DE4440813C2

DE4440813C2 - Verfahren zur Behandlung von Flüssigkeiten sowie Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE4440813C2
Application number: DE4440813A
Authority: DE
Inventors: Klaus Pochner; Willi Neff
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 1993-11-15
Filing date: 1994-11-15
Publication date: 1999-12-09
Anticipated expiration: 2014-11-16
Also published as: DE4440813A1

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlung von Flüssigkeiten, ins besondere zur Reinigung und Entkeimung von Wasser, mit einer stillen elektrischen Entladung gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.

Sowohl bei der Entsorgung von schadstoffbelasteten Abwässern als auch bei der Aufbereitung von Trink- oder Brauchwasser werden wirkungsvolle großtechnische Behandlungsverfahren benötigt.

In der metallverarbeitenden Industrie entstehen große Mengen an Abwässern, die mit chlorierten Kohlenwasserstoffen (CKWs), polychlorierten Biphenylen (PCB), etc. belastet sind. Insbesondere bei Galvanisierungsbetrieben fällt zudem cyanidhaltiges Wasser an.

Die Freisetzung von Perchlorethylen (PER) unterliegt zwar bei chemischen Reinigungen inzwischen starken Beschränkungen, die Entsorgung von Alt lasten gewinnt jedoch zunehmend an Bedeutung. Aromatische Kohlen wasserstoffe wie Benzol, Toluol und Xylol werden in starkem Maße in der Druck- und Farbenindustrie eingesetzt.

Für Pflanzenschutzmittel, Nitrit und Nitrat müssen bei der Grundwasserauf bereitung enge Grenzwerte eingehalten werden. Öffentliche Kläranlagen müssen wechselnde Einträge von Seifen, Fetten, Ölen und Tensiden aus unterschiedlichen Quellen bewältigen. Die Entsorgung von Metallkomplexen aus organische Komplexbildnern, die wie z. B. EDTA auch in Haushalts waschmitteln zunehmend eingesetzt werden, ist in biologischen Kläranlagen nicht möglich.

Neben der Reduzierung chemischer Verunreinigungen muß bei Trinkwasser eine Entkeimung oder Sterilisierung durchgeführt werden. Aus Gründen des Energieverbrauches scheidet eine Erhitzung des Wassers meist aus.

Das Anwendungspotential der Erfindung beinhaltet auch die Haltbarmachung flüssiger Lebensmittel, die heute in der Regel durch Erhitzen oder durch Zugabe chemischer Konservierungsstoffe, wie Sorbinsäure, Benzoesäure, PHB-Ester oder Ameisensäure vorgenommen wird.

Stand der Technik

Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, flüssige Lebensmittel durch thermische Einwirkung zu behandeln. Beim Sterilisieren wird der zu behan delnde Stoff auf über 100°C erhitzt, was Eiweiß, Vitamine, Aroma und Farbe beeinträchtigt. Beispielsweise bei Fruchtsäften oder Milch wird daher lediglich pasteurisiert, d. h. kurzzeitig auf unter 100°C erhitzt, wobei allerdings die Bakteriensporen keimfähig bleiben, so daß nur eine beschränkte Haltbarkeit erreicht wird. Ein weiterer Nachteil ist der für das Erhitzen erforderliche hohe Energieaufwand.

Bei Industrieabwässern ist die chemische Entgiftung von Cyanid durch Chlorbleichlauge mit Natriumhypochlorid NaOCl oder durch Zugabe von Oxidationsmitteln wie Sauerstoff O₂, Ozon O₃, Wasserstoffperoxid H₂O₂ oder Caroscher Säure KHSO₅ bekannt. Diese Behandlung hat jedoch den Nachteil, daß lange Reaktionszeiten im Bereich von vielen Stunden bis zu wenigen Tagen erforderlich sind. Außerdem können stabile Cyanidkomplexe oft nicht zerstört werden. Daneben muß ein hoher Salzeintrag in das behandelte Wasser in Form von Kochsalz oder Sulfaten in Kauf genommen werden. Die genannten Verfahren erfordern eine aufwendige Anlagentechnik und teure und schwer zu lagernde Chemikalien.

