DE2440181A1

DE2440181A1 - Verfahren zur ozonisierung von fluessigkeiten und vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens

Info

Publication number: DE2440181A1
Application number: DE2440181A
Authority: DE
Inventors: Gernot Jacob
Original assignee: BBC Brown Boveri France SA
Current assignee: BBC Brown Boveri France SA
Priority date: 1974-07-12
Filing date: 1974-08-22
Publication date: 1976-01-29
Also published as: CH577845A5; DE7428381U

Description

Verfahren zur Ozonisierung von Flüssigkeiten und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ozonisierung von Flüssigkeiten, sowie in Flüssigkeiten suspendierter Feststoffe, und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Bei der Ozonisierung von Flüssigkeiten, insbesondere von Trinkwasser und Abwasser muss von den verschieden grossen Ozonmengens die zur Ozonisierung erforderlich sind, ausgegangen werden. So werden beispielsweise zur Desinfektion von Trinkwasser nur 0,3 - 1,0 g O3/m3 Wasser benötigt.
Die Ozonmenge für Abwasser steigt jedoch auf mindestens 100 - 120 g 03/m3 Wasser an. Daraus geht schon eindeutig hervor, dass die für die Trinkwasser-Reinigung bekannten-Mischsysteme für Abwasser nicht brauchbar sind.
In der Zeitschrift Vom Wasser, Band 25, (1958), Seite 93 bis 106, sind bereits verschiedene indirekte Verfahren zur Wasserozonisierung sowie die physikalisch-chemischen Grundlagen dafür aufgezeichnet werden. So wird beispielsweise auf Seite, 96 ein Gaskreislaufsystem beschrieben und schematisch dargestellt. Dabei liegen als wichtigste Apparateteile der Ozonerzeugungs-Apparat und die Ozon-Wasser-Lösungseinrichtung im Gaskreislauf. In der Lösungseinrichtung wird Ozon aus dem Gasgemisch herausgelöst, der Ozon-Erzeugungsapparat sorgt für eine Ozonanreicherung.
Es tritt also immer abwechselnd eine Anreicherung und eine Verarmung an Ozon ein. Bei diesem geschlossenen System geht wegen der endlichen Löslichkeit von Sauerstoff stets ausser Ozon auch etwas Sauerstoff in das Wasser hinein und somit verloren. Dies zu verhindern ist praktisch unmöglich. Es kann lediglich dafür Sorge getragen werden, dass zusammen mit dem Sauerstoff eine möglichst grosse Ozonmenge gelöst wird, womit also das Verhältnis gelöster Ozon/gelöster Sauerstoff möglichst gross gehalten wird.
Dies wird durch die Wahl eines möglichst grossen Partial-Druckverhältnisses Ozon/Sauerstoff erreicht, jedoch ergeben derartige ozonreiche Gasgemische grundsätzlich schlechte Energieausbeuten.
Ein weiteres in der vorgenannten Schrift beschriebenes Verfahren ist die Wasserozonisierung mittels Gegenstrom- Absorptionskolonnen. Nach diesem Verfahren erfolgt die Auflösung des Ozons im Gegenstrom, diejenige des Sauerstoffes hingegen nicht oder beinahe nicht.
Eine weitere bekannte Ozonisieranlage ist in einem Sonderdruck der Fa. KERAG, Richterswil (Schweiz)> beschrieben.
Es handelt sich hierbei um einen sogenannten Radialbegaser.
Dieser ist so aufgebaut, dass eine zyli#ndrische Kontaktkolonne mit einem axialen Fallrohr ausgerüstet ist, wobei im oberen Teil dieses Fallrohres ein Radialbegaser eingebaut ist. Das Rohwasser wird in dieses Rohr oberhalb des eigentlichen Begasungsorganes eingeleitet. Durch dieses Begasungsorgan wird ein Vorhang aus sehr feinen Ozongasblasen und stark ozonisiertem Wasser über den ganzen Rohrquerschnitt verbreitet und dauernd aufrechterhalten. Das Rohwasser strömt durch diesen Vorhang und wird augenblicklich ozonisiert. Dabei ist im Fallrohr die Strömungsgeschwindigkeit so gewählt, dass die feinen Blasen des ozonhaltigen Trägergasvorhanges in die Tiefe mitgerissen werden.
