu können. Ein Ausführungsbeispiel wird unten beschrieben. Wesentlich ist, dass während der Pulsdauer kein Durchschlag, d. h. ein Kurzschluss, stattfindet. Jedoch sich viele Streamer während des Hochspannungspulses zwischen und entlang des mit zu prozessierender Flüssigkeit aufgefüllten Elektrodenzwischenraums ausbilden.Of the But the reactor can also from a respect to the longitudinal axis of the pipe section coaxial / concentric electrode arrangement of the at least electrically conductive inner wall, the outer conductor, and the coaxial inner conductor. Then one of them, preferably the outer conductor, on an electrical reference potential and the inner conductor to a in the Duration and height Adjustable electrical high voltage potential connectable. But also in this design, the high voltage electrode on the opposite electrode exposed area with a porous one Ceramic layer, as described above, covered. In all designs is the layer thickness of the porous Ceramic layer in the range of 100 to 300 microns. The two electrodes have have a distance to each other such that on the exposed surface of the Ceramic layer during the presence of the high voltage electrical potential at the high voltage electrode an electric field strength of at least 1 MV / cm without sparkover exists. Herewith is a receptive guide to the electrical and structural Dimensioning on a case-by-case basis to allow for planned throughputs, as planned, to be able to process. An embodiment is described below. It is essential that during the pulse duration no breakdown, d. H. a short circuit, takes place. However, many streamer during the High voltage pulse between and along the liquid to be processed padded Form electrode gap.
Elektrisch sind der Hochspannungsimpulsgenerator und der Reaktor einerseits einfach miteinander verbunden. Für eine elektrisch sich dauernd ändernde Last könnten dann unter Umständen elektrische Massnahmen zum Schutz des Generators vor problematischen Reflexionen notwendig sein. Bei nur mehr sich gering ändernder Last kann ein solcher Reflexionsschutz durch Impedanzanpassung zwischen Generator und Reaktor einfach gelöst werden.electrical are the high voltage pulse generator and the reactor on the one hand simply connected. For an electrically constantly changing one Load could then maybe electrical measures to protect the generator from problematic Reflections may be necessary. With only slightly changing load can such a reflection protection by impedance matching between Generator and reactor are easily solved.
Nützliche
Ausgestaltungen sind in den abhängigen
Ansprüchen
2 bis 6 beschrieben:
Zur Flüssigkeitsein-
und Ausleitung ist an den beiden Endbereichen des Reaktorraumes
mindestens je ein Anschlussstutzen angebracht. Für Diagnostik und Analysezwecke
sitzt mindestens ein weiterer Anschlussstutzen in der Rohrwand im
Reaktoraumbereich (Anspruch 2).Useful embodiments are described in the dependent claims 2 to 6:
For liquid inlet and outlet at least one connecting piece is attached to the two end regions of the reactor space. For diagnostics and analysis purposes, at least one additional connecting piece is located in the tube wall in the reactor area area (claim 2).
Durch eine Hochspannungsdurchführung in der Rohrwand ist der Innenleiter mit einem Hochspannungsimpulsgenerator verbunden. Die Rohrwand, zumindest die elektrisch leitenden Rohrinnenwand ist an ein Bezugspotential, meist Erdpotential, angeschlossen, so dass bei Erdpotential umgebende Sicherheitsabschirmungen entfallen können.By a high voltage feedthrough in the pipe wall is the inner conductor with a high voltage pulse generator connected. The tube wall, at least the electrically conductive tube inner wall is connected to a reference potential, usually ground potential, so that at ground potential surrounding safety shields omitted can.
Für den Betrieb ist es vorteilhaft, wenn die Keramikschicht zuverlässig an dem inneren Leiter haftet, da bei der Streamerentladung durchweg auch Schockwellen entstehen. Das wird nach Anspruch 4 noch dadurch unterstützt, als die Keramik und das Innenleitermaterial nicht zu verschiedene thermische Ausdehnungskoeffizienten von der Umgebungstemperatur bis zur Betriebstemperatur haben, vorzugsweise sind sie ähnlich bis gleich.For the business It is advantageous if the ceramic layer reliably adheres to the inner conductor, as consistently in the streamer discharge also shock waves arise. This is still possible according to claim 4 support as the ceramic and the inner conductor material are not too different thermal expansion coefficients of the ambient temperature up to the operating temperature, preferably they are similar to equal.
Gegenüber der Prozessflüssigkeit und den durch die Bepulsung entstandenen Reaktionsprodukten muss zumindest die innere Oberfläche des Reaktorraums inert sein, bzw ist der Reaktor aus solchen Materialien aufgebaut sein (Anspruch 5).Opposite the process liquid and the reaction products formed by the pulsation at least the inner surface be inert in the reactor space, or is the reactor of such materials be constructed (claim 5).
Im Falle koaxialen Elektrodenaufbaus gibt es eine geometrisch umfassendere Bauweise der nur bezüglich der beiden Elektrodenachsen bestehenden Koaxialität und eine engere Bauweise der Elektrodenkoaxialität mit Positionsgleichheit der beiden ähnlichen Querschnitte der Innenelektrode und der lichten Weite der Außenelektrode. Beide Bauweisen des koaxialen, konzentrischen Reaktors sind in Anspruch 6 kennzeichnend beschrieben, und zwar dass im Falle koaxialer, konzentrischer Elektrodenanordnung der lichte Querschnitt der Außenelektrode beliebig zum Querschnitt der Innenelektrode steht, vorzugsweise jedoch der Innenelektrodenquerschnitt durch bezüglich der Längsachse radiale Stauchung aus dem lichten Querschnitt der Außenelektrode hervorgeht und umgekehrt.in the In case of coaxial electrode construction, there is a geometrically more extensive one Construction of only re the two electrode axes existing coaxiality and a Closer construction of the electrode coaxiality with position equality two similar ones Cross sections of the inner electrode and the clear width of the outer electrode. Both constructions of the coaxial, concentric reactor are required 6 characterizing described, namely that in the case of coaxial, concentric Electrode arrangement of the clear cross-section of the outer electrode is arbitrary to the cross section of the inner electrode, preferably however, the internal electrode cross section is characterized by radial compression with respect to the longitudinal axis the clear cross section of the outer electrode emerges and vice versa.
Das
Verfahren zur hochspannungsimpulstechnischen Desinfektion bakterienverseuchter
Flüssigkeiten
besteht gemäß Anspruch
7 aus den folgenden Schritten:
Die bakterienverseuchte, zu
prozessierende Flüssigkeit
wird entweder durch einen rohrförmigen
Hohlraum geströmt
oder in einen solchen ladungsweise eingeleitet, der gemäß einem
der Ansprüche
1 bis 6 aufgebaut ist. Die sich im Hohlraum gegenüberstehenden
Elektroden bilden den lichten Bereich, in dem durch Hochspannungsbepulsung
einer der beiden Elektroden das für die Prozessierung notwendige
gepulste elektrische Feld ausbildet. Die hochspannungsbepulste Elektrode
ist diejenige Elektrode, die der porösen Keramikschicht überzogen
ist. Die verunreinigte, elektrisch zu prozessierende Flüssigkeit wird
im Durchfluss- oder schubweisen Betrieb während eines Hochspannungsimpulses
einer dadurch bewirkten Vielzahl von der exponierten Keramikschicht
ausgehenden elektrischen Koronaentladungen entlang des potentialmäßig hochliegenden
Leiters ausgesetzt. An der potentialmäßig hochliegenden Elektrode
wird an der exponierten Keramikoberfläche eine gepulste elektrische
Feldstärke
von mindestens 1 MV/cm erzeugt, ohne dass ein Funkenüberschlag
zur auf Bezugspotential liegenden Gegenelektrode provoziert wird.The method for high voltage impulse disinfection of bacteria-contaminated liquids according to claim 7 consists of the following steps:
The bacteria-contaminated liquid to be processed is either flowed through a tubular cavity or introduced into such a charging manner, which is constructed according to one of claims 1 to 6. The electrodes facing each other in the cavity form the clear area in which high-voltage pulsation of one of the two electrodes forms the pulsed electric field necessary for the processing. The high voltage bulbous electrode is the electrode coated with the porous ceramic layer. The contaminated, electrically-to-be-processed liquid becomes in flow-through or batch-wise operation during a high-voltage pulse of a plurality of the exposed ceramic caused thereby layer exposed outgoing electrical corona discharges along the potential overhead conductor. A pulsed electric field strength of at least 1 MV / cm is generated on the exposed ceramic surface at the potential-high electrode without provoking a flashover to the opposite electrode to the reference potential.
In dem abhängigen Verfahrensanspruch 8 werden bewährte Parameterbereiche für einen vorteilhaften und langzeitlichen Betrieb beschrieben. Unter Berücksichtigung des Hochspannungsimpulsgenerators und der Leitungen zum Reaktor liegen die Anstiegszeiten des Hochspannungsimpulses unter 100 ns und die Impulsdauern deutlich über 100 ns, dabei können auch Impulsraten von einigen 10 Hz gefahren werden.In the dependent Method claim 8 are proven Parameter areas for described an advantageous and long-term operation. Under consideration of the high voltage pulse generator and the lines to the reactor the rise times of the high-voltage pulse are below 100 ns and the pulse durations significantly over 100 ns, can also pulse rates of a few 10 Hz are driven.
Der Reaktor ist eine koaxiale, längenbegrenzte Elektrodenanordnung. Eine qualitative Vorgabe des Elektrodenabstandes ist die Vermeidung eines einzelnen Funkenüberschlags und damit eines Kurzschusses während der Dauer des Hochspannungsimpulses. Entscheidend ist die vielfache radiale Streamerausbildung oder Büschelentladung im Elektrodenzwischenraum. Der Elektrodenabstand ist durch den erforderlichen Volumendurchsatz und die daran anzupassende Impulsamplitude gegeben. Bei beispielsweise 100 kV Impulsamplitude und 200–300 ns Pulsdauer beträgt der Elektrodenabstand 3–5 cm. Da der spezifische Widerstand der Wasserschicht klein gegen den spezifischen Widerstand in der Keramikschicht ist – er ist nur durch die Leitfähigkeit der Flüssigkeit in den Poren der Keramik bestimmt –, fällt ein Großteil die gesamte Pulsspannung über der Keramikschicht ab. Für das Auftreten der Streamer ist eine Feldstärke von mindestens 1 MV/cm an der Oberfläche der Keramik erforderlich. Beispielsweise wird das durch einen 50–100 kV-Puls bei oben beispielhaft aufgeführtem Elektrodenabstand erreicht.Of the Reactor is a coaxial, length limited Electrode assembly. A qualitative specification of the electrode spacing is the avoidance of a single flashover and thus a short shot while the duration of the high voltage pulse. The decisive factor is the multiple radial streamer formation or tuft discharge in the electrode gap. The electrode distance is determined by the required volume throughput and given the pulse amplitude to be adjusted. For example 100 kV pulse amplitude and 200-300 ns Pulse duration is the electrode gap 3-5 cm. Because the specific resistance of the water layer is small against the specific resistance in the ceramic layer is - he is only by the conductivity the liquid determined in the pores of the ceramic -, much of the entire pulse voltage falls above the Ceramic layer off. For the occurrence of the streamer is a field strength of at least 1 MV / cm on the surface the ceramic required. For example, this is due to a 50-100 kV pulse in the example listed above Electrode distance reached.
Als Generator zur Erzeugung der Hochspannungsimpulse ist eine Blumlein-Anordnung geeignet. Alternativ kann eine Kondensatorbank oder ein Marxgenerator als Hochspannungsimpulsquelle eingesetzt werden. Die Impedanz des Generators ist an die Impedanz des Reaktors angepasst, um Reflexionen in den Generator zu vermeiden. Die Impulsrate geht bis zu 10 Hz.When Generator for generating the high voltage pulses is a Blumlein arrangement suitable. Alternatively, a capacitor bank or a Marx generator be used as a high voltage pulse source. The impedance of the Generator is adapted to the impedance of the reactor to reflections to avoid in the generator. The pulse rate goes up to 10 Hz.
Zur Steigerung der Produktion von Oxidantien während der Bepulsung werden Mikrogasblasen durch den Reaktor geströmt. Sauerstoff und Edelgase sind beispielsweise dazu geeignet.to Increase the production of oxidants during the pulsation Microgas bubbles flowed through the reactor. Oxygen and noble gases are suitable for example.
Die chemischen Reaktionen, die bei den Unterwasserkoronaentladungen entstehen, sind denen bei Elektronenstrahl-, Röntgen- oder Gammastrahl- sowie Ultraschallbehandlung sehr ähnlich. Der Vorteil der Unterwasserkoronabehandlung besteht in der Kombination mit andern Effekten, wie UV-Strahlung, Stoßwellen, hohen elektrischen Feldern, die zu einer Effizienzsteigerung führt und in den geringeren Apparate-, und Betriebskosten. Weiter besteht der Vorteil des Desinfektionsverfahrens in den hohen spezifischen Dekontaminationsraten. Experimentelle Ergebnisse mit Bakterien vom Stamm Pseudomasputida ergeben, dass für eine Reduktion der bakteriellen Konzentration um 6 Größenordnungen eine spezifische elektrische Energie von 5,5 kWh/m3 erforderlich ist. Dieses Ergebnis ist auf die Kombinationswirkung von Oxidantien, UV-Strahlung, Stoßwellen und starken elektrischen Feldern zurückzuführen, die bei Streamerentladungen erzeugt werden.The chemical reactions that occur in underwater corona discharges are very similar to those of electron beam, X-ray, gamma ray and ultrasound treatment. The advantage of underwater corona treatment is the combination with other effects, such as UV radiation, shock waves, high electric fields, which leads to an increase in efficiency and in the lower equipment and operating costs. Furthermore, the advantage of the disinfection process is the high specific decontamination rates. Experimental results with bacteria of the strain Pseudomasputida show that for a reduction of the bacterial concentration by 6 orders of magnitude a specific electrical energy of 5.5 kWh / m 3 is required. This result is due to the combination effect of oxidants, UV radiation, shock waves and strong electric fields generated by streamer discharges.
Im Folgenden wird die hochspannungsimpulstechnische Unterwasserkoronaentladung zur Desinfektion bakterienverseuchter Flüssigkeiten in einem beispielhaften Reaktor beschrieben. Hierzu werden Figuren mit darin dargestellten technischen Schemata verwendet. Es zeigt:in the The following is the high voltage impulse underwater corona discharge for the disinfection of bacteria-contaminated liquids in an exemplary Reactor described. For this purpose, figures are shown in it technical schemes used. It shows:
Die
schematische Darstellung in
Die gesteuerte Stromversorgung, die Einrichtung
zur Erzeugung elektrischer Hochspannungsimpulse, hier ein Blumleingenerator,
mit Messsensorik, zentral der Reaktor in koaxialer Bauweise, und
eine an den Reaktor angeschlossene Analyseeinrichtung zur Untersuchung
des Zustandes der zu prozessierenden, bakterienverseuchten Flüssigkeit
durch die Einwirkung der Unterwasserkoronaentladungen. Die beiden
Ausgänge
des Blumleinimpulsgenerators sind mit dem Reaktor verbunden: Der
Hochspannungsausgang ist über
die Durchführung
am Reaktorrohr mit dem koaxial sitzenden, keramikummantelten Innenleiter
verbunden. Das Reaktorrohr ist aus Edelstahl. Über jeweils einen Flansch an
den beiden Stirnseiten schließt
ein Quarzfenster das innere des Reaktors hermetisch nach außen ab,
so dass die Vorgänge
darin visuell beobachtet werden können. Die beiden Flansche haben
elektrisch leitenden Kontakt zur Rohrwand, deshalb ist das Bezugspotential des
Blumlein-Impulsgenerators mit dem nächstliegenden Flansch elektrisch
leitend verbunden. Die Stutzen für
die Einleitung und Ausleitung des zu prozessierenden Abwassers sind
nicht angedeutet, jedoch ist der Reaktorinnenraum für den Prozess
damit gefüllt. Über die
Peristaltikpumpe werden aus dem Reaktorraum Proben genommen, in
die Quarzküvette
zur spektrophotometrischen Untersuchung geströmt und in den Reaktorraum zurückgepumpt.
Der koaxial sitzende Innenleiter ist aus Titan und mit der Keramik
Almandine 200 μm
dick über
eine Haftvermittlerschicht beschichtet. Hinsichtlich der thermischen
Ausdehnungskoeffizienten sind beiden Materialien ideal, d. h. hinsichtlich
des Ausdehnungskoeffizienten aufeinander abgestimmt, nämlich gleich, bzw.
nahezu gleich.The schematic representation in
The controlled power supply, the means for generating electrical high voltage pulses, here a Blumleingenerator, with Messsensorik, centrally the reactor in coaxial design, and connected to the reactor analysis device for studying the state of the process to be processed, bacteria-contaminated liquid by the action of underwater corona discharges. The two outputs of the Blumleinimpulsgenerators are connected to the reactor: The high voltage output is connected via the implementation of the reactor tube with the coaxially seated, ceramic-coated inner conductor. The reactor tube is made of stainless steel. A quartz window hermetically seals the interior of the reactor via a respective flange on the two end faces so that the processes in it can be visually observed. The two flanges have electrically conductive contact with the pipe wall, therefore, the reference potential of Blumlein pulse generator is electrically connected to the nearest flange. The nozzles for the introduction and discharge of the wastewater to be processed are not indicated, depending but the reactor interior is filled with it for the process. About the peristaltic pump samples are taken from the reactor room, flowed into the quartz cuvette for spectrophotometric examination and pumped back into the reactor room. The coaxially seated inner conductor is made of titanium and coated with the ceramic Almandine 200 microns thick via a primer layer. With regard to the coefficients of thermal expansion of the two materials are ideal, ie matched with respect to the expansion coefficient, namely the same, or almost the same.
In
Beispielhaft
werden für
diese Ausführungsbeispiel
die folgenden Dimensionen aufgeführt:
Länge der
Innenelektrode 200 mm;
Durchmesser der Innenelektrode mit kreisförmigem Querschnitt
6 mm;
lichter Durchmesser der äußeren Elektrode 30 mm;
damit
Elektrodenabstand 12 mm;
Almandine-Keramikbeschichtung 200–300 μm.By way of example, the following dimensions are listed for these exemplary embodiments:
Length of the inner electrode 200 mm;
Diameter of inner electrode with circular cross section 6 mm;
outer diameter of outer electrode 30 mm;
thus electrode spacing 12 mm;
Almandine ceramic coating 200-300 μm.
Prozessiert
wurde mit diesem Ausführungsbeispiel:
Wasser
mit unterschiedlichen Bakterienkonzentrationen und damit einem Leitfähigkeitsbereich
der zu prozessierenden Flüssigkeit
im Bereich 0,5–1,5 mS/cm.
Die Hochspannungsamplitude war im Bereich < 50 kV, die Pulsform rechteckig mit
einer Halbwertsbreite von 200–400
ns. Im so betriebenen Laborreaktor wurde schon eine Reduktion der
bakteriellen Konzentration (Pseudomonas putida) um 6 Logarithmenstufen,
d. h. Faktor 1 000 000, bei einem Energieeinsatz von 20 J/cm3 erreicht.The process was carried out with this exemplary embodiment:
Water with different bacterial concentrations and thus a conductivity range of the liquid to be processed in the range 0.5-1.5 mS / cm. The high voltage amplitude was in the range <50 kV, the pulse shape rectangular with a half width of 200-400 ns. In the laboratory reactor thus operated, a reduction of the bacterial concentration (Pseudomonas putida) by 6 logarithm stages, ie factor 1 000 000, was achieved with an energy input of 20 J / cm 3 .
An
den nicht mittigen Stutzen
Durchführungsstutzen
By guide socket
materialgetrennt
mit angedeuteten Dichtungen im Detail in der
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