DE19817258A1 - Vorrichtung zum Einbringen von Ozon in flüssige Medien - Google Patents

Abstract

Eine Vorrichtung zum Einbringen von Ozon in flüssige Medien hat eine Filterkerze (2), in die Ozon einleitbar ist, die in dem flüssigen Medium angeordnet ist und mittels der Ozon in das flüssige Medium einführbar und dort feinblasig verteilbar ist. Des weiteren hat die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Drehkolbenpumpe (4), die stromab der Filterkerze (2) in dem flüssigen Medium angeordnet und mittels der das Ozon enthaltende flüssige Medium verpumpbar ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Einbrin­ gen von Ozon in flüssige Medien.

Ozon wird beispielsweise zur Behandlung von in Wasser gelö­ sten Schadstoffen und in einer wässrigen Lösung vorkommenden Feststoffen eingesetzt, z. B. bei der Trinkwasseraufbereitung zur Entkeimung, Geruchs- und Geschmacksverbesserung, Entei­ senung, Entmanganung, Zerstörung von Chlorkohlenwasserstof­ fen und Pestiziden und zur Flockungsverbesserung. Desweite­ ren in der Abwasserbehandlung zur Entgiftung, z. B. von Cya­ nid, zur Entfärbung und zur Veränderung des Verhältnisses aus dem chemischen und biologischen Sauerstoffbedarf, d. h. zur Steigerung des biologischen Abbauverhaltens; desweiteren erfolgt der Einsatz in der Industrie, z. B. zum Bleichen von Zellstoff und von Kaolin und zur chemischen Synthese von Al­ dehyden.

Ozon reagiert am besten, wenn es physikalisch im Wasser ge­ löst ist. Dann oxidiert es dort organische Substanzen und auch in mehreren Wertigkeitsstufen vorkommende Elemente in anorganischen Verbindungen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Einbringen von Ozon in flüssige Medien zu schaffen, mit­ tels der Ozon bei geringem technisch-wirtschaftlichen Auf­ wand sowohl in klares Wasser als auch in wässrige Suspensio­ nen und Schlämme für chemische Reaktionen des Ozons mit ge­ lösten oder suspendierten oder adsorbierten Stoffen ein­ bringbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung zum Einbringen von Ozon in flüssige Medien gelöst, die eine Filterkerze, in die Ozon einleitbar, die in dem flüssigen Medium angeordnet und mittels der Ozon in das flüssige Medi­ um einführbar und dort feinblasig verteilbar ist, und eine Drehkolbenpumpe aufweist, die stromab der Filterkerze in dem flüssigen Medium angeordnet und mittels der das Ozon enthal­ tende flüssige Medium verpumpbar ist. Mit der erfindungsge­ mäßen Vorrichtung wird gleichzeitig ozonhaltiges Gas und das mit Ozon zu behandelnde Medium angesaugt, auf Druck gebracht und gemischt, wobei das Ozon optimal absorbiert wird und reagieren kann. Eine Verstopfung irgendwelcher Anlagenteile, z. B. von Mischelementen, Füllkörperpackungen oder Düsen, wird vermieden, wodurch die Kapital- und Betriebskosten im Vergleich zu den aus dem Stand der Technik bekannten ent­ sprechenden Vorrichtungen erheblich reduziert werden. We­ sentlich für die Verwirklichung der Erfindung ist die Kombi­ nation aus Filterkerze und Drehkolbenpumpe, mittels der das Einbringen von Ozon sowohl in ein sehr dünnflüssiges als auch in ein sehr dickflüssiges wässriges Medium möglich ist. Das in einer Ozonerzeugungseinrichtung erzeugte Ozon wird mittels der Filterkerze dem wässrigen Medium angeboten und dort feinblasig verteilt. Die Drehkolbenpumpe saugt das wässrige dünn- oder dickflüssige Medium und das Gasgemisch an, vermischt und verdichtet es je nach Bedarf von 1 bis auf 16 bar absolut. Durch die feinblasige Gasverteilung, die mittels der Filterkerze erreicht wird, und die Vermischung sowie die gemeinsame Verdichtung des oben beschriebenen Me­ diums mit dem ozonhaltigen Gas wird die Ozonabsorption im Medium gefördert. Durch den Einsatz der Drehkolbenpumpe kön­ nen innerhalb des zu behandelnden Mediums auch Grobteile und Gase transportiert werden. Es kommt weder zu Verstopfungen noch zu Beschädigungen der Drehkolbenpumpe aufgrund von Trockenlauf oder Gravitationsfehlern beim Transport und Ver­ dichten des ozonhaltigen Gases im wässrigen Medium; dies gilt auch für den Fall, daß der Gasanteil hoch ist. Durch die Kombination von Filterkerze und Drehkolbenpumpe erfolgt eine kleinere Ausgestaltung der Gasblasen sowie deren gleichmäßi­ gere Verteilung in dem Medium. Der Ozonabsorptionsgrad wird hierdurch erhöht.