Weiterhin ist es bekannt, Grundwasser aus Altlasten oder für die Trinkwas serversorgung mit Aktivkohle zu filtern. Dieses Verfahren hat jedoch den Nachteil, daß sich die Schadstoffe im Reinigungsmittel anlagern, so daß dieses nach Gebrauch oft als Sondermüll entsorgt werden muß.

Das heute wohl gebräuchlichste Verfahren zur Aufbereitung von Trinkwasser oder zur Desinfektion von Schwimmbädern ist die Chlorierung des Wassers. Nachteilig daran ist jedoch, daß der Geschmack des Wassers beeinträchtigt wird. Wegen der reizenden Wirkung von Chlor auf Atemwege und Schleimhäute des Menschen müssen dabei enge Grenzwerte eingehalten werden.

Weiterhin ist die Reinigung von Wasser mit Ozon bekannt. Die Herstellung des Ozons erfolgt nach dem Stand der Technik (J. Phys. D: Appl. Phys. 20 (1987) 1421-1437) in dielektrischen Barrierenentladungen. Bei einer derartigen Barrierenentladung ist die Oberfläche wenigstens einer der Elektroden durch ein Dielektrikum elektrisch gegen den Entladungsraum isoliert. Als Folge davon bilden sich bei Anregung mit Wechselspannung im Bereich von 50 Hz bis zu mehreren kHz kurzzeitige Entladungsfilamente in der Phase des Spannungsanstiegs aus.

Ein Entladungsfilament existiert jeweils nur für wenige Nanokunden und besitzt einen Durchmesser in der Größenordnung von 100 µm. Während der Entladung bildet sich auf dem elektrisch isolierenden Dielektrikum innerhalb eines Fußpunkts mit einem Durchmesser zwischen etwa 0.5 und 5 cm eine Oberflächenladung aus, durch die die Entladung an dieser Stelle gestoppt wird. Erst bei weiterem Spannungsanstieg bzw. nach der Spannungsumkehr kann eine weitere Mikroentladung an gleicher Stelle erfolgen.

Die Eigenschaften dieser kurzzeitigen Entladung sind sehr reproduzierbar und nahezu unabhängig von dem Vorhandensein weiterer Filamente. Damit ist eine Variation der Leistung über einen weiten Bereich durch Veränderung der Frequenz der Spannung oder durch Aussteuerung von Spannungspulsen, sowie über die Höhe, Form und Anstiegszeit der Spannung möglich.

Neben chemischen Behandlungsverfahren wird heute bereits die Bestrahlung mit ultraviolettem Licht bei der Reinigung von Wasser angewendet. Dazu werden Quecksilberdampf-Tauchlampen verwendet. Diese erzeugen breitbandige UV-Strahlung in einem relativ gut transmittierenden Tauchrohr. Die Eindringtiefe der UV-Strahlung in Wasser, insbesondere in mit Schwebstoffen verunreinigtes Wasser, ist jedoch gering, so daß nur mit geringen Reaktorquerschnitten gearbeitet werden kann. Da zudem aufgrund des endlichen Wirkungsgrades der UV-Lampen das Tauchrohr heiß wird, entstehen lichtundurchlässige Beläge, vor allem aus hartem Wasser der so genannte Kesselstein. In Intervallen muß daher die Anlage außer Betrieb genommen und mit verdünnter Säure gereinigt werden, die vor der neuen Inbetriebnahme wiederum gründlich ausgespült werden muß.

Aus der gattungsbildenden US 2 167 718 ist es bekannt, Flüssigkeiten in einer Gasentladung zu behandeln, um die Viskosität zu erhöhen, indem die Flüssigkeitsmoleküle zu langen Molekülketten vernetzt werden. Die offenbarte Vorrichtung erfordert ein Vakuum von 1.3-13 kPa und eine aktive Kühlung (thermische Gasentladung). Eine besondere elektrische Funktion eines ohnehin nur vorzugsweisen und somit nicht notwendigerweise erforderlichen Dielektrikums läßt sich dieser Druckschrift nicht entnehmen.

