DE4224130A1

DE4224130A1 - Cleaning of sewage and waste water - combines UV photo-chemical reaction with a centrifugal action on the water

Info

Publication number: DE4224130A1
Application number: DE19924224130
Authority: DE
Inventors: Erfinder Wird Nachtraeglich Benannt Der
Original assignee: ARNOLD JOERG DR 6900 HEIDELBERG DE
Current assignee: ARNOLD JOERG DR 6900 HEIDELBERG DE
Priority date: 1992-07-22
Filing date: 1992-07-22
Publication date: 1994-03-24

Abstract

The sewage cleaning appts. simultaneously subjects the water or sewage to photochemical reaction and a centrifugal action. USE/ADVANTAGE - The appts. cleans water soiled by organic matter such as lightly volatile hydrocarbons, and cyanide compounds. The centrifugal action exposes all the water material to intense photo-chemical reaction for thorough cleaning.

Description

Die Erfindung betrifft die Konstruktion eines Chemiereaktors zur Reinigung von Wasser, das mit organischen Verunreinigungen wie z. B. leichtflüchtige Kohlenwasserstoffen, Cyanidverbindungen u.A. belastet ist, auf photochemischem Wege.The invention relates to the construction of a chemical reactor for cleaning water containing organic contaminants such as B. volatile hydrocarbons, Cyanide compounds etc. is contaminated by photochemical means.

Ein Wasserreinigungsreaktor für die obige Aufgabe, der auf der Kombination der hier genannten zur Anwendung kommenden physikalischen Prinzipien beruht, ist mir bisher noch nicht bekannt. Bisher sind im Bereich der photochemischen Wasserbehandlung nur Chemiereaktoren bekannt, die als sogenannte Strömungs- oder Durchflußreaktoren oder als sogenannte Rieselreaktoren ausgelegt sind.A water purification reactor for the above task, based on the Combination of those used here is not yet based on physical principles known. So far are in the field of photochemical Water treatment only known as chemical reactors so-called flow or flow reactors or as so-called trickle reactors are designed.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde die Reinigungsleistung bisher bekannter vergleichbarer Wasserreinigungsreaktoren durch die:
* Erhöhung der thermischen Belastbarkeit
* Verminderung der optischen Restabsorption
* Erhöhung der möglichen Expositionszeit
* flexible Reaktionsschichtsteuerung bzw.
Verbesserung der Dünnschichttechnik
* effizientere Zumischung chemischer Additive
* selektiven sequentiellen Schadstoffgruppenabbau
* Schadstoffanreicherung, Schadstofftrennung
* Gasphasenreaktionen
wesentlich zu steigern. The invention has for its object the cleaning performance of previously known comparable water purification reactors by:
* Increase the thermal load capacity
* Reduction of the optical residual absorption
* Increasing the possible exposure time
* flexible reaction layer control or
Improvement of thin film technology
* more efficient admixture of chemical additives
* selective sequential degradation of pollutant groups
* Accumulation of pollutants, separation of pollutants
* Gas phase reactions
to increase significantly.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Kombination verschiedener physikalischer und physikalisch-chemischer Prozesse in einer technischen Konstruktion, die nachfolgend beschrieben wird gelöst.This object is achieved by the combination various physical and physico-chemical Processes in a technical construction, the following described is solved.

Es wird eine Erfindung beschrieben, die dadurch gekennzeichnet ist, daß einem photochemischen Abbauprozeß von Schadstoffen die in Wasser gelöst sind, gleichzeitig eine Zentrifugalwirkung auf das zu reinigende Wasser und die Schadstoffe überlagert wird.An invention is described which is characterized in that is that a photochemical degradation process of pollutants which are dissolved in water also have a centrifugal effect superimposed on the water to be cleaned and the pollutants becomes.

Bei den bisher bekannten und zur Anwendung kommenden Wasserreinigungsreaktoren auf photochemischem Weg strömt das zu reinigende Wasser zwischen einer inneren Quarzröhre und einem äußeren Metallrohr. Das innere Quarzrohr ermöglicht die Strahlungsexposition des Wassers in einem UV-Strahlungsfluß der von einer in der Regel stabförmigen UV-Lampe erzeugt wird, die im Inneren der Quarzröhre auf ihrer Zylinderachse positioniert ist. Die UV-Strahlung induziert eine photochemische Abbaureaktion der Wasserverunreinigungsstoffe. Hierbei ist das Angebot von Sauerstoff im Wasser wesentlich.In the previously known and used This flows to water purification reactors by photochemical means cleaning water between an inner quartz tube and one outer metal tube. The inner quartz tube enables that Radiation exposure of water in a UV radiation flux is generated by a generally rod-shaped UV lamp that positioned inside the quartz tube on its cylinder axis is. The UV radiation induces a photochemical Degradation reaction of water contaminants. Here is that Supply of oxygen in the water is essential.

Ein technisches Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Fig. 1 dargestellt. Das Kernstück der Erfindung ist der zylindrische Zentrifugenkorb auf dessen Längsachse eine UV-Lampe positioniert ist. Der Zentrifugenkorb ist in einem hermetisch und gasdicht geschlossenen Gehäuse gelagert. Der Korb steht während des Betriebes der Zentrifuge bis zu einer gewissen Höhe im Schadwasser. Der rotierende Korb versetzt das Wasser im Inneren des Zylinders ebenfalls in Rotation und es bildet sich unter der Zentrifugalwirkung eine Wassersäule mit paraboidaler innerer Oberfläche aus. Am oberen Ende des rotierenden Zylinders kann das Wasser den Zylinderinnenraum durch mehrere Düsen unter dem Zentrifugaldruck verlassen. Dadurch ergibt sich ein Schadwassertransport entgegen der Schwerkraft nach oben.A technical embodiment of the invention is shown in Fig. 1. The core of the invention is the cylindrical centrifuge basket, on the longitudinal axis of which a UV lamp is positioned. The centrifuge basket is stored in a hermetically and gas-tight housing. The basket is in the contaminated water up to a certain height during the operation of the centrifuge. The rotating basket also rotates the water inside the cylinder and, under the centrifugal effect, a water column with a paraboid inner surface forms. At the upper end of the rotating cylinder, the water can leave the cylinder interior through several nozzles under the centrifugal pressure. This results in an upward transport of harmful water against gravity.