Zweckmäßigerweise sind die Filterkerze und die Drehkolben­ pumpe in Strömungsrichtung des flüssigen Mediums gesehen hintereinander in einer Rohrleitung angeordnet.

Zur Verlängerung der Standzeiten der Drehkolbenpumpe ist es vorteilhaft, wenn dem flüssigen Medium ausgesetzte Innenflä­ chen der Drehkolbenpumpe ozonbeständig ausgestaltet sind.

Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, daß diese Innen­ flächen der Drehkolbenpumpe mit einem ozonbeständigen Werk­ stoff, z. B. mit Teflon, Edelstahl 1.4571 od. dgl., beschich­ tet sind.

Es ist möglich, stromab der Drehkolbenpumpe einen Rohrab­ schnitt vorzusehen, in dem der Absorptionsvorgang weiter fortgesetzt werden kann.

Alternativ kann stromab der Drehkolbenpumpe ein zylindri­ scher Behälter vorgesehen sein.

Der Absorptionsvorgang kann weiter verbessert werden, wenn in dem zylindrischen Behälter ein vorzugsweise konzentri­ sches Rohr eingebaut ist.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsge­ mäßen Vorrichtung ist diese in einer den Hauptmediumstrom führenden Rohrleitung eingebaut.

Alternativ kann die Vorrichtung in einer einen Teilmedium­ strom führenden Zweigleitung angeordnet sein, die von der den Hauptmediumstrom führenden Rohrleitung abzweigt, zu der den Hauptmediumstrom führenden Rohrleitung parallel verläuft und wieder in die den Hauptmediumstrom führende Rohrleitung einmündet.

Vorteilhafterweise ist in der Zweigleitung stromab der Dreh­ kolbenpumpe ein Absorptionsbehälter angeordnet.

Es ist möglich, diesen Absorptionsbehälter über einen Resto­ zonumwandler an die Atmosphäre anzuschließen.

Alternativ kann der Absorptionsbehälter über einen Gastrock­ ner an eine Ozonerzeugungseinrichtung angeschlossen sein.

Die den Hauptmediumstrom führende Rohrleitung kann, falls erforderlich, in einen Reaktionsbehälter münden.

Desweiteren ist es möglich, zwischen diesem Reaktionsbehäl­ ter und einem stromab der Drehkolbenpumpe angeordneten Lei­ tungsabschnitt der den Hauptmediumstrom führenden Rohrlei­ tung oder der den Teilmediumstrom führenden Zweigleitung ei­ ne Rückführleitung anzuordnen.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist dieser Reaktionsbehälter als biologische Kläranlage ausge­ bildet, die eine nachgeschaltete Nachaufklärungsstufe auf­ weist, deren oberer Abschnitt an einen Vorfluter angeschlos­ sen ist und deren unterer Abschnitt in die Rohrleitung, in der die Filterkerze und die Drehkolbenpumpe angeordnet sind, einmündet.

Im folgenden wird die Erfindung an Hand von Ausführungsfor­ men unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine erste Ausführungsform der erfindungs­ gemäßen Vorrichtung zum Einbringen von Ozon in flüssige Medien;

Fig. 2 eine zweite Ausführungsform der erfindungs­ gemäßen Vorrichtung;

Fig. 3 eine dritte Ausführungsform der erfindungs­ gemäßen Vorrichtung;

Fig. 4 eine vierte Ausführungsform der erfindungs­ gemäßen Vorrichtung; und

Fig. 5 eine fünfte Ausführungsform der erfindungs­ gemäßen Vorrichtung.

Eine in Fig. 1 dargestellte Ausführungsform einer erfin­ dungsgemäßen Vorrichtung zum Einbringen von Ozon in flüssige Medien dient dazu, Ozon physikalisch im Wasser zu lösen. Das im Wasser physikalisch gelöste Ozon soll dann mit im Wasser vorhandenen Substanzen reagieren.

