EP2125174B1 - Method and device for treating a liquid - Google Patents

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EP2125174B1
EP2125174B1 EP07857148A EP07857148A EP2125174B1 EP 2125174 B1 EP2125174 B1 EP 2125174B1 EP 07857148 A EP07857148 A EP 07857148A EP 07857148 A EP07857148 A EP 07857148A EP 2125174 B1 EP2125174 B1 EP 2125174B1
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Abstract

Method and apparatus (sic) for dissolving gases in liquids comprises sonochemical dispersion of oxygen and/or ozone in the liquid to kill, bacteria and viruses by targeted oxidation.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlung einer Flüssigkeit. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Einbringen von Gas in eine Flüssigkeit.The invention relates to a method for the treatment of a liquid. In particular, the invention relates to a method for introducing gas into a liquid.

Das Beladen einer Flüssigkeit mit Gas ist für vielfältige Zwecke vorteilhaft. Es ermöglicht beispielsweise chemische Reaktionen zwischen dem Gas und der Flüssigkeit oder zwischen dem Gas und in der Flüssigkeit enthaltenen Stoffen. Ein möglicher Einsatzzweck findet sich in der Behandlung von Wasser, sowohl von Trinkwasser als auch von Abwässern, wo durch das Einleiten entsprechend reaktiver Gase die Keimbelastung reduziert werden kann.The loading of a liquid with gas is advantageous for a variety of purposes. For example, it allows chemical reactions between the gas and the liquid or between the gas and substances contained in the liquid. One possible use is in the treatment of water, both drinking water and wastewater, where by introducing correspondingly reactive gases, the germ load can be reduced.

Es besteht ein technisches Problem darin, den Anteil der wirksam in die Flüssigkeit eingebrachten Gasmenge zu erhöhen. Je höher dieser Anteil ist, in desto größerem Maße kann eine chemische Reaktion zwischen Gas und Flüssigkeit erfolgen. Daher wird seit langem diskutiert, die Verteilung des eingeleiteten Gases in der Flüssigkeit durch Ultraschall zu unterstützen.There is a technical problem in increasing the amount of gas effectively introduced into the liquid. The higher this proportion, the greater the chemical reaction between gas and liquid can be. Therefore, it has long been discussed to assist the distribution of the introduced gas in the liquid by ultrasound.

Ein spezielles rotierendes Kaviationselement ist in der SU 1240439 A1 gezeigt, die den nächstkommenden Stand der Technik bildet. Der dort verwendete Impeller ist mit Kanälen versehen, die an ihrem impellerseitigen Ende durch Membranen verschlossen sind. Eine entfernt vom Impeller angeordnete Druckquelle erzeugt Druckunterschiede in dem in den Kanälen vorhandenen Medium, welche periodisch die Position der Membran bezüglich der Impeller-Oberfläche verändern und so das Auftreten von Kavitation begünstigen.A special rotating Kaviationselement is in the SU 1240439 A1 shown, which forms the closest prior art. The impeller used there is provided with channels which are closed at their impeller end by membranes. A pressure source remote from the impeller creates pressure differences in the medium present in the channels, which periodically change the position of the membrane with respect to the impeller surface and thus promote the occurrence of cavitation.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein effektives Verfahren zum Einbringen von Gasen eine Flüssigkeit bereitzustellen.The object of the invention is to provide an effective method for introducing gases into a liquid.

Hierzu weist ein Verfahren zur Behandlung einer Flüssigkeit die folgenden Schritte auf:

  • Einleiten der zu behandelnden Flüssigkeit in einen Raum,
  • Einwirken eines mechanischen Kavitationselements auf die Flüssigkeit unter Zuführen von Gas in den Bereich der Oberfläche des Kavitationselements und Einbringen des Gases in die Flüssigkeit durch Bewegen des Kavitationselements, und
  • Einleiten von Schallwellen unmittelbar in die Flüssigkeit durch wenigstens einen akustischen Leistungswandler.
For this purpose, a method for the treatment of a liquid comprises the following steps:
  • Introducing the liquid to be treated into a room,
  • Applying a mechanical cavitation element to the liquid while supplying gas into the region of the surface of the cavitation element and introducing the gas into the liquid by moving the cavitation element, and
  • Introducing sound waves directly into the fluid through at least one acoustic power converter.

Das Einbringen von Gas in die Flüssigkeit erfolgt dabei sozusagen zweistufig. Durch das Kavitationselement wird zunächst eine Vermischung des Gases mit der Flüssigkeit erreicht, bei der die mittlere Blasengröße noch relativ hoch ist. Da das Gas insbesondere mittels einer Gaszuführleitung unmittelbar an der Oberfläche des Kavitationselements eingeleitet wird, ist sichergestellt, dass das Gas durch den Kavitationsprozess praktisch vollständig in die Flüssigkeit gelangt. Die Schallwellen, die vom akustischen Leistungswandler in die Flüssigkeit eingeleitet werden, bewirken als "zweite Stufe" eine Verkleinerung der Gasblasen, so dass die mittlere Blasengröße in der gesamten Flüssigkeit deutlich reduziert wird. Dabei ist jedoch zu beachten, dass die Bewegung des Kavitationselements und die Beschallung des Raumes und somit auch die Prozesse des Gaseintrags und der Zerkleinerung der Blasen gleichzeitig erfolgen. Auf diese Weise wird eine sonochemische Lösung des Gases in der Flüssigkeit erreicht, wobei ein hoher und insbesondere überwiegender Anteil des Gases in molekular dispersiv gelöster Form vorliegt. Das Gas kann als Reinstoff oder Stoffgemisch vorliegen.The introduction of gas into the liquid takes place in two stages, so to speak. By the Kavitationselement first mixing of the gas is achieved with the liquid in which the average bubble size is still relatively high. Since the gas is introduced, in particular, directly to the surface of the cavitation element by means of a gas supply line, it is ensured that the gas passes virtually completely into the liquid through the cavitation process. The sound waves that are introduced into the liquid by the acoustic power converter cause, as a "second stage", a reduction of the gas bubbles, so that the mean bubble size in the entire liquid is significantly reduced. However, it should be noted that the movement of the cavitation element and the sonication of the space and thus also the processes of the gas input and the crushing of the bubbles occur simultaneously. In this way, a sonochemical solution of the gas is achieved in the liquid, wherein a high and especially predominant proportion of the gas is present in molecularly dispersively dissolved form. The gas can be present as a pure substance or mixture of substances.

