DE4138916A1 - Verfahren und vorrichtung zur behandlung schadstoffbelasteter fluessigkeiten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlung schad­ stoffbelasteter Flüssigkeiten sowie eine als Ringspalt-Reak­ tor wirkende Apparatur zu dessen Durchführung, nach Patent­ anmeldung P 41 10 687.3.

Die erfindungsgemäße Lösung findet vorzugsweise im Rahmen der Verfahrenstechnik zur Aufspaltung von Kohlenwasserstoffen, insbesondere halogenierter Kohlenwasserstoffe, aber auch zur Vernichtung von Bakterien, Keimen, Pilzen und Algen in Flüs­ sigkeiten Anwendung.

In der Patentanmeldung P 41 10 687.3 ist die Aufgabe, ein Verfahren und eine dieses Verfahren realisierende Apparatur zu schaffen, die eine Verbesserung der Verfügbarkeit sowie eine Erhöhung der Leistungsfähigkeit von Anlagen zur Behand­ lung schadstoffbelasteter Flüssigkeiten, bei gleichzeitiger Senkung des Aufwandes für den Betrieb ermöglicht, durch ein Verfahren, bei dem die zu behandelnde Flüssigkeit mit gas­ förmigen oder flüssigen Oxidationsmitteln durchmischt und einer UV-Behandlung unterzogen wird, dadurch gelöst, daß das gasförmige Oxidationsmittel, bevor es der zu behandelnden Flüssigkeit zugeführt wird, durch Ozonierung von Sauerstoff erzeugt wird und danach der sich in einem vertikal ange­ ordneten Gefäßsystem befindlichen bzw. dieser in vertikaler Richtung von oben nach unten durchströmenden zu behandelnden Flüssigkeit von unten her im Gegenstromprinzip zugeführt wird.

Weiterhin wurde die o. g. Aufgabe durch eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens mit einem von der zu behandelnden Flüssigkeit durchströmten zylinderförmigen Gefäß aus Quarz­ glas als Reaktionsraum, um das ein als Wendel ausgebildeter, die UV-Strahlung abgebendes Entladungsgefäß eines UU-Strah­ lers angeordnet ist und einer alles umschließenden gasdich­ ten, vor UV-Strahlung schützenden zylinderförmigen Umman­ telung, die zusammen mit dem zylinderförmigen Gefäß aus Quarzglas einen Mantel-Zwischenraum bildet, in dem sich das die UV-Strahlung abgebende wendelförmige Entladungsgefäß be­ findet, dadurch gelöst, daß das zylinderförmige Gefäß aus Quarzglas, welches von dem die UV-Strahlung abgebenden Entladungsgefäß eines UV-Nieder­ druck-Wendelstrahlers umschlossen ist, an seinem unteren Ende mit einem Injektionsmodul, bestehend aus einem Auslauf-T- Stück mit einem seitlich angebrachten Auslaufflansch, einer Injektorkörper-Halterung mit einem Injektorkörper sowie einen zweiten Eingangsstutzen, der wiederum mit einem Einleitan­ schluß, in dem sich ein zweites Rückschlagventil befindet, gekoppelt ist, welches seinerseits über den zweiten Eingangs­ stutzen und einen Verbindungsstutzen an der gasdichten Umman­ telung mittels einer Verbindung, mit einem in dieser befind­ lichen ersten Rückschlagventil, mit dem Mantelzwischenraum verbunden ist.

Die technische Lösung nach Patentanmeldung P 41 10 687.3 hat den Nachteil, daß die zu behandelnde Flüssigkeit im Reak­ tionsraum nicht homogen mit der entsprechend erforderlichen Strahlungsleistung durchstrahlt wird, insbesondere dann, wenn durch Trübung der Transmissionsgrad eingeschränkt ist, d. h., die Eindringtiefe dadurch verringert wird.

Ein weiterer Nachteil ist, daß die notwendige Reinigung der Apparatur nur möglich ist, wenn diese geöffnet wird, d. h., für die Zeit der Reinigung eine Prozeßunterbrechung erfolgen muß.

Es ist Aufgabe der Erfindung, die technische Lösung nach Pa­ tentanmeldung P 41 10 687.3 zu verbessern und weiter auszu­ bilden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnen­ den Teil der Patentansprüche beschriebenen Maßnahmen bzw. Mittel gelöst.

Nachfolgend soll die Erfindung anhand einer Zeichnung bei­ spielhaft erläutert werden.

