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Stadt Düsseldorf, vertreten durch den Oberstadtdirektor, Düsseldorf,
Luisenstraße 105. "Verteilervorrichtung für die Zufuhr von Ozon bzw. ozonhaltigem
Gas bei Wasserbehandlungsanlagen." Bei der fortschreitenden Verschmutzung der Flüsse
und Gewässer kommt der Aufbereitung des daraus direkt oder indirekt, z. B. durch
Uferfiltration zu gewinnenden Trinkwassers zunehmende Bedeutung zu. Eine der besten
Aufbereitungsmöglichkeiten besteht darin, das Wasser mit Ozon oder ozonhaltiger
Luft zu behandeln, wodurch geschmacklich und geruchlich störende Stoffe weitgehendst
aus dem Wasser entfernt werden können. Das dafür erforderliche Ozon wird aus der
Luft oder aus Sauerstoff gewonnen. Die bekannten Verfahren zur Erzeugung von Ozon
sind in bezug auf ihre Betriebszuverlässigkeit und ihren Energieaufwand im wesentlichen
untereinander gleichweitig und werden den diesbezüglichen praktischen Anforderungen
weitaus gerecht.
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Die größte Schwierigkeit bei der Ozonbehandlung
von
Wasser besteht aber auch heute noch darin, die ozonhaltige Luft bzw. den ozonhaltigen
Sauerstoff mit dem zu behandelnden Wasser in so innige Berührung zu bringen, daß
die den Geruch und Geschmack des Wassers beeinträchtigenden, vorzugsweise organischen
Stoffe durch die unmittelbare molekulare Einwirkung des Ozons auch tatsächlich zerstört
werden. Bei den bisher bekannten Wasserbehandlungsverfahren ist das nämlich nur
zum Teil der Fall. Zum Einbringen der ozonhaltigen Luft in das Einsatzwasser bedient
man sich dabei entweder eines Emulseurs, der nach Art einer Wasserstrahlpumpe arbeitet,
wobei die ozonhaltige Luft durch das zu behandelnde Wasser angesaugt wird, oder
man läßt die ozonhaltige Luft durch feinkörnige, poröse Filterplatte bzw. Filterkerzen
in das Behandlungswasser gelangen. Wie die Praxis zeigt, ist man damit bisher aber
noch nicht zu befriedigenden Ergebnissen gekommen.
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Hier knüpft nun die vorliegende Neuerung an. Sie geht von der Erkenntnis
aus, daß man das Ozon bzw. mit Ozon angereicherte Gasgemisch vor seinem Einbringen
in das Behandlungswasser unter erhöhtem Druck mit einem Wasserteilstrom innig vermischen
und das so gebildete, unter Druck stehende Ozon-Wassergemisch dem Behandlungswasser
in feinstverteilter Form unter gleichzeitiger Entspannung zuführen muß. Dabei zeigte
sich, daß bereits Ozonzusätze von 0,8 g 03/m3 Wasser ein absolut geruch-und geschmackfreies
Wasser ergaben und daß darüber hinaus die Ozonverluste in der Abluft
wesentlich
zurückgingen. Um nun das Behandlungsgas, also Ozon oder ozonhaltiges Gas in der
vorbeschriebenen feinstverteilten Form dem Behandlungswasser zuzuführen, sieht die
Neuerung eine Verteilervorrichtung vor, die aus mehreren je eine Injektor-Mischdüse
mit anschließender Mischkammer und mehreren nachgeschalteten Verteilerdüsen enthaltenden
Mischkammer-Verteilerkörpern besteht, die kerzenartig auf einem gemeinsamen, Druckwasser
zum Betreiben der Mischdüsen heranführenden Verteilerring angeordnet und über getrennt
zu den Mischdüsen führende Schlauchleitungen an die Behandlunggas-Zuleitung anzuschließen
sind. Jeder Mischkammerverteilerkörper besteht dabei vorteilhaft aus einem im wesentlichen
zylindrisch ausgebildeten, mit einer sich zu seinen beiden Enden hin konisch erweiternden
Innenbohrung versehenen Tragkörper, an dessen unterem Ende die Injektor-Mischdüse
angeordnet ist, während an seinem oberen Ende ein die MIschkammer enthaltendes,
tellerartig verbreitertes Kopfstück vorgesehen ist, auf dem mehrere Verteilerdüsenstöcke
fächerförmig nach außen gespreizt angeordnet sind. Die an den oberen Enden der Verteilerdüsenstöcke
vorgesehenen Verteilerdüsen sind zweckmäßig als in einen Scheibenkörper eingearbeitete,
feine Radialschlitze ausgebildet, wobei der Scheibenkörper außerdem noch eine zentral
angeordnete Düsenbohrung aufweist. Die im Scheibenkörper vorgesehenen Radialschlitze
verlaufen in bezug auf die Achsrichtung der Verteilerdüsenstöcke vorzugsweise schräg,
derart nämlich, daß das
Ozon-Wassergemisch beim Passieren der Radialschlitze
einen Drall erfährt.
