DE4225210A1

DE4225210A1 - Belueftungsverfahren und -vorrichtung zur erzeugung von ultrareinem wasser

Info

Publication number: DE4225210A1
Application number: DE4225210A
Authority: DE
Inventors: Cozy Ban; Motonori Yanagi; Takaaki Fukumoto; Toshiki Manabe; Hiroshi Yanome
Original assignee: Organo Corp; Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Organo Corp; Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1991-07-31
Filing date: 1992-07-30
Publication date: 1993-02-04
Also published as: KR930002251A; US5380471A; KR950008038B1; JPH06254587A; JP2872829B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Belüftungsverfahren und eine Belüftungsvorrichtung zur Erzeugung von ultrareinem Wasser. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf ein Be lüftungsverfahren und eine Belüftungsvorrichtung zur Erzeu gung von ultrareinem Wasser, wobei unbehandeltes Wasser mit Ozon (O₃) oder Sauerstoff (O₂) belüftet wird, so daß ein oxydativer Abbau von organischen Substanzen und eine Umwand lung von kolloidalen Substanzen in feine Feststoffpartikel bewirkt wird, um Verunreinigungen aus dem Wasser zu entfer nen.

Zum relevanten Stand der Technik zeigt die beigefügte Fig. 5 eine herkömmliche Belüftungsvorrichtung, um ultrareines Was ser zu erzeugen. Für den oxydativen Abbau von organischen Substanzen und die Umwandlung von kolloidalen Substanzen in feine Feststoffpartikel zu behandelndes Wasser, das als unbehandeltes Wasser zu bezeichnen ist, wird durch eine (nicht dargestellte) Pumpe von einer Wasserzuleitung 5 in einen Reaktionsbehälter 1, an dessen unterem Teil die Was serzuleitung 5 angeschlossen ist, eingeführt. Am unteren Teil des Reaktionsbehälters 1 ist eine in dessen unteren Bereich sich erstreckende Belüftungsgas-Zuleitung 2 ange schlossen. Durch diese Leitung 2 wird Belüftungsgas, wie Ozon (O₃), in den Reaktionsbehälter eingebracht. Eine Viel zahl von Perforationen oder Lochungen 3 ist in der Belüf tungsgas-Zuleitung 2 innerhalb des Reaktionsbehälters 1 aus gebildet, um das Belüftungsgas in diesen einzudüsen. Im mittigen Teil des Reaktionsbehälters 1 sind Siebfilter 4a-4c übereinandergeschichtet. Am oberen Teil des Reaktions behälters ist ein Abflußrohr 7 angeschlossen, das der Ablei tung von belüftetem Wasser dient und in welchem eine För derpumpe 8 liegt, die über eine Leitung mit einem Gas- Flüssigkeit-Trennbehälter 9 verbunden ist. An der oberen Abschlußplatte des Reaktionsbehälters 1 ist ein Abströmrohr 6 zur Abfuhr von überschüssigem Gas angeschlossen, die sol ches Belüftungsgas einer Belüftungsgas-Beseitigungsvorrich tung 10 zuführt.

Bei der herkömmlichen Belüftungsvorrichtung mit dem obigen Aufbau zur Erzeugung von ultrareinem Wasser wird das unbehan delte Wasser durch die Wasserzuleitung 5 in den Reaktionsbe hälter 1 geführt, in welchem eine geeignete Menge an unbe handeltem Wasser vorrätig gehalten wird. Bei der Zufuhr des unbehandelten Wassers wird ebenfalls von der Belüftungsgas-Zu leitung 2 Belüftungsgas herangeführt und durch die Lochun gen 3 in den Reaktionsbehälter eingedüst. Dieses Belüftungs gas wird zu Blasen ausgebildet, die dann im Reaktionsbehäl ter 1 aufsteigen.

