DE19606656C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Abtrennen und Eliminieren von einem desorbierbaren und in einer Flüssigkeit gelösten Inhaltsstoff aus der Flüssigkeit - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft in einem ersten Aspekt ein Verfahren zum Abtrennen von einem desorbierbaren und in einer Flüssigkeit gelösten Inhaltsstoff aus der Flüssigkeit, insbesondere von Ammonium aus Abwasser, bei dem die mit dem Inhaltsstoff beladene Flüssigkeit mit einem Gas, vorzugsweise Luft vermischt wird, wobei der Inhaltsstoff von der Flüssigkeit auf das Gas übergeht, und anschließend die Flüssigkeit von dem mit dem Inhaltsstoff beladenen Gas getrennt wird, und bei dem das nach der Vermischung mit Inhaltsstoff beladene Gas einer Verbrennung unterzogen wird, bei der Inhaltsstoff verbrennt.

Die Erfindung betrifft in einem zweiten Aspekt eine Vorrichtung zum Abtrennen von einem desorbierbaren und in einer Flüssigkeit gelösten Inhaltsstoff aus der Flüssigkeit, insbesondere nach einem Verfahren gemäß mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, mit einem von Flüssigkeit und Gas, vorzugsweise Luft durchströmten Stoffübertragungsapparat, der Eingänge zum Einleiten von Flüssigkeit und Gas, einen Mischbereich, in dem die Flüssigkeit und das Gas vermischt werden, und Ausgänge zum separaten Ableiten der Flüssigkeit und des Gases aus dem Stoffübertragungsapparat aufweist, und einem Verbrennungsofen, in den das inhaltsstoffbeladene Gas, das den Stoffübertragungsapparat durchströmt hat, eingeleitet wird, um Inhaltsstoff zu verbrennen.

Ein derartiges Verfahren und eine derartige Vorrichtung oder Anlage werden beispielsweise eingesetzt, um Abwasser zu reinigen, das einen hohen Anteil an Ammonium (NH₄) als Inhaltsstoff aufweist und beispielsweise in Kläranlagen anfällt. Das in großen Mengen anfallende Abwasser, gelegentlich auch als Zentratwasser bezeichnet, entsteht in Kläranlagen häufig dadurch, daß Klärschlamm zunächst durch anaerobe Vergärung in Faultürmen stabilisiert, homogenisiert und im Volumen reduziert wird. Die Reduzierung des Volumens kann durch Pressen des Klär­ schlamms vorgenommen werden, wobei das stark mit Ammonium beladene Abwasser entsteht, das eine Konzentration von etwa 650 bis 2000 mg NH₄/l Abwasser aufweisen kann.

Das hoch mit Ammonium belastete Abwasser kann auf verschiedene, bekannte Weisen behandelt werden:

Bei einer bekannten Methode zur Reinigung des ammoniumbeladenen Abwassers wird dieses in einer biologischen Klärstufe gereinigt. Bei dieser Methode wird das zu reinigende Abwasser auf Schüttungen mit großen inneren Oberflächen aufgebracht, auf welchen Mikroorganismen für einen Abbau des Ammoniums sorgen. Nachteilig bei diesen biologischen Klärstufen ist, daß für eine weitgehende erforderliche Reinigung des Abwassers eine große Verweilzeit des Abwassers in der Klärstufe erforderlich ist. Um eine hohe Verweilzeit erreichen zu können, muß die Klärstufe ein verhältnismäßig großes Volumen aufweisen. Daraus resultieren hohe Investitionen. Ferner verfügen viele Klärwerke, insbesondere städtische Klärwerke, nicht über die für große Klärstufen erforderlichen Flächen. Darüber hinaus entstehen häufig auch hohe Betriebsmittelkosten, die beispielsweise dadurch verursacht werden, daß Sauerstoff in die Klärstufe eingebracht werden muß.

Ein weiteres bekanntes Verfahren zum Abtrennen des Ammoniums aus dem Abwasser ist das sogenannte Dampfstrippen mit anschließender Kondensation des Ammoniaks aus dem Abwasser. Bei diesem Verfahren wird ein sogenanntes Starkwasser, das ist ein Wasser mit einer Ammoniak-Konzentration von etwa 25% erzeugt. Die durch dieses Verfahren entstehenden Mengen an Starkwasser sind so groß, daß Entsorgungsprobleme entstehen.

Eine weitere Möglichkeit zur Abtrennung des Ammoniaks aus dem Abwasser ist das sogenannte Luft-Strippen mit anschließender saurer Wäsche. Hierbei fällt Ammonium-Sulfat an, welches zwar als Dünger verwendet werden kann, für das es aber in der Bundesrepublik keinen großen Bedarf gibt.

Gemäß einem weiteren Verfahren wird das Abwasser in Füllkörper-Kolonnen eingeleitet, die auch von Luft durchströmt werden, wobei es zu einem Übergang von Ammoniak auf die Luft kommt. Es hat sich jedoch gezeigt, daß die Füllkörper innerhalb kurzer Zeit so verschmutzen, daß die Wirksamkeit der Füllkörper-Kolonne stark reduziert ist. Eine erforderliche Reinigung verursacht hohe Kosten und unterbricht die Verfügbarkeit der Kolonne. Ein wirtschaftlicher Einsatz dieses Verfahrens ist deshalb nicht zu erwarten.

In der Offenlegungsschrift DE 42 05 686 A1 ist ein Verfahren beschrieben, bei dem ein Gas und Abwasser in einen Behälter geleitet werden und mit Hilfe einer durch einen Elektromotor angetriebene Wirbeleinrichtung miteinander intensiv vermischt werden, wobei Schaum erzeugt wird. Durch die Schaumbildung entsteht eine relativ große Phasengrenzfläche flüssig-gasförmig, an der ein Stoffübergang von Ammoniak von dem Abwasser auf das in einer Schaumblase eingeschlossenen Gas stattfindet. Der entstehende Schaum muß anschließend aufgelöst oder zerstört werden, um das nach dem Stoffübergang mit Ammoniak beladene Gas von der Flüssigkeit zu trennen. Versuche haben jedoch ergeben, daß sich der Schaum praktisch nur zu kleineren Schaumblasen zerschlagen läßt, die so klein und stabil sind, daß sie nur unter hohem Energieaufwand oder sehr großen Verweilzeiten in einem Behälter weiter aufgelöst werden können.

Aus der Offenlegungsschrift DE 41 14 386 A1 und der Offenlegungsschrift DE 38 42 599 A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art bekannt. Gemäß dieses Verfahrens wird ein ammoniumhaltiges Abwasser gereinigt, indem es in einen Verdampfer oder eine Strippkolonne eingeleitet wird, wo ein Teil des Ammoniums in einen gasförmigen Strom überführt wird. Der gasförmige Strom wird über eine Leitung einer Verbrennungseinrichtung zugeführt, in der organische Stoffe und Ammonium umgewandelt werden.

Aus US 214,571 sowie GB 1,008,358 sind Vorrichtungen mit einem rotierenden Drehkörper bekannt, auf den eine Flüssigkeit aufgegeben und in Form von Tropfen abgeschleudert werden kann. Diese bekannten Vorrichtungen sind jedoch nicht an die Reinigung von mit Inhaltsstoffen verunreinigten Flüssigkeiten angepaßt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, daß die im Stand der Technik auftretenden Nachteile weitgehend vermieden werden und eine Abtrennung eines Inhaltsstoffes wie Ammonium auf einfache und wirksame Weise erfolgt.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die inhaltsstoffbeladene Flüssigkeit zur Vermischung zu Tropfen zerstäubt wird, indem die inhaltsstoffbeladene Flüssigkeit auf einen rotierenden Drehkörper aufgegeben wird, von dem sie abgeschleudert wird, daß die von dem Drehkörper abgeschleuderten Tropfen auf eine Wand aufprallen, an der durch den Aufprall erneut Tropfen erzeugt werden, daß die erzeugten Tropfen mit einem Gasstrom vermischt werden, der in einer Mischungs-Zone zwischen einem äußeren Rand der Scheibe und der Wand eine große Geschwindigkeit aufweist, und daß das Gas nach der Verbrennung erneut mit inhaltsstoffbeladener Flüssigkeit vermischt und somit im Kreislauf geführt wird.