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Die Mischkammer-Verteilerkörper gestatten es, die ozonhaltige Luft
mittels eines Wasserteilstromes unter Druck in die Mischkammer einzubringen. Die
ozonhaltige Luft wird dabei durch die Injektorwirkung des die Mischdüsen durchströmenden
Treibwassers angesaugt, wobei es zunächst in die Mischkammer gelangt. Der wesentliche
Vorteil einer derart ausgebildeten Verteilervorrichtung besteht vor allen Dingen
darin, daß in den Mischkammern unter verhältnismäßig hohem Druck des Treibwassers
ein wesentlich größerer Anteil des Ozons löslich ist als bei den bekannten Einrichtungen,
in denen das Vermischen des Ozons mit dem Behandlungswasser praktisch drucklos erfolgt.
Aus den Mischkammer gelangt dann das Flüssigkeits-Gasgemisch in die Verteilerdüsen,
in denen nochmals eine innige Durchmischung und Aufteilung der verbliebenen Gasphase
sowie eine Verwirbelung des auf breiter Fläche in das Behandlungswasser einströmenden
Ozon-Wassergemisches erfolgt.
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Weitere Merkmale der neuen Verteilervorrichtung seien anhand eines
in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels beschrieben. Dabei zeigt Fig.
1 die Anordnung der Verteilervorrichtung am Boden eines für die Ozonbehandlung von
Wasser dienenden Kontaktbehälters, der in senkrechtem Längsschnitt dargestellt ist,
Fig.
2 eine Aufsicht auf die Verteilervorrichtung im Schnitt nach der Linie II-II der
Fig. 1, Fig. 3 einen einzelnen Verteilerkörper in teilweise geschnittener Ansicht
und vergrößertem Maßstab und Fig. 4 dessen mit Radialschlitzen versehene Düsenscheibe
in Draufsicht.
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Die in den Fig. 5 und 6 dargestelltewasserbehandlungsanlage gehört
nicht zum Gegenstand der Neuerung. 1 Der in Fig. 1 abgebildete, für die Ozonbehandlung
von Wasser dienende Kontaktbehälter 1 ist mit einer durch ein Ventil 2 abzusperrenden
Zuleitung 3 für das Behandlungswasser versehen, das nach seiner Ozonbehandlung über
die Leitung 4, die ebenfalls durch ein Ventil 5 absperrbar ist, einem Hochbehälter
6 zugeführt wird.
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Im unteren Teil des Kontaktbehälters 1 ist die neuerungsgemäß ausgebildete
Verteilervorrichtung 7 angeordnet, über die das durch die Leitung 8 herangeführte
Ozon-Luftgemisch in das im Behälter 1 befindliche Behandlungswasser 9 gelangt. Die
Verteilervorrichtung 7 besteht zu diesem Zweck aus mehreren Verteilerkörpern 11,
die kerzenartige auf einem gemeinsamen, auf dem Boden des Behälters 1 aufruhenden
Druckwasser-Verteilungsring 12 angeordnet sind, der über die durch ein Absperrventil
13 verschließbare Leitung 14 gespeist wird. Die Zufuhr des Ozon-Luftgemisches aus
der Leitung 8 erfolgt
über vorzugsweise aus Kunststoff bestehende
Schlauchleitungen 15, die getrennt an die einzelnen Verteilerkörper 11 herangeführt
sind.
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Wie insbesondere Fig. 3 zeigt, bestehen die einzelnen Mischkammer-Verteilerkörper
11 jeweils aus einem im wesentlichen zylindrisch ausgebildeten, mit einer sich zu
seinen beiden Enden hin konisch erweiternden Innenbohrung 16 versehenen Tragkörper
17, an dessen unterem Ende eine Injektor-Mischdüse 18 angeordnet ist, während am
oberen Ende des Tragkörpers 17 ein die Mischkammer enthaltendes, teilerartig verbreitertes
Kopfstück 19 vorgesehen ist, auf dem die die Verteilerdüsen enthaltenden Düsenstöcke
20 fächerartig nach außen gespreizt angeordnet sind. Die Injektor-Mischdüsen 18
sind mit ihren unteren, ein Schraubgewinde 21 aufweisenden Enden in den Druckwasser-Verteilungsring
12 eingeschraubt. Die Mischdüsen 18 ragen mit ihren sich konisch verjüngenden oberen
Enden in die doppelkegelige Bohrung 16 der Tragkörper 17 derart hinein, daß dazwischen
ein kegeliger Ringspalt 22 verbleibt, in den der Anschlußstutzen 23 für die Ozon-Luftzufuhr
einmündet.