Der Ausdruck "Belüftung" bezieht sich darauf, daß das Belüf tungsgas mit dem unbehandelten Wasser gemischt wird und in diesem in Lösung geht, wodurch der oxydative Abbau von organischen Substanzen bewirkt wird und in dem Wasser enthal tene kolloidale Substanzen in feine Feststoffpartikel umge wandelt werden. Faktoren, wie die Wirksamkeit, mit welcher das Gas die Flüssigkeit berührt (Gas-Flüssigkeit-Berührungs wirkungsgrad), und die Löslichkeit des Belüftungsgases, tra gen zur Güte oder Nutzleistung in der Belüftung bei. Da der Durchmesser einer jeden aus den Lochungen 3 austretenden Blase groß ist, sind mehrere Siebfilter 4a-4c vorgesehen, um die Blasen aufzulösen oder zu "atomisieren", so daß der Flächeninhalt einer jeden Blase größer wird sowie die Ge schwindigkeit, mit welcher die Blasen aufsteigen, vermin dert wird, wodurch der Gas-Flüssigkeit-Berührungswirkungs grad gesteigert wird.

Die feinen Blasen des Belüftungsgases werden mit dem unbehan delten Wasser im Reaktionsbehälter 1 gemischt und gehen im Wasser in Lösung. Die Belüftung schreitet auf diese Weise fort. Behandeltes, belüftetes Wasser wird über die Förder pumpe 8 abgezogen und dann durch das Abflußrohr 7 zum Gas-Flüs sigkeit-Trennbehälter 9 geführt. Das im behandelten Was ser gelöste Belüftungsgas wird in diesem Trennbehälter 9 entfernt. Das Belüftungsgas, das im unbehandelten Wasser nicht in Lösung gegangen ist, wird durch das Abströmrohr 6 und die Belüftungsgas-Beseitigungsvorrichtung 10, z. B. eine Vorrichtung "AKH2" , die ein Wabenstruktur-Ozonzer setzungssystem, hergestellt von Kobe Steel Ltd., ist, abge führt.

Bei der vorstehend beschriebenen Belüftungsvorrichtung zur Erzeugung von ultrareinem Wasser wird das Belüftungsgas, selbst wenn die Siebfilter 4a-4c zur Anwendung kommen, nicht in zufriedenstellender und ausreichender Weise als feine Blasen ausgebildet. Darüber hinaus kommt das Belüf tungsgas mit dem unbehandelten Wasser lediglich durch die Aufschwimmkraft der Blasen in Berührung. Aus diesen Gründen ist die Löslichkeit des Belüftungsgases im unbehandelten Wasser mäßig, was einen schlechten Belüftungswirkungsgrad zum Ergebnis hat. Wenn die Zeit, während welcher das Be lüftungsgas mit dem unbehandelten Wasser in Berührung ist, verlängert werden soll, um die Löslichkeit des Gases zu stei gern, muß der Reaktionsbehälter vergrößert werden, was höhe re Investitions- und/oder Anlagekosten nach sich zieht.

Die vorliegende Erfindung wurde konzipiert, um die oben ge nannten Probleme zu lösen. Es ist demzufolge die primäre Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung aufzuzeigen, um den Belüftungswirkungsgrad zu verbessern und hierbei die Größenabmessungen des zur Erzeugung von ul trareinem Wasser verwendeten Reaktionsbehälters auf ein Mi nimum zu bringen.

Um die genannte Aufgabe zu lösen, wird gemäß einem Gesichts punkt der vorliegenden Erfindung eine Belüftungsvorrich tung zur Erzeugung von ultrareinem Wasser geschaffen, die umfaßt: einen Reaktionsbehälter, eine Leitung zur Zufuhr von unbehandeltem Wasser in den Reaktionsbehälter, Einrich tungen, um das Belüftungsgas lebhaft mit dem unbehandelten Wasser in dieser Leitung zu mischen, wobei diese Einrichtun gen in der Leitung unmittelbar stromauf des Reaktionsbehäl ters angeordnet sind, Einrichtungen, um Gas vom Wasser im Reaktionsbehälter zu trennen, wobei diese Einrichtungen im Reaktionsbehälter untergebracht sind, und mit dem Reaktions behälter verbundene Einrichtungen, um Wasser, das belüftet worden ist, abzuführen.

Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt dieser Erfindung wird ein Verfahren zur Belüftung von unbehandeltem Wasser, um ultrareines Wasser zu erzeugen, aufgezeigt, das die Schrit te umfaßt: heftiges Mischen eines Belüftungsgases mit Hilfe von Belüftungsgas-Mischvorrichtungen mit unbehandeltem Was ser, Zuführen des unbehandelten Wassers, mit dem das Belüf tungsgas gemischt ist, zu einem Reaktionsbehälter und Durch führen des oxydativen Abbaus von organischer Substanz in dem unbehandelten Wasser sowie Umwandeln von kolloidalen Substanzen im unbehandelten Wasser in feine Feststoffpar tikel.

