DE69903318T2

DE69903318T2 - Verfahren und vorrichtung zur behandlung von flüssigkeiten mit ultraschall

Info

Publication number: DE69903318T2
Application number: DE69903318T
Authority: DE
Inventors: Ulrich Pöschl
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1998-07-06
Filing date: 1999-07-06
Publication date: 2004-01-22
Anticipated expiration: 2019-07-07
Also published as: DE19830132A1; AU5409999A; IL140290A0; JP4467795B2; HUP0103139A3; JP2002519197A; ES2185389T3; IL140290A; TR200100145T2; KR100631468B1; KR20010074649A; HU227720B1; EP1098852A1; EP1098852B1; DE69903318D1; PL345323A1; BR9911632A; CA2336678A1; WO2000001620A1; PT1098852E

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Behandeln von Flüssigkeit und eine dafür geeignete Energiezufuhreinrichtung.
Aus dem Stand der Technik sind Verfahren bekannt, mittels welchen Flüssigkeiten, insbesondere Flüssigkeiten mit gelösten Stoffen oder nicht gelösten Feststoffanteilen oder in der Flüssigkeit dispergierten Fluiden, behandelt werden, um sie anschließend herkömmlichen Industrieanlagen zur Verwendung in einem Produktionsprozess zuzuführen oder um sie in in der Praxis eingesetzte biologische Kläranlagen einzuleiten.
Weiter sind Abwasserbehandlungsverfahren bekannt, um Abwässer zu entmineralisieren oder zu entkeimen. Die so behandelten Abwässer werden beispielsweise als Brauchwasser für industrielle Zwecke eingesetzt oder zur Bewässerung in Gärtnereien für Hydrokulturen verwendet.
Diese Verfahren erfordern jedoch einen sehr hohen apparativen und regelungstechnischen Aufwand und verursachen deshalb hohe Investitionskosten.
Eines dieser bekannten Verfahren betrifft das Entwässern und Trocknen und anschließende Verbrennen von Klärschlamm oder auch von Fäkalien. Dazu werden die Fäkalien, beispielsweise Schweinegülle, in größeren Lagereinrichtungen gesammelt, in welchen die Fäkalien mit biologischen Mitteln so behandelt werden, dass die Fäkalien eingedickt und durch biologische Prozesse abgebaut werden.
Eine weitere Verwendung für die in bäuerlichen Großbetrieben in größeren Mengen anfallenden Fäkalien ist, die Fäkalien auf landwirtschaftliche Nutzflächen wie Getreidefelder od. dgl. als Dünger auszubringen.
Nachteilig ist dabei jedoch, dass bei dem Ausbringen der Fäkalien auf die landwirtschaftlichen Nutzflächen eine starke Geruchsbelästigung der Umgebung auftritt und dass darüber hinaus in den Fäkalien enthaltene Keime und Bakterien in den Boden und das Grundwasser gelangen. Bei den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren zum Ausbreiten oder Entsorgen von Fäkalien ist ein großer Platzbedarf für die Ausbreitungs- oder Entsorgungsanlagen erforderlich, und die dabei ablaufenden Wiederaufbereitungsprozesse benötigen lange Prozesszeiten sowie kostenintensive Einsatzstoffe.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Behandeln von Flüssigkeit zur Verfügung zu stellen, mittels welchen sich Flüssigkeit auf kostengünstige Art und Weise und mit geringem Platzbedarf behandeln lässt.
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die Schritte und Merkmale gelöst, die in den Ansprüchen 1 bzw. 4 angegeben sind.
Das erfindungsgemäße Verfahren sieht vor, die zu behandelnde Flüssigkeit in eine erste Kammer und dann abwärts an einer Außenwand der ersten Kammer in einem dünnen Film in eine zweite Kammer zu leiten. Damit kann eine Entgasung der zu behandelnden Flüssigkeit in dünner Schicht erfolgen. Dabei ist von Vorteil, dass ein hoher Wirkungsgrad erreicht wird und die Entgasung in dünnem Film eine kostengünstige Art der Entgasung darstellt, da der zu behandelnden Flüssigkeit keine mechanische Energie zugeführt werden muss wie bei aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren, welche zur Entgasung mechanische Rühreinrichtungen verwenden.
Durch die erfindungsgemäße Ausstattung der Vorrichtung mit wenigsten drei in Reihe in einem Reaktionsbehälter angeordneten Kammern wird ein geringer Platzbedarf bei einem hohen Durchsatz erreicht. Der Reaktionsbehälter kann somit in vorteilhafter Weise für bestimmte Einsatzzwecke und Durchsatzmengen mobil ausgeführt werden, indem der Reaktionsbehälter auf einen PKW-Anhänger oder ähnl. montiert wird und somit von einem Einsatzort zum nächsten verfahrbar ist.
Weiter ist von Vorteil, dass die Vorrichtung zum Trennen von nicht mischbaren Flüssigkeiten aufgrund von Dichteunterschieden der Flüssigkeiten eingesetzt werden kann. Ebenso ist die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Trennen von Flüssigkeiten, welche mit nicht gelösten Feststoffen versetzt sind, geeignet.
