DE10325230A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Aufbereitung von Flüssigkeiten - Google Patents

Abstract

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Anordnung der eingangs genannten Art so zu verbessern, dass eine nahezu dauerhafte Keimabtötung mit hohem Wirkungsgrad erreicht wird, dabei soll das Verfahren kontinuierlich durchführbar sein und eine nachträgliche oxidative Behandlung der aufzubereitenden Flüssigkeiten vermeiden. DOLLAR A Erfindungsgemäß gelingt die Lösung der Aufgabe dadurch, dass die Flüssigkeit vor der UV-Bestrahlung einer Destillation/Verdampfung unterzogen wird und bei der Destillation/Verdampfung entstehende Brüden mit UV-Bestrahlung behandelt werden, wobei die bei der UV-Bestrahlung entstehende Wärme dem Destillationsprozess zugeführt wird und DOLLAR A dass der UV-Reaktor mit einer Destillationsanlage, die einen Wärmetauscher und einen Brüdendampfreiniger enthält, gekoppelt ist, wobei ein Zulauf für die zu reinigende Flüssigkeit durch den UV-Reaktor und die Destillationsanlage führt und ein Ablauf von der Destillationsanlage durch den UV-Reaktor zu einem Destillat-/Verdampferablauf führt. DOLLAR A Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Aufbereitung von zu reinigenden Flüssigkeiten, bei dem die Flüssigkeit durch einen UV-Reaktor geleitet wird, in dem eine Mitteldruck-UV-Strahlung erzeugt wird.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Aufbereitung von zu reinigenden Flüssigkeiten, bei dem die Flüssigkeit durch einen UV-Reaktor geleitet wird, in dem eine Mitteldruck-UV-Strahlung erzeugt wird.
• Die Erfindung wird vorzugsweise zur Reinigung von industriellen oder auch kommunalen Abwässern verwendet.
• Beispielsweise bei Reinigungs-, organisch hochbelasteten Färbe- und bei Farbdruckprozessen fallen mit sehr unterschiedlichen Stoffen hoch belastete Abwässer an, die einer Entsorgung zugeführt werden müssen.
• Zum Abbau der CSB-Belastung in Abwasser ist nach DE 43 08 159 A1 ein Verfahren beschrieben, bei dem einem biologischen Filter, dessen Biozönose Kohlenstoff abbauen kann, ein Oxidationsschritt, insbesondere ein Ozonierungsschritt vorgeschaltet ist. Die Ozonisierung führt zum teilweisen Abbau von CSB und zur strukturellen Veränderung des verbleibenden CSB, so dass es im biologischen Filter von der Biozönose abgebaut wird.
• Ferner ist nach DE 196 00 356 A1 eine Vorrichtung zur Abwasserbehandlung bekannt, die einen biologischen Reaktor enthält in dem ein Mitteldruck-UV-Strahler angeordnet ist, der in den Ab- und/oder Zulauf des biologischen Reaktor integriert ist.
• Oft liegt die Gesamtmenge der zu entsorgenden Abwässer nur bei wenigen m³ pro Tag oder noch darunter. In diesen Fällen ist ein mehrstufiges Abwasserbehandlungsverfahren, bestehend aus biologischen Verfahren, Fällung/Flockung, Filtration und beispielsweise Nassoxidation, nicht wirtschaftlich anwendbar. Hinzu kommt, dass die geforderten Grenzwerte trotz dieser aufwändigen Kombinationstechnologien häufig nicht eingehalten werden können. Die Abwasseraufbereitung gestaltet sich besonders schwierig, wenn biologische Verfahren infolge der schlechten Verfügbarkeit des biologischen Materials nicht eingesetzt werden können. In der Regel werden solche Problemabwässer dann von einem externen Entsorger aufbereitet, der die Abwässer zu einer größeren Behandlungsanlage transportiert und dort gemeinsam mit anderen Abwässern einer ordnungsgemäßen Entsorgung zuführt. Nachteilig ist hierbei neben den hohen Kosten für Kontrollanalysen und Transporte auch, dass eine Wiederverwendung von im Wasser vorhandenen Wertstoffen damit nicht möglich ist. Besondere Schwierigkeiten bestehen dabei in den Ländern der Dritten Welt, die nicht über eine ausreichend entwickelte Infrastruktur verfügen, aber bei denen von den Behörden auch immer strengere Umweltauflagen erteilt und kontrolliert werden.
• In zunehmendem Maße werden zur Aufbereitung von kleineren problematischen Abwassermengen Trennverfahren eingesetzt, bei denen neben der Entsorgung das Ziel besteht, Wertstoffe zu gewinnen.
• Ein solches Verfahren stellt die Abwassereindampfung bzw. Abwasserdestillation dar. Um dieses Verfahren wirtschaftlich betreiben zu können, muss der Prozess kontinuierlich durchgeführt werden, wobei es bekannt ist, dass in die Anlage einströmende Abwässer die Wärmeenergie der kondensierenden Brüden aufnimmt.