Gleichzeitig wird durch die UV-Bestrahlung der Schadstoffzersetzungsprozeß photochemisch induziert. Eine unterschiedliche räumliche Verteilung der Düsenaustrittsöffnungen im Wasservolumen kann zu einer Trennung unterschiedlicher Wasserschichten der Wassersäule genutzt werden. Das Wasser wird durch die Strahlung der UV-Lampe aufgeheizt. Falls das Wasser durch die Strahlungswärme überhitzt ist, wird es sich beim Austreten durch die Düsen entspannen und verdampfen. Eine Dampfbildung kann wegen der speziellen Düsenform durch die Ausnutzung des Rückstoßprinzipes zum zusätzlichen Antrieb der Zentrifuge beitragen. Der entspannte Dampf wird durch einen Kondensator wieder einkondensiert werden. Dazu ist der Zentrifugenkorb am oberen Ende lamellenförmig ausgeführt. Diese Lamellen greifen meanderförmig in gegenüberliegenden Lamellen des Zentrifugengehäuses. Die Lamellenstruktur durch die der Wasserdampf mittels des Lampenkühlgases geblasen wird, bildet den Kondensator. Im Kondensator wird zugleich die Kondensationswärme des kondensierten Wassers abgegeben. Der Kondensator ist zugleich der Kühler der Reinigungsanlage. Am oberen Ende sitzt auf dem Zentrifugenkorb ein Turbinenkompressor (ein oder mehrere Turbinenschaufelräder). Das Lampenkühlgas, das die Atmosphäre des Reaktorinneren bildet, wird durch dieses Kompressor komprimiert und in den Lamellenspalt gedrückt. Das Kühlgas nimmt auch den eventuellen Dampf hinter den Austrittsdüsen des Zentrifugenkorbes mit. Der Kompressionsdruck muß im Falle der Dampfbildung den Dampfdruck kompensieren um das Entweichen des Dampfes in das innere Reaktionsvolumen des Zentrifugenkorbes und einen dadurch hier auftretenden Druckanstieg zu verhindern. Der Kondensator ist so ausgeführt, daß das kondensierte Wasser bzw. gekühlte Wasser nach dem Durchtritt durch den Kondensator bzw. Kühler durch einen Syphon vom Kühlgas und dem Dampf der leichtflüchtigen Wasserbestandteile getrennt wird. Das gesammelte Wasser strömt dann durch ein Fallrohr direkt in das innere Wasservolumen des Zentrifugenkorbes zurück. Es kann jedoch vorher am Ende des Fallrohres im Fallrohrsyphon mit einem variablen Verzweigungsverhältnis teilweise oder ganz ausgelassen werden. Das Lampenkühlgas strömt zusammen mit den nicht mehr im Wasser gelösten leichtflüchtigen Stoffen über ein zweites Fallrohr direkt in die die UV-Lampe umgebende Atmosphäre. Im beschriebenen Reaktor ist somit ein separater Wasserkreislauf und ein Kühlgaskreislauf realisiert. Der Reaktorinnendruck ist durch einen geeignet gewählten Strömungswiderstand bzw. Druckabfall in den Fallrohren vom Kompressordruck bzw. Kondensatorinnendruck entkoppelt. Der Zentrifugenkorb wird durch eine Elektromotor (Direktantrieb) angetrieben. Der Rotor des Motors sitzt auf dem oberen Ende des Zentrifugenkorbes. Der Stator ist im Zentrifugengehäuse eingesetzt. Am unteren Ende des Zentrifugenkorbes ist ein Zentrifugalfilter integriert der ungelöste Feststoffe und Schwebstoffe von der Schadwasserlösung abtrennt. Der hier abgeschiedene Filterkuchen kann z. B. durch eine feststehende Schneide gebrochen werden und sinkt unter der Gravitationswirkung in den Sumpf des Reaktorgehäuses. Er kann von hier weggefördert werden.At the same time, the UV radiation Pollutant decomposition process induced photochemically. A different spatial distribution of the Nozzle outlet openings in the water volume can cause separation different water layers of the water column become. The water is emitted by the radiation from the UV lamp heated up. If the water is radiant is overheated, it will come out through the nozzles relax and evaporate. Vapor formation can occur because of the special nozzle shape by using the Recoil principles for the additional drive of the centrifuge contribute. The relaxed steam is through a condenser be condensed again. The centrifuge basket is on the upper end is lamellar. These slats grip meandering in opposite lamellae of the Centrifuge housing. The lamellar structure through the Water vapor is blown by means of the lamp cooling gas, forms the capacitor. In the capacitor, the Heat of condensation of the condensed water is given off. Of the The condenser is also the cooler of the cleaning system. At the the upper end sits on the centrifuge basket Turbine compressor (one or more turbine blades). The lamp cooling gas, which is the atmosphere of the reactor interior is compressed by this compressor and into the Slat gap pressed. The cooling gas also takes the eventual Steam behind the outlet nozzles of the centrifuge basket. Of the Compression pressure must be the vapor pressure in the event of vapor formation compensate for the escape of steam into the interior Reaction volume of the centrifuge basket and one here prevent occurring pressure rise. The capacitor is like that executed that the condensed water or chilled water after passing through the condenser or cooler a siphon of the cooling gas and the vapor of the volatile Water components are separated. The collected water flows then through a downpipe directly into the inner water volume of the Centrifuge basket back. However, it can be done at the end of the Downpipe in the downpipe siphon with a variable Branching ratio can be omitted partially or completely. The lamp cooling gas flows together with the no longer in the water dissolved volatile substances via a second downpipe directly into the atmosphere surrounding the UV lamp. in the The reactor described is thus a separate water circuit and realized a cooling gas circuit. The reactor pressure is through a suitably chosen flow resistance or Pressure drop in the downpipes from the compressor pressure or Condenser pressure decoupled. The centrifuge basket will driven by an electric motor (direct drive). The rotor the motor sits on the upper end of the centrifuge basket. Of the Stator is used in the centrifuge housing. At the bottom A centrifugal filter is integrated into the centrifuge basket undissolved solids and suspended matter from the polluted water solution separates. The filter cake deposited here can e.g. B. by a fixed cutting edge is broken and sinks under the Gravitational effect in the bottom of the reactor housing. He can be carried away from here.

