EP0293418A1 - Fluid treatment process - Google Patents

Fluid treatment process

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Publication number
EP0293418A1
EP0293418A1 EP87907734A EP87907734A EP0293418A1 EP 0293418 A1 EP0293418 A1 EP 0293418A1 EP 87907734 A EP87907734 A EP 87907734A EP 87907734 A EP87907734 A EP 87907734A EP 0293418 A1 EP0293418 A1 EP 0293418A1
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
flow
liquid
container
flow path
gas
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Withdrawn
Application number
EP87907734A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Peter Hiltebrand
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Original Assignee
Individual
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Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Publication of EP0293418A1 publication Critical patent/EP0293418A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F3/00—Biological treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F3/02—Aerobic processes
    • C02F3/12—Activated sludge processes
    • C02F3/1278—Provisions for mixing or aeration of the mixed liquor
    • C02F3/1294—"Venturi" aeration means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F23/00—Mixing according to the phases to be mixed, e.g. dispersing or emulsifying
    • B01F23/20—Mixing gases with liquids
    • B01F23/23—Mixing gases with liquids by introducing gases into liquid media, e.g. for producing aerated liquids
    • B01F23/232—Mixing gases with liquids by introducing gases into liquid media, e.g. for producing aerated liquids using flow-mixing means for introducing the gases, e.g. baffles
    • B01F23/2322—Mixing gases with liquids by introducing gases into liquid media, e.g. for producing aerated liquids using flow-mixing means for introducing the gases, e.g. baffles using columns, e.g. multi-staged columns
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/72—Treatment of water, waste water, or sewage by oxidation
    • C02F1/78—Treatment of water, waste water, or sewage by oxidation with ozone
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W10/00—Technologies for wastewater treatment
    • Y02W10/10—Biological treatment of water, waste water, or sewage

Definitions

  • the present invention relates to a method and a device according to the preambles of independent claims 1 and 6.
  • processing agent denotes a gaseous substance which, in essentially pure form or as a component of a gas mixture, accomplishes the above-mentioned processing task.
  • the mass transfer processes at the phase interface as well as the partially low concentrations of the active treatment component represent the performance-limiting factors. Corresponding treatment processes therefore require certain minimum contact and exposure times between the liquid and the treatment agent.
  • the method according to the invention comprises two main steps:
  • the treatment agent entry takes place primarily in the circulatory flow under controlled flow conditions. In particular, this facilitates the optimization of the gas-liquid mass transport and allows stationary loading driving conditions.
  • the raw water is also contacted with treatment agent immediately after entering the treatment area. A strong backmixing of the liquid takes place within the individual zones of the circulatory flow (mixing zone raw liquid-circulatory liquid, pump, separation zone gas-liquid).
  • the main direction of flow of the liquid leading to the container head ie upward, has great advantages. If the liquid drive means is switched off intentionally or unintentionally, firstly no liquid can flow out of the process, rather the liquid level drops due to the natural separation of the gas caused by the buoyancy. Secondly, the flow control also prevents the pre-treated water from mixing back even with a standstill, with any raw liquid that has already been entered but not yet adequately treated. In the area of the vertical flow sections, the automatically redispersing can be influenced by the use of additional redispersants. For example, it is possible to optimize the gas-liquid mass transfer using static mixed elements or frits.
  • the treatment agent can furthermore be wholly or partially, e.g. be gradually removed from the reprocessing process. This can be advantageous, for example, in the case of viscous liquids.
  • concentration of dissolved processing agent in the liquid can be reduced if necessary with the aid of a further gaseous agent added after removal.
  • the figure shows a device in which pre-filtered raw water is processed into drinking water using the method according to the invention.
  • Ozone is used as a conditioning agent.
  • the pre-filtration and ozone generation process steps, not shown or described, are assumed to be known.
  • the pre-filtered raw water flows through the nozzle 5 into the chamber 3, which is open at the top and represents a partial volume of the treatment container 1.
  • the chamber 3 contains the intake port 6 of the circulatory flow 12 which detects the lower container content. If no raw water flows in, the water which flows through the opening 14 in the container flows into the circuit. However, as soon as raw water flows in, it is preferably sucked into the circuit.
  • the pump 13 conveys the water in the circuit through the mixing element IS, where ozone-containing air is mixed, via the nozzle 7 into the second chamber 4, which is also open at the top.
  • the two chambers 3, 4 are separated from one another by a partition 2. This partition can either perform the function of an overflow weir or, as shown in the figure, close the circuit flow by means of an opening 19. If necessary, it can be provided with a device, not shown, which prevents water from being returned from the chamber 3 into the chamber 4.