Die Aufgabe wird mit einer Vorrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß der Stoffübertragungsapparat Mittel zur Erzeugung von Tropfen aus Flüssigkeit enthält, die einen rotier- und antreibbaren Drehkörper in Form einer Scheibe aufweisen, auf den inhaltsstoffbeladene Flüssigkeit aufbringbar ist und von dem sie abgeschleudert wird, daß der Stoffübertragungsapparat eine die Scheibe umgebende Wand aufweist, wobei ein Mischungs-Zone zwischen der Wand und einem äußeren Rand der Scheibe gebildet ist, und daß eine Leitung vorgesehen ist, durch die das Gas nach dem Durchströmen des Verbrennungsofens erneut in den Stoffübertragungsapparat eingeleitet wird, so daß das Gas in einem Kreislauf geführt wird.

Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann ein Flüssigkeits-Inhaltsstoff, wie beispielsweise Ammonium in Abwasser, dadurch, daß die Flüssigkeit in dem Stoffübertragungsapparat mit Hilfe des Drehkörpers zu Tropfen zerstäubt wird, auf besonders effektive Weise von der Flüssigkeit abgetrennt werden. Durch die weitgehende Zerstäubung der Flüssigkeit in Tropfen erhöht sich die Oberfläche der Flüssigkeit und somit die Phasengrenzfläche zwischen Flüssigkeit und Gas um ein Vielfaches. Die Größe der Phasengrenzfläche bestimmt maßgeblich den Stoffübergangsprozeß. Je größer die Phasengrenzfläche, desto größer der Stoffübergang von dem Inhaltsstoff aus der Flüssigkeit auf das Gas. Darüber hinaus wird der Übergang von dem Flüssigkeits-Inhaltsstoff auf das Gas auch dadurch wesentlich begünstigt, daß während der Bildung der Tropfen die Oberflächenspannung besonders gering ist. Da die Oberflächenspannung den weitaus größten Widerstand für den Stoffübergang darstellt, erhöht sich der Stoffübergang durch die Verringerung der Oberflächen­ spannung wesentlich. Die Abtrennung des Inhaltsstoffes wird somit effektiver.

Die inhaltsstoffbeladene Flüssigkeit wird vorzugsweise als kontinuierliche Phase auf einen Drehkörper geleitet und von diesem als diskontinuierliche Phase in tropfenform abgeschleudert, wodurch sich die Phasengrenzfläche zwischen Flüssigkeit und Gas erheblich erhöht. Die Flüssigkeit wird am Rand der Scheibe mit großer Geschwindigkeit abgeschleudert in Richtung auf die zylindrische Wand.

Nach dem Abschleudern von der Scheibe werden die Tropfen mit einem Gasstrom vermischt, der den Stoffübertragungsapparat vorteilhafterweise von unten nach oben durchströmt, während die Flüssigkeit den Stoffübertragungsapparat von oben nach unten durchströmt, so daß Flüssigkeit und Gas im Gegenstrom den Stoffüber­ tragungsapparat durchströmen. Durch den Gegenstrom wird der Stoffübergang von dem Inhaltsstoff auf das Gas verbessert. Gasstrom und Tropfen werden in einer Mischungszone zwischen der Wand und dem Rand der Scheibe miteinander vermischt. Dadurch, daß Tropfen auf die Wand aufprallen, bilden sich beim Aufprall weitere Sekundär-Tropfen. In der Mischungszone hat das Gas eine hohe Ge­ schwindigkeit in einem turbulenten Strömungszustand. Der turbulente Strö­ mungszustand begünstigt zusätzlich den Stoffübergang des Inhaltsstoffes. Aus einem Tropfen in das Gas austretender Inhaltsstoff wird aufgrund der turbulenten Strömung schnell von den Tropfen weggeführt, so daß stets ein verhältnismäßig großer Konzentrationsgradient im Bereich der Phasengrenzfläche zwischen Flüssigkeits-Tropfen und Gas vorhanden ist, welcher für den Stoffübergang maßgeblich ist. Ein weiterer Vorteil ist, daß der Stoffübergangsapparat konstruktiv besonders einfach ist.

Nach dem Durchströmen des Verbrennungsofens wird das Gas durch eine Leitung erneut in den Stoffübertragungsapparat eingeleitet, so daß das Gas in einem Kreislauf geführt wird. Dies hat den Vorteil, daß die bei der Verbrennung entstehende Wärme der erfindungsgemäßen Vorrichtung nicht durch ein Ableiten des Gases verlorengeht. Für die Verbrennung des Inhaltsstoffes ist in der Regel eine bestimmte Temperatur erforderlich. Durch das Führen des Gases im Kreislauf verbessert sich insgesamt der Wirkungsgrad der Vorrichtung. Ferner werden keine schädlichen Substanzen an die Umgebung abgegeben.

Die Verbrennung kann durch katalytisch wirksame Einbauten in dem Verbrennungsofen verbessert werden. Vorzugsweise weist der Verbrennungsofen eine erste und eine zweite Füllkörper-Schüttung auf, die mittels einer Verbindungskammer in Reihe geschaltet sind, wobei zwei parallelgeschaltete Leitungen, in denen Ventile liegen, von dem Stoffübertragungsapparat zu dem Verbrennungsofen führen, so daß das inhaltsstoffbeladene Gas wahlweise zunächst durch die erste Schüttung und anschließend die zweite Schüttung oder umgekehrt geleitet werden kann. Nachdem das Gas in der ersten Schüttung der Verbrennung unterzogen worden ist und sich dabei stark erwärmt hat, strömt das erwärmte Gas in die zweite Schüttung und gibt dort einen Teil der gespeicherten Wärme ab, so daß sich die zweite Schüttung erwärmt. Nach dem Durchströmen der zweiten Schüttung wird das Gas zurück in den Stoffübertragungsapparat eingeleitet. Die bei der Verbrennung entstehende Wärme wird somit in der zweiten Schüttung gespeichert. Diese gespeicherte Wärme kann zu einem späteren Zeitpunkt zur Vorwärmung des Gases vor der Verbrennung genutzt werden, indem die Ventile so geschaltet werden, daß das Gas zunächst durch zweite Schüttung geleitet wird und sich in dieser erwärmt, und anschließend der Verbrennung in der ersten Schüttung zugeleitet wird. Hierdurch verbessert sich die Energiebilanz der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, daß durch eine mit dem Verbrennungsofen verbundene Ausgangsleitung Gas aus dem Verbrennungsofen entnommen werden kann, und daß durch eine mit dem Verbrennungsofen verbundene Eingangsleitung Gas in den Verbrennungsofen eingespeist werden kann. Durch die Ausgangsleitung kann Gas, das Verbrennungs­ produkte enthält, aus der Vorrichtung entnommen werden, während durch die Eingangsleitung beispielsweise Sauerstoff in den Verbrennungsofen eingespeist werden kann, der erforderlich sein kann, um die Verbrennung aufrecht zu erhalten oder zu optimieren.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform weist eine Wärmeeinbringungsein­ richtung auf, die in die Verbindungskammer zwischen die zwei Füllkörper- Schüttungen geschaltet ist, um dem Gas bei Bedarf einen Wärmestrom zuführen zu können. Eine solche Zuführung von Wärme ist beim Anfahren der Anlage erforderlich.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung zeichnet sich aus durch mindestens einen Vorbehandlungs-Behälter zur Vorbehandlung der inhaltsstoffbe­ ladenen Flüssigkeit durch Einleitung von Zusatzstoffen und durch einen Wärme­ übertrager zum Zu- oder Abführen eines Wärmestroms in/aus der inhaltsstoffbe­ ladenen Flüssigkeit. Durch eine solche Vorbehandlung kann ein für den Stoffüber­ gang im Stoffübergangsapparat optimale Temperatur der Flüssigkeit sowie ein günstiger pH-Wert der Flüssigkeit eingestellt werden, so daß der Stoffübergang weiter optimiert werden kann.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Abtrennen und Eliminieren von einem desorbierbaren und in einer Flüssigkeit gelösten Inhaltsstoff aus der Flüssigkeit werden nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 Eine schematische Darstellung eines Teils der erfindungsgemäßen Vor­ richtung, der im wesentlichen zur Vorbehandlung von ammoniumbeladenem Abwasser dient;

Fig. 2 Eine schematische Darstellung eines Teils der erfindungsgemäßen Vor­ richtung, der im wesentlichen einen Stoff übertragungsapparat in Form eines sogenannten Turbolators zum Vermischen von Abwasser und Gas sowie einen Verbrennungsofen aufweist;

Fig. 3 Eine schematische Darstellung des Stoffübertragungsapparates; und

Fig. 4 Einen in Fig. 3 mit A gekennzeichneten Teil des Stoffübertragungsapparates.