benefits

1) Die reale Strahlung der zur Verwendung kommenden UV- Strahlungsquellen wie z. B. Quecksilbermitteldrucklampen besteht ungefähr zur Hälfte aus Infrarotstrahlungsanteilen, die die Reaktorbauteile und das Wasser aufheizen. Die im Allgemeinen verwendeten Quecksilbermitteldruckhochleistungsstrahler benötigen zudem ihrerseits eine Betriebstemperatur von ca. 900-1200 K und erzeugen dadurch neben der Strahlung aus der Gasentladung einen weiteren beträchtlichen Anteil an Wärmestrahlung. Der Wasserreinigungsprozeß solcher Reinigungsanlagen wird unterbunden, sobald das Wasser durch die Strahlungswärme zum Sieden kommt. Es kann dadurch z. B. zur überdruckbedingten Zerstörung dieser Anlagen kommen. Die Reinigungsleistung ist deshalb durch die Obergrenze der maximal einkoppelbaren UV-Strahlungsleistung begrenzt. Ein größerer Wasserfluß, der die Wärmestrahlung aufnehmen und abführen soll und der durch ein größeres Wasservolumen oder eine höhere Strömungsgeschwindigkeit erreicht wird, kann hier nicht zu einer Verbesserung führen. Ein zusätzliches Wasservolumen in Dickschichtreaktoren kann wegen der allgemein geringen oberflächlichen Eindringtiefe der UV-Strahlung keiner Bestrahlung ausgesetzt werden. Die Verwendung von Wirbelkörpern im Wasserfluß kann zwar eine Strahlungsexposition aller Wasservolumenelemente ermöglichen, die Volumenelemente werden dann aber insgesamt eine geringere Expositionszeit erfahren. Bei Dünnschichtreaktoren wird ein erhöhter Wasserfluß zum Ansteigen der Wassertransportgeschwindigkeit führen und die Wirkung der UV-Strahlung wird wegen der abnehmenden Expositionszeit abnehmen. Eine Vergrößerung der Bestrahlungsoberfläche der Dünnschichtreaktoren zur Herabsetzung der Strömungsgeschwindigkeit reduziert den UV- Strahlungsfluß je Oberflächeneinheit und damit wieder die Strahlungswirkung. Die Reinigungseffizienz sinkt in jedem Fall. Die tiefere Problematik dieser Erscheinung ist die homogene Schadstoffverteilung im Wasservolumen.1) The real radiation of the UV used Radiation sources such as B. There is medium pressure mercury lamps about half of the infrared radiation that the Heat the reactor components and the water. The generally used high pressure mercury lamps also require an operating temperature of approx. 900-1200 K and thereby generate radiation from the Gas discharge another significant proportion Heat radiation. The water purification process of such Cleaning systems will be stopped as soon as the water through the Radiant heat comes to a boil. It can z. B. for overpressure-related destruction of these systems. The Cleaning performance is therefore the maximum due to the upper limit couplable UV radiation power limited. A bigger one Water flow that should absorb and dissipate the heat radiation and that by a larger volume of water or a higher Flow rate is reached, can not lead to an improvement. An additional volume of water in Thick film reactors can because of the generally small superficial penetration depth of UV radiation none Exposed to radiation. The use of vertebral bodies radiation exposure of all can occur in the water flow Allow water volume elements to become volume elements but then experience a shorter exposure time overall. In thin-film reactors, an increased water flow becomes Increase in water transport speed and the Effect of UV radiation is decreasing because of it Decrease exposure time. An enlargement of the Irradiation surface of the thin-film reactors Lowering the flow rate reduces the UV Radiation flow per surface unit and thus again Radiation effect. The cleaning efficiency drops in any case. The deeper problem of this phenomenon is the homogeneous Pollutant distribution in the water volume.

Bei der hier beschriebenen Erfindung kann der Wasserfluß zur Aufnahme einer größeren Wärmemenge erhöht werden, da sich unter der Zentrifugalwirkung ein radialer Konzentrationsgradient in Bezug auf die Figurenachse des Zentrifugenkorbes der hier zur photochemische Zersetzung anstehenden im Wasser gelösten Schadstoffe ausbildet (eigene unveröffentlichte Untersuchungen). Die Zentrifugalwirkung führt zur inhomogenen Konzentrationsverteilung der abzureinigenden Schadstoffe im Reaktionsvolumen. Bestimmte gelöste Schadstoffe werden dadurch unter der Zentrifugalwirkung entsprechend der effektiven Dichte ihrer spezifischen Hydrathüllen in der Nähe der freien inneren Flüssigkeitsoberfläche, die der Strahlungsquelle gegenüberliegt konzentriert und erfahren innerhalb der Eindringtiefe der UV- Strahlung eine Strahlungsexposition und Abbaureaktion. Das restliche Wasservolumen in dem unter der Zentrifugalwirkung eine Konzentrationsverarmung der betrachteten Schadstoffe entsteht kann beliebig vergrößert werden und kann den größten Teil der Strahlungswärme abführen. Dieses Restwasservolumen wird in den Reaktionsbereich des Reinigungsreaktors zurückgeführt, so daß die hier enthaltene Schadstoffmenge nicht freigesetzt wird.In the invention described here, the water flow can Incorporation of a larger amount of heat can be increased since under the centrifugal effect a radial concentration gradient in Reference to the figure axis of the centrifuge basket which is here Photochemical decomposition pending dissolved in the water Forms pollutants (own unpublished Investigations). The centrifugal effect leads to inhomogeneous Concentration distribution of the pollutants to be cleaned in Reaction volume. This removes certain contaminants under the centrifugal effect according to the effective density their specific hydration shells near the free inner ones Liquid surface opposite the radiation source concentrated and experienced within the penetration depth of the UV Radiation exposure to radiation and degradation. The remaining water volume in the under the centrifugal effect a concentration depletion of the pollutants under consideration arises can be enlarged as desired and can be the largest Dissipate part of the radiant heat. This residual water volume is in the reaction area of the cleaning reactor returned so that the amount of pollutant contained here is not is released.