In einer Ozonerzeugungseinrichtung 1 wird aus einem sauer­ stoffhaltigen Gas Ozon erzeugt. Der die Ozonerzeugungsein­ richtung 1 verlassende, ozonhaltige Gasstrom wird in eine Filterkerze 2 eingeführt, die in einer Rohrleitung 3 ange­ ordnet ist, die mit Schadstoffen befrachtetes Wasser führt. Mittels der Filterkerze 2 wird Ozon feinblasig innerhalb des schadstoffhaltigen Wassers verteilt. Die Filterkerze 2 ist porös ausgestaltet, so daß das sie beaufschlagende, aus der Ozonerzeugungseinrichtung 1 stammende Gas in feinen Gasbla­ sen in das schadstoffhaltige Wasser eintritt.

Stromab der Filterkerze 2 ist in der Rohrleitung 3 eine Drehkolbenpumpe 4 angeordnet, die für den Transport des schadstoffhaltigen und mit Ozon beaufschlagten Wassers sorgt und eine möglichst gleichmäßige und homogene Mischung zwi­ schen dem schadstoffhaltigen Wasser und dem Ozon sicher­ stellt.

Die Drehkolbenpumpe 4 ist an ihren dem schadstoffbefrachte­ ten und Ozon enthaltenden Wasser ausgesetzten Innenflächen mit Teflon oder Edelstahl 1.4571 beschichtet, bei denen es sich um ozonbeständige Werkstoffe handelt.

Die Rohrleitung 3 mündet stromab der Drehkolbenpumpe 4 in einen Reaktionsbehälter 5, in dem das im Wasser gelöste Ozon mit den im Wasser enthaltenen Schadstoffen reagieren kann.

Aus dem Reaktionsbehälter 5 tritt durch einen Austritt 6 Wasser aus, welches in einen Vorfluter eingeleitet werden kann.

Desweiteren tritt aus dem Reaktionsbehälter 5 eine Gasströ­ mung aus, welche von einem Ventilator 7 aus dem Reaktionsbe­ hälter 5 abgesaugt und in die Atmosphäre weitergeleitet wird. Zwischen dem Ventilator 7 und dem Reaktionsbehälter 5 ist ein Restozonumwandler 8 in Form eines Katalysators od. dgl. angeordnet, in dem etwaig noch in der vom Ventilator 7 abgesaugten Gasströmung enthaltenes Ozon umgewandelt wird.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 wird die das Ozon ent­ haltende Gasströmung direkt in den durch die Rohrleitung 3 verlaufenden Hauptwasserstrom eingetragen. Hierzu ist die Filterkerze 2 vorgesehen. Die Ansaugung des Hauptwasser­ stroms, ein inniges Vermischen des Wassers mit der durch die Filterkerze 2 eingetragenen Gasströmung, eine Druckerhöhung sowie der Transport des Wassers erfolgt mittels der Drehkol­ benpumpe 4. Der Reaktionsbehälter 5 ist verzichtbar, da die dort stattfindenen Reaktionen auch in der Rohrleitung 3 selbst ablaufen können.

Falls ein Reaktionsbehälter 5, beispielsweise in Form einer biologischen Kläranlage, vorhanden ist, ist es möglich, Überschußschlamm aus diesem Reaktionsbehälter 5 mittels ei­ ner Rückführleitung aus dem Reaktionsbehälter 5 in den die Drehkolbenpumpe 4 aufweisenden Bereich der Rohrleitung 3 einzuleiten. Dann kann die Reaktion zwischen dem Ozon und im Wasser enthaltenen Stoffen bereits im Bereich der Drehkol­ benpumpe 4 und des diese aufweisenden Abschnitts der Rohr­ leitung 3 beginnen.

Bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform der erfin­ dungsgemäßen Vorrichtung ist eine von der den Hauptwasser­ strom führenden Rohrleitung 3 abzweigende und wieder in die­ se einmündende Zweigleitung 9 vorgesehen. Der Förderstrom in der Rohrleitung 3 wird mittels einer Wasserförderpumpe 10 bewerkstelligt. In der Zweigleitung 9 sind die Filterkerze 2, die an die Ozonerzeugungseinrichtung 1 angeschlossen ist, und die Drehkolbenpumpe 4 angeordnet. Wie aus Fig. 2 her­ vorgeht, folgt der Eintrag der das Ozon aufweisenden Gasströmung in das zu behandelnde Wasser in dem die Zweig­ leitung 9 durchströmenden Wasserteilstrom, in den die das Ozon enthaltende Gasströmung mittels der Drehkolbenpumpe 4 über die Filterkerze 2 angesaugt wird. In der Zweigleitung 9 erfolgt eine Durchmischung zwischen dem die Zweigleitung 9 durchströmenden Wasserteilstrom und der angesaugten Gasströ­ mung, wobei der Druck in Wasser und Gas erhöht wird. An der­ jenigen Stelle, an der die Zweigleitung 9 wieder in die Rohrleitung 3 mündet, vereinigt sich der dort das Ozon ent­ haltende Teilwasserstrom wieder mit dem Hauptwasserstrom. Hinsichtlich der weiteren Vorrichtungselemente stimmen die in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Einbringen von Ozon in flüssige Medien weitestgehend überein.

