DE1863586U - Gestellartiges geraet zum sterilisieren von wasser durch ozon. - Google Patents

Description

Ρ.Α.269 625*21Λ62

PATENTANWÄLTE
DR.-ING.VON KREISLER DR.-ING. SCHONWALD

DR.-ING. TH. MEYER DR. FUES - Dr. Eggert KÖLN

19.4.1962 B/Se

öOMPAGNIE DES EAUX ET DE L'OZOEB,

4, rue du General loy, Paris, Frankreich.

Vorrichtung zum Sterilisieren von Wasser durch Ozon.

Es ist eine Torrichtung zum Sterilisieren von Wasser durch Ozon bekannt, bei welcher das ganze zu sterilisierende Wasser durch eine Wasserstrahlpumpe hindurchgeht. Dieses Wasser dient daher als Antriebsflüssigkeit und bewirkt das Ansaugen des Volumens der ozonisierten luft, das zur Sterilisation erforderlich ist.

Es bildet sich am Auslaß der Wasserstrahlpumpe in dem zu sterilisierenden Wasser eine -Emulsion der ozonisierten luft.

Der Auslaß ist durch eine senkrechte leitung fast bis zum Boden eines Turmes verlängert. Diese Anordnung bezweckt, einerseits für die Auflösung der ozonisierten luft und andererseits für die Verbindung mit den oxydierbaren und sterilisierenden Stoffen eine ausreichende Berührungszeit zu gewährleisten.

Das ozonisierte Wasser fließt über einen Überlauf am oberen Ende des Kontaktturmes in einen Sammelbehälter.

Um das Verständnis der Beschreibung zu erleichtern, wird nachstehend die Bedeutung einiger verwendeter Ausdrücke angegeben.

Unter "Charge" ist der Druck des Wassers zu verstehen, der am Einlaß der Wasserstrahlpumpe gemessen wird.

Unter "Ausladung" ist der senkrechte Abstand S zwischen dem Beginn des Auslasses der Wasserstrahlpumpe und dem sich am Überlauf im Turm einstellenden Wasserspiegel zu verstehen.

Unter "Niveaudifferenz" ist der senkrechte Abstand D zwischen dem der Charge entsprechenden piezometrischen Niveau und dem sich am Überlauf im Turm einstellenden Wasserspiegel zu verstehen (Niveaudifferenz = Charge + Ausladung).

Unter "eingetauchter Länge" ist der senkrechte Abstand L zwischen dem sich am Überlauf im Turm einstellenden Wasserspiegel und dem unteren ^nde der den Auslaß der Wasserstrahlpumpe verlängernden senkrechten Leitung zu verstehen.

Die eingetauchte Länge entspricht dem Gegendruck, den die Wasserstrahlpumpe an der Mündung der senkrechten Leitung in den Turm überwinden muß.

Durch frühere Untersuchungen konnte gezeigt werden, daß das Verhältnis der von der Antriebsflüssigkeit angesaugten Luftmenge in steigendem Maße von der Niveaudifferenz und in abnehmendem Maße von der eingetauchten Länge abhängig ist und daß dieses Verhältnis bei einer gegebenen Niveaudifferenz für einen vorherbestimmten Wert der Ausladung ein Maximum erreicht.

Nachstehend wird dieser Wert der Ausladung als feststehend angenommen.

Beim Betrieb der vorstehend beschriebenen bekannten Torrichtung zum Sterilisieren von Wasser durch Ozon herrschen somit einander widersprechende Bedingungen.

•^s seheint, daß das erforderliche Verhältnis von ozonisierter Luft zu dem zu sterilisierenden Wasser mit einem Wert der Uiveaudifferenz erhalten wird, der um so größer ist, je kleiner die eingetauchte Länge ist, wobei der Mindestenergieverbrauch einer eingetauchten Länge Null entspricht.

