DE3908516A1

DE3908516A1 - Photochemischer nassverbrennungsreaktor

Info

Publication number: DE3908516A1
Application number: DE19893908516
Authority: DE
Inventors: Karlheinz Buschke; Heinz Hartig
Original assignee: BUSCHKE KARLHEINZ AQUATECH
Current assignee: BUSCHKE KARLHEINZ AQUATECH
Priority date: 1989-03-15
Filing date: 1989-03-15
Publication date: 1990-09-20

Description

Die Erfindung betrifft einen photochemischen Naßverbren nungsreaktor nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Im Zusammenhang mit der Aufbereitung von Wasser ist es beispielsweise auf dem Gebiet der Aquaristik bekannt, zur Entkeimung in das aufzubereitende Wasser dreiwertigen Sauerstoff (Ozon) einzuleiten (DE-OS 30 31 492). Dabei wird in Kauf genommen, daß das in das Wasser eingelei tete Ozon zum größten Teil wirkungslos verpufft.

Aus der DE-OS 30 13 892 geht ein Verfahren zur Reinigung hervor, bei dem das zu entkeimende Wasser mit UV-Licht einer bestimmten Wellenlänge bestrahlt wird. Eine hier bei erforderliche Nachbehandlung erfolgt in einem spe ziellen Reinigungsbehälter durch Mikroorganismen.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen photochemischen Naßverbrennungsreaktor anzugeben, mit dessen Hilfe eine effektive Reinigung des aufzube reitenden Wassers von organischen Stoffen möglich ist.

Diese Aufgabe wird durch einen photochemischen Naßver brennungsreaktor der eingangs genannten Art gelöst, der durch die in dem kennzeichnenden Teil des Patentanspru ches 1 angegebenen Merkmale gekennzeichnet ist.

Der wesentliche Vorteil der Erfindung besteht darin, daß das dem UV-Licht ausgesetzte Ozon zerlegt wird, wobei atomarer Sauerstoff entsteht, der sich mit Wasserstoff zu Radikalen verbindet, die hochmolekulare Verbindungen organischer Struktur, wie beispielsweise Eiweiß, Fett usw., zu Wasser und Kohlensäure verbrennen.

Vorteilhafterweise werden in dem erfindungsgemäßen photochemischen Verbrennungsreaktor auch andere Stoffe, wie beispielsweise NO₂ und verschiedene Pestizide durch die Radiaklen so weit verbrannt, daß im wesentli chen keine Giftwirkung mehr besteht.

Ein wesentlicher Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß die durch die Verbindung des atomaren Sauerstoffes mit Wasserstoff entstehenden Radikale keine lange Lebensdauer aufweisen, so daß diese Radikale außerhalb des photochemischen Naßverbrennungsreaktors keine Beeinträchtigungen oder Beschädigungen herrufen können.

Insbesondere eignet sich der erfindungsgemäße Naßver brennungsreaktor auch zur Anwendung in Süß- oder Salz wasseraquarien, bei denen das Problem der Wasseraufbe reitung für das Wohlbefinden der Tiere und Pflanzen eine wesentliche Rolle spielt. Die erfindungsgemäßen Naßver brennungsreaktoren lassen sich jedoch ganz allgemein im Zusammenhang mit dem Umweltschutz, beispielsweise zur Gewässeraufbereitung oder zur Verringerung der Nitrat produktion der organischen Bestandteile von Gülle ein setzen. Ebenso lassen sich mit Hilfe der Erfindung die bei der Fleischverarbeitung in das Abwasser gelangenden Fette, Eiweiße und dergl. restlos beseitigen. Dies führt zu einer wesentlichen Entlastung des Abwasser.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Im folgenden wird die Erfindung im Zusammenhang mit den Figuren näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine Seitenansicht des erfindungsgemäßen Naßverbrennungsreaktors;

Fig. 2 einen Querschnitt des Reaktors der Fig. 1 entlang der Linie II-II;

Fig. 3 einen Schnitt durch das Unterteil des Reaktors der Fig. 1; und

Fig. 4 einen Schnitt durch das Oberteil des Reaktors der Fig. 1.