Die in Fig. 3 dargestellte Ausführungsform der erfindungs­ gemäßen Vorrichtung unterscheidet sich von der Ausführungs­ form gemäß Fig. 2 dadurch, daß in der Zweigleitung 9 strom­ ab der Drehkolbenpumpe 4 ein zylindrischer Absorptionsbehäl­ ter 11 angeordnet ist. Stromab des zylindrischen Absorpti­ onsbehälters 11 mündet die Zweigleitung 9 in die den Hauptwasserstrom führende Rohrleitung 3. Auch bei der Aus­ führungsform gemäß Fig. 3 wird die das Ozon enthaltende Gasströmung, die aus der Ozonerzeugungseinrichtung 1 stammt, über die Filterkerze 2 mittels der Drehkolbenpumpe 4 in den die Zweigleitung 9 durchlaufenden Teilwasserstrom angesaugt. Es erfolgt mittels der Drehkolbenpumpe 4 eine innige Durch­ mischung zwischen dem Teilwasserstrom und der angesaugten Gasströmung, wobei der im Wasser und im Gas herrschende Druck erhöht wird. Im zylindrischen Absorptionsbehälter 11 findet die Absorption von Ozon im Wasser ihren Fortgang, wo­ bei vom Wasser physikalisch nicht absorbiertes Ozon aus dem zylindrischen Absorptionsbehälter 11 in eine Verbindungslei­ tung 12 eintritt, die es zum Restozonumwandler 8 führt, in der es in der bereits beschriebenen Weise behandelt wird, bevor es durch den Ventilator 7 der Atmosphäre zugeführt wird.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist innerhalb des zy­ lindrischen Absorptionsbehälters 11 ein konzentrisches Rohr 13 vorgesehen, durch welches der Ablauf der Absorption von Ozon im Wasser unterstützt wird.

Nach dem Durchlauf durch den zylindrischen Absorptionsbehäl­ ter 11 wird der die Zweigleitung 9 durchströmende Wasser­ teilstrom, der stromab des zylindrischen Absorptionsbehäl­ ters 11 das absorbierte Ozon enthält, mit dem die Rohrlei­ tung 3 durchströmenden Hauptwasserstrom vereinigt, wobei dann die Reaktion zwischen dem Ozon und im Wasser enthalte­ nen Stoffen stattfindet.

Die in Fig. 4 dargestellte Ausführungsform der erfindungs­ gemäßen Vorrichtung unterscheidet sich von der vorstehend an Hand von Fig. 3 beschriebenen Ausführungsform dadurch, daß anstelle der den zylindrischen Absorptionsbehälter 11 an den Restozonumwandler 8 anschließenden Verbindungsleitung 12 ei­ ne Rückführleitung 14 vorgesehen ist, mittels der der zylin­ drische Absorptionsbehälter 11 an einen Gastrockner 15 ange­ schlossen ist, in dem die aus dem zylindrischen Absorptions­ behälter 11 rückgeführte Gasströmung getrocknet wird. Strom­ ab des Gastrockners 15 ist die Rückführleitung 4 dann mit dem Eingang 16 der Ozonerzeugungseinrichtung 1 verbunden. Hierdurch wird es möglich, den nicht absorbierten und entga­ sten Sauerstoff über den Gastrockner 15 erneut der Ozoner­ zeugungseinrichtung zuzuführen. Die übrigen Vorrichtungstei­ le entsprechen hinsichtlich ihrer Funktion und Wirkung den im Zusammenhang mit den Fig. 2 und 3 beschriebenen gleichartigen Vorrichtungsteilen.

Bei der in Fig. 5 dargestellten Ausführungsform der erfin­ dungsgemäßen Vorrichtung ist der Reaktionsbehälter 5 als biologische Kläranlage ausgebildet. Durch einen Einlauf 17 wird Abwasser in die biologische Kläranlage 5 eingeführt. Der biologischen Kläranlage 5 ist eine Nachaufklärungsstufe 18 nachgeschaltet, durch deren Austritt 6 gereinigtes Wasser in einen Vorfluter abläuft.