Die zu behandelnde Flüssigkeit wird in den Reaktionsbehälter über eine Einleiteinrichtung eingebracht, steigt in der ersten Kammer auf und wird dann über eine zweite Kammer in eine dritte Kammer weitergeleitet. Dabei ist von Vorteil, dass sich die zu trennenden Flüssigkeiten oder die in der zu behandelnden Flüssigkeit enthaltenen Feststoffe bei dem Aufsteigen aufgrund ihres Dichteunterschiedes voneinander trennen und dass in der sich an die erste Kammer anschließenden zweiten Kammer noch nicht getrennte Flüssigkeitsbestandteile weiter voneinander getrennt werden.
Um eine weitere Verbesserung des Wirkungsgrades der erfindungsgemäßen Vorrichtung zu erreichen, ist an die dritte Kammer eine Energiezufuhreinrichtung zum Erhöhen der inneren Energie der Flüssigkeit angeschlossen. Durch die Zuführung von Energie in die zu behandelnde Flüssigkeit können Behandlungsprozesse in vorteilhafter Weise beschleunigt werden, indem beispielsweise die Temperatur der zu behandelnden Flüssigkeit angehoben wird oder der zu behandelnden Flüssigkeit Bewegungsenergie zum Vermischen oder Entgasen zugeführt wird.
Die zu behandelnde Flüssigkeit wird durch eine mit der ersten Kammer verbundene Einrichtung zum Erzeugen von Unterdruck in dem Reaktionsbehälter in diesen eingesaugt. Dadurch werden Behandlungsprozesse in vorteilhafter Weise unterstützt, da beispielsweise die Prozesstemperaturen aufgrund des Unterdruckes niedriger als bei Umgebungsdruck liegen.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung bilden die Gegenstände der Unteransprüche.
In einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann vorgesehen sein, dass sich in der ersten Kammer ein Tauchrohr bis in die Nähe des Auslasses der ersten Einleiteinrichtung erstreckt. Damit besteht die Möglichkeit, einen gewissen Anteil der zu behandelnden Flüssigkeit bereits aus der ersten Kammer vor Eintritt in die zweite Kammer aus dem Reaktionsbehälter auszuleiten.
Besonders vorteilhaft erweist es sich dabei, wenn zwischen einem ersten Auslass des Tauchrohres und dem Auslass der ersten Einleiteinrichtung ein Teller angeordnet ist, der die aus der ersten Einleiteinrichtung austretende Flüssigkeit ringförmig in der ersten Kammer verteilt. Damit wird vermieden, dass die zu behandelnde Flüssigkeit, welche aus der ersten Einleiteinrichtung in die erste Kammer eingeleitet wird, sofort aus der ersten Kammer über das Tauchrohr abgeführt wird, ohne dass die zu behandelnde Flüssigkeit dem Behandlungsprozess in der ersten Kammer ausgesetzt ist. Die über die erste Einleiteinrichtung in die erste Kammer eintretende Flüssigkeit wird durch den Teller an dem ersten Auslass des Tauchrohres vorbeigeführt und strömt zunächst in Richtung der zweiten Kammer. Durch ein Absaugen eines Anteiles der zu behandelnden Flüssigkeit über das Tauchrohr wird in der ersten Kammer eine Zirkulationsströmung erreicht, welche die Verweilzeit der zu behandelnden Flüssigkeit in der ersten Kammer stark erhöht.
In einer Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Tauchrohr einen zweiten Auslass hat, der mit der dritten Kammer verbunden ist. Dann bildet das Tauchrohr eine Art Bypass zu der zweiten Kammer, über welchen die zu behandelnde Flüssigkeit aus der ersten Kammer in die dritte Kammer eingeleitet werden kann. Darüber hinaus kann der an der zweiten Kammer vorbeigeleitete Anteil der zu behandelnden Flüssigkeit in einer anderen Apparatur einem weiteren Behandlungsprozess zugeführt werden.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass unterhalb eines oberen Endes der ersten Kammer eine Einrichtung zum Abführen von leichteren Substanzen aus dem Reaktionsbehälter angeordnet ist. Dadurch können auf einfache Art und Weise leichtere Substanzen bereits nach der ersten Kammer aus dem Reaktionsbehälter abgeführt werden.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass sich der innere Mantelkörper in Strömungsrichtung im Querschnitt verjüngt und mit Abstand von einem gegenüberliegenden Ende des Reaktionsbehälters endet. Damit wird in vorteilhafter Weise das Aufsteigen der zu behandelnden Flüssigkeit aufgrund der Querschnittsverengung des inneren Mantelkörpers verbessert. Ist der Reaktionsbehälter mit einer an die erste Kammer stromaufwärts angeschlossenen Dispergiereinrichtung zum Einleiten von Fluid in die Flüssigkeit und zum wenigstens teilweisen Aufschäumen derselben versehen, kann die reaktive Oberfläche zwischen der zu behandelnden Flüssigkeit und dem zugeführten Fluid drastisch vergrößert werden, so dass gewünschte Behandlungsprozesse innerhalb kurzer Prozesszeiten ablaufen.
Die Flüssigkeit wird vorteilhaft über die entgegengesetzt zu der ersten Einleiteinrichtung mit der ersten Kammer verbundenen Einrichtung zum Erzeugen von Unterdruck in den Reaktionsbehälter eingesaugt, wodurch die beschriebenen Aufschäumprozesse und ein Aufsteigen der Flüssigkeit oder des aufgeschäumten Teiles der zu behandelnden Flüssigkeit in dem Reaktionsbehälter unterstützt werden.