• In der Regel enthalten die zu behandelnden Abwässer im wesentlichen leicht- und schwerflüchtige organische Wasserinhaltsstoffe unterschiedlichster Struktur und nicht verdampfbare Rückstände. Mit diesem Verfahren ist deshalb in einem Schritt lediglich eine Auftrennung in ein die leichtflüchtigen Bestandteile enthaltendes Kopfprodukt und in einen Sumpf, der die schwerflüchtigen und nicht verdampfbaren Bestandteile enthält, möglich. Für einige wenige Fälle kann die damit verbundene Absenkung der CSB-Belastung ausreichend sein, in den meisten Fällen erfüllt diese Stofftrennung bei weitem nicht die geforderten Grenzwerte. Auch die angestrebte Wiederverwendung von Wertstoffen gelingt nur in unbefriedigendem Maße. Die praktische Umsetzung einer destillativen Abwasseraufbereitung ist prinzipiell mit zwei Betriebsvari anten möglich, nämlich mit diskontinuierlich oder kontinuierlich betriebenem Verfahren.
• 1. Bei der diskontinuierlichen Destillation wird in einem Vorlagegefäß eine bestimmte Menge an Abwasser bereitgestellt und aufgeheizt. Je nach der Siedetemperatur der einzelnen im Wasser enthaltenen Komponenten werden diese in den gasförmigen Zustand überführt und über eine Kolonne dem Kondensator zugeführt. Die Zusammensetzung bzw. der CSB-Gehalt der kondensierten Brüden verändert sich stark in Abhängigkeit von der Menge des insgesamt destillierten Material. Ein annähernd gut abgereinigtes Wasser kann erst nach Ablauf einer längeren Zeit, nachdem der Hauptteil der flüchtigen Verbindungen abgetrennt worden ist, erhalten werden. Diese Methode kann daher nur für sehr kleine Wassermengen angewendet werden, erfordert einen außerordentlich hohen Überwachungsaufwand und erlaubt keine effektive Wärmeausnutzung.
• 2. Die kontinuierliche Destillation wird dagegen unter ständigem Wasserzu- und Destillatabfluss betrieben. Hier besteht die Möglichkeit eines effizienten Wärmeaustausches indem die bei der Abkühlung bzw. Kondensation der Brüden anfallende Wärmeenergie zur Aufheizung bzw. Verdampfung des der Anlage zugeführten Wasser benutzt wird. Sowohl hinsichtlich des Energiezu- und -abflusses als auch in Bezug auf die einzelnen Stoffkonzentrationen stellt sich bei dieser Verfahrensvariante ein stationärer Zustand ein, d.h. setzt man einen Wasserzufluss mit gleichbleibender Belastung an organischen und anorganischen Stoffen voraus, erhält man immer ein konstant zusammengesetztes Kopfprodukt. In den meisten Fällen ist hier noch ein Rest-CSB vorhanden, der auch über den gewünschten bzw. von den Behörden geforderten Grenzwerten liegt.
• Für die Beseitigung von organischen Wasserinhaltsstoffen wird in zunehmendem Maße UV-Strahlung verwendet.
• Nach DE 42 12 604 A1 ist ein Verfahren zur Aufbereitung von mit organischen Substanzen belastetem Rohtrinkwasser, insbesondere von nitrathaltigem Rohtrinkwasser, das mit Pflanzenschutzmitteln belastet ist, bekannt, bei dem zur Aufbereitung von Rohtrinkwasser eine Behandlung mit ultraviolettem Licht einer Wellenlänge < 230 nm erfolgt. Dabei wird entweder die kurzwelligen Anteile ausgefiltert oder es werden Nitrit zerstörenden Substanzen verwendet.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Anordnung der eingangs genannten An so zu verbessern, dass eine nahezu dauerhafte Keimabtötung mit hohem Wirkungsgrad erreicht wird, dabei soll das Verfahren kontinuierlich durchführbar sein und eine nachträgliche oxidative Behandlung der aufzubereitenden Flüssigkeiten vermeiden.
• Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren, welches die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale aufweist, und mit einer Vorrichtung, welche die in die im Anspruch 4 angegebenen Merkmale aufweist, gelöst.
• Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
• Die Erfindung verwendet ein Verfahren und eine Anlage zur UV-Bestrahlung von Flüssigkeiten, bei dem die zu reinigende Flüssigkeit vor der UV-Bestrahlung einer Destillation unterzogen wird und die bei der Destillation entstehenden Brüden mit UV-Bestrahlung behandelt werden, wobei die bei der UV-Bestrahlung entstehende Wärme dem Destillationsprozess zugeführt wird. Die für die UV-Bestrahlung erforderlichen Komponenten sind direkt in die Destillationsanlage integriert.
• Die Erfindung zeichnet sich durch eine Reihe von Vorteilen aus. Hierzu zählen insbesondere:
  Mit der vorliegenden Erfindung wird durch die Kombination eines Destillationsverfahrens mit einer UV-unterstützten Nassoxidation eine gleichbleibende Produktqualität erzielt, die die CSB-Werte vorgegebenen Grenzwerte sicher unterschreiten.
