DE19904493A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Aufbereitung von mit Schadstoffen belasteten pumpfähigen Medien - Google Patents

Abstract

Bei einem Verfahren, das auf einer Vorrichtung zur Aufbereitung von mit Schadstoffen belasteten pumpfähigen Medien durchgeführt wird, wird zunächst das aufzubereitende Medium in einen Vorreaktionsbehälter (7) eingeleitet, dem ozonhaltiges Gas (33) zugeführt wird. Von dem Vorreaktionsbehälter (7) wird das Medium in einen Hauptreaktionsbehälter (11) übergeleitet, dem ozonhaltiges Gas (35) zugeführt wird. In dem Hauptreaktionsbehälter (11) wird das Medium mit Elektronen (20) bestrahlt. Das Medium wird von dem Hauptreaktionsbehälter (11) in einen von dem Vorreaktionsbehälter (7) separaten Nachreaktionsbehälter (14) übergeleitet, dem ozonhaltiges Gas (37) zugeführt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Aufbereitung von mit Schadstoffen belasteten pumpfähigen Medien.

Organische Schadstoffe, insbesondere langkettige oder komplexe Verbindungen, stellen hinsichtlich ihrer Abbaubarkeit in pumpfähigen (d. h. flüssigen, dickflüssigen oder schlammartigen) Medien wie zum Beispiel Abwasser, Trinkwasser oder Grundwasser oftmals erhebliche Probleme dar. Um organische Schadstoffe vollständig abzubauen, zu entfernen oder das Medium biologisch verfügbar zu machen, sind verschiedene Verfahren bekannt, die jedoch meist sehr kostenintensiv sind oder relativ uneffektiv arbeiten und teilweise Reststoffe zur Entsorgung hinterlassen. Solche Verfahren sind zum Beispiel Absorption an Aktivkohle, Behandlung mit Ozon, Bestrahlung mit ultraviolettem Licht, verschiedene Nano- oder Ultrafiltrationsverfahren sowie auch Kombinationen unterschiedlicher Verfahren. Bei einigen dieser Verfahren ist der verhältnismäßig niedrige Wirkungsgrad nachtei­ lig, bei anderen das Entstehen von Rückständen und bei fast allen der meist nur unvollständige Abbau der zu behandelnden Ver­ bindungen. Schwankungen in der Menge des zu behandelnden Mediums sowie in der Konzentration der zu behandelnden Schadstoffe werden von diesen Verfahren nur schwer abgefangen.

Aus der DE 42 09 056 A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur physikalisch-chemischen Abwasserreinigung mittels Elek­ tronenbestrahlung bekannt. Dabei wird ein sauerstoffenthaltender Gasstrom und gleichzeitig zumindest ein Teilstrom des zu reinigenden Abwassers einer Elektronenbestrahlung unterworfen. Bei der Elektronenbestrahlung entsteht in dem Gasstrom Ozon, das sich mit dem zu reinigenden Abwasser vermischt. Unter der Wirkung der Elektronenbestrahlung werden in dem Abwasser freie Radikale gebildet, und in der Gegenwart des Ozons kommt es zu zahlreichen chemischen Reaktionen, bei denen die Schadstoffe abgebaut werden. Übrig bleiben im wesentlichen stabile anorganische Verbindungen, die gar nicht oder nur geringfügig toxisch sind. Bei Inhalts­ stoffen, bei denen es nicht zu einer vollständigen Mineralisie­ rung kommt, werden die Restbestandteile in einen leicht biolo­ gisch abbaubaren Zustand versetzt. Färbungen, Trübungen und Feststoffanteile haben keinen Einfluß auf die Wirksamkeit des Verfahrens.