Der aufgeschäumte Teil der zu behandelnden Flüssigkeit entschäumt sich mit zunehmender Reaktionszeit und gelangt über einen Ringraum gemeinsam mit dem nicht aufgeschäumten Teil der Flüssigkeit in die zweite Kammer, in welcher der nicht aufgeschäumte Teil und der entschäumte Teil der Flüssigkeit vor Eintritt in die dritte Kammer vermischt werden. Damit ist in vorteilhafter Weise durch die Vergrößerung der reaktiven Oberfläche eine Beschleunigung des Behandlungsprozesses bei an schließendem Konzentrationsausgleich der zu behandelnden Flüssigkeit nach deren Austritt aus der ersten Kammer gewährleistet.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung können in die zu behandelnde Flüssigkeit in der dritten Kammer weitere Fluide eingeleitet werden. Dabei wird in vorteilhafter Weise die reaktive Oberfläche zwischen der zu behandelnden Flüssigkeit und den weiteren zugeführten Fluiden zur Beschleunigung von weiteren Behandlungsprozessen erreicht. Dafür ist die dritte Kammer mit einer zweiten Einleiteinrichtung zum Einleiten von weiteren Fluiden in die zu behandelnde Flüssigkeit verbunden. Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, Oxidations- und/oder Reduktionsmittel, vorzugsweise Ozon und/oder Wasserstoffperoxid, einzuleiten.
Ist die zweite Kammer durch einen zusätzlichen Mantelkörper in eine innere und eine äußere Ringkammer unterteilt, ist in vorteilhafter Weise eine Beruhigungszone geschaffen, in welcher ein Konzentrationsausgleich oder eine Vermischung von nicht aufgeschäumter Flüssigkeit und entschäumter Flüssigkeit möglich ist.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Energiezufuhreinrichtung zur Erhöhung der inneren Energie einen Ultraschalleistungswandler aufweist, um die über die zweite Einleiteinrichtung zugeführten Fluide in der zu behandelnden Flüssigkeit zu nukleieren und die reaktive Oberfläche stark zu erhöhen.
Vorzugsweise weist der Ultraschalleistungswandler zwei ineinander angeordnete, topfförmige Gehäuseteile, die zwischen sich eine Piezokeramikscheibe über eine elastische Dichtung abstützen, auf. Mit dieser Energiezufuhreinrichtung kann einer zu behandelnden Flüssigkeit auf einfache Art und Weise Energie oder innere Energie zugeführt werden, wobei Vermischungsprozesse in vorteilhafter Weise begünstigt werden.
Um aus der zu behandelnden Flüssigkeit schwer abtrennbare Substanzen bei möglichst niedrigem Energieverbrauch separieren zu können, kann die dritte Kammer durch eine semipermeable Zwischenwand in eine erste und eine zweite Teilkammer unterteilt sein, wobei in einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung die Energiezufuhreinrichtung an die erste Teilkammer angeschlossen ist und die Verbindung zwischen der zweiten und der dritten Kammer in die erste Teilkammer der dritten Kammer mündet. Da bei wird die Energiezufuhreinrichtung oder die von ihr in die zu behandelnde Flüssigkeit eingebrachte Energie dafür eingesetzt, die zu behandelnde Flüssigkeit durch die semipermeable Zwischenwand zu fördern und die zu separierenden Substanzen, welche diese semipermeable Zwischenwand nicht passieren können, aus der ersten Teilkammer abzuführen und die Flüssigkeit aus der zweiten Teilkammer aus dem Reaktionsbehälter abzuleiten.
Die semipermeable Zwischenwand kann als eine Kunststofffolie ausgebildet sein, die Feststoffe in der ersten Teilkammer zurückhält und Flüssigkeit in die zweite Teilkammer durchlässt. Damit wird eine Trennung der Flüssigkeit von darin enthaltenen Feststoffen ermöglicht, ohne dass dabei ein großer Energieaufwand wie etwa bei thermischen Trennverfahren aufgewendet werden muss.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen prinzipmäßig beschrieben.
Es zeigt:
1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, wobei ein Tauchrohr in eine erste Kammer mündet;
2 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform der Vorrichtung nach 1, wobei eine zweite Kammer des Reaktionsbehälters in zwei ringförmige Kammern unterteilt ist;
3 eine weitere Ausführungsform der Vorrichtung nach den 1 und 2;
4 eine schematische Darstellung einer dritten Kammer des Reaktionsbehälters, die durch eine semipermeable Zwischenwand in eine erste und eine zweite Teilkammer getrennt ist; und
5 eine Energiezufuhreinrichtung im Querschnitt.
1 zeigt eine schematische Darstellung der Vorrichtung, welche einen Reaktionsbehälter 10 mit drei in Reihe angeordneten Kammern 12, 14 und 16 aufweist. Die erste Kammer 12 ist von einer inneren Wand 18 begrenzt. Weiter ist mit der ersten Kammer 12 eine erste Einleiteinrichtung 20 zum Einleiten von zu behandelnder Flüssigkeit in den Reaktionsbehälter 10 oder die erste Kammer 12 verbunden.