In dem Artikel "Excitation of transverse-flow CO₂ laser by silent discharge", TRANS. I. E. E. of Japan, vol. 107, No. 7/8, 1987, Seiten 115-120 wird eine als stille Entladung bezeichnete Gasentladung beschrieben, bei der wenigstens eine der Elektroden mit einem Dielektrikum belegt ist. Bei niedrigen Gasdrücken und hochfrequenten Wechselspannungen kommt es zu einer homogenen Glimmentladung. Nachteilig bei dieser Lösung ist, daß dabei der Einsatz von zusätzlichen Kühlmitteln erforderlich ist, um die entstehende Wärme abzuführen.

Darstellung der Erfindung

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, das gattungsbildende Verfahren dahingehend auszugestalten, daß in der Flüssigkeit, insbesondere dem Wasser, vorhandene Schadstoffe oder sonstige unerwünschte Stoffe zersetzt und zu unschädlichen Verbindungen umgesetzt werden.

Ein weiteres der Erfindung zugrundeliegendes Problem ist es, ein Verfahren anzugeben, mit dem die bekannten Verfahren der Ozonbehandlung und UV- Bestrahlung in einfacher Weise kombiniert durchgeführt werden können.

Weiterhin liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, Vorrichtungen anzugeben, mit denen das erfindungsgemäße Verfahren praktisch durchgeführt werden kann.

Eine für das Verfahren erfinderische Lösung ist im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegeben. Vorteilhafte Weiterentwicklungen sind mit den Merkmalen der Unteransprüche 2-9 angegeben. Zwei erfinderische Lösungen für die Vorrichtung sind in den Ansprüchen 10 und 11 angegeben.

Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens bestehen gegenüber che mischen Verfahren darin, daß bei diesen stets Abfallprodukte entstehen, die einer Entsorgung zuzuführen sind, während die erfindungsgemäße Behandlung den Vorteil hat, daß die Schadstoffe im Wasser zu unschädlichen Verbindungen umgesetzt werden, die im gereinigten Wasser gelöst bleiben können.

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, daß ge genüber konventionellen Verfahren der UV-Reinigung eine besonders effektive Einkoppelung der UV-Strahlung in die Flüssigkeit erfolgt. Es treten keine Absorptionsverluste in einer Lampenwand auf und es gibt auch keine Grenzfläche, an der sich nicht transmittierende Verunreinigungen ablagern können.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfin dungsgedankens anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen exemplarisch beschrieben, auf die im übrigen bezüglich der Offenbarung aller im Text nicht näher erläuterten erfindungsgemäßen Einzelheiten ausdrücklich verwiesen wird. Es zeigen

Fig. 1 schematische Darstellung des Prinzips der Erzeugung einer Barrierenentladung nach dem Stand der Technik

Fig. 2 Anwendung der Barrierenentladung nach Fig. 1 für die Behand lung von Flüssigkeiten

Fig. 3 schematische Darstellung der Behandlung einer Flüssigkeit mit einer Barrierenentladung unter atmosphärischen Bedingungen und Darstellung der dabei auftretenden, maßgeblichen Effekte

Fig. 4 schematische Darstellung einer ersten Weiterentwicklung des in Fig. 3 dargestellten Verfahrens

Fig. 5 schematische Darstellung einer zweiten Weiterentwicklung des in Fig. 3 dargestellten Verfahrens

Bester Weg zur Ausführung der Erfindung

Für die Ausführungsbeispiele wird die Reinigung von Wasser beschrieben. Ohne Einschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens ist das vorlie gende Verfahren jedoch nicht auf die Behandlung von Wasser beschränkt, sondern kann auch bei der Behandlung anderer Stoffe, vorzugsweise Flüs sigkeiten, Verwendung finden.