  • the division of the container bottom area into two chambers has the advantage that the raw water is passed through the circuit at least once and high concentration ozone is added. It also ensures segregation of the gas outside the suction area of the circulation pump, which among other things. the use of conventional centrifugal pumps in the circuit.
  • the ratio of inlet flow and circulation flow can be chosen freely and thus adapted to the respective reaction rates.
  • repeated circulation ie a ratio of circulating flow to supply flow of greater than 1 is indicated, since the ozone consumption of the raw water is high at the beginning of the reaction, the solubility of ozone in water rel. is low.
  • the circuit flow can of course also function with the raw water supply switched off or interrupted.
  • the mixing element can be optimally dimensioned in the circuit thanks to the stationary cleaning parameters, which is particularly advantageous when using injectors or venturi mixers.
  • the pump 13 can also be arranged after the mixing element 15. In this case, it must be able to convey gas and liquid at the same time. This is the case, for example, with side channel pumps. Particularly high material input rates have been observed.
  • the cycle can also be implemented differently than shown. It can be arranged completely within the container 1. However, it is also possible to use an axial agitator arranged in a guide tube instead of a pump, if necessary with special gas entry propeller blades.
  • the gas entered into the chamber 4 automatically flows upward and reaches the first horizontal flow zone through the frit 11 inserted in the bottom floor.
  • the gas is redispersed through the frit 11, which again leads to increased material input. If water is removed from the container at the same time, a corresponding amount of water also flows vertically upwards through the first frit mentioned.
  • guide elements e.g. sheet metal strips fastened to the floor, a guide that leads, for example, to a graft flow.
  • the number of floors required is mainly determined by the necessary dwell time. A range of 15 to 45 minutes is given as a guideline for water zoning. Preferably more than 20 floors are used.
  • the floors are interchangeable in the container via annular spacers 17 designed as sealing elements used and fixed in position by clamping elements.
  • Another installation device can of course also be provided if it fulfills the conditions mentioned.
  • the tensioning elements are not shown in the figure.
  • openings or frits can also be arranged at other locations on the floors than shown in the figure.
  • the openings or frits can also be arranged at other locations on the floors than shown in the figure.
  • the method according to the invention offers the simplest control options. If, for example, the quality of the starting liquid does not meet the required minimum values, either the raw liquid supply can be throttled (the circulation flow is independent of it) or the processing agent supply can be increased. In the event that completely inadequate preparation quality should be determined, a bypass circuit from the container outlet to the entry support 5 is conceivable (this bypass is not shown in the figure).
  • the quality control can be carried out, for example, by means of a redox measurement.

Abstract

Ce procédé exige l'utilisation d'un agent de traitement gazeux. Dans une première étape du processus, le liquide circule plusieurs fois en circuit fermé où il est mis en contact avec l'agent de traitement. En aval de ce circuit fermé (3, 4) se trouve une zone de réaction composée de sections d'écoulement alternativement verticales et horizontales (9, 11, 17) où il ne se produit pas de remélangeage appréciable. Pendant cette seconde étape du processus, le liquide continue à être mis en contact avec l'agent de traitement s'écoulant dans le même sens. Ce procédé est particulièrement utile pour l'ozonisation de l'eau.This process requires the use of a gas treatment agent. In a first step of the process, the liquid circulates several times in a closed circuit where it is brought into contact with the treatment agent. Downstream of this closed circuit (3, 4) is a reaction zone composed of alternately vertical and horizontal flow sections (9, 11, 17) where there is no appreciable re-mixing. During this second stage of the process, the liquid continues to be brought into contact with the treatment agent flowing in the same direction. This process is particularly useful for the ozonization of water.

Description

Verfahren zum Aufbereiten von Fluessigkeiten Process for the preparation of liquids
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung gemaess den Oberbegriffen der unabhaengigen Ansprueche 1 und 6.The present invention relates to a method and a device according to the preambles of independent claims 1 and 6.
Unter Aufbereitung wird im folgenden die Abtoetung von Kleinlebewesen (z.B. Bakterien, Viren, Pilze) und/oder chemische Reaktionen mit der Fluessigkeit oder in ihr enthaltener Stoffe verstanden. Mit dem Begriff Aufbereitungsmittel wird ein gasfoermiger Stoff bezeichnet, der in im wesentlichen reiner Form oder als Komponente eines Gasgemisches obgenannte Aufbereitungsaufgabe bewaeltigt.In the following, preparation is understood to mean the killing of small organisms (e.g. bacteria, viruses, fungi) and / or chemical reactions with the liquid or the substances contained in it. The term processing agent denotes a gaseous substance which, in essentially pure form or as a component of a gas mixture, accomplishes the above-mentioned processing task.
