DE102017000785A1

DE102017000785A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Abbau von umweltschädlichen Stoffkomponenten aus Wasser und Abwasser

Info

Publication number: DE102017000785A1
Application number: DE102017000785.3A
Authority: DE
Inventors: Ruth Rau; Reinhard Boller
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2017-01-30
Filing date: 2017-01-30
Publication date: 2018-08-02

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum einfachen Aufoxidieren und Eliminieren von umweltschädlichen Stoffkomponenten insbesondere organischen Stoffen aus Wasser oder Abwasser oder Regenwasser oder Brauchwasser oder Grauwasser, zur Nutzung in Abwasserbehandlungsanlagen oder Wasserbehandlungsanlagen oder Regenwassernutzungsanlagen oder Brauchwassernutzungsanlagen oder Grauwasseranlagen. Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst eine Komponente zur Erzeugung von Druckluft, eine Vorrichtung zur Erzeugung von Ozon, eine Vorrichtung zur Kühlung der Luft, die durch die Vorrichtung zur Erzeugung von Ozon strömt, mindestens einen Kontaktbereich (kann auch als Behandlungsstufe oder Reaktor oder Rohrsystem bezeichnet werden), in dem Druckluft, angereichert mit Ozon, in das Wasser bzw. Abwasser eingetragen wird und von dem zu reinigenden Abwasser im Gegenstrom durchströmt wird und mindestens einer UV-Strahlungsquelle.

Description

Kleinkläranlagen oder kleine Kläranlagen dienen der dezentralen Abwasserbeseitigung in ländlich strukturierten Gebieten, in denen aus wirtschaftlichen oder sonstigen Gründen heraus kein Kanalanschluss vorhanden ist oder hergestellt wird bzw. werden kann.
Hier wird die aus den bestehenden gesetzlichen Verpflichtungen heraus resultierende Notwendigkeit der Abwasserreinigung durch Kleinkläranlagen oder kleine Kläranlagen realisiert.
Viele dieser für die dezentrale Abwasserreinigung verwandten Kleinkläranlagen oder kleinen Kläranlagen arbeiten nach dem so genannten Belebtschlammverfahren. Eine besondere Ausgestaltung dieses Belebtschlammverfahrens sind beispielsweise die SBR Anlagen. Diese Anlagen sind weit verbreitet, sowohl mit einer klassischen anaeroben Speicherung des Schlamms als auch mit einer aeroben Schlammstabilisierung. Nachfolgend wird das SBR Verfahren beschrieben.
Im Gegensatz zur Belebungsanlage sind beim SBR-Reaktor Belebungsbecken und Nachklärbecken nicht räumlich voneinander getrennt. Im kombinierten Belebungsbecken / Nachklärbecken (SBR-Reaktor) findet die eigentliche biologische Abwasserreinigung statt. In dem SBR-Reaktor werden die Funktionen von Belebungsbecken und Nachklärbecken zeitlich voneinander getrennt. Im Prinzip wird der SBR-Reaktor eine bestimmte Zeit als Belebungsbecken genutzt, danach wird der gleiche Raum nach dem nachfolgend beschriebenen Schema als Nachklärbecken in Anspruch genommen. Die entsprechende zeitliche und funktionale Abfolge wird Zyklus genannt.
Ein Zyklus beginnt mit der sogenannten Füllphase. Dem SBR-Reaktor wird in einem bestimmten Zeitraum mittels Mammutpumpe mechanisch vorgereinigtes Abwasser aus der Vorklärung zugeführt. Während dieser Füllphase läuft parallel der Prozess der biologischen Abwasserreinigung.
Diese biologische Abwasserreinigung wird durch frei herumschwimmende Bakterien bewirkt, die sich zu sogenannten Belebtschlammflocken zusammenballen. Da auch beim Belebungsverfahren, wie bei allen anderen aeroben Abwasserreinigungsverfahren, Sauerstoff zum Abbau von organischen Verbindungen durch die Bakterien benötigt wird, wird dieser durch auf dem Boden des Belebungsbeckens liegende Belüftungseinrichtungen eingetragen. Hierdurch wird die ankommende Druckluft in feine Luftbläschen aufgeteilt und dem Abwasser zugeführt. Durch die danach folgende Aufwärtsbewegung der Luftblasen erfolgt eine stetige Vermischung des Abwassers mit den Belebtschlammflocken.
Die Luftversorgung der Belüftungseinrichtungen geschieht auch hier in einem sogenannten Pausenlaufzeitintervall.
Anschließend beginnt die Absetzphase. In dieser Zeit setzt sich der Belebtschlamm auf der Beckensohle ab. Das gereinigte und von Belebtschlamm befreite Abwasser befindet sich im oberen Bereich, die als Klarwasserzone bezeichnet wird. In diesem Zeitraum wird das zuvor als Belebungsbecken genutzte Behältervolumen als Nachklärbecken genutzt.
Nach Beendigung der Absetzphase läuft die Klarwasserabzugsphase als die letzte Phase des Zyklus ab. Hier wird im oberen Beckenbereich aus der Klarwasserzone das gereinigte Abwasser mittels Mammutpumpe abgezogen und über einen kleinen Vorlagebehälter mit Überlauf dem Ablauf zugeführt. Dieser Vorlagebehälter ist notwendig, da die Abwasserreinigung im Zyklus (chargenweise) abläuft und somit nur zu bestimmten Zeiten am Tag eine gesicherte Probenahme möglich ist. Durch den stets gefüllten Vorlagebehälter ist eine jederzeitige Probenahme gesichert.
Bei einer gut funktionierenden SBR Anlage befinden sich aber immer noch entsprechende Reststoffe (Stoffe, Schmutzstoffe) im Abwasser. So sind beispielsweise biologisch nicht abbaubare organische Bestandteile (Stoffe, Schmutzstoffe), Spurenstoffe (beispielsweise Rückstände von Medikamenten, Hormone etc.), Reste von biologisch abbaubaren Bestandteilen (Wasser hat in der Regel nach der biologischen Reinigung keinen BSB5-Wert von 0 mg/l, sondern bei einer gut funktionierenden Anlagewerte zwischen 5-10 mg/Liter), Keime (Bakterien, Viren, beispielsweise E-Coli, coliforme Bakterien, Streptokokken, Enterokokken u.a.), Schlammbestandteile noch im biologisch gereinigten Abwasser enthalten.
Ähnlich verhält es sich mit Grauwasseranlagen. Bei diesen Anlagen wird nur das in Haushaltungen/Hotels/Gaststätten beziehungsweise anderen Anwendungen anfallende Grauwasser in einer Anlage gereinigt. Auch hierbei sind, wie vorstehend ausgeführt, entsprechende Restverschmutzungen im Ablauf der Anlagen vorhanden.
Auch Regenwasserzisternen, Regenwasserspeicher und Anlagen die Regenwasser sammeln, bevorraten und aufarbeiten, sind Gegenstand dieser Erfindung, da trotz eingebauter Filtersysteme eine entsprechend organische Verschmutzung des Wassers sowie eine entsprechende Keimbelastung vorhanden ist.
Das Wasser kann beispielsweise nach der biologischen Reinigung noch über entsprechende Filtersysteme geleitet werden, um die oben benannten Reststoffe herauszufiltern. Auch können entsprechende Fällmittel zugegeben werden, um durch Fällungsprozesse eine weitergehende Reinigung zu erzielen. Bezüglich der Keimbelastung kann eine entsprechende Entkeimung/Hygienisierung durch UV-Licht erreicht werden. Weiterhin ist eine Behandlung des Abwassers mit Ozon grundsätzlich bekannt.
Allerdings ist keiner dieser Verfahren in der Lage die die oben benannten Reststoffe (Schmutzstoffe, Spurenstoffe) aus dem Abwasser einer Kleinkläranlage effektiv und in einem wirtschaftlich vertretbaren Maße bzw. mit gerade bei Kleinkläranagen fehlendem Fachpersonal (bei diesen Anlagen erfolgt in der Regel eine Wartung 2-4-mal im Jahr) zu entfernen.
Es wurde bislang versucht, großtechnisch erprobte Verfahren von kommunalen Anlagen auf die spezielle Anlagengattung der Kleinkläranlagen zu übertragen.
Das derzeit effektivste Verfahren zum Abbau organischer Spurenstoffen im großtechnischen Bereich kommunaler Kläranlage oder in Trinkwasseraufbereitungsanlagen sind die Advanced Oxidation Prozesse (AOPs). Bei den AOPs erfolgt mit Hilfe von O₃, H₂O₂, Fe/H₂O₂ (Photo-Fenton), TiO₂ oder deren Kombination unter UV-Bestrahlung eine Oxidation der Schadstoffe, wobei die Oxidation dabei direkt durch diese Stoffe und insbesondere auch über die dabei entstehenden OH-Radikale (Hydroxyl-Radikale) bewirkt wird. Die Spurenstoffe werden dabei größtenteils in stabile anorganische Verbindungen wie H₂O, CO₂ und entsprechende Salze umgewandelt.
Es sind bereits zahlreiche Veröffentlichungen zur Anwendung von Ozon in kommunalen Kläranlagen bekannt. Die Anwendung von Ozon bedingt in allen bekannten Anwendungen einen hohen technischen und apparativen Aufwand.
Unter dem Aktenzeichen DE 197 29 680 A 1 ist ein Verfahren zur Abwasserbehandlung unter besonderer Beachtung der Ozonung beschrieben. Hierbei erfolgt der Eintrag von Ozon im Nachklärbecken bzw. im Ablauf der Anlage. Die Regelung erfolgt über eine Zeitschaltuhr bzw. eine Redoxregelung. Hier wird aber nicht näher ausgeführt, durch welche Technik der Eintrag erfolgt. Hier wird nur dargelegt, dass ein entsprechender Eintrag im Nachklärbecken bzw. im Ablauf der Anlage erfolgt.
Unter der Nummer DE 4002014 A1 ist ein Patent mit dem Titel „Abwasserreinigung mit Ozon“ angemeldet worden. Das Abwasser wird dabei im alkalischen pH-Bereich mit Ozon im Gegenstrom behandelt. Zur Durchführung des Verfahrens ist eine Veränderung des pH-Wertes erforderlich.
Unter der Nummer DE 4440969 A1 ist ein Patent mit dem Titel „Verfahren und Vorrichtung zur Behandlung von Abwasser mit Ozon“ angemeldet worden. Hierbei wird das Abwasser in einem Reaktor mit ozonhaltigem Gas versetzt und dieses ozonhaltige Gas-Wassergemisch mit der Oberfläche eines Festbettes in Kontakt gebracht.
Unter der Nummer DE 19801705 A1 ist ein Patent mit dem Titel „Vorrichtung zur wirtschaftlich effizienten Abwasserentkeimung und -dekontamination“ angemeldet worden. Dabei soll mittels eines aktiven Reaktionsraums (aktiver Kontaktbereich) des Rohrreaktors durch einen zwangsorientierten Durchströmungsfluss mittels speziell angeordneter Leiteinrichtungen (Leitbleche) und Durchströmungsöffnungen ein hohes Oberflächen/Volumenverhältnis gewährleisten werden, die Verweildauer des kontaminierten Mediums ein Maximum erfahren und dabei die Verwirbelung der Komponenten Ozon und kontaminiertes Medium kontinuierlich gestaltet werden.
Alle bisher bekannten Technologien sind jedoch durch einen entsprechenden hohen Aufwand im konstruktiven Bereich und/oder durch eine entsprechend hohe Energiezufuhr und/oder durch eine geringe Leistung gekennzeichnet. Auch ist der Verbleib des nicht verbrauchten Ozons gerade bei einfacher technischer Ausführung nicht gelöst. Ozon sollte nicht nach der Anwendung in die umgebende Luft austreten. Hier wird auf entsprechend niedrige MAK Werte bzw. die bekannte Gesundheitsgefährdung durch Ozon verwiesen.
Damit Ozon in Wasser eingetragen werden kann, müssen entsprechende Verdichter/Kompressoren Luft ansaugen und dann dem Ozongenerator zu führen. In diesem Ozongenerator wird die verdichtete Luft mit Ozon angereichert und dann dem Wasser zugeführt. Durch den Verdichtungsprozess erfolgt naturgemäß eine Erwärmung der Luft, da ein großer Teil der eingesetzten elektrischen Energie beim Verdichtungsprozess in Form von Wärme an die Luft abgegeben wird. Dies ist besonders nachteilig, da sich durch den Erwärmungsprozess die Luft entsprechend den bekannten physikalischen Gesetzen ausdehnt. Dies führt dazu, dass die Dichte der Luft durch die Volumenausdehnung reduziert wird. Dies wiederum führt dazu, dass der Anteil an Sauerstoff reduziert wird. Dies wiederum führt zu einer geringeren Ozonanreicherung im Ozongenerator. Zudem führt die höhere Temperatur der komprimierten Luft zu einer weiteren Erwärmung des Ozongenerators, so dass hier eine verstärkte Kühlung des Ozongenerators erforderlich ist.
