DE4138916C2 - Vorrichtung in Modulbauweise zum Behandeln schadstoffbelasteter wäßriger Flüssigkeiten mittels UV-Strahlung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung in Modulbauweise zum Behandeln schadstoffbelasteter wäßriger Flüssigkeiten mittels UV-Strahlung und von dieser gebildetem Ozon nach Patent Nr. 41 10 687.

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

Eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 ist aus dem deutschen Patent 41 10 687 bekannt. Diese Vorrichtung ermöglicht eine einfache und schnelle Handhabung, da die einzelnen Komponenten besser zugänglich und erweiterungsfähig sind. Unter bestimmten Betriebsbedingungen kann es allerdings zu Inhomogenitäten im Reaktionsraum kommen, so daß die zu behandelnde wäßrige Flüssigkeit nicht mehr mit der erforderlichen Strahlungsleistung beaufschlagt wird. Solche Betriebszustände können insbesondere bei Trübung der Flüssigkeit oder durch Verunreinigungen an den Wänden des Reaktionsraumes auftreten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die auch unter ungünstigen Betriebsbedingungen eine intensive Bestrahlung der zu behandelnden Flüssigkeit sowie des Oxidationsmittels gewährleistet.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstands wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 einen schematischen teilweisen Längsschnitt durch eine Vorrichtung in Modulbauweise zum Behandeln schadstoffbelasteter wäßriger Flüssigkeiten mittels UV-Strahlung;

Fig. 2 einen Schnitt durch die Vorrichtung entlang der Linie II-II in Fig. 1;

Fig. 3 eine schematische Draufsicht auf eine Halterung für den Innenreflektor; und

Fig. 4 einen schematischen Längsschnitt durch eine Reinigungseinrichtung der Vorrichtung.

Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung, die vertikal angeordnet ist und als Ringspalt-Reaktor wirkt, besteht im wesentlichen aus einem UV-Strahler-Modul 29, einem Injektor­ modul 31 und einer Reinigungseinrichtung 23. Die Längsachsen 30, 32 des UV-Strahler-Moduls 29 und des Injektormoduls 31 fluchten miteinander.

Das erstgenannte Modul besteht aus einem zylindrischen Innenrohr 6 aus Quarzglas mit einem Auslaufflansch 7, in dem sich der Reaktionsraum 9 befindet.

Um dieses Innenrohr ist ein als Wendel ausgebildetes Entladungsgefäß eines UV-Niederdruck-Wendelstrahlers 5 ange­ ordnet. Diese Anordnung wird von einem als zylinderförmige Um­ mantelung ausgebildeten Außenrohr 4, mit einem Eingangsstutzen 8, einem Verbindungs­ stutzen 16 und zwei Durchführungen 12; 12′ für den UV-Strahler 5 derart umschlossen, daß sie zusammen mit dem Innenrohr einen gasdichten ringförmigen Zwischenraum 3 bilden.

Der Zwischenraum 3 besteht aus zwei Aluminiumhalbschalen, 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 sind.

Weiterhin ist in dem von der zu behandelnden wäßrigen Flüssigkeit durchströmten Innenrohr 6 zentrisch ein rohrförmiger polierter Innenreflektor 20 aus korro­ sionsbeständigem Stahl angeordnet, der mittels einer ersten und zweiten Halterung 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 29 fixiert ist.

Der Innenreflektor 20 bildet jeweils an seinen Enden mit der Innenwand 34 des Innenrohres 6 einen Ringspalt 28. In diesem Bereich sind die in der ersten und zweiten Halterung 21; 21′ befindlichen Ein- bzw. Auslauföffnungen 22 angeordnet.

Das beschriebene UV-Strahler-Modul 29 ist an seinem unteren Ende mit dem Injektormodul 31, bestehend aus einer Injektionseinrichtung 33 mit einem Einlauf-T-Stück 15 und Einlaufflansch 2, Injektorkörper-Halterung 1 und Injektorkörper 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 ist als Zylinder ausgebildet.

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 Reinigungseinrichtung 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 Vorrichtung zugeführt und das Oxidationsmittel ebenfalls von unten durch den Injek­ tor im Gleichstromprinzip über das Injektormodul eingebracht.