Die Aufbereitung von Fluessigkeiten mittels gasfoermiger Aufbereitungsmittel ist bekannt. Quell- und Oberflaechenwasser wird beispielsweise mittel Ozbn oder Chlordioxyd entkeimt. Rein chemischer Natur sind Entfaerbungsreaktionen oder Syntheseschritte bei der Behandlung spezifischer Fluessigeiten.The processing of liquids by means of gaseous processing agents is known. Spring and surface water is sterilized, for example, by means of ozone or chlorine dioxide. Decolorization reactions or synthetic steps in the treatment of specific liquids are of a purely chemical nature.
Beim Einsatz gasfoermiger Aufbereitungsmittel stellen jeweils die Stofftransportvorgaenge an der Phasengrenzflaeche sowie die z.T. geringen Konzentrationen der aktiven Aufbereitungskomponente die leistungslimitierenden Faktoren dar. Entsprechende Aufbereitungsverfahren bedingen daher gewisse Minimalkontakt-und Einwirkzeiten zwischen der Fluessigkeit und dem Aufbereitungsmittel.When using gaseous processing agents, the mass transfer processes at the phase interface as well as the partially low concentrations of the active treatment component represent the performance-limiting factors. Corresponding treatment processes therefore require certain minimum contact and exposure times between the liquid and the treatment agent.
Es sind verschiedene Verfahren vorgeschlagen worden, die obgenannte Forderungen erfuellen sollen. Diesen Verfahren haftet jedoch der Nachteil an, dass durch die in der Fluessigkeit aufsteigenden Blasen in der Fluessigkeit ein nachteiliger Rueckvermischungsprozess ablaeuft. Diese Rueckvermischung beruht einerseits auf dem durch die aufsteigenden Blasen erzeugten Ruehreffekt und andererseits auf lokalen Quer- und Rueckstroemungen, die auf unvermeidliche Inhomogenitaeten in der auf den Behaelterquerschntt bezogenen Gasblasenverteilung zurueckfuehrbar sind. Nicht ausschliessbar ist gemaess dem heutigen Missen ein direkter Transport u.a. von Mikroorganismen in der mit der Gasblase aufsteigenden Fluessigkeitsgrenzschicht der Blase selbst.Various methods have been proposed to meet the above requirements. However, this method suffers from the disadvantage that a disadvantageous backmixing process takes place in the liquid due to the bubbles rising in the liquid. This backmixing is based on the one hand on the resting effect generated by the rising bubbles and on the other hand on local cross and back flows, which can be attributed to inevitable inhomogeneities in the gas bubble distribution related to the container cross section. According to today's misery, direct transport of microorganisms in the liquid boundary layer of the bubble itself, which rises with the gas bubble, cannot be ruled out.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die geschilderten Nachteile zu eliminieren. Es soll zudem ein Verfahren vorgeschlagen werden, das mit im Vergleich zu bekannten Verfahren gleichem oder geringerem Energiebedarf durchfuehrbar ist und das sich durch einen eindeutigen Scale-up-Vorgang auf gewuenschte Durchsatzwerte uebertragen laesst. Zudem soll das Verfahren ohne grossen Aufwand regelbar sein. Die zur Durchfuehrung des erfindungsgemaessen Verfahrens geeignete Vorrichtung muss wirtschaftlich herstellbar sein und ohne grossen Aufwand gereinigt werden koennen.It is therefore the object of the present invention to eliminate the disadvantages described. In addition, a method is to be proposed which can be carried out with the same or less energy requirement than known methods and which can be transferred to the desired throughput values by means of a clear scale-up process. In addition, the process should be controllable without much effort. The device suitable for carrying out the method according to the invention must be economically producible and be able to be cleaned without great effort.
Diese Aufgaben werden mit den in den Kennzeichen der Ansprueche 1 und 6 aufgefuehrten Merkmalen geloest. Bevorzugte Ausfuehrungsformen sind in den abhaengigen Anspruechen beschrieben.These tasks are solved with the features listed in the characteristics of claims 1 and 6. Preferred embodiments are described in the dependent claims.
Das erfindungsgemaesse Verfahren umfasst zwei Hauptschritte:The method according to the invention comprises two main steps:
1. Der Aufbereitungsmitteleintrag findet primaer in der Kreislaufstroemung unter kontrollierten Stroemungsbedingungen statt. Dies erleichtert insbesondere die Optimierung des Gas-Fluessig- Stofftransportes und erlaubt stationaere Be triebsbedingungen. Das Rohwasser wird zudem sofort nach Eintritt in den Behandlungsbereich mit Aufbereitungsmittel kontaktiert. Innerhalb der einzelnen Zonen der Kreislaufstroemung (Mischzone Rohfluessigkeit-Kreislauffluessigkeit, Pumpe, Trennzone Gas-Fluessigkeit) findet eine starke Rueckvermischung der Fluessigkeit statt.1. The treatment agent entry takes place primarily in the circulatory flow under controlled flow conditions. In particular, this facilitates the optimization of the gas-liquid mass transport and allows stationary loading driving conditions. The raw water is also contacted with treatment agent immediately after entering the treatment area. A strong backmixing of the liquid takes place within the individual zones of the circulatory flow (mixing zone raw liquid-circulatory liquid, pump, separation zone gas-liquid).