Das ozonhaltige Abgas tritt unten aus dem Fallrohr in die Kontaktkammer ein und steigt durch die ganze Wassersäule an die Oberfläche.
Bei den vorgenannten bekannten Verfahren wird immer gasförmiges Ozon direkt in die zu ozonisierende Flüssigkeit eingeblasen, bzw. strömt das Gas von unten nach oben durch die Flüssigkeit hindurch. Wird ein Ozonisator mit Luft als Ausgangsgas betrieben, son sind der Ozon-Partialdruck und die Ozon-Menge pro Stunde gering. Die Ozonmenge kann durch einen grösseren Gasdurchsatz erhöht werden.
Eine gute Löslichkeit des Ozons, beispielsweise in Wasser, wird nur bei hohem Partialdruck erreicht.
Es ist Aufgabe der Erfindung'ein Verfahren zu verwirklichen, bei welchem möglichst geringe Gasverluste auftreten, welches eine relativ geringe Ozon-Menge benötigt, um einen wirksamen Erfolg zu erzielen, und welches ohne die Verwendung eines Trägergases, d.h. also mit 100 %-ig reinem Ozon arbeitet.
Die vorgenannte Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass poröse Trägerfeststoff-Teile von einem Trägergas-Ozon-Gemisch durchströmt werden, wobei die Ozonmoleküle in den Poren der Trägerfeststoff-Teile adsorbiert werden und diese anschliessend durch Transportmedien der zu ozonisierenden Flüssigkeit zugeführt werden, wobei das adsorbierte Ozon beim Durchströmen der Flüssigkeit in einem Reaktionsgefäss von unten nach oben an die Flüssigkeit abgegeben wird, und die dann ozonfreien Trägerfeststoff-Teile getrocknet und erneut mit Ozon beladen werden.
Der Vorteil des neuerungsgemässen Verfahrens liegt insbesondere darin, dass die mit Ozon aufgeladenen Trägerfeststoff-Teile, d.h, die in den Poren der Trägerfeststoff-Teile enthaltenen Ozonmoleküle, ohne ein Trägergas der zu ozonisierenden Flüssigkeit direkt zugeführt werden, wobei die Trägerfeststoff-Teile das in deren Poren enthaltene Ozon direkt an die Flüssigkeit abgeben, ohne dass Sauerstoff oder andere Gase mit der Flüssigkeit in Berührung kommen. Weiterhin können die nach dem Durchlaufen des Reaktionsgefässes ozonfreien Trägerfeststoff-Teile wiederum getrocknet und erneut im Adsorptionsgefäss mit Ozon beladen werden.
Gemäss einer weiteren Ausgestaltung dieses Verfahrens können als Trägerfeststoff-Teile Molekularsiebe, welche aus Zeolithen bestehen, weiterhin Silicagel, Aktivkohle, poröse Metalle oder poröse keramische Körper verwendet werden.
Bei der Verwendung von Zeolithen als Molekularsieb ergibt sich der Vorteil, dass das Zeolith, welches aus einem Natrium-Aluminium-Silikat besteht, und welches besonders feine Poren aufweist, deren Grösse bei dessen Herstellung einstellbar sind, so dass sie in etwa der Grösse der Ozon-Moleküle entsprechen, eine besonders gute Beladungsfähigkeit mit Ozon aufweist.
Ein besonderer Vorteil bei der Verwendung von Molekularsieben ist die beliebige Regenerationsmöglichkeit durch Erhitzen auf 200 - 4000 C und Spülen mit trockenem Stickstoff oder Luft, wonach sie erneut als Adsorptionsfeststoffe verwendet werden können.
Als poröse Metalle eignen sich insbesondere Magnesium mit Nickel legiert, eine Titan-Nickel-Legierung, reines Raney-Nickel, welches aus einer Aluminium-Nickel-Legierung herausgelöst wird, sowie alle anderen Legierungen, welche eine poröse Oberfläche zur Adsorption des Ozons aufweisen.