Fig. 1 zeigt schematisch die Darstellung des Prinzips der Barrierenentladung nach dem Stand der Technik. Dabei sind zwei metallische Elektroden (1) und (2) voneinander beabstandet angeordnet und an eine Wechselstrom quelle (3) angeschlossen. Diese liefert eine hochfrequente Hochspannung, beispielsweise 8 kV bei 200 kHz. Wenigstens eine der Elektroden ist mit einem Dielektrikum (4) belegt, welches eine sogenannte dielektrische Barriere bildet. Beim Betrieb dieser Anordnung mit der zuvor genannten hochfrequenten Hochspannung kommt es zur Ausbildung von vielen, über den gesamten Entladungsraum verteilten, kurzlebigen Entladungsfilamenten (5), über die die Gasentladung von statten geht. Dieser Entladungsmechanismus ist bei den Angaben zum Stand der Technik näher erläutert.

Fig. 2 zeigt das Prinzip der erfindungsgemäßen Behandlung der zu reini genden Flüssigkeit, im Ausführungsbeispiel also Wasser. Von zwei Elektro den (1), (2) ist eine erste Elektrode (1) mit dem Dielektrikum (4) belegt, während auf die zweite Elektrode (2) das zu reinigende Wasser (6) aufgebracht wird. Die Wasserschicht wirkt zwar auch als Dielektrikum, besitzt jedoch eine hohe Ionenleitfähigkeit, so daß als dielektrische Barriere ein zusätzliches Dielektrikum (4) vorgesehen ist. Dieses kann zum Beispiel aus Glas, Quarz oder Keramik bestehen. Bei der Behandlung von Flüssigkeiten mit einer relativ niedrigen Leitfähigkeit kann die Flüssigkeitsschicht selbst als dielektrische Barriere verwendet werden.

Das Wasser (6) darf an jeder Stelle auf der Elektrode (2) den Enladungsraum nur teilweise ausfüllen, da ansonsten ein dielektrischer Kurzschluß entsteht und keine Gasentladung gezündet werden kann. Um eine homogene Dichte der Entladungsfilamente (5) auf der ganzen Fläche der Anordnung zu gewährleisten, soll die Dicke des Wasserfilms und sein Abstand zur oberen Elektrode (1) möglichst gleichmäßig sein.

Bei Flüssigkeiten, die eine hohe Oberflächenspannung aufweisen, wie dies bei Wasser der Fall ist, ist darauf zu achten, daß das Dielektrikum (4) nicht von den Wassertröpfchen benetzt wird und ein dielektrischer Kurzschluß verursacht wird.

Aus der Dichte des Wassers und seiner Oberflächenspannung bestimmt sich die maximale Größe eines runden Tropfens. Bei Erhöhung der Flüssig keitsmenge im Tropfen behält dieser zwar seine Höhe bei, bedeckt aber eine größere Fläche. Diese maximale Tropfenhöhe ist somit gleichzeitig eine untere Grenze für die Dicke eines stabilen Flüssigkeitsfilms. Der Abstand der Elektroden (1), (2) muß jedenfalls deutlich größer sein, um einen dielektrischen Kurzschluß sicher zu vermeiden. Die Gefahr eines derartigen dielektrischen Kurzschlusses durch Benetzung der oberen Elektrode (1) wird gering, wenn der Abstand der Elektroden (1), (2) mindestens das zwei- bis dreifache der Flüssigkeitsfilmdicke beträgt.

Vorteilhafterweise ist der Wasserfilm (6) auf der Elektrode (2) möglichst dünn einzustellen. Dies ergibt sich zum einen aus der begrenzten Eindringtiefe der Plasmabehandlung. Darüberhinaus nimmt mit zunehmendem Elek trodenabstand auch die Zündspannung für die Barrierenentladung zu. Für Wasser läßt sich eine stabile Entladung mit einem etwa 2 bis 3 mm dicken Film und 6 bis 8 mm breiten Entladungsspalt (Abstand von der Wasseroberfläche zum gegenüberliegenden Dielektrikum) aufrecht erhalten. Dabei werden Spannungen im Bereich von 8 bis 12 kV benötigt.