2. Die die Kreislaufstroemung verlassende Fluessigkeit stroemt praktisch rueckvermischungsfrei zum Behaelterkopf. Da auch das aus dem Kreislaufstrom austretende Behandlungsmittel den gleichen Weg durchstroemt, ist fuer staendigen Nachschub gesorgt und die Fluessigkeit gleichzeitig einer genau definierten Behandlungszeit ausgesetzt. Von besonderer Bedeutung ist die im Bereich jedes Vertikalstroemungsabschnittes natuerlich ablaufende Redispergierung der Gasphase auf den Gas-Fluessig-Stofftransport.2. The liquid leaving the circulatory flow flows back to the container head practically without backmixing. Since the treatment agent emerging from the circuit stream also flows through the same path, constant replenishment is ensured and the liquid is exposed to a precisely defined treatment time at the same time. Of particular importance is the redispersion of the gas phase that occurs naturally in the area of each vertical flow section on the gas-liquid mass transfer.
In Bezug auf die ebenfalls angestrebte hohe Betriebssicherheit weist die zum Behaelterkopf, d.h. nach oben fuehrende Hauptfliessrichtung der Fluessigkeit grosse Vorteile auf. Bei gewolltem oder ungewolltem Ausschalten der Fluessigkeitsantriebsmittel kann erstens keine Fluessigkeit aus dem Prozess ausstroemen, vielmehr senkt sich der Fluessigkeitsspiegel aufgrund der natuerlichen, durch den Auftrieb bedingten Entmischung des Gases ab. Die getroffene Stroemungsfuehrung verhindert zudem zweitens auch bei Stillstand ein Rueck- vermischen des bereits vorbehandelten Wassers mit all- faeiliger bereits eingetragener, aber noch ungenuegend behandelter Rohfluessigkeit. Im Bereich der vertikalen Stroemungsabschnitte kann die an sich automatisch ablaufende Redisperierung durch den Einsatz zusaetzlicher Redispergiermittel beeinflusst werden. So ist es beispielsweise moeglich, mittels statischer Mischelemete oder Fritten den Gas-Fluessig-Stoffaustausch zu optimieren.With regard to the high level of operational safety also sought, the main direction of flow of the liquid leading to the container head, ie upward, has great advantages. If the liquid drive means is switched off intentionally or unintentionally, firstly no liquid can flow out of the process, rather the liquid level drops due to the natural separation of the gas caused by the buoyancy. Secondly, the flow control also prevents the pre-treated water from mixing back even with a standstill, with any raw liquid that has already been entered but not yet adequately treated. In the area of the vertical flow sections, the automatically redispersing can be influenced by the use of additional redispersants. For example, it is possible to optimize the gas-liquid mass transfer using static mixed elements or frits.
Das Aufbereitungsmittel kann im weitern vor Erreichen des Behaelterkopfes ganz oder teilweise, z.B. stufenweise, aus dem Aufbereitungsprozess entfernt werden. Dies kann beispielsweise bei schaeuraenden Fluessigkeiten vorteilhaft sein. Zudem kann mit Hilfe eines nach der Entfernung zudosierten weiteren gasfoermigen Mittels die Konzentration an geloestem Aufbereitungsmittel in der Fluessigkeit noetigenfalls reduziert werden.The treatment agent can furthermore be wholly or partially, e.g. be gradually removed from the reprocessing process. This can be advantageous, for example, in the case of viscous liquids. In addition, the concentration of dissolved processing agent in the liquid can be reduced if necessary with the aid of a further gaseous agent added after removal.
Weitere Vorteile werden im folgenden anhand der in der Figur dargestellten Ausfuehrungsform beschrieben.Further advantages are described below with reference to the embodiment shown in the figure.
Die Figur zeigt eine Vorrichtung, in der vorfiltriertes Rohwasser mittels des erfindungsgemaessen Verfahrens zu Trinkwasser aufbereitet wird. Als Aufberitungsmittel dient Ozon. Als bekannt vorausgeetzt werden die nicht naeher dargestellten und nicht beschriebenen Verfahrensschritte Vorfiltrierung und Ozonerzeugung.The figure shows a device in which pre-filtered raw water is processed into drinking water using the method according to the invention. Ozone is used as a conditioning agent. The pre-filtration and ozone generation process steps, not shown or described, are assumed to be known.