Die Anwendung dieser Bedingung widerspricht dem bereits erläuterten Prinzip, welches verlangt, daß die eingetauchte Länge ausreichend sein soll, um eine genügend lange Berührungsdauer zwischen dem Ozon und dem zu sterilisierenden Wasser zu gewährleisten. Man wird daher veranlaßt, die Charge auf einen solchen Wert zu vergrößern, daß sie die eingetauchte Jj'äRge kompensiert, um das erforderliche Verhältnis von ozonisierter Luft zu dem zu sterilisierenden Wasser zu erhalten, woraus sich ein bestimmter zusätzlicher Energieverbrauch ergibt,

Mit anderen Worten, es scheint daß:

zur Erzielung des besten energetischen Wirkungsgrades einer Vorrichtung, welche die ozonisierte Luft mit dem zu sterilisierenden Wasser in Berührung bringt, der Wert der eingetauchten Länge so gering als möglich sein muß,

zur Erzielung der maximalen Wirksamkeit der zum Zwecke der Sterilisierung verwendeten Ozonmenge der Wert der eingetauchten Länge so groß als möglich sein muß. Umgekehrt führt die Verringerung der eingetauchten Länge zur Verwendung einer größeren Gesamtmenge an Ozon.

In der Praxis gelangt man zu einem Kompromiß zwischen diesen beiden Bedingungen, damit sich kein übermässiger Energieverbrauch ergibt, sowohl um die ozonisierte Luft mit dem zu sterilisierenden Wasser in Berührung zu bringen, als auch zur Erzeugung des für die Sterilisierung erforderlichen Ozons.

Dieses Kompromiß erfüllt jedoch nur teilweise eine dritte Bedingung, nämlich die Bedingung der Wirksamkeit, die ebenfalls mit der löslichkeit des Ozons im Wasser zusammenhängt.

Die die physikalischen Prinzipien bestätigende Erfahrung zeigt, daß ausgehend von ozonisierter Luft mit der gleichen Konzentration und mit allen anderen identischen Bedingungen für die dem Wasser zugeführte gleiche Ozonmenge die Menge des aufgelösten Ozons in zunehmendem Maße von der Charge abhängig ist, d.h. praktisch von der Mveaudifferenz, unter welcher die Wasserstrahlpumpe arbeitet.

Die erhaltene Emulsion ist um so feiner, d.h. die ozonisierte Luft ist umsomehr unterteilt, je größer die verwendete Charge ist. Je kleiner der Durchmesser der Blasen ist, um so größer ist die Austauschfläche mit dem Wasser, was einen der bestimmenden Faktoren des Lösungsverfahrens darstellt.

Eine gesteigerte Auflösung, die sieh dem theoretischen Auflösungskoeffizienten annähert, kann nur für Werte der Niveaudifferenz erreicht werden, die viel höher sind als jene, welche dem vorerwähnten Kompromiß entsprechen.

1 . Solche Werte würden dazu führen, daß eingetauchte Längen verwendet werden, die selbst sehr vergrößert sind, um das erforderliche Verhältnis zwischen ozonisierter Luft und dem

zu
zu sterilisierenden Wasser nicht überschreiten, was aber eine sowohl in konstruktiver als auch in wirtschaftlicher Hinsicht unannehmbare Hypothese darstellt.

2. Solche Werte würden einem ebenfalls unzulässigen Energieverbrauch entsprechen, der erforderlich wäre, um die ozonisierte Luft mit dem zu sterilisierenden Wasser in Berührung zu bringen.

Die praktisch, verwendeten Werte bewirken daher keineswegs einen vollständigen Verbrauch der eingebrachten Ozonmenge, was durch die Größe der Strömungsverluste zum Ausdruck kommt, welche die noch ozonisierte Luft bei ihrem Austritt aus dem Kontaktturm aufweist.

Zusammenfassend muß daher bemerkt werden, daß die beschriebene bekannte Vorrichtung nicht als vollkommen zufriedenstellend angesehen werden kann.