Mit diesem Verfahren kann z.B. eine mittlere Blasengröße von weniger als 50 µm erreicht sowie ein hoher Anteil an Blasen im Nanometer- bis Angströmbereich erzeugt werden.With this method, e.g. a mean bubble size of less than 50 microns is achieved and a high proportion of bubbles in the nanometer to Angströmbereich be generated.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist es möglich, einen deutlich höheren Anteil an Gas in die Flüssigkeit einzubringen als mit herkömmlichen bekannten Verfahren.The inventive method, it is possible to introduce a significantly higher proportion of gas in the liquid than with conventional known methods.

Vorzugsweise wird beim Einleiten der Flüssigkeit der Raum vollständig mit Flüssigkeit gefüllt, so dass sich die Schallwellen im gesamten Raum ausbreiten und von allen Richtungen in die Flüssigkeit zurückreflektiert werden können. Die eingeleitete Gasmenge ist vorteilhaft so gewählt und die Einleitung des Gases erfolgt vorteilhaft so, dass kein Gasvolumen über der Flüssigkeit entsteht.Preferably, upon introduction of the liquid, the space is completely filled with liquid so that the sound waves can propagate throughout the space and be reflected back into the liquid from all directions. The introduced amount of gas is advantageously chosen so and the introduction of the gas is advantageously carried out so that no gas volume is formed over the liquid.

Der akustische Leistungswandler ist vorzugsweise ein piezoelektrisches Element, das beispielsweise scheibenförmig gestaltet sein kann.The acoustic power converter is preferably a piezoelectric element, which may be designed, for example, disk-shaped.

Es ist möglich, nur einen, zwei oder eine Vielzahl von akustischen Leistungswandlem im Raum anzuordnen. Jeder der akustischen Leistungswandler hat direkten Kontakt zur Flüssigkeit, so dass die Schallwellen direkt in die Flüssigkeit abgestrahlt werden. Direkter Kontakt heißt in diesem Zusammenhang, dass keine leitenden Festkörper vom Leistungswandler die Schwingungen in die Flüssigkeit einleistet, wie dies z.B. eine Sonotrode macht. Vielmehr steht die Flüssigkeit direkt am Leistungswandler, also der Ultraschallquelle selbst an.It is possible to arrange only one, two or a plurality of acoustic power converters in space. Each of the acoustic power converters has direct contact with the fluid so that the sound waves are emitted directly into the fluid. Direct contact in this context means that no conductive solids from the power converter provide the vibrations in the liquid, e.g. makes a sonotrode. Rather, the liquid is directly on the power converter, so the ultrasound source itself.

Vorteilhaft gibt der akustische Leistungswandler Schallwellen unterschiedlicher Frequenzen ab. Sind mehrere Leistungswandler vorgesehen, erzeugen diese jeweils Schallwellen im gleichen oder in unterschiedlichen Frequenzbereichen. Es hat sich herausgestellt, dass es von Vorteil ist, wenn ein solches "Frequenzgemisch" auf die Flüssigkeit einwirkt, um viel Gas zu lösen.Advantageously, the acoustic power converter outputs sound waves of different frequencies. If several power converters are provided, these each generate sound waves in the same or in different frequency ranges. It has been found to be advantageous for such a "frequency mixture" to act on the liquid to dissolve much gas.

Vorzugsweise liegt die Frequenz der Schallwellen im Ultraschallbereich, insbesondere zwischen 400 und 1500 kHz. Besonders bevorzugt werden Frequenzen zwischen 600 und 1200 kHz eingesetzt.Preferably, the frequency of the sound waves in the ultrasonic range, in particular between 400 and 1500 kHz. Particularly preferred frequencies between 600 and 1200 kHz are used.

In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird der akustische Leistungswandler gepulst betrieben. Diese Pulsdauer ist dabei so gewählt, dass ein möglichst effektives Zerkleinern der Gasblasen und Lösen des Gases in der Flüssigkeit erfolgt. Sind mehrere akustische Leistungswandler vorgesehen, können alle oder nur einige davon im Pulsbetrieb, mit gleichen oder unterschiedlichen Pulsdauern und Pulsfrequenzen betrieben werden.In an advantageous embodiment of the invention, the acoustic power converter is operated pulsed. This pulse duration is chosen so that the most effective possible crushing of the gas bubbles and dissolving the gas takes place in the liquid. If several acoustic power converters are provided, all or only some of them can be operated in pulse mode, with the same or different pulse durations and pulse frequencies.

Es ist möglich, im Raum Reflektoren für Schallwellen anzuordnen, die die Schallwellen in die Flüssigkeit zurückreflektieren.It is possible to arrange in the room reflectors for sound waves, which reflect the sound waves back into the liquid.