Die Belüftungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Einheit von Systembauteilen oder -komponenten, um ultrareines Wasser zu erzeugen, d. h., die Belüftungsvorrich tung wird in Verbindung mit anderen Einrichtungen zur Erzeu gung von ultrareinem Wasser, wie Ionenaustausch, Filtrie rung, umgekehrte Osmose, Ultrafiltration, UV-Bestrahlung usw., verwendet.

Die Erfindung wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen anhand von bevorzugten Ausführungsformen erfindungsgemäßer Belüftungsvorrichtungen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Belüftungsvor richtung zur Erzeugung von ultrareinem Wasser in einer ersten Ausführungsform gemäß der Erfindung;

Fig. 2 eine zu Fig. 1 gleichartige schematische Darstellung einer Belüftungsvorrichtung in einer zweiten Ausfüh rungsform;

Fig. 3 eine dritte Ausführungsform einer Belüftungsvorrich tung in einer schematischen Darstellung;

Fig. 4 einen lotrechten Schnitt durch den in Fig. 3 gezeig ten Reaktionsbehälter;

Fig. 5 eine schematische Darstellung der eingangs bereits abgehandelten Belüftungsvorrichtung nach dem Stand der Technik.

In den Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszahlen gleiche oder gleichartige Teile.

Gemäß Fig. 1 ist eine Saug- oder Wasserstrahlpumpe, d. h. eine Ansaugeinrichtung, die als Belüftungsgas-Mischvorrich tung dient, mit einer Wasserzuleitung 5a verbunden, durch die unbehandeltes Wasser zugeführt wird. Die Belüftungsgas-Misch vorrichtung 11, die auch ein Injektor sein kann, wird da zu verwendet, das Belüftungsgas heftig oder intensiv mit dem unbehandelten Wasser zu mischen. An die Wasserstrahl pumpe (den Injektor) 11 ist eine Belüftungsgas-Zuleitung 2, durch die Belüftungsgas herangeführt wird, angeschlos sen. Die Wasserstrahlpumpe 11 ist an ein weiteres Wasserrohr 5b, das eine feste Länge hat und seinerseits mit dem unte ren Teil eines Reaktionsbehälters 1A verbunden ist, ange schlossen.

Bei der Vorrichtung zur Erzeugung von ultrareinem Wasser mit dem vorstehend beschriebenen Aufbau wird das unbehandel te Wasser durch eine (nicht dargestellte) Pumpe der Zulei tung 5 und dann der Wasserstrahlpumpe (dem Injektor) 11 zu geführt. Während dieses Zuführens sinkt, wenn das unbehan delte Wasser heftig durch die kegelförmige Düse 11a einge strahlt wird, der Druck innerhalb eines Ansaugbehälters 11b ab. Das Belüftungsgas wird somit lebhaft mit dem unbehan delten Wasser gemischt, das trübe wird und eine weiße Fär bung annimmt. Das Belüftungsgas wird auf diese Weise zu extrem feinen Blasen ausgebildet. Der Flächenbereich einer jeden Blase, die mit dem unbehandelten Wasser in Berührung ist, wird pro Volumeneinheit des Wassers vergrößert. Demzu folge wird eine große Menge an Belüftungsgas im unbehandel ten Wasser gelöst, wodurch die Belüftungsleistung oder der Belüftungswirkungsgrad verbessert werden. Eine Belüftung beginnt sich fortzusetzen, unmittelbar nachdem das Belüf tungsgas mit dem unbehandelten Wasser in der Ansaugvorrich tung 11 gemischt worden ist. Das Belüftungsgas wird im unbe handelten Wasser in Lösung gebracht und die Belüftung schrei tet fort, noch bevor das unbehandelte Wasser den Reaktions behälter 1A erreicht.