Der wegen der Zentrifugalwirkung erhöhte Wasserdruck im Reaktionsvolumen des Reaktors führt zudem zu einer Siedepunktserhöhung, die die zusätzliche Aufnahme einer höheren Wärmemenge bzw. Strahlungsleistung gegenüber den herkömmlichen Normaldruckreaktoren ermöglicht. Es können technisch problemlos Zentrifugaldrücke erzeugt werden, die weit oberhalb des kritischen Druckes des Schadwassers liegen und die Schadwassertemperatur kann bis unter die kritische Temperatur gesteigert werden. Der kritische Druck und die kritische Temperatur von reinem Wasser betragen 674,16 K und 21,287700 M Pa (217 atm). Es kann somit theoretisch die 3,74fache Wärmemenge bzw. Strahlungsleistung von einer gleichen Wassermenge auf genommen werden. Hinzu kommt die Abfuhr der Verdampfungswärme durch das überhitzte Wasser, wenn es den Bereich der Zentrifugalwirkung verläßt und verdampft.The increased water pressure in the Reaction volume of the reactor also leads to Boiling point increase, which the additional inclusion of a higher Amount of heat or radiant power compared to conventional ones Normal pressure reactors enabled. It can be technically easy Centrifugal pressures are generated that are well above the critical pressure of the contaminated water and the Polluted water temperature can drop below the critical temperature be increased. The critical pressure and the critical The temperature of pure water is 674.16 K and 21.287700 M. Pa (217 atm). Theoretically, it can be 3.74 times Amount of heat or radiant power of the same Amount of water to be taken. Added to this is the removal of the Evaporation heat from the superheated water if it is Leaves the area of centrifugal action and evaporates.

Die Erfindung steigert die Reinigungseffizienz durch eine wesentlich größere mögliche Strahlungsleistungseinkoppelung im Vergleich zu herkömmlichen Reinigungsreaktoren.The invention increases the cleaning efficiency by much larger possible radiation power coupling in Compared to conventional cleaning reactors.

2) Bei den herkömmlichen Reinigungsreaktoren werden alle im Wasser vorkommenden Schadstoffe gleichzeitig den gleichen Strahlungsbedingungen und chemischen Bedingungen ausgesetzt. Der chemische Schadstoffabbau kann deshalb nur in Grenzen auf die globale Zersetzung aller Schadstoffe der Schadstoffmischung optimiert werden. In der Regel ist nur die Optimierung des Abbaus eines Schadstoffes oder einer kleinen Gruppe von Schadstoffen, die sich chemisch ähnlich verhalten in der Mischung möglich.2) With conventional cleaning reactors, all are in the Water occurring pollutants at the same time the same Exposed to radiation and chemical conditions. The chemical pollutant degradation can therefore only be limited the global decomposition of all pollutants in the pollutant mixture be optimized. As a rule, only the optimization of the Degradation of a pollutant or a small group of Pollutants that behave similarly chemically in the Mixing possible.

Die beschriebene Erfindung kann wegen der Zentrifugalwirkung verschiedene Schadstoffgruppen entsprechend ihrer unterschiedlichen effektiven Dichten räumlich verteilt konzentrieren, anreichern, und trennen und wegen der begrenzten Eindringtiefe des UV-Lichtes einen lokalen Oberflächenreaktionsbereich für spezifische Schadstoffe erzeugen. Die angereicherten und abgetrennten Schadstoffe im Restwasservolumen können dann in einem zweiten gleichartigen Reaktor unter den ihnen zukommenden optimierten Reaktionsbedingungen behandelt werden und gegebenenfalls weiter aufgetrennt werden. Die Erfindung ermöglicht deshalb einen selektiven sequentiellen Schadstoffgruppenabbau mit der entsprechenden optimalen Prozeßführung und ermöglicht dadurch einen optimierbaren globalen Schadstoffabbau von Schadstoffmischungen. Weiter können so die den Schadstoffabbau behindernden Interferenzen (reaktionskinetische Verzweigungen) und Metabolidenbildung, die durch die gleichzeitige Anregung oder Radikalisierung verschiedener dann miteinander reaktionsfähiger Schadstoffgruppen in den Mischungen entstehen, unterdrückt werden.The described invention can because of the centrifugal effect different groups of pollutants according to their different effective densities spatially distributed concentrate, enrich, and separate and because of the limited Penetration depth of a local UV light Surface reaction area for specific pollutants produce. The enriched and separated pollutants in the Residual water volume can then in a second similar Reactor optimized among them Reaction conditions are treated and optionally further be separated. The invention therefore enables one selective sequential pollutant group reduction with the appropriate optimal process control and thereby enables an optimized global pollutant degradation of Pollutant mixtures. The pollutant degradation can continue interfering interference (reaction kinetic branches) and metabolide formation by simultaneous stimulation or radicalization of different then with each other reactive pollutant groups arise in the mixtures, be suppressed.

Diese Erfindung steigert somit die Reinigungseffizienz gegenüber den herkömmlicher Reaktoren durch einen möglichen optimalem selektiven sequentiellen Schadstoffgruppenabbau und die mögliche Unterdrückung bestimmter Interferenzen und Metabolide.This invention thus increases cleaning efficiency compared to the conventional reactors by a possible optimal selective sequential pollutant group degradation and the possible suppression of certain interferences and Metabolites.

3) Herkömmliche Reinigungsreaktoren sind durch ihre Konstruktion und Bauausführung auf eine Reinigungstechnik festgelegt. Speziell bei Durchflußreaktoren läßt sich entweder nur die sogenannte Dünnschicht- oder Dünnfilmreaktortechnik oder die Dickschichtreaktortechnik realisieren. Beide Reaktortechniken bieten spezifische partielle Vorteile.3) Conventional purification reactors are characterized by their Construction and construction on a cleaning technology fixed. Especially with flow reactors can either only the so-called thin-film or thin-film reactor technology or implement the thick-film reactor technology. Both Reactor technologies offer specific partial advantages.

