DE68902292T2

DE68902292T2 - Verfahren und vorrichtung zur wasserbehandlung mittels elektrolytischen ozons.

Info

Publication number: DE68902292T2
Application number: DE8989830428T
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Masuda; Shuji Nakamatsu; Yoshinori Nishiki; Isao Sawamoto; Takayuki Shimamune
Original assignee: Permelec Electrode Ltd
Current assignee: De Nora Permelec Ltd
Priority date: 1988-09-29
Filing date: 1989-09-29
Publication date: 1993-01-07
Anticipated expiration: 2009-09-30
Also published as: EP0362164A2; EP0362164B1; EP0362164A3; DE68902292D1; JPH0813356B2; US5114549A; JPH0290995A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Wasserbehandlung mittels mit einem elektrolytischen Ozonisator erzeugten Ozons.
Ozon zieht die Aufmerksamkeit von Forschern als ein kraftvolles und sauberes Oxidationsmittel auf sich und Ozon wird zunehmend als Mittel zur Wasserbehandlung verwendet. Unter den vielen Vorteilen von Ozon zur Verwendung bei der Wasserbehandlung sind die folgenden erwähnenswert: da sich Ozon zu Sauerstoff zersetzt, verbleibt es nicht im Wasser wie üblicherweise verwendete, auf Chlor beruhende Chemikalien, und Ozon zersetzt sich so rasch, daß keine Resttoxizität, welche zu sekundärer Verunreinigung führen kann, auftritt.
Ozon beispielsweise als Oxidationsmittel wird herkömmlicherweise nach zwei Grundverfahren erzeugt, nämlich elektrischer Entladung und Elektrolyse. Bei dem ersten Verfahren wird eine elektrische Entladung, wie etwa eine stille Entladung, in knochentrockener Luft oder Sauerstoff erzeugt, um Ozon zu erzeugen. Das durch elektrische Entladung erzeugte Ozon ist dadurch gekennzeichnet, daß seine Konzentration verhältnismäßig gering ist, weniger als oder etwa gleich 10%, daß das gasförmige Produkt im wesentlichen kein Wasser enthält und durch das Material der Entladungselektrode verunreinigt ist. Falls Luft als Ozonquelle verwendet wird, wird der Stickstoffbestandteil unter Erzeugen von NOx oxidiert und im Produktgas ist eine beträchtliche Menge NOx vorhanden.
Wenn das durch elektrischen Entladung erzeugte Ozon bei der Wasserbehandlung verwendet wird, treten verschiedene Nachteile auf. Insbesondere löst sich das Ozon im Wasser wegen seiner niedrigen Konzentration unter ungenügendem Behandeln des Wassers, was eine niedrige Betriebswirtschaftlichkeit zur Folge hat. Zusätzlich benötigt trockenes Ozon eine längere Zeit, um sich in dem zu behandelden Wasser zu lösen, als nasses Ozon. Weiterhin enthält das erzeugte Ozon das Elektrodenmaterial als eine Verunreinigung, was solange kein Problem ist, als das verunreinigte Ozon bei der Behandlung gewöhnlichen Wassers verwendet wird, welche aber entfernt werden muß, wenn reines Wasser, insbesondere ultrareines Wasser, hergestellt werden soll.
Um die vorstehend erwähnten Nachteile der Ozonerzeugung durch elektrische Entladung zu vermeiden, verlagert die Industrie die Aufmerksamkeit auf, wie im US-Patent 4 416 747 und J. Elec. Chem. Soc. 132, S. 367 ff (1985) beschrieben, durch die Elektrolyse von Wasser erzeugtes "elektrolytisches Ozon", obwohl die Elektrolyse in der Stromausbeute verglichen mit der elektrischen Entladung etwas niedriger ist. Bei diesem Weg wird Wasser unter Verwendung von Bleidioxid, Gold, Platin usw. entweder als Elektroden allein oder oder als Elektrodenmaterialien, welche an gegenüberliegenden Seiten eines festen Polymerelektrolyt- (SPE) Diaphragmas unter Zurverfügungstellen einer Elektrodenstruktur vom "SPE-Typ" angebracht sind, elektrolysiert. Ozon, das Produkt der Wasserelektrolyse, wird an der Anode als ein Gemisch mit Sauerstoff entwickelt. Das in dem flüssigen System entwickelte Produkt Ozon oder "elektrolytisches Ozon" ist mit Wasserdampf gesättigt und läßt sich leicht in dem zu behandelnden Wasser lösen. Weiterhin kann das Ozon in höheren Konzentrationen als 15 Gew.-% erhalten werden. Wenn elektrolytisches Ozon bei der Wasserbehandlung verwendet werden soll, umfaßt die übliche Praxis entweder das direkte Zuführen des zu behandelnden Wassers in das Anodenabteil, sodaß daß Ozon im Anolyt direkt auf das Wasser einwirkt, oder der ozonhaltige Anolyt wird direkt in das zu behandelnde Wasser eingedüst. Das erste Verfahren besitzt den Vorteil, die vorstehend beschriebenen Merkmale elektrolytischen Ozons vollständig auszunützen. Auf der anderen Seite bewirkt die Anwesenheit des zu behandelnden Wassers in der elektrolytischen Zelle eine Verunreinigung des Anolyts durch Verunreinigungen im Wasser, was die Erzeugung von Ozon mit niedriger Reinheit zur Folge hat. Weiterhin werden solche Verunreinigungen auf den Elektroden und dem Diaphragma in der Zelle abgelagert , wodurch die Elektrolyseausbeute erniedrigt wird. Darüberhinaus kann der Anolyt als Ergebnis von Veränderungen des Zuführdrucks des zu behandelnden Wassers zurückfließen.