Das nachfolgend beschriebene Ausführungsbeispiel betrifft die Abtrennung und Elimination von Ammonium aus Abwasser. Jedoch können auch andere desorbier­ bare Inhaltsstoffe einer Flüssigkeit aus der Flüssigkeit erfindungsgemäß abgetrennt und eliminiert werden.

Der in Fig. 1 dargestellte Teil der erfindungsgemäßen Vorrichtung dient im wesentlichen zur Vorbehandlung von Abwasser, das mit Ammonium und gegebenenfalls anderen Stoffen beladen ist, und weist im wesentlichen drei Vor­ behandlungs-Behälter 2, 4, 6, drei Zusatzstoff-Behälter 8, 10, 12, einen Wärme­ übertrager 14, einen Abwasserbehälter 16 sowie mehrere Rohrleitungen, Pumpen und Ventile auf.

Der Abwasserbehälter 16 ist über eine Leitung 18, in die eine Pumpe 20 geschaltet ist, mit dem Behälter 2 verbunden. Der Behälter 2 ist über Leitungen 22, 24 und 26 mit dem Wärmeübertrager 14 verbunden. Der Wärmeübertrager 14 wird von einem Heiz- oder Kühlmedium in den Leitungen 36 und 38 durchströmt. In die Leitung 24 sind eine Pumpe 28, ein Rückschlagventil 30 und ein Absperrventil 32 geschaltet. Ein Entlüftungsventil 34 ist in die Leitung 26 geschaltet.

Der Behälter 2 ist über die Leitung 22, in die eine Pumpe 40 und ein Absperrventil 42 geschaltet sind, mit dem Behälter 4 verbunden. In den Behälter 4 führen Leitungen 44 und 46, die auch mit den Behältern 10 bzw. 12 verbunden sind. Eine Leitung 48 führt von dem Behälter 4 in den Behälter 6. In die Leitung 48 sind ein Absperrventil 50, eine Pumpe 52 sowie ein weiteres Absperrventil 54 geschaltet. Von der Leitung 48 zweigt eine weitere Leitung 56 ab, die zurück in den Behälter 4 führt und in die eine Pumpe 58 sowie ein Absperrventil 60 geschaltet sind.

Aus dem Behälter 6 führt eine Leitung 62, in die ein Absperrventil 64, eine Pumpe 66 sowie ein weiteres Absperrventil 68 geschaltet sind, zu dem Teil der erfindungs­ gemäßen Vorrichtung, der in Fig. 2 dargestellt ist. Eine Leitung 70 zweigt von der Leitung 62 ab und führt in den Behälter 6 zurück. In die Leitung 70 sind eine Pumpe 72 und ein Absperrventil 74 geschaltet.

Aus dem Behälter 8 führt eine Leitung 76 in den Behälter 6. In die Leitung 76 sind ein Absperrventil 78 sowie eine Dosier-Pumpe 80 geschaltet. Die Dosier-Pumpe 80 kann eine Membran-Pumpe sein. In die Leitung 46 von dem Behälter 10 in den Behälter 4 ist ein Absperrventil 82 und eine Dosier-Pumpe 84 geschaltet. Eine Abzweigungsleitung 86 enthält ein Absperrventil 88. In die vom Behälter 12 in den Behälter 4 führende Leitung 44 ist ebenfalls ein Absperrventil 90 sowie eine Dosier- Pumpe 92 geschaltet. Eine Abzweigungsleitung 94 enthält ein Absperrventil 96.

Die Behälter 8, 10, 12 können über Leitungen 100, 102 und 104 gefüllt werden. In die Leitungen 100, 102, 104 sind Absperrventile 106, 108 und 110 geschaltet. Mittels eines Transportbehälters 112 und einer Pumpe 114 können die Leitungen 100, 102 und 104 gespeist werden. Ein Entlüftungsleitungssystem 116 dient der Entlüftung der Behälter 2, 4, 6, 8, 10 und 12. Eine Sicherheitswanne 98 ist unterhalb der einzelnen Komponenten der zuvorbeschriebenen Vorrichtung angeordnet, um gegebenenfalls aus der Vorrichtung austretende Stoffe auf­ zufangen.

In nicht dargestellter Weise kann die Vorbehandlung auch in einem einzigen Behälter vorgenommen werden, in den zur Vorbehandlung erforderliche Zusatzstoffe eingeleitet werden können. In den Behälter kann eine Wärmeübertragungsein­ richtung eingebaut sein, um der vorzubehandelnden Flüssigkeit Wärme zuführen oder entziehen zu können.

Der in Fig. 2 dargestellte Teil der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfaßt im wesentlichen einen Stoffübertragungsapparat 118, der als sogenannter Turbulator ausgeführt ist und in dem das Abwasser und das Gas, vorzugsweise Luft miteinander vermischt werden, einen Verbrennungsofen 120, in dem das ammoniumbeladene Gas einer Verbrennung unterzogen werden kann, sowie einen Beruhigungs-Behälter 122 für das gereinigte Abwasser sowie einen Lager-Behälter 124 für das Abwasser auf. Ferner sind eine Reihe von die erwähnten Einzelkom­ ponenten verbindenden Leitungen, Pumpen und Absperrorgane dargestellt, die nachfolgend beschrieben werden.

Der als sogenannter Turbulator ausgeführte Stoffübertragungsapparat 118 ist mit einer Eingangs-Leitung 126 verbunden. Die Eingangs-Leitung 126 ist mit Leitung 62 (aus Fig. 1) verbunden und führt im oberen Bereich des Stoffübertragungsapparates oder Turbulators über einen Eingang in den Innenraum des Turbulators 118. Außerhalb des geschlossenen Turbulators 118 ist ein Elektromotor 130 angeordnet, dessen Ausgangswelle vertikal angeordnet ist. Über ein Getriebe 132, das beispielsweise ein Zahnradgetriebe oder ein Riemengetriebe sein kann, ist die Ausgangswelle des Elektromotors 130 mit einer vertikal angeordneten Antriebs­ welle 134 gekoppelt, die einen oberen Abschnitt außerhalb des Turbulators 118 und einen unteren Abschnitt innerhalb des Turbulators 118 aufweist. Elektromotor und Getriebe können wie im Ausführungsbeispiel oberhalb, aber auch unterhalb des Turbulators angeordnet sein. An dem unteren Abschnitt der Antriebswelle 134 sind mehrere, schematisch dargestellte, starr mit der Antriebswelle 134 verbundene Drehkörper oder Scheiben 136 befestigt. Konstruktive Einzelheiten über die Einleitung von Abwasser durch die Leitung 126 in den Turbulator 118 sind unten anhand der Fig. 3 beschrieben.

Eine Ausgangs-Leitung 128 für Abwasser verbindet einen unteren Abschnitt des Innenraums des Turbulators 118 mit dem Beruhigungs-Behälter 122. Der Beruhigungs-Behälter 122, der zum Abscheiden von Schaum dient, ist über eine Leitung 138 mit dem Lagerungs-Behälter 124 verbunden. An den Lagerungs- Behälter 124 ist in dessen unteren Bereich eine Ausgangs-Leitung 140 ange­ schlossen, in die zwei Absperrventile 142, 144 sowie eine Pumpe 146 geschaltet sind. Durch die Ausgangs-Leitung 140 kann gereinigtes Abwasser aus der erfindungsgemäßen Vorrichtung abgeführt werden. Eine Leitung 162, in die ein Absperrventil 164 geschaltet ist, führt von der Leitung 148 in einen oberen Abschnitt des Beruhigungs-Behälters 122.