Die beschriebene Erfindung kann mit ein und demselben Reaktor über die Steuerung der Zentrifugalwirkung die Schichtdicke des Schadwasserstromes und die Konzentrationsverteilung bzw. die Oberflächenschichtkonzentration der Schadstoffe im Wasserstrom vorgeben. Dies gewährleistet den Betrieb des Reinigungsreaktors wahlweise als Dünnschicht- oder Dickschichtreaktor. Der Einsatz des Reaktors als Dünnschichtreaktor durch die Steuerung der Oberflächenschichtkonzentration vermeidet zudem den wesentlichen Nachteil aller Dünnschichtreaktoren. Dieser Nachteil besteht im relativ geringen Schadwasserdurchsatz bzw. wegen der homogenen Schadstoffverteilung im relativ geringen Schadstoffdurchsatz. Dieser Nachteil wird durch eine Konzentration der Schadstoffe in der Bestrahlungsoberflächenschicht vermieden. Der Schadstoffgehalt eines großen Wasservolumens wird quasi in das kleine Wasservolumen des Dünnschichtreaktors konzentriert. The described invention can with one and the same reactor by controlling the centrifugal effect, the layer thickness of the Polluted water flow and the concentration distribution or Surface layer concentration of the pollutants in the water flow pretend. This ensures the operation of the cleaning reactor optionally as a thin-film or thick-film reactor. The stake of the reactor as a thin film reactor by controlling the Surface layer concentration also avoids that essential disadvantage of all thin-film reactors. This The disadvantage is the relatively low throughput of harmful water or because of the homogeneous distribution of pollutants in the relatively low Throughput. This disadvantage is caused by a Concentration of pollutants in the Radiation surface layer avoided. The pollutant content of a large volume of water is quasi into the small Concentrated water volume of the thin-film reactor.

Die Erfindung steigert die Reinigungseffizienz im Vergleich zu herkömmlichen Reinigungsreaktoren durch die Möglichkeit die partiellen Vorteile der unterschiedlichen Reaktortechniken in den speziellen Anwendungen auszunutzen.The invention increases cleaning efficiency compared to conventional cleaning reactors through the possibility of partial advantages of the different reactor technologies in to take advantage of special applications.

4) Schwer abzureinigende Schadstoffe und die im Schadstoffabbau gebildeten Metabolide müssen im Rahmen einer kontinuierlichen Prozeßführung in der Reinigungstechnik mit herkömmlichen Reaktoren zur Vergrößerung der Expositionszeit und damit zur ausreichenden Zersetzung über mehrere hintereinandergeschaltete gleichartige Reaktoren geführt werden. Die Vergrößerung der Expositionszeit durch die Herabsetzung der Strömungsgeschwindigkeit ist nur begrenzt möglich, da der herabgesetzte Wasserfluß ab einer bestimmten Grenze die notwendige Abfuhr der Strahlungswärme nicht mehr gewährleistet. Dabei kann entsprechend der Reaktionsträgheit des betrachteten Schadstoffes oder Metabolids die notwendige Zahl der hintereinanderzuschaltenden Einzelreaktoren durchaus so groß werden, daß eine solche Reinigungsanlage wirtschaftlich nicht mehr vertretbar ist. Entsprechende Schadstoffe sind mit den herkömmlichen Reinigungsreaktoren aus wirtschaftlicher Sicht nicht abbaufähig.4) Difficult to clean pollutants and the Metabolism formed in the degradation of pollutants continuous process control in cleaning technology with conventional reactors to increase the exposure time and thus for sufficient decomposition over several similar reactors connected in series become. The increase in exposure time by the Reduction of the flow rate is only limited possible because the reduced water flow from a certain No longer limit the necessary removal of radiant heat guaranteed. It can be according to the inertia of the pollutant or metabolide under consideration is the necessary one Number of individual reactors to be connected in series become so large that such a cleaning system is economical is no longer justifiable. Corresponding pollutants are included the conventional cleaning reactors from more economical View not degradable.

Die beschriebenen Erfindung vermeidet solche aufwendigen Mehrstufenreaktoranlagen. In dem beschriebenen Reaktor kann die Schadwassermenge beliebig lang der Bestrahlung und dem chemischen Reaktionsprozeß ausgesetzt werden, da das Reaktorprinzip eine Schadwasserrückführung bietet ohne den kontinuierlichen Reinigungsbetrieb zu unterbinden. Die Schadwasserrückführung in das Reaktionsvolumen des Reaktors steigert gleichzeitig die Reinigungseffizienz des Reaktors, da es unterhalb einer bestimmten Schadstoffabbaurate bestimmter Schadstoffe automatisch zur Anreicherung dieser Schadstoffe kommt. Die Anreicherung ergibt sich wegen der inhomogenen Konzentrationsverteilung unterschiedlicher Schadstoffgruppen in verschiedenen Raumbereichen des Reaktionsvolumens. Das bestrahlten Wasservolumens wird in das rückzuführenden Wasservolumen (kurz Restwasservolumen) und in das abzuführende Wasservolumen getrennt. Das abgeführte Wasservolumen wird kontinuierlich durch zuströmendes unbehandeltes Schadwasser ersetzt. Dadurch werden die Schadstoffe mit den geringeren Zersetzungsraten, die ihr Konzentrationsschwergewicht im Restwasservolumen haben dort angereichert. Die Reaktionsgeschwindigkeit und damit die Zersetzungsrate hängt bei einem Überschuß eines Sauerstoffangebotes von der Konzentration der abzubauenden Schadstoffe ab. Die Zersetzungsrate dieser Schadstoffe wird durch die Anreicherung automatisch gesteigert.The described invention avoids such complex Multi-stage reactor plants. In the described reactor, the Amount of contaminated water for as long as the radiation and the be exposed to the chemical reaction process since the The reactor principle offers a return of polluted water without the prevent continuous cleaning. The Return of contaminated water into the reaction volume of the reactor at the same time increases the cleaning efficiency of the reactor, because it below a certain pollutant degradation rate certain Pollutants automatically to enrich these pollutants is coming. The enrichment is due to the inhomogeneous Concentration distribution of different pollutant groups in different spatial areas of the reaction volume. The irradiated water volume is returned to the Water volume (short residual water volume) and into the to be discharged Water volume separated. The volume of water discharged will continuously through inflowing untreated harmful water replaced. As a result, the pollutants with the lesser Decomposition rates, their concentration heavy in the Residual water volumes have enriched there. The Reaction speed and thus the rate of decomposition depends with an excess of oxygen supply from the Concentration of the pollutants to be broken down. The Decomposition rate of these pollutants is due to the enrichment automatically increased.