Gemäss einer weiteren Ausbildungsform durchströmt die zu ozonisierende Flüssigkeit zusammen mit dem Ozon aus den Trägerfeststoff-Teilen das Reaktionsgefäss von oben nach unten.
Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass die zu ozonisierende Flüssigkeit die Trägerfeststoff-Teile, vorzugsweise das aus Zeolith bestehende Molekularsieb, durch ihr Eigengewicht im Reaktionsgefäss von oben nach unten durchströmt und zur Abgabe des in den Poren der Trägerfeststoff-Teile enthaltenen Ozons an die Flüssigkeit eine entsprechend lange Zeit zur Verfügung steht.
Die vorliegende Erfindung ist weiterhin gekennzeichnet, durch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, bei welcher. in einem mit einer Austrittsöffnung versehenen Adsorptionsgefäss eine Einfüllöffnung für die Trägerfeststoff-Teile, eine Trägergas-Austrittsöffnung und eine Zuführungsöffnung für das Trägergas /Ozongemisch angeordnet ist, und weiterhin an der Austrittsöffnung eine Transportvorrichtung für die beladenen Trägerfeststoff-Teile vorgesehen ist, durch welche diese zu einem Reaktionsgefäss gelangen, welches mit einer Zuführung für die zu ozonisierende Flüssigkeit, eine Ablauföffnung für die ozonisierte Flüssigkeit und einem Austrittskanal für die ozonfreien Trägerfeststoff-Teile versehen ist.
Weiterhin kann das Reaktionsgefäss ein geschlossener Behälter sein, oder als offener Behälter ausgebildet werden, in welchem die zu ozonisierende Flüssigkeit dem atmosphärischen Druck ausgesetzt ist.
Bei der Verwendung eines geschlossenen Behälters ergibt sich der Vorteil, dass überschüssige Ozonmengen, welche noch nicht in der Flüssigkeit gelöst sind, sich nicht in die Atmosphäre verflüchtigen können und somit für eine weitere, zu ozonisierende Flüssigkeitsmenge zur Verfügung stehen.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Vorrichtung zur Ozonisierung von Flüssigkeiten beispielsweise dargestellt.
Es zeigt: Fig. 1 eine Schemazeichnung der Vorrichtung zur Ozonisierung von Flüssigkeiten, Fig. 2 ein als geschlossener Behälter ausgebildetes Reaktionsgefäss, Fig. 3 ein als offener Behälter ausgebildetes Reaktionsgefäss, Fig. 4 ein Reaktionsgefäss, welches vertikal von oben nach unten durchströmt wird.
Gemäss Fig. 1 ist mit 1 ein Adsorptionsgefäss bezeichnet, an dessen oberem Teil ein Einfüllstutzen 2 für den Trägerfeststoff mit einem an sich bekannten Verschluss 3, welcher auch als Hochofen-Verschluss bezeichnet wird, sowie ein Abluftstutzen 4, durch welchen ozonfreies Trägergas entweichen kann, angeordnet ist. Im unteren Teil des Adsorptionsgefässes 1 ist eine Zuführungsöffnung 5 für das Trägergas--Ozongemisch vorgesehen. Im Adsorptionsgefäss 1 befindet sich weiterhin ein Gewicht 6, welches achsparallele Oeffnungen 7 und eine Führungsstange 8 aufweist, und dessen unteres Ende als Sieb 9 ausgebildet ist. Das untere Ende des Adsorptionsgefässes 1 ist kegelstumpfförmig ausgebildet und mündet in eine, vorzugsweise rohrförmig ausgebildete Transportvorrichtung 10, in welcher eine von einem Motor 11 angetriebene Transportschnecke 12 so angeordnet ist, dass die mit Ozon beladenen Trägerfeststoff-Teile 13 vom Adsorptionsgefäss 1 weg zu einer Uebertrittsöffnung 14 mit einem Regulierventil 15 in ein, ebenfalls mit einer Transportschnecke 12, welche gleichfalls vom Motor 11 angetrieben wird, Versehenes Zuführungsrohr 16 gelangen, welches in ein Reaktionsgefäss 17 mündet. Dieses Reaktionsgefäss 17 weist an seinem unteren Ende eine Zuführung 18 für die zu ozonisierende Flüssigkeit und an seinem oberen Ende eine Ablauföffnung 19 für die ozonisierte Flüssigkeit auf. Weiterhin ist in Verlängerung des Zuführungsrohres 16 ein Austrittskanal 20 für den ozonfreien Trägerfeststoff vorgesehen, durch welchen die Trägerfeststoff-Teile 13 auf eine Fördervorrichtung 21 gelangen, mittels welcher sie der Regenerierung zugeführt werden.