• Durch die der UV-Behandlung vorgelagerte Destillation wird ein Wasser erzeugt, dass nahezu frei ist von anorganischen Belastungen. Vorteilhaft ist dabei, dass in der Regel ein klares Produkt abgegeben wird, welches eine hohe UV-Transmission (95 bis 100 % bei 254 nm) besitzt. Dieses Wasser enthält lediglich die noch umzusetzenden CSB-Bestandteile. Mit der UV-unterstützten Nassoxidation wird eine sehr effiziente Behandlung möglich. Das weitgehende Fehlen der anorganischen Belastungen bewirkt außerdem, dass eine Belagbildung auf den Strahlerschutzrohren nahezu vollständig vermieden wird.
• Die UV-Bestrahlung mit Mitteldruckstrahlern kann physikalisch bedingt nur mit einem Wirkungsgrad von ca. 10 % betrieben werden. Die restliche Energie wird in Wärme umgewandelt. Diese "Abwärme" kann mit einem Wärmetauscher zumindest zum überwiegenden Teil zum Vorheizen des in die Destillationsanlage einströmenden Rohwassers benutzt werden.
• Es kann dadurch erreicht werden, dass mit einem gegenüber einer üblichen UV-Behandlung geringen zusätzlichen Energieverbrauch von nur 10 bis 20 die für die jeweilige Aufgabenstellung erforderliche Qualität des aufbereiteten Wassers erreicht werden kann.
• Die Erfindung wird im Folgenden an Ausführungsbeispielen näher erläutert.
• Dabei zeigt
• 1 eine schematische Darstellung der Gesamtanordnung.
• Das Ausführungsbeispiel erläutert eine kontinuierlich betriebene Destillationsanlage mit Brüdenverdichter zur Reinigung von Schmutzwasser.
• Das Schmutzwasser wird dabei durch den Zulauf 8 für die zu reinigende Flüssigkeit, in dem das Zulaufventil 10.2 angeordnet ist, einem Vorwärmer 6 zugeführt. Der Vorwärmer 6 ist als Gegenstromwärmetauscher ausgeführt, wobei die Wärme des hochreinen Destillats genutzt wird um das einströmende Schmutzwasser vorzuwärmen. Vom Vorwärmer 6 wird das zu reinigende Schmutzwasser dem UV-Reaktor 1 zugeführt. Der UV-Reaktor 1 enthält ein zylinderförmiges Doppelmantelgefäß, von dem die UV-Bestrahlung aus einem Winkel von 360° auf die im Inneren strömende Flüssigkeit gestrahlt wird. Das Entladungsgefäß wird von einem Bereich der Zulaufleitung für die zu reinigende Flüssigkeit umschlossen. In diesem Bereich wird sowohl das außen vorbei strömende Schmutzwasser als auch das im Inneren fließende Destillat erwärmt. Es ist auch möglich, die Anordnung so auszuführen, dass die zu reinigende Flüssigkeit im Inneren des UV-Reaktors fließt und das Destillat außen um den UV-Reaktor 1 strömt und dort bestrahlt wird.
• Die zu reinigende Flüssigkeit wird danach dem Wärmetauscher 2 zugeführt, der im dargestellten Beispiel als vertikaler Rohrbündel-Wärmetauscher ausgeführt ist. Im Wärmetauscher 2 strömt die zu reinigende Flüssigkeit nach oben, wird dabei erwärmt und anschließend einem Zyklonabscheider 4 zugeführt, der Bestandteil des Brüdendampfreinigers 3 ist. Der Zyklonabscheider 4 ermöglicht durch hohe Fliehkräfte eine effiziente Trennung des Dampfes von der in der zu reinigenden Flüssigkeit enthaltenen Schmutzfracht. Die zu reinigende Flüssigkeit verdampft in dem mehrstufig ausgeführten Brüdendampfreiniger 3. Der dabei entstehende Brüdendampf wird über ein Gebläse 5, das hier als Drehkolbengebläse ausgeführt ist und der Erhöhung von Temperatur sowie Druck des Brüdendampfes dient, dem Wärmetauscher 2 zugeführt. Im Wärmetauscher 2 strömt der Brüdendampf nach unten und kondensiert dabei. Das Kondensat wird durch den UV-Reaktor 1 geführt, wobei eine UV-Bestrahlung durch die nach innen gerichteten Strahlung des Doppelwandgefäßes auf das Destillat einwirkt. Anschließend verlässt das hochreine Destillat den UV-Reaktor 1 und wird über einen Vorwärmer 6 dem Destillatablauf 9 zugeführt, von dem aus es über das Destillatablaufventil 10.3 aus der Anlage austritt.
• In einem parallel zu den oben beschriebenen Strömungsverlauf vonstatten gehenden Schmutzwasserumlauf wird das im Wärmetauscher 2 enthaltene Schmutzwasser nach oben geführt und strömt im oberen Bereich des Wärmetauschers 2 aus, um von dort durch die obere Umlaufleitung 11 dem Zyklonabscheider 4 zugeführt zu werden. In diesem kühlt sich das Schmutzwasser ab und gelangt aus einer an der Unterseite des Zyklonabscheiders 4 angebrachten Ausflussöffnung die untere Umlaufleitung 12, die zum unteren Bereich des Wärmetauschers 2 führt. Der so gebildete Wärmekreislauf bewirkt ein starkes Umwälzen der Flüssigkeit, ohne dass Pumpen erforderlich wären. An der Unterseite des Wärmetauschers 2 tritt das die Festoffverunreinigungen enthaltende Konzentrat aus und wird über das Konzentratablaufventil 10.1 dem Konzentratablauf 7 zugeführt.