Die Reinigungseffizienz der beschriebenen Erfindung ist für bestimmte schwer abzubauende Schadstoffe wegen der Rückführungs- und Anreicherungsmöglichkeit höher als bei vergleichbaren herkömmlichen Reaktoren. Zudem gewährleistet die beschriebene Erfindung die Abreinigung von Schadstoffen, die mit herkömmlichen Reaktoren aus wirtschaftlicher Sicht nicht vertretbar ist.The cleaning efficiency of the described invention is for certain pollutants difficult to break down because of Repatriation and enrichment options higher than for comparable conventional reactors. In addition, the described invention the cleaning of pollutants, the with conventional reactors from an economic point of view is justifiable.

5) In herkömmlichen Reaktoren findet der photochemische Abbau der Schadstoffe ausschließlich in der flüssigen Phase statt. Es kann sich in den herkömmlichen Strömungsreaktoren innerhalb der den Reaktionsraum begrenzenden Röhren kein Dampfraum ausbilden. Unveröffentlichte eigene Untersuchungen haben einen wesentlich effizienteren photochemischen Abbau verschiedener leichtflüchtiger Kohlenwasserstoffe in der Gasphase gezeigt, z. B. war der photochemische Abbau von Perchlorethylen um ca. einen Faktor 100 effizienter als in der flüssigen Phase. Herkömmliche Reaktoren können diesen effizienteren Abbauprozeß nicht realisieren.5) Photochemical degradation takes place in conventional reactors the pollutants take place exclusively in the liquid phase. It can occur in the conventional flow reactors within the tubes forming the reaction space do not form a vapor space. Unpublished own investigations have an essential more efficient photochemical degradation of various volatile hydrocarbons shown in the gas phase, e.g. B. was the photochemical degradation of perchlorethylene by approx. 100 times more efficient than in the liquid phase. Conventional reactors can do this more efficient mining process do not realize.

Die Erfindung ermöglicht den photochemischen Schadstoffabbau sowohl in der flüssigen Phase als auch in der Gasphase, da sich über der freien Oberfläche der zentrifugierten Wassersäule ein Dampfraum der leichtflüchtigen Kohlenwasserstoffe ausbilden kann. Die Verdampfung der leichtflüchtigen Kohlenwasserstoffe wird durch die Zentrifugalwirkung erheblich gesteigert. In eigenen unveröffentlichten Untersuchungen konnte unter der Zentrifugalwirkung bei 277,16 K die 4fache Verdampfungsrate bestimmter Kohlenwasserstoffe gegenüber der Verdampfung ohne eine Zentrifugalwirkung gemessen werden. Die Verdampfungszunahme war für verschiedenen leichtflüchtige Schadstoffe unterschiedlich. Dabei nahm die Gesamtkonzentration der betrachteten im Wasser gelösten Schadstoffe bei einer Zentrifugierzeit von 30 Minuten und einer relativen Zentrifugalkraft (RCF) von 16 000 um 30% ab. Eine mögliche Erklärung dieser Beobachtung kann unter Anderem in der Konzentrationszunahme bzw. in den unterschiedlichen Konzentrationsgradienten dieser Schadstoffe unter der Flüssigkeitsoberfläche liegen, die durch die Zentrifugalwirkung hervorgerufen werden. Eine Verdampfung der leichtflüchtigen Kohlenwasserstoffe wird durch die hohe mögliche Wassertemperatur weiter unterstützt.The invention enables the photochemical degradation of pollutants both in the liquid phase and in the gas phase, since above the free surface of the centrifuged water column Form the vapor space of the volatile hydrocarbons can. Evaporation of volatile hydrocarbons is significantly increased by the centrifugal effect. In own unpublished investigations could under the Centrifugal effect at 277.16 K 4 times the evaporation rate certain hydrocarbons versus evaporation without a centrifugal effect can be measured. The increase in evaporation was for various volatile pollutants differently. The total concentration of the considered pollutants dissolved in water in one Centrifugation time of 30 minutes and a relative Centrifugal force (RCF) from 16,000 down 30%. A possible Explanation of this observation can be found in the Increase in concentration or in different Concentration gradient of these pollutants under the Liquid surface lying by centrifugal action are caused. Evaporation of the volatile Hydrocarbons is possible due to the high Water temperature further supported.

Wenn der Reinigungsreaktor im Temperaturbereich betrieben wird in dem eine Wasserüberhitzung vorliegt, dann wird das überhitzte Wasser nach Verlassen des Zentrifugalwirkungsbereiches schlagartig verdampfen. Hierbei werden die leichtflüchtigen Kohlenwasserstoffe fast vollständig in die Gasphase freigesetzt und können fast vollständig der Gasphasenreaktion zur Verfügung stehen. Es liegt eine vollständige Destillation der leichtflüchtigen Kohlenwasserstoffe vor, die im Gasraum des Reaktors zurückgehalten werden.When the cleaning reactor is operated in the temperature range in which there is water overheating, then that will overheated water after leaving the Evaporate the centrifugal action area suddenly. Here volatile hydrocarbons become almost complete released into the gas phase and can almost completely Gas phase reaction are available. There is one complete distillation of the volatile Hydrocarbons in the gas space of the reactor be held back.

Die mögliche Bildung von gasförmigen Metaboliden wie z. B. Phosgen durch die Reaktion der Kohlenwasserstoffe mit Sauerstoff ist in diesem Reaktor unkritisch, da der gesamte Gasraum gegen die Außenatmosphäre isoliert ist. Das Gasvolumen zirkuliert ständig durch das Reaktionsvolumen, wodurch die Metabolide als Zwischenprodukte fortwährend photochemisch zersetzt werden können. Eine zusätzliche thermische Zersetzung an der heißen Lampenoberfläche findet ebenfalls statt.The possible formation of gaseous metabolides such. B. Phosgene by the reaction of the hydrocarbons with Oxygen is not critical in this reactor as the whole Gas space is isolated from the outside atmosphere. The gas volume circulates continuously through the reaction volume, causing the Metabolides as intermediates continuously photochemically can be decomposed. An additional thermal decomposition also takes place on the hot lamp surface.

