DE19909160A1 - Ozonung von Schlämmen und Schlick und dickflüssigen Medien zur Entgiftung von toxischen Substanzen - Google Patents

Abstract

Das erfindungsgemäße Verfahren zur "Ozonung von Schlämmen und Schlick und dickflüssigen Medien zur Entgiftung von toxischen Substanzen" erzeugt Ozon aus sauerstoffhaltigen Gasen durch stille elektrische Entladung nach dem bekannten Prinzip von Werner Siemens und absorbiert dies erzeugte Gas neuartig mit einer wässerigen Suspension, die noch Feststoffe enthalten darf, mit Hilfe einer speziellen dafür geeigneten Pumpe, die dann das Gemisch aus Gas, Wasser und Feststoffen in eine Leitung drückt, in die eine andere Pumpe das mit Ozon zu behandelnde Medium, zum Beispiel biologischen Überschußschlamm oder Schlamm oder Schlick, fördert, die in Flüssen oder Häfen die Fahrrinnen blockieren und die entfernt und auch entgiftet werden müssen, weil sie toxische Substanzen, z. B. Tributylzinn, enthalten. Die Verfahrensanlage kann Schlamm und Schlick ohne Verstopfungsgefahr und ohne Gefährdung der Umwelt mit Ozon in geschlossenen Behältnissen ökologisch und ökonomisch sinnvoll entgiften. DOLLAR A Nach der Reaktion des Ozons in der Mischleitung mit den biologisch nicht abbaubaren Substanzen, die auch toxisch sein können, mit den organischen oder metallorganischen chemischen Verbindungen in dem dickflüssigen Medium prallt das ausreagierte und nun biologisch abbaufähig oder zumindest umweltverträglich gewordene Gemisch auf einen Teller in einem zur Außenumgebung geschlossenen Behälter, wo sich nicht gelöstes Gas vom Wasser und Schlamm trennt. DOLLAR A Das Gemisch aus den drei Phasen Schlamm, Wasser ...

Description

Anwendungsgebiet

Ablagerungen in Hafeneinfahrten, Hafenbecken und Flüssen behindern den Schiffsverkehr, wenn die Fahrrinnen zu flach werden. Deshalb müssen Schlamm- und Schlickablagerungen oft abgebaggert oder abgesaugt, wegtransportiert und woanders gelagert oder verklappt werden.

Diese Schlämme und Schlick sind nicht ungefährlich. Sie können giftige Schwermetalle, metallorganische Verbindungen, wie z. B. Tributylzinn (TBT), oder organische Verbindungen enthalten. Viele dieser Substanzen entstammen den Schutzanstrichen von Schiffen.

Eine Ozonung, d. h. ein Begasen mit Ozon und dessen Absorption in wässerigem Schlick und Adsorption an der Schlammoberfläche, kann die für das Fluß- oder Meeresbiotop toxische organische oder metallorganische Substanzen oxidieren, so daß ihre für die biocide Wirkung verantwortlichen funktionellen Gruppen in den Molekülen zerstört werden und ihre Toxidität verlieren.

Ozon kann chemische Doppelbindungen und elektrisch polarisierte Einfachbindungen in den Molekülen angreifen und aufbrechen.

Ozon wird aus sauerstoffhaltigem Gas durch stille elektrische Entladung großtechnisch erzeugt.

Zweck

Diese Erfindung soll die Aufgabe erfüllen, ozonhaltiges Gas und das mit Ozon zu behandelnde Medium anzusaugen, auf Druck zu bringen, zu mischen, Ozon optimal zu ad- oder absorbieren, reagieren zu lassen und dabei Schlämme und Schlick ökonomisch und ökologisch sinnvoll zu entgiften, ohne dabei irgendwelche Anlagen- und Apparateteile zu verstopfen.

Stand der Technik

In der "Technischen Mitteilung Nr. 13 der FIGAWA", veröffentlicht in bbr Heft 8/87, beschrieben D. Blankenfeld, G. E. Kurzmann und O. Leitzke folgende Ozoneintragsverfahren:

• 1. Kerzenbegasung, ein Ozoneintragsverfahren mit porösen Filterkerzen, durch die das Ozon-Gas-Gemisch feinblasig am Boden von tiefen Becken oder Kolonnen in das Wasser eingetragen und verteilt wird.
• 2. Bei den Injektorverfahren saugt unter Druck stehendes Wasser das Ozon-Gas-Gemisch an und verteilt es in Wasserleitungen oder Becken.
• 3. Die statischen Mischer ermöglichen das Mischen und Lösen von Gasen in Wasser durch relative Verschiebung der Teilströme und durch erhöhte Turbulenzen.
• 4. Rotierende Mischbegaser sind schnellaufende Turbinen, die das Ozon-Gas-Gemisch über die Antriebswelle ansaugen und gleichmäßig über das Volumen eines Wasserbehälter verteilen.
• 5. In Blasensäulen-Abstromreaktoren wird der Gasstrom mit der Flüssigkeit von oben nach unten gepreßt, und in mehrstufigen Reaktoren wird das nicht gelöste Gas mehrfach angeboten.
• 6. In Begasungswäschern oder Kolonnen, die mit Füllkörpern gefüllt sind, strömen Gas und Wasser sich entgegen, und das Ozon wird in der Wasserfilmschicht absorbiert.