Die Einwirkdauer der Entladung auf das Wasser ist sehr kurz und liegt im Bereich der Labensdauer eines einzelnen Entladungsfilaments (5). Aufgrund der geringen Eindringtiefe der Entladungseffekte muß jedoch sichergestellt werden, daß jedes Volumenelement des Wassers (6) einmal in der Nähe der Oberfläche war, um von den Entladungsfilamenten (5) in ausreichender Weise beaufschlagt zu sein. Dies wird zum einen dadurch erreicht, daß der Wasserfilm möglichst dünn ist und zum anderen durch eine Vermischung des Wassers über der Entladungsstrecke. Durch die zur Vermischung notwendige Strecke wird somit die Länge der Entladungsanordnung bestimmt. Bei eingeschalteter Entladung wurde eine deutliche Geruchs- und Ge schmacksverbesserung bei stark geruchsbelastetem Grundwasser erzielt.

In Fig. 3 sind vereinfacht die bei der erfindungsgemäßen Behandlung des Wassers unter atmosphärischer Umgebung maßgeblichen Effekte dargestellt.

Die bei der Mikroentladung im Plasma erzeugten Elektronen (7) werden durch das elektrische Feld zwischen den Elektroden (1), (2) beschleunigt und treffen mit hoher Energie auf die Wasseroberfläche auf. Durch diesen Elektronenbeschuß werden Moleküle angeregt und so plasmachemische Reaktionen induziert. Neben den Elektronen können auch andere hochener getische Teilchen aus dem Plasma hierzu beitragen.

Durch die Wechselwirkung der Elektronen mit den über der Wasseroberfläche befindlichen Gasmolekülen kommt es zur Ausbildung von Gasphasen radikalen (8), die ein hohes Reaktionspotential aufweisen und durch Einwirkung auf das verschmutzte Wasser mit den Schadstoffen reagieren und diese umwandeln. So wird der atmosphärische Sauerstoff von den Elektronen in Ozon umgewandelt, so daß auf die Erzeugung von Ozon durch aufwendige Ozonisatoren verzichtet werden kann. Da das Ozon und auch sonstige Gasphasenradikale in unmittelbarer Nähe des Wassers gebildet werden, ist deren Ausnutzung besonders hoch.

Die in der Atmosphäre vorhandenen Edelgasmoleküle werden durch die Stoßanregungen von Elektronen in Excimere umgewandelt. Diese können sehr effektiv zur Erzeugung von schmalbandiger UV-Strahlung (9) eingesetzt werden (siehe Volkova et al in: Journal of Applied Spectroscopy 41 (1984), Seite 1194). Auch die übrigen Luftmoleküle tragen zur Erzeugung der UV- Strahlung bei, jedoch weniger schmalbandig als Excimere. Die auf diese Weise erzeugte UV-Strahlung (9) kann ohne Absorptionsverluste in das Wasser eindringen und die Schadstoffe besonders effektiv umsetzen.

Da es sich bei der dielektrischen Barrierenentladung um eine hochfrequent angelegte Entladung handelt, kann durch Wechselwirkung der elektroma gnetischen Felder mit polaren Molekülen auch eine Umordnung der Moleküle herbeigeführt werden.

Die Einwirkung der verschiedenen Effekte auf das Wasser führt zu einer Umsetzung der im Wasser vorhandenen Schadstoffe zu unschädlichen Verbindungen, die im gereinigten Wasser gelöst bleiben können. Durch gleichzeitige Einwirkung aller Effekte wird eine gegenseitige Verstärkung gegenüber anderen Anordnungen, wo jeweils nur einer der Effekte genützt wird, gefördert.