Gegenstand der Neuerung ist eine Vorrichtung, welche die vollkommene Verwirklichung der beiden angestrebten Ziele ermöglicht, nämlich Wirksamkeit und Wirtschaftlichkeit.

Statt unter den Bedingungen der Niveaudifferenz und der eingetauchten länge, welche dem oben erwähnten Kompromiß entsprechen, das ganze zu sterilisierende Wasser durch die Wasserstrahlpumpe zum Ansaugen der ozonisierten luft zu leiten, wird gemäß der Neuerung der größere Teil des Wassers nur unter dem zu seiner Strömung erforderlichen Druck durch eine leitung bis zum Boden des Kontaktturmes geleitet und der verbleibende Rest des zu behandelnden Wassers wird zum Speisen der Wasserstrahlpumpe verwendet, wobei die auf diese Weise gebildete Emulsion aus ozonisierter luft und Wasser in die Hauptwasserleitung an einer Stelle wieder eingespritzt wird, welche derart angeordnet ist, daß der Wasserdruck in dieser leitung an der betreffenden Stelle sehr gering ist.

Mit anderen Worten, die Neuerung betrifft eine Vorrichtung zur Auflösung und Emulsion ozonisierter luft in dem zu sterilisierenden Wasser, bei welcher die gesamte ozonisierte luft von einer Wasserstrahlpumpe angesaugt wird, die nur mit einem Bruchteil der Gesamtmenge des zu sterilisierenden Wassers gespeist wird, der als Antriebsflüssigkeit bezeichnet wird.

auf diese Weise gebildete Emulsion wird in die Hauptwasserströmung eingespritzt, welche durch eine in einen Kontaktturm eingetauchte Leitung hindurchgeht oder die in einen anderen Behälter von solcher Art mündet, daß eine ausreichende Berühr

Ozon
rungszeit zwischen dem egeaisiertea und dem zu sterilisierenden Wasser gewährleistet ist. Die Einspritzstelle in diese Leitung wird derart gewählt, daß die Wasserstrahlpumpe mit einem sehr geringen G-egendruck arbeitet.

Daraus sind sofort die Vorteile der Vorrichtung gemäß der Heuerung ersichtlich.

1. Da der Gegendruck sehr gering ist, sind das Verhältnis zwischen angesaugter luft und Antriebsflüssigkeit sowie der Wirkungsgrad der Wasserstrahlpumpe sehr hoch. Wenn der Gegendruck Hull wäre, würde die zur Sterilisation des gesamten Wassers erforderliehe Luftmenge für eine gegebene Menge der Antriebsflüssigkeit mit dem Minimum der Hiveaudifferenz oder für eine gegebene liveaudifferenz mit dem Minimum an Antriebsflüssigkeit erhalten. Der Energieverbrauch wäre so gering als möglich. In dem Maße, in dem sich der Wert des verwendeten Gegendruckes Hull nähert, ist der Energieverbrauch nahe dem Minimum.

2. Die Hiveaudifferenz kann genügend groß gewählt werden,

um eine sehr feine Emulsion zu erhalten. Wie bereits erwähnt, ist diese Bedingung erforderlieh, um eine gesteigerte Auflösung des Ozons zu gewährleisten.

a) Es ist daher zweckmäßig, eine genügend kleine Menge Antriebsflüssigkeit zu verwenden. Diese ^enge darf jedoch im Verhältnis zur Menge der angesaugten Luft nicht zu gering sein, um nicht eine Umgruppierung oder Unordnung der Blasen zu bewirken. Mit anderen Worten, das Verhältnis der Luft zur Antriebsflüssigkeit darf eine bestimmte Grenze nicht überschreiten, die übrigens sehr hoch liegt (300$).

b) Die Beachtung dieser Bedingung könnte beim vollständigen Fehlen eines Gegendrucks dazu führen, einen für die Feinheit der Emulsion ungenügenden Wert der Niveaudifferenz zu verwenden.