Die Bewegung des mechanischen Kavitationselements ist vorteilhaft eine Rotationsbewegung, da sich so auf einfache Weise eine gute Kavitationswirkung erzielen lässt. Als mechanisches Kavitationselement wird bevorzugt ein Strömungskörper eingesetzt, der so geformt ist, dass er entlang seiner Oberfläche Zonen mit möglichst hoher Strömungsgeschwindigkeit erzeugt, um eine möglichst hohe Kavitationswirkung und damit eine gute Vermischung des Gases mit der Flüssigkeit zu erzielen.The movement of the mechanical cavitation element is advantageously a rotational movement, since in this way a good cavitation effect can be achieved in a simple manner. As a mechanical cavitation element, a flow body is preferably used which is shaped so that it generates zones along its surface with the highest possible flow velocity in order to achieve the highest possible cavitation effect and thus a good mixing of the gas with the liquid.

Das mechanische Kavitationselement ist beispielsweise scheibenförmig oder diskusförmig ausgebildet. Dabei kann eine Scheibe verwendet werden, die mit speziellen Strukturen wie etwa ellipsoidförmigen Taschen versehen ist, in deren Bereich sich sehr hohe Strömungsgeschwindigkeiten ausbilden.The mechanical cavitation element is for example disc-shaped or disk-shaped. In this case, a disk can be used which is provided with special structures, such as ellipsoidal pockets, in the region of which very high flow velocities are formed.

Das Zuführen von Gas erfolgt vorzugsweise im Bereich der höchsten Strömungsgeschwindigkeit an der Oberfläche des Kavitationselements, da sich gezeigt hat, dass sich so eine besonders gute Durchmischung erzielen lässt. Dies kann im Bereich der erwähnten Strukturen oder auch im Bereich des Randes der Scheibe erfolgen.The supply of gas preferably takes place in the region of the highest flow velocity on the surface of the cavitation element, since it has been shown that a particularly good mixing can thus be achieved. This can be done in the region of the mentioned structures or in the region of the edge of the disk.

In einer vorteilhaften Ausführungsform strömt die Flüssigkeit durch den Raum hindurch. Das Verfahren wird also nicht auf ein stehendes Flüssigkeitsvolumen, sondern auf im Durchtlussprinzip durch die entsprechende Vorrichtung strömende Flüssigkeit angewandt.In an advantageous embodiment, the liquid flows through the room. The method is therefore not applied to a stationary volume of liquid but to liquid flowing through the corresponding device in the flow-through principle.

Der Begriff "Raum" ist dabei breit zu verstehen. Er beschreibt im wesentlichen das zusammenhängende Volumen um das Kavitationselement bis hin zu dem Volumen um die akustischen Leistungswandler. Diese Volumina können in unmittelbarer Nachbarschaft zueinander liegen oder mit einem gewissen Abstand zueinander, der natürlich durch das Ausgasen des durch das Kavitationselement in die Flüssigkeit eingebrachten Gases mitbestimmt ist. Der Raum kann von einer einzigen größeren Kammer gebildet sein, in der sowohl das Kavitationselement als auch der oder die akustische(n) Leistungswandler angeordnet sind oder auch von mehreren Kammern, die aber durch Rohrleitungen zusammenhängend miteinander verbunden sind, wobei das Kavitationselement und der akustische Leistungswandler jeweils in einer eigenen Kammer angeordnet sind. Wichtig ist jedoch, dass der Ultraschall bis zum Kavitationselement wirkt. Es ist jedoch immer vorteilhaft, wenn der gesamte Raum, der das Kavitationselement und den oder die akustischen Leistungswandler umfasst, möglichst gleichmäßig von den Schallwellen des/der akustischen Leistungswandler(s) durchzogen wird.The term "space" is to be understood broadly. It essentially describes the coherent volume around the cavitation element up to the volume around the acoustic power converter. These volumes can be in the immediate vicinity of each other or with a certain distance from one another, which of course is determined by the outgassing of the gas introduced into the liquid by the cavitation element. The space may be formed by a single larger chamber in which both the cavitation element and the one or more acoustic power converter (s) are arranged, or even multiple chambers but connected together by pipelines, the cavitation element and the acoustic power converter each arranged in a separate chamber. However, it is important that the ultrasound acts up to the cavitation element. However, it is always advantageous if the entire space, which comprises the cavitation element and the one or more acoustic power converters, is traversed as uniformly as possible by the sound waves of the acoustic power converter (s).

Vorzugsweise ist das Kavitationselement stromaufwärts des akustischen Leistungswandlers angeordnet, so dass die vom Kavitationselement in die Flüssigkeit eingebrachten, relativ großen Blasen anschließend von den Schallwellen des oder der akustischen Leistungswandler erfasst und dadurch "zerkleinert" werden und das Gas gelöst wird.Preferably, the cavitation element is arranged upstream of the acoustic power converter, so that the relatively large bubbles introduced into the liquid by the cavitation element are subsequently detected by the sound waves of the acoustic power converter (s) and thereby "chopped" and the gas released.

Es ist möglich, die Flüssigkeit vor der Behandlung mit dem Kavitationselement und den Schallwellen zu entgasen. Dies hat den Vorteil, dass die Löslichkeit des einzubringenden Gases erhöht wird, indem andere Gase vorher aus der Flüssigkeit entfernt werden.It is possible to degas the liquid before treatment with the cavitation element and the sound waves. This has the advantage that the solubility of the gas to be introduced is increased by previously removing other gases from the liquid.

Zur Entgasung kann beispielsweise wenigstens ein akustischer Leistungswandler stromaufwärts des Kavitationselements angeordnet sein. Dieser akustische Leistungswandler ist vorteilhaft zusätzlich zu dem stromabwärts des Kavitationselements angeordneten Leistungswandler vorgesehen. Es hat sich gezeigt, dass eine Entgasung mittels akustischer Leistungswandler sehr effektiv ist. Auf diese Weise ist die Flüssigkeit, die zum Kavitationselement gelangt, weitgehend gasfrei und lässt sich daher zu einem höheren Maß erneut mit Gas beladen.For degassing, for example, at least one acoustic power converter can be arranged upstream of the cavitation element. This acoustic power converter is advantageously provided in addition to the power converter arranged downstream of the cavitation element. It has been shown that degassing by means of acoustic power converters is very effective. In this way, the liquid that reaches the Kavitationselement, largely free of gas and can therefore be recharged to a higher degree with gas.