In nicht dargestellter Weise kann ein Wärmeübertrager in die Leitungen 128 oder 138 oder den Beruhigungs-Behälter 122 oder den Lagerungs-Behälter 124 geschaltet sein, um in dem Abwasser enthaltene Wärme zurückgewinnen zu können. Die zurückgewonnene Wärme kann mittels einer Wärmeträgerflüssigkeit durch Leitungen zu dem Wärmeübertrager 14 transportiert und zur Vorwärmung des Abwassers auf dieses übertragen werden.

Der Turbulator 118 ist ferner mit einer Eingangs-Leitung 148 zum Einleiten von Gas in den unteren Bereich des Turbulators 118 verbunden. Die Eingangs-Leitung 148 ist mit zwei Leitungen 150 und 152 verbunden, die ihrerseits jeweils mit dem Verbrennungsofen 120 verbunden sind. Über die Leitungen 150 und 152 sowie 148 ist eine Verbindung zwischen dem Verbrennungsofen 120 und dem Turbulator 118 hergestellt. In die Leitungen 150 und 152 sind jeweils eine Absperrklappe 154 und 156 geschaltet, deren Öffnungs- bzw. Verschließstellung über Stellantriebe 158 und 160 variiert werden kann. Die Stellantriebe 158 und 160 können beispielsweise elektromotorisch oder pneumatisch verstellt werden.

Der Turbulator 118 ist ferner über eine Ausgangs-Leitung 166 und zwei von der Leitung 166 abgehende Leitungen 168 und 170 mit dem Verbrennungsofen 120 verbunden. In die Leitung 166 ist ein von einem Motor 172 angetriebener Verdichter geschaltet, mit dem Gas aus den Turbulator 118 in Richtung auf den Verbrennungsofen 120 gefördert werden kann. In die Leitungen 168 und 170 ist jeweils eine Absperrklappe 176 bzw. 178 geschaltet. Die Absperrklappen 176 und 178 können in ihrer Öffnungs- bzw. Schließstellung von Stellantrieben 80 bzw. 82 variiert werden. Durch eine Ausgangs-Leitung 184, die mit der Leitung 148 verbunden ist, kann Gas aus der erfindungsgemäßen Vorrichtung entnommen werden.

In die Leitung 166 mündet eine Eingangs-Leitung 168, durch die ein Gas, beispielsweise Sauerstoff über ein Dosier- und Sicherheitssystem aus mehreren Absperrventilen in die Leitung 166 eingespeist werden kann. Das Dosier- und Sicherungssystem 188 weist ein Absperrventil 190, eine Drossel 192, ein Rückschlagventil 194 sowie weitere Absperrorgane 196, 197, 200, 202 und 204 auf. Das Absperrorgan 197 kann mittels eines Motors 198 verstellt werden.

Der Verbrennungsofen 120 weist zwei Verbrennungskammern 202 und 204 auf, die über eine oberhalb der Verbrennungskammern 2, 4 angeordnete Verbindungs­ kammer 6 miteinander verbunden sind. Die Verbrennungskammern 202 und 204 weisen jeweils in einem unteren Abschnitt ein erstes, keramisches Schüttbett 208 bzw. 209, das mit keramischen Füllkörpern gefüllt ist, sowie darüberliegend jeweils ein zweites, katalytisch wirksames Schüttbett 210 bzw. 211 auf, das mit katalytisch wirksamen Füll-Körpern gefüllt ist. Die oberen katalytischen Schütt­ betten 210 und 211 werden von gasdurchlässigen, an den Wänden des Ver­ brennungsofens 120 befestigten Einbauten in einem vertikalen Abstand zu den ersten Schüttbetten 208 und 209 getragen. Die Materialien, aus denen die (Füll-)Körper der Schüttbetten 208, 209, 210, 211 bestehen, oder die Oberflächen- Materialien der Füllkörper können variieren in Abhängigkeit von dem Gasgemisch und insbesondere den in dem Verbrennungsofen 120 zu verbrennenden Stoffen. Ebenso kann das Verhältnis aus dem Volumen der Füllkörper zu dem Gesamt­ volumen des jeweiligen Schüttbetts sowie die Form der Füllkörper variiert werden. Die katalytisch wirksamen Körper in dem katalytischen Schüttbett 210, 211 können beispielsweise aus Mischoxiden hergestellt sein. Alternativ können anstelle der katalytischen Schüttbetten 210, 211 katalytisch wirksame Einbauten vorgesehen sein.

Innerhalb der Verbindungskammer 206 des Verbrennungsofens 120 liegt eine Wärmeeinbringungseinrichtung 212. Die Wärmeeinbringungseinrichtung 212 kann beispielsweise als ein Heizbrenner oder als Wärmeübertrager ausgebildet sein. Ist ein Wärmeübertrager vorgesehen, so kann beispielsweise ein Rohrsystem in die Verbindungskammer 202 hineinragen, daß von einem Heizmedium wie Wärmeträge­ röl oder Dampf durchströmt wird.

Der Beruhigungs-Behälter 122, der zwischen dem Turbulator 118 und dem Lagerungs-Behälter 124 geschaltet ist, ist als geschlossener Behälter ausgebildet. Durch eine Leitung 216, in die einem oberen Bereich des Beruhigungs-Behälters angebracht ist, kann Gas aus dem Beruhigungs-Behälter 214 abgesaugt werden und in die Leitung 166 geleitet werden. Mit Hilfe des Beruhigungs-Behälters 122 kann ein gegebenenfalls in dem Abwasser enthaltener Schaumanteil reduziert werden.

Der Lagerungs-Behälter 124 weist ein großes Volumen auf und dient zur Lagerung von mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung gereinigtem Abwasser, das aus dem Behälter 124 bei Bedarf abgepumpt werden kann.

In nicht dargestellter Weise kann in die Leitung 166 vor dem Verdichter 174 ein Tropfen-Abscheider vorgesehen sein zur Abscheidung von Flüssigkeits-Tropfen aus dem Gas. Die abgeschiedene Flüssigkeit kann über Leitungen erneut in den Turbulator eingeleitet werden.

In Fig. 3 ist der Stoffübertragungsapparat oder Turbulator 118 schematisch in einer Seitenansicht dargestellt. Er ist im wesentlichen rotationssymetrisch zu einer vertikal angeordneten Zentralachse 218 ausgebildet und weist eine zylinderförmige Wand 220, einen in einer horizontalen Ebene liegende Bodenplatte, die - in Draufsicht - im wesentlichen kreisförmig ist, sowie eine zu der Bodenplatte 222 parallel angeordnete Deckelplatte 224 auf. Die Antriebswelle 134 ist konzentrisch zur Zentralachse 218 angeordnet. Die Antriebswelle 134 ist drehbar an der Bodenplatte 222 und der Deckelplatte 224 gelagert, beispielsweise mit Kugel- oder Gleitlagern. Eine nicht dargestellte Dichtung sorgt im Bereich der Deckelplatte 224 für eine abgedichtete Durchführung der Welle 134 durch die Deckelplatte 224. In Fig. 3 ist der in der Fig. 2 dargestellte Antrieb zum Drehen der Antriebswelle 134, der im wesentlichen einen Elektromotor 130 sowie ein Getriebe 132 umfaßt, nicht dargestellt. Der Antrieb ist oberhalb der Deckelplatte 224 angeordnet und an dieser befestigt. Der Turbulator 118 kann alternativ eine im wesentlichen rechteckige Grundfläche und im wesentlichen ebene Wände aufweisen.

An der Antriebswelle 134 sind in gleichen Abständen zueinander insgesamt 9 Drehkörper in Form von Dreh-Scheiben 226 befestigt, die parallel zueinander angeordnet sind. Die Scheiben 226 können direkt an die Antriebswelle 134 angeschweißt, geschraubt oder geklebt sein oder an auf die Antriebswelle 134 aufgeschobenen Hülsen befestigt sein, die ihrerseits mit der Antriebswelle 134 fest verbunden sind. Die Oberfläche der Oberseite einer Scheibe 226 kann eine Struktur aufweisen, beispielsweise eine bestimmte Rauhigkeit, Rillen oder dergleichen, um den Strömungswiderstand oder die Strömungsrichtung einer auf einer Scheibe 226 strömenden Flüssigkeit beeinflussen zu können. Hierzu können Drahtgitter, Schaufeln oder dergleichen an den Scheiben befestigt sein.