Das unbehandelte Wasser, mit dem das Belüftungsgas gemischt worden ist, wird durch das Wasserrohr 5b dem Reaktionsbehäl ter 1A und dann den Siebfiltern 4a-4c in derselben Weise wie bei der herkömmlichen Vorrichtung zugeführt. Obwohl bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung das Belüftungsgas zu ex trem feinen Blasen ausgebildet wird, können die Blasen anein ander haften, während sie durch das Wasserrohr 5b hindurch zugeführt werden, so daß die Größe der Blasen ansteigt. Die Siebfilter 4a-4c sind dazu vorgesehen, die Größe der Blasen zu vermindern und die Geschwindigkeit, mit der das Belüftungsgas aufsteigt, herabzusetzen. Die Gas-Flüssigkeit-Be rührung wird verbessert. Auf diese Weise wird, wäh rend die Belüftung fortschreitet, das Belüftungsgas konti nuierlich mit dem unbehandelten Wasser gemischt und in die sem in Lösung gebracht.

Behandeltes Wasser, das belüftet worden ist, wird durch eine Förderpumpe 8 abgezogen und dann durch ein Abflußrohr 7 einem Gas-Flüssigkeit-Trennbehälter zugeführt, in welchem das im behandelten Wasser gelöste Belüftungsgas entfernt wird. Das Belüftungsgas, das im unbehandelten Wasser nicht gelöst worden ist, wird durch ein Abströmrohr 6 und eine Belüftungsgas-Beseitigungsvorrichtung 10 entfernt.

Im folgenden wird eine Beschreibung für ein Beispiel gege ben, wobei die erfindungsgemäße Belüftungsvorrichtung zur Erzeugung von ultrareinem Wasser verwendet wird.

Eine mit einem Reaktionsbehälter einer Höhe von 1 m und einem Fassungsvermögen von 200 l ausgestattete Vorrichtung wurde benutzt, um eine Belüftungsbehandlung unter den Be dingungen durchzuführen, wobei die Durchsatzmenge des unbe handelten Wassers 300 l/h betrug und der Druck zur Zufuhr des unbehandelten Wassers im Bereich von etwa 0,5-1,0 bar lag. Einer Ansaugvorrichtung wurde 26 g/h an Ozon zugeführt, und 22 g (85%) dieses Ozons wurden im unbehandelten Wasser gelöst. Wenn eine Belüftungsbehandlung unter Verwendung der herkömmlichen Vorrichtung bei denselben Bedingungen, wie sie oben angegeben wurden, durchgeführt wurde, sind ledig lich 7,9 g (30%) des Ozons gelöst worden. Die einfache Vor richtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist also imstande, die Löslichkeit von Ozon um etwa das Dreifache zu steigern, und der Belüftungswirkungsgrad wird dementsprechend verbes sert. Es ist darüber hinaus möglich, den Reaktionsbehälter kleiner auszulegen. Aufgrund der Verwendung der Ansaugvor richtung (des Injektors) kann das Belüftungsgas mit dem unbehandelten Wasser im Verhältnis zur Durchsatzmenge des durch die Wasserzuleitung 5a zugeführten unbehandelten Wassers gemischt werden.

Bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform wird die Saug- oder Wasserstrahlpumpe 11 als die Belüftungsgas-Misch vorrichtung verwendet. Jedoch kann, wie in Fig. 2 gezeigt ist, auch eine Belüftungsgas-Mischvorrichtung 13 zum Ein satz kommen, in welcher eine Pumpe 12 vorgesehen ist, um zwangsweise das Belüftungsgas mit dem unbehandelten Wasser zu mischen. Eine Belüftung kann ebenfalls sehr effektiv unter Verwendung einer solchen Vorrichtung 13 durchgeführt werden.

Durch die Steigerung der Belüftungsleistung oder des Belüf tungswirkungsgrades kann der Reaktionsbehälter 1A kleiner ausgebildet werden. Falls derselbe Raum, wie er für einen herkömmlichen Belüftungsbehälter nötig ist, zur Verfügung steht, kann ein Gas-Flüssigkeit-Trennbehälter erfindungsge mäß in den Reaktionsbehälter eingegliedert werden, wodurch zur Verfügung stehender Raum wirksamer ausgenützt wird. Die Fig. 3 und 4 zeigen eine Ausführungsform, wobei ein Gas-Flüssigkeit-Trennbehälter 15, der Trennwände 14a-14c besitzt, in einen Reaktionsbehälter 1B eingegliedert oder eingebaut ist. Der Gas-Flüssigkeit-Trennbehälter 15 ist zu einem herkömmlichen Gas-Flüssigkeit-Trennbehälter gleich artig.