Ohne Gegendruck nehmen die Ansaugverhältnisse sehr rasch sehr hohe Werte an, die für die erforderlichen Werte der liveaudifferenz viel höher sind als der angegebene Grenzwert (300$). Um diese Werte verwenden zu können, ist es daher erforderlieh, daß der Gegendruck einen Mindestwert aufweist. Dieser notwendige und ausreichende Mindestwert i/f ist übrigens gering und beträgt etwa 1/10 des in der bekannten Vorrichtung vorhandenen Wertes. Dieser Wert ist um so geringer, je kleiner die verwendete liveaudifferenz ist.

3. Die Höhe des Kontaktturmes kann so groß sein als gewünscht wird. Diese Abmessung ist nur für die Bestimmung der Einspritzstelle in die Hauptwasserleitung von Interesse, hat aber keinerlei Einfluß auf die Wirkungsweise der Wasserstrahlpumpe, dia die Einspritzstelle genau jene ist, an welcher der Gegendruck den Wert ß~ besitzt.

Die Lage der Stelle der Hauptwasserleitung, an welcher die Einspritzung beim Gegendruck Null erfolgen könnte, kann leicht bestimmt werden, wenn die folgenden Begriffe berücksichtigt werden:

Dichte der Emulsion (kleiner als die Einheit), Druckverluste infolge der Strömungsgeschwindigkeit dieser Emulsion.

Es kann daher leicht gezeigt werden, daß für irgendeine Einspritzstelle der Druck, der an dieser Stelle in der Hauptwasserleitung herrscht, gleich ist der Differenz zwischen dem Gewicht 1 einer Wassersäule von gleicher Höhe wie der eingetauchte Teil der (senkrechten) Hauptwasserleitung und dem

Gewicht 2 der gebildeten Emulsionssäule. Diese Differenz wird vermehrt durch die Druckverluste auf der Höhe dieser Säule, ausgedrückt durch das Wassergewicht.

Damit der Druck an der Einspritzstelle lull sei, muß daher bzw. genügt es, daß das Gewicht 1 gleich ist dem Gewicht 2 bis auf die Druckverluste, was die Einspritzstelle zwangsläufig in einen senkrechten Abstand oberhalb der Ebene des Überlaufs des behandelten Wassers bringt, der bis auf die Druckverluste gleich ist dem Überschuß der Höhe der Emulsionssäule oberhalb der Ebene des Überlaufs«

Die für das Hießen der Hauptwasserströmung erforderliche Charge, ausgedrückt durch die Höhe der Wassersäule, ist gleich der Höhendifferenz zwischen der Emulsionssäule und jener einer Wassersäule gleichen Gewichts, oder auch gleich dem Druck an der vorstehend definierten Einspritz stelle, vermehrt um den senkrechten Abstand dieser Stelle von der Ebene des Überlaufs. Dazu kommen noch selbstverständlich die Druckverluste in der Hauptwasserleitung, sowie die Strömungsgeschwindigkeit in dieser leitung. Diese haben jedoch zusammen praktisch nur einen sehr geringen Wert.

Eine besonders interessante abgeänderte Ausführungsform der Vorrichtung gemäß der Neuerung weist noch zusätzliche Vorteile sowohl wirtschaflticher als auch praktischer Art auf.

Bei der abgeänderten Ausführungsform wird der Kontaktturm entbehrlich, indem die Einspritzung der aus ozonisierter luft und Antriebsflüssigkeit bestehenden Emulsion in eine waagerecht angeordnete Hauptwasserleitung erfolgt, welche unmittelbar mit einem Kontaktbehälter verbunden ist. Die Wasserstrahlpumpe spritzt die Emulsion in die Mitte des durch die Hauptströmung

gebildeten Plüssigkeitsstrahls.