Die vorstehend erwähnten Probleme sind bei dem zweiten Weg abwesend, bei dem ozonhaltiger Anolyt in das zu behandelnde Wasser eingedüst wird. Die Elektrodenmaterialien sind jedoch im Anolyt in Spurenmengen vorhanden und verunreinigen dadurch das zu behandelnde Wasser. Aufgrund dieses Nachteils ist der zweite Weg zur Verwendung bei der Behandlung von Wasser mit hoher Reinheit, d.h. hochreinen Wassers, zur Verwendung in der Halbleiter-Industrie ungeeignet.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Ein erstes Ziel der vorliegenden Erfindung ist, ein Verfahren bereitzustellen, welches von den vorstehend beschriebenen Problemen der herkömmlichen Verfahren der Wasserbehandlung mittels elektrolytischen Ozons frei ist, welches die Elektrolysezelle und den Elektrolyten nicht verunreinigt und welches eine stabile Durchführung der Elektrolyse zur Verfügung stellt.
Ein zweites Ziel der vorliegenden Erfindung ist, eine zur Verwendung bei der Verwirklichung des Verfahrens der vorliegenden Erfindung geeignete Vorrichtung bereitzustellen.
Das erste Ziel der vorliegenden Erfindung wird durch ein Verfahren zur Wasserbehandlung mittels elektrolytischen Ozons erreicht, welches Elektrolysieren von Wasser, um ein ozonhaltiges Gas in dem Anodenabteil einer elektrolytischen Zelle zu erzeugen, Separieren des ozonhaltigen Gases von dem Anolyt, und Kontaktieren des separierten ozonhaltigen Gases mit dem zu behandelnden Wasser umfaßt, wobei eine flüssige Vermischung des elektrolysierten Wassers mit dem zu behandelnden Wasser verhindert wird.
Das erste Ziel der vorliegenden Erfindung wird ebenfalls durch ein Verfahren zur Wasserbehandlung mittels elektrolytischen Ozons erreicht, wobei das zu behandelnde Wasser in einen Hauptteil und einen abgezweigten Teil geteilt wird, enthaltend Elektrolysieren von Wasser zum Erzeugen eines ozonhaltigen Gases in dem Anodenteil einer elektrolytischen Zelle, Separieren des Gases von dem Anolyt, Kontaktieren des separierten, ozonhaltigen Gases mit dem Wasser des abgezweigten Teils, um eine vorbestimmte Konzentration von Ozon in dem Wasser des abgezweigten Teils aufzubauen, und Mischen des abgezweigten Teils mit dem Hauptteil des Wassers, um eine komplette Behandlung des zu behandelnden Wassers zu bewirken, wobei ein flüssiges Vermischen des elektrolysierten Wassers mit dem zu behandelnden Wasser verhindert wird.
Das zweite Ziel der vorliegenden Erfindung wird durch eine Vorrichtung zur Wasserbehandlung erreicht, enthaltend eine elektrolytische Zelle für die Erzeugung eines ozonhaltigen Gases, enthaltend ein Anodenabteil und ein Kathodenabteil; und eine Einrichtung zum Kontaktieren des ozonhaltigen Gases, das von dem Anolyt separiert ist, mit dem zu behandelnden Wasser, um das ozonhaltige Gas in dem Wasser zu lösen.
Das Ziel der vorliegenden Erfindung wird auch durch eine Vorrichtung zur Wasserbehandlung erreicht, enthaltend eine Zuführeinrichtung für das zu behandelnde Wasser, wobei die Zuführeinrichtung einen abgezweigten Teil und einen Hauptteil enthält; eine elektrolytische Zelle für die Erzeugung eines ozonhaltigen Gases, die ein Anodenabteil und ein Kathodenabteil enthält; eine Einrichtung zum Kontaktieren des ozonhaltigen, von dem Anolyt getrennten Gases mit dem Wasser des abgezweigten Teils, um das ozonhaltige Gas in dem Wasser zu lösen; und eine Einrichtung zum Mischen des Wassers des abgezweigten Teils, das das gelöste, ozonhaltige Gas enthält mit dem Wasser des Hauptteils.
In den vorstehend beschriebenen Verfahren und Vorrichtungen wird vorzugsweise ein elektrolytischer Ozonisator vom SPE-Typ mit elektrodenaktiven Materialien verwendet, welche an gegenüberliegenden Seiten einer Trockenelektrolyt-Polymermembran (SPE) angebracht sind.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