Innerhalb des Turbulators 118 sind verschiedene Einbauten ortsfest angebracht. Zwischen der Deckelplatte 224 und der obersten Scheibe 226 ist eine erste rotationssymmetrische, im wesentlichen trichterförmige Leitvorrichtung 228 angeordnet. Die Leitvorrichtung 228 ist an der Deckelplatte 224 befestigt. Sie besteht aus einem dünnwandigen Material, beispielsweise einem Blech. Die Leitvorrichtung 228 weist eine untere Öffnung auf, durch die die Antriebswelle 134 ragt und die einen größeren Durchmesser aufweist als die Antriebswelle 134, so daß Abwasser durch die untere Öffnung in der Leitvorrichtung 228 abwärts auf die oberste Scheibe 226 strömen kann.

Weitere, prinzipiell ähnlich aufgebaute Leitvorrichtungen 230 sind jeweils im Bereich zwischen zwei Scheiben 226 angeordnet und an der Wand 220 befestigt. Die Leitvorrichtungen 230 sind ebenfalls im wesentlichen roatationssymmetrisch zur Zentralachse 218 und bestehen aus einem dünnwandigen Material. Sie weisen eine bestimmte Steigung bzw. ein Gefälle auf. Wie aus Fig. 3 und 4 ersichtlich ist, kann ein Winkel α zwischen einer in den Figuren als Linie abgebildeten Leitvorrichtung 230 und der ebenfalls als Linie abgebildeten Wand 220 unterschiedlich sein. Durch Variation der Gefälle kann die Strömungsgeschwindigkeit des Abwassers auf den Leitvorrichtungen 230 variiert werden. Auch können die Leitvorrichtungen 230 unterschiedlich weit von der Wand 220 in Richtung auf die Zentralachse 218 ins Innere des Turbulators hineinragen, so daß in Richtung auf die Zentralachse 218 strömendes Abwasser unterschiedlich weit in Richtung auf die Zentralachse 218 strömt. Auf diese Weise kann die Strömung des Abwassers innerhalb des Turbulators 218 beeinflußt werden. Ferner hat die Ausdehnung und das Gefälle einer Leitvorrichtung 230 einen Einfluß auf die in dem Turbulator 118 auftretenden Gasströmung, die im Zusammenhang mit der Beschreibung des erfindungsgemäßen Verfahrens genauer beschrieben ist.

Mehrere Abwasser-Einleitungsrohre 232, 234, 236 und 238 führen von einem nicht dargestellten Verteiler, der seinerseits mit der Eingangs-Leitung 126 verbunden ist, in den Turbulator 118. Das Einleitungsrohr 232 durchdringt die Deckelplatte 224 und endet oberhalb von der Leitvorrichtung 228 nahe der Zentralachse 218. Die Einleitungsrohre 234, 236 und 238 durchdringen die Wand 220 und erstrecken sich jeweils zwischen zwei Scheiben 226 bis in die Nähe der Zentralachse 218. Die Einleitungsrohre sind im Bereich ihrer Durchführung durch die Wand 220 bzw. die Deckelplatte 224 abgedichtet. Alternativ kann auch nur ein Abwasser- oder Flüssigkeits-Einleitungsrohr in den Turbulator führen.

In der Deckelplatte 224 ist eine Luftaustritts-Öffnung 240 ausgebildet, die mit der Leitung 166 - vergl. die schematische Darstellung in Fig. 2 - verbunden ist. Die Luftaustritts-Öffnung 240 ist im Bereich der Zentralachse 218 ausgebildet.

In der Bodenplatte 222 sind im Bereich der Zentralachse 218 mindenstens eine Lufteintritts-Öffnung 242 und im Bereich der Wand 220 mehrere Wasseraustritts- Öffnungen 244 ausgebildet. Die Lufteintrittsöffnung 242 ist mit der in Fig. 2 dargestellten Leitung 148 verbunden, die Wasseraustritts-Öffnungen 244 sind mit der in Fig. 2 dargestellten Ausgangs-Leitung 128 verbunden.

Der in Fig. 3 mit groß A gekennzeichnete Abschnitt des Turbulators 118 ist vergrößert in Fig. 4 dargestellt. Die Leitung 234 ist durch einen Dichtungs- und Durchführungsabschnitt 246 durch die Wand 220 abgedichtet hindurchgeführt. An dem Dichtungs- und Durchführungsabschnitt 246 ist die Leitvorrichtung 230 befestigt. Die in Fig. 4 zwischen der Leitvorrichtung 230 und der Wand 220 eingetragene Winkel α der ein Maß für das Gefälle bzw. die Steigung der Leitvorrichtung 230 ist, beträgt etwa 70°. Er kann jedoch variiert werden. Oberhalb von der Leitvorrichtung 230 und dem Einleitungsrohr 234 ist ein Teil der Scheibe 226 abgebildet.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Abtrennen von Ammonium aus Abwasser unter Verwendung der zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen Vorrichtung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Fig. 1-4 beschrieben.

Das mit Ammonium beladene Abwasser oder Abwasserkonzentrat das auch als Filtrat- oder Zentratwasser bezeichnet wird, wie anhand der Fig. 1 beschrieben wird, zunächst einer Vorbehandlung unterzogen. Hierzu wird das mit Ammonium beladene Abwasser aus dem Abwasserbehälter 16, in dem es gelagert werden kann, durch die Leitung 18 mit Hilfe der Pumpe 20 in den Vorbehandlungs-Behälter 2 gepumpt. Durch die Vorbehandlung können bestimmte Zustandsgrößen des Abwassers wie Temperatur, PH-Wert, Konzentrationen von Ammoniak (NH₃) und Ammonium (NH₄) oder dergleichen variiert und auf für das anschließende Trennverfahren in den Stoffübertragungsapparat und dem Verbrennungsofen günstige Werte gebracht werden. Gewünscht ist beispielsweise eine hohe Konzentration an Ammoniak (NH₃) in dem Abwasser, das ein in Wasser gut lösliches Gas ist und sich verhältnismäßig gut von dem Abwasser abtrennen läßt, während eine niedrige Konzentration an Ammonium (NH₄) erwünscht ist. Das Verhältnis der Konzentrationen von Ammoniak (NH₃) zu Ammonium (NH₄) wird durch die Dissoziationsgleichung

NH₄ + OH^- < < NH₃ + H₂O

bestimmt. Das Konzentrationsverhältnis von Ammoniak zu Ammonium wird im Wesentlichen durch die Abwassertemperatur und den PH-Wert bestimmt.

Zur Einstellung einer optimalen Temperatur des Abwassers wird Abwasser aus dem Behälter 2 durch die Leitung 22 mit Hilfe der Pumpe 28 durch die weitere Leitung 24 in den Wärmeübertrager 14 gefördert und in diesem erwärmt. Nach dem Durchströmen des Wärmeübertragers 14 wird das erwärmte Abwasser durch die Leitung 26 zurück in den Behälter 2 gepumpt. Durch eine nicht dargestellte Steuerungs- und Regelungseinrichtung kann in dem Behälter 2 eine gewünschte Abwasser-Temperatur eingestellt werden. Das erwärmte Abwasser wird aus dem Behälter 2 durch die Leitung 22 mit Hilfe der Pumpe 40 in den weiteren Vor­ behandlungs-Behälter 4 gepumpt. In einem alternativen Ausführungsbeispiel kann das Abwasser durch einen in dem Vorbehandlungs-Behälter 2 liegenden Wärme­ übertrager vorgewärmt werden.