Das vorfiltrierte Rohwasser stroemt durch den Stutzen 5 in die nach oben offene, ein Teilvolumen des Behandlungsbehaelters 1 darstellende Kammer 3 ein. Die Kammer 3 enthaelt den Ansaugstutzen 6 des den unteren Behaelterinhalt erfassenden Kreislaufstromes 12. Falls kein Rohwasser zufliesst, stroemt ueber die die Oeffnung 14 bereits im Behaelter vorliegendes Wasser in den Kreislauf ein. Sobald jedoch Rohwasser zufliesst, wird dieses bevorzugt in den Kreislauf eingesogen. Die Pumpe 13 foerdert das sich im Kreislauf befindliche Wasser durch das Mischorgan IS, wo ozonhaltige Luft zugemischt wird, ueber den Stutzen 7 in die ebenfalls nach oben offene zweite Kammer 4. Die beiden Kammern 3,4 sind durch eine Trennwand 2 voneinander separiert. Diese Trennwand kann entweder die Funktion eines Ueberlaufwehres erfuellen oder, wie in der Figur dargestellt, mittels einer Durchbrechung 19 den Kreislaufstrom schliessen. Sie kann noetigenfalls mit einer nicht dargestellten Einrichtung versehen sein, die ein RueckfHessen von Wasser aus der Kammer 3 in die Kammer 4 verhindert.The pre-filtered raw water flows through the nozzle 5 into the chamber 3, which is open at the top and represents a partial volume of the treatment container 1. The chamber 3 contains the intake port 6 of the circulatory flow 12 which detects the lower container content. If no raw water flows in, the water which flows through the opening 14 in the container flows into the circuit. However, as soon as raw water flows in, it is preferably sucked into the circuit. The pump 13 conveys the water in the circuit through the mixing element IS, where ozone-containing air is mixed, via the nozzle 7 into the second chamber 4, which is also open at the top. The two chambers 3, 4 are separated from one another by a partition 2. This partition can either perform the function of an overflow weir or, as shown in the figure, close the circuit flow by means of an opening 19. If necessary, it can be provided with a device, not shown, which prevents water from being returned from the chamber 3 into the chamber 4.
Die Aufteilung des Behaelterbodenbereichs in zwei Kammern hat den Vorteil, dass das Rohwasser mindestens einmal durch den Kreislauf gefuehrt und mit Ozon hoher Konzentration versetzt wird. Zudem gewaehrleistet sie eine Entmischung des Gases ausεerhalb des Ansaugbereichs der Kreislaufpumpe, was u.a. den Einsatz herkoeramlicher Zentrifugalpumpen im Kreislauf ermoeglicht.The division of the container bottom area into two chambers has the advantage that the raw water is passed through the circuit at least once and high concentration ozone is added. It also ensures segregation of the gas outside the suction area of the circulation pump, which among other things. the use of conventional centrifugal pumps in the circuit.
Das Verhaeltnis von Zulaufstrom und Kreislaufstrora kann frei gewaehlt und somit den jeweiligen Reaktionsgeschwindigkeiten angepasst werden. Im Fall der hier dargestellten Ozonung ist eine mehrmalige Umwaelzung, d.h. ein Verhaeltnis von Umlaufstrom zu Zulaufstrom von groesser 1 angezeigt, da die Ozonzehrung des Rohwassers zu Beginn der Reaktion hoch, die Loeslichkeit von Ozon in Wasser rel. gering ist. Der Kreislaufström kann selbstverstaendlich auch bei abgestelltem oder unterbrochenem Rohwasserzufluss funktionieren. Das Mischorgan kann dank der stationaeren Sroeraungsparameter im Kreislauf optimal dimensioniert werden, was insbesondere beim Einsatz von Injektoren bzw. Venturimischern von grossem Vorteil ist. Die Pumpe 13 kann auch nach dem Mischorgan 15 angeordnet sein. In diesem Fall muεs sie gleichzeitig Gas und Fluessigkeit foerdern koennen. Die ist beispielsweise bei Seitenkanalpumpen der Fall. Dabei sind besonders hohe Stoffeintragsleistungen beobachtet worden.The ratio of inlet flow and circulation flow can be chosen freely and thus adapted to the respective reaction rates. In the case of the ozonation shown here, repeated circulation, ie a ratio of circulating flow to supply flow of greater than 1 is indicated, since the ozone consumption of the raw water is high at the beginning of the reaction, the solubility of ozone in water rel. is low. The circuit flow can of course also function with the raw water supply switched off or interrupted. The mixing element can be optimally dimensioned in the circuit thanks to the stationary cleaning parameters, which is particularly advantageous when using injectors or venturi mixers. The pump 13 can also be arranged after the mixing element 15. In this case, it must be able to convey gas and liquid at the same time. This is the case, for example, with side channel pumps. Particularly high material input rates have been observed.