Es zeigen:

Fig. 1 Längsschnitt durch den Apparat;

Fig. 2 Querschnitt durch den Apparat;

Fig. 3 Reflektorhalterung;

Fig. 4 Querschnitt durch die Reinigungseinrichtung.

Der in der Zeichnung dargestellte gesamte Apparat, der verti­ kal angeordnet ist und als Ringspalt-Reaktor wirkt, besteht im wesentlichen aus einem UV-Strahler-Modul, einem Injektor- Modul und einer Reinigungs-Einrichtung.

Das erstgenannte Modul besteht seinerseits aus einem zylind­ rischen Rohr aus Quarzglas 6 mit einem Auslaufflansch 7, in dem sich der Reaktionsraum 9 befindet.

Um dieses zylindrische Rohr ist ein als Wendel ausgebildetes Entladungsgefäß eines UV-Niederdruck-Wendelstrahlers 5 ange­ ordnet. Diese Anordnung wird von einer zylinderförmigen Um­ mantelung 4, mit einem Eingangsstutzen 8, einem Verbindungs­ stutzen 16 und zwei Durchführungen 12; 12′ für den UV-Strah­ ler derart umschlossen, daß sie zusammen mit dem zylinderför­ migen Rohr aus Quarzglas 6 einen gasdichten Mantelraum 3 bil­ den.

Die Ummantelung 4 besteht ihrerseits aus zwei Aluminiumhalb­ schalen, die mittels zweier Konenflansche 13; 13′ mit Hilfe von H-Profildichtungen 14; 14′ und vier mit den Konenflan­ schen 13; 13′ verbundenen symmetrisch angeordneten Zuganker­ verbindungen 17 zusammengefügt ist.

Weiterhin ist in dem von der zu behandelnden Flüssigkeit durchströmten zylinderförmigen Gefäß aus Quarzglas 6 zent­ risch ein rohrförmiger polierter Innenreflektor 20 aus korro­ sionsbeständigem Stahl angeordnet, der mittels einer ersten und zweiten Reflektorhalterung 21; 21′, mit Ein-/Auslauf-Öff­ nungen 22, die als bogenförmige Langlöcher zur Erzielung eines möglichst geringen Strömungswiderstandes ausgeführt sind, über eine jeweils an dieser befindlichen ersten und zweiten Zentrierung (27; 27′) in den Flanschbereichen des UV- Strahler-Moduls fixiert ist.

Der Innen-Reflektor 20 bildet jeweils an seinen Enden mit der Innenwand des Quarzglaszylinders 6 einen Ringspalt 28. In diesem Bereich sind die in der ersten und zweiten Reflektor­ halterung 21; 21′ befindlichen Ein- bzw. Auslauföffnungen 22 angeordnet.

Das beschriebene UV-Strahlermodul ist an seinem unteren Ende mit einem Injektor-Modul, bestehend aus einem Einlauf-T-Stück 15 mit Einlaufflansch 2, Injektorkörper-Halterung 1 mit In­ jektorkörper 11 und einem Eingangsstutzen 8′, der wiederum mit einem Einleitanschluß 19 für das flüssige Oxidations­ mittel mit in diesem befindlichen Rückschlagventil 18′ ver­ bunden ist, gekoppelt. Der Injektorkörper 11 selbst besteht aus offenporigem Schaumglas mit einer Porengröße von 30 µm und einem Porenvolumen von 70% und wurde als Zylinder ausge­ bildet.

Des weiteren befindet sich in dem durch die Außenwand des Innenreflektors 20 und die Innenseite des Quarzglaszylinders 6 gebildeten Reaktionsraum 9 eine dem Ringspalt 28 angepaßte vertikal bewegliche Reinigungs-Einrichtung (23), welche ihrerseits aus einem Ringkörper 24 aus korrosionsbeständigem Stahl mit in diesem schräg angeordneten durchgehenden Schlitzlöchern 25 sowie an der Innen- und Außenseite des Ringkörpers 24 angebrachten Borsten 26 aus UV- und ozonfestem Material besteht.

Die zu behandelnde Flüssigkeit wird von unten über den Ein­ laufflansch 2 der vertikal angeordneten Apparatur zugeführt und das Oxidationsmittel ebenfalls von unten durch den Injek­ tor im Gleichstromprinzip über das Injektor-Modul einge­ bracht.

Dabei wird die zu behandelnde Flüssigkeit intensiv mit dem gasförmigen und/oder flüssigen Oxidationsmittel durchmischt und gleichzeitig einer UV-Bestrahlung unterworfen.