Die zweite Kammer 14 ist zwischen der inneren Wand 18 und einer äußeren Wand 22 angeordnet, und an sie schließt sich die dritte Kammer 16 an. Die zweite Kammer 14 ist von der dritten Kammer 16 durch einen mit Schlitzen oder Löchern 24 versehenen Bund 26 getrennt. Der Bund 26 ist zwischen der inneren Wand 18 und der äußeren Wand 22 angeordnet.
Die dritte Kammer 16 weist eine Einrichtung 28 zum Ausleiten der Flüssigkeit auf. Darüber hinaus ist an die dritte Kammer 16 eine Energiezufuhreinrichtung 30 zum Erhöhen der inneren Energie der zu behandelnden Flüssigkeit angeschlossen.
Entgegengesetzt zu der ersten Einleiteinrichtung 20 ist eine Einrichtung 32 zum Erzeugen von Unterdruck in dem Reaktionsbehälter 10 mit der ersten Kammer 12 verbunden.
Die zu behandelnde Flüssigkeit wird durch die Erzeugung von Unterdruck in dem Reaktionsbehälter 10 über die erste Einleiteinrichtung 20 in die erste Kammer 12 eingeleitet und steigt in dieser auf_; bis sie das der ersten Einleiteinrichtung 20 entgegengesetzte Ende der inneren Wand 18 erreicht und an der Außenseite 40 der inneren Wand 18 in die zweite Kammer 14 eintritt.
In der ersten Kammer 12 erstreckt sich bis in die Nähe des Auslasses der ersten Einleiteinrichtung 20 ein Tauchrohr 32, wobei zwischen einem ersten Auslass 34 des Tauchrohres 32 und dem Auslass der ersten Einleiteinrichtung 20 ein Teller 36 angeordnet ist, der die aus der ersten Einleiteinrichtung 20 austretende Flüssigkeit ringförmig in der ersten Kammer 12 verteilt.
Der Teller 36 verhindert, dass die aus dem Auslass der ersten Einleiteinrichtung 20 austretende Flüssigkeit sofort in das Tauchrohr 32 einströmt und aus der ersten Kammer 12 abgeführt wird. Die Flüssigkeit strömt aus der ersten Einleiteinrichtung 20 in Richtung der inneren Wand 18 an dem Teller 36 vorbei und an dem Tauchrohr 32 entlang in Richtung zu dem von der ersten Einleiteinrichtung 20 abgewandten Ende der ersten Kammer 12.
Ein zweiter Auslass 38 des Tauchrohres 32 ist in dem vorliegen den Ausführungsbeispiel mit einer nicht dargestellten Pumpe verbunden, mittels welcher Flüssigkeit aus der ersten Kammer über das Tauchrohr 32 abgesaugt wird. Diese Absaugung erzeugt in der ersten Kammer eine Zirkulationsströmung, welche die Verweilzeit der Flüssigkeit in der ersten Kammer 12 vergrößert. Der zweite Auslass 38 des Tauchrohres 32 ist mit der dritten Kammer 16 verbunden.
Die innere Wand 18 verjüngt sich im Querschnitt in Strömungsrichtung der Flüssigkeit und endet mit Abstand von einem gegenüberliegenden Ende des Reaktionsbehälters 10.
Die Flüssigkeit wird aus der ersten Kammer 12 abwärts an einer Außenwand 40 der inneren Wand 18 oder der ersten Kammer 12 in einem dünnen Film in die zweite Kammer 14 geleitet. Dabei können beispielsweise Farben oder Lacke, die Luft- oder Gaseinschlüsse aufweisen, auf einfache Art und Weise aus dünner Schicht heraus entgast werden.
Im Bereich des Überganges von der ersten Kammer 12 in die zweite Kammer 14 ist eine erste Einrichtung 42 als ein Auslass von leichten Substanzen aus dem Reaktionsbehälter 10 angeordnet. Wird ein Füllstand der zweiten Kammer 14 derart eingestellt, dass der Füllstand wenigstens der Höhe der Öffnung der ersten Einrichtung 42 entspricht, können auf der zu behandelnden Flüssigkeit aufschwimmende leichtere Substanzen, wie beispielsweise Zellulosepartikel von Schweinegülle oder Öle von entmischten Wasser-Ö1-Gemischen auf einfache Art und Weise aus dem Reaktionsbehälter 10 abgeführt werden.
Eine weitere Möglichkeit, um Feststoffanteile aus der zu behandelnden Flüssigkeit abzuführen, ist, vor dem Eintritt in die dritte Kammer 16 Siebe (nicht dargestellt) vor dem Bund 26 anzuordnen und über eine zweite Einrichtung 44 die Feststoffanteile aus dem Reaktionsbehälter 10 oder der zweiten Kammer 14 auszuleiten.
Die erste Einleiteinrichtung 20 ist von der dritten Kammer 16 koaxial umgeben und mit der inneren Wand 18 und der äußeren Wand 22 verbunden.
An die erste Kammer 12 ist stromaufwärts eine Dispergiereinrichtung 46 zum Einleiten von Fluid in die Flüssigkeit und zum wenigstens teilweisen Aufschäumen derselben angeschlossen.