Zu der Erfindung führten die folgenden Überlegungen. Wenn man Wasser allein mit UV-Licht behandelt, wird das im Wasser vorhandene NO₃ zu NO₂ reduziert. Da dieses das Wasser ebenfalls vergiftet, müssen Maßnahmen zur nachfolgenden Entgiftung des Wassers ergriffen werden. Diese nachfolgende Entgiftung kann in der eingangs geschilderten Weise durch ein biologisches Filter erfolgen.

Wenn man Wasser allein mit Ozon behandelt, ist der erzielbare Wirkungsgrad sehr gering, weil das meiste Ozon wirkungslos abgeleitet wird. Da dieses abgeleitete Ozon Schädigungen insbesondere von Mensch und Tier, bewirkt, ist auch hier eine nachfolgende Entgiftung erforderlich.

Die Erfindung beruht nun darauf, daß UV-Licht einer bestimmten Wellenlänge Ozongas zu atomaren Sauerstoff zerlegen kann. Im Wasser verbindet sich der so erzeugte atomare Sauerstoff zumeist mit Stoffen der Wasserstoffgruppe zu sogenannten OH-Radikalen. Diese Radikale sind in der Lage, organische Substanzen wie Fett, Eiweiß und dergleichen anzugreifen und zu Wasser und Kohlensäure zu verbrennen. Zudem können durch diese Radikale auch andere Stoffe, ebenfalls organischer Struktur, soweit angegriffen werden, daß ihre Giftwirkung wesentlich reduziert wird. Kurz gesagt besteht die Erfindung im wesentlichen in einer neuen, kombinierten Behandlung von Wasser durch Ozon und UV- Licht, wobei das Ozon zu atomarem Sauerstoff zerlegt wird, der die beschriebene Wirkung entfaltet.

In der aus der Fig. 1 ersichtlichen Weise besteht der vorliegende photochemische Naßverbrennungsreaktor im wesentlichen aus einem vorzugsweise rohrförmigen Gehäuse 1 mit einem Zugang 2 für das zu behandelnde Wasser und einem Auslaß 3 für das behandelte Wasser, wenigstens einer, in dem Gehäuse 1 enthaltenen UV-Leuchtstoffröhre 4, einem das Gehäuse 1 an seinem unteren Ende abschlie ßenden Bodenteil 5, das einen Zugang 6 zum Einleiten von Ozon in den Innenraum des Gehäuses 1 aufweist, und einem das Gehäuse 1 an seinem oberen Ende abschließenden Deckelteil 7.

Vorzugsweise weist das Gehäuse 1 die Form eines Rohres mit einem ringförmigen, insbesondere einem kreisring förmigen Querschnitt (siehe Fig. 2) auf, wobei in dem vom Gehäuse 1 umschlossenen Innenraum mehrere der be reits genannten UV-Leuchtstoffröhren 4 angeordnet sind. Beispielsweise sind in der aus der Fig. 2 ersichtlichen Weise vier Leuchtstoffröhren 4 vorgesehen, von denen jeweils zwei symmetrisch zum Mittelpunkt des Gehäuses 1 auf einem Durchmesser durch das Gehäuse 1 angeordnet sind und wobei die genannten Durchmesser um 90° vonein ander beabstandet sind. Im wesentlichen wird der gesamte Innenraum des Gehäuses 1, der nicht von dem Volumen der Leuchtstoffröhren 4 belegt wird, von dem zu behandelnden Wasser durchströmt. Als Zugang 2 dient vorzugsweise ein an die Außenwand des Gehäuses 1 angesetzter Zufuhrstut zen, der sich im Bereich des unteren Endes des Gehäuses 1 befindet. In der entsprechenden Weise dient als Auslaß 3 vorzugsweise ein im Bereich des oberen Endes des Gehäuses 1 angesetzter Auslaßstutzen. Es ist jedoch auch denkbar, das Wasser über einen anderen Zugang und einen anderen Auslaß dem Gehäuse 1 zuzuführen bzw. zu entneh men. Beispielsweise kann ein entsprechender Zugang im Bodenteil 5 und ein entsprechender Auslaß im Deckelteil 7 vorgesehen werden.