In dem Vorbehandlungs-Behälter 4 wird das Abwasser durch Zugabe von Zusatzstoffen behandelt, um einen optimalen PH-Wert in dem Abwasser ein­ zustellen. Zusatzstoffe werden aus den Zusatzstoff-Behältern 10 und 12 durch die Leitungen 44 und 46 mit Hilfe der Pumpen 84 und 92 in den Behälter 4 nach Bedarf gefördert. Im Ausführungsbeispiel sind die Behälter 10 und 12 mit Natronlauge (NAOH) gefüllt, die dem Abwasser im Behälter 4 zugegeben werden kann. Alternativ kann einer der Behälter 10, 12 mit Kalkmilch (Ca(OH)₂) zur Zugabe in das Abwasser gefüllt sein. Mit Hilfe einer nicht dargestellten Steuerungs- und Regelungsanlage kann der PH-Wert in dem Abwasser gemessen und durch automatische Steuerung der Dosier-Pumpen 84 und 92 durch dosierte Zugabe der Zusatzstoffe in das Abwasser eingestellt und eingeregelt werden. Besonders günstig für die sich der Vorbehandlung anschließenden Abtrennung von Ammoniak in dem Stoffübertragungsapparat 118 sind eine Temperatur von 60°C und ein PH- Wert von 10,5-11, da in diesem Zustand im Abwasser fast ausschließlich Ammoniak vorliegt gemäß der oben angegebenen Dissoziationsgleichung und kaum Ammonium.

In den weiteren Vorbehandlungs-Behälter 6 wird das bereits im Behälter 4 mit Zusatzstoffen versehene Abwasser durch die Leitung 48 mit Hilfe der Pumpe 52 gefördert. In dem Behälter 6 kann das Abwasser mit Ammonium oder Ammoniak aus dem Zusatzstoff-Behälter 8 mit Hilfe der Dosier-Pumpe 80 durch die Leitung 76 versetzt werden, um - zu Versuchszwecken - die Konzentration von Ammoniak oder Ammonium im Abwasser variieren zu können.

In den Behälter 8, den Behälter 10 und den Behälter 12 können aus einem Transport-Behälter 112 mit Hilfe der Pumpe 114 durch die Leitungen 100 oder 102 oder 104 Zusatzstoffe eingefüllt werden. Aus dem Behälter 6 wird das vor­ behandelte Abwasser durch die Leitung 62 mit Hilfe der Pumpe 66 in Richtung auf den Stoffübertragungsapparat oder Turbulator 118, der in Fig. 2 gezeigt ist, gefördert.

Das vorbehandelte Abwasser wird, wie aus Fig. 2 und 3 ersichtlich ist, in den oberen Bereich des Turbulators 118 eingeleitet. Das Abwasser durchströmt den Turbulator und wird anschließend im unteren Bereich durch die Wasseraustritts- Öffnung 44 dem Turbulator 118 entnommen. In einen unteren Bereich des Turbulators 118 wird durch die Leitung 148 Gas eingeleitet, das den Turbulator 118 ebenfalls durchströmt und im oberen Bereich durch die Luftaustritts-Öffnung 240 entnommen und in die Leitung 166 abgeführt. In dem Turbulator 118 kommt es zu einer intensiven Durchmischung von Abwasser mit Gas, und aus dieser Ver­ mischung resultiert ein (Stoff-) Übergang von Ammoniak von dem Abwasser auf das Gas, so daß die Konzentration von Ammoniak in dem Abwasser im Turbulator wesentlich reduziert werden kann.

Wie insbesondere in Fig. 3 gezeigt ist, wird das Abwasser durch mindestens eine der Leitungen 232, 234, 236 und 238 in den Turbulator 118 geleitet. Aus der Leitung 232 strömt das Wasser auf die Leitvorrichtung 228 und wird von dieser aufgrund des Gefälles der Leitvorrichtung 228 in Richtung auf die Zentralachse 218 des Turbulators 118 geleitet. Es strömt durch die untere, in der Leitvorrichtung 228 ausgebildete Öffnung und gelangt anschließend auf die obere, rotierende Scheibe 226. Das kontinuierlich aus dem Bereich der Leitvorrichtung 228 in Richtung auf die Scheibe 226 strömende Abwasser wird durch Schubspannungen auf der Oberfläche der Scheibe 226 in einen komplexen Strömungszustand versetzt.

Bei diesem turbulenten Strömungszustand hat ein Fluidelement in Bezug auf die rotierende Scheibe 226 eine nach außen gerichtete radiale, eine tangentiale und ggf. eine vertikale Komponente und strömt in Richtung auf den Rand der Schei­ be 226. Bei Erreichen des Randes wird das Abwasser im Wesentlichen in Form von Tropfen von der Scheibe 226 abgeschleudert. Dadurch, daß das Abwasser in Tropfen zerstäubt wird, erhöht sich die Oberfläche des Abwassers im Vergleich zu dem Zustand, in dem das Abwasser eine kontinuierliche Phase bildet, erheblich. Nach dem Abschleudern in Tropfenform von dem Rand der Scheibe 22 werden die Tropfen von dem Gasstrom beeinflußt und mit diesem in einer umlaufenden Mischungszone vermischt.

Durch die intensive Vermischung der Abwasser-Phase mit der Gas-Phase und einem Konzentrationsgradienten betreffend die Ammoniak-Konzentration zwischen dem Abwasser und dem Gas geht Ammoniak von der flüssigen Abwasser-Phase auf die gasförmige Phase über. Das Gas ist ein Gemisch aus Luft und Verbrennungsgasen, die im Verbrennungsofen 120 entstehen, wie unten beschrieben ist. Im Bereich der Vermischungszone strömt das Gas im Wesentlichen von unten nach oben, kann aber auch Geschwindigkeitskomponenten in Richtung auf die Zentralachse 218 oder von dieser weg oder in Tangentialrichtung in Bezug auf die Scheibe 226 aufweisen.

Die von der Scheibe 226 abgeschleuderten Tropfen weisen eine so große Geschwindigkeitskomponente in Richtung auf die Wand 220 des Turbulators 118 auf, daß sie mit großer Geschwindigkeit gegen die Wand 220 prallen und durch den Aufprall in viele kleine Sekundär-Tropfen zerstäubt werden. Zwischen den Sekundär-Tropfen und dem Gasstrom kommt es im Bereich der Vermischungszone zu weiteren Stofftransportvorgängen zwischen Abwasser-Tropfen und Gas, bei dem Ammoniak von dem Abwasser auf das Gas übergeht. Die Phasengrenzfläche zwischen Tropfen und Gas, die proportional ist zur in einer Zeiteinheit trans­ portierten Menge an Ammoniak vom Abwasser auf das Gas, ist aufgrund der vielen kleinen Tropfen besonders groß, und die Gasströmung in der Mischungszone ist im wesentlichen turbulent, so daß ein besonders wirksamer Stoff übergang stattfindet.

Im wesentlichen aufgrund von Gravitationskräften gelangen die in der Ver­ mischungszone erzeugten Abwasser-Tropfen in Richtung auf die unterhalb der oberen Scheibe 226 angeordneten Leitvorrichtung 230 und verbinden sich dort erneut zu einer teilweise kontinuierlichen Flüssigkeitsphase.

Anschließend wiederholt sich an der zweiten Scheibe 226 der gleiche Vorgang, der im Zusammenhang mit der oberen Scheibe 226 zuvor beschrieben worden ist. Das Abwasser wird von der zweiten Scheibe 226 abgeschleudert in Form von Tropfen und erneut mit dem Gasstrom vermischt. Aufgrund der insgesamt 9 Scheiben 226 werden Tropfen in mehreren Stufen am Rand der Scheiben sowie beim Aufprallen an der Wand 220 erzeugt. Abwasser und Gas werden in den Turbulator 118 im Gegenstrom geführt.

Durch die Einleitungsrohre 234, 236 und 238 kann ebenfalls Wasser auf die Scheiben 226 aufgebracht werden. Nachdem das Abwasser die untere Scheibe 226 passiert hat, sammelt es sich auf der Bodenplatte 222 und strömt durch die Öffnungen 244. Es weist nach dem Durchströmen des Turbulators 118 nur noch eine geringe Konzentration an Ammoniak auf. Es wird durch die Leitung 128 in den Beruhigungs-Behälter 122 geleitet. Das nach dem Passieren der oberen Scheibe 226 mit Ammoniak aus dem Abwasser beladene Gas gelangt durch die Luftaustritts- Öffnung 240 in die Leitung 166. Es hat eine gegenüber der Konzentration am Eingang in den Turbulator 118 erhöhte Konzentration an Ammoniak bzw. Ammonium. Durch die Leitung 166 wird es mit Hilfe des Verdichters 74 in den Verbrennungsofen 120 gefördert. Bevor es den Verdichter 74 erreicht, kann es mit Hilfe eines in die Leitung 166 geschalteten Tropfenabscheiders von Abwasser- Tropfen befreit werden.