Zudem ist bei bekannten Systemen ein zusätzlicher Verdichter/Kompressor erforderlich, um für den Ozongenerator die entsprechende Luftversorgung sicherzustellen. Dies bedingt einen entsprechend hohen apparativen Aufwand, da an jedem System zwei Verdichter/Kompressoren arbeiten: ein Verdichter/Kompressor für die Sauerstoffversorgung der Anlage und ein Verdichter/Kompressor für die Versorgung des Ozongenerators mit Luft.
Zusammenfassend sind oxidative Verfahren auf Ozonbasis sehr wartungs- und energieintensive Verfahren. Kleinkläranlagen sind allerdings für die mechanischbiologische Abwasserbehandlung auf Basis einfacher Technologiekonzepte entwickelt und verfügen im Gegensatz zu zentralen Großkläranlagen nicht über entsprechend qualifiziertes und permanent anwesendes Personal für den Betrieb und die Überwachung der Anlage. Dies bedeutet, dass bei Kleinkläranlagen nur eine Technologie eingesetzt werden kann, die keiner ständigen Betreuung bedarf, kostengünstig in Anschaffung und Betrieb ist und trotzdem eine hohe Reinigungsleistung aufweist.
Darüber hinaus ist Ozon ein selektives Oxidationsmittel. Die Abbauarbeit von Schadstoffen (Spurenstoffen) hängt sehr von deren Molekülstruktur ab. Verbindungen, die bestimmte funktionelle Gruppen wie C-C Doppelbindungen, deprotonierte Amine und aktivierte aromatische Systeme aufweisen, werden in der Regel gut durch Ozonung abgebaut. Viele weitere Verbindungen und Mikroorganismen werden durch Ozon allerdings nur schwer abgebaut. Um einen ausreichenden Abbau sicher zu stellen, werden daher sehr hohe Behandlungsraten mit sehr hohen Kontaktzeiten, die sehr große Installationen erfordern, benötigt.
Im Gegensatz zu wartungsintensiven und aufwendigen Verfahren in denen Oxidationsmittel wie Ozon oder Wasserstoffperoxid zum Einsatz kommen, ist die Anwendung von Titandioxid (TiO₂) als heterogener Photokatalysator in kleintechnischen Bereichen als relevanter zu betrachten. Titandioxid ist billig, leicht verfügbar und nicht toxisch. Unter Belichtung mit nahem UV-Licht kann TiO₂ auf einfache Weise toxische organische Substanzen vollständig zu CO₂ und H₂O (auf)oxidieren.
In den meisten Ansätzen aus dem Stand der Technik werden TiO₂-Schlämme oder TiO₂-Beschichtungen eingesetzt, um den Photoabbau von organischen Verbindungen und deren Zwischenprodukte in Wasser zu ermöglichen. Diese Methoden haben ihre Grenzen für die kommerzielle Anwendung in Kleinkläranlagen. Obwohl beispielsweise die TiO₂-Aufschlämmung eine enorme Katalysatoroberfläche bietet und eine akzeptable Quantenausbeute erreicht wird, gibt es ernsthafte Einschränkungen bezüglich der Entfernung der TiO₂-Partikel aus dem gereinigten Wasser.
Einfache Beschichtungen mit TiO₂ umgehen zwar die Problematik einer einfachen Entfernung der Partikel aus dem gereinigten Abwasser, allerdings tritt hier die Problematik mit einem unzureichenden aktiven Oberflächenbereich für eine effektive Zerstörung der organischen Substanzen innerhalb einer angemessenen Zeitspanne in den Vordergrund. Zusätzlich ist bei einer solchen Beschichtung mit einem schwer kontrollierbaren Verlust von TiO₂ an der Oberfläche durch die Abrasionen durch den Abwasserstrom zu rechnen, womit eine gleichzeitige Reduzierung der photokatalytischen Aktivität einhergeht.
Das US-Patent. No. 4892712 mit dem Titel „Photocatalytic fluid purification apparatus having helical nontransparent substrate“ beschäftigt sich mit der Befestigung der TiO₂ Partikel. Es wurde ein Glasfasernetz in einem Quarzglaszylinder entwickelt und mit UV-Strahlung in einem Wellenlängenbereich von 340 bis 350 Nanometer bestrahlt. Die gesamte Anordnung wurde in einem zylindrischen Reaktor aus Edelstahl mit Flüssigkeitseinlass und Flüssigkeitsauslass platziert. Allerdings ermöglichen diese flexiblen Glasfaserstränge keinen dauerhaften Halt der TiO₂ Partikel, da die Glasfaserstränge durch das vorbeiströmende Wasser gebogen werden und sich somit die TiO₂-Partikel, insbesondere bei hohen Fluiddurchflussraten, lösen.
Um diese Nachteile zu umgehen, sind einige Weiterentwicklungen im Hinblick auf eine erhöhte Haltbarkeit sowie Effizienz bekannt. Beispielsweise offenbarte Anderson bereits 1988 ein Verfahren zur Herstellung von keramischen Titanmembranen nach dem Sol-Gel-Verfahren (veröffentlicht in J. Membrane Science 30 (1988) 243-258). Diese Membranen sind porös und durchlässig für UV-Beleuchtung. Sie werden aus einem Titanalkoxid gebildet und dann gebrannt, um die Anatas-Kristallstruktur zu bilden. Diese Membranen haben zwar eine erhöhte photokatalytische Wirkung und Haltbarkeit aber dafür eine sehr begrenzte Fluidpermeabilität. Daher sind nicht geeignet für den effizienten Einsatz als zusätzliche Reinigungsstufe in Kleinkläranlagen. Cittenden et al. offenbarte ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Zersetzen von organischen Verbindungen in Flüssigkeiten (veröffentlich in 1995 American Society of Mechanical Engineers (ASME) International Solar Energy Conference, Maui, Hawaii, USA). TiO₂ wurde durch Waschbeschichten auf ein 35 x 60-Gitter Silicagel Substrat aufgebracht. Dieses Substrat wird in einem UV-Licht durchlässigen Kunststoffrohr platziert, in dem die organischen Schadstoffe in einem Wasserstrom axial durchgeführt werden. Allerdings war der Hohlraum zwischen den Siliciumdioxidteilchen so klein, dass die Wasserströmung durch das System sehr beschränkt war und daher ungeeignet für die kommerzielle Anwendung im Abwasserbereich.
Durch die aufgezeigten Beschränkungen der bislang bekannten Verfahren auf Basis von TiO₂ für die Anwendung in kleintechnischen Bereichen wurden einige Kombinationen von TiO₂ mit anderen AOP Verfahren zur Abwasserbehandlung beschrieben.
Das Patent CN 104016511 A mit dem Titel „Ozone / photocatalysis oxidationmembrane separation integrated method and integrated set for advanced wastewater treatment“ beschreibt zum Bespiel eine Methode indem ein mit Ozon versetztes Abwassergemisch in einem photokatalytischen Reaktor mit unfixiertem TiO₂ geleitet wird. Das Abwasser-, Katalysator- und Gasgemisch muss anschließend durch einen keramischen Membranfilter fließen, um den suspendierten Katalysator zurück zu gewinnen. Gegenwärtig sind die Kosten der Membrantrenntechnologie mit verbundener Katalysatorrückgewinnung relativ groß. Zudem ist die Lebensdauer der Membran begrenzt und durch die sehr regelmäßige Membranreinigung ist ein hoher Wartungsaufwand erforderlich. Dies schränkt ihre Anwendung im Bereich der Kleinkläranlagentechnik deutlich ein.
Auch Kombinationstechniken ohne Membransysteme sind bekannt. Das Patent CN202440360 mit dem Titel „Novel heterogeneous UV/TiO2/Fenton oxidation wastewater treatment device“ offenbart eine neue Abwasserbehandlungsvorrichtung auf Basis einer neuen UV/TiO₂/Fenton-Oxidation. Diese Vorrichtung besteht aus TiO₂/SiO₂ Trägersäulen mit UV Röhren im Inneren eines Zylinders. Laut Erfinder liegt der Vorteil in dieser Vorrichtung in einem UV-photokatalytischen Synergiekoppulungseffekt, mit maximaler Reaktionseffizienz und einem weit stärkeren oxidativen Abbau von Schadstoffen als die traditionelle Fenton-Reaktion. Allerdings erfordert diese Abwasserbehandlungsvariante einen hohen apparativen Aufbau sowie einen hohen Betreuungsaufwand. Denn die Vorrichtung besteht aus mehreren Dosiermischstrecken in dem das Abwasser mit Säuren, Peroxiden und weiteren Chemikalien vermischt wird, um es für die Abwasserbehandlung vorzubereiten.
Das US 8038938 Patent mit dem Titel „Photocatalytic reactor and process for treating wastewater“ stellt einen photokatalytischen Reaktor auf der Basis von UV-Lichtquellen und einen Katalysator auf Basis von Titandioxid als Trägerkatalysator und Ozon zur Reinigung von Abwasser vor. Das Abwasser wird in dem Reaktor als „Charge“ behandelt und rezirkulierend in den Kreislauf zurückgeführt. Für den regulären Betrieb einer Kleinkläranlage ist ein solches Kreislaufsystem technisch nicht geeignet.
Somit wurden viele Versuche im Stand der Technik gemacht, um die Effizienz der AOPs zu optimieren und deren Anwendungsspektrum zu erweitern. Dennoch bleiben in allen Ansätzen ernsthafte Beschränkungen, die eine wirtschaftliche Weiterentwicklung dieser Ansätze zu einer effizienten, langlebigen Reinigungsvorrichtung für dezentrale Kleinkläranlagen nicht zulassen.
Aus den Ausführungen wird deutlich, dass ein Reinigungskonzept für Kleinkläranlagen mit einer zusätzlichen effektiven Reinigungsstufe zum Abbau (Elimination) von Spurenstoffen (Stoffen, Schmutzstoffen) bereit gestellt werden muss, um die beschriebenen Nachteile aus dem Stand der Technik zu vermeiden.
Daher liegt der hier beschriebenen Erfindung die Aufgabe zugrunde eine Elimination und einfache Aufoxidation von umweltschädlichen Stoffkomponenten oder Stoffen, die noch im Abwasser nach erfolgter biologischer Abwasserbehandlung und Abtrennung des biologischen Schlammes (Belebtschlamm) im Ablauf des Nachklärbeckens (z.B bei Festbettanlagen, Wirbelbettanlagen oder Belebtschlammanlagen) bzw. bei SBR Anlagen nach der Absetzphase vorhanden sind, zu erreichen. Dies betrifft neben Restgehalten an biologisch abbaubaren Stoffen die Gruppe der biologisch nicht abbaubaren Stoffe (hierzu gehören umweltschädliche Stoffkomponente wie beispielsweise Medikamentenrückstände, Hormone, Reste von Reinigungsmitteln die biologisch nicht in der Kläranlage abbaubar sind). Auch die Reduktion der Keimbelastung im Abwasser im Sinne einer teilweisen bzw. nahezu vollständigen Entkeimung/Hygienisierung des Abwassers liegt als Aufgabe dieser Erfindung zu Grunde.
Diese Aufgabe wird durch die vorliegende Erfindung gelöst. Dazu sieht die Erfindung im Wesentlichen vor, dass das Abwasser nach der biologischen Behandlung eine weitergehende Behandlung durch Ozon in Kombination mit einer UV-Strahlungsquelle erfährt.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Ozon / UV Kombination durch einen weiteren Prozess ergänzt wird. Dies kann ein oxidativer Prozess mit einem katalytisch aktiven Material sein.
Als Photokatalysator können alle dem Stand der Technik bekannten Verbindungen und Materialien eingesetzt werden. Vorzugsweise werden photokatalytisch aktive Nanopartikel verwendet, die vorzugsweise auf einem funktionalen Trägermaterial fixiert werden. In einer vorzuweisen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung können die Nanopartikel in eine transparente Beschichtung/Matrixsystem auf dem Trägermaterial eingebettet werden. Bevorzugt werden Partikeldurchmesser der Nanopartikel kleiner als 500 nm, bevorzugt kleiner als 100 nm, besonders bevorzugt kleiner als 50 nm eingesetzt, um optisch transparente Materialien zu erhalten. Die kleine Partikelgröße erlaubt eine homogene Verteilung des anorganischen Materials auf dem Trägermaterial (bzw. in der Beschichtung) und führt gleichzeitig zu einer drastischen Erhöhung der Grenzfläche.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird als katalytisch aktives Material Titandioxid eingesetzt. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform finden Titandioxidnanopartikel Verwendung, in einer besonders bevorzugten Ausführungsform finden dotierte Titandioxidnanopartikel Verwendung.
Titandioxid liegt im Wesentlichen in der Anatas-Modifikation vor. „Im Wesentlichen“ bedeutet im Rahmen der vorliegenden Erfindung, dass wenigstens 50%, besonders bevorzugt wenigstens 75% des Titandioxids in der Anatas-Modifikation, auf Basis dem Fachmann bekannten XRD-Messmethode, vorliegen. Der Rest des TiO₂ besteht vorzuweise aus der Kirstallstruktur Rutil. Darüber hinaus kann das TiO₂ auch aus amorphem Metalloxid oder der Brookit-Modifikation oder eine Mischung davon vorliegen. In einer ganz besonders bevorzugten Ausführungsform liegt das eingesetzte Titandioxid vollständig, d.h. durch XRD bestimmt zu 100%, in der Anatas-Modifikation vor.