In der Fig. 2 ist wiederum ein Reaktionsgefäss 17 für die zu ozonisierende Flüssigkeit dargestellt, bei welchem die ozonisierte Flüssigkeit nach oben durch eine Ablauföffnung 19 austritt, bei welchem jedoch oberhalb der ozonisierten Flüssigkeit ein Gaspolster 22 gebildet wird, wobei durch dieses Gaspolster erreicht wird, dass die Flüssigkeit unter einer Druckeinwirkung steht, wodurch noch eine kontinuierliche Durchflussströmung erzielt wird.
Gemäss Fig. 3 ist das Reaktionsgefäss 17 als ein sogenannter offener Behälter ausgebildet, in welchem die ozonisierte Flüssigkeit nach Erreichen der Ablauföffnung 19 abfliessen kann, wobei in der Flüssigkeit noch nicht gelöste Ozonrestmengen in die Atmosphäre entweichen können.
In der Fig. 4 ist ebenfalls ein geschlossenes Reaktionsgefäss 17 dargestellt, bei welchem jedoch die Transportschnecke 12 an dessen oberen Ende angeordnet ist und die Zuführung 18 für die zu ozonisierende Flüssigkeit ebenfalls an der Oberseite des Reaktionsgefässes 17 vorgesehen ist, während die Ablauföffnung sich am unteren Ende des Reaktionsgefässes 17 befindet. Bei dieser Anordnung durchströmt die zu ozonisierende Flüssigkeit zusammen mit den von der Transportschnecke 12 beförderten Trägerfeststoff-Teilen, an welche der Ozon gebunden ist, mit diesen zusammen das Reaktionsgefäss 17 in vertikaler Richtung von oben nach unten, wobei die ozonisierte Flüssigkeit durch die Ablauföffnung 19 abgeführt wird.
In den Figuren 2, 3 und 4 sind gleiche Teile mit denselben Bezugszahlen versehen wie in Fig. 1.
Die Betriebsweise der erfindungsgemässen Vorrichtung ist folgende: In das Adsorptionsgefäss 1 wird durch den Verschluss 3 im Einfüllstutzen 2 ein Trägerfeststoff, beispielsweise Zeolith, Silicagel, Aktivkohle, oder ein aus porösen Metallen oder porösen keramischen Körpern gebildeter Feststoff eingefüllt. Nach Ereichung der erforderlichen Füllmenge wird das an der Führungsstange 8 befestigte Gewicht 6, welches achsparallele Oeffnungen 7 aufweist, zusammen mit dem Sieb 9 auf die Trägerfeststoff-Teile 13 aufgesetzt. Nunmehr wird durch die Zuführungsöffnung 4 ein Trägergas/Ozongemisch eingeblasen, welches die aus den Trägerfeststoff-Teilen 13 bestehende Füllung des Adsörptionsgefässes 1 von unten nach oben durchströmt, wobei der Ozon von den porösen Oberflächen der Trägerfeststoff-Teile 13 adsorbiert wird, während das Trägergas durch das Sieb 9 und die achsparallelen Oeffnungen 7 des Gewichtes 6 nach oben durch den Abluftstutzen 4 entweichen kann. Nach erfolgter Sättigung der Trägerfeststoff-Teile 13 wird der Zufluss des Trägergas/Ozon-Gemisches unterbrochen und die Trägerfeststoff-Teile 13, in deren porösen Oberflächen der Ozon festgehalten wird, erreicht durch die untere Auslassöffnung des Adsorptionsgefässes 1 die Transportvorrichtung 10, deren durch den Motor 11 angetriebene Transportschnecke 12 die Trägerfeststoff-Teile 13 zur Uebertrittsöffnung 14 transportiert, wo sie über das Regulierventil 15 in das Zuführungsrohr 16 gelangen. Hier werden sie wiederum von der Transportschnecke 12, die ebenfalls vom Motor 11 angetrieben ist, in das Reaktionsgefäss 17 befördert, in welchem durch die Zuführung 18 die zu ozonisierende Flüssig.