Aus der mit Belebtschlammbiologie betriebenen biologischen Kläranlage 5 in die Nachaufklärungsstufe 18 gelangter Schlamm gerät aus der Nachaufklärungsstufe 18 in die Rohrleitung 3, die die Nachaufklärungsstufe 18 mit der biolo­ gischen Kläranlage 5 verbindet und quasi als Rücklaufleitung fungiert.

In der als Rücklaufleitung fungierenden Rohrleitung 3 sind die Filterkerze 2 und die Drehkolbenpumpe 4 angeordnet, wo­ bei sich die Drehkolbenpumpe 4 auf der stromabwärtigen Seite der Filterkerze 2 befindet. In die Filterkerze 2 wird in der bereits beschriebenen Weise eine Gasströmung eingeführt, welche die Ozonerzeugungseinrichtung 1 durchläuft und aus einem Sauerstofftank 19 gespeist wird.

Mittels der Drehkolbenpumpe 4 wird der Förderstrom in der als Rücklaufleitung fungierenden Rohrleitung 3 aufrecht er­ halten, wobei darüber hinaus in der bereits mehrfach be­ schriebenen Weise die Gasströmung, die durch die Filterkerze 2 in die Rohrleitung 3 eintritt, mit der in der Rohrleitung 3 enthaltenen Wasser-/Schlammströmung vermischt wird.

Stromab der Drehkolbenpumpe 4 kann, wie durch die gestri­ chelten Linien angedeutet, in der Rohrleitung 3 ein zylin­ drischer Absorptionsbehälter 11 vorgesehen sein.

Claims (15)

1. Vorrichtung zum Einbringen von Ozon in flüssige Medien, mit einer Filterkerze (2), in die Ozon einleitbar, die in dem flüssigen Medium angeordnet und mittels der Ozon in das flüssige Medium einführbar und dort feinblasig verteilbar ist, und einer Drehkolbenpumpe (4), die stromab der Filter­ kerze (2) in dem flüssigen Medium angeordnet und mittels der das Ozon enthaltende flüssige Medium verpumpbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Filterkerze (2) und die Drehkolbenpumpe (4) in Strömungsrichtung des flüssi­ gen Mediums gesehen hintereinander in einer Rohrleitung (3) angeordnet sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der dem flüssi­ gen Medium ausgesetzte Innenflächen der Drehkolbenpumpe (4) ozonbeständig ausgestaltet sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, bei der die dem flüssigen Medium ausgesetzten Innenflächen der Drehkolbenpumpe (4) mit einem ozonbeständigen Werkstoff, z. B. mit Teflon, Edelstahl 1.4571 od. dgl., beschichtet sind.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der stromab der Drehkolbenpumpe ein Rohrabschnitt angeordnet ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der stromab der Drehkolbenpumpe (4) ein zylindrischer Behälter (11) angeordnet ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, bei der im zylindrischen Behälter (11) ein vorzugsweise konzentrisches Rohr (13) ein­ gebaut ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, die in ei­ ner den Hauptmediumstrom führenden Rohrleitung (3) eingebaut ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, die in einer einen Teilme­ diumstrom führenden Zweigleitung (9) angeordnet ist, die von der den Hauptmediumstrom führenden Rohrleitung (3) abzweigt, parallel zu dieser verläuft und wieder in diese einmündet.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, bei der in der Zweiglei­ tung (9) stromab der Drehkolbenpumpe (4) ein Absorptionsbe­ hälter (11) angeordnet ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, bei der der Absorptionsbe­ hälter (11) über einen Restozonumwandler (8) an die Atmo­ sphäre angeschlossen ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 10, bei der der Absorptionsbe­ hälter (11) über einen Gastrockner (15) an eine Ozonerzeu­ gungseinrichtung (1) angeschlossen ist.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, bei der die den Hauptmediumstrom führende Rohrleitung (3) in einen Reaktionsbehälter (5) mündet.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, bei der zwischen dem Reak­ tionsbehälter (5) und einem stromab der Drehkolbenpumpe (4) angeordneten Leitungsabschnitt der den Hauptmediumstrom füh­ renden Rohrleitung (3) oder der den Teilmediumstrom führen­ den Zweigleitung (9) eine Rückführleitung angeordnet ist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 13, bei der der Reaktionsbe­ hälter (5) als biologische Kläranlage ausgebildet ist und eine nachgeschaltete Nachaufklärungsstufe (18) aufweist, de­ ren oberer Abschnitt an einen Vorfluter angeschlossen ist und deren unterer Abschnitt in die Rohrleitung (3) mündet.