Fig. 4 zeigt eine Anordnung auf der Basis des in Fig. 2 dargestellten Prinzips des erfindungsgemäßen Verfahrens. In einem nach außen abgeschlossenen Gefäß (2), welches gleichzeitig die Masseelektrode bildet, ist eine Hochspannungselektrode (1) mit gleichmäßigem Abstand über der Oberfläche der zu behandelnden Flüssigkeit (6) angeordnet. Das Dielektrikum (4) ist gleichzeitig Elektrodengehäuse der Hochspannungselektrode (1) und kann ein Kühlmedium (12) aufnehmen. Die Zuleitungen für das Kühlmedium (12) und die Spannungsversorgung (3) werden durch die Gefäßwand nach außen geführt (hier nicht dargestellt). Zwischen der Flüssigkeit (6) und der Hochspannungselektrode (1) bilden sich bei Anlegen einer hochfrequenten Wechselspannung (3) die Entladungsfilamente (5) aus. Diese Anordnung hat den zusätzlichen Vorteil, daß eine Vermischung des Wassers mit dem Entladungsgas stattfindet, da die in den Mikroentladungsfilamenten erzeugten Gasmoleküle wie Ozon, Excimere oder sonstige Gasphasenradikale sich auch über den gesamten Entladungsraum verteilen. Insbesondere die Wirksamkeit der Gasphasenradikale (siehe Position (8) in Fig. 3, hier nicht dargestellt) kann durch Vermischung der Flüssigkeit mit dem Entladungsgas verbessert werden, hier durch Eintropfen oder Zerstäuben der zufließenden Flüssigkeit (11). Zur Erhöhung der Behandlungsdauer kann eine Umwälzung der aus der Ausströmöffnung (10) austretenden Flüssigkeit vorgesehen werden. Die Hoch spannungselektrode ist allseitig isoliert und kann bei hohen Leistungen gekühlt werden.

Fig. 5 zeigt eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei der zur Behandlung des Wassers eine koaxiale Anordnung vorgesehen ist. Die geerdete Elektrode (2) ist als Rohr ausgebildet, das im Entladungsraum senkrecht steht und nach oben offen ist, so daß das von unten zugeführte Wasser (6) im Inneren des Rohres aufsteigt und nach seinem Austritt an der Außenseite des Rohres als gleichmäßiger dünner Film abfließt.

In einem Abstand von etwa 6 bis 10 mm ist ein Dielektrikum (4) koaxial angeordnet. Das Dielektrikum ist oberhalb der Öffnung des Rohres (2) und in geeigneter Weise davon beabstandet geschlossen ausgeführt, so daß das Dielektrikum (4) ein Entladungsgefäß (14) bildet. Im unteren Bereich verfügt das Entladungsgefäß (14) zum einen über eine Ausströmöffnung (10) und andererseits über eine Ausnehmung (13), durch die die als Rohr ausgebildete Elektrode (2) geführt wird. Die Durchführung muß flüssigkeitsdicht ausgebildet sein, damit das vom Rohr abströmende Wasser (6) über die Ausströmöffnung (10) vollständig aus dem Entladungsgefäß (14) abfließen kann. Das Entladungsfäß (14) kann beispielsweise als Glaskolben ausgeführt sein.

Außerhalb des Dielektrikums (4) ist eine Hochspannungselektrode (1) koaxial aufgebracht und mit einer hochfrequenten Hochspannungsquelle verbunden, zum Beispiel 10 kV bei bei 200 KHz. Die Hochspannungselektrode (1) kann beispielsweise als Folie auf das Entladungsgefäß (14) gewickelt werden. Alternativ dazu kann das Entladungsgefäß (14) von einem separaten Boden (15) und Deckel (16) gebildet werden, zwischen denen die Hoch spannungselektrode (1) als ein metallischer, auf der Innenseite isolierend beschichteter, Zylinder formschlüssig eingesetzt ist. Mit dieser Hochspan nungselektrode (also mit ihrem metallischen Teil) ist die Flüssigkeit kon struktionsbedingt nicht in Kontakt, auch nicht bei (ungewollter) Brückenbildung zwischen (2) und (4). Ein Kontakt mit der Elektrode (2), die ebenso wie die Zu- und Ableitungen geerdet ist, verursacht keine Verluste.

An geeigneter Stelle, beispielsweise in der Oberseite des Entladungsgefäßes (14), kann eine zusätzliche Öffnung vorgesehen sein, um den Entladungsraum zusätzlich mit einem Reaktivgas zu füllen. Durch den Ablauf des Wassers unterhalb der Elektrode (1) durch die im Boden der Anordnung vorgesehene Ausströmöffnung (10) wird ein Austausch des Entladungsgases mit der Umgebung vermieden. Bei Überdruck des Entladungsgases strömt dieses zusammen mit der behandelten Flüssigkeit aus der Öffnung (10) aus und vermischt sich dabei mit dieser.