keit einströmt. Beim Durchtreten der Trägerfeststoff-Teile 13 durch die zu ozonisierende Flüssigkeit geben diese das in ihrer porösen Oberfläche adsorbierte Ozon an die Flüssigkeit ab. Die Ozon-Moleküle durchströmen die Flüssigkeit von unten nach oben. Die ozonisierte Flüssigkeit verlässt das Reaktionsgefäss 17 durch die Ablauföffnung 19. Bei dieser Anordnung gelangen eventuell verbliebene Ozonreste ebenfalls durch die Ablauföffnung 19 ins Freie. Die ozonfreien Trägerfeststoff-Teile 13 gelangen durch die Transportschnecke 12 zum Austrittskanal 20, wo sie auf eine Fördervorrichtung 21 fallen und von dort über eine Regenerierungsanlage wiederum dem Adsorptionsgefäss 1 zugeführt werden können.
Bei Verwendung eines geschlossenen Reaktionsgefässes 17 liegt die Ablauföffnung 19 für die ozonisierte Flüssigkeit unterhalb des erreichbaren Flüssigkeitspiegels im Reaktionsgefäss 17, wodurch sich oberhalb des Flüssigkeitspiegels ein Gaspolster bildet. Bei dieser Anordnung können in der Flüssigkeit noch nicht gelöste und von dieser nicht absorbierte Ozonmoleküle nicht in die Atmosphäre entweichen, wodurch ein geringerer Ozonverbrauch eintritt, die Flüssigkeit unter erhöhtem Druck steht und eine niedrigere Transportgeschwindigkeit der mit Ozon beladenen Trägerfeststoff-Teile ermöglicht wird. Dadurch kann bei gleichem Ozonisierungs-Effekt der Flüssigkeit ein höherer Auslastungsgrad des Trägerfeststoffes erreicht werden.
Gemäss der in der Fig 4 dargestellten Anordnung befindet sich die Transportvorrichtung 10 am oberen Ende des Reaktionsgefässes 17, in unmittelbarer Nähe der Zuführung 18 für die zu ozonisierende Flüssigkeit, während die Ablauföffnung 19 für die ozonisierte Flüssigkeit am unteren Ende des Reaktionsgefässes 17 angeordnet ist. Bei dieser Anordnung durchströmt die zu ozonisierende Flüssigkeit die in der Transportvorrichtung 10 befindlichen Trägerfeststoff-Teile, wodurch die daran adsorbierten Ozonmoleküle aus deren poröser Oberfläche herausgelöst werden und zusammen mit der zu ozonisierenden Flüssigkeit das Reaktionsgefäss 17 in vertikaler Richtung von oben nach unten durchströmen. Durch eine in der Ablauföffnung 19 angeordnete Reguliervorrichtung (nicht dargestellt) kann die Abflussmenge so eingestellt werden, dass je nach Verschmutzungsgrad, die zu ozonisierende Flüssigkeit mit oder ohne Staubildung das Reaktionsgefäss 17 durchströmt.
Weiterhin kann durch die Einstellung der Transportgeschwindigkeit an der Transportschnecke 12, entsprechend dem Verschmutzungsgrad der zu ozonisierenden Flüssigkeit, die Fördermenge der Trägerfeststoff-Teile 13 durch die Flüssigkeit hindurch genau reguliert werden.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung zur Ozonisierung von Flüssigkeiten ist auf das vorstehend Beschriebene und in der Zeichnung Dargestellte nicht beschränkt. So könnte beispielsweise anstelle der Transportschnecke 12 jede andere geeignete Transportmöglichkeit für die Trägerfeststoff-Teile 13 Verwendung finden. Des weiteren können auch bei den Ausbildungsformen des geschlossenen oder offenen Reaktionsgefässes 17 sowohl an der Zuführung 18, als auch an der Ablauföffnung 19, in bekannter Weise Reguliereinrichtungen zur Einstellung der gewünschten Durchflussmenge bzw. der Dauer des Verbleibens der zu ozonisierenden Flüssigkeit im Reaktionsgefäss 17 angeordnet werden.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e