1

UV-Reaktor

2

Wärmetauscher

3

Brüdendampfreiniger

4

Zyklonabscheider

5

Gebläse

6

Vorwärmer

7

Konzentratablauf

8

Zulauf für zu reinigende Flüssigkeit

9

Destillatablauf

10

Ventile

10.1

Konzentratablaufventil

10.2

Zulaufventil

10.3

Destillatablaufventil

11

obere Umlaufleitung

12

untere Umlaufleitung

Claims (11)

1. Verfahren zur Aufbereitung von zu reinigenden Flüssigkeiten, bei dem die Flüssigkeit durch einen UV-Reaktor (1) geleitet wird, in dem eine Mitteldruck-UV-Strahlung erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit vor der UV-Bestrahlung einer Destillation/Verdampfung unterzogen wird und bei der Destillation/Verdampfung entstehende Brüden mit UV-Bestrahlung behandelt werden, wobei die bei der UV-Bestrahlung entstehende Wärme dem Destillationsprozess zugeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Destillationsanlage kontinuierlich betrieben wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Reinigungsprozess in der Destillationsanlage durch einen durch Wärmeumlauf betrieben Kreislauf den die zu reinigende Flüssigkeit innerhalb der Destillations-/Verdampfunganlage durchläuft, unterstützt wird.
4. Anordnung zur Aufbereitung von Flüssigkeiten, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3 mit einem UV-Reaktor (1), dadurch gekennzeichnet, dass der UV-Reaktor (1) mit einer Destillationsanlage, die einen Wärmetauscher (2) und einen Brüdendampfreiniger (3) enthält, gekoppelt ist, wobei ein Zulauf für die zu reinigenden Flüssigkeit durch den UV-Reaktor (1) und die Destillationsanlage führt und ein Ablauf von der Destillationsanlage durch den UV-Reaktor (1) zu einem Destillat-/Verdampferablauf (9) führt.
5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass im Zulauf der zu reinigenden Flüssigkeit ein als Gegenstromwärmetauscher ausgeführter Vorwärmer (6) angeordnet ist.
6. Anordnung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der UV-Reaktor (1) ein doppelwandiges Entladungsgefäß enthält.
7. Anordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Zulauf (8) für die zu reinigende Flüssigkeit innerhalb des doppelwandiges Entladungsgefäßes verläuft und ein Bereich des Destillatablaufs (9) das Entladungsgefäß umschließt.
8. Anordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Destillatablauf (9) innerhalb des doppelwandiges Entladungsgefäßes verläuft und ein Bereich des Zulauf (8) für die zu reinigende Flüssigkeit das Entladungsgefäß umschließt.
9. Anordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Brüdendampfreiniger (3) mehrstufig ausgeführt ist.
10. Anordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass am Brüdendampfreiniger (3) ein Zyklonabscheider (4) zur Trennung des Dampfes von Schmutzteilen angeordnet ist
11. Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass vom oberen Bereich des Zyklonabscheiders (4) eine obere Umlaufleitung (11) zur Oberseite des Wärmetauschers (2) und vom unterem Bereich des Zyklonabscheider (4) eine untere Umlaufleitung (12) zur Unterseite des Wärmetauschers (2) führt.