Selbstverstaendlich kann der Kreislauf auch anders als dargestellt realisiert werden. Er kann vollstaendig innerhalb des Behalters 1 angeordnet sein. Es ist aber auch moeglich, anstelle einer Pumpe ein in einem Leitrohr angeordnetes Axialruehrwerk, allenfalls mit speziellen Gaseintragspropellerfluegeln, einzusetzen.Of course, the cycle can also be implemented differently than shown. It can be arranged completely within the container 1. However, it is also possible to use an axial agitator arranged in a guide tube instead of a pump, if necessary with special gas entry propeller blades.
Infolge des natuerlichen Auftriebes stroemt das in die Kammer 4 eingetragene Gas selbstaendig nach oben und gelangt durch die im untersten Boden eingesetzte Fritte 11 in die erste horizontale Stroemungszone. Durch die Fritte 11 wird das Gas redispergiert, was erneut zu verstaerktem Stoffeintrag fuehrt. Wird dem Behaelter gleichzeitig Wasser entnommen, stroemt eine entsprechende Wassermenge ebenfalls durch die genannte erste Fritte vertikal nach oben.As a result of the natural buoyancy, the gas entered into the chamber 4 automatically flows upward and reaches the first horizontal flow zone through the frit 11 inserted in the bottom floor. The gas is redispersed through the frit 11, which again leads to increased material input. If water is removed from the container at the same time, a corresponding amount of water also flows vertically upwards through the first frit mentioned.
Wird dem Behaelter kein Wasser entnommen, bildet sich auf dem ersten Boden eine Schichtung aus. Das Gas stroemt horizontal ueber den Boden zur naechsthoeheren Fritte, wo es erneut dispergiert wird. Wird hingegen gleichzeitig Wasser entnommen, kann sich auf dem ersten Boden eine horizontale Mehrpasenstroemung ohne Schichtung einstellen. Je mehr Wasser ueber den Boden horizontal hinwegstroemt, desto intensiver wird die Turbulenz dieser Mehrphasenstroemung. Da mit zunehmender Turbulenz der Gas-Fluessig-Stoffaustausch intensiver wird, ist auch bei zunehmender Wasserentnahme der Ozoneintrag erhoeht. Bodenabstand sowie Behaelterdurchmesser, d.h. die geom. Groessen, die die Charakteristik der Mehrphasenstroemung ueber den einzelnen Boden mitbestimmen, werden vorzugsweise je nach gewuenschtem Durchsatz an Fluessigkeit gemaess den hinlaenglich bekannten Dimensionierungsvorschriften fuer horizontale Mehrphasenstroemungen ausgelegt. An dieser Stelle wird beispielsweise auf die von Baker (Oil & Gas J. 53 (1954) 12,185 - 195) beschriebene Stroemungsbilderkarte verwiesen. Da die einzelnen Stroemungsformen zudem von Stoffkenndaten (z.B Grenzflaechenspannung) des Gas-Fluessig-Gemisches mitbestimmt werden, kann keine allgemein gueltige Dimensionierungsvorschrift aufgestellt werden. Fuer den hier besprochenen Fall der Wasseraufbereitung mit Ozon liegt der optimale Bodenabstand im Bereich von 2 bis 10 cm. Bei zum schaeumen neigenden Gemischen kann er auch groesser sein. Der Durchmesser der die Vertikalstroemung aufnehmenden Oeffnungen im einzelnen Boden betraegt beim Einsatz von Fritten ein bis einige Dezimeter, ohne Fritten, z.B. bei statischen Mischern des Sulzer-Typs einige Zentimeter.If no water is removed from the container, a stratification forms on the first floor. The gas flows horizontally across the floor to the next frit, where it is redispersed. If water is removed at the same time, a horizontal multi-phase flow without stratification can occur on the first floor. The more water that flows horizontally across the floor, the more intense the turbulence of this multiphase flow. Since the gas-liquid mass transfer becomes more intensive with increasing turbulence, the ozone input is increased even with increasing water withdrawal. Ground clearance and container diameter, ie the geom. Values that determine the characteristics of the multiphase flow over the individual floor are preferably designed according to the desired throughput of liquid in accordance with the well-known dimensioning regulations for horizontal multiphase flows. At this point, reference is made, for example, to the flow picture card described by Baker (Oil & Gas J. 53 (1954) 12, 185-195). Since the individual forms of flow are also determined by material characteristics (eg interfacial tension) of the gas-liquid mixture, no generally applicable dimensioning regulations can be drawn up. For the case of water treatment with ozone discussed here, the optimal ground clearance is in the range of 2 to 10 cm. For mixtures that tend to foam, it can also be larger. The diameter of the openings in the individual base that receive the vertical flow is one to a few decimeters when using frits, and a few centimeters without frits, for example in the case of static mixers of the Sulzer type.