Bei bestimmten Anwendungen oder Behandlungsprozessen werden über die Dispergiereinrichtung 46 Fluide wie beispielsweise Luft- oder reiner Sauerstoff in die Flüssigkeit eingeleitet. Dabei entsteht in einem oberen Gebiet der ersten Kammer 12, das am Übergang zu der zweiten Kammer 14 angeordnet ist, ein Bereich, der mit aufgeschäumter Flüssigkeit gefüllt ist. Durch die Aufschäumung wird eine erhebliche Vergrößerung der reaktiven Oberfläche zwischen der Flüssigkeit und den zugeführten Fluiden erreicht, wodurch die Reaktionsgeschwindigkeit der Behandlungsprozesse erheblich ansteigt. Mit zunehmender Reaktionszeit nimmt die Oberflächenspannung des aufgeschäumten Teiles der Flüssigkeit ab, so dass sich die aufgeschäumte Flüssigkeit wieder entschäumt und in die zweite Kammer 14 abgeleitet werden kann. An die dritte Kammer 16 ist eine zweite Einleiteinrichtung 48 zum Einleiten von weiteren Fluiden in die Flüssigkeit angeschlossen. Über die zweite Einleiteinrichtung 48 werden bei der Behandlung von Schweinegülle Oxidations- und Reduktionsmittel eingeleitet.
Dabei handelt es sich um Wasserstoffperoxid und/oder Ozon. Diese beiden Fluide haben den Vorteil, dass Schweinegülle behandelt werden kann, ohne dass sich schädliche Rückstände ausbilden. Nach der Behandlung müssen deshalb auch keine schädlichen Rückstände aus der Schweinegülle entfernt werden.
2 zeigt eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform der Vorrichtung nach 1, wobei die zweite Kammer 14 des Reaktionsbehälters 10 in zwei ringförmige Kammern 14a und 14b unterteilt ist. Da die in den 1 und 2 dargestellten Ausführungsformen der Vorrichtung nur geringfügig voneinander abweichen, werden für Bauteile mit gleicher Funktion gleiche Bezugszeichen verwendet.
Die Flüssigkeit tritt über die erste Einleiteinrichtung 20 in die erste Kammer 12 ein. Über die Dispergiereinrichtung 46, welche in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel als ein poröser Ring aus Stein ausgebildet ist, wird Luft oder reiner Sauerstoff in die Flüssigkeit eingebracht. Das verursacht in der ersten Kammer 12 ein Aufschäumen der Flüssigkeit. Die aufgeschäumte Flüssigkeit wird wieder entschäumt und fließt über die innere Ringkammer 14a in die äußere Ringkammer 14b. Die innere Ringkammer 14a wird durch eine zusätzliche Wand 50 und die innere Wand 18 begrenzt. Der poröse Stein besteht aus geschäumtem Siliciumnitrid.
Die zusätzliche Wand 50 kann in einer weiteren, nicht dargestellten Ausführungsform mit Löchern versehen sein, so dass in der zusätzlichen Wand 50 befindliche nicht aufschäumbare Flüssigkeit durch die Löcher in die innere Ringkammer 14a strömen kann.
Die innere Ringkammer 14a und die äußere Ringkammer 14b sind über Löcher 52 der inneren Wand 18 verbunden. Die innere Ringkammer 14a ist als eine zusätzliche Beruhigungs- und Vermischungszone für die aufgeschäumte und anschließend wieder entschäumte Flüssigkeit vorgesehen. Darüber hinaus ist ein Konzentrationsausgleich zwischen dem entschäumten und dem nicht aufgeschäumten Teil der Flüssigkeit in dem inneren Ringraum 14a und in dem sich anschließenden äußeren Ringraum 14b gegeben.
Die Einrichtung 33 zum Erzeugen von Unterdruck in dem Reaktionsbehälter 10 umfasst eine Leitung 54 und eine Pumpe 56, wobei die Leitung 54 einen Abscheider oder Syphon und ein im Bereich des Abscheiders angeordnetes Ablaßelement (nicht dargestellt) für sedimentierte Feststoftpartikel aufweist.
Die äußere Wand 22 ist aus mehreren miteinander verbundenen zylindrischen Abschnitten gebildet, welche ineinander angeordnet sind und über seitlich angeordnete Spannelemente (nicht näher dargestellt) mit einem Deckel 58 und einem Boden teil 60 des Reaktionsbehälters 10 fest verbunden sind.
Die zweite Einleiteinrichtung 48 umfasst in dem Ausführungsbeispiel gemäß 2 eine Leitung 62 und eine Pumpe 64 zum Einbringen von Fluiden in die dritte Kammer 16. An die Leitung 62 der zweiten Einleiteinrichtung 48 kann darüber hinaus auch eine sauerstofferzeugende Einrichtung angeschlossen sein.
Die Einrichtung 28 zum Ausleiten der zu behandelnden Flüssigkeit aus dem Reaktionsbehälter 10 umschließt die erste Einleiteinrichtung 20 teilweise und mündet in eine Leitung 66, welche mit einer weiteren Pumpe 68 verbunden ist. Über die Pumpe 64 der zweiten Einleiteinrichtung 48 und die Pumpe 56 der Einrichtung 33 zum Erzeugen von Unterdruck in dem Reaktionsbehälter 10 wird über eine (nicht dargestellte) Steuereinrichtung zentral ein Unterdruck in dem Reaktionsbehälter 10 eingestellt und damit eine Saugwirkung auf die zu behandelnde Flüssigkeit ausgeübt.