Kritik des Standes der Technik

Zu 1) Bei der Kerzenbegasung müssen Mindestmaße der Eintragsbecken und Mindestmengen an Gas und Wasser eingehalten werden, um wirtschaftlich Vertretbare Ozonausbeuten zu erhalten.

Zu 2) Beim Injektorbetrieb sind die Druckverluste des Treibwassers an der Injektordüse hoch.
Will man mit dem Injektor alleine eine gute Ozonabsorption im Wasser erreichen, so benötigt man entweder einen hohen Wasseraustrittsdruck oder einen großen Wassertreibvolumenstrom.
Die Düse erfordert relativ konstante Treibdrücke und Wassertreibvolumenströme, außerdem erlaubt sie nur sehr begrenzt einen hohen Feststoffanteil im Treibwassermedium, weil sie sonst verstopfen kann.

Zu 3) Die statischen Mischer erlauben auch nicht, zum Beispiel Schlamm im Durchlauf zu ozonen, weil sie verstopfen würden.

Zu 4) Die rotierenden Mischbegaser sind energieaufwendige Apparate im Betrieb.

Zu 5) Die Blasen-Abstromreaktoren verlangen einen hohen Regelaufwand.

Zu 6) Mit Füllkörper beladene Wäscher sind für die Ozonung von mit Feststoffen beladenen Flüssigkeiten nicht geeignet, weil sie verstopfen.

• 1. Wasserringkompressoren können wegen der Feststoffanteile zur Ozonung von Suspensionen oder Schlämmen ebenfalls nicht genutzt werden.

Der Teilstrombetrieb, d. h. das Ansaugen von Ozongas mit Wasserringkompressoren oder Injektoren durch klares Wasser und Vermischen mit der Hauptflüssigkeit oder dem Hauptmedium, ist nicht immer möglich und oft auch sehr energieaufwendig.

Aufgabe

Die Erfindung soll als Verfahren die Absorption des Ozons in wässerigen Suspensionen, Schlick und Schlämmen für chemische Reaktionen des Ozons mit gelösten oder suspendierten oder adsorbierten Stoffen physikalisch und wirtschaftlich verbessern und dabei toxische Substanzen in ihrer Wirkung zerstören, ohne daß es dabei in der Anlage oder in den Apparaten zu Verstopfungen kommt.

Das Sauerstoffgas, was zur Ozonerzeugung genutzt und was nicht vollständig in Ozon umgewandelt und nicht von der wässerigen Lösung, in die es mit Ozon eingetragen wird, vollständig gelöst wird, soll rezyklisiert und zur Ozonerzeugung erneut genutzt werden.

Lösung der Aufgabe

Die Ozonabsorption erfolgt erfindungsgemäß mit einer Pumpe (3b), z. B. einer Kreiselpumpe, die ein dreiphasiges Gemisch aus Gas, Wasser und Schlamm fördern kann. Sie ist aus ozonbeständigem Material, wie z. B. Edelstahl 1.4571 und Teflon, gefertigt.

Sie saugt das Ozon-Sauerstoff-Gemisch (2b), was im Ozonerzeuger (2a) produziert wurde, an und bringt es mit dem Treibwasser (3a) dieser Pumpe (3b), was sie aus dem äußeren Zylinder (5b) des erfindungsgemäß gestalteten Entgasungsbehälters (5) holt und auf einen gewünschten Druck von vorzugsweise p = 6 bar absolut bringt. Das Treibwasser (3a) absorbiert einen Teil des Gasgemisches und transportiert das absorbierte und auch das nicht absorbierte mitgerissene Gas in den zu behandelnden Schlick- oder Schlammstrom (4c).

Der Schlamm- oder Schlickstrom wird mit einer Pumpe (4b), vorzugsweise einer Drehkolbenpumpe, vom Boden (4a) des Flusses, des Hafenbeckens oder einer Schute angesaugt, auf Druck gebracht, vorrangig p = 1 bis 6 bar absolut, und mit dem Ozon führenden Strom (3c) von der Pumpe (3b) vermischt.

Das Ozon reagiert in der Mischleitung (5c) auf dem Wege zum Entgasungsbehälter (5) mit dem im Wasser absorbierten und an Schlamm und Schlick adsorbierten Substanzen, zum Beispiel Tributylzinn (TBT).

Die Wasser-, Gas-, Schlamm- und Schlickmassen aus der Mischleitung (5c) prallen im Entgasungsbehälter (5) auf eine schiefe Ebene (5a) des inneren Zylinders. Dadurch entgast der überschüssige Sauerstoff entsprechend des System- und Behälterdruckes von p = 1 bis 6 bar absolut.