1. Verfahren zur Ozonisierung von Flüssigkeiten, sowie in Flüssigkeiten suspendierter Feststoffe, dadurch gekennzeichnet, dass poröse Trägerfeststoff-Teile (13) von einem Trägergas-Ozon-Gemisch durchströmt werden, wobei die Ozonmoleküle in den Poren der Trägerfeststoff-Teile (13) adsorbiert werden und diese anschliessend durch Transportmedien (11, 12) der zu ozonisierenden Flüssigkeit zugeführt werden, wobei das adsorbierte Ozon beim Durchströmen der Flüssigkeit in einem Reaktionsgefäss (17) von unten nach oben an die Flüssigkeit abgegeben werden, und die dann ozonfreien Trägerfeststoff-Teile (13) getrocknet und erneut mit Ozon beladen werden.

2. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Trägerfeststoff-Teile (13) Molekularsiebe verwendet werden.

3. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Molekularsiebe Zeolithe verwendet werden.

4. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Trägerfeststoff-Teile (13) aus Silicagel verwendet werden.

5. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Trägerfeststoff-Teile (13) aus Aktivkohle verwendet werden.

6. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Trägerfeststoff-Teile (13) aus porösen Metallen verwendet werden.

7. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Trägerfeststoff-Teile (13) aus porösen keramischen Körpern verwendet werden.

8. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zu ozonisierende Flüssigkeit zusammen mit dem Ozon aus den Trägerfeststoff-Teilen (13) von oben nach unten das Reaktionsgefäss (17) durchströmt.

9. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zum Beladen der Trägerfeststoff-Teile (13) Ozon allein verwendet wird.

10. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäss Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in einem mit einer Austrittsöffnung (23) versehenen Adsorptionsgefäss (1) eine Einfüllöffnung (2) für die Trägerfeststoff-Teile (13), eine Trägergas-Austrittsöffnung (4) und eine Zuführungsöffnung (5) für das Trägergas/Ozongemisch angeordnet ist, und weiterhin an der Austrittsöffnung (23) eine Transportvorrichtung (12) für die beladenen Trägerfeststoff-Teile (13) vorgesehen ist, durch welche diese zu einem Reaktionsgefäss (17) gelangen, welches mit einer Zuführung (18) für die zu ozonisierende Flüssigkeit, eine Ablauföffnung (19) für die ozonisierte Flüssigkeit und einem Austrittskanal (20) für die ozonfreien Trägerfeststoff-Teile (13) versehen ist.

11. Vorrichtung nach Patentanspruch 1 und 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Reaktionsgefäss (17) ein geschlossener Behälter ist.

12. Vorrichtung nach Patentanspruch 1 und 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Reaktionsgefäss (17) ein offener Behälter ist, in welchem die zu ozonisierendeFlüssigkeit dem atmosphärischen Druck ausgesetzt ist.