Die Energiezufuhreinrichtung 30 weist Ultraschalleistungswandler auf, mittels welchen über die zweite Einleiteinrichtung 48 zugeführte Fluide in der Flüssigkeit nukleiert werden. Um die Ultraschallenergie in der dritten Kammer 16 gerichtet transportieren zu können, ist in der dritten Kammer 16 ein Offset-Reflektor 70, der aus Glas besteht, vorgesehen. In der ersten Kammer 12 und im Bereich des Auslasses der ersten Einleiteinrichtung ist jeweils ein Sensor 72 angeordnet, welcher die zentrale Steuereinrichtung zur Einstellung eines Füllstandes mit den dafür erforderlichen Steuersignalen versorgt.
Die über die Leitung 54 austretenden Fluide werden einem Mischbehälter zugeführt, welche anschließend über die ersten Einleiteinrichtung 20 in den Reaktionsbehälter 10 wieder eingeführt werden. Je nachdem, welche Fluide über die Dispergiereinrichtung 46 oder die zweite Einleiteinrichtung 48 in die Flüssigkeit eingeleitet werden, können verschiedene Behandlungsprozesse durchgeführt werden. So können beispielsweise bei Zuführung von Wasserstoffperoxid und/oder Ozon Nährlösungen, welche zum Bewässern von Hydrokulturen in gewerblichen Gärtnereien verwendet werden, auf einfache Art und Weise kostengünstig und bei geringem Platzbedarf entkeimt werden.
3 zeigt eine weitere Ausführungsform der Vorrichtung in einer Seitenansicht und in einer Draufsicht. Der in 3 dargestellte Reaktionsbehälter 10 war bei einem Prototyp der Vorrichtung 3 m hoch und benötigte eine Grundfläche von 1,60 m auf 1,60 m bei einem Durchsatz von 7 m³ Flüssigkeit pro Stunde. In den Reaktionsbehälter 10 wird Ozon, Wasserstoffperoxid und Sauerstoff eingeleitet. Eine Vorrichtung mit diesem Reaktionsbehälter 10 kann die Kläranlage eines mittleren Dorfes ersetzen. Ein weiteres Einsatzgebiet sind Tierfarmen, bei welchen größere Mengen von Fäkalien anfallen. Die Behandlung von Kühlschmierstoff von Werkzeugmaschinen stellt ebenfalls einen Anwendungsfall für die Vorrichtung dar. Dabei sind Wasser-Öl-Feststoftpartikel voneinander zu trennen.
Wasser-Ölgemische fallen beispielsweise auch in größeren Mengen in Härtereien an, wo beispielsweise ein zu härtender Stahldraht im Ölbad erstmals abgekühlt und danach durch Wasser geführt wird, wobei dieses Kühlwasser mit dem Öl derartig kontaminiert wird, dass es behandelt werden muss.
Eine weitere Anwendungsmöglichkeit besteht z.B. darin, Sahne von Milch zu trennen und so Molke zu separieren. Dabei wird über die Dispergiereinrichtung 46 Stickstoff in die Milch eingebracht, womit in der ersten Kammer 12 ein Sahneschaum entsteht, der über die zweite Kammer 14 und die dritte Kammer 16 aus dem Reaktionsbehälter 10 abgeführt wird. Der eingebrachte Stickstoff wird über die Einrichtung 33 zum Erzeugen von Unterdruck aus dem Reaktionsbehälter 10 abgeführt.
4 zeigt die dritte Kammer 16, welche von einer semipermeablen Zwischenwand in eine erste Teilkammer 16a und eine zweite Teilkammer 16b unterteilt ist. Die Energiezufuhreinrichtung 30 ist an die erste Teilkammer 16a angeschlossen, die über die aus Schlitzen oder Löchern bestehende Verbindung 24 zwischen der zweiten Kammer 14 und der dritten Kammer 16 an die zweite Kammer 14 angeschlossen ist. Die semipermeable Zwischenwand ist eine Kunststofffolie, die Feststoffe in der ersten Teilkammer 16a zurückhält und die Flüssigkeit in die zweite Teilkammer 16b durchlässt. Die erste Teilkammer 16a hat einen Auslass für die zurückgehaltenen Feststoffe, und die zweite Teilkammer 16b ist mit der Einrichtung 28 zum Ausleiten der Flüssigkeit aus der dritten Kammer 16 und damit aus dem Reaktionsbehälter 10 versehen.
In 5 ist die Energiezufuhreinrichtung 30 zum Erhöhen der inneren Energie der Flüssigkeit dargestellt, welche in den vorliegenden Ausführungsbeispielen Ultraschalleistungswandler jeweils mit einem topfförmigen Gehäuseteil 78 aufweisen. Zwischen einer Hülse 80 und dem topfförmigen Gehäuseteil 78 ist eine Piezokeramikscheibe 82 angeordnet, welche sich an dem topfförmigen Gehäuseteil 78 über eine elastische Dichtung 84 abstützt und durch eine Einrichtung 86 zum Vorspannen zwischen dem Gehäuseteil 78 und der Hülse 80 vorgespannt ist.