Fig. 1 zeigt schematisch ein Beispiel des Verfahrens der vorliegenden Erfindung zur Wasserbehandlung mit Ozon durch Lösen eines ozonhaltigen Gases in einem abgezweigten Teilstrom des zu behandelnden Wassers.

GENAUE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung beruht hauptsächlich auf der Gas-Flüssigkeits-Trennung des durch einen elektrolytischen Ozonisator erzeugten elektrolytischen Ozongases. Diese Separierung des elektrolytischen Ozongases zur Verwendung bei der Wasserbehandlung ist bis jetzt unbekannt.
Der auf die Ozonerzeugung angewandte elektrolytische Weg liefert ozonhaltiges Wasser als Elektrolyt. Bei herkömmlichen Behandlungsverfahren wird der Anolyt direkt in das zu behandelnde Wasser eingedüst, um das Wasser zu oxidieren oder auf andere Weise zu behandeln oder wahlweise wird das zu behandelnde Wasser an sich in die elektrolytische Zelle eingedüst. Da diese Verfahren eine hohe Betriebswirtschaftlichkeit zur Verfügung stellen und keine wirklichen Probleme mit sich bringen, sind diese Verfahren üblicherweise angewandt worden und es wurden bis jetzt keine ernsthaften Versuche unternommen, diese herkömmlichen Verfahren zu verbessern.
Die vorliegenden Erfinder haben jedoch erkannt, daß die herkömmlichen Verfahren der Wasserbehandlung, welche dem behandelten Wasser Elektrodenverunreinigungen und andere Verunreinigungen zuführen, nicht befriedigend für das Zurverfügungstellen ultrareinen Wassers zur Verwendung bei der Herstellung von Halbleitern und anderen elektronischen Vorrichtungen sind.
Jeder herkömmliche Typ von elektrolytischem Ozonisator kann in der vorliegenden Erfindung verwendet werden, vorausgesetzt, daß das im Anodenabteil erzeugte ozonhaltige Gas aus dem Ozonisator durch Gas- Flüssigkeit-Separierung entfernt wird. Das ozonhaltige Gas kann vorübergehend in einem Behälter zurückgehalten werden, wird aber wünschenswerterweise umgehend mit dem zu behandelnden Wasser in Kontakt gebracht.
Das ozonhaltige Gas kann auf zwei grundlegenden Wegen zur Wasserbehandlung verwendet werden. In einer ersten Ausführungsform wird das ozonhaltige Gas direkt mit dem zu behandelnden Wasser durch zum Beispiel Eindüsen in Kontakt gebracht. In der zweiten Ausführungsform wird ein Teil des zu behandelnden Wassers in einen Nebenstrom verzweigt. Das ozonhaltige Gas wird in dem Teil des verzweigten Stroms beispielsweise durch Eindüsen oder einen Auflösungsturm gelöst, um eine vorbestimmte Ozonkonzentration in dem verzweigten Teil im Bereich von im allgemeinen 0,1 bis 100 ppm und vorzugsweise von 1 bis 50 ppm herzustellen, welcher darauf mit dem unverzweigten oder Hauptteil vermischt wird, um eine Gesamtbehandlung des Wassers zu bewirken. Das zweite Verfahren erfordert eine kompliziertere Vorrichtung als das erste Verfahren, hat aber den Vorteil einer wirksamen Ozonverwertung. Die Gesamtbehandlung des Wassers wird durchgeführt nachdem das Ozon in dem verzweigten Teil des Wassers vollständig absorbiert ist.