Es hat sich ferner herausgestellt, dass für die Flüssigkeit der zeitliche Abstand zwischen dem Passieren des Kavitationselements und dem Passieren des akustischen Leistungswandlers bis zu 10 Sekunden betragen kann, ohne dass ein Verlust in der Effektivität der Gasbeladung eintritt.It has also been found that, for the liquid, the time interval between the passage of the cavitation element and the passage of the acoustic power converter can be up to 10 seconds without any loss in the effectiveness of the gas loading.

Das Gas kann in flüssiger Form in das System eingespeist werden, was Zufuhr und Lagerhaltung erleichtert. Wird beispielsweise flüssiger Sauerstoff verwendet, ergibt sich außerdem eine vorteilhafte Kühlwirkung auf das Kavitationselement und die umgebende Flüssigkeit, was die Löslichkeit des Gases in der Flüssigkeit erhöht, da die Temperatur der Flüssigkeit gezielt erniedrigt werden kann.The gas can be fed into the system in liquid form, which facilitates feed and storage. If, for example, liquid oxygen is used, there is also an advantageous cooling effect on the cavitation element and the surrounding liquid, which increases the solubility of the gas in the liquid, since the temperature of the liquid can be deliberately lowered.

Das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich sehr gut zur Behandlung von Wasser, insbesondere von Trink- oder Abwasser einsetzen.The process according to the invention can be used very well for the treatment of water, in particular of drinking or wastewater.

Hierzu ist insbesondere vorgesehen, dass das Gas wenigstens ein Gas mit oxidativen Eigenschaften, etwa Ozon, enthält.For this purpose it is provided in particular that the gas contains at least one gas with oxidative properties, such as ozone.

Zur Erzeugung des Ozons ist es möglich, das Gas vor der Zuführung zum Kavitationselement mit UV-Licht zu behandeln. Wird als Gas Sauerstoff oder Luft verwendet, bewirkt die UV-Bestrahlung eine Umwandlung von Sauerstoff in Ozon. Dies hat den Vorteil, dass das stark reaktive Ozon erst unmittelbar vor seinem Kontakt mit der Flüssigkeit erzeugt wird. Die UV-Behandlung kann beispielsweise unmittelbar vor dem Austritt des Gases am Kavitationselement erfolgen oder auch an anderer Stelle im Gaszuführsystem. Es kann dazu eine UV-Lampe verwendet werden. Auch die Bestrahlung mit Röntgen- oder Gammastrahlung ist denkbar.To generate the ozone, it is possible to treat the gas with UV light before it is fed to the cavitation element. When oxygen or air is used as the gas, the UV irradiation causes a conversion of oxygen to ozone. This has the advantage that the highly reactive ozone is generated only immediately before its contact with the liquid. The UV treatment can for example take place immediately before the exit of the gas at the cavitation element or else elsewhere in the gas supply system. It can be used to a UV lamp. Irradiation with X-rays or gamma rays is also conceivable.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist beispielsweise zum Entkeimen der Flüssigkeit oder allgemein zum Zerstören von Bakterien, von Viren, von Pilzsporen, von Toxinen oder endokrinen Stoffen oder zum Denaturieren von Proteinen einsetzbar. Darüber hinaus lässt es sich allgemein zur Begasung von Flüssigkeiten, nicht nur von Wasser oder Abwasser, mit jedem geeigneten Gas verwenden.The method according to the invention can be used, for example, for sterilizing the liquid or generally destroying bacteria, viruses, fungal spores, toxins or endocrine substances or for denaturing proteins. In addition, it can generally be used for the gassing of liquids, not just water or wastewater, with any suitable gas.

Die Erfindung betrifft außerdem eine Vorrichtung, insbesondere zur Durchführung eines der beschriebenen Verfahren, mit einem Raum, einem im Raum angeordneten mechanischen Kavitationselement, einer Gaszuführeinrichtung, deren Auslaß in unmittelbarer Nähe zur Oberfläche des Kavitationselements mündet und einem im Raum angeordneten akustischen Leistungswandler, der so angeordnet ist, dass er Schallwellen direkt in den Raum abstrahlt. Zur Behandlung der Flüssigkeit wird der Raum mit der Flüssigkeit gefüllt, vorzugsweise vollständig, so dass die Bewegung des mechanischen Kavitationselements Kavitation in der Flüssigkeit hervorruft und der (oder die) akustische(n) Leistungswandler in direktem Kontakt mit der Flüssigkeit sind und Schallwellen direkt in die Flüssigkeit einkoppeln.The invention also relates to a device, in particular for carrying out one of the described methods, having a space, a mechanical cavitation element arranged in the space, a gas supply device whose outlet opens in close proximity to the surface of the cavitation element and an acoustical power converter arranged in the space, thus arranged is that it emits sound waves directly into the room. To treat the liquid, the space is filled with the liquid, preferably completely, so that the movement of the mechanical cavitation element causes cavitation in the liquid and the acoustic power converter (s) are in direct contact with the liquid and direct sound waves into the liquid Couple in the liquid.