Unter Berücksichtigung der verschiedenen Möglichkeiten der Verwirklichung ist leicht vorstellbar, daß die Dichtenwirkung beträchtlich verringert oder überhaupt nicht vorhanden ist, was zur IoIge hat, daß in Anbetracht der vorstehenden Ausführungen die für den Umlauf der Hauptströmung des zu sterilisierenden Wassers erforderliche Charge noch mehr herabgesetzt wird.

Me Neuerung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung noch genauer beschrieben.

In der Zeichnung zeigt:

fig. 1 schematisch die bekannte Torrichtung zum Sterilisieren von Wasser mittels ozonisierter Luft,

Pig. 2 die verbesserte Vorrichtung, die den Gegenstand der !Teuerung bildet und

fig. 3 eine abgeänderte Ausführungsform der Vorrichtung gemäß d er Neuerung.

Gemäß Pig*, 1 mündet die leitung 1 zur Zuführung des zu sterilisierenden Wassers in eine Wasserstrahlpumpe 2. Der Durcgang des zu sterilisierenden Wassers durch die Wasserstrahlpumpe erzeugt in derselben einen Unterdruck, so daß ozonisierte Luft durch die Leitung 5 angesaugt wird.

Die ozonisierte Luft wird durch einen (nicht dargestellten) Generator erzeugt. Die Wasserstrahlpumpe fördert die aus Wasser und ozonisierter Luft gebildete Emulsion in die senkrechte leitung 4, die bis zum unteren Ende eines Kontaktturmes 5 reicht. In diesem !Turm stellt sich der Wasserspiegel 6 ein und das behandelte Wasser fließt über einen fiberlauf 7 ab.

Die an dieser bekannten Vorrichtung angestellten Untersuchungen haben gezeigt, daß das Verhältnis der angesaugten Luftmenge

zur Antriebsflüssigkeit in steigendem Maße von der Hlveaudifferenz D und in abnehmendem Maße von der eingetauchten länge L bei einer gegebenen Mveaudifferenz für einen vorherbestimmten Wert der Ausladung S ein Maximum erreicht.

Wenn eine natürliche Niveaudifferenz nicht verfügbar ist, die zum Ansaugen der unbedingt notwendigen Menge ozonisierter luft erforderlich ist, muß in der leitung 1 eine Pumpe 8 angeordnet werden.

Außerdem muß die Höhe des Turmes 5 ausreichend sein, damit sie eine genügend lange Berührungszeit zwischen dem Ozon und dem zu sterilisierenden ^asser gewährleistet.

Aus Fig. 2 ist ersichtlich, daß die Hauptleitung 10 in gleicher Weise wie die Leitung 4 in einen Turm 11 eingetaucht ist, in welchem sich der Wasserspiegel 12 einstellt und das behandelte Wasser über den Überlauf 13 abfließt.

In der leitung 10 ist jedoch keine Pumpe angeordnet, u.zw. wegen der für die Strömung erforderlichen geringen Charge, die leicht durch Schwerkraftwirkung erzielbar ist, ausgehend von dem Behälter, der das zu sterilisierende Wasser enthält.

Durch eine Leitung 14 wird ein kleiner Bruchteil der Gesamtmenge des zu sterilisierenden Wassers abgezweigt und eine in der leitung 14 angeordnete Pumpe 15 führt diese Teilmenge einer Wasserstrahlpumpe 16 zu, welche die ozonisierte Luft durch die ^eitung 17 ansaugt. Hierauf wird die gebildete Emulsion an der Stelle 18 wieder in die Hauptleitung 10 eingespritzt.

Man kann das System 14-18 als selbständiges System ansehen, das der bekannten Vorrichtung entspricht, in welcher die eingetauchte Länge oder der Gegendruck sehr klein wäre.