Die Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens nach Fig. 5 hat den Vorteil eines abgeschlossenen Entladungsgefäßes, in dem aufgrund der Symmetrie auf besonders einfache Weise ein Flüssigkeitsfilm homogener Dicke erzeugt werden kann. Die Zeit, in der das Wasser der Barrierenentladung ausgesetzt ist, wird in einfacher Weise durch die Höhe der Anordnung bestimmt.

Anstelle des Behandelns des Wassers oder sonstiger Flüssigkeiten unter atmosphärischen Bedingungen können in den Entladungsraum über der Flüssigkeitsoberfläche auch selektiv reaktive oder inerte Gase zugeführt werden. Insbesondere die Zufuhr von Edelgasen erhöht den Anteil von Excimeren über der Wasseroberfläche, so daß die Einwirkung der UV- Strahlung verstärkt wird.

Ohne Einschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens können auch andere Stoffe in den Entladungsraum eingebracht und durch den Elektro nenbeschuß in den Mikroentladungsfilamenten verändert werden, um dann in einer bestimmten Weise auf die Flüssigkeit einzuwirken.

Alternativ zu einem dünnen Flüssigkeitsfilm kann auch die Flüssigkeit im Entladungsgas vernebelt werden oder ein Gas-Flüssigkeits-Gemisch durch Einbringung von Gasbläschen erzeugt werden. Ferner sind Entladungen auf einen freien Flüssigkeitsstrahl, der rund oder als dünne flache Scheibe erzeugt werden kann, möglich. Aufgrund der Leitfähigkeit von nicht chemisch reinem Wasser genügt es dabei, die Düse mit einem der Pole der Spannungsquelle zu verbinden und es kann auf eine Elektrode innerhalb des Strahls verzichtet werden.

Wenn der Strahl in einen sich erweiternden Raum gespritzt wird, ergibt sich nach dem bekannten Prinzip der Wasserstrahlpumpe eine Erniedrigung des Gasdrucks gegenüber dem Umgebungsdruck. Da dadurch die Zündspannung der Entladung gesenkt wird ist es möglich, mit der gleichen Spannung eine Entladung mit größerem Elektrodenabstand zu betreiben.

Neben Flüssigkeiten im engeren Sinne eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren auch für Kondensate gasförmiger Stoffe und für hochviskose oder feinkörnige Medien. Zur Behandlung viskoser Flüssigkeiten zählt zum Beispiel das Aushärten von Lacken, Druckfarben oder Kunstharzen durch direkte Einwirkung der dielektrischen Barrierenentladung. Abgase von Ver brennungsmotoren werden heute durch Katalysatoren weitgehend gereinigt. Oft bildet sich jedoch auf kalten Flächen ein Kondensat aus, das noch schädliche Stoffe enthalten kann. Im Lebensmittelbereich ist die schonende Entkeimung verderblicher flüssiger Lebensmittel, wie Milch oder Fruchtsäfte, oder feinkörniger Nahrungsmittel, wie zum Beispiel von Gewürzen möglich.

Neben der bekannten monofrequenten Hochfrequenzspannung kann die Gasentladung auch mit anharmonischen Spannungen (siehe DE 43 07 768) betrieben werden. Die räumliche Verteilung der Mikroentladungsfilamente kann durch Verwendung einer Plasmaelektrode, wie sie in der DE 43 02 465 beschrieben ist, homogenisiert werden.

Bezugszeichenliste

1

,

2

Elektroden

3

Wechselstromquelle

4

Dielektrikum

5

Mikroentladungsfilament

6

Wasser

7

Elektronen

8

Gasphasenradikale

9

ultraviolette Strahlung

10

Ausströmöffnung

11

Flüssigkeitszufuhr

12

Kühlmedium

13

Ausnehmung für rohrförmige Elektrode (

2

)