Hierbei bewirkt der im UV-Strahler-Modul angeordnete Innen- Reflektor 20 einerseits eine Erhöhung der Strömungsgeschwin­ digkeit der zu behandelnden Flüssigkeit im Reaktionsraum 9, was in vorteilhafter Weise eine Verringerung der Ablagerung von Schadstoffen an der Innenwand des Quarzglaszylinders 6 sowie an der Reflektorwand zur Folge hat sowie eine dadurch bedingte bessere Kühlung des Reaktors, die einerseits wie­ derum die Ozonproduktion günstig beinflußt, und zum anderen wird eine Erhöhung des spezifischen Energieeintrages pro Volumeneinheit durch Total-Reflexion erreicht und damit eine optimale Ausnutzung der eingekoppelten Strahlung.

Es ist hierbei wesentlich von Vorteil, daß die zu bestrah­ lende Dicke der sich im Reaktionsraum 9 befindlichen Flüssig­ keitssäule durch die Ringspaltbreite vorgegeben ist und damit die Herstellung definierter Bestrahlungsbedingungen im Reak­ tionsraum 9 ermöglicht werden.

Die erfindungsgemäße Lösung hat weiterhin den Vorteil, daß durch den Einsatz der speziell ausgebildeten Reinigungs-Ein­ richtung 23 keine Prozeßunterbrechung für die Zeit der Reinigung des Reaktionsraumes 9 erforderlich ist und auch ein Öffnen der Apparatur zum notwendigen Reinigen nicht erfolgen muß.

Die in den Ringkörper 24 eingebrachten schräg angeordneten Schlitzlöcher 25 werden unter Prozeßbedingungen vom Prozeß­ wasser durchströmt und bewirken, daß die Reinigungs-Einrich­ tung 23 in spiralförmige Drehung versetzt wird und somit mittels der angebrachten Borsten 26 die Wandung des Reak­ tionsraumes 9 überstreicht und ihr anhaftende Verunreini­ gungen löst, die dann mit dem Prozeßwasser abgeführt werden.

Die beschriebene Reinigungs-Einrichtung 23 und die Reflektor- Halterung 21 sind ferner konstruktiv so ausgebildet, daß unter Prozeßbedingungen einmal ein genügend großer Abstand zwischen der Reflektor-Halterung 21 und der Reinigungsein­ richtung 23 bezüglich der Sicherung eines gleichbleibenden Strömungsquerschnittes gewährleistet ist und zum anderen die Rotationsbewegung der Reinigungs-Einrichtung 23 in der oberen Endlage unterbunden wird.

Der eigentliche Reinigungsvorgang erfolgt durch alternieren­ des "Ein-" und "Aus"-schalten des Prozeßwasserkreislaufes.

Die erfindungsgemäße Anwendung der technischen Lösung ermög­ licht durch die fotochemischen Prozesse die vollständige Mi­ neralisierung der Schadstoffe.

Die notwendigen Verweilzeiten für den Abbau und somit die Durchflußleistung wird durch die Leistung des UV-Strahlers, der Menge und Verteilung der durch den Injektor zugeführten Oxidationsmittel und dessen thermodynamischen Eigenschaften (Druck, Temperatur, Konzentration) bestimmt.

Das gasförmige Oxidationsmittel wird, bevor es der zu behan­ delnden Flüssigkeit zugeführt wird, durch UV-Bestrahlung von Sauerstoff oder Luft erzeugt. Dabei wird über den ersten Ein­ gangsstutzen 8 die Luft bzw. der Sauerstoff in den Mantel­ zwischenraum 3 eingebracht. Hierbei werden diese Medien der UV-Strahlung ausgesetzt, wobei sich Ozon bildet, welches als Oxidationsmittel über eine Rohr- oder Druckschlauchverbindung und das Injektor-Modul der zu behandelnden Flüssigkeit zuge­ führt wird. Gleichzeitig wird durch diese Verfahrensweise der UV-Strahler gekühlt.

Zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens sind zwei Be­ triebsarten möglich, der kontinuierliche (Durchfluß-) Betrieb und der diskontinuierliche (Batch-) Betrieb.

Der modulare Aufbau der Apparatur ist außerdem in vorteilhaf­ ter Weise entsprechend dem jeweiligen Anwendungszweck durch das Anfügen von zusätzlichen Moduln erweiterungsfähig.

Beispielsweise wird hierdurch der Aufbau von Kompaktanlagen ermöglicht.