Unter Berücksichtigung der Druckverluste genügt es, die lage der Stelle 18 derart zu berechnen, daß die Emulsionssäule, die zwischen dem unteren Ende 10* der leitung 10 und der Stelle erzeugt wird, ein ^mulsionsgewicht (d.h. praktisch ein Wassergewicht) darstellt, das im wesentlichen gleich ist dem Gewicht der Wassersäule 10'--12, bzw*, geringer ist als die letztere um den Gegendruck /f , d.h. jenes erforderliche und ausreichende Minimum, das ermöglicht, mit einem genügend großen Wert der Niveaudifferenz die annehmbare Grenze des Verhältnisses zwisehen Luft und Äntriebsflüssigkeit nicht zu überschreiten.

Unter diesen Bedingungen ist die Stelle 18 die gesuchte Einspritzstelle.

Übrigens können die Strecke, auf welcher die Emulsion in Berührung mit dem Wasser bleibt, und die Berührungszeit zwischen dem (aufgelösten) Ozon und dem Wasser beliebig groß sein und die Leitung 10 kann jede gewünschte eingetauchte länge aufweisen, ohne daß die Wasserstrahlpumpe beim Gegendruck -^ aufhört zu arbeiten, d.h. bei einem sehr kleinen Gegendruck. Damit die beiden sich widersprechenden Bedingungen, die bei der bekannten Vorrichtung verlangen, daß die eingetauchte Länge der leitung 4 für die beste energetische Wirkungsweise der Wasserstrahlpumpe Hull sei und für eine wirksame Sterilisation ein Maximum betrage, hier in Übereinstimmung gebracht werden, ist die erste Bedingung praktisch durch das zusätzliche System 14-18 und die zweite Bedingung durch das Hauptsystem der leitung 10 erfüllt.

Ein sehr wichtiger Vorteil dieser Vorrichtung besteht noch darin, daß sie das Arbeiten der Wasserstrahlpumpe unter einer großen ETiveaudifferenz ermöglicht, was eine notwendige Bedingung für eine gesteigerte Auflösung des Ozons darstellt.

In praktischer Hinsicht erhält man schließlich ein zusätzliches System von kleinen Abmessungen und geringeren Kosten, da die Wasserstrahlpumpe 16 wesentlich kleiner ist als die Wasserstrahlpumpe 3, die Pumpe 15 eine viel kleinere Leistung aufweist als die Pumpe 8 und die durch die leitung 10 hindurchgehende Hauptmenge des Wassers im allgemeinen überhaupt keine Pumparbeit erfordert.

Eine sehr wichtige zusätzliche Ersparnis ergibt sich bei Verwendung der in Iig* 3 dargestellten abgeänderten Ausführungsform, bei welcher die Leitung 10 durch eine im wesentlichen waagerechte Leitung 20 ersetzt ist, die in einen Sehälter 21 mündet. Das zusätzliche System 14-18 ist in gleicher Weise ausgebildet und hat die gleiche Aufgabe. Durch die Anordnung des Behälters 21 wird ein Kontaktturm entbehrlich gemacht.

Selbstverständlich sind auch andere abgeänderte Ausführungsformen möglich. Es muß nur mit Sorgfalt die Lage der Stelle bestimmt werden, um zu gewährleisten, daß diese Stelle so nahe als möglich dem sehr kleinen notwendigen und ausreichenden Gegendruck ^€ liegt.

Claims (1)

1. 269625*21.4.62

   Sehutzanspruch

   Vorrichtung zum Sterilisieren von Wasser mittels ozonisierter Luft, gekennzeichnet durch eine Hauptleitung für das zu sterilisierende Wasser, in welcher das Wasser praktisch ohne Druck bis in einen Kontaktbehälter umläuft, und durch eine Zweigleitung, in welcher ein kleiner Bruchteil der Hauptmenge des Wassers durch eine Pumpe in eine Wasserstrahlpumpe zum Ansaugen ozonisierter luft gedrückt und dann in die Hauptleitung an einer Stelle wieder eingespritzt wird, welche für die Ableitung einem Betrieb mit sehr kleiner eingetauchter Länge oder sehr kleinem Gegendruck entspricht, der dem notwendigen und ausreichenden Mindestwert gleich ist.