Damit auf dem Boden keine Kurzschlusstroemung und damit verbundene sog. Totzonen auftreten, kann mit Hilfe von Leitelementen, z.B. auf dem Boden befestigter Blechstreifen, eine Fuehrung, die beispielsweise zu einer Propfstroemung fuehrt, realisiert werden.So that there are no short-circuit currents on the floor and the so-called dead zones associated with them, guide elements, e.g. sheet metal strips fastened to the floor, a guide that leads, for example, to a graft flow.
Die Anzahl notwendiger Boeden wird haupsaechlich durch die notwendige Verweilzeit bestimmt. Als Richtwert fuer die Wasserozonung sei ein Bereich von 15 bis 45 Minuten angegeben. Vorzugsweise werden dabei mehr als 20 Boeden eingesetzt.The number of floors required is mainly determined by the necessary dwell time. A range of 15 to 45 minutes is given as a guideline for water zoning. Preferably more than 20 floors are used.
Die Boeden sind ueber ringfoermige, als Dichtelemente ausgebildete Distanzhalter 17 auswechselbar im Behaelter eingesetzt und ueber Spannelemente in ihrer Lage fixiert. Selbstverstaendlich kann auch eine andere Einbauvorrichtung vorgesehen sein, falls sie die genannten Bedingungen erfuellt. Die Spannelemente sind in der Figur nicht dargestellt.The floors are interchangeable in the container via annular spacers 17 designed as sealing elements used and fixed in position by clamping elements. Another installation device can of course also be provided if it fulfills the conditions mentioned. The tensioning elements are not shown in the figure.
In konstruktiver Hinsicht ist fuer den Einbau der Boeden wesentlich, dass kein Gas im Direktaufstieg zum Behaelterkopf stroemen kann. Eine geringe Fluessigkeitsrueckstroemung vom hoehergelegenen Boden auf den darunterliegenden kann jedoch toleriert werden.In terms of design, it is essential for the installation of the floors that no gas can flow directly up to the container head. A slight backflow of liquid from the higher ground to the one below can be tolerated.
Denkbar ist auch die Verwendung besonders strukturierter Boeden, z.B. um laengs der Horizontalstroemung die Turbulenz der Fluessigkeit zu erhoehen oder die obgenannte Leitfunktion zu gewaehrleisten.It is also conceivable to use specially structured floors, e.g. to increase the turbulence of the liquid along the horizontal flow or to ensure the above-mentioned guiding function.
Selbstverstaendlich koennen die Oeffnungen bzw. Fritten auch an andern Stellen auf den Boeden als in der Figur dargestellt angeordnet werden. Solange sich vertikale und horizontale Stroemungsabschnitte, allenfalls unter Zwischenschaltung schraeger Stroemungsabschnitte, folgen, wird der Rahmen der Erfindung nicht verlassen.Of course, the openings or frits can also be arranged at other locations on the floors than shown in the figure. As long as vertical and horizontal flow sections follow, if need be by interposing oblique flow sections, the scope of the invention is not left.
Das erfindungsgemaesse Verfahren bietet einfachste Regelungsmoeglichkeiten. Entspricht beispielsweise die Qualitaet der Ausgangsfluessigkeit nicht den geforderten Minimalwerten, kann entweder die Rohfluessigkeitszufuhr gedrosselt werden (der Kreislaufstrom ist ja davon unabhaengig) oder die es kann die Aufbereitungmittelzufuhr erhoeht werden. Denkbar ist fuer den Fall, dass vollstaendig ungenuegende Aufbereitungsqualitaet festgestellt werden sollte, eine Bypass-Schaltung vom Behaelterausgang zum Eintragsstuzen 5 (dieser Bypass ist in der Fig. nicht eingetragen).The method according to the invention offers the simplest control options. If, for example, the quality of the starting liquid does not meet the required minimum values, either the raw liquid supply can be throttled (the circulation flow is independent of it) or the processing agent supply can be increased. In the event that completely inadequate preparation quality should be determined, a bypass circuit from the container outlet to the entry support 5 is conceivable (this bypass is not shown in the figure).
Bei der Wasserozonung kann die Qualitaetskontrolle beispielsweise ueber eine Redox-Messung erfolgen. In water zoning, the quality control can be carried out, for example, by means of a redox measurement.