Bei dem in der DE 42 09 056 A1 beschriebenen Verfahren werden ein Bestrahlungsreaktor, in dem das zu behandelnde Abwasser mit Elektronen bestrahlt wird, und ein weiterer Reaktionsbehälter verwendet, in den ozonhaltiges Gas eingeleitet wird. Das Abwasser wird in einem Kreislauf fortwährend zwischen dem Bestrahlungs­ reaktor und dem Reaktionsbehälter umgepumpt, wobei ein Teil des Abwassers abgezweigt wird und in einen nachgeschalteten Zusatz­ behälter gelangt, in dem es entgasen kann. Nachteilig ist dabei, daß es unbestimmt ist, wie lange ein gegebenes Schadstoffmolekül im Bereich des Strahlungsreaktors und des Reaktionsbehälters verweilt. Die Verweildauer ist statistisch gesehen groß, wenn nur ein geringer Teil des Abwassers zu dem Zusatzbehälter geführt wird. Dies bedeutet aber, daß die Durchsatzmenge niedrig ist. Wird dagegen der in den Zusatzbehälter geführte Teil des Abwassers erhöht, steigt das Risiko, daß ein gegebenes Schad­ stoffmolekül in dem Bestrahlungsreaktor und in dem Reaktions­ behälter nicht zerstört wurde. Außerdem können durch Entgasungen ausgetragene Schadstoffe in die Umwelt gelangen.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Aufbereitung von mit Schadstoffen belasteten pumpfähigen Medien zu schaffen, die hochwirksam, kostengünstig und in überschaubarer Weise arbeiten.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Aufbereitung von mit Schadstoffen belasteten pumpfähigen Medien mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch eine Vorrichtung zur Aufbereitung von mit Schadstoffen belasteten pumpfähigen Medien mit den Merkmalen des Anspruchs 14. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Aufbereitung von mit Schadstoffen belasteten pumpfähigen Medien wird das aufzuberei­ tende Medium (zum Beispiel mit organischen Substanzen ver­ unreinigtes Abwasser, Trinkwasser oder Grundwasser oder mit Wasser dünnflüssig aufgeschlämmtes verunreinigtes Erdreich) in einen Vorreaktionsbehälter eingeleitet, dem ozonhaltiges Gas zugeführt wird. In Gegenwart von Ozon können in dem Vorreaktions­ behälter bereits chemische Reaktionen ablaufen, insbesondere Oxidationsreaktionen. Von dem Vorreaktionsbehälter wird das Medium in einen Hauptreaktionsbehälter übergeleitet, dem ozonhaltiges Gas zugeführt wird. In dem Hauptreaktionsbehälter wird das Medium mit Elektronen bestrahlt. Unter den in dem Hauptreaktionsbehälter herrschenden Bedingungen wirken auf die Schadstoffmoleküle gleichzeitig Ozon und energiereiche Elektronen ein, was zu einem effektiven Abbau der Schadstoffe führt. Insbesondere werden freie Radikale gebildet, die mit den Schadstoffmolekülen schnell reagieren und diese unselektiv bis hin zur vollständigen Mineralisierung abbauen. Von dem Hauptreak­ tionsbehälter wird das Medium in einen von dem Vorreaktions­ behälter separaten Nachreaktionsbehälter übergeleitet, dem ozonhaltiges Gas zugeführt wird. In dem Nachreaktionsbehälter können in Gegenwart von Ozon weitere chemische Reaktionen ablaufen, um Nachreaktionen im pumpfähigen Medium, also einen besonders effektiven Schadstoffabbau, zu erreichen.

Der Vorreaktionsbehälter, der Hauptreaktionsbehälter und der Nachreaktionsbehälter sind voneinander getrennt ausgeführt. Das aufzubereitende pumpfähige Medium durchläuft daher die Vor­ richtung in definierter Weise, und das Verfahren kann bei großer Durchsatzmenge an Abwasser, Trinkwasser, Grundwasser oder einem anderen belasteten pumpfähigen Medium mit hoher Effizienz durchgeführt werden. Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Verfahren so gesteuert wird, daß das Medium in dem Vorreaktions­ behälter, in dem Hauptreaktionsbehälter und/oder in dem Nachreak­ tionsbehälter eine definierte Verweildauer hat. Dazu zählt auch die Möglichkeit, daß in Abhängigkeit von der Schadstoffbelastung des Mediums der Vorreaktionsbehälter und/oder der Nachreaktions­ behälter umgangen wird, so daß die Verweildauer des Mediums in dem Vorreaktionsbehälter bzw. in dem Nachreaktionsbehälter gleich Null ist.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform treten die Elektronen über ein Strahleintrittsfenster in den Hauptreaktionsbehälter ein, und zwischen dem Strahleintrittsfenster und dem Medium in dem Hauptreaktionsbehälter wird ein sauerstoffhaltiges Gas, vorzugs­ weise auf Luftbasis, in einer zum Kühlen des Strahleintrittsfen­ sters eingerichteten Durchflußmenge durchgeführt. Das in dem Gas beim Durchtreten der Elektronen erzeugte Ozon stellt zumindest einen Teil des Ozons in dem ozonhaltigen Gas dar, das dem Vorreaktionsbehälter, dem Hauptreaktionsbehälter und/oder dem Nachreaktionsbehälter zugeführt wird. Das Verhältnis zwischen dem Volumen des pro Zeiteinheit zwischen dem Strahleintrittsfenster und dem Medium in dem Hauptreaktionsbehälter durchgeführten sauerstoffhaltigen Gases und dem Volumen des pro Zeiteinheit in den Hauptreaktionsbehälter übergeleiteten Mediums liegt vorzugs­ weise im Bereich von 0,1 : 1 bis 10 : 1 oder noch mehr bevorzugt im Bereich von 5 : 1 bis 7 : 1. Bei dieser Ausgestaltung ist keine zusätzliche Kühlung des Strahleintrittsfensters erforderlich, das von den hindurchtretenden Elektronen aufgeheizt wird. Das Verfahren arbeitet also sehr wirtschaftlich, denn in dem zum Kühlen benutzten Gasstrom wird von den hindurchtretenden Elektronen das für die chemischen Reaktionen verwendete Ozon erzeugt. Der Ausnutzungsgrad der eingesetzten Energie kann 85% oder mehr betragen. Daher wird keine separate Ozonquelle benötigt, oder man kann gegebenenfalls zumindest mit einem Ozonerzeuger geringerer Leistung auskommen.