In der vorliegenden Erfindung wird die Stelle, wo das ozonhaltige Gas mit dem zu behandelnden Gas in Kontakt steht "Durchgang des zu behandelnden Wassers" genannt. Dieser Durchgang kann eine Leitung zum Transportieren des Wassers des abgezweigten Teils umfassen, wobei das ozonhaltige Gas in die Leitung eingedüst wird, oder kann einen unabhängigen Auflösungsturm umfassen.
Das Verfahren der vorliegenden Erfindung erfordert keine besonderen Arbeitsweisen und befriedigende Ergebnisse können durch Eindüsen des ozonhaltigen Gases oder Mischen des ozonhaltigen Gases mit dem Wasser zur Behandlung unter geeignetem Rühren erzielt werden.
Der in der vorliegenden Erfindung zu verwendende Ozonisator kann eine übliche elektrolytische Zelle mit einer durch ein Diaphragma getrennten Anode und Kathode sein. Eine wünschenswerte elektrolytische Zelle ist eine solche, welche eine Elektrodenstruktur vom SPE-Typ verwendet, die eine Ionenaustauschmembrane, welche eine Anodensubstanz mit hoher ozonerzeugender Leistungsfähigkeit, wie etwa Bleidioxid, auf einer Seite und eine Kathodensubstanz mit hoher wasserstofferzeugender Leistungsfähigkeit, wie etwa Platin oder Nickel auf einem Träger, auf der anderen Seite besitzt, mit einem feinporigen Stromabnehmer, welcher an jeder der Anoden- und Kathodensubstanzen befestigt ist, umfaßt. Die Elektrolysebedingungen wie etwa die Elektrolyttemperatur und Stromdichte sind nicht auf irgendeine Weise beschränkt. Wenn die Elektrolyse bei einer Anolyttemperatur von 20 bis 40ºC und einer Stromdichte von 100 A/dm² durchgeführt wird, wird Ozon in einer Konzentration bis zu einer Höhe von 15 Gew.-% erzeugt.
Falls das entstehende ozonhaltige Gas in dem verzweigten Teil des zu behandelnden Wassers gelöst werden soll, kann das ozonhaltige Gas durch eine Leitung oder einen anderen Durchgang zum Eindüsen in den verzweigten Teil des Wassers geleitet werden. Es ist jedoch wünschenswerter, daß der verzweigte Teil, welcher wenigstens ein Teil des zu behandelnden Wassers ist, und das ozonhaltige Gas in einen Auflösungsturm aus einem geeigneten Material, wie etwa Edelstahl, Titan, Glas oder Acrylharz, derart eingeführt werden, daß das ozonhaltige Gas in dem verzweigten Teil des Wassers wirkungsvoller gelöst wird. Um eine hohe Wirksamkeit der Auflösung zu erzielen, werden wünschenswerterweise 5 bis 30% des zu behandelnden Wassers verzweigt. Da Ozon in Wasser eine vergleichsweise niedrige Löslichkeit besitzt, wird das ozonhaltige Gas vorzugsweise in den Auflösungsturm eingeblasen. Zu diesem Zweck wird ein Streufilter aus einem Material wie etwa Glas, Edelstahl, Titan oder Keramik mit Poren von 0,1 bis 10um Größe am Boden eines zylindrischen Auflösungsturms befestigt und das ozonhaltige Gas wird dem Turm durch die Poren im Filter zugeführt. Je kleiner die