Zur Erhöhung der Kavitationswirkung hat der Raum vorzugsweise im Bereich des Kavitationselements einen nicht rotationssymmetrischen Querschnitt. Der Querschnitt kann beispielsweise polygonförmig sein.To increase the cavitation effect, the space preferably has a non-rotationally symmetrical cross section in the region of the cavitation element. The cross section may be polygonal, for example.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels, mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen. In diesen zeigen:

  • Figur 1 eine Teilschnittansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens;
  • Figur 2 eine teilgeschnittene Draufsicht auf die Vorrichtung in Figur 1;
  • Figuren 3 und 4 Ansichten eines mechanischen Kavitationselement zur Verwendung in der erfindungsgemäßen Vorrichtung und zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens;
  • die Figuren 5 und 6 Ansichten eines akustischen Leistungswandlers zur Verwendung in der erfindungsgemäßen Vorrichtung und in dem erfindungsgemäßen Verfahren; und
  • Figuren 7 und 8 ein piezoelektrisches Element zur Verwendung in einem akustischen Leistungswandler nach den Figuren 5 und 6.
Further features and advantages of the invention will become apparent from the following description of an embodiment, with reference to the accompanying drawings. In these show:
  • FIG. 1 a partial sectional view of a device according to the invention for carrying out a method according to the invention;
  • FIG. 2 a partially cutaway plan view of the device in FIG. 1 ;
  • FIGS. 3 and 4 Views of a mechanical cavitation element for use in the device according to the invention and for carrying out the method according to the invention;
  • the FIGS. 5 and 6 Views of an acoustic power converter for use in the apparatus and method of the invention; and
  • FIGS. 7 and 8 a piezoelectric element for use in an acoustic power converter according to the FIGS. 5 and 6 ,

Figur 1 zeigt eine Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens zur Behandlung von Flüssigkeiten durch Beladen der Flüssigkeit mit Gas. FIG. 1 shows an apparatus for carrying out a method for the treatment of liquids by loading the liquid with gas.

Ein Raum 12 zur Aufnahme der Flüssigkeit weist einen Zulauf 14 und einen Ablauf 16 auf. Der Raum 12 ist in diesem Beispiel als eine einzige Kammer ausgebildet.A space 12 for receiving the liquid has an inlet 14 and a drain 16. The space 12 is formed in this example as a single chamber.

Das Verfahren wird im Durchflussprinzip betrieben, d.h., die Flüssigkeit strömt mit gleichmäßiger Strömungsgeschwindigkeit durch den Zulauf 14 in den Raum 12 ein und aus dem Ablauf 16 aus dem Raum 12 heraus. Zulauf 14 und Ablauf 16 sind an gegenüberliegenden Seiten des Raums 12 in axialer Richtung A versetzt zueinander angeordnet. Im Betrieb ist die Vorrichtung 10 so ausgerichtet, dass der Zulauf 14 am unteren Ende des Raumes 12 liegt.The method is operated in the flow principle, that is, the liquid flows through the inlet 14 into the space 12 at a uniform flow rate and out of the space 12 out of the drain 16. Inlet 14 and outlet 16 are arranged on opposite sides of the space 12 in the axial direction A offset from one another. In operation, the device 10 is oriented so that the inlet 14 is located at the lower end of the space 12.

Im Betrieb der Vorrichtung 10 ist der gesamte Raum 12 vollständig mit Flüssigkeit gefüllt.In operation of the device 10, the entire space 12 is completely filled with liquid.

In der Nähe des Zulaufs 14 befindet sich ein mechanisches Kavitationselement 17. hier in Form einer als Strömungskörper geformten, horizontal und drehbar gelagerten diskusförmigen Scheibe mit entgegengesetzten konvexen Seiten, die an einem scharfen Umfangsrand aufeinandertreffen. Das Kavitationselement 17 ist über eine Hohlwelle 18 mit einem stufenlos regelbaren Motor 20 verbunden, der die Drehgeschwindigkeit des Kavitationselements 17 bestimmt. Das Kavitationselement 17 ist vollständig in die Flüssigkeit eingetaucht und wird so schnell bewegt, dass in der Flüssigkeit Kavitation auftritt.In the vicinity of the inlet 14 there is a mechanical cavitation element 17 here in the form of a shaped as a flow body, horizontally and rotatably mounted disc-shaped disc with opposite convex sides, which meet at a sharp peripheral edge. The cavitation element 17 is connected via a hollow shaft 18 with a continuously variable motor 20, which determines the rotational speed of the Kavitationselements 17. The cavitation element 17 is completely immersed in the liquid and is moved so fast that cavitation occurs in the liquid.

Im Inneren der Hohlwelle 18 ist eine Gaszuführleitung 21 ausgebildet (siehe Figuren 1 und 3), die Teil einer Gaszuführeinrichtung ist, durch die Gas zum Einbringen in die Flüssigkeit an die Oberfläche des Kavitationselements 17 geführt wird. Hierzu ist die Gaszuführleitung 21 mit einem Kanal 22 verbunden, der außerhalb des Raumes 12 mündet und der an eine Gasversorgung (nicht gezeigt) angeschlossen werden kann.Inside the hollow shaft 18, a gas supply line 21 is formed (see FIGS. 1 and 3), which is part of a gas supply device, through which gas is guided to the surface of the cavitation element 17 for introduction into the liquid. For this purpose, the gas supply line 21 is connected to a channel 22 which opens out of the space 12 and which can be connected to a gas supply (not shown).

Das Gas kann in flüssiger Form zugeführt werden, wobei je nach Temperatur des flüssigen Gases es vorteilhaft ist, wenn das Gas bei Eintritt in den Kanal 22 bereits gasförmig ist. Bei der Verwendung von gekühltem flüssigem Gas wie etwa flüssigem Sauerstoff bietet sich der Vorteil, dass die Gaszuführeinrichtung gleichzeitig zur Kühlung der gesamten Vorrichtung 10 und damit auch zur Kühlung der Flüssigkeit im Raum 12 beiträgt.The gas can be supplied in liquid form, it being advantageous, depending on the temperature of the liquid gas, if the gas is already gaseous on entering the channel 22. When using cooled liquid gas such as liquid oxygen, there is the advantage that the gas supply device simultaneously contributes to the cooling of the entire device 10 and thus also to the cooling of the liquid in the space 12.