Der Reaktionsbehälter 10 ist in den vorliegenden Ausführungsbeispielen aus Edelstahl (rostfreiem Stahl) hergestellt. Es liegt jedoch im Ermessen des Fachmannes den Reaktionsbehälter 10 auch aus anderen an den jeweiligen Anwendungsfall angepasste Materialien, wie beispielsweise Glas oder Kunststoff, herzustellen.
Da die Kammern 12, 14, 16 und die als ein rohrförmiges Element ausgebildete erste Einleiteinrichtung 20 koaxial zueinander angeordnet sind, weist der Reaktionsbehälter 10 minimale Außenmaße auf.

10: Reaktionsbehälter
12: erste Kammer
14: zweite Kammer
14a: innere Ringkammer
14b: äußere Ringkammer
16: dritte Kammer
16a: erste Teilkammer
16b: zweite Teilkammer
18: innere Wand
20: erste Einleiteinrichtung
22: äußere Wand
24: Schlitze oder Bohrungen
26: Bund
28: Einrichtung zum Ausleiten
30: Energiezufuhreinrichtung
32: Tauchrohr
33: Einrichtung zum Erzeugen von Unterdruck
34: erster Auslass des Tauchrohres
36: Teller
38: zweiter Auslass des Tauchrohres 32
40: Außenwand des inneren Mantelkörpers 18
42: erste Einrichtung als ein Auslass
44: zweite Einrichtung als ein Auslass
46: Dispergiereinrichtung
48: zweite Einleiteinrichtung
50: zusätzliche Wand
52: Löcher
54: Leitung
56: Pumpe
58: Deckel
60: Bodenteil
62: Leitung
64: Pumpe
66: Leitung
68: Pumpe
70: Offset-Reflektor
72: Sensor
76: Auslass der ersten Teilkammer 16a
78: Gehäuseteil
80: Hülse
82: Piezokeramikscheibe
84: elastische Dichtung
86: Einrichtung zum Vorspannen

Claims

Verfahren zum Behandeln von Flüssigkeit mit folgenden Schritten: a) Einleiten der Flüssigkeit in einen Reaktionsbehälter (10); b) Aufsteigenlassen der Flüssigkeit in einer ersten Kammer (12) in dem Reaktionsbehälter (10); c) Leiten der Flüssigkeit aus der ersten Kammer (12) abwärts an einer Außenwand (40) der ersten Kammer (12) in einem dünnen Film in eine zweite Kammer (14) und Weiterleiten der Flüssigkeit in eine mit der zweiten Kammer in Verbindung (24) stehende dritte Kammer (16); d) Zuführen von Energie zum Erhöhen der inneren Energie der Flüssigkeit in der dritten Kammer (16); und e) Ausleiten der behandelten Flüssigkeit aus dem Reaktionsbehälter (10).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß anschließend an den Schritt b) folgende Schritte ausgeführt werden: b1) Zuführen von Fluid in die Flüssigkeit in der ersten Kammer (12), wodurch die Flüssigkeit wenigstens teilweise aufgeschäumt wird, um eine Vergrößerung der reaktiven Oberfläche zwischen dem Fluid und der Flüssigkeit zu erhalten; b2) Reagierenlassen der Flüssigkeit mit dem zugeführten Fluid; b3) Entschäumen der Flüssigkeit; und b4) Vermischen von entschäumter und von nichtaufgeschäumter Flüssigkeit in der zweiten Kammer (14).
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Schritt c) und dem Schritt d) folgender zusätzlicher Schritt ausgeführt wird: c1) Einleiten von weiteren Fluiden in die Flüssigkeit in der Verbindung (24) zwischen der zweiten Kammer (14) und der dritten Kammer (16), um eine Durchmischung der Flüssigkeit und der eingeleiteten weiteren Fluide und ein Nukleieren der eingeleiteten weiteren Fluide in der Flüssigkeit zu erzielen um die reaktive Grenzfläche zwischen der Flüssigkeit und eingeleiteten weiteren Fluiden zu vergrößern.
Vorrichtung zum Behandeln von Flüssigkeit, a) mit wenigstens drei in Reihe in einem Reaktionsbehälter (10) angeordneten Kammern (12, 14, 16), b) mit einer inneren Wand (18), die die erste von den drei Kammern (12, 14, 16) begrenzt, c) mit einer mit der ersten Kammer (12) verbundenen ersten Einleiteinrichtung (20) für die zu behandelnde Flüssigkeit, d) mit einer äußeren Wand (22), die mit der inneren Wand (18) die zweite Kammer (14) begrenzt, welche mit der anschließenden dritten Kammer (16) in Verbindung (24) steht, e) mit einer Einrichtung (28) zum Ausleiten der Flüssigkeit aus der dritten Kammer (16), f) mit einer an die dritte Kammer (16) angeschlossenen Energiezufuhreinrichtung (30) zum Erhöhen der inneren Energie der Flüssigkeit, und g) mit einer entgegengesetzt zu der ersten Einleiteinrichtung (20) mit der ersten Kammer (12) verbundenen Einrichtung (33) zum Erzeugen von Unterdruck in dem Reaktionsbehälter (10).