Größe der Poren ist, desto kleiner ist die Größe der dadurch erzeugten Ozonblasen, und desto größer ist die Kontaktfläche zwischen dem Ozon und dem zu behandelnden Wasser. Auf der anderen Seite folgt ein zunehmender Druckabfall, wenn die Porengröße abnimmt. Der verzweigte Teil des dem Turm zugeführten Wassers fließt entweder im Gegenstrom oder mit dem Strom, sodaß es in das ozonhaltige Gas eingebracht wird, um das Ozon zu absorbieren. Das in der vorliegenden Erfindung hergestellte ozonhaltige Gas besitzt eine vergleichsweise hohe Ozonkonzentration und der verzweigte Teil des zu behandelnden Wassers ist befähigt, 1 bis 100 ppm Ozon durch Einstellen der Fließgeschwindigkeit von Gas und Flüssigkeit zu absorbieren. Falls die Flüssigkeitsfließgeschwindigkeit erniedrigt wird und die Gasfließgeschwindigkeit erhöht wird, wird eine hohe Ozonkonzentration enthaltendes Wasser hergestellt, aber die Leistungsfähigkeit der Auflösung nimmt ab und das Volumen des Abfallozons nimmt zu. Um das Auflösungsvermögen zu erhöhen, muß die Zeit des Gas-Flüssigkeitskontakts muß verlängert werden und eine Kontaktzeit von 1 bis 10 min ist geeignet, ein Auflösungsvermögen von 90-99% zu erzielen. Je niedriger die Betriebstemperatur ist, desto höher ist die Konzentration des durch den verzweigten Teil des Wassers absorbierten Ozons. Somit besitzt durch Auflösen des flüssig-separierten ozonhaltigen Gases in dem verzweigten Teil des zu behandelnden Wassers letzteres eine erwünschte, vergleichsweise hohe Konzentration darin gelösten Ozons.
Der verzweigte Teil des zu behandelnden Wassers, welches auf eine gewünschte Ozonkonzentration eingestellt worden ist, wird darauf mit dem unverzweigten Hauptteil des zu behandelnden Wassers vermischt und zum Beispiel einem Reaktionsbehälter zugeführt. Der verzweigte Teil des zu behandelnden Wassers wird dem Reaktionstank vorzugsweise mittels einer Pumpe zugeführt, welche mit einem Rückschlagventil ausgerüstet ist, um ein Zurückfließen zu verhindern. Der Auflösungsturm ist vorzugsweise mit einem Mechanismus ausgerüstet, welcher einen gleichbleibenden Flüssigkeitsspiegel aufrecht erhält, und dies kann durch Steuerung mit einem Magnetventil und einem Füllstandsfühler erreicht werden. Das im Reaktionstank behandelte Wasser kann sofort verwendet werden, zum Beispiel als ultrareines Wasser bei der Halbleiterherstellung oder als Wasser für Schwimmbäder.
Falls das in der elektrolytischen Zelle hergestellte und der Gas- Flüssigkeits-Trennung unterzogene ozonhaltige Gas unmittelbar zur Wasserbehandlung verwendet werden soll, ist der Auflösungsturm nicht erforderlich und das ozonhaltige Gas kann direkt in das Wasser für eine Behandlung in einem Reaktionstank oder einer Leitung eingedüst werden.
Die folgenden nichtbegrenzenden Beispiele werden zum Zweck des weiteren Veranschaulichens der vorliegenden Erfindung zur Verfügung gestellt.