Die Figuren 3 und 4 zeigen eine mögliche Ausbildung eines Kavitationselements 17. Das Kavitationselement 17 hat die Form einer als Strömungskörper ausgebildeten Scheibe, wobei die Stirnseite 40 stärker konvex gekrümmt ist als die Rückseite 42. In der Stirnseite 40 des Kavitationselements 17 sind zwei ellipsoidförmige Taschen 44 vorgesehen. Mehrere umfangsmäßig leicht zueinander versetzte Taschen 46 sind in der Rückseite 42 ausgebildet, wobei die Tiefe der Taschen 44, 46 so gewählt ist, dass im Bereich der Taschen 44 Durchbrüche zwischen der Stirnseite 40 und der Rückseite 42 des Kavitationselements 17 gebildet sind. In Figur 4 sind zwei dieser Durchbrüche mit dem Bezugszeichen 48 bezeichnet. Aufgrund dieser Gestaltung bilden sich sehr hohe Strömungsgeschwindigkeiten nicht nur im Bereich des Umfangsrands des Kavitationselements 17, sondern auch im Bereich der Taschen 44, 46 aus, wodurch gerade an diesen Stellen eine sehr hohe Kavitationswirkung resultiert.The FIGS. 3 and 4 show a possible formation of a Kavitationselements 17. The Kavitationselement 17 has the shape of a formed as a flow body disc, wherein the end face 40 is more convexly curved than the back 42. In the end face 40 of the Kavitationselements 17 two ellipsoidal pockets 44 are provided. A plurality of circumferentially slightly offset pockets 46 are formed in the back 42, wherein the depth of Bags 44, 46 is selected so that in the region of the pockets 44 openings between the end face 40 and the back 42 of the Kavitationselements 17 are formed. In FIG. 4 two of these openings are designated by the reference numeral 48. Due to this configuration, very high flow velocities are formed not only in the region of the peripheral edge of the cavitation element 17 but also in the region of the pockets 44, 46, which results in a very high cavitation effect precisely at these points.

Die Gaszuführleitung 21 mündet unmittelbar an der Oberfläche des Kavitationselements 17, wie dies in den Figuren 3 und 4 zu erkennen ist.The gas supply line 21 opens directly on the surface of the Kavitationselements 17, as in the FIGS. 3 and 4 can be seen.

Das zuzuführende Gas strömt durch den Kanal 22 ein, der über eine Querbohrung 25 mit der Hohlwelle 18 verbunden ist. Der Teil der Gaszuführeinrichtung, der zwischen dem Motor 20 und dem Kavitationselement 17 angeordnet ist, ist hier in einem Gehäuse 23 angeordnet, das die Hohlwelle 18 umgibt und das Kavitationselement 17 mit dem Motor 20 verbindet. Die Gaszuführleitung 21 endet im Inneren des Kavitationselements 17 in einem Auslaß, der in Form von mehreren, schräg zur Mittelachse M ausgerichteten Mündungskanälen 50 ausgebildet ist, die jeweils bis zur Oberfläche des Kavitationselements 17 reichen und im konkreten Beispiel die Oberfläche an der Innenseite der Taschen 46 erreichen. Das durch die Gaszuführeinrichtung herbeigeleitete Gas tritt somit direkt an der Oberfläche des Kavitationselements 17 aus und wird im Bereich der höchsten Kavitationswirkung in die Flüssigkeit eingebracht. Der Austrittswinkel α der Mündungskanäle 50 (zur Vertikalen gemessen) beträgt hier etwa 50°, lässt sich aber natürlich dem jeweiligen Einsatzzweck anpassen.The gas to be supplied flows through the channel 22, which is connected via a transverse bore 25 with the hollow shaft 18. The part of the gas supply device which is arranged between the motor 20 and the cavitation element 17 is arranged here in a housing 23 which surrounds the hollow shaft 18 and connects the cavitation element 17 to the motor 20. The gas supply line 21 terminates in the interior of the Kavitationselements 17 in an outlet which is in the form of several, aligned obliquely to the central axis M mouth channels 50, each extending to the surface of the Kavitationselements 17 and in the concrete example, the surface on the inside of the pockets 46th to reach. The gas brought about by the gas supply device thus exits directly on the surface of the cavitation element 17 and is introduced into the liquid in the region of the highest cavitation effect. The exit angle α of the mouth channels 50 (measured to the vertical) here is about 50 °, but can of course be adapted to the respective application.

Die Gaszuleitung in unmittelbarer Nähe des Oberfläche des Kavitationselements kann auch an anderer Stelle, nicht nur durch das Kavitationselement hindurch erfolgen.The gas supply in the immediate vicinity of the surface of the Kavitationselements can also be done elsewhere, not only through the Kavitationselement.

Der Querschnitt des Raums 12 (siehe Figur 1) im Bereich des Kavitationselements 17 ist abweichend von der Kreisform gewählt und ist nicht rotationssymmetrisch. Er ist beispielsweise polygonförmig, etwa dreieckig, viereckig oder fünfeckig. Dies dient der Erhöhung der Kavitationswirkung, indem es die Ausbildung einer rotierenden Strömung um das Kavitationselement 17 verhindert.The cross section of the space 12 (see FIG. 1 ) in the region of the cavitation element 17 is chosen differently from the circular shape and is not rotationally symmetrical. For example, it is polygonal, such as triangular, quadrangular or pentagonal. This serves to increase the cavitation effect by preventing the formation of a rotating flow around the cavitation element 17.

Der Raum 12 ist von einer Wandung 24 umschlossen, die die Flüssigkeit im Raum 12 hält. Zum Raum 12 zählen dabei neben der Kammer, in der das Kavitationselement 17 angeordnet ist, auch die anschließenden Rohrleitungen.The space 12 is enclosed by a wall 24 which holds the liquid in the space 12. To room 12 include next to the chamber in which the Kavitationselement 17 is arranged, and the subsequent piping.