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich in der ersten Kammer (12) ein Tauchrohr (32) bis in die Nähe des Auslasses der ersten Einleiteinrichtung (20) erstreckt.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen einem ersten Auslaß (34) des Tauchrohres (32) und dem Auslaß der ersten Einleiteinrichtung (20), ein Teller (36) angeordnet ist, der die aus der ersten Einleiteinrichtung (20) austretende Flüssigkeit ringförmig verteilt.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Tauchrohr (32) einen zweiten Auslaß (38) hat, der mit der dritten Kammer (16) verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch eine unterhalb des oberen Endes der ersten Kammer (12) angeordnete Einrichtung (42) als ein Auslaß für leichtere Substanzen, die aus dem Reaktionsbehälter (10) abzuführen sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß sich die innere Wand (18) in Strömungsrichtung im Querschnitt verjüngt und mit Abstand von dem gegenüberliegenden Ende des Reaktionsbehälters (10) endet.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 9, gekennzeichnet durch eine an die erste Kammer (12) stromaufwärts angeschlossenen Dispergiereinrichtung (46) zum Einleiten von Fluid in die Flüssigkeit und zum wenigstens teilweisen Aufschäumen derselben.
Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Dispergiereinrichtung (46) als ein ringförmiger poröser Stein ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß der poröse Stein aus geschäumtem Siliciumnitrid besteht.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 14, gekennzeichnet durch eine an die dritte Kammer (16) angeschlossene zweite Einleiteinrichtung (48) zum Einleiten von weiteren Fluiden in die Flüssigkeit.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Kammer (14) durch eine zusätzliche Wand (50) in eine innere Ringkammer (14a) und eine äußere Ringkammer (14b) unterteilt ist und daß die innere Ringkammer (14a) eine Verbindung mit der äußeren Ringkammer (14b) hat.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Energiezufuhreinrichtung (30) Ultraschalleistungswandler aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Kammer (16) die erste Einleiteinrichtung (20) umgibt.
Vorrichtung nach Anspruch 4 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Kammer (16) durch eine semipermeable Zwischenwand (74) in eine erste Teilkammer (16a) und eine zweite Teilkammer (16b) unterteilt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die semipermeable Wand eine Kunststoffolie ist, die Feststoffe in der ersten Teilkammer (16a) zurückhält und Flüssigkeit in die zweite Teilkammer (16b) durchläßt, daß die erste Teilkammer (16a) einen Auslaß (76) für Feststoffe hat und daß die zweite Teilkammer (16b) mit der Einrichtung (28) zum Ausleiten der Flüssigkeit aus der dritten Kammer (16) versehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Energiezufuhreinrichtung (30) an die erste Teilkammer (16a) angeschlossen ist und daß die Verbindung (24) zwischen der zweiten Kammer (14) und der dritten Kammer (16) in die erste Teilkammer (16a) mündet.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktionsbehälter (10) aus Edelstahl gebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Anprüche 10 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Einleiteinrichtung (20) ein rohrförmiges Element aufweist, welches koaxial zu den drei Kammern (12, 14, 16) angeordnet ist, durch die Dispergiereinrichtung (46) hindurchgeführt ist und in die erste Kammer (12) hineinreicht.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Wand (18) mindestens ein Loch (52) aufweist, welches als Verbindung zu der zweiten Kammer (14) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der inneren Wand (18) und der äußeren Wand (22) ein Bund (26) vorgesehen ist, der zwischen der zweiten Kammer (14) und der dritten Kammer (16) angeordnet ist und mit Schlitzen (24) zur Durchleitung der Flüssigkeit versehen ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Einleiteinrichtung (48) eine Leitung (54) und eine Pumpe (56) umfaßt, wobei die Leitung (54) in die dritte Kammer (16) mündet.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (28) zum Ausleiten wenigstens teilweise koaxial zu der ersten Einleiteinrichtung (20) angeordnet ist und eine Pumpe (68) aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (33) zum Erzeugen von Unterdruck eine Leitung (54) und eine Pumpe (56) umfaßt, wobei die Leitung einen Abscheider oder Syphon und ein Ablaßelement aufeist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Wand (22) aus mehreren miteinander verbundenen zylindrischen Abschnitten gebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß in der dritten Kammer (16) ein Offset-Reflektor (70) für Ultraschallenergie vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das in die erste Kammer (12) eingeleitete Fluid vorzugsweise Luft, reiner Sauerstoff oder Ozon ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 29, dadurch gekennzeichnet, daß die weiteren Fluide, welche über die zweite Einleiteinrichtung (48) in die dritte Kammer (16) eingeleitet werden Oxidations- und/oder Reduktionsmittel, vorzugsweise Ozon und Wasserstoffperoxid, sind.
Vorrichtung nach Anspruch 26, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (88), die hinter der Pumpe (56) angeschlossen ist, zum Empfangen und Benutzen von wiederverwendbaren Fluiden.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Energiezufuhreinrichtung ein Ultraschalleistungswandler mit einem topfförmigen Gehäuseteil (78) und einer Hülse (80) ist, die zwischen sich eine Piezokeramikscheibe (82) über eine elastische Dichtung (84) abstützen.
Vorrichtung nach Anspruch 32, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (86) zum Vorspannen der elastischen Dichtung (84).