BEISPIEL 1

Unter Bezug auf den in Figur 1 beschriebenen Ozonverarbeitungsablauf, wurde ozonhaltiges Wasser unter den folgenden Bedingungen hergestellt.
Eine elektrolytische Zelle < elektrolytischer Ozonisator) mit einer wirksamen Fläche von 90 cm² wurde mit einem Diaphragma 2 aus einem Trockenelektrolytpolymer Nafion (hergestellt von du Pont) ausgestattet, welches auf der Anoden- beziehungsweise Kathodenseite abgeschiedenes Bleidioxidpulver 3 und Platinpulver 4 besaß. Die so zusammengesetzte elektrolytische Zelle vom SPE-Typ wurde durch das Diaphragma 2 in ein inneres Anodenabteil 5 und ein Kathodenabteil 6 geteilt und mit 1 Liter reinem Wasser gefüllt. Wenn ein elektrischer Strom an die Zelle 1 mit einer Stromdichte von 100 A/dm² angelegt wurde, wurde ein Gasgemisch aus Sauerstoff und 15 Gew.-% Ozon in einer Ausbeute von 27 Gramm/h (etwa 20 Liter/h bei 30ºC) erhalten, wobei Ozon in einer Ausbeute von 4 Gramm/h erzeugt wurde. Das im Anodenabteil 5 entwickelte Mischgas wurde durch eine Leitung 7 geführt und dem Boden des Auflösungsturms 9 durch ein Streufilter 8 mit einem Durchmesser von 10 cm und einer Dicke von 0,5 mm, welches Poren von etwa 2 um enthielt, zugeführt.
Reines Wasser mit einer Temperatur von 25ºC wurde einer ultrareines Wasser erzeugenden Leitung mit einer Fließgeschwindigkeit von 1 m³/h zugeführt und 30% dieses Stroms von zu behandelndem Wasser wurden verzweigt, um durch ein Verzweigungsrohr 10 zu fließen, und dem Auflösungsturm 9 an der Spitze zugeführt. Im Auflösungsturm 9 wurde der verzweigte Teil des Wassers mit der vom Boden zugeführten Gasmischung in Kontakt gebracht , wodurch das Gasgemisch in dem verzweigten Teil Wasser gelöst wurde. Das ungelöste Gas wurde aus einer Öffnung 11 abgelassen und in die Umgebung verteilt.
Der verzweigte Teil des Wassers mit der darin gelösten Gasmischung wurde mittels einer Pumpe 12 zusammen mit dem unverzweigten Teil des Wassers einem Reaktionstank 13 zugeführt und das Gesamtvolumen Wasser wurde mit Ozon behandelt. Das ozonhaltige Wasser hatte eine Ozonkonzentration von 12 ppm am Auslaß des Auflösungsturms 9 und die am Auslaßpunkt 11 gemessene Ozonkonzentration betrug 5000 ppm. Das Wasser im Reaktionstank 13 besaß eine Ozonkonzentration von 3,6 ppm und im ozonhaltigen Wasser im Reaktionstank 13 wurde kein Blei nachgewiesen. Der Druck im Anodenabteil der elektrolytischen Zelle 1 war bei etwa 1,4 atm über einen längeren Zeitraum stabil ungeachtet der Druckschwankungen in der Zufuhr reinen Wassers.