Aufstellung der verwendeten Bezugszeichen

 1 Injektorkörper-Halterung
 2 Einlauf-Flansch
 3 Mantel-Zwischenraum
 4 Ummantelung
 5 UV-Niederdruck-Wendelstrahler
 6 Quarzglaszylinder
 7 Auslauf-Flansch
 8 erster Eingangsstutzen
 8′ zweiter Eingangsstutzen
 9 Reaktionsraum
10 Verbindung
11 Injektorkörper
12 erste Durchführung
12′ zweite Durchführung
13 erster Konenflansch
13′ zweiter Konenflansch
14 erste H-Profil-Dichtung
14′ zweite H-Profil-Dichtung
15 Einlauf-T-Stück
16 Verbindungsstutzen
17 Zugankerverbindung
18 erstes Rückschlagventil
18′ zweites Rückschlagventil
19 Einleitanschluß
20 Innenreflektor
21 erste Reflektorhalterung
21′ zweite Reflektorhalterung
22 Ein-/Auslauföffnung
23 Reinigungs-Einrichtung
24 Ringkörper
25 Schlitzloch
26 Borste
27 erste Zentrierung
27′ zweite Zentrierung
28 Ringspalt

Claims (6)

1. Verfahren zur Behandlung schadstoffbelasteter Flüssigkei­ ten, bei dem die zu behandelnde Flüssigkeit mit gasförmi­ gen oder flüssigen Oxidationsmitteln durchmischt und einer UV-Behandlung unterworfen wird, und nach Patentanmeldung P 41 10 687.3, das gasförmige Oxidationsmittel, bevor es der zu behandelnden Flüssigkeit zugeführt wird, durch Ozonierung von Sauerstoff erzeugt wird und danach der sich in einem vertikal angeordneten Gefäßsystem befindlichen bzw. dieses durchströmenden, zu behandelnden Flüssigkeit zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die zu behandelnde Flüssigkeit das Gefäßsystem in vertikaler Richtung von unten nach oben durchströmt und das gasförmige Oxidationsmittel von unten her im Gleich­ stromprinzip zugeführt wird.

2. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1; mit einem von der zu behandelnden Flüssigkeit durchström­ ten zylinderförmigen Gefäß aus Quarzglas als Reaktions­ raum, um das ein als Wendel ausgebildetes, die UV-Strah­ lung Entladungsgefäß eines UV-Strahlers angeordnet ist und einer alles umschließenden gasdichten, vor UV-Strahlung schützenden zylinderförmigen Ummantelung, die zusammen mit dem zylinderförmigen Gefäß aus Quarzglas einen Mantel-Zwi­ schenraum bildet, in dem sich das die UV-Strahlung abge­ bende wendelförmige Entladungsgefäß befindet, nach Patentanmeldung P 41 10 687.3, dadurch gekennzeichnet,
daß ein zylindrischer Innen-Reflektor (20) zentrisch in dem von der zu behandelnden Flüssigkeit durchströmten zy­ linderförmigen Gefäß aus Quarzglas angeordnet ist, der mittels einer ersten und zweiten Reflektorhalterung (21; 21′) mit Ein- bzw. Auslauföffnungen (22) über ein an dieser befindlichen ersten und zweiten Zentrierung (27; 27′) in den Flanschbereichen des UV-Strahler-Moduls fixiert ist und jeweils an seinen Enden zusammen mit der Innenwand des Quarzglaszylinders (6) einen Ringspalt (28) bildet, in dessen Bereich sich die in der ersten (21) und zweiten (21′) Reflektorhalterung befindlichen Ein- bzw. Auslauföffnung (22) angeordnet sind,
und daß sich ferner in dem durch die Außenwand des Innen- Reflektors (20) und die Innenwand des Quarzglaszylinders (6) gebildeten Reaktionsraum (9) eine dem Ringspalt (28) angepaßte vertikal bewegliche Reinigungs-Einrichtung (23), ihrerseits bestehend aus einem Ringkörper (24) mit in diesem schräg angeordneten durchgehenden Schlitzlöchern (25) sowie an dessen Innen- und Außenseite horizontal an­ gebrachten Borsten (26), befindet.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zylindrische Reflektor (20) aus korrosionsbestän­ digem Stahl besteht und an seiner Außenwand poliert ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ein- bzw. Auslauföffnungen (22) als bogenförmige Langlöcher ausgebildet sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringkörper (24) aus einem Ring aus korrosionsbe­ ständigem Stahl besteht.

6. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Borsten (26) aus UV- und ozonfestem Material be­ stehen.