Vorzugsweise wird das aus dem Vorreaktionsbehälter und dem Nachreaktionsbehälter austretende Gas sowie optional ein Teil des aus dem Hauptreaktionsbehälter austretenden Gases (und zwar vorzugsweise all das Gas, das nicht als ozonhaltiges Gas den einzelnen Reaktionsbehältern zugeführt wird) in einem geschlosse­ nen System gesammelt. Dem gesammelten Gas wird dabei über eine Regeleinrichtung Frischluft zugeführt, um Gasverluste durch chemische Reaktionen in dem Medium und durch Austragung mit dem Medium aus dem Nachreaktionsbehälter zu ersetzen. Das so gesammelte und mit Frischluft angereicherte Gas wird als das sauerstoffhaltige Gas zwischen dem Strahleintrittsfenster und dem Medium in dem Hauptreaktionsbehälter durchgeführt. Ferner wird zumindest ein Teil des den Hauptreaktionsbehälter verlassenden Gases als ozonhaltiges Gas dem Vorreaktionsbehälter, dem Hauptreaktionsbehälter und/oder dem Nachreaktionsbehälter zugeführt. Bei Verwendung eines derartigen geschlossenen Gassystems treten praktisch keine Umweltbelastungen auf, da nur eine sehr geringe Menge an Gas mit dem aufbereiteten und behandelten Medium nach außen gelangt. Dieses Gas kann mit einer geeigneten Auffangeinrichtung gesammelt und in die Anlage zurückgeführt werden. Weiterhin wird durch das geschlossene System gewährleistet, daß das Gas wieder zur Kühlung des Strahleintrittsfensters eingesetzt wird; ausgetragene Schadstoffe werden hierbei in der Gasphase abgebaut. Nach außen gelangendes Gas kann mit einer geeigneten Filtereinrichtung gereinigt werden.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform haben die zur Bestrahlung verwendeten Elektronen eine Energie im Bereich von 0,4 MeV bis 6,0 MeV, wobei die Strahlleistung im Bereich von 4 kW bis 2400 kW liegt und die dem Medium in dem Hauptreaktionsbehälter zugeführte Strahlendosis im Bereich von 0,1 kGy bis 1000 kGy liegt. Die Konzentration des Ozons in dem ozonhaltigen Gas beträgt vorzugsweise 0,1 g/m³ bis 1000 g/m³. Die chemischen Reaktionen laufen besonders schnell ab, wenn das Medium in dem Vorreaktionsbehälter, in dem Hauptreaktionsbehälter und/oder dem Nachreaktionsbehälter mit ozonhaltigem Gas durchmischt wird, so daß sich das ozonhaltige Gas nicht allein durch Diffusion verteilen muß.

Bei Bedarf können dem Vorreaktionsbehälter zusätzlich zu dem ozonhaltigen Gas weitere Chemikalien, vorzugsweise oxidations­ fördernde Chemikalien, zugeführt werden. Sollten bei der Behand­ lung in den zuvor beschriebenen Stufen organische Abbauprodukte der Schadstoffe im Medium verbleiben, wird in einer bevorzugten Ausführungsform das Medium aus dem Nachreaktionsbehälter in eine biologische Reinigungseinrichtung übergeleitet und dort einer biologischen Reinigung unterzogen. Dabei können die gegebenen­ falls vorhandenen organischen Abbauprodukte der Schadstoffe durch für den speziellen Anwendungsfall adaptierte Mikroorganismen in einer biologischen Klärstufe abgebaut werden.