Das Bodenteil 5 besteht vorzugsweise in der aus der Fig. 3 ersichtlichen Weise aus einem Materialblock, der eine ringförmige Nut 8 aufweist, in die das untere freie Ende des Gehäuses 1 dicht einsetzbar ist. Vorzugsweise befin det sich am Boden der Nut 8 eine ringförmige Dichtung 9, die die gewünschte Abdichtung zwischen dem Bodenteil 5 und dem Gehäuse 1 herbeiführt. In der entsprechenden Weise besteht das Deckelteil 7 zweckmäßigerweise aus einem Materialblock, in dem eine ringförmige Nut 10 vorgesehen ist, in die das obere freie Ende des Gehäuses 1 dicht einsetzbar ist. Vorzugsweise ist zur Erzielung der erforderlichen Dichtwirkung am Boden der Nut 10 eine ringförmige Dichtung 11 vorgesehen. Beim Verspannen des Bodenteiles 5 und des Gehäuseteiles 7 durch eine geeig nete Spanneinrichtung werden die entsprechenden Gehäuse enden gegen die Dichtung 9 bzw. 11 gedrückt.

Das Verspannen des Bodenteiles 5 und des Deckelteiles 7 erfolgt vorzugsweise mit der Hilfe einer zweckmäßiger weise mittig durch das Gehäuse 1 verlaufenden Stange 12, die wenigstens an ihrem unteren Ende und an ihrem oberen Ende ein Außengewinde aufweist. Diese Stange 12 verläuft durch eine mittige Bohrung 13 des Bodenteiles 5. Das vorzugsweise mit einem Gewinde versehene untere Ende der Stange 12 ist in einer mit einem Innengewinde versehenen Bohrung 14 des Bodenteiles 5 verschraubbar. In der entsprechenden Weise verläuft die Stange 12 durch eine mittige Bohrung 14 des Deckelteiles 7 derart, daß ihr freies mit einem Außengewinde versehenes Ende nach dem Zusammenbau des Reaktors über das obere Ende des Deckel teiles 7 hinausragt und dort zum Zwecke der Verspannung des Bodenteiles 5 mit dem Gehäuseteil 7 mit der Hilfe einer Mutter 15 oder einer Flügelschraube oder dergl. verschraubbar ist.

In der aus den Fig. 3 und 4 ersichtlichen Weise sind die Leuchtstoffröhren 4 zwischen den Nuten 8 bzw. 10 durch Bohrungen 16 im Bodenteil 5 bzw. 17 im Deckelteil 7 derart dicht hindurchgeführt, daß sich ihre mit den entsprechenden Anschlüssen 18 versehenen Enden in einem Hohlraum 19 des Bodenteiles 5 bzw. 20 des Deckelteiles 7 befinden. Der Hohlraum 19 des Bodenteiles 5 ist über einen Durchgang 21 mit dem Äußeren des Bodenteiles 5 verbunden. Durch diesen Durchgang wird die Anschlußlei tung geführt, über die eine elektrische Verbindung mit der Hilfe eines im Hohlraum 19 angeordneten, nicht dargestellten Sockels zum Anschluß 18 der entsprechenden Leuchtstoffröhre hergestellt wird. In der entsprechenden Weise wird eine Verbindung zu den Anschlüssen 18 der Leuchtstoffröhre 4 über einen Durchgang 22 im Deckelteil 7 hergestellt, der vom Hohlraum 20 aus nach außen geführt ist.

Vorzugsweise wird die Abdichtung der Leuchtstoffröhren 4 in den Bohrungen 13 des Bodenteiles 5 und in den Bohrun gen 17 des Deckelteiles 7 dadurch erreicht, daß in jeder Bohrung wenigstens eine O-Ringdichtung 23 in einer in der Innenwand der Bohrung angeordneten ringförmigen Nut 24 angeordnet ist. In der entsprechenden Weise wird auch eine Abdichtung der Stange 12 in der Bohrung 14 des Deckelteiles 7 mit der Hilfe wenigstens einer O-Ring dichtung 25 in einer Nut 26 und in der Bohrung 27 des Bodenteiles 5 durch wenigstens eine O-Ringdichtung 28 in einer Nut 29 erzielt. Vorzugsweise sind aus Sicher heitsgründen für jede Bohrung zwei voneinander in der Längsrichtung der Leuchtstoffröhre 4 bzw. der Stange 12 beabstandete O-Ringdichtungen vorgesehen.