VERGLEICHSBEISPIEL 1

Unter Verwendung einer elektrolytischen Zelle 1 vom selben Typ wie in Beispiel 1 eingesetzt wurde reines Wasser unter denselben Bedingungen wie in Beispiel 1 elektrolysiert, um ein ozonhaltiges Gas zu erhalten. Mit dem ozonhaltigen Gas im Anolyten gelöst wurde letzterer in das reine Wasser bei einer Fließgeschwindigkeit von etwa 1 Liter/h eingedüst, um das Wasser zu reinigen. Der aus der elektrolytischen Zelle zurückgewonnene ozonhaltige Anolyt enthielt etwa 2 ppb Blei.

BEISPIEL 2

Die Behandlung mit Ozon wurde wie in Beispiel 1 durchgeführt, ausgenommen daß reines Wasser durch Wasser aus einem Schwimmbecken ersetzt wurde, welches mit einer Geschwindigkeit von 10 m³/h mit 10% Verzweigung fließen gelassen wurde.
Das ozonhaltige Wasser hatte eine Ozonkonzentration von 2 ppm am Auslaß des Auflösungsturms 9. Die am Auslaßpunkt 11 gemessene Ozonkonzentration betrug 5000 ppm. Das im Reaktionstank 13 behandelte Wasser hatte eine Ozonkonzentration von 0,2 ppm und die am Tankauslaß gemessene Ozonkonzentration betrug 0 ppm. Kein Blei wurde in dem im Reaktionstank 13 behandelten Wasser nachgewiesen. Der Druck im Anodenabteil der elektrolytischen Zelle 1 war über einen längeren Zeitraum bei etwa 1,4 atm stabil, ungeachtet der Druckschwankungen in der Zufuhr reinen Wassers.

BEISPIEL 3

Reines Wasser wurde im Reaktionstank wie in Beispiel 1 mit Ozon behandelt, ausgenommen daß der Auflösungsturm und die Verzweigungsleitung aus dem Ozonbehandlungssystem entfernt wurden und daß das in der elektrolytischen Zelle entwickelte Gas direkt in den Reaktionstank eingeführt wurde.
Das im Reaktionstank behandelte Wasser hatte eine Ozonkonzentration von etwa 30 ppm und kein Blei wurde darin nachgewiesen. Der Druck im Anodenabteil der elektrolytischen Zelle war über einen längeren Zeitraum bei etwa 1,4 atm stabil, ungeachtet der Druckschwankungen in der Zufuhr reinen Wassers.
In der vorliegenden Erfindung wird das im Anodenabteil einer elektrolytischen Zelle entwickelte ozonhaltige Gas vom Anolyten separiert, bevor es mit dem zu behandelnden Wasser in Kontakt gebracht wird. Wahlweise wird das separierte ozonhaltige Gas in dem verzweigten Teil des zu behandelnden Wasser gelöst, um eine vorbestimmte Ozonkonzentration in dem verzweigten Teil des Wassers einzustellen, welches darauf mit dem unverzweigten Hauptteil des Wassers gemischt wird, um eine Gesamtbehandlung des Wassers zu bewirken.
Gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung tritt der Anolyt nicht in direkten Kontakt mit dem zu behandelnden Wasser, sodaß den Anolyten verunreinigende Elektrodensubstanzen das zu behandelnde Wasser nicht verunreinigen. Daher ist die vorliegende Erfindung besonders wirksam zur Behandlung von Wasser, welches eine hohe Reinheit erfordert. Außerdem ist das zu behandelnde Wasser nicht im Anolyten verhanden, sodaß Verunreinigungen, welche im zum behandelnden Wasser vorhanden sein können, nicht in die elektrolytische Zelle eingeführt werden, wodurch Probleme wie etwa eine Verkürzung der Lebensdauer der Elektroden vermieden werden.
Als weiterer Vorteil tritt der Anolyt mit dem Wasser nicht in direkten Kontakt, sodaß Druckschwankungen in der Zufuhr des zu behandelnden Wassers den Anolyten nicht beeinflussen, was es erlaubt, das Wasser unter stabilen Elektrolysebedingungen mit Ozon zu behandeln.