In dem Beruhigungs-Behälter 122 wird das weitgehend von Ammoniak befreite Abwasser von Blasen und damit einhergehenden Gaseinschlüssen weitgehend befreit. Der Behälter 122 ist so dimensioniert, daß das gereinigte Abwasser nur noch eine sehr geringe Strömungsgeschwindigkeit aufweist und insofern beruhigt wird. Gasblasen können in dem Behälter 122 aufsteigen, so daß sich Gas im oberen Bereich des Behälters 122 sammelt. Es wird durch eine im oberen Bereich des Behälters 122 ausgebildete Öffnung, die mit der Leitung 216 verbunden ist abgesogen mit Hilfe des Verdichters 174. Das weitgehend von Gaseinschlüssen befreite Abwasser strömt durch die Leitung 138 in den Lagerungs-Behälter 124. Aus diesem kann es durch die Leitung 140 mit Hilfe der Pumpe 146 abgepumpt werden.

Das Gas aus dem Turbulator wird durch die Leitung 166 und die Leitung 168 bei geöffneter Absperrklappe 176 in den Verbrennungsofen 120 eingeleitet. Die Absperrklappe 178 in Leitung 170 ist in geschlossener Stellung. In dem Ver­ brennungsofen 120 durchströmt das Gas zunächst das erste keramische Schütt­ bett, dessen Füllkörper eine höhere Temperatur haben als das Gas, so daß es aufgrund der Temperaturdifferenz zu einem Wärmeübergang von in den Füllkörpern gespeicherter Wärme auf das Gas kommt. Dabei erwärmt sich das Gas auf eine für den Katalysator spezifische Zündtemperatur. Mit dieser Temperatur wird das Gas in das katalytische Schüttbett 210 eingeleitet und durchströmt dieses bzw. strömt an den katalytisch wirksamen Einbauten vorbei. Während des Durchströmens bzw. Vorbeiströmens kommt es zu einer Verbrennung des in dem Gas enthaltenen Ammoniaks. Nach der Gleichung

4 NH₃ + 3 O₂ < < 2 N₂ + 6 H₂O

verbrennt das Ammoniak zu Wasser und reinem Stickstoff. Die Verbrennungs- Reaktion ist exotherm, so daß sich das Gas erwärmt auf eine Temperatur von etwa 200°C-300°C. Mit dieser Temperatur gelangt das Gas über die Verbindungs­ kammer 206 in die Verbrennungskammer 202. Dort durchströmt sie das katalyti­ sche Schüttbett 211 und anschließend das keramische Schüttbett 209. Die Füllkörper des Schüttbetts 209 weisen eine geringere Temperatur auf als das Gas, so daß es zu einem Wärmeübergang von dem Gas auf die Füllkörper des Schütt­ betts 209 kommt, dessen Temperatur sich erhöht. Auf diese Weise verbleibt die bei der Verbrennung freigesetzte Energie in dem Verbrennungsofen und kann genutzt werden zur Vorwärmung des Gases vor der Verbrennung; dadurch wird eine sogenannte authotherme Verbrennung realisiert, bei der keine Zusatzenergie erforderlich ist. Nach dem Durchströmen des Schüttbetts 209 strömt das Gas durch die Leitung 152 bei geöffneter Absperrklappe 156 in die Leitung 148, und durch diese zurück in den Turbulator 118. Durch die von der Leitung 148 abzweigende Leitung 184 kann ein Teil des Gases aus der Vorrichtung entnommen werden.

Durch die Erwärmung der Luft in dem Schüttbett 208 kühlen sich die Füllkörper ab, so daß der Temperaturunterschied mit der Zeit abnimmt, was zur Folge hat, daß die Temperatur des Gases nicht bis zur katalysatorspezifischen Zündtemperatur erhöht werden kann. Während dieses instationären Verhaltens wird in der Verbrennungs­ kammer 202 der Temperaturunterschied zwischen den Füllkörpern in dem Schüttbett 209 dadurch, daß deren Temperatur mit zunehmender Wärmeaufnahme erhöht wird, immer niedriger, so daß sich das Gas während des Durchströmens des Schüttbetts 209 immer weniger abkühlt. Bevor die katalysatorspezifische Zündtemperatur nach dem Verlassen des Schüttbetts 208 nicht mehr erreicht werden kann, wird die Richtung des Gasstroms im Verbrennungsofen 120 umgekehrt, indem mit Hilfe der Stellantriebe 180 und 160 die Absperrklappen 176 und 178 so verstellt werden, daß die Absperrklappe 176 in die geschlossene Stellung und die Absperrklappe 178 in die geöffnete Stellung gebracht wird. Nachdem die Absperrklappe 176 vollständig geschlossen und die Absperrklappe 178 vollständig geöffnet ist, strömt das aus dem Turbulator 118 kommende Gas zunächst in das Schüttbett 209, dessen Füllkörper zuvor auf eine hohe Temperatur erwärmt worden sind. Dabei erwärmt sich das Gas bis auf mindestens die katalysatorspezifische Zündtemperatur und gelangt mit dieser in das katalytische Schüttbett 211, in dem es zu der zuvor beschriebenen Verbrennung des Ammoniaks nach der angegebenen Reaktionsgleichung kommt.

Außerhalb des katalytischen Schüttbetts 211 und 210 sind Wärmeübertrager vorgesehen, die thermisch mit den Schüttbetten 211 und 210 gekoppelt sind und mit denen verhindert werden kann, daß die Temperatur innerhalb der katalytischen Schüttbetten 211 und 210 eine bestimmte maximale Temperatur überschreitet. Nach der Verbrennung des Ammoniaks in dem Schüttbett 211 strömt das Gas durch die Verbindungskammer 206 in die Verbrennungskammer 204, durchströmt das katalytische Schüttbett 210 und anschließend unter Wärmeabgabe das keramische Schüttbett 208, deren Füllkörper die abgegebene Wärme aufnehmen. Nach dem Durchströmen des Verbrennungsofens 120 gelangt die Strömung durch Leitung 150 und Leitung 148 zurück in den Turbulator 118.

Durch die Wärmeeinbringungseinrichtung 212 im Bereich der Verbindungskammer 206 kann dem durch die Verbindungskammer 206 strömenden Gas Wärme zugeführt werden. Durch die Wärmeeinbringungseinrichtung 212 wird das Gas während des Anfahrens der Vorrichtung auf eine Temperatur erwärmt, die zum Zünden der Verbrennung in dem Schüttbett 210 oder 211 erforderlich ist.

Mit Hilfe des Dosier- und Sicherungssystems 188 kann durch die Leitung 186 Sauerstoff in die Leitung 166, durch die das aus dem Turbulator 118 kommende Gas strömt, gespeist werden. Durch das Einspeisen kann eine für die Verbrennung in dem Verbrennungsofen 120 erforderliche Sauerstoffkonzentration in dem Gas sichergestellt werden, so daß die Verbrennung nicht unterbrochen wird. Die Einspeisung von Sauerstoff kann mit Hilfe einer nicht dargestellten Steuerungs- und Regelungseinrichtung automatisch gesteuert werden, indem die Sauerstoffkonzen­ tration in dem in der Leitung 166 strömenden Gas gemessen wird und in Abhängigkeit der gemessenen Konzentration Sauerstoff in einem bestimmten Mengenstrom zugegeben wird. Die Dosierung des Sauerstoffs erfolgt mit Hilfe des Dosier- und Sicherungssystems 188.