Falls erforderlich, z. B. bei einer besonders hohen Schadstoff­ belastung des Mediums, kann das zuvor erläuterte Verfahren mehrfach durchgeführt werden. Dazu wird das aus dem Nachreak­ tionsbehälter oder der biologischen Reinigungseinrichtung austretende Medium erneut dem Vorreaktionsbehälter zugeführt.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren, das auf der erfindungs­ gemäßen Vorrichtung durchgeführt werden kann, handelt es sich also um ein physikalisch-chemisches Verfahren zur Reinigung von mit verschiedenartigen organischen und auch anorganischen Chemikalien belasteten pumpfähigen Medien, welches auf der Bestrahlung dieser Medien mit hochenergetischen Elektronen in Kombination mit einer Behandlung mit Ozon und gegebenenfalls anderen Oxidationsmitteln und gegebenenfalls einer biologischen Nachreinigung beruht. Bei einer bevorzugten Ausführungsform entsteht in dem sauerstoffhaltigen Gas, das zur Kühlung des Strahleintrittsfensters verwendet wird, unter der Wirkung des Elektronenstrahls Ozon. Dieses Ozon wird dabei in einem ge­ schlossenen System zur Förderung der Oxidation von Schadstoffen genutzt. Je nach Größe der Anlage können zum Beispiel 0,1 m³/h bis 2000 m³/h von belastetem pumpfähigem Medium wie zum Beispiel Abwasser oder verunreinigtem Grundwasser aufbereitet werden. Besonders wirtschaftlich arbeiten Anlagen bei einer Durch­ flußmenge im Bereich von 10 m³/h bis 1000 m³/h. Die zur Kühlung des Strahleintrittsfensters erforderliche Durchflußmenge an sauerstoffhaltigem Gas beträgt dabei typischerweise 100 m³/h bis 5000 m³/h, was im Einzelfall von der Bauart des eingesetzten Elektronenstrahlers und dessen Parametern (Energie bzw. Be­ schleunigungsspannung, Strahlleistung, Strahlstrom) sowie der Geometrie des Strahleintrittsfensters abhängt. Die Verhältnisse der Mengen an dem Vorreaktionsbehälter, dem Hauptreaktions­ behälter und dem Nachreaktionsbehälter zugeführtem ozonhaltigem Gas können variabel festgelegt und auf den Einzelfall optimiert werden. So kann zum Beispiel das Verhältnis der pro Zeiteinheit in den Hauptreaktionsbehälter eintretenden Mengen an zu behan­ delndem Medium zu ozonhaltigem Gas im Bereich von 0,1 : 1 bis 1 : 10 (vorzugsweise 1 : 5 bis 1 : 7) liegen.

Ein positiver Nebeneffekt der Verwendung eines geschlossenen Gaskreislaufs ist, daß aus dem zu behandelnden Medium ausgetra­ gene flüchtige organische Substanzen mit Hilfe des in dem Gas enthaltenen Ozon sowie durch Elektronenbestrahlung in der Gasphase abgebaut werden können.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher beschrieben. Die Zeichnung zeigt in

Fig. 1 ein Blockdiagramm einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Ausführen eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Aufbereitung von mit Schadstoffen belasteten pumpfähi­ gen Medien.

Ein Ausführungsbeispiel für eine Vorrichtung zur Aufbereitung von mit Schadstoffen belasteten pumpfähigen Medien wird im folgenden anhand des in Fig. 1 gezeigten Blockdiagramms erläutert. Gleichzeitig wird dabei deutlich, wie ein auf dieser Vorrichtung ausgeübtes Verfahren abläuft.

Das zu behandelnde und aufzubereitende pumpfähige Medium wird über eine Zuführung 1 und ein Regulierventil 2 mit Hilfe einer Fördereinrichtung 4 (zum Beispiel einer Pumpe) einem Vorreak­ tionsbehälter 7 zugeführt. Während der Zuführung können dem zu behandelnden Medium mit Hilfe einer Dosiereinrichtung 3 über eine Chemikalienzugabe 5 mit einem Regulierventil 6 kontinuierlich reaktionsfördernde Chemikalien zudosiert werden.