Claims

1. Verfahren zur Wasserbehandlung mittels elektrolytischen Ozons, enthaltend Elektrolysieren von Wasser, um ein ozonhaltiges Gas in dem Anodenabteil einer elektrolytischen Zelle zu erzeugen, Separieren des ozonhaltigen Gases von dem Anolyt, und Kontaktieren des separierten ozonhaltigen Gases mit dem zu behandelnden Wasser, wobei eine flüssige Vermischung des elektrolysierten Wassers mit dem zu behandelnden Wasser verhindert wird.

2. Verfahren zur Wasserbehandlung mittels elektrolytischen Ozons, wobei das zu behandelnde Wasser in einen Hauptteil und einen abgezweigten Teil geteilt wird, enthaltend Elektrolysierend von Wasser zum Erzeugen eines ozonhaltigen Gases in dem Anodenabteil einer elektrolytischen Zelle, Separieren des Gases von dem Anolyt, Kontaktieren des separierten, ozonhaltigen Gases mit dem Wasser des abgezweigten Teils, um eine vorbestimmite Konzentration von Ozon in dem Wasser des abgezweigten Teils aufzubauen, und Mischen des abgezweigten Teils mit dem Hauptteil des Wassers, um eine komplette Behandlung des zu behandlenden Wassers zu bewirken, wobei ein flüssiges Vermischen des elektrolysierten Wassers mit dem zu behandlenden Wasser verhindert wird.

3. Vorrichtung zur Wasserbehandlung enthaltend:

eine elektrolytische Zelle für die Erzeugung eines ozonhaltigen Gases, enthaltend ein Anodenabteil und ein Kathodenabteil; und

eine Einrichtung zum Kontaktieren des ozonhaltigen Gases, das von dem Anolyt separiert ist mit dem zu behandelnden Wasser, um das ozonhaltige Gas in dem Wasser zu lösen.

4. Vorrichtung zur Wasserbehandlung, enthaltend:

eine Zuführeinrichtung für das zu behandelnde Wasser, wobei die Zuführeinrichtung einen abgezweigten Teil und einen Hauptteil enthält;

eine elektrolytische Zelle für die Erzeugung eines ozonhaltigen Gases, die ein Anodenabteil und ein Kathodenabteil enthält;

eine Einrichtung zum Kontaktieren des ozonhaltigen, von dem Anolyt getrennten Gases mit dem Wasser abgezweigten Teils, um das ozonhaltige Gas in dem Wasser zu lösen; und

eine Einrichtung zum Mischen des Wassers des abgezweigten Teils, das das gelöste, ozonhaltige Gas enthält mit dem Wasser des Hauptteils.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Kontaktiereinrichtung eine Leitung zum Transportieren des zu behandelnden Wassers enthält, wobei das ozonhaltige Gas in die Leitung eingedüst wird.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Kontakierteinrichtung eine Leitung enthält zum Transportieren des Wassers des abgezweigten Teils, wobei das ozonhaltige Gas in den Kanal eingedüst wird.

7. Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Kontakteinrichtung einen Auflösungsturm enthält, der ein Streufilter am Fuß des Turms enthält, wobei das ozonhaltige Gas dem Auflösungsturm durch das Streufilter zugeführt wird.

8. Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Mischeinrichtung einen Reaktionstank enthält.

9. Vorrichtung nach Anspruch 4f wobei die elektrolytische Zelle eine SPE-Zelle ist, die elektrodenaktive Materialien enthält, die an gegenüberliegenden Seiten einer Trockenelektrolyt-Polymermembran angebracht sind.

10. Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Wasser des abgezweigten Teils 5 bis 30 % des zu behandelnden Wassers bildet.

11. Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei das Wasser des abgezweigten Teils 5 bis 30% des zu behandelnden Wassers bildet.