Die bei Bedarf aus den katalytischen Schüttbetten 210 und 211 abgeführte Wärme kann mit Hilfe eines nicht dargestellten Rohrleitungssystems und eines weiteren Wärmeübertragers oder des Wärmeübertragers 14 (Fig. 1) verwendet werden, um das in die Vorrichtung eingeleitete Abwasser vorzuwärmen. Auch kann das Abwasser bei Bedarf durch Wärme aus dem gereinigten Abwasser vorgewärmt werden, die durch einen Wärmeübertrager zurückgewonnen wird. Die zurückgewon­ nene Wärme kann mittels einer Wärmeträgerflüssigkeit durch Leitungen zu dem Wärmeübertrager 14 transportiert und zur Vorwärmung des Abwassers verwendet werden.

Die einzelnen Komponenten der gesamten Vorrichtung können mit Hilfe eines nicht dargestellten Steuerungs- und Regelungssystems gesteuert werden, mit dem verschiedene Zustandsgrößen der die Anlage durchströmenden Stoffe meßtechnisch erfaßt und verarbeitet werden, um die Vorrichtung weitgehend automatisch betreiben zu können.

Claims (19)

1. Verfahren zum Abtrennen von einem desorbierbaren und in einer Flüssigkeit gelösten Inhaltsstoff aus der Flüssigkeit, insbesondere von Ammonium aus Abwasser, bei dem die mit dem Inhaltsstoff beladene Flüssigkeit mit einem Gas, vorzugsweise Luft vermischt wird, wobei Inhaltsstoff von der Flüssigkeit auf das Gas übergeht, und anschließend die Flüssigkeit von dem mit dem Inhaltsstoff beladenen Gas getrennt wird, und bei dem das nach der Vermischung mit Inhaltsstoff beladene Gas einer Verbrennung unterzogen wird, bei der Inhaltsstoff verbrennt,
dadurch gekennzeichnet, daß die inhaltsstoffbeladene Flüssigkeit zur Vermischung zu Tropfen zerstäubt wird, indem die inhaltsstoffbeladene Flüssigkeit auf einen rotierenden Drehkörper aufgegeben wird, von dem sie abgeschleudert wird,
daß die von dem Drehkörper abgeschleuderten Tropfen auf eine Wand (220) aufprallen, an der durch den Aufprall erneut Tropfen erzeugt werden,
daß die erzeugten Tropfen mit einem Gasstrom vermischt werden, der in einer Mischungs-Zone zwischen einem äußeren Rand der Scheibe (226) und der Wand (220) eine große Geschwindigkeit aufweist,
und daß das Gas nach der Verbrennung erneut mit inhaltsstoff beladener Flüssigkeit vermischt und somit im Kreislauf geführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Gaskreislauf Sauerstoff zugeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehköper eine um eine im wesentlichen vertikal angeordnete Vertikalachse (218) rotierende Scheibe ist, auf die die Flüssigkeit im Bereich der Vertikalachse (218) aufgegeben wird.

4. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Tropfen in mehreren Stufen erzeugt werden.

5. Verfahren nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die inhaltsstoffbeladene Flüssigkeit vor der Ver­ mischung vorbehandelt wird, indem Zusatzstoffe zugegeben und/oder Wärme zu- oder abgeführt wird.

6. Vorrichtung zum Abtrennen von einem desorbierbaren und in einer Flüssigkeit gelösten Inhaltsstoff aus der Flüssigkeit, insbesondere nach einem Verfahren gemäß mindestens einem der vorstehenden Ansprüche,
mit einem von Flüssigkeit und Gas, vorzugsweise Luft durchströmten Stoffüber­ tragungsapparat (118), der Eingänge zum Einleiten von Flüssigkeit und Gas, einen Mischbereich, in dem die Flüssigkeit und das Gas vermischt werden, und Ausgänge zum separaten Ableiten der Flüssigkeit und des Gases aus dem Stoffübertragungs­ apparat (118) aufweist, und
einem Verbrennungsofen (120), in den das inhaltsstoffbeladene Gas, das den Stoffübertragungsapparat (118) durchströmt hat, eingeleitet wird, um Inhaltsstoff zu verbrennen,
dadurch gekennzeichnet, daß der Stoffübertragungsapparat (118) Mittel zur Erzeugung von Tropfen aus Flüssigkeit enthält, die einen rotier- und antreibbaren Drehkörper in Form einer Scheibe (226) aufweisen, auf den inhaltsstoffbeladene Flüssigkeit aufbringbar ist und von dem sie abgeschleudert wird,
daß der Stoffübertragungsapparat (118) eine die Scheibe (226) umgebende, Wand (220) aufweist, wobei eine Mischungs-Zone zwischen der Wand (220) und einem äußeren Rand der Scheibe (226) gebildet ist,
und daß eine Leitung (148) vorgesehen ist, durch die das Gas nach dem Durch­ strömen des Verbrennungsofens (120) erneut in den Stoffübertragungsapparat (118) eingeleitet wird, so daß das Gas in einem Kreislauf geführt wird.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehachse der Scheibe (226) mit einer vertikalen Zentralachse (218) des Stoffübertragungsapparates (118) zusammenfällt und die Wand (220) des Stoffübertragungsapparates (118) im wesentlichen zylindrisch ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 und/oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssigkeits-Eingang oberhalb des Drehkörpers und der Gaseingang unterhalb des Drehkörpers angeordnet ist, so daß der Stoffübertragungsapparat (118) im Gegenstrom durchströmt wird.

9. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere rotierende Scheiben (226) parallel zueinander angeordnet und an einer zu der Zentralachse (218) konzentrischen Antriebswelle (134) befestigt sind.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere ortsfeste Einbauten zum Leiten der Flüssigkeits- und Gasströmung im Bereich zwischen zwei rotierenden Scheiben (226) an der Wand (220) des Stoffübertragungsapparates (118) befestigt sind, die im wesentlichen als rotationssymmetrische, umlaufende, dünnwandige Leitvor­ richtungen (228, 230) ausgebildet sind.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitvorrichtungen (230) von der Wand (220) des Stoffübertragungsapparates (118) unterschiedlich weit in den Innenraum des Stoffübertragungsapparates (118) hineinragen und ein unterschiedliches Gefälle aufweisen.

12. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbrennungsofen (120) katalytisch wirksame Einbauten aufweist.

13. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die katalytisch wirksamen Einbauten als durchström­ bare Schüttung (210, 211) ausgebildet sind.

14. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 6 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbrennungsofen (120) eine erste und eine zweite Füllörper-Schüttung (202, 204) aufweist, die mittels einer Verbindungs­ kammer (206) in Reihe geschaltet sind, und daß zwei parallelgeschaltete Leitungen (168, 170), in denen Ventile liegen, von dem Stoffübertragungsapparat (118) zu dem Verbrennungsofen (120) führen, so daß das inhaltsstoffbeladene Gas wahlweise zunächst durch die erste Schüttung (202) und anschließend die zweite Schüttung (204) oder umgekehrt geleitet werden kann.

15. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 6 bis 14, gekennzeichnet durch eine mit dem Verbrennungsofen (120) verbundene Ausgangsleitung (148, 184), durch die Gas aus dem Verbrennungsofen (120) entnommen werden kann, und durch eine mit dem Verbrennungsofen (120) verbundene Eingangsleitung (166, 186, 170, 168), durch die Gas in den Ver­ brennungsofen (120) eingespeist werden kann.

16. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 6 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß eine Wärmeeinbringungseinrichtung (212) in die Verbindungskammer (206) zwischen die zwei Füllkörper-Schüttungen (202, 204) geschaltet ist, um dem Gas bei Bedarf einen Wärmestrom zuführen zu können.

17. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 6 bis 16, gekennzeichnet durch einen Beruhigungs-Behälter (122), in den Flüssigkeit aus dem Stoffübertragungsapparat (118) geleitet werden kann.

18. Vorrichtung nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche 6 bis 17, gekennzeichnet durch mindestens einem Vorbehandlungs-Behälter (2, 4, 6) zur Vor­ behandlung der inhaltsstoffbeladenen Flüssigkeit durch Einleitung von Zusatzstoffen.

19. Vorrichtung nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche 6 bis 18, gekennzeichnet durch einen Wärmeübertrager (14) zum Zu- oder Abführen eines Wärmestroms in/aus der inhaltsstoffbeladenen Flüssigkeit.