Die Erfindung kann somit im Vergleich zu herkömmlichen Reinigungsreaktoren die Reinigungseffizienz durch die zusätzliche Nutzung von photochemischen Gasphasenreaktionen zum Schadstoffabbau steigern.The invention can thus be compared to conventional ones Cleaning reactors the cleaning efficiency through the additional use of photochemical gas phase reactions for Increase pollutant degradation.

6) Herkömmliche Reinigungsreaktoren verwenden Quarztauchrohre oder Quarzröhren um die UV-Lampen chemisch, thermisch und elektrisch von dem Schadwasser zu isolieren. Quarz ist hier aus technischen Gründen das einzige verwendbare Material. Die optische Transmission des wirtschaftlich verwendbaren Quarzmaterials führt zu einer wesentlichen Schwächung der für viele Abbauprozesse notwendigen harten UV-C-Strahlung im Wellenlängenbereich unterhalb von 280 nm. Für die UV-Strahlung unterhalb einer Wellenlänge von 250 nm ist die Transmission der zur Verwendung kommenden Quarzglasbauteile unter 50% abgesunken. Die Transmission nimmt im heilen Zustand der Quarztauchrohre noch weiter ab. Die Oberfläche der Quarztauchrohre kommt in herkömmlichen Reaktoren direkt mit dem Schadwasser in Berührung. Es bilden sich auf der Oberfläche mit der Zeit unvermeidliche Ablagerungen von Magnesiumkarbonat, Kalziumkarbonat (Kalk) und Metallverbindungen wie Eisenhydroxide und Manganhydroxide. Kalk weist bei steigenden Wassertemperaturen ein fallendes Löslichkeitsprodukt auf, wodurch die Problematik von Kalkablagerungen auf den optischen Bauteilen bei höheren Wassertemperaturen verstärkt wird. Die Ablagerungen führen zu einer steigenden Oberflächenrauhigkeit der Quarztauchrohre und ermöglichen dann zusätzlich die Anlagerung von Wasserschwebstoffen. Die genannte Oberflächenbelegung reduziert die optische Transmission für die UV-Strahlung weiter drastisch und führt zu einer absorptionsbedingten weiteren Aufheizung der Quarztauchrohre. Eine weitere aber eher vernachlässigbare Absorption der harten UV-C-Strahlung findet in dem Stickstoffkühlgasstrom der die Lampe umgibt statt. In diesem Zustand beträgt die in das Schadwasser einkoppelbare UV-Strahlungsleistung weniger als 1/4 der Strahlungsleistungsemission der UV-Lampe.6) Conventional cleaning reactors use quartz dip tubes or quartz tubes around the UV lamps chemically, thermally and to isolate it electrically from the contaminated water. Quartz is out of here the only usable material for technical reasons. The optical transmission of the economically usable Quartz material leads to a substantial weakening of the for many degradation processes require hard UV-C radiation in the Wavelength range below 280 nm. For UV radiation the transmission is below a wavelength of 250 nm used quartz glass components below 50% sunk. The transmission decreases in the healed state Quartz dip tubes even further. The surface of the Quartz immersion tubes come directly with the in conventional reactors Harmful water in contact. They form on the surface deposits of magnesium carbonate inevitable at the time, Calcium carbonate (lime) and metal compounds such as Iron hydroxides and manganese hydroxides. Lime shows when rising A falling solubility product, causing the problem of limescale deposits on the optical Components is reinforced at higher water temperatures. The Deposits lead to increasing surface roughness of the quartz dip tubes and then additionally enable the Accumulation of water suspended matter. The said Surface coverage reduces the optical transmission for the UV radiation continues drastically and leads to a absorption-related further heating of the quartz immersion tubes. Another but rather negligible absorption of the hard UV-C radiation takes place in the nitrogen cooling gas stream Lamp surrounds instead. In this state it is in the Harmful water that can be coupled in UV radiation output less than 1/4 the radiation power emission of the UV lamp.

Die beschriebene Erfindung verwendet keine optischen Bauteile. Das Schadwasser strömt unter der Zentrifugalwirkung räumlich isoliert von der Strahlungsquelle. Es entstehen hier keine Ablagerungsprobleme. Die in das Schadwasser einkoppelbare UV- Strahlungsleistung ist größenordnungsmäßig 4mal höher als bei den herkömmlichen Reinigungsreaktoren, wodurch die Reinigungseffizienz gegenüber den herkömmlichen Reaktoren wesentlich gesteigert wird.The described invention does not use optical components. The contaminated water flows spatially under the centrifugal effect isolated from the radiation source. There are none here Deposit problems. The UV that can be coupled into the contaminated water Radiant power is on the order of 4 times higher than in the conventional cleaning reactors, whereby the Cleaning efficiency compared to conventional reactors is significantly increased.

7) In herkömmlichen Reinigungsreaktoren wird die UV-Strahlung, die den photochemischen Abbauprozeß induzieren soll auch von den im Schadwasser befindlichen festen dispersen Stoffen wie unlösliche Stoffe oder Schwebstoffen absorbiert. Diese Schwebstoffe lassen sich technisch und wirtschaftlich vorher nur in begrenztem Umfang vom Schadwasser durch Filter abtrennen (z. B. Verschlammungsproblem der Filterstoffe). Das Vorhandensein von Schwebstoffen im Schadwasser begrenzt die Reinigungsfähigkeit der herkömmlichen Reaktoren.7) In conventional cleaning reactors, UV radiation, which is also said to induce the photochemical degradation process the solid disperse substances in the contaminated water such as insoluble or suspended matter is absorbed. This Suspended matter can be technically and economically beforehand Separate the contaminated water from filters only to a limited extent (e.g. silting problem of the filter fabrics). The The presence of suspended matter in the contaminated water limits the Cleanability of conventional reactors.