Claims

Patentansprueche Claims
1.1.
Verfahren zum Aufbereiten von Fluessigkeiten, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohfluessigkeit innerhalb eines Behaelters im Bereich der Ansaugstelle eines eine Teilmenge der im Behaelter vorliegenden Fluessigkeit umwaelzenden Kreislaufstromes zugespiesen wird, dass im Kreislaufstrom ein gasfoermiges Aufbereitungsmittel zudosiert wird, das nach dem Wiedereintritt des Kreislaufstromes in den uebrigen Behaelterinhalt den Behaelter auf einem in Richtung Behaelterkopf fuehrenden, nicht mehr vom Kreislaufstrom hydraulisch beeinflussten Stroemungsweg durchstroemt, welcher Stroemungsweg sich aus sich abwechselnden vertikalen und im wesentlichen horizontalen Abschnitten zusammensetzt.Process for the preparation of liquids, characterized in that the raw liquid within a container in the area of the suction point is fed into a circulating stream that circulates a subset of the liquid present in the container, that a gaseous preparation agent is metered into the circulating stream, which after the recurrence of the circulating stream enters the rest The contents of the container flow through the flow path on a flow path leading in the direction of the container head, which flow path is no longer hydraulically influenced by the circulating flow, which flow path is composed of alternating vertical and essentially horizontal sections.
2.Second
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhaeltnis von Kreislaufstrom zu Zulaufstrom groesser als 1 ist.A method according to claim 1, characterized in that the ratio of the circulation flow to the feed flow is greater than 1.
3.3rd
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufbereitungsmittel beim Durchstroemen der oder einiger vertikaler Abschnitte ueber die natuerlich ablaufende Redispergierung hinaus durch zusaetzlicheA method according to claim 1 or 2, characterized in that the preparation means when flowing through the or some vertical sections beyond the natural redispersion by additional
Massnahmen feinblasig redispergiert wird.Measures is redispersed in fine bubbles.
4 .4th
Verfahren nach einem der Ansprueche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufbereitungsmittel vor Erreichen des Behaelterkopfes aus dem Behaelter entfernt wird und durch ein weiteres gasfoermiges Mittel ersetzt wird.Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that the processing agent is removed from the container before reaching the container head and is replaced by a further gaseous agent.
5.5th
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprueche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluessigkeit auf den im wesentlichen horizontalen Abschnitten angenaehert propfstroemungsfoermig gefuehrt wird. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the liquid is guided in an approximately graft-flow-like manner on the essentially horizontal sections.
6.6th
Vorrichtung zur Durchfuehrung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Behaelter (1) umfasst, dessen Bodenbereich durch eine Trennwand (2) in zwei nach oben offene Teilvolumina (3,4) geteilt ist, wobei in das eine Teilvolumen (3) ein Eintrittsstutzen (5) fuer die Rohfluessigkeit und ein Ansaugstutzen eines Fluessigkeitskreislaufsystems (6) muenden und in das andere Teilvolumen der Austrittsstutzen (7) des Kreislaufsystems muendet, und dass oberhalb der Trennwand (2) mindestens zwei im wesentlichen horizontal verlaufende, ausbaubare Boeden (8,9) vorhanden sind, die ueber je mindestens eine Durchtrittsstelle (10) verfuegen.Apparatus for carrying out the method according to claim 1, characterized in that it comprises a container (1), the bottom area of which is divided by a partition (2) into two partial volumes (3, 4) open at the top, one partial volume (3 ) an inlet connection (5) for the raw liquid and an intake connection of a liquid circulation system (6) open and into the other partial volume of the outlet connection (7) of the circulation system, and that above the partition (2) at least two essentially horizontally extending, removable floors ( 8,9) are available, each of which has at least one passage point (10).
7.7.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchtrittsstelle (10) Gasdispergiereinricht- ungen (11), z.B. in Form poroeser Koerper oder statischer Mischelemente enthaelt.Apparatus according to claim 6, characterized in that the passage point (10) gas dispersing devices (11), e.g. in the form of porous bodies or static mixing elements.
8.8th.
Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass im Kreislaufsystem (12) eine Gas und Fluessigkeit gemeinsam foerdernde Pumpe (13) angeordnet ist.Apparatus according to claim 6 or 7, characterized in that a pump (13) which conveys gas and liquid is arranged in the circulation system (12).
9.9th
Vorrichtung nach einem der Ansprueche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass mehr als 20 Boeden vorhanden sind. Device according to one of claims 6 to 8, characterized in that there are more than 20 floors.
EP87907734A 1986-12-17 1987-12-10 Fluid treatment process Withdrawn EP0293418A1 (en)

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