Ein wesentliches Merkmal der Erfindung besteht darin, daß sich in der Fläche des Bodenteiles 5, die den Innenraum des Gehäuses 1 an der ihr zugewandten Seite begrenzt, eine Ausströmeinrichtung 30 für Ozon befindet. Vorzugsweise besteht diese Ausströmeinrichtung 30 im wesentlichen aus einer in dem Bodenteil 5 vorgesehenen Vertiefung, in die der Zugang 6 mündet und aus einem mit Durchlässen versehenen Element 32, das die Vertiefung 31 vom Inneren des Gehäuses 1 trennt. Insbesondere weist die Vertiefung die Form eines ringförmigen Kanales 31 auf, der sich an seiner einen Seite in den Innenraum des Gehäuses 1 öffnet. Zwischen der sich zum Innenraum des Gehäuses 1 öffnenden Seite dieses Kanales 31 und dem Innenraum ist als Element vorzugsweise ein poröses Materialteil 32 vorgesehen, das die Form einer ringför migen Scheibe aufweist, die den Kanal 31 überdeckt und beispielsweise aus Acrylglas besteht. Der Zugang 6 verläuft von außen durch das Bodenteil 5 in den ringförmigen Kanal 31.

Im folgenden wird der Betrieb des beschriebenen photo chemischen Naßverbrennungsreaktors erläutert. Nach dem Zusammenbau des Reaktors (Herstellung der Anschlußver bindungen zu den Leuchtstoffröhren 4 und dichtes Einset zen derselben in das Bodenteil 5, Verschrauben der Stange 12 im Bodenteil 5, Einsetzen des Gehäuses 1 in die Nut 8 mit der Dichtung 9, Aufsetzen des Deckelteiles 7 auf das Gehäuse 1, wobei dessen freies Ende in die Nut 10 eintritt, die Leuchtstoffröhren 4 dicht in die Boh rungen 17 eingeführt werden und die Verbindungen zu den Leuchtstoffröhren über die nicht dargestellten Sockel im Hohlraum 20 hergestellt werden, Verspannen des Boden teiles 5 und des Deckelteiles 7 durch Festziehen der Mutter 15 auf dem über das Deckelteil 7 hinausragenden Ende der Stange 12) wird über den Zugang 2 das zu behandelnde Wasser in den Innenraum des Gehäuses 1 eingeführt. Dieses Wasser wird beispielsweise dem Inne ren eines Aquariums über eine Schlauchleitung entnommen, steigt im Gehäuse 1 nach oben und wird vom Auslaß 3 wieder über eine Schlauchleitung dem Aquarium zugeführt. Nach dem Inbetriebsetzen der Leuchtstoffröhren 4 wird über den Zugang 6 und das poröse Material 32 Ozon in den Innenraum des Gehäuses 1 eingeführt. Dieses Ozon wird durch das aufsteigende Wasser verwirbelt und durch die Strahlung der Leuchtstoffröhren 4, die vorzugsweise in einem Bereich von 280 bis 240 nm, insbesondere bei etwa 253 nm liegt, zur Bildung von Radikalen angeregt. Diese Radikale verbinden sich, während das Wasser im Gehäuse 1 aufsteigt, mit den im Wasser enthaltenen hochmolekularen Verbindungen organischer Struktur, wie beispielsweise den Eiweißen, Fetten usw., um diese zu Wasser und Kohlesäure zu verbrennen. Dies bedeutet, daß das Wasser während es das Gehäuse 1 durchströmt, in der beschriebe nen Weise aufbereitet wird. Dabei ist die Lebensdauer der gebildeten Radikalen vorteilhafterweise so gering, daß sie nicht in das Innere des Aquariums gelangen können. Eine aufwendige Nachbehandlung ist daher nicht erforderlich.

Claims

1. Photochemischer Naßverbrennungsreaktor mit einem einen Zugang (2) für zu behandelndes Wasser und einen Abfluß (3) für behandeltes Wasser aufweisenden Gehäuse (1), dadurch gekennzeichnet, daß ein weiterer Zugang (6) vorgesehen ist, über den Ozon in das Innere des Gehäuses (1) einleitbar ist, und daß in dem Gehäuse (1) wenigstens eine Strahlungsquelle (4) angeordnet ist, deren Strahlung Ozon zu atomaren Sauerstoff zerlegt.

2. Reaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (1) die Form eines Rohres mit einem ringförmigen Querschnitt aufweist, an dessen einem Ende der Zugang (2) und an dessen anderem Ende der Abfluß (3) angeordnet sind.

3. Reaktor nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ende des Gehäuses (1) durch ein Bodenteil (5) dicht verschlossen ist, durch das der weitere Zugang (6) verläuft, der mit einer Ausströmeinrichtung (30) für das Ozon in Verbindung steht.

4. Reaktor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausströmeinrichtung (30) eine im Bodenteil (5) vorhandene Vertiefung (31), in die der weitere Zugang (6) mündet, und ein mit Durchlässen versehenes Element (32) aufweist, das das Innere des Gehäuses (1) und die Vertiefung (31) von einander trennt.

5. Reaktor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefung die Form eines ringförmigen Kanales aufweist und daß das Element (32) die Form einer den Kanal abdeckenden Scheibe besitzt.

6. Reaktor nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Element (32) aus einem porösen Material besteht.

7. Reaktor nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Ende des Rohres in eine Nut (8) des Bodenteiles (5) dicht einsetzbar ist.

8. Reaktor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß sich am Boden der Nut (8) ein Dirchtungsring (9) befindet.

9. Reaktor nach einem der Ansprüche 2 und 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr einen kreisförmigen Querschnitt besitzt und daß der Kanal (31) konzentrisch zum Querschnitt des Rohres verläuft.

10. Reaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das andere Ende des Gehäuses (1) durch ein Deckelteil (7) verschließbar ist.

11. Reaktor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Deckelteil (7) eine Nut (10) aufweist, in das das andere Ende des Gehäuses (1) dicht einsetzbar ist.

12. Reaktor nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß sich am Boden der Nut (10) des Deckelteiles (7) ein Dichtungsring (11) befindet.

13. Reaktor nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Deckelteil (7) und das Bodenteil (5) durch eine Spanneinrichtung (12, 15) aufeinanderzu spannbar sind.

14. Reaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß als Strahlungsquelle wenigstens eine Leuchtstoffröhre (4) im Inneren des Gehäuses (1) angeordnet ist und daß wenigstens ein Ende der Leuchtstoffröhre (4) dicht durch eine Bohrung (16, 17) im Bodenteil (5) bzw. im Deckelteil (7) geführt ist.

15. Reaktor nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Ende der Leuchtstoffröhre (4) dicht durch eine Bohrung (16) im Bodenteil (5) und das andere Ende der Leuchtstoffröhre (4) dicht durch eine Bohrung (17) im Deckelteil (7) geführt sind.

16. Reaktor nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß in der Umfangswand der Bohrung (16, 17) des Bodenteiles (7) wenigstens eine Nut (24) vorgesehen ist, in der sich ein die dichte Durchführung der Leuchtstoffröhre (4) bewirkender Dichtungsring (23) befindet.

17. Reaktor nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Spanneinrichtung (30) eine Stange (12) aufweist, die durch das Gehäuse (1) verläuft, deren eines Ende im Bodenteil (5) befestigbar ist und deren anderes Ende durch eine Bohrung (14) des Deckelteiles geführt ist, und daß auf das mit einem Gewinde versehenen Ende der Stange (12), das über das Deckelteil (7) hinausragt, eine Mutter (15) aufschraubbar ist.

18. Reaktor nach einem der Ansprüche 5 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß im Inneren des Gehäuses (1) vier Leuchtstoffröhren (4) gleichmäßig über den Querschnitt des Gehäuses verteilt sind und durch den vom ringförmigen Kanal (31) umschlossenen Raum verlaufen.

19. Reaktor nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Ende der Leucht stoffröhre (4) hinter der Bohrung (16) in einem Hohl raum (19) des Bodenteiles (5) endet und dort mit einem elektrischen Anschluß-Sockelteil versehen ist und daß das andere Ende der Leuchtstoffröhre (4) hinter der Bohrung (17) in einem Hohlraum (20) des Deckelteiles (7) endet und dort mit einem elektrischen Anschluß-Sockel teil versehen ist.

20. Reaktor nach einem der Ansprüche 4 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß das Element (32) aus Acryl glas besteht.

21. Reaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß als Strahlungsquelle (4) eine Quelle für UV-Licht vorgesehen ist.