Der Raum 12 umfasst dabei auch zwei kurze, um 90° abgewinkelte Verbindungsstutzen 30, 32, an die jeweils ein akustischer Leistungswandler 26, 28 angeschlossen ist und die die akustischen Leistungswandler 26, 28 mit der Kammer verbinden, die das Kavitationselement 17 enthält. Beide akustischen Leistungswandler 26, 28 sind hier als Ultraschallgeber ausgebildet und arbeiten in einem Frequenzbereich von 400 bis 1500 kHz, bevorzugt in einem Frequenzbereich von 600 bis 1200 kHz. Der Stutzen 30 mündet dabei auf der Höhe des Zulaufs 14, in Umfangsrichtung der Kammer um 90° versetzt von diesem, während der Stutzen 32 auf Höhe des Ablaufs 16 mündet, ebenfalls um 90° versetzt von diesem. Die beiden akustischen Leistungswandler 26, 28 sind axial voneinander beabstandet, so dass keine direkte Einkopplung von Schallwellen des einen Leistungswandlers in den anderen Leistungswandler erfolgen kann. Die akustischen Leistungswandler koppeln Ultraschallenergie als Elementarwelle direkt in die Flüssigkeit und auch in das Kavitationselement 17 ein, und zwar auf beiden Seiten jedes scheibenförmigen Leistungswandlers 26, 28.In this case, the space 12 also comprises two short connecting stubs 30, 32 angled at 90 °, to each of which an acoustic power converter 26, 28 is connected and which connect the acoustic power converters 26, 28 to the chamber containing the cavitation element 17. Both acoustic power converters 26, 28 are designed here as ultrasound transmitters and operate in a frequency range from 400 to 1500 kHz, preferably in a frequency range from 600 to 1200 kHz. The nozzle 30 opens at the level of the inlet 14, offset in the circumferential direction of the chamber by 90 ° from this, while the nozzle 32 opens at the level of the drain 16, also offset by 90 ° from this. The two acoustic power converters 26, 28 are axially spaced apart, so that no direct coupling of sound waves of a power converter can be done in the other power converter. The acoustic power converters couple ultrasonic energy as an elementary wave directly into the liquid and also into the cavitation element 17, on both sides of each disk-shaped power converter 26, 28.

Jeder der akustischen Leistungswandler 26, 28 strahlt gleichzeitig ein Spektrum verschiedener Frequenzen ab.Each of the acoustic power converters 26, 28 simultaneously radiates a spectrum of different frequencies.

Wenigstens der akustische Leistungswandler 28, optional auch der akustische Leistungswandler 26 werden nicht im Dauerbetrieb, sondern gepulst betrieben, wobei Pulsfrequenz und Pulsdauer auf die jeweilige Geometrie des Raums 12, das verwendete Gas und die verwendete Flüssigkeit abgestimmt werden.At least the acoustic power converter 28, optionally also the acoustic power converter 26 are not operated in continuous operation, but pulsed, with pulse frequency and pulse duration are matched to the particular geometry of the space 12, the gas used and the liquid used.

Die Figuren 5 bis 8 zeigen eine mögliche Ausbildung eines akustischen Leistungswandlers, wie er für die akustischen Leistungswandler 26, 28 eingesetzt werden kann.The FIGS. 5 to 8 show a possible embodiment of an acoustic power converter, as it can be used for the acoustic power converter 26, 28.

Ein scheibenförmiger Aktuator 60, der hier aus einem piezoelektrischen Material besteht, ist in einem Gehäuse 62 angeordnet, das vorzugsweise aus elektrisch nicht leitender Keramik oder Kunststoff hergestellt ist. Beide Stirnseiten 64 sind mit einer elektrisch leitenden Kontaktschicht, hier einer Silberschicht 66, beschichtet. Beide Stirnseiten 64 sind außerdem bis auf einen kreisförmigen Bereich nahe des Randes mit einer chemisch inerten Schutzschicht 68, insbesondere Gas, überzogen, die den gesamten Bereich des Aktuators 60 bedeckt, der in Kontakt mit der Flüssigkeit kommt. Die elektrisch leitende Schicht 66 dient zur Kontaktierung und zur Anregung des piezoelektrischen Materials und ist auf bekannte Weise mit einem regelbaren Spannungserzeuger verbunden.A disk-shaped actuator 60, which consists here of a piezoelectric material, is arranged in a housing 62, which is preferably made of electrically non-conductive ceramic or plastic. Both end faces 64 are coated with an electrically conductive contact layer, here a silver layer 66. Both end faces 64 are also covered, except for a circular area near the edge, with a chemically inert protective layer 68, in particular gas, which covers the entire area of the actuator 60 which comes into contact with the liquid. The electrically conductive layer 66 is used for contacting and for exciting the piezoelectric material and is connected in a known manner with a controllable voltage generator.

Der Aktuator 60 ist so im Gehäuse 62 eingesetzt, dass der Übergang zwischen der Schutzschicht 68 und der elektrisch leitenden Schicht 66 durch elastische Dichtungen 70 abgedichtet ist.The actuator 60 is inserted in the housing 62 so that the junction between the protective layer 68 and the electrically conductive layer 66 is sealed by elastic seals 70.

Die Flüssigkeit kann in das Gehäuse 52 einströmen, so dass sie in direktem Kontakt mit dem Aktuator 60 steht. Damit kann der akustische Leistungswandler die Schallwellen direkt in die Flüssigkeit einkoppeln.The liquid may flow into the housing 52 so that it is in direct contact with the actuator 60. This allows the acoustic power converter to couple the sound waves directly into the liquid.