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An den oberen Enden der Verteilerdüsenstöcke 20 sind die eigentlichen
Verteiler-bzw. Nebeldüsen angeordnet. Sie bestehen im wesentlichen aus in einen
Scheibenkörper 25 eingearbeiteten, radialen Schlitzen 26, die in bezug auf die Achsrichtung
der Düsenstöcke 20 vorteilhaft schräg
verlaufend angeordnet sind.
Die Düsenscheibe 25 weist außerdem noch eine zentral angeordnete Düsenbohrung 27
auf. Die Scheibe 25 ist in einer topfartigen Erweiterung 28 der Bohrung 29 des Verteilderdüsenstockes
20 angeordnet, derart, daß die Radialschlitze 26 außerhalb des Bohrungsprofils liegen.
Die einzelnen Teile jedes Verteilerdüsenstockes 20, nämlich das Tragstück 30, das
Zwischenstück 31 und die Kappe 32 sind jeweils mit Schraubgewinde und Mehrkantflächen
zum Ansetzen von Schraubenschlüsseln versehen, so daß sie und damit auch die Düsenscheibe
25 leicht ausgewechselt und gegeneinander ausgetauscht werden können.
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Durch die Injektorwirkung des die Bohrung 24 der Mischdüse 18 durchströmenden
Treibwasser-Stromes wird über den Anschlußstutzen 23 und die ihm vorgeschalteten
Leitungen 15 und 8 ozonhaltige Luft angesaugt, die über die dop-. pelkegelige Bohrung
16 des Tragkörpers 17 in die Mischkammer 10 gelangt. Auf dem Wege dahin sowie in
der Mischkammer selbst kommt es zu einer innigen Vermischung der angesaugten ozonhaltigen
Luft mit dem Treibwasser, wobei es wesentlich ist, daß in der Mischkammer ein verhältnismäßig
hoher Druck besteht, der dazu beiträgt, daß hier bereits ein großer Anteil des Ozons
in Lösung geht. Aus der Mischkammer gelangt das unter Druck stehende Flüssigkeits-Gasgemisch
über die Bohrungen 29 der Verteilerdüsenstöcke 20 zu den eigentlichen Verteilerdüsen,
in denen nochmals eine innige
Durchmischung sowie vor allem eine
feine Aufteilung der verbliebenen Gasphase erfolgt. Dadurch, daß das Flüssigkeit-Ozon-Luftgemisch
bei Passieren der Düsenschlitze 26 eine Drallbewegung erfährt und sich dabei zugleich
entspannt, kommt es anschließend im Kontaktbehälter 1 zu einer innigen Vermischung
mit dem dort befindlichen Behandlungswasser, das auf diese Weise völlig geruch-und
geschmackfei gemacht werden kann. Zugleich kann der Ozonrestgehalt in der Abluft
auf ein Minimum beschränkt, zumeist unter 3% der erzeugten Ozonmenge gehalten werden.
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Das Verhältnis von Treibwasser zu der zu behandelnden Gesamtwassermenge
kann in gewissen Bereichen variiert werden. Es empfiehlt sich, dieses Verhältnis
so zu wählen, daß es etwa in der Größenordnung von 1 : 20 liegt.
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Um möglichst hohe Ozonkonzentrationen zu erreichen, kann bei der neuen
Verteilervorrichtung mit Luftmengen von nur 8 bis 11,2 m3 gearbeitet werden. Dadurch
ergeben sich wesentliche Einsparungen an Betriebs-und Anlagekosten für die Luftaufbereitung.
Darüber hinaus wirken sich hohe Ozonkonzentrationen in verhältnismäßig kleinen Luftvolumina
sehr günstig aus, sowohl auf die Lösung des Ozons in den Mischkammern als auch auf
den in der Abluft verbleibenden Ozonrestgehalt.
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Eine Verstopfungsgefahr der Verteilerdüsen, selbst bei eisen-und
manganhaltigem Wasser, ist nicht gegeben.
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Infolge der höheren Ozon-Konzentration und der intensiven Durchmischung
des Behandlungswassers kann die Behandlungsdauer entsprechend verkürzt werden. Die
Ozonverluste in der Abluft sind geringer. Für die Ozonbehandlung des Wassers ist
weder ein Kompressor noch eine Wasserringpumpe erforderlich. Die Vorrichtung ist
in weitem Umfang in bezug auf das Verhältnis Wasser-ozonhaltige Luft-Ozonkonzentration
usw. regelfähig. Bei entsprechender Abstimmung der Druckverhältnisse zwischen dem
für die Begasung erforderlichen Wasserteilstrom und dem Druck in der Wasser-Hauptleitung
kann mithilfe der neuen Verteilervorrichtung die Wasserbegasung auch unmittelbar
in das Rohrnetz hinein erfolgen, insbesondere wenn Sauerstoff zur Ozonerzeugung
verwandt wird, wodurch die sonst üblichen Begasungsbehälter entfallen und damit
auch deren nicht unerhebliche Erstelungskosten.