Da diese Feststoffe in der Regel eine höhere Dichte aufweisen als das Wasser, werden sie bei dieser Erfindung unter der Zentrifugalwirkung aus dem Oberflächenreaktionsvolumen des Reaktors herausgedrängt und mit dem Restwasservolumen abgetrennt und abtransportiert. Sie können sich im Sumpf des Reaktors absetzen. Dadurch steht die gesamte UV-Strahlung dem photochemischen Abbauprozeß der im Wasser gelösten Schadstoffe zur Verfügung. Unlösliche Wasserbestandteile wie Metallhydroxide und Schwebstoffe wie z. B. Ausflockungen behindern nicht mehr den Reinigungsprozeß. Dadurch ist in diesem Reaktor die gleichzeitige Trennung von Schwermetallen z. B. nach einem Ausflockungsverfahren möglich.Because these solids generally have a higher density than the water, they are under the Centrifugal effect from the surface reaction volume of the Reactor pushed out and with the residual water volume separated and transported away. You can be in the swamp of the Stop the reactor. As a result, the entire UV radiation is photochemical degradation process of the pollutants dissolved in the water to disposal. Insoluble water components such as Metal hydroxides and suspended matter such. B. flocculation no longer hinder the cleaning process. This is in this reactor the simultaneous separation of heavy metals e.g. B. possible after a flocculation process.

Die Erfindung gewährleistet im Gegensatz zu herkömmlichen Reinigungsreaktoren die Reinigung von stark schwebstoffhaltigen Schadwässern und ermöglicht die Reinigung von weiteren Wasserverunreinigstoffklassen die in den herkömmlichen Reinigungsreaktoren nicht abbaufähig sind.In contrast to conventional ones, the invention ensures Cleaning reactors the cleaning of heavily suspended matter Harmful water and enables the cleaning of others Water pollutant classes in the conventional Cleaning reactors are not degradable.

8) Die homogene Zumischung von chemischen Additiven (Sauerstoffdonatoren) wie Wasserstoffperoxid oder Ozon hat erfahrungsgemäß einen wesentlichen Einfluß auf die Reinigungseffizienz der betrachteten Reinigungsreaktoren. In den herkömmlichen Reaktoren wird das chemische Additiv entweder in den Wasserstrom injiziert oder in Vorlauftanks hinzugegeben. Dem Additiv steht in statischen Mischern genügend Zeit zur Verfügung um sich durch eine Diffusion oder durch die Wirkung eines Rührwerks homogen im Schadwasser verteilen zu können. Statische Mischer erhöhen jedoch den Bauaufwand der Reinigungsanlagen beträchtlich. Die Injektion ist wesentlich einfacher. Sie führen jedoch meist zu einer inhomogenen oder unvollständigen Mischung des Schadwassers mit dem Additiv. Nach der Auskunft einschlägiger Hersteller von Injektionsdüsen ist das größte technische Problem die homogenen Injektion von Flüssigkeiten in Flüssigkeiten, da der Injektionsstrahl unabhängig von der Düsenform immer einen scharfen Injektionsstrahl bildet. Die Verwendung von zusätzlichen Wirbelkörpern oder Prallplatten führt meist nur zu einer teilweisen Verbesserung.8) The homogeneous admixture of chemical additives (Oxygen donors) such as hydrogen peroxide or ozone experience has shown a significant influence on the Cleaning efficiency of the cleaning reactors under consideration. In The conventional reactors use either the chemical additive injected into the water flow or added to flow tanks. The additive has enough time in static mixers Available to yourself through diffusion or through the effect of an agitator to be able to distribute homogeneously in the contaminated water. However, static mixers increase the construction effort Cleaning equipment considerable. The injection is essential easier. However, they usually lead to an inhomogeneous or incomplete mixing of the contaminated water with the additive. To is the information of relevant manufacturers of injection nozzles the biggest technical problem is the homogeneous injection of Liquids in liquids because of the injection jet always a sharp one regardless of the nozzle shape Injection jet forms. The use of additional Vertebral bodies or baffle plates usually only lead to one partial improvement.

Die beschriebene Erfindung bietet die Möglichkeit das Additiv direkt in den Eingang des Reaktionsvolumen des Reaktors zu injizieren. Dabei wird wegen der Rotation der Wassersäule und ihrer stetigen Förderbewegung jedes Volumenelement vom Injektionsstrahl getroffen. Die Zumischung des chemischen Additivs geschieht somit homogen und führt von Anfang an zu einer homogenen Verteilung des Additiv im Schadwasservolumen.The described invention offers the possibility of the additive directly into the inlet of the reaction volume of the reactor inject. It is because of the rotation of the water column and their constant conveying movement every volume element from Injection jet hit. The admixture of the chemical Additive is thus homogeneous and leads from the beginning a homogeneous distribution of the additive in the contaminated water volume.

Die beschriebene Erfindung gewährleistet im Vergleich zu herkömmlichen Reinigungsreaktoren eine effizientere Zumischung von chemischen Additiven und steigert somit die Reinigungseffizienz.The described invention ensures compared to conventional cleaning reactors a more efficient admixture of chemical additives and thus increases the Cleaning efficiency.

BezugszeichenlisteReference list

1 Zentrifugenhängelagerung
2a Elektromotor (Stator)
2b Elektromotor (Rotor)
3a Zentrifugenkorb
3b Reaktorgehäuse
4a Kompressor (Stator)
4b Kompressor (Rotor)
5 Kühlgasaustrittsöffnung
6 Wasser-/Dampfaustrittsdüsen
7 UV-Lampen
8 Kondensator/Kühler
9 Wasser/Gas-Trennsyphon
10 Kühlgasfallrohr
11 Kondenswasserablaß
12 Wasserfallrohr
13 Zentrifugalfilter
14 Kühlgassyphon
15 Wasserrücklaufsyphon
16 Wasserverzweigung mit Wasserauslaß
17 Wassereinlaß 1 centrifuge suspension
2 a electric motor (stator)
2 b electric motor (rotor)
3 a centrifuge basket
3 b reactor housing
4 a compressor (stator)
4 b compressor (rotor)
5 Cooling gas outlet opening
6 water / steam outlet nozzles
7 UV lamps
8 condenser / cooler
9 Water / gas separation siphon
10 cooling gas downpipe
11 condensate drain
12 waterfall pipe
13 centrifugal filters
14 Cooling gas siphon
15 water return siphon
16 Water branch with water outlet
17 water inlet

Claims

A construction for wastewater treatment on the simultaneous superposition of a photochemical reaction and a centrifugal effect in the water to be cleaned.