14

Entladungsgefäß

15

Boden des Entladungsgefäßes

16

Deckel des Entladungsgefäßes

Claims

1. Verfahren zur Behandlung von Flüssigkeiten, insbesondere zur Reinigung und Entkeimung von Wasser, mit einer elektrischen Entladung, wobei die Flüssigkeit in einen von wenigstens zwei Elektroden gebildeten Entladungsraum eingebracht wird, wobei eine Wechselspannung an die Elektroden angelegt wird, wobei wenigstens eine Elektrode ein Dielektrikum aufweist, wobei der Entladungsraum zwischen den Elek troden nur teilweise mit der zu behandelnden Flüssigkeit ausgefüllt ist, und wobei im Raum zwischen der Flüssigkeit und der der freien Flüssig keitsoberfläche gegenüberliegenden Elektrode eine Gasentladung erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasentladung im wesentlichen bei Atmosphärendruck betrieben wird, daß die Gasentladung in Form von Mikroentladungen erfolgt, bei der sich im Entladungsraum Mikroentladungsfilamente ausbilden, daß die Mikroentladungsfilamente eine kurze Lebensdauer besitzen und sich wiederholen, und daß die Mikroentladungsfilamente sich von der freien Flüssigkeitsoberfläche zu der gegenüberliegenden Elektrode erstrecken.

2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssig keit als dünner Film auf wenigstens einer der Elektroden ausgebracht oder über diese Elektrode geströmt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit als frei laufender Strahl oder als Scheibe durch den Entla dungsraum gespritzt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, daß der Gasdruck im Entladungsraum nach dem Prinzip der Wasserstrahlpumpe geringfügig unter den Umgebungsdruck abgesenkt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 3 oder 4 dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit vernebelt oder mit Gasbläschen durchsetzt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 3, 4 oder 5 dadurch gekennzeichnet, daß eine Durchmischung des Entladungsgases mit der zu behandelnden Flüssigkeit durchgeführt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, daß viskose Flüssigkeiten behandelt werden.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet, daß ein Kondensat behandelt wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 dadurch gekennzeichnet, daß das Kondensat aus einem Abgas gereinigt wird.

10. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9 dadurch gekennzeichnet, daß eine erste, geerdete Elektrode als Gehäuse vorgesehen ist, daß das Gehäuse in seinem oberen Bereich eine Eintrittsöffnung aufweist, daß die Eintrittsöffnung mit einer Zuleitung für die zu behandelnde Flüssigkeit verbunden ist, daß das im Gehäuse endende Teil der Zuleitung eine mit einer Vielzahl von Öffnungen versehene Abdeckung aufweist, durch die die Flüssigkeit in das Gehäuse eintropfen kann, daß der Boden des Gehäuses gegenüber der Horizontalen geneigt ist und an seinem tiefsten Ende wenigstens eine Austrittsöffnung aufweist, durch die die behandelte Flüssigkeit austreten kann, daß im Innern des Gehäuses eine zweite mit einem Dielektrikum belegte Elektrode angeordnet ist, und daß die zweite Elektrode durch eine elektrisch isolierte Öffnung im Gehäuse mit einer sich außerhalb des Gehäuses befindlichen Wechselspannungsquelle elektrisch leitend verbunden ist.

11. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9 dadurch gekennzeichnet,
daß eine erste, geerdete Elektrode rohrförmig ausgestaltet und mit einer rohrförmigen Zuleitung für die zu behandelnde Flüssigkeit verbunden ist,
daß die erste Elektrode an dem der Zuleitung abgewandten Ende senkrecht nach oben verläuft und oben offen ist, daß der senkrechte Teil der ersten Elektrode wenigstens teilweise von einem Dielektrikum koaxial und beabstandet umfaßt ist, daß der untere Bereich der so gebildeten Öffnung mit einem Boden verschlossen ist, daß am tiefsten Bereich des Bodens wenigstens eine Austrittsöffnung vorgesehen ist, daß das Dielektrikum wenigstens teilweise mit einer zweiten Elektrode koaxial belegt ist, und daß die zweite Elektrode mit einer Wechselspannungsquelle verbunden ist.

12. Verfahren nach Anspruch 11 dadurch gekennzeichnet, daß am oberen Ende des Dielektrikums ein Deckel vorgesehen ist, der den Ent ladungsraum nach oben hin abschließt.

13. Verfahren nach Anspruch 12 dadurch gekennzeichnet, daß der Boden und/oder Deckel aus demselben Material wie das Dielektrikum sind.