Das Flüssigkeitsniveau in diesem Entgasungsbehälter wird mit einem Membranventil im Ablauf (5d) und einer Füllstandsregelung auf etwa 60% der Entgasungsbehälterhöhe gehalten.

Das ablaufende Medium (6) aus ozontem Wasser, Schlick und Schlamm kann auf eine Schute gepumpt und dann auf See verklappt werden.

Der bei einem Druck von p < 5 bar absolut entgaste Sauerstoff (7) wird über einen Gastrockner (8) zum Wasserentzug wieder zur Ozonerzeugung zurückgeführt.

Die fehlende Sauerstoffdifferenz (1), die durch die Umwandlung von Teilen des Sauerstoffs in Ozon und durch Gasabsorption im Wasser zu Stande gekommen ist, wird automatisch dem Ozonerzeuger aus einem Sauerstoffvorratstank (9) neu zugeführt.

Erzielbare Vorteile

Dies Verfahren zur Ozonung von dickflüssigen Medien, Schlämmen und Schlicken, die toxische Substanzen enthalten, kann diese Toxidität vor Ort zerstören.

Die Anlage kann verfahrensbedingt Ozon produzieren, in dickflüssigen Medien, z. B. Suspensionen, Schlämmen und Schlicken ab- und adsorbieren und zur Reaktion bringen, ohne dabei zu verstopfen.

Dadurch, daß die Anlage auf einer Schute, einem Schiff oder einem Floß aufgebaut werden kann, ist sie ortsunabhängig und beweglich einsetzbar.

Die Verfahrensanlage ist regelungstechnisch flexibel. Den Anforderungen entsprechend können die Volumenströme der zu entgiftenden anzusaugenden dickflüssigen Medien, die wässerigen Volumenströme zur Ozonabsorption und die zu produzierende und zu dosierende Ozonmenge variiert werden.

Das Verfahren geht mit dem Sauerstoffgas, was zur Ozonerzeugung benötigt wird, sparsam um, indem der nicht zu Ozon umgesetzte und nicht vom Wasser absorbierte Sauerstoff im Kreis über eine Gastrocknung der Ozonerzeugung wieder zugeführt wird.

Claims (3)

1. Verfahren zur Ozonung von im Wasser gelösten Schadstoffen und von Feststoffen in wässeriger Lösung oder von an Feststoffen in wässeriger Lösung adsorbierten Substanzen, bei dem Ozon aus sauerstoffhaltigen Gasen durch stille elektrische Entladung produziert und zur Reaktion gebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß zur Entgiftung oder zum Aufschluß durch Oxidation dickflüssige Medien, wie Suspensionen, Schlick und Schlämme, die ozont werden sollen, mit Pumpen, wie z. B. Drehkolbenpumpen, aus einer Vorlage oder einem Fluß oder einem Hafenbecken angesaugt, auf Druck gebracht und in eine Leitung gefördert werden und dort mit einem Ozon beladenen Wasser- oder Suspensionsstrom vermischt werden, der zuvor das Ozon, was erfindungsgemäß aus sauerstoffhaltigem Gas erzeugt wurde, mit einer Pumpe, z. B. einer Kreiselpumpe, mit einer wässerigen Suspension aus dem erfindungsgemäßen Entgasungsbecken angesaugt, auf Druck gebracht und in die Leitung mit den dickflüssigen Medien gedrückt hat, und nun die in dem dickflüssigen Medium absorbierten oder an den Partikeln adsorbierten Schadstoffe mit Ozon Reagieren und anschließend nach der Vermischung und Reaktion das Gemisch aus Gas, Wasser und Feststoffen, also auch der nun verdünnte Schlick und Schlamm, auf eine schräge Ebene in einem Zylinder eines Entgasungsbehälters prallt, wobei das nicht gelöste Gas, vorrangig Sauerstoff, diesem Gemisch entweicht, über eine Gastrocknung geleitet und zur Ozonerzeugung zurückgeführt wird und das mit Ozon ausreagierte dickflüssige Medium aus dem Entgasungsbehälter über ein Flüssigkeitsstandregelventil abfließt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der bis auf die Zu- und Abläufe geschlossene verfahrensbedingte Entgasungsbehälter ein zylindrisches Rohr im Inneren konzentrisch zum Außenmantel angeordnet mit einem Durchmesser und einer Länge von 2/3 des Außenmantels bzw. der Länge des Entgasungsbehälters hat, wobei das zylindrische Rohr unten im Entgasungsbehälter aufsteht, aber ein paar Öffnungen unten freiläßt, und nach oben hin offen ist und oben quer und schräg eine Prallplatte eingebaut ist.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß der Systemdruck mit Ausnahme des Ozonerzeugungsteils in der Anlage zur Ab-, Ad- und Desorption und Reaktion des Gases bevorzugt größer als p = 5 bar absolut ist.