In dem Vorreaktionsbehälter 7 hat das Medium eine definierte Verweildauer, die durch die eingestellte Strömungsgeschwindigkeit bestimmt wird. Nach der Vorreaktion (siehe unten) wird das Medium mittels einer Fördereinrichtung 9 (Pumpe) über eine Entleerungs­ einrichtung 8 in einen Hauptreaktionsbehälter 11 geführt. Dort strömt es von einem Zulauf 10 langsam in Richtung auf einen Überlauf 12. In einer Behandlungskammer 42, die im oberen Bereich des Hauptreaktionsbehälters 11 angeordnet ist, wird das Medium einer Elektronenbestrahlung (siehe unten) ausgesetzt. Danach wird das Medium mittels einer Fördereinrichtung 13 (Pumpe) vom Überlauf 12 des Hauptreaktionsbehälters 11 in einen Nachreak­ tionsbehälter 14 gefördert. Nach einer definierten Verweildauer, die durch die Strömungsgeschwindigkeit bestimmt ist, kann das Medium über eine Entleerungseinrichtung 15 mittels einer Fördereinrichtung 16 (z. B. Pumpe) zu einer biologischen Reini­ gungseinrichtung 17 gefördert werden. Die Verweildauer des Mediums in der biologischen Reinigungseinrichtung 17 richtet sich nach den Restinhaltsstoffen des behandelten Mediums und den in der biologischen Reinigungsstufe 17 zum Einsatz kommenden Mikroorganismen. Nach der biologischen Reinigung wird das gereinigte Medium 19 mittels einer Fördereinrichtung 18 (Pumpe) abgeführt.

Für die Elektronenbestrahlung des zu behandelnden Mediums wird ein handelsüblicher Elektronenstrahler 20 mit einer Strahllei­ stung im Bereich von 4 kW bis 2400 kW bei einer Beschleunigungs­ spannung im Bereich von 0,4 MV bis 6,0 MV eingesetzt. Der für die Behandlung notwendige Elektronenstrahl wird in einer Elektronen­ strahlerzeugung 21 erzeugt und gelangt über ein Strahleintritts­ fenster 23 an das zu behandelnde Medium. Das Strahleintrittsfen­ ster 23 besteht zum Beispiel aus einer dünnen Titanfolie. Es trennt das zum Betrieb des Elektronenstrahlers 20 erforderliche Hochvakuum von dem darunterliegenden Bereich in der Bestrahlungs­ kammer 42, in dem im wesentlichen Atmosphärendruck herrscht. Da die Elektronen beim Durchtritt durch das Strahleintrittsfenster 23 einen Teil ihrer Energie verlieren, wird das Strahleintritts­ fenster 23 so stark erwärmt, daß es gekühlt werden muß (siehe unten). Die für den Elektronenstrahler 20 notwendige Energie wird über eine Stromzuführung 22 bereitgestellt.

Bei Inbetriebnahme der Anlage muß sofort das Strahleintrittsfen­ ster 23 des Elektronenstrahlers 20 gekühlt werden. Dies geschieht zunächst mit Frischluft, die über eine Frischluftzufuhr 24 und ein Regulierventil 25 einer Regeleinrichtung 26 zugeführt wird. Mit Hilfe der Regeleinrichtung 26 werden die im folgenden beschriebenen Gasvolumenströme eingeregelt. Die für die Kühlung des Strahleintrittsfensters 23 notwendige Luftmenge wird diesem mit Hilfe einer Fördereinrichtung 27 (zum Beispiel einem Gebläse) über eine Luftzuführung 28 zugeführt. Diese Luftmenge strömt zwischen dem im Ausführungsbeispiel horizontal angeordneten Strahleintrittsfenster 23 (eine vertikale Anordnung ist auch denkbar) und dem sich in etwa in Höhe des Überlaufs 12 befindenden Pegel des Mediums in dem Hauptreaktionsbehälter 11. Dabei wird einerseits das Strahleintrittsfenster 23 gekühlt und andererseits von den hindurchtretenden Elektronen Ozon erzeugt. Die Elektronen werden in dieser Luftschicht nur in geringem Maße abgebremst und treten daher in das Medium in dem Hauptreaktionsbehälter 11 ein, wo sie weitere Reaktionen auslösen.

Die mit Ozon angereicherte Kühlluft wird an einer Absaugung 29 mit Hilfe einer Fördereinrichtung 30 (Gebläse) abgesaugt und über eine Fördereinrichtung 31 (Gebläse) dem Vorreaktionsbehälter 7, dem Hauptreaktionsbehälter 11 und dem Nachreaktionsbehälter 14 als ozonhaltiges Gas zugeführt. Die einzelnen Volumenströme lassen sich über Regulierventile 32, 34 und 36 regulieren und auf ein für jeden Reaktionsbehälter optimales Niveau einstellen. Eine reaktionsfördernde gleichmäßige Verteilung des in die Reaktions­ behälter 7, 11 und 14 eintretenden ozonhaltigen Gases und eine gründliche Durchmischung mit dem Medium in dem jeweiligen Reaktionsbehälter 7, 11 bzw. 14 läßt sich mit Hilfe der Zuführun­ gen 33, 35 bzw. 37 erreichen. Die ozonhaltigen Gasströme durchströmen das zu behandelnde Medium in den jeweiligen Reaktionsbehältern 7, 11 und 14 und werden danach an Absaugein­ richtungen 40, 43 bzw. 38 durch Fördereinrichtungen (Gebläse) 41, 44 bzw. 39 der Regeleinrichtung 26 zugeführt. Die Regeleinrich­ tung 26 regelt die Zufuhr von Frischluft über das Regulierventil 25, um die Luftmenge (Sauerstoffmenge) zu ersetzen, die durch chemische Reaktionen sowie durch Austragung mit dem Medium verlorengeht.