Bei den beschriebenen Ausführungsformen wurde von einer Ozonbelüftung von Wasser für den oxydativen Abbau von orga nischer Substanz und die Umwandlung von kolloidalen Substanzen in feine Feststoffpartikel gesprochen. Jedoch können die Vorrichtung und das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung auch auf die Belüftung von Wasser unter Verwendung von irgendeinem anderen oxydierenden Gas, wie Sauerstoff (O₂), Anwendung finden, wobei dieselben Vorteile, wie sie oben beschrieben wurden, zu erreichen sind.

Die Erfindung kann auch auf die Belüftung mittels inerten Gases, wie Stickstoffgas (N₂), Anwendung finden, um gelösten Sauerstoff im Prozeß der Erzeugung von ultrareinem Wasser zu reduzieren. Bei solchen Anwendungsfällen können diesel ben Vorteile, wie sie oben erwähnt wurden, erlangt werden. Die Erfindung kann ebenfalls dann Anwendung finden, wenn irgendwelche anderen Gase mit Wasser gemischt werden sollen.

Erfindungsgemäß werden bei einer Belüftungsvorrichtung und einem Belüftungsverfahren zur Erzeugung von ultrareinem Was ser Mittel vorgesehen, um ein Belüftungsgas mit unbehandel tem Wasser heftig und intensiv zu mischen, wobei diese Mit tel an einer Wasserzuleitung bzw. in einer Wasserzuleitung angebracht werden, durch welche das Wasser einem Reaktions behälter zugeführt wird. Das unbehandelte Wasser wird durch die genannten Mittel stark mit dem Belüftungsgas in der Wasserzuleitung gemischt, bevor das Wasser den Reaktions behälter erreicht. Der Reaktionsbehälter kann insofern kleiner ausgelegt werden, ein Belüftungssystem zur Erzeu gung von ultrareinem Wasser kann einfacher ausgestaltet werden, und die Leistung des Belüftungssystems kann gestei gert werden.

Claims

1. Belüftungsvorrichtung zur Erzeugung von ultrareinem Was ser, die umfaßt:

- einen Reaktionsbehälter (1A, 1B),
- eine Zuleitung (5) zur Zufuhr von unbehandeltem Wasser in den Reaktionsbehälter,
- Einrichtungen (11, 13) zur heftigen Vermischung von Belüftungsgas mit dem unbehandelten Wasser in der genann ten Zuleitung (5), wobei diese Einrichtungen an der Zu leitung stromoberhalb von dem Reaktionsbehälter angeord net sind,
- mit dem Reaktionsbehälter verbundene Einrichtungen (6, 10) zur Entfernung von Belüftungsgas vom Reaktions behälter und
- mit dem Reaktionsbehälter verbundene Einrichtungen (7, 8) zur Abfuhr des belüfteten Wassers.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen zur heftigen Vermischung des Be lüftungsgases mit dem Wasser von einer Saugvorrichtung (11) gebildet sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen zur heftigen Vermischung des Belüf tungsgases mit dem Wasser von einer mit einer Pumpe (12) ausgerüsteten Belüftungsgas-Mischvorrichtung (13) ge bildet sind.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Belüftungsgas Ozon ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Belüftungsgas Sauerstoff ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Belüftungsgas Stickstoff ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gas-Flüssigkeit-Trennbehälter (15) im Reaktionsbe hälter (1B) vorgesehen ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des Reaktionsbeälters (1A, 1B) Siebfilter (4a, 4b, 4c) angeordnet sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekenn zeichnet, daß bei Durchführung einer Belüftung mit Ozon die Einrichtungen (6, 10) zur Entfernung von Belüftungs gas vom Reaktionsbehälter (1A, 1B) mit Mitteln zur Ent fernung von Ozon ausgestattet sind.

10. Belüftungsverfahren zur Erzeugung von ultrareinem Was ser, das die Schritte umfaßt:

- heftiges Mischen eines Belüftungsgases mit unbehandeltem Wasser mit Hilfe von Belüftungsgas-Mischeinrichtungen,
- Überführen des mit dem Belüftungsgas gemischten unbehan delten Wassers zu einem Reaktionsbehälter und
- Bewirken des oxydativen Abbaus von organischer Substanz in dem unbehandelten Wasser und Umwandeln von kolloida len Substanzen im unbehandelten Wasser in feine Feststoff partikel.