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 29 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 Innenrohres 6 sowie an der Reflektorwand zur Folge hat sowie eine dadurch bedingte bessere Kühlung des Reaktors, die einerseits die Ozonproduktion günstig beinflußt und zum anderen eine Erhöhung des spezifischen Energieeintrages pro Volumeneinheit durch Total-Reflexion herbeiführt und damit eine optimale Ausnutzung der eingekoppelten Strahlung ermöglicht.

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 Reinigungsein­ 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 Reinigungseinrich­ 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 Reinigungseinrichtung 23 und die Halterung 21 sind ferner konstruktiv so ausgebildet, daß unter Prozeßbedingungen einmal ein genügend großer Abstand zwischen der Halterung 21 und der Reinigungsein­ richtung 23 bezüglich der Sicherung eines gleichbleibenden Strömungsquerschnittes gewährleistet ist und zum anderen die Rotationsbewegung der Reinigungseinrichtung 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 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 Injektormodul 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 Vorrichtung ist außerdem in vorteil­ hafter Weise entsprechend dem jeweiligen Anwendungszweck durch das Anfügen von zusätzlichen Modulen erweiterungsfähig.

Beispielsweise wird hierdurch der Aufbau von Kompaktanlagen ermöglicht.

Claims (4)

1. Vorrichtung in Modulbauweise zum Behandeln schadstoffbelasteter wäßriger Flüssigkeiten mittels UV-Strahlung und von dieser gebildetem Ozon nach Patent-Nr. 41 10 687, mit
einem von einem gasförmigen Oxidationsmittel durchströmten Außenrohr (4),
einem von der wäßrigen Flüssigkeit und dem gasförmigen Oxidationsmittel durchströmten, konzentrisch im Außenrohr (4) angeordneten Innenrohr (6),
einem auf die wäßrige Flüssigkeit und das gasförmige Oxidationsmittel einwirkenden UV- Strahler (5), welcher in dem ringförmigen Zwischenraum (3) zwischen Außen- und Innenrohr (4, 6) angeordnet ist,
einem UV-Strahler-Modul (29) mit vertikaler Längsachse (30), der durch die Außen-/Innen­ rohr- (4, 6) -Anordnung und den UV-Strahler (5) gebildet wird, und
mit einem Injektormodul (31) zum Injizieren des durch die UV-Strahlung Ozon enthaltenden Oxidationsmittels von unten her in die wäßrige Flüssigkeit, der durch ein Anschluß-T- Stück (15) mit vertikaler Längsachse (32) und die an dessen unterem Ende befestigte Injek­ tionseinrichtung (33) gebildet und derart unterhalb des UV-Strahler-Modus (29) angeordnet und strömungstechnisch mit dessen von der wäßrigen Flüssigkeit durchströmten Innenrohr (6) verbunden ist, daß die vertikal verlaufenden Längsachsen (30, 32) der Module (29, 31) miteinander fluchten, wobei die Injektionseinrichtung (33) strömungstechnisch mit dem von dem gasförmigen Oxidationsmittel durchströmten Zwischenraum (3) des UV-Strahler- Moduls (29) verbunden ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß konzentrisch im Innenrohr (6) ein rohrförmiger Innenreflektor (20) angeordnet ist, der mittels einer Halterung (21, 21′) an den beiden Enden des einen unten liegenden Eingang aufweisenden UV-Strahler-Moduls (29) befestigt ist und mit der Innenwand (34) des Innenrohres (6) einen Ringspalt (28) für das Strömungsgemisch bildet, und
daß in dem Ringspalt (28) eine an dessen Querschnitt angepaßte, vertikal bewegliche Reini­ gungseinrichtung (23) zum Lösen von an dem Innenreflektor (20) und an dem Innenrohr (6) anhaftenden Verunreinigungen vorgesehen ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenreflektor (20) rohrförmig ausgebildet ist und aus poliertem korrosionsbeständigem Stahl besteht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Reinigungseinrichtung (23) einen Ringkörper (24) mit darin schräg angeordneten, durch­ gehenden Schlitzlöchern (25) sowie an dessen Innen- und Außenseite horizontal an­ gebrachten Borsten (26) aufweist.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterung (21, 21′) im Bereich des Ringspalts (28) als bogenförmige Langlöcher ausgebildete Ein- und Auslauföffnungen (22) hat.