Im Ausführungsbeispiel gliedert sich das Verfahren zur Aufberei­ tung von mit Schadstoffen belasteten pumpfähigen Medien in fünf 1 Teilbereiche, die in fünf verschiedenen Komponenten der in Fig. 1 dargestellten Anlage ablaufen, wie im folgenden nochmals zusammengefaßt und in Teilaspekten näher erläutert:

1. Elektronenstrahlsystem und Ozonerzeugung: In dem Elektronen­ strahler 20 werden freie Elektronen erzeugt und durch Hoch­ spannung stark beschleunigt. Die Erzeugung und Beschleunigung der Elektronen findet im Hochvakuum statt. Die Elektronen werden durch elektromagnetische Felder zu einem fokussierten Strahl gebündelt und gescannt und verlassen das Beschleunigersystem durch ein Strahlaustrittsfenster, nämlich das Strahleintrittsfen­ ster 23 (über das die Elektronen in die Behandlungskammer 42 des Hauptreaktionsbehälters 11 eintreten). Um die hierbei freiwerden­ de Wärmeenergie abzuführen, wird das Strahleintrittsfenster 23 mit einer großen Luftmenge gekühlt. Dabei werden die Luftmoleküle von den Elektronen getroffen, und aus den Sauerstoffanteilen 1 entsteht Ozon in einer Konzentration von ca. 0,1 g/m³ bis 1000 g/m³.

2. Vorreaktion, Vorozonierung, Anoxidation: Das zu behandelnde Medium wird kontinuierlich in den Vorreaktionsbehälter 7 geführt. In dem Vorreaktionsbehälter 7 wird als ozonhaltiges Gas ein Teilstrom der ozonhaltigen Kühlluft eingebracht. Die eingebrachte Luft wird sehr fein verteilt, wobei das Medium eine intensive Verwirbelung erfährt, die zu einer Beschleunigung der chemischen Reaktionen führt. Die Verweildauer in dem Vorreaktionsbehälter 7 wird auf die spezifischen Reaktionen der Inhaltsstoffe des Mediums abgestimmt. Die in dem Medium enthaltenen organischen Substanzen werden von dem in der zugeführten Luft enthaltenen Ozon, das sich in dem Medium löst, teilweise oxidiert oder anoxidiert, was durch die Zugabe von zusätzlichen Oxidations­ mitteln noch gefördert werden kann.

3. Elektronenbestrahlung des Mediums und Bestrahlungsbehälter: Nach der Vorbehandlung im Vorreaktionsbehälter 7 wird das zu behandelnde Medium in der Behandlungskammer (Bestrahlungskammer) 42 des Hauptreaktionsbehälters 11 kontinuierlich einer Elek­ tronenbestrahlung ausgesetzt. Während der Elektronenbestrahlung wird in den Hauptreaktionsbehälter 11 ebenfalls ein Teilstrom der ozonhaltigen Kühlluft eingetragen. Durch die Gestaltung der Zuführung 35 wird dabei das zu behandelnde Medium intensiv durchmischt. Dadurch verbessert sich die Ozonaufnahme durch das zu behandelnde Medium. Die Ausführung der Behandlungskammer 42 ermöglicht eine effektive Elektronenbestrahlung bei maximalem Schadstoffabbau. Zusätzlich können durch die intensive, turbulen­ te Luftströmung in der Behandlungskammer 42 flüchtige organische Substanzen ausgetragen werden, welche dann in der Gasphase mit dem Elektronenstrahl behandelt und abgebaut werden.

4. Nachreaktionsbehälter: Nach der Elektronenbestrahlung wird das zu behandelnde Medium in den Nachreaktionsbehälter 14 geführt, um chemische Nachreaktionen, welche mit niedrigeren Geschwindig­ keiten ablaufen, zu ermöglichen. Die Verweildauer des Mediums im Nachreaktionsbehälter 14 wird von den chemischen Parametern des zu behandelnden Mediums bestimmt. Zur Verbesserung der Oxidation organischer Inhaltsstoffe kann dem Nachreaktionsbehälter ebenfalls ein Teilstrom der ozonhaltigen Kühlluft zugeführt werden. Eine intensive Verwirbelung im Nachreaktionsbehälter 14 begünstigt diese Nachreaktionsprozesse.

5. Biologische Klärstufe: Sollten bei der Behandlung in den zuvor beschriebenen Stufen organische Abbauprodukte der Schadstoffe im Medium verbleiben, werden diese durch für den speziellen Anwendungsfall adaptierte Mikroorganismen in der biologischen Reinigungseinrichtung 17 abgebaut. Durch Entnahme von Proben nach den einzelnen Behandlungsstufen und/oder eine geeignete Online- Analytik kann der Ablauf des Schadstoffabbaus anhand ausgewählter chemischer und physikalischer Parameter überprüft werden.

Durch die Gesamtkonzeption der Vorrichtung (Anlage) und des darauf durchgeführten Verfahrens können organische Schadstoffe in pumpfähigen Medien je nach Vorgaben des Einsatzzieles voll­ ständig abgebaut oder auf ein bestimmtes Maß reduziert werden. Dies kann auch in hohem Maße auf anorganische Belastungen im Medium zutreffen.

Claims (18)

1. Verfahren zur Aufbereitung von mit Schadstoffen belasteten pumpfähigen Medien, mit den Schritten:

• - Einleiten des aufzubereitenden Mediums in einen Vorreak­ tionsbehälter (7), dem ozonhaltiges Gas zugeführt wird,
• - Überleiten des Mediums von dem Vorreaktionsbehälter (7) in einen Hauptreaktionsbehälter (11), dem ozonhaltiges Gas zugeführt wird, und Bestrahlen des Mediums in dem Hauptreak­ tionsbehälter (11) mit Elektronen,
• - Überleiten des Mediums von dem Hauptreaktionsbehälter (11) in einen von dem Vorreaktionsbehälter (7) separaten Nachre­ aktionsbehälter (14), dem ozonhaltiges Gas zugeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektronen über ein Strahleintrittsfenster (23) in den Hauptreaktionsbehälter (11) eintreten und daß zwischen dem Strahleintrittsfenster (23) und dem Medium in dem Hauptreak­ tionsbehälter (11) ein sauerstoffhaltiges Gas, vorzugsweise auf Luftbasis, in einer zum Kühlen des Strahleintrittsfen­ sters (23) eingerichteten Durchflußmenge durchgeführt wird und daß das in dem Gas beim Durchtreten der Elektronen er­ zeugte Ozon zumindest einen Teil des Ozons in dem ozonhalti­ gen Gas darstellt, das dem Vorreaktionsbehälter (7), dem Hauptreaktionsbehälter (11) und/oder dem Nachreaktionsbehäl­ ter (14) zugeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis zwischen dem Volumen des pro Zeiteinheit zwischen dem Strahleintrittsfenster (23) und dem Medium in dem Hauptreaktionsbehälter (11) durchgeführten sauerstoffhalti­ gen Gases und dem Volumen des pro Zeiteinheit in den Haupt­ reaktionsbehälter (11) übergeleiteten Mediums im Bereich von 0,1 : 1 bis 10 : 1, vorzugsweise im Bereich von 5 : 1 bis 7 : 1, liegt.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das aus dem Vorreaktionsbehälter (7) und dem Nachreak­ tionsbehälter (14) austretende Gas sowie optional ein Teil des aus dem Hauptreaktionsbehälter (11) austretenden Gases in einem geschlossenen System gesammelt wird, daß dem gesam­ melten Gas über eine Regeleinrichtung (26) Frischluft zu­ geführt wird, um Gasverluste durch chemische Reaktionen in dem Medium und durch Austragung mit dem Medium aus dem Nach­ reaktionsbehälter (14) zu ersetzen, daß das so gesammelte und mit Frischluft angereicherte Gas als das sauerstoffhal­ tige Gas zwischen dem Strahleintrittsfenster (23) und dem Medium in dem Hauptreaktionsbehälter (11) durchgeführt wird und daß zumindest ein Teil des den Hauptreaktionsbehälter (11) verlassenden Gases als ozonhaltiges Gas dem Vorreak­ tionsbehälter (7), dem Hauptreaktionsbehälter (11) und/oder dem Nachreaktionsbehälter (14) zugeführt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die zur Bestrahlung verwendeten Elektronen eine Energie im Bereich von 0,4 MeV bis 6,0 MeV haben, die Strahlleistung im Bereich von 4 kW bis 2400 kW liegt und die dem Medium in dem Hauptreaktionsbehälter (11) zugeführte Strahlendosis im Bereich von 0,1 kGy bis 1000 kGy liegt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Konzentration des Ozons in dem ozonhalti­ gen Gas im Bereich von 0,1 g/m³ bis 1000 g/m³ liegt.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Medium in dem Vorreaktionsbehälter (7), das Medium in dem Hauptreaktionsbehälter (11) und/oder das Medium in dem Nachreaktionsbehälter (14) mit ozonhaltigem Gas durchmischt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Medium in dem Vorreaktionsbehälter (7), in dem Hauptreaktionsbehälter (11) und/oder in dem Nachreak­ tionsbehälter (14) eine definierte Verweildauer hat.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß in Abhängigkeit von der Schadstoffbelastung des Mediums der Vorreaktionsbehälter (7) und/oder der Nachreaktionsbehälter (14) umgangen wird, so daß die Verweildauer des Mediums in dem Vorreaktionsbehälter (7) bzw. in dem Nachreaktions­ behälter (14) gleich Null ist.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß dem Vorreaktionsbehälter (7) zusätzlich zu dem ozonhaltigen Gas Chemikalien, vorzugsweise oxidationsför­ dernde Chemikalien, zugeführt werden.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Medium aus dem Nachreaktionsbehälter (14) in eine biologische Reinigungseinrichtung (17) übergeleitet und dort einer biologischen Reinigung unterzogen wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das aus dem Nachreaktionsbehälter (14) oder der biologischen Reinigungseinrichtung (17) austretende Medium erneut dem Vorreaktionsbehälter (7) zugeführt wird.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Ablauf des Schadstoffabbaus mittels Entnahme von Proben nach vorgewählten Behandlungsstufen und/oder mittels Online-Analytik anhand ausgewählter chemischer und/oder physikalischer Parameter überwacht wird.

14. Vorrichtung zur Aufbereitung von mit Schadstoffen belasteten pumpfähigen Medien, mit:

• - einem Vorreaktionsbehälter (7), in den das aufzubereitende Medium einleitbar ist und dem ozonhaltiges Gas zuführbar ist,
• - einem Hauptreaktionsbehälter (11), in den das Medium von dem Vorreaktionsbehälter (7) überleitbar ist und dem ozon­ haltiges Gas zuführbar ist,
• - einer Einrichtung (20) zur Bestrahlung des Mediums in dem Hauptreaktionsbehälter (11) mit Elektronen,
• - einem von dem Vorreaktionsbehälter (7) separaten Nachreak­ tionsbehälter (14), in den das Medium von dem Hauptreak­ tionsbehälter (11) überleitbar ist und dem ozonhaltiges Gas zuführbar ist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch ein Strahleintrittsfenster (23) für die Elektronen, das oberhalb des für das Medium in dem Hauptreaktionsbehälter (11) vor­ gesehenen Füllstands angeordnet ist, und zwar vorzugsweise horizontal, und das durch eine zwischen dem Strahleintritts­ fenster (23) und dem Füllstand des Mediums durchführbare Gasströmung kühlbar ist.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, gekennzeichnet durch ein ge­ schlossenes Gasförder- und -leitsystem mit einer Regelein­ richtung (26), das dazu eingerichtet ist, aus dem Vorreak­ tionsbehälter (7), dem Hauptreaktionsbehälter (11) sowie dem Nachreaktionsbehälter (14) austretendes Gas zu sammeln, dem gesammelten Gas über die Regeleinrichtung (26) zum Ausgleich für Gasverluste durch chemische Reaktionen in dem Medium und durch Austragung mit dem Medium aus dem Nachreaktions­ behälter (14) Frischluft zuzuführen, das so gesammelte und mit Frischluft angereicherte Gas zwischen dem Strahlein­ trittsfenster (23) und dem Medium in dem Hauptreaktionsbe­ hälter (11) durchzuführen und zumindest einen Teil dieses Gases dem Vorreaktionsbehälter (7) und/oder dem Hauptreak­ tionsbehälter (11) und/oder dem Nachreaktionsbehälter (14) zuzuführen.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Einrichtung (20) zum Be­ strahlen des Mediums bereitgestellten Elektronen eine Ener­ gie im Bereich von 0,4 MeV bis 6,0 MeV haben, wobei die Strahlleistung im Bereich von 4 kW bis 2400 kW liegt und dem Medium in dem Hauptreaktionsbehälter (11) eine Strahlendosis im Bereich von 0,1 kGy bis 1000 kGy zuführbar ist.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 17, gekennzeich­ net durch eine biologische Reinigungseinrichtung (17), die dem Nachreaktionsbehälter (14) nachgeschaltet ist.