Zur Beladung der Flüssigkeit mit Gas wird das Kavitationselement 17 in so schnelle Rotation versetzt, dass es in der Flüssigkeit zur Kavitation kommt. Durch die Gaszuführeinrichtung wird Gas an die Oberfläche des Kavitationselements 17 geleitet. Aufgrund der Kavitationswirkung wird das eingeleitete Gas praktisch vollständig in die Flüssigkeit eingebracht. Die eingeleitete Gasmenge kann beispielsweise 285 g/h für Sauerstoff in Brunnenwasser mit einer Temperatur von 15°C betragen. Die mittlere Blasengröße ist hierbei noch relativ groß. Da der gesamte Raum von den Schallwellen der akustischen Leistungswandler 26, 28 erfüllt ist, werden die durch das Kavitationselement 17 erzeugten Blasen sofort durch die Schallenergie weiterbearbeitet und dabei zerkleinert, wobei eine mittlere Blasengröße im Nanometerbereich resultiert und ein großer Anteil von Blasen im Angströmbereich erzeugt wird. Dies führt dazu, dass ein großer Anteil des eingeleiteten Gases sozusagen molekular dispers in der Flüssigkeit gelöst wird. Daher verbleibt das gesamte eingebrachte Gas über einen relativ langen Zeitraum in der Flüssigkeit Durch diese sonochemische Behandlung wird ein höherer Anteil des Gases in der Flüssigkeit gelöst als durch herkömmliche Verfahren. Der erfindungsgemäße zweistufige Prozess beruht auf dem Einbringen des Gases durch das Kavitationselement 17 und der daran anschließenden Behandlung der bereits in der Flüssigkeit vorhandenen Gasblasen durch von den akustischen Leistungswandlern 26, 28 abgegeben Schallwellen.To load the liquid with gas, the cavitation element 17 is set in such rapid rotation that cavitation takes place in the liquid. Gas is directed to the surface of the cavitation element 17 by the gas supply device. Due to the Kavitationswirkung the introduced gas is almost completely introduced into the liquid. The amount of gas introduced may be, for example, 285 g / h for oxygen in well water at a temperature of 15 ° C. The mean bubble size is still relatively large. Since the entire space is satisfied by the sound waves of the acoustic power converters 26, 28, the bubbles generated by the cavitation 17 are immediately further processed by the sound energy and thereby crushed, resulting in an average bubble size in the nanometer range and a large proportion of bubbles is generated in Angströmbereich , As a result, a large proportion of the introduced gas is dissolved, as it were, molecularly dispersed in the liquid. Therefore, all of the gas introduced remains in the liquid for a relatively long period of time. By this sonochemical treatment, a higher proportion of the gas is dissolved in the liquid than by conventional methods. The two-stage process according to the invention is based on the introduction of the gas through the cavitation element 17 and the subsequent treatment of the gas bubbles already present in the liquid by sound waves emitted by the acoustic power converters 26, 28.

Da das Verfahren im Durchflussprinzip abläuft, wäre es auch möglich, das Kavitationselement 17 und einen oder beide akustischen Leistungswandler 26, 28 in verschiedenen, nur durch Rohrleitungen miteinander verbundenen Kammern anzuordnen. Dabei hat sich gezeigt, dass die Entfernung so groß gewählt werden kann, dass zwischen dem Passieren des Kavitationselements 17 und des akustischen Leistungswandlers 26, 28 bis zu 10s vergehen können, in denen die Flüssigkeit von der einen Kammer in die andere Kammer strömt. Hierbei ist zu beachten, dass die Geometrie des Raumes 12 so gewählt wird, dass der gesamte Raum ständig von den Schallwellen der akustischen Leistungswandler 26, 28 beschallt wird. Es ist möglich, geeignete Reflektoren im Raum 12 anzuordnen.Since the method proceeds in the flow principle, it would also be possible to arrange the cavitation element 17 and one or both acoustic power converters 26, 28 in different, interconnected only by piping chambers. It has been found that the distance can be chosen so large that between the passage of the Kavitationselements 17 and the acoustic power converter 26, 28 can pass up to 10s, in which the liquid flows from one chamber into the other chamber. It should be noted that the geometry of the room 12 is chosen so that the entire room is constantly is sonicated by the sound waves of the acoustic power converter 26, 28. It is possible to arrange suitable reflectors in the space 12.

Die Geometrie des Raums 12 und die Anordnung der akustischen Leistungswandler 26, 28 ist so gewählt, dass sich möglichst wenig stehende Wellen im Raum 12 ausbilden.The geometry of the space 12 and the arrangement of the acoustic power converters 26, 28 is selected so that as few standing waves form in the space 12.

Bei der gezeigten Anordnung kann der strömungsmäßig gesehen erste akustische Leistungswandler 26 auch zum Entgasen der Flüssigkeit eingesetzt werden, bevor diese erneut mit Gas beladen wird. Die einströmende Flüssigkeit wird direkt den Schallwellen des akustischen Leistungswandlers 26 ausgesetzt, was dazu führt, dass bereits in der Flüssigkeit gelöstes Gas aus der Flüssigkeit ausgetrieben wird. Dann erst gelangt die Flüssigkeit in den Bereich des Kavitationselements 17, wo sie erneut mit dem eigens zugeführten Gas beladen wird.In the arrangement shown, the fluidically first acoustic power converter 26 can also be used to degas the liquid before it is again charged with gas. The inflowing liquid is exposed directly to the sound waves of the acoustic power converter 26, resulting in that already dissolved in the liquid gas is expelled from the liquid. Only then does the liquid reach the region of the cavitation element 17, where it is again charged with the specially supplied gas.

Wenn Abwasser aus Kläranlagen in Oberflächengewässer eingeleitet wird, ist es nach dem Stand der Technik ausreichend geklärt, es enthält aber dennoch eine Vielzahl an Nährstoffen, Bakterien und Keimen, die gesundheitsschädlich sind und das