In einer bevorzugten Ausführung wird der Photokatalysator mit einem Dotierungsmittel dotiert. Dabei können alle dem Stand der Technik bekannten Elemente oder Verbindungen eingesetzt werden. Die Dotierung kann zur Erhöhung der photokatalytischen Aktivität und/oder zur Erhöhung der Stabilität der Beschichtungen eingesetzt werden.
Der eingesetzte Photokatalysator enthält im Allgemeinen wenigstens 20 Gew.-%, bevorzugt wenigstens 40 Gew.-%, besonders bevorzugt 60 Gew.-% Feststoffgehalt in der Beschichtung. Der Rest sind anorganische oder organische Additive, Dotiermittel, Dispergiermittel, oder eine Mischung davon. Besonders bevorzugt werden die Additive ausgewählt aus den Gruppen 1, 4, 8, 9, 10, 11, 13, 14, 15 des Periodensystems der Elemente (neue IU- PAC-Nomenklatur) oder den Lanthanoiden in elementarer oder in oxidischer Form. Bevorzugt können auch Kombinationen von zwei oder mehr der genannten Additive vorliegen.
Wenigstens ein Additiv liegt in dem erfindungsgemäß eingesetzten Titandioxid-Photokatalysator bevorzugt in einer Menge von 0,001 bis 5 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,01 bis 3 Gew.-%, vor. Liegen zwei oder mehr der genannten Additive gleichzeitig in dem erfindungsgemäß eingesetzten Photokatalysator vor, so betreffen die genannten Mengenangaben diese Mischung.
Das erfindungsgemäß einsetzbare Titandioxid kann nach dem Fachmann bekannten Verfahren hergestellt werden. In einer bevorzugten Ausführungsform wird der erfindungsgemäß eingesetzte Photokatalysator durch das Sol-Gel-Verfahren hergestellt und auf einem funktionalen Trägermaterial abgeschieden. Diese Technik ermöglicht einerseits die in-situ Herstellung von Nanopartikeln oder von nanoskaligen Bindemittelstrukturen. Andererseits können über die Sol-Gel-Technologie bzw. über die Silantechnologie Nanopartikel oberflächenmodifiziert werden. Mittels dieser Technik können die Nanopartikel auf einfache Wiese stabil in eine Beschichtungslösung (auch als Matrix bezeichnet) eingearbeitet werden. Die Beschichtungslösung kann durch die im Stand der Technik bekannten Verfahren auf ein geeignetes Trägermaterial aufgetragen werden. Mögliche geeignete Aufbringungsverfahren sind Rollen, Ziehen, Wischen, Tauchen, Fluten, Spritzen, Zerstäuben, etc.. Bevorzugt wird die Beschichtung durch das Tauch- oder Flutverfahren aufgebracht.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die Beschichtung auf dem Trägermaterial eine Schichtdicke im Bereich von 0,1 µm bis 100 µm, bevorzugt von 0,1 µm bis 10 µm, auf. Diese Schichtdicken beziehen sich auf die Schichtdicke der getrockneten Schicht.
In einer bevorzugten Ausführung werden mehrere Schichten nacheinander auf das Trägermaterial aufgebracht.
Als Trägermaterial können alle dem Stand der Technik bekannten Materialien wie Kunststoffe wie zum Beispiel Polyethylen, Teflon, Polypropylen oder Plexiglas oder Quarzglas oder Metall oder sonstige Werkstoffe eingesetzt werden.
In einer bevorzugten Ausführung weist das Trägermaterial besonders funktionelle Eigenschaften aus. Diese können aus deiner besonders geeigneten Oberflächebeschaffenschaft/Oberflächenstrukturierung des Trägermaterials und/oder durch das zusätzliche Aufbringen weiterer funktioneller Schichten gewonnen werden.
In einer besonderen Ausgestaltung wird zusätzlich zu dem Photokatalysator ein Indikator auf dem Trägermaterial eingesetzt. Dieser Indikator kann aus einer oder mehreren Verbindungen bestehen die einzeln oder im Verbund unter, auf, in oder/und zwischen die Photokatalysatorschicht eingebaut werden, um auf einfache Weise schnell und zuverlässig das Vorhandensein der Photokatalysatorschicht und der damit verbunden photokatalytischen Aktivität anzuzeigen. Dadurch erhält das Trägermaterial einen besonders funktionellen Charakter da im Zuge der Wartung an der Kleinkläranlage der Wartungsmonteur einfach und sicher nachweisen, dass die Katalysatorschicht auf dem Trägermaterial noch aktiv ist.
In einer beispielhaften Ausgestaltung können mehrere verschieden farbige Farbstoffe eingebracht werden. Beispielsweise ein roter Farbstoff unterhalb der photokatalytisch aktiven Schicht und ein grüner Farbstoff innerhalb der photokatalytisch aktiven Schicht. Eine starke Grünfärbung zeigt, dass die photokatalytisch aktive Schicht vollständig vorhanden ist, eine schwache Grünfärbung zeigt, dass die photokatalytisch aktive Schicht nicht mehr vollständig vorhanden ist und eine Rotfärbung zeigt, dass die photokatalytisch aktive Schicht nicht mehr vorhanden ist. Durch die Anordnung verschieden farbiger Farbstoffe kann quasi wie eine Ampel ein leichtes diagnostizieren ermöglicht werden, ohne entsprechende Spezialgeräte zur Messung der Schichtdicke bzw. der photokatalytischen Aktivität.
In einer vorzugweisen Ausgestaltung können der Farbstoff/die Farbstoffe auch lumineszierende Farbstoffe sein. Ein lumineszierender Farbstoff hat den Vorteil, dass er auf einfache Weise sehr deutlich die Farbe anzeigen kann. Insbesondere vor dem Hintergrund, dass Abwasserbehandlungsanlagen in der Regel unterirdisch eingebaut sind und somit auch die Technologie der hier im Patent beschriebenen Vorrichtung häufig unterirdisch und deshalb im quasi dunklen Bereich eingebaut wird, ist zu einfachen Diagnose der Funktionsfähigkeit des photokatalytisch aktiven Schicht mit einem lumineszierenden Farbstoff von großem Vorteil. Luminesziert die Schicht nicht mehr, kann der Wartungsmonteur einfach daraus schließen, dass sich der Photokatalysator nicht mehr auf dem Trägermaterial befindet, da sich die lumineszierenden Verbindungen abgelöst bzw. zersetzt haben. Dann kann der Wartungsmonteur den Reaktor direkt vor Ort mit neuem beschichtetem funktionellem Trägermaterial ausrüsten. Dadurch wird eine aufwendige, kostenintensive Analyse im Labor für den Nachweis der photokatalytischen Aktivität gespart. Diese bevorzugte erfindungsgemäße Ausführung ist vor allem dann sehr hilfreich, wenn die Photokatalysatorschicht transparent ist und mit einer einfachen visuellen Inspektion nicht erkennbar ist, ob sich noch Katalysatormaterial auf dem Träger befindet. Die erfindungsgemäß in dem Verfahren verwendeten Indikatorverbindungen selbst unterliegen bei Bestrahlung nicht der Photolyse, sondern sind im Wesentlichen stabil. Entsprechend haben sie den Vorteil, im Wesentlichen nicht selbst durch Photolyse bei Bestrahlung degradiert zu werden, sondern verlässlich das Vorhandensein der photokatalytischen Schicht anzeigen.
Die eingesetzte lumineszierende Verbindung kann entweder flächendeckend auf dem Trägermaterial mit aufgetragen werden oder in Teilabschnitten auf/unter oder/und in die photokatalytisch aktive Schicht integriert werden. Die erfindungsgemäß eingesetzte lumineszente Verbindung/Verbindungen, besteht/bestehen bevorzugt aus einem Komplex mit einem Seltenerdmetall. Das Seltenerdmetall ist, bevorzugt Eu, Tb, Pr, Dy oder Tm, vorzugsweise in der Oxidationsstufe II oder III.
Diese erfindungsgemäße Kombination ergibt eine besonders hohe Sicherheit während dem laufenden Verfahren. Zudem wird eine besonders lange Lebensdauer des eingesetzten Photokatalysators mit gleichbleibend hoher Aktivität erzielt, da das Trägermaterial nicht routinemäßig im Zuge der Wartung gewechselt werden muss, sondern erst dann ausgetauscht wird, wenn die Indikatorverbindung dies anzeigt.
Sowohl im Verfahren als auch in der Vorrichtung der Erfindung wird erstmals eine einfache Technik dargestellt, die neben einer hohen Effizienz, der Einbindung bereits vorhandener Technologiekomponenten, einem geringen Energieeinsatz, der Verwendung nicht wartungsextensiver Technik, dem Einsatz langlebiger LED Technik als auch eine einfache Lösung zur Beseitigung von Ozonüberschüssen beinhaltet.
Die erforderliche Aufenthaltsdauer des Abwassers in der Vorrichtung wird maßgeblich bestimmt durch die Menge an eingetragenem Ozon, der Wassertiefe (die maßgeblich die Anreicherung von Ozon im Wasser mitbestimmt), der Verwertung/Vermischung von zu behandelndem Abwasser mit Ozon, der Größe des Reaktors, Größe, Anzahl und Anordnung der UV Strahlungsquellen, Größe, Oberfläche und Gestaltung der photokatalytisch aktiven Schicht und der Verschmutzung des Abwassers bzw. der Konzentration und der Fracht der zu eliminierenden Stoffe. Die hier beschriebene Vorrichtung und das hier beschriebene Verfahren führen zu einem optimalen Reinigungsergebnis. Die durchschnittliche Verweildauer bzw. die Aufenthaltszeit des zu behandelnden Abwassers im Reaktor beträgt zwischen 5 Sekunden und 2 Stunden, vorzugsweise zwischen 5 Sekunden und 30 Minuten, in einer besonders vorteilhaften Ausführung zwischen 10 Sekunden und 10 Minuten. Das Einwohner spezifische Reaktorvolumen der hier beschriebenen Vorrichtung und des Verfahrens (also das Volumen, welches erforderlich ist, um das Abwasser eines an die Abwasserbehandlungsanlage angeschlossenen Einwohner zu reinigen) beträgt zwischen 0,1-100 I, vorzugsweise 0,5-50 I, in einer besonders vorteilhaften Gestaltung 1-20 I.
In besonderer Weise sind der Eintrag von Ozon und die Durchmischung in dem Reaktor zur Erzielung hoher Umsatzraten bzw. einer hohen Reaktionsgeschwindigkeit relevant.
Um das Verfahren und die Vorrichtung hinsichtlich erforderlicher Größe des Reaktors, Ozoneintrag, Drucklufteintrag, Art und Leistung der UV Strahlungsquelle sowie Gestaltung und Art der photokatalytischen Beschichtung optimal zu gestalten und betreiben zu können, kann das Verfahren bzw. der Betrieb der Vorrichtung in einer vorzugsweisen Ausgestaltung in Abhängigkeit der Zulaufmenge gesteuert werden. Dazu ist es besonders vorteilhaft, entweder bereits auf die in der Steuerung der Abwasserbehandlungsanlage vorhandene Betriebsdaten bzw. Messwerte zurückzugreifen (wenn zum Beispiel in der Steuerung bereits die zu behandelnde Abwassermenge über eine Höhenstandsmessung erfasst wird oder durch entsprechende Messungen der Durchflussmenge entsprechende Werte vorliegen) oder durch zusätzliche Messgeräte wie zum Beispiel Meßsonden zur Erfassung von Wasserständen (zum Beispiel hydrostatischer Druckaufnehmer, Niveausonden, Schwimmerschalter oder sonstige Messgeräte zur Erfassung von Höhenständen) bzw. Messgeräte zur Erfassung von Wasserströmen (zum Beispiel MID oder Thomsen Wehr oder Strömungssensoren) entsprechende Werte zu generieren und zur Steuerung der erfindungsgemäßen Vorrichtung und des erfindungsgemäßen Verfahrens zu nutzen. So kann zum Beispiel durch Kenntnis der zu behandelnden Abwassermenge die Leistung des Reaktors angepasst werden, indem zum Beispiel ein in der Leistung regelbarer Ozongenerator an die zu behandelnde Abwassermenge hinsichtlich seiner Leistung angepasst wird, UV Strahlungsquellen könnten zu oder abgeschaltet werden oder zusätzliche Behandlungsstufen aktiviert werden. In gleicher Weise könnte aber auch durch eine intelligente Puffer- bzw. Speicherbewirtschaftung die zu behandelnde Abwassermenge gestreckt werden (zum Beispiel durch Nutzung oder Einstau eines Puffers), so dass die erfindungsgemäße Vorrichtung bzw. das erfindungsgemäße Verfahren kontinuierlich betrieben werden kann, indem die erfindungsgemäße Vorrichtung mit einem konstanten Abwasserstrom beaufschlagt wird. Über eine entsprechende Gestaltung des Puffervolumens ist dies auf einfache Weise herzustellen.
Durch Erfassung und mathematischen Abgleich der zu behandelnden Abwassermenge, des zur Verfügung stehenden Puffers, dem maximal möglichen Durchsatz des Reaktors kann auf einfache Weise eine Steuerung programmiert werden, die durch Abgleich entsprechender Parameter, wie vorstehend beschrieben, für eine hohe Reinigungsleistung sorgt.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn auch den Prozess maßgeblich beeinflussende Parameter, wie zum Beispiel die einfach zu messende Trübung im Zulauf des Reaktors, von der erfindungsgemäßen Vorrichtung erfasst werden. Vorzugsweise kann der Reaktor mit Abwasser mit einer Trübung 1-150 FNU, in einer besonderen Ausgestaltung 1-50 FNU und in einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung 1-30 FNU beschickt werden. Eine in vorzugsweise Ausgestaltung eingebaute Messung der Trübung liefert die für den Durchsatz notwendigen Werte an eine Steuerung. Natürlich kann die erfindungsgemäße Vorrichtung bzw. das erfindungsgemäße Verfahren auch in Abhängigkeit von folgenden Parametern, gemessen im Zulauf und oder Ablauf der Abwasserbehandlungsanlage oder der erfindungsgemäßen Vorrichtung, gesteuert werden: CSB und/oder Sauerstoff und/oder abfiltrierbare Stoffe oder/und absetzbare Stoffe und/oder BSB5 und/oder TOC und/oder Ozon und/oder UV-Strahlungsmenge/Strahlungsleistung/Strahlungsintensität und/oder vorhandene photokatalytische Aktivität und/oder Farbmessung lumineszierender oder nicht lumineszierender Farbstoffe und/oder Temperatur und/oder Wasserstand und/oder zu behandelnder Abwassermenge und/oder Durchflussmenge und/oder vorhandenem Puffervolumen und/oder sonstiger Parameter. Die Messungen können natürlich sowohl online (also kontinuierlich) als auch stichprobenartig durchgeführt werden. Aufgrund vorstehender gemessener bzw. erfasster/verwerteten Parameter/Regelgrößen kann die Steuerung die Vorrichtung bzw. das Verfahren steuern.
In einer bevorzugten Ausführung wird im reaktiven Kontaktbereich nur bei Durchfluss mit zu reinigendem Abwasser ein ozonhaltiger Gegenstrom erzeugt. Das bedeutet, dass der Ozongenerator nur dann betrieben wird, wenn zu reinigendes Abwasser in den Reaktor fließt. Dadurch wird eine maximal effiziente Betriebsweise der Vorrichtung sicher gestellt.
Die Fließgeschwindigkeit des zu reinigenden Abwassers im Reaktor ist dabei so einzustellen, dass eine genügend lange Kontaktzeit zwischen dem zu reinigendem Abwasser und den aktiven Kontaktbereichen von Ozon und Photokatalysator besteht, um die Schutzstoffe/Spurenstoffe/Reststoffe ab zu bauen/zu eliminieren. Eine geeignete Fließgeschwindigkeit ist beispielsweise 0,01cm/s bis 100 cm/s, bevorzugt 0,1 bis 80 cm/s, in einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung 0,1 bis 40 cm/s.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird bei einer Temperatur von im Allgemeinen 0 bis 80°C, bevorzugt 3 bis 40°C, besonders bevorzugt 5 bis 25°C, durchgeführt.
In der ist beispielsweise eine typische SBR Anlage dargestellt. Ein Behälter [11] ist beispielhaft in 2 Behandlungsstufen [31] und [30] aufgeteilt. Die Behandlungsstufe [31] stellt den Bereich für den Schlammspeicher und Puffer dar. Die Behandlungsstufe [30] stellt den SBR-Reaktor dar. Das Abwasser fließt der Kläranlage über die Leitung [1] zu. Das Abwasser wird in der Behandlungsstufe [31] zwischengespeichert. Stoffe, deren Dichte größer ist als die des Wassers, sinken auf den Boden der Behandlungsstufe [31] ab. Eine Steuerung [12] schaltet bei Bedarf über die Steuerleitung [14] den Verdichter/Kompressor [13] ein. Über eine Luftleitung [15] wird die vom Verdichter [13] komprimierte Luft an das Luftverteilersystem [16] geleitet. Dieses Luftverteilersystem [16] verteilt die Druckluft entsprechend den Steuerbefehlen der Steuerung [12] durch Magnetventile oder Schrittmotoren oder ähnliche Komponenten an die Luftversorgungsleitungen [17] (für die Beschickung), [18] (für den Überschussschlammabzug), [19] (für die Belüftung) beziehungsweise [20] (für den Klarwasserabzug).
Ein SBR-Zyklus startet in der Regel mit der so genannten Beschickung. Aus der Behandlungsstufe [31] im Bereich des Puffers wird gesammeltes Abwasser über den Druckluftheber [29] in die Behandlungsstufe [30] (SBR-Reaktor) gefördert. Anschließend wird in dem SBR-Reaktor [30] das Abwasser über die Belüftungsvorrichtung [23] belüftet. Durch den Belüftungsvorgang (aufsteigende Luftblasen: [26]) wird das Abwasser vermischt und gleichzeitig mit Sauerstoff angereichert.
Die Überschußschlammpumpe [27] fördert über die Ansaugöffnung [28] überschüssigen Belebtschlamm aus der Behandlungsstufe [30] in die Behandlungsstufe [31]. Die Überschußschlammförderung kann beispielsweise während der Belüftung, vor der Absetzphase, vor oder nach dem Klarwasserabzug erfolgen.
Nach der biologischen Reinigung erfolgt die Absetzphase, in der sich in der Behandlungsstufe [30] der Belebtschlamm auf der Sohle der Behandlungsstufe [30] des Behälters [11] absetzt. Nach der Absetzphase erfolgt über den Druckluftheber [24] der Klarwasserabzug. Durch das Beaufschlagen des Drucklufthebers [24] mit Druckluft über die Leitung [20] wird das Abwasser in den Ablauf [22] gefördert. Über die Ansaugöffnung [25] des Klarwasserhebers [24] gelangt gereinigtes Abwasser in den Druckluftheber, bis der Wasserspiegel [33] unterhalb der Ansaugöffnung [25] gesunken ist. Das aus dem Ablauf [22] abfließende biologisch gereinigte Abwasser gelangt dann entweder in einen Vorfluter (beispielsweise Graben, Bach, Fluss) oder wird über eine Versickerungsanlage in den Untergrund geleitet. Bisher bekannte Verfahren sehen zwecks einer Weiterbehandlung vor, das biologisch gereinigte Abwasser zum Beispiel einem hinter der Kleinkläranlage angeordneten Filtersystem zuzuführen oder das biologisch gereinigte Abwasser einer UV Entkeimung Anlage zuzuführen, wo das Abwasser mit UV-Licht bei einer Wellenlänge von 254 nm bestrahlt wird. Dadurch findet eine entsprechende Abtötung der Keime statt.
In der ist eine einfache beispielhafte Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt. Das aus dem Ablauf [22] der Kleinkläranlage abfließende biologisch gereinigte Abwasser gelangt in einen Behälter [2]. Dort erfolgt die Behandlung durch Eintrag von ozonhaltiger Druckluft in einen Kontaktbereich [101]. Zur Erzeugung der ozonhaltigen Druckluft wird über die Steuerung [12] der Verdichter/Kompressor [13] eingeschaltet. Die Druckluft strömt dann durch einen direkten Anschluss der Leitung [3] an die Verbindungsleitung [15] zwischen dem Verdichter/Kompressor [13] und dem Luftverteiler [16] zu einem Kühler [4], in dem die durch den Verdichtungsprozess erwärmte Luft abgekühlt wird. Dadurch erhöht sich der Sauerstoffanteil in der Luft, da durch die Abkühlung das Luftvolumen reduziert wird und dadurch die Dichte der Luft steigt und somit auch der Anteil an Sauerstoff anteilig mit erhöht wird. Anschließend wird die Luft über eine weitere Verbindungsleitung [5] dem Ozongenerator [6] zugeführt. Der Ozongenerator [6] erzeugt Ozon aus dem in der durchströmenden Luft enthaltenen Sauerstoff. Die Technik des Ozongenerators kann zum Beispiel als Röhrengenerator oder Plattengenerator mit hoher Spannung oder auch als Ozongenerator mit UVC Strahlung ausgebildet sein. Bei der Verwendung eines Ozongenerators mit dem Wirkmechanismus durch UVC Strahlung wird die durchströmende Luft durch Licht mit niedriger Wellenlänge mit beispielsweise 185 nm bestrahlt. Dadurch entsteht aus Sauerstoff Ozon. Bei Röhrengeneratoren bzw. Plattengeneratoren findet durch entsprechend hohe Spannungen die Erzeugung von Ozon statt.
Die mit Ozon angereicherte Druckluft gelangt über die Verbindungsleitung [7] zu dem Ozon/Lufteintrag System [8] im Behälter [2] zum Kontaktbereich [101]. Der Behälter [2] ist bis zum Wasserspiegel [10] gefüllt. Die aufsteigenden Luftblasen [9] mit dem darin enthaltenen Ozon sorgen im Kontaktbereich [101] dafür, dass sich Ozon im Wasser löst. Gleichzeitig sorgt die durch die aufsteigenden Luftblasen [9] entstehende Durchmischung dafür, dass eine schnelle Abbaureaktion im Kontaktbereich [101] stattfinden kann, da durch die ständige Vermischung von im Wasser enthaltenen Ozon und den abzubauenden organischen Stoffen/Spurenstoffen/Reststoffen die Reaktionspartner häufig aufeinandertreffen. Das durch Ozon gereinigte Abwasser fließt dann über den Ablauf [34] ab. In einer weiteren Ausgestaltung kann auch eine Rückführung bzw. Teilrückführung des mit Ozon behandelten Abwassers durch Entnahme kurz vor oder hinter dem Ablauf [34] erfolgen, um die noch im bereits behandelten Abwasser vorhandenen Restgehalte an Ozon zu eliminieren. Das rückgeführte/mit zirkulierte ozonhaltige Abwasser kann in einer weiteren Ausgestaltung einfach mit dem Abwasser vermischt werden, welches noch nicht mit Ozon behandelt wurde.
In der ist eine weitere beispielhafte Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt. Das von dem Druckluftheber (Mammutpumpe) [24] geförderte (gepumpte) biologisch gereinigte Abwasser gelangt in den Behälter [37], der als Reaktionsbehälter dient und einen Kontaktbereich [101] enthält. Der von der Steuerung [12] eingeschaltete Verdichter [13] fördert über die Verbindungsleitung [15] Druckluft in den Luftverteiler [16]. Unter anderem ist an diesen Luftverteiler [16] die Luftleitung [19] angeschlossen, die die Druckluft zwecks Sauerstoffeintrag an den Belüfter [23] leitet. An diese Luftleitung [19] ist in der beispielhaften Ausgestaltung die Leitung [35] angeschlossen. Somit wird ein Teil der Druckluft über den Kühler [4] zu dem Ozongenerator [6] geleitet, der von der Steuerung über die Leitung [38] parallel zu dem Verdichter [13] eingeschaltet wird. Nach Anreicherung der Druckluft mit Ozon wird die ozonhaltige Druckluft über die Leitung [7] zu dem Lufteintragssystem [36] geleitet. Dieses Lufteintragssystem [36] sorgt dafür, dass die mit Ozon angereicherte Druckluft in Form kleiner Luftblasen mit einer entsprechend hohen Sauerstofflöslichkeit in das in dem Behälter [37] befindliche Abwasser im Kontaktbereich [101] eingetragen wird. Der Sauerstoffeintrag sollte möglichst feinblasig mit einem Blasendurchmesser von 0,1 - 4 mm Blasendurchmesser, vorzugsweise 0,5 - 3 mm erfolgen. Der Sauerstoffeintrag kann aber auch mit einer mittelblasigen (Blasendurchmesser 4 - 10 mm) oder einer grobblasigen Belüftung (Blasendurchmesser größer 10 mm) vorgenommen werden. Der Vorteil dieser Anordnung liegt darin, dass für die Herstellung ozonhaltiger Druckluft kein zusätzlicher Belüfter eingebaut werden muss, sondern ein partieller Teilstrom der für die Funktion der Anlage notwendigen Druckluft für die Herstellung ozonhaltiger Druckluft entnommen wird. Dadurch können entsprechende Kosten bei der Herstellung der Anlage eingespart werden. In einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens bzw. der Vorrichtung kann die Leitung [35] auch an die Druckluftleitung für die Funktion des Klarwasserabzuges [20] angeschlossen werden. Dadurch würde, bei gleichzeitigem Betrieb des Verdichters für den Klarwasserabzug Druckluft für die Erzeugung ozonhaltiger Druckluft bereitgestellt. Somit würde genau in dem Zeitraum, in dem das gereinigte Abwasser aus der Anlage heraus gefördert wird, parallel ein Teil der Druckluft für die Ozonerzeugung und den Eintrag ozonhaltiger Luft in den Behälter [37] verwendet. Es würde somit parallel das Abpumpen des biologisch gereinigten Abwassers und die Behandlung mit Ozon erfolgen.
In der ist eine weitere beispielhafte Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt. Das von dem Druckluftheber (Mammutpumpe) [24] geförderte (gepumpt) biologisch gereinigte Abwasser gelangt in den Behälter [37], der als Reaktionsbehälter dient. Der von der Steuerung [12] eingeschaltete Verdichter [13] fördert über die Verbindungsleitung [15] Druckluft in den Luftverteiler [16]. An diesen Luftverteiler [16] ist unter anderem die Luftleitung [39] angeschlossen. Der Luftverteiler [16] kann den Ausgang zu der Luftleitung [39] in einer beispielhaften Ausgestaltung mit einem Ventil (Regelorgan zum Öffnen und Schließen) [40] öffnen oder schließen. Dieses Ventil [40] kann zum Beispiel ein Elektromagnetventil sein, das den Ausgang bei entsprechender Ansteuerung öffnet und schließt. Dieses Ventil [40] kann aber auch ein Ventil sein, welches durch einen Schrittmotor geregelt wird. Bei dieser Ausführung kann dieses Ventil [40] den Ausgang für die Luftleitung [39] nicht nur komplett öffnen und komplett schließen, sondern entsprechend der Funktion als Schrittmotor den Auslass auch nur zu einem Teil öffnen bzw. nur einen geringen Teil der in dem Verteiler befindlichen Druckluft an die Leitung [39] abgegeben. Die Steuerung [12] kann zum Beispiel den Schrittmotor nur 1 mm öffnen und gleichzeitig den Ausgang für die Luftleitung zum Klarwasserabzug [20] ganz oder zu einem überwiegenden Teil öffnen. Durch einen Schrittmotor als Ventil ist es somit möglich, die von dem Verdichter [13] strömende Druckluft sehr exakt beispielsweise auf die Luftleitung zum Klarwasserabzug [20] (in dem Luftverteiler [16] ebenfalls mit einem Schrittmotorventil ausgerüstet) und die Luftleitung [39] zu verteilen. Die Steuerung [12] ist somit in der Lage exakt zu regeln, wie viel Luft zu welcher Funktion geleitet wird. Wenn der Verdichter [13] zum Beispiel 80 l/min angesaugt und als Druckluft in den Luftverteiler [16] leitet, kann die Steuerung über die Ansteuerung der Schrittmotoren an dem Luftverteiler [16] beispielsweise 70 l/min über die Leitung [20] zu dem Druckluftheber für den Klarwasserabzug leiten und gleichzeitig 10 l/min über die Leitung [39] über den Kühler [4] zu dem Ozongenerator [6] leiten. Indem die Steuerung den Schrittmotor am Luftverteiler [16] für die Leitung [20] etwas zu fährt und gleichzeitig den Schrittmotor an dem Luftverteiler [16] für die Leitung [39] etwas mehr öffnet, können die 80 Luft pro Minute problemlos auch beispielsweise in dem Verhältnis von 65 Luft pro Minute über die Leitung [20] zu dem Druckluftheber für den Klarwasserabzug und 15 Luft pro Minute über die Leitung [39] über den Kühler [4] zu dem Ozongenerator [6] leiten. Somit ist es möglich, die Luftverteilung stufenlos zu regeln. Dabei kann der Ausgang für die Leitung [39] sowohl parallel zu geöffneten Ausgängen anderer Leitungen (beispielsweise parallel zu den Leitungen [19] oder [20]) schalten und damit parallel zu in der Anlage stattfindenden Funktionen Druckluft zu dem Ozongenerator [6] leiten. Natürlich ist es auch möglich, dass nach Einschalten des Verdichters [13] ausschließlich das Ventil [40] öffnet, während alle anderen Ventile an dem Luftverteiler [16] geschlossen sind. In diesem Fall gelangt die gesamte Luft von dem Verdichter [13] in den Ozongenerator [6].
Weiterhin ist es möglich, einen weiteren steuerbaren Ausgang [41] an dem Luftverteiler [16] anzubringen. Wenn zum Beispiel der Verdichter [13] Druckluft an den Ozongenerator [6] liefern soll, ohne dass eine andere Funktion in der Kläranlage Druckluft benötigt und die Menge der vom Verdichter [13] gelieferten Druckluft zu hoch ist, kann beispielsweise über ein zusätzliches Ventil [41] der Teil der nicht benötigten Luft abgeführt werden. Die nicht benötigte Druckluft kann über das Ventil [41] zum Beispiel in die Umgebung abgegeben werden. Durch zum Beispiel Nutzung von Schrittmotoren als Ventile kann auch das Verhältnis der über das Ventil [40] und die Leitung [39] zum Ozongenerator [6] und der über das Ventil [41] abgeleitete Druckluft stufenlos über die Steuerung [12] oder eine sonstige Regeleinheit gesteuert werden. Dadurch kann auch Druckluft von einem Verdichter [13] auf einfache Weise verwendet werden, dessen Ausgangsleistung als Druckluftmenge für den Ozongenerator zu hoch ist, in dem über das Ventil [41] die nicht benötigte Menge an Druckluft abgelassen wird. So erhält der Ozongenerator [6] exakt die für den Reinigungsprozess und seine Leistung notwendige Druckluftmenge. Auch in dieser Abbildung wird die Druckluft über den Ozongenerator [6] zur bestimmungsgemäßen Verwendung weitergeleitet.
In der ist eine weitere beispielhafte Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt. In dieser Ausführung ist in die Leitung [15] zwischen dem Verdichter [13] und dem Luftverteiler [16] ein Abzweig mit einem Ventil [42] geschaltet. Dieses Ventil [42] öffnet und schließt die Verbindung zur Leitung [45] und sorgt damit dafür, dass entweder Druckluft von dem Verdichter [13] über den Kühler [4] zu dem Ozongenerator [6] geleitet wird oder nicht. Natürlich kann dieses Ventil [42] beispielsweise entweder ein von Hand einstellbares Drosselorgan (zum Beispiel ein Kugelhahn oder ein 3-Wege-Hahn), ein elektrisch betriebenes Magnetventil oder elektrisch betriebenes Motorventil oder ein über Schrittmotor stufenlos regelbares Ventil sein. Wenn der Verdichter [13] Druckluft erzeugt, wird die vom Verdichter [13] erzeugte Druckluft von der Druckluftmenge her ganz oder teilweise, von der Zeit her permanent oder zu von der Steuerung [12] festgelegten Zeiträumen (Ansteuerung für den Verdichter erfolgt über Leitung [14] über die Leitung [38]) über den Kühler [4] zu dem Ozongenerator [6] geleitet. Von dort wird die mit Ozon angereicherte Druckluft über die Leitung [43] in den Druckluftheber für den Klarwasserabzug [24] geleitet. Bevor der Klarwasserabzug mittels des Drucklufthebers für den Klarwasserabzug [24] gestartet wird, kann beispielsweise vom Verdichter [13] erzeugte Druckluft über den Ozongenerator [6] mit Ozon angereichert werden und im unteren Bereich [44] in den Druckluftheber für den Klarwasserabzug [24] geleitet werden. Somit könnte das in dem Druckluftheber für den Klarwasserabzug [24] befindliche Abwasser, welches neben organischen Verschmutzungen/Spurenstoffen/Reststoffen auch noch entsprechende Schmutzpartikel (zum Beispiel Belebtschlammflocken) enthalten kann, bereits mit Ozon gereinigt werden. Es erweist sich als vorteilhaft, das in dem Druckluftheber für den Klarwasserabzug [24] befindliche Abwasser bereits vor dem eigentlichen Klarwasserabzug mit Ozon zu behandeln. Die Vorbehandlungszeit kann zwischen 1 Sekunde und 10 Minuten liegen. Wenn dann die vom Verdichter [13] erzeugte Druckluft über den Luftverteiler [16] und die Druckluftleitung [20] zu dem Druckluftheber für den Klarwasserabzug [24] gelangt, startet der Klarwasserabzug. Durch das einblasen von Druckluft im unteren Bereich des Drucklufthebers für den Klarwasserabzug [24] wird das in dem Druckluftheber befindliche Abwasser, welches bereits mit ozonhaltiger Druckluft versetzt wurde, beispielsweise in den Probenahmebehälter [46] (aus dem zum Beispiel für eine Abwasseranalyse eine Probe entnommen werden kann) und über den Ablauf [22] aus der Kläranlage herausgepumpt. Über die Ansaugöffnung [47] des Drucklufthebers für den Klarwasserabzug [24] strömt biologisch gereinigtes Abwasser in das Rohrleitungssystem nach. Im unteren Bereich [44] des Drucklufthebers für den Klarwasserabzug [24] wird dem biologisch gereinigten Abwasser ozonhaltige Druckluft zugeführt. Somit erfolgt eine parallele Beauftragung des Drucklufthebers für den Klarwasserabzug [24] mit ozonhaltiger Druckluft für die weitergehende Elimination von organischen Stoffen und die entsprechende Abtötung von Keimen und Druckluft für die eigentliche Förderfunktion des Drucklufthebers. Die dabei stattfindende innige Durchmischung des Luft-Wasser-Gemisches sorgt für eine entsprechend optimierte Reinigung.
In der ist eine weitere beispielhafte Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt. Die in dargestellte beispielhafte Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung unterscheidet sich von dadurch, dass vor dem Ozongenerator [6] kein Luftkühler angeordnet ist. Die von dem Kompressor [13] erzeugte Druckluft gelangt über einen Abzweig von der Leitung [15] über die Leitung [48] in den Ozongenerator [6] und wird dort mit Ozon angereichert. Anschließend gelangt die mit Ozon angereicherte Druckluft über die Leitung [43] an der Eintragsstelle [44] in den Druckluftheber [24]. In einer vorzugsweisen Ausgestaltung kann über ein Absperrungsorgan [49] die Druckluftzufuhr zu dem Ozongenerator [6] gesteuert werden. Das Absperrungsorgan [49] kann beispielsweise ein elektrisch betriebenes Absperrungsorgan wie zum Beispiel ein Magnetventil, eine elektrisch betriebene Klappe, ein durch einen Schritt Motor geregeltes Ventil oder Klappe oder ein sonstiges Absperrungsorgan sein. In einer weiteren vorzugsweisen Ausgestaltung kann die Leitung [43] in eine Kühlvorrichtung [50] geführt werden, die sich innerhalb der Abwasserbehandlungsanlage unterhalb des Wasserspiegels (also im Wasser) befindet. Dadurch kann die durch den Verdichtungsprozess erwärmte Druckluft in der Leitung [43] durch die Kühlvorrichtung [50] abgekühlt werden. Der Vorteil liegt darin, dass die abgekühlte, mit Ozon angereicherte Druckluft eine höhere Konzentration an Ozon aufweist, da entsprechend den physikalischen Gesetzen Gase sich bei 1 °C um 1/273 ihres Volumens ausdehnen. Dieser Vorgang ist natürlich in der entgegengesetzten Richtung durch Abkühlung reversibel. Das bedeutet, dass das erwärmte Gas durch die Kühlung im Volumen abnimmt, wobei natürlich die Dichte des Gases zunimmt. Damit nimmt, bezogen auf 1 l Druckluft, gleichzeitig der Gehalt an Ozon pro Liter eingetragener Druckluft zu. Somit ist ein besserer Übergang des Ozons in das zu behandelnde Abwasser im Kontaktbereich [101] zu erwarten. Dieser Vorteil gilt natürlich auch bei der Verwendung in den vorgehenden Abbildungen beschriebenen Kühlvorrichtungen.
In der ist eine weitere beispielhafte Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt. Hier ist außerhalb des Behälters [11] der Abwasserbehandlungsanlage ein Schacht bzw. ein Behälter bzw. eine Behandlungsstufe [52] angeordnet. Dieser Schacht [52] ist mit einem Rohr [54] mit dem Ablauf des Behälters [11] verbunden, sodass das biologisch gereinigte Abwasser aus dem Behälter [11] in den Schacht bzw. den Behälter bzw. die Behandlungsstufe [52] fließen kann oder dort hineingepumpt wird. Die Behandlungsstufe [52] ist in der beispielhaften Ausgestaltung mit den Trennwänden [60] und [59] in drei Bereiche unterteilt. Das biologisch gereinigte Abwasser strömt zuerst in den Bereich [62], der durch die Trennwand [60] von den weiteren Bereichen [63] und [64] abgetrennt ist. In dem Bereich [62] befindet sich auf dem Boden des Behälters [52] eine Vorrichtung zum Eintrag von Luftblasen [53]. Aus dieser Vorrichtung zum Eintrag [53], auch Belüfter oder Belüftungsvorrichtung genannt, strömt mit Ozon angereicherte Druckluft. Diese Druckluft wird von dem Kompressor [13] erzeugt. Aus einem Abzweig der Leitung [15] gelangt die Druckluft über die Leitung [48] zu dem Ozongenerator [6]. Optional kann die Zufuhr über ein Regelorgan bzw. Absperrungsorgan [48] geregelt werden. Das Regelorgan bzw. Absperrungsorgan [48] öffnet ganz und schließt ganz oder lässt einen von der Steuerung [12] bestimmten Volumenstrom (zum Beispiel durch ein stufenlos regelbares Ventil oder einen schrittmotorgesteuerten Durchlass) der Druckluft in Richtung Ozongenerator [6] passieren. In dem Ozongenerator [6] wird die Druckluft mit Ozon angereichert. Anschließend gelangt die mit Ozon angereicherte Druckluft über die Leitung [55] zu der Belüftungsvorrichtung [53]. Die Belüftungsöffnung sorgt je nach Gestaltung derselben dafür, dass eine feinblasige oder mittelblasige oder grobblasige Belüftung des Abwassers in dem Bereich (Kontaktbereich) [62] erfolgt. Die aufsteigenden Luftblasen [56] sorgen für eine Mischung des Abwassers mit der ozonhaltigen Druckluft und gleichzeitig für eine Anreicherung von Ozon im Abwasser. Durch das Ozon im Abwasser findet bereits eine Oxidation der Stoffe statt, die durch die biologische Reinigung in der Abwasserbehandlungsanlage im Behälter [11] nicht abgebaut werden konnten. Anschließend strömt das mit Ozon angereicherte Abwasser im oberen Bereich über die Trennwand [60] und gelangt in den Bereich [63]. Dort ist eine UV Strahlungsquelle [57] eingebaut. Diese UV Strahlungsquelle [57] kann beispielsweise eine UVC Röhre sein, die bei rund 251 nm UVC Strahlung in das umgebende Abwasser abstrahlt. Die UV Strahlungsquelle [57] kann aber auch aus einer LED oder mehreren LEDs bestehen, die in einem Bereich zwischen 210-450 nm, vorzugsweise in einem Bereich 250-390 nm und in einem weiteren bevorzugt eingesetzten Bereich von 280-360 nm Strahlung in das umgebende Abwasser aussenden. Durch die UV-Strahlung erfolgt eine Beschleunigung der Reaktion des Ozons mit den im Abwasser noch vorhandenen organischen Bestandteilen/Reststoffen/Spurenstoffen. Weiterhin erfolgt bei Einsatz einer Strahlung zwischen 250 nm und 300 nm eine Entkeimung des Abwassers mit Abtötung der Viren, Bakterien und sonstigen Keime. Weiterhin erfolgt durch die UV-Strahlung ein Abbau des überschüssigen Ozons. Anschließend kann das Abwasser über die Öffnung [58] in der Trennwand [59] in den dritten Bereich [64] strömen. Von dort kann das Abwasser dann aufsteigen und in den Ablauf [61] der Behandlungsstufe [52] gelangen.
In ist eine weitere beispielhafte Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt. Die Linie [78] soll nur die Schnittkante zu der links stehenden (nicht abgebildeten) Abwasserbehandlungsanlage darstellen. Zur besseren Veranschaulichung des Aufbaus der Behandlungsstufe [52] ist mit einem gepunkteten Rahmen [67] ein Bereich gekennzeichnet, der rechts daneben vergrößert unterhalb des mit einer Klammer gekennzeichneten Bereichs [68] dargestellt ist. In dieser Abbildung ist außerhalb des Behälters der Abwasserbehandlungsanlage ein Schacht bzw. ein Behälter bzw. eine Behandlungsstufe [52] angeordnet, wobei bei dieser Abbildung die Behandlungsstufe aus Platzgründen nicht dargestellt ist. Dieser Schacht [52] ist mit einem Rohr [22] mit dem Ablauf der Abwasserbehandlungsanlage verbunden, sodass das biologisch gereinigte Abwasser aus der Abwasserbehandlungsanlage in den Schacht bzw. den Behälter bzw. die Behandlungsstufe [52] fließen kann oder dort hineingepumpt wird. Die Behandlungsstufe [52] ist in der beispielhaften Ausgestaltung mit den Trennwänden [73] [74] [75] [76] [77] beispielhaft in 6 Bereiche unterteilt. Der Bereich [79] zwischen der Außenwand des Schachtes [52] und der Trennwand [73] dient dem Eintrag von ozonartiger Druckluft. Dazu ist im Bereich der Behältersohle eine Belüftungsvorrichtung [53] angeordnet. Diese wird mit der Leitung [70] mit ozonhaltiger Druckluft versorgt. Je nach Ausführung der Belüftungsvorrichtung [53], verwendetem Material für die Membrane (beispielsweise EPDM, Silikon), Form, Anzahl und Größe der Öffnungen in der Membrane bzw. der Belüftungsvorrichtung kann mit einer feinblasigen, einer mittelblasigen oder einer grobblasigen Belüftung gearbeitet werden. Vorzugsweise wird eine Belüftung mit einem Blasendurchmesser beim Luftaustritt aus der Membrane zwischen 0,1-10 mm, in einem weiter optimierten Bereich zwischen 0,2 und 3,5 mm angestrebt. Die austretenden und aufsteigenden Blasen [56] sorgen für eine optimale Durchmischung im Kontaktbereich des mit Ozon zu reinigenden Abwassers und des Ozons. Da das Abwasser, welches über die Zuleitung [22] dem Schacht [52] zugeführt wird, nur durch die untere Öffnung der Trennwand [73] durchströmen kann, entsteht ein hochwirksames Gegenstromprinzip durch die aufsteigenden Luftblasen und die dadurch entstehende aufwärtsgerichtete Strömung und dem Abwasser, welches von oben nach unten Richtung Durchlass im unteren Bereich der Trennwand [73] strömen muss. Eine intensive Durchmischung, ein optimaler Eintrag von Ozon und eine hohe Reaktionsgeschwindigkeit werden durch diese Anordnung bewirkt. Anschließend gelangt das mit Ozon angereicherte Abwasser in den Bereich zwischen der Trennwand [73] und der Trennwand [74]. Zwischen der Trennwand [73] und der Trennwand [74] ist eine UV Strahlungsquelle [71] angeordnet. Die Strahlungsquelle [71] wird über die Stromversorgung [69] eingeschaltet bzw. ausgeschaltet. Diese UV Strahlungsquelle [71] kann beispielsweise eine UVC Röhre sein, die bei rund 251 nm UVC Strahlung im Kontaktbereich in das umgebende Abwasser abstrahlt. Die UV Strahlungsquelle [71] kann aber auch aus einer LED oder mehreren LEDs bestehen, die in einem Bereich zwischen 210-450 nm, vorzugsweise in einem Bereich 250-390 nm und in einem weiteren bevorzugt eingesetzten Bereich von 280-360 nm Strahlung in das umgebende Abwasser aussenden. Durch die UV-Strahlung erfolgt eine Beschleunigung der Reaktion des Ozons mit den im Abwasser noch vorhandenen organischen Bestandteilen. Weiterhin erfolgt bei Einsatz einer Strahlung zwischen 250 nm und 300 nm eine Entkeimung des Abwassers im Kontaktbereich durch Abtötung der Viren, Bakterien und sonstigen Keime. Weiterhin erfolgt durch die UV-Strahlung ein Abbau des überschüssigen Ozons. Die Trennwand [73] und die Trennwand [74] können mit einer photokatalytisch aktiven Schicht [72] beschichtet werden. Der Abstand zwischen der Trennwand [73] und der Trennwand [74] beträgt in einer vorzugsweisen Ausgestaltung 0,5-50 cm, in einer optimierten Ausgestaltung 1-10 cm. Durch die photokatalytisch aktiven Schicht [72] erfolgt eine weitere Optimierung der Abbaureaktion.
Danach durchströmt das Abwasser noch weitere Bereiche bzw. durch Trennwände entstandene Kammern. Die Anzahl der Trennwände und damit auch die Anzahl der entstehenden Bereiche, die Länge, Breite und Höhe der Trennwände, die Abstände und die Anordnung der Trennwände zueinander, die Anordnung von Durchbrüchen, die Form der Trennwände (ebene Flächen, in horizontaler und/oder vertikaler Anordnung an den Trennwänden, angeformte Wellenstrukturen), das Material der Trennwände (Kunststoffe wie zum Beispiel Polyethylen, Teflon, Polypropylen oder Plexiglas oder Quarzglas oder Metall oder sonstige Werkstoffe) wie die Länge Breite und Höhe des Behälters [53] kann der zu behandelnden Abwassermenge und den zu behandelnden Inhaltsstoffen angepasst werden. Natürlich kann auch die Oberflächenstruktur der Trennwände hinsichtlich Oberflächenrauigkeit, Porosität gezielt verändert werden, um zum Beispiel eine große Oberfläche für die Beschichtung mit einem Photokatalysator zu erzielen.
Durch die versetzte Anordnung der Trennwände [73] [74] [75] [76] [77] wird ein optimiertes Strömungsverhalten im Kontaktbereich von Abwasser und Photokatalysator vorgegeben. Kurzschlussströmungen werden vermieden, da das Abwasser die einzelnen Bereiche nur durch das Überlaufen der Oberseite der Trennwände [74] [76] bzw. ein Durchströmen im unteren Bereich der Trennwände [73] [75] [77] durchlaufen kann. Das bedeutet neben einer Optimierung der Aufenthaltszeit in der Behandlungsstufe/ im Kontaktbereich auch eine optimierte Bestrahlung mit der UV Strahlungsquelle und der Berührung der photokatalytisch aktiven Beschichtung der Trennwände [73] [74] [75] [76] [77].
In der ist eine weitere beispielhafte Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt. Hier ist die Technik der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einen Schacht/Behälter/Behandlungsstufe [52] außerhalb des Behälters [11] der Abwasserbehandlungsanlage eingezeichnet. Die in dem Schacht/Behälter/Behandlungsstufe [52] eingezeichnete Technik kann ebenso wie die in den und dargestellte Technik natürlich auch innerhalb des Behälters [11] der Abwasserbehandlungsanlage eingebaut werden. Dies kann beispielsweise bei einem Behälter, der durch Trennwände in Kammern unterteilt ist, in einer dieser Kammern des Behälters eingebaut werden. Die Technik kann aber auch ebenso wie die in den und dargestellte Technik in den Behälter [11] der Abwasserbehandlungsanlage allgemein, in eine der Behandlungsstufen der mechanisch biologischen Abwasserreinigungsanlage, auf eventuell vorhandene Trennwände der Behälter der Abwasserreinigungsanlage, in den Bereich des Konus [91] des Behälters [11] oder zum Beispiel in den Domschacht einer Abwasserbehandlungsanlage eingebaut oder eingehangen werden. Zum Beispiel verfügen Abwasserbehandlungsanlagen aus Kunststoff über einen Schacht mit einem Durchmesser mindestens 400 mm, häufig 600 mm, in den die erfindungsgemäße Vorrichtung eingehangen oder eingebaut wird. In gleicher Weise kann die erfindungsgemäße Vorrichtung auch in den Schacht einer Anlage aus einem anderen Werkstoff, in den Behälter selbst eingehangen oder eingeschraubt werden oder beispielsweise auf vorhandene Trennwände oder zusätzlich eingebaute Traversen gestellt werden oder mit Seilen oder Ketten eingehangen werden.
In der gelangt das Abwasser nach der biologischen Reinigung über das Rohr [22] in den Schacht [52], der natürlich auch ein Behälter oder ein Behältnis oder ein Rotationsteil sein kann. Der Schacht bzw. die Behandlungsstufe [52] kann in seiner Größe hinsichtlich Länge Breite und Höhe ebenso variieren wie in seinem Material. So kann der Schacht bzw. die Behandlungsstufe [52] beispielsweise aus Beton oder Kunststoff oder aus Metall oder einem sonstigen Werkstoff bestehen. Das über das Ablaufrohr [22] in den Behälter [52] gelangte biologisch gereinigte Abwasser sammelt sich im unteren Bereich des Behälters [52]. Beispielhaft ist der Wasserspiegel [89] eingezeichnet. Eine elektrische Tauchpumpe [83] fördert das Abwasser über eine Leitung [84] in ein Rohr [85]. Dieses Rohr [85] ist im unteren Bereich mit einem weiteren Rohr [86] verbunden. Das Rohr [86] verfügt im oberen Bereich über einen Ablauf [91], der an den Ablauf [61] angeschlossen ist. In den beiden Rohren [85] [86] stellt sich ein Wasserspiegel [90] ein, der durch die Höhe des Ablaufrohres [91] [61] bestimmt ist. In dem Rohr [85] ist im unteren Bereich eine Belüftungsvorrichtung [82] angeordnet. Diese Belüftungsvorrichtung [82] wird über die Leitung [81] mit ozonhaltiger Druckluft aus dem Ozongenerator [6] versorgt. Die Druckluft wiederum kann zum Beispiel durch den Kompressor [13] über einen Abzweig von der Leitung [15] mit einem Regelorgan [48] zu dem Ozongenerator [6] geleitet werden. In dem Ozongenerator [6] erfolgt die Anreicherung der Druckluft mit Ozon. Je nach Ausführung der Belüftungsvorrichtung [82] verwendetem Material für die Membrane (beispielsweise EPDM, Silikon), Form, Anzahl und Größe der Öffnungen in der Membrane bzw. der Belüftungsvorrichtung kann mit einer feinblasigen, einer mittelblasigen oder einer grobblasigen Belüftung gearbeitet werden. Vorzugsweise wird eine Belüftung mit einem Blasendurchmesser beim Luftaustritt aus der Membrane zwischen 0,1-10 mm, in einem weiter optimierten Bereich zwischen 0,2 und 3,5 mm angestrebt. Die austretenden und aufsteigenden Blasen sorgen im Kontaktbereich [101] für eine optimale Durchmischung des mit Ozon zu reinigenden Abwassers und des Ozons. Da das Abwasser, welches über die Pumpe [83] dem Rohr [85] zugeführt wird, nur durch die untere Leitung in das Rohr [86] strömen kann, entsteht ein hochwirksames Gegenstromprinzip durch die aufsteigenden Luftblasen und die dadurch entstehende aufwärtsgerichtete Strömung und dem Abwasser, welches von oben nach unten Richtung Durchlass im unteren Bereich des Rohres [85] strömen muss. Eine intensive Durchmischung, ein optimaler Eintrag von Ozon und eine hohe Reaktionsgeschwindigkeit werden durch diese Anordnung im Kontaktbereich [101] bewirkt. Anschließend gelangt das mit Ozon angereicherte Abwasser in das Rohr [86]. Das Rohr [86] ist in einer beispielhaften Ausgestaltung auf seine Innenseite mit einer photokatalytisch aktiven Beschichtung [87] versehen. Weiterhin ist in dem Rohr [86] eine UV Strahlungsquelle [88] enthalten. Die Strahlungsquelle [88] wird über die Stromleitung [80] und die Steuerung [12] eingeschaltet bzw. ausgeschaltet. Sowohl der Betrieb des Ozongenerators [6] einschließlich Druckluftversorgung und der Betrieb der UV Strahlungsquelle [88] sind an den Betrieb der Pumpe [83] gekoppelt. Da es nur sinnvoll ist, das Abwasser zu behandeln, wenn auch Abwasser durch die Pumpe [83] in das Rohr [85] gefördert wird, regelt die Steuerung [12] den Betrieb der Komponenten. Um eine optimale Abwasserreinigung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zu erzielen, ist es vorteilhaft, bereits vor dem Einschalten der Pumpe [83] mit der Zufuhr von Ozon haltiger Druckluft über die Belüftungsvorrichtung [82] zu beginnen, damit das zugeführte Abwasser bereits von Beginn an auf einen aufwärts gerichteten Strom von Luftblasen mit Ozon haltiger Luft trifft. In gleicher Weise ist es sinnvoll, auch die UV Strahlungsquelle [88] vor dem Einschalten der Pumpe [83] einzuschalten. Die Vorlaufzeit der UV Strahlungsquelle [88] ist abhängig von der Art der verwendeten UV Strahlungsquelle. So benötigen zum Beispiel Quecksilberröhren eine entsprechende Aufheizzeit, um die volle Leistung erbringen zu können. Die UV Strahlungsquelle [71] kann beispielsweise eine UVC Röhre sein, die bei rund 251 nm UVC Strahlung in das umgebende Abwasser abstrahlt. Die UV Strahlungsquelle [88] kann aber auch aus einer LED oder mehreren LEDs bestehen, die in einem Bereich zwischen 210-450 nm, vorzugsweise in einem Bereich 250-390 nm und in einem weiteren bevorzugt eingesetzten Bereich von 280-360 nm Strahlung in das umgebende Abwasser im Kontaktbereich [102] aussenden. Durch die UV-Strahlung erfolgt eine Beschleunigung der Reaktion des Ozons mit den im Abwasser noch vorhandenen organischen Bestandteilen im Kontaktbereich [102]. Weiterhin erfolgt bei Einsatz einer Strahlung zwischen 250 nm und 300 nm eine Entkeimung des Abwassers, eine Abtötung der Viren, Bakterien und sonstigen Keime. Weiterhin erfolgt durch die UV-Strahlung ein Abbau des überschüssigen Ozons. Die Innenseite des Rohres [86] kann mit einer photokatalytisch aktiven Schicht [87] beschichtet werden. Der Abstand zwischen der Innenwand des Rohres [86] und der UV Strahlungsquelle [88] beträgt in einer vorzugsweisen Ausgestaltung 0,5-50 cm, in einer optimierten Ausgestaltung 0,5-5 cm. Durch die photokatalytisch aktive Schicht [87] erfolgt eine weitere Optimierung der Abbaureaktion im Kontaktbereich [102].
In der ist ein Rohr [85] für die Ozonanreicherung und ein Rohr [86] für die UV Bestrahlung und die photokatalytischer Beschichtung dargestellt. Es können natürlich ebenso auch zwei oder mehr Rohre für die Ozonanreicherung und ebenso zwei oder mehr Rohre für die für die UV Bestrahlung und die photokatalytische Beschichtung verwendet werden. Auch können die Behandlungsschritte von Ozonanreicherung und UV Bestrahlung und die photokatalytische Beschichtung immer wieder im Wechsel wiederholt werden (also Ozonanreicherung - UV Bestrahlung und die photokatalytische Beschichtung - Ozonanreicherung - UV Bestrahlung und die photokatalytische Beschichtung - Ozonanreicherung -...). In gleicher Weise kann auch eine gleichzeitige Ozonanreicherung und UV Bestrahlung und die photokatalytische Beschichtung gleichzeitig in einem Rohr mit einem Kontaktbereich (also nicht räumlich getrennt) oder in mehreren Rohren mit mehreren Kontaktbereichen hintereinander erfolgen. Anzahl und Anordnung der Rohre, Form und Gestalt der Rohre (rund, oval, rechteckig, quadratisch oder sonstige Bauformen), Werkstoffe der Rohre (beispielsweise Kunststoffe, Polypropylen, Polyethylen, Teflon, PVC, Metalle oder sonstige Werkstoffe einschließlich Werkstoffkombinationen und beschichtete Werkstoffe) können je nach Anforderung und Ausführungsart variieren.
In einer weiteren bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung kann eine Spirale, Helix, Kette, Spindel oder sonstige geometrische Form im Reaktorraum (im Kontaktbereich mit dem zu behandelnden Abwasser) angeordnet sein. Die geometrischen Formen können in einer bevorzugten Ausführungsform mit einem Trägermaterial mit photokatalytisch aktiver Schicht beschichtet sein.
In der gelangt das Abwasser durch das Rohr [85] in das Rohr [86]. Das Rohr [86] verfügt im oberen Bereich über einen Auslauf [91], der an den Ablauf [61] angeschlossen ist. Das Rohr [86] enthält eine UV Strahlungsquelle [88]. Diese UV Strahlungsquelle [88] kann beispielsweise eine UVC Röhre sein, die bei rund 251 nm UVC Strahlung in das umgebende Abwasser abstrahlt. Die UV Strahlungsquelle [88] kann aber auch aus einer LED oder mehreren LEDs bestehen, die in einem Bereich zwischen 210-450 nm, vorzugsweise in einem Bereich 250-390 nm in das umgebende Abwasser aussenden. Der Betrieb der UV Strahlungsquelle [88] ist an den Betrieb der Pumpe [83] gekoppelt (siehe ). Es sinnvoll die UV Strahlungsquelle [88] vor dem Einschalten der Pumpe [83] einzuschalten (siehe ). Die Vorlaufzeit der UV Strahlungsquelle [88] ist abhängig von der Art der verwendeten UV Strahlungsquelle. Die Innenseite des Rohres [86] kann mit einer photokatalytisch aktiven Schicht [87] beschichtet werden. Der Bereich zwischen der Innenwand des Rohres [86] und der UV Strahlungsquelle [88] ist der Kontaktbereich [102]. Der Abstand zwischen der Innenwand des Rohres [86] und der UV Strahlungsquelle [88] beträgt in einer vorzugsweisen Ausgestaltung 0,5-50 cm, in einer bevorzugten Ausgestaltung 0,5-5 cm. Des Weiteren enthält das Rohr [86] eine Spirale [92] im Kontaktbereich [102]. Die Spirale [92] ist mit einer photokatalytisch aktiven Schicht beschichtet. Der Vorteil dieser Ausführung liegt darin, dass das Abwasser einen zwangsorientierten Durchströmungsfluss im aktiven Reaktionsraum (Kontaktbereich) des Rohrreaktors durchlaufen muss. Dadurch ist der Kontaktbereich [102] konstruktiv so angeordnet, dass ein hohes, effizientes Oberflächen/Volumenverhältnis an der Kontaktfläche gewährleistet und die Verweildauer des Abwassers an der UV-Strahlungsquelle maximiert wird.
In ist eine spiralförmige Ausgestaltung des Trägermaterials mit photokatalytischer Aktivität dargestellt. Diese Spirale [92] kann in einer weiteren Ausgestaltung sägezahnförmig mit wechselseitig eingelassenen Durchströmungsöffnungen ausgestaltet sein. Auch in dieser Ausführung wird die photokatalytisch aktive Schicht spiralförmig um die UV-Strahlungsquelle so angeordnet, dass das Wasser gezwungen wird, der Formen zu folgen und somit den gesamten photokatalytisch aktiven Reaktionsweg im Kontaktbereich [102] auf dem Trägermaterial um die UV-Strahlungsquelle zu durchlaufen. Diese Anordnung führt zu einer zusätzlichen Verwirbelung des durchströmenden Abwassers.
In wird als Trägermaterial im Rohrreaktor [86] eine etagenförmige Anordnung von beschichteten Trichtern [96] mit alternierenden seitlichen Schlitzen [97] eingesetzt im Kontaktbereich [102]. Durch die geneigte Oberfläche der Trichter [96] wird das Trägermaterial effizient von der UV-Strahlungsquelle [88] beleuchtet. In dieser Ausführung durchläuft das Abwasser den Rohrreaktor [86] von oben nach unten. Der Abstand der einzelnen Trichter beträgt in einer vorzugsweisen Ausgestaltung 0,5-50 cm, in einer optimierten Ausgestaltung 0,5-5 cm. Durch das wechselseitig angeordnete Schlitzmuster wird der Abwasserstrom verlangsamt und verwirbelt, sodass eine erhöhte Kontaktzeit mit der photokatalytisch aktiven Oberfläche auf den Trichtern [96] im Kontaktbereich [102] erreicht wird. Die Innenseite des Rohres [86] sowie die Außenseite der UV-Strahlungsquelle [88] können ebenfalls mit der photokatalytisch aktiven Schicht beschichtet werden. Der Abstand zwischen der Innenwand des Rohres [86] und der UV Strahlungsquelle [88] beträgt in einer vorzugsweisen Ausgestaltung 0,5-50 cm, in einer bevorzugten Ausgestaltung 0,5-5 cm.
In werden Perlen [93] als Trägermaterial im Rohrreaktor [86] im Kontaktbereich [102] eingesetzt. Die Perlen [93] sind um die UV-Strahlungsquelle [88] so angeordnet, dass das Abwasser die Zwischenräume [94] der Perlen durchströmen muss. Durch die hohe Oberfläche der Perlen wird die photokatalytisch aktive Fläche im Rohrreaktor erhöht und gleichzeitig die Verweildauer des Abwassers an der photokatalytischen Oberfläche durch den längeren Strömungsweg maximiert. Diese Anordnung führt zu einer zusätzlichen Verwirbelung des durchströmenden Abwassers. Die Innenseite des Rohres [86] kann auch mit photokatalytisch aktiven Schicht [87] beschichtet werden. Der Abstand zwischen der Innenwand des Rohres [86] und der UV Strahlungsquelle [88] beträgt in einer vorzugsweisen Ausgestaltung 0,5-50 cm, in einer bevorzugten Ausgestaltung 0,5-5 cm. Die Außenseite der UV-Strahlungsquelle [88] kann auch mit der photokatalytisch aktiven Schicht [86] beschichtet sein.
In weiteren Ausführungen im Rahmen der vorliegenden Erfindung können für die Abscheidung des Photokatalysators auch alle dem Stand der Technik bekannten ovalen oder runden Grundflächen verwendet werden. Dies können zum Beispiel handelsübliche Tongranulate, Glasperlen, Glaskugeln, Acrylkugeln, der Baustoff Ytong, Kaolin-Kugeln, Siliziumdioxidperlen oder Aluminiumoxid-Perlen sein. Bevorzugt werden UVtransparente Quarzglasperlen, Borosilikatperlen oder Acrcylglasperlen verwendet. Der Durchmesser der runden bzw. ovalen Grundfläche in der größten Ausdehnung beträgt im Allgemeinen 0,2 bis 100 mm, bevorzugt 3 bis 10 mm.
In werden Perlenketten [98] als Trägermaterial im Rohrreaktor [86] eingesetzt. Die Perlenketten [98] hängen in vertikaler Richtung um die UV-Strahlungsquelle im Kontaktbereich [102], so dass das Abwasser die Zwischenräume [99] der Perlenkette durchströmen muss. Durch die hohe Oberfläche der Perlenketten wird die photokatalytisch aktive Fläche im Rohrreaktor erhöht. Diese Anordnung führt zu einer zusätzlichen Verwirbelung des durchströmenden Abwassers. Die Innenseite des Rohres [86] sowie die Außenseite der UV-Strahlungsquelle [100] können auch mit der photokatalytisch aktiven Schicht beschichtet werden. Der Abstand zwischen der Innenwand des Rohres [86] und der UV Strahlungsquelle [88] beträgt in einer vorzugsweisen Ausgestaltung 0,5-50 cm, in einer bevorzugten Ausgestaltung 0,5-5 cm. Die Außenseite der UV-Strahlungsquelle [88] kann auch mit der photokatalytisch aktiven Schicht [86] beschichtet sein.
In einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist aufgrund der Einfachheit der Vorrichtung und des Verfahrens die Einbindung in die normale Struktur einer Kleinkläranlage durch Nutzung des für den Betrieb der Anlage erforderlichen Luftverteilersystems (dort kann zum Beispiel die Druckluft für den Ozongenerator abgezweigt werden und/oder die Druckluft zum Beschicken der Reinigungsvorrichtung und/oder der Druckluft zum Durchmischen zur Erzielung einer optimalen Reaktionsgeschwindigkeit), durch Nutzung des für den Betrieb der Anlage erforderlichen Verdichters bzw. Kompressors, in dem zumindest ein Teil des Luftstromes des Verdichters bzw. Kompressors für den Ozongenerator und/oder zum Durchmischen zur Erzielung einer optimalen Reaktionsgeschwindigkeit und/oder zum Betreiben eines Drucklufthebers zum Beschicken der hier beschriebenen Vorrichtung und oder durch Nutzung des für den Betrieb der Anlage erforderlichen Steuerung zum Erzeugen von Steuerbefehlen und Schaltbefehlen an die hier beschriebene Vorrichtung (zum Beispiel Einschalten des Ozongenerators, Öffnen eines Ventils zum Umleiten von Druckluft auf den Ozongenerator, einschalten der UV-Strahlungsquelle, aktivieren der Beschickung der hier beschriebenen Vorrichtung mittels einer Tauchpumpe oder eines Drucklufthebers) sinnvoll. Insbesondere können auch die in der für den normalen Betrieb der Abwasserbehandlungsanlage erforderlichen Steuerung vorhandenen Informationen, wie zum Beispiel der Wasserstand bzw. die zu behandelnde Abwassermenge, für den Betrieb der hier beschriebenen Vorrichtung genutzt werden.
In einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens bzw. der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung können die Ozonanreicherung und die UV-Strahlungsquelle räumlich sowohl in einem gleichen Rohr/Behälter/sonstige Geometrie/Raum/Behandlungsstufe als auch räumlich getrennt in verschiedenen Rohren/Behältern/sonstigen Geometrie, in/Räumen/Behandlungsstufen angeordnet sein. Sofern die Ozonanreicherung und die UV-Strahlungsquelle sich im Rohr/Behälter/sonstigen Geometrien/Raum/Behandlungsstufe befinden, können eine oder mehrere Vorrichtungen zum Eintrag von Ozon und/oder eine oder mehrere UV Strahlungsquellen angeordnet sein. Sofern die Vorrichtung zum Eintrag von Ozon und die UV-Strahlungsquelle in verschiedenen Rohren/Behältern/sonstigen Geometrien/Räumen/Behandlungsstufen angeordnet sind, können auch hier jeweils eine oder mehrere Vorrichtungen zum Eintrag von Ozon und/oder eine oder mehrere UV-Strahlungsquellen angeordnet sein. Es können auch mehrere identische Behandlungsstufen (jeweils bestehend aus Vorrichtung zum Eintrag von Ozon und der UV Strahlungsquelle) hintereinander geschaltet sein. In gleicher Weise können auch eine oder mehrere Behandlungsstufen hintereinander geschaltet sein, in denen jeweils eine Stufe zur Ozonanreicherung dient, eine Stufe zur UV Bestrahlung dient, die nächste Stufe wieder der Ozonanreicherung dient, eine weitere Stufe zur UV-Bestrahlung dient. Zur Erhöhung der Betriebssicherheit können auch mehrere Behandlungsstufen der vorstehend beschriebenen Art parallel geschaltet werden.
Die Vorrichtung zur Kühlung der Druckluft für den Ozongenerator kann sowohl mit Luft als auch mit Wasser oder einem sonstigen Gas oder sonstiger Flüssigkeit als Kühlmittel betrieben werden. Im einfachsten Fall erfolgt die Kühlung über eine entsprechend gestaltete Oberfläche des Kühlers an die Umgebungsluft. Dieser Druckluftkühler kann vorzugsweise aus Metall aufgrund der guten Wärmeleitfähigkeit bestehen. Er kann aber auch aus einem anderen Werkstoff oder einer Wirkstoffkombination hergestellt werden. Die Kühlvorrichtung kann aber auch als Kühlmedium Wasser bzw. Abwasser verwenden. Es können auch Kühlvorrichtungen mit einem Sekundärkreislauf betrieben werden, bei dem die Wärme aus der Druckluft aus einem Kreislauf laufenden Gas oder einer Flüssigkeit abgegeben werden. Über einen Sekundärkühler wird dann wiederum die Wärme an die Außenluft, an Wasser oder Abwasser oder zum Beispiel bei weitergehender Nutzung der Energie in ein Heizungssystem abgegeben. Die Kühlung der Druckluft kann sowohl vor dem Ozongenerator, in dem Ozongenerator oder hinter dem Ozongenerator stattfinden bzw. angeordnet sein.
Der Ozongenerator kann in einer vorzugsweisen Ausgestaltung ebenfalls mit einer Kühlvorrichtung ausgestattet sein. Hier gelten die gleichen möglichen Variationen wie bei der Kühlung der Druckluft hinsichtlich der Art der Kühlung und der Anordnung der Kühlung. In der einfachsten Ausgestaltung wird die bei der Ozonanreicherung im Ozongenerator anfallende Wärme mit einem einfachen Lüfter abgeführt.
Die Vorrichtung und das Verfahren kann alleine, mit Ozon, ohne UV-Strahlungsquelle und ohne photokatalytisch aktives Trägermaterial als auch in Kombination mit Ozon und einer UV-Strahlungsquelle als auch mit Ozon und einer UV-Strahlungsquelle und einem photokatalytisch aktiven Trägermaterial gestaltet, als auch mit Ozon und einer photokatalytisch aktiven Trägermaterial angewendet werden.
In der Behandlung nicht benötigtes (überschüssiges) Ozon kann auf verschiedene, Weise beseitigt werden (nachfolgend beispielhaft dargestellt). Die aus der Behandlungsvorrichtung austretende Luft, die noch Ozon enthalten kann, kann beispielsweise einer weiteren Stufe mit einer UV-Strahlungsquelle zugeführt werden. Die UV-Strahlungsquelle zerstört durch die energiereiche Strahlung das Ozon, so dass kein Ozon oder nur geringe Mengen Ozon in die Umgebungsluft gelangen. In einer weiteren Ausgestaltung kann die aus der Behandlungsstufe austretende Luft, die noch Ozon enthalten kann, durch einen speziellen Filter geleitet werden. Beispielsweise kann dies Aktivkohle sein, so dass eine Umwandlung von Ozon in CO2 (Kohlendioxid) erfolgt. In einer weiteren Ausgestaltung kann die aus der Behandlungsstufe austretende Luft mit Anteilen von Ozon wieder in den Ozongenerator zurückgeführt werden, in dem die noch Ozonbestandteile enthalten der Luft dem Kompressor/Verdichter zugeführt wird, der den Ozongenerator mit Druckluft versorgt. In einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung kann die aus der Behandlungsstufe austretende Luft, die noch Ozon enthalten kann, in eine der Behandlungsstufen der Abwasserbehandlungsanlage, vorzugsweise in eine oder mehrere Behandlungsstufen die mechanische Vorreinigung zurückgeführt werden. Durch Einleitung der Luft, die noch Ozon enthalten kann, in eine der Behandlungsstufen der Abwasserbehandlungsanlage reagiert das Ozon mit den im Abwasser enthaltenen Stoffen, so dass Ozon nicht mehr oder nur in geringen Mengen in die Umgebungsluft gelangen kann.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist die Nutzung der eintragenden ozonhaltigen Luft zur Entkeimung/Hygenisierung des Wassers mit Ozon.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist die Nutzung der Vorrichtung und des Verfahrens in Regenwassernutzungsanlagen bzw. in Anlagen zur Speicherung und/oder zur Nutzung von Brauchwasser bzw. in Anlagen zur Speicherung und/oder Nutzung von Regenwasser, da auch in diesen Anlagen organische Stoffe zu eliminieren sind bzw. das Wasser zu Entkeimen ist bzw. keimfrei zu halten ist. In gleicher Weise kann die erfindungsgemäße Vorrichtung und das Verfahren in Grauwasseranlagen verwendet werden. Natürlich ist auch eine Verwendung bei sonstigen Anlagen gegeben, bei denen die vorhandenen organischen Inhaltsstoffe im Wasser bzw. Abwasser reduziert bzw. eliminiert werden müssen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 19729680 A [0018]
DE 4002014 A1 [0019]
DE 4440969 A1 [0020]
DE 19801705 A1 [0021]
US 4892712 [0030]
CN 104016511 A [0033]
CN 202440360 [0034]
US 8038938 [0035]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Cittenden et al. offenbarte ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Zersetzen von organischen Verbindungen in Flüssigkeiten (veröffentlich in 1995 American Society of Mechanical Engineers (ASME) International Solar Energy Conference, Maui, Hawaii, USA [0031]

Claims

Vorrichtung zum einfachen Aufoxidieren und Eliminieren von umweltschädlichen Stoffkomponenten aus Wasser und Abwasser, zur Nutzung in Abwasserbehandlungsanlagen oder Wasserbehandlungsanlagen oder Regenwassernutzungsanlagen oder Brauchwassernutzungsanlagen oder Grauwasseranlagen umfassend a) eine Vorrichtung zur Erzeugung von Druckluft, b) eine Vorrichtung zur Erzeugung von Ozon, c) eine Vorrichtung zur Kühlung der Luft, die durch die Vorrichtung zur Erzeugung von Ozon strömt, d) mindestens einen Kontaktbereich, in dem Druckluft, angereichert mit Ozon, in das Wasser bzw. Abwasser eingetragen wird und von dem zu reinigenden Abwasser im Gegenstrom durchströmt wird e) und mindestens eine UV-Strahlungsquelle.
Vorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung ein funktionelles Trägermaterial mit photokatalytischer Oberfläche umfasst, so dass der Abbau der Stoffe im Wasser bzw. Abwasser unterstützt bzw. beschleunigt wird und/oder überschüssiges Ozon zerstört wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, dass in der Vorrichtung ein Titandioxidkatalysator auf einem Trägermaterial eingesetzt wird.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung nach Anspruch 1 auch ohne Vorrichtung zur Kühlung betrieben werden kann und/oder ohne UV Strahlungsquelle betrieben werden kann und/oder ohne Gegenstromprinzip betrieben werden kann.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, dass im Kontaktereich c im Anspruch 1 nur bei Durchfluss mit zu reinigendem Wasser ein ozonhaltigen Gegenstrom erzeugt wird.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Kühlvorrichtung besitzt, in der die Luft vor oder hinter oder vor und hinter dem ozonerzeugenden Aggregat gekühlt wird.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung in einer Abwasserbehandlungsanlage oder Wasserbehandlungsanlage oder sonstigen Anlage eingebaut ist oder einer Abwasserbehandlungsanlage oder einer Wasserbehandlungsanlage oder sonstigen Anlage nach geschaltet wird.
Verfahren zum einfachen Aufoxidieren und Eliminieren von umweltschädlichen Stoffkomponenten aus Wasser oder Abwasser oder Grauwasser, zur Nutzung in Abwasserbehandlungsanlagen oder Wasserbehandlungsanlagen oder sonstigen Anlagen dadurch gekennzeichnet, dass das Wasser und Abwasser im Gegenstrom durch einen Druckluftstrom mit Ozonanteil und nachfolgend durch einen Reaktionsraum mit einer UV-Strahlungsquelle geleitet wird.
Verfahren nach Anspruch 8 dadurch gekennzeichnet, dass a) das Wasser und Abwasser einen Kontaktbereich mit einer photokatalytisch wirksamen Titandioxid-Oberfläche durchströmt, welcher aus einem System von Platten und/oder Füllkörper besteht, welche in beliebigen geometrischen Formen vorliegen und so konstruktiv angeordnet sind, dass sie ein hohes Oberflächen/Volumenverhältnis gewährleisten und das Wasser und Abwasser mit einer Strömungsgeschwindigkeit durch den Kontaktbereich geführt wird, bei der in Verbindung mit der UVC-Strahlungsquelle eine photokatalytische Oxidation der umweltschädlichen Stoffkomponenten aus dem Wasser und Abwasser erreicht wird.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche 8 und 9 dadurch gekennzeichnet, dass sowohl Ozon als auch die zur Photokatalyse notwendige Strahlung durch eine UVC Strahlungsquelle im Reaktionsraum erzeugt werden. Das mit der UVC Strahlungsquelle erzeugte Ozon kann dabei entweder alleine die erforderliche Ozonmenge zur Verfügung stellen oder die mit ozonhaltiger Druckluft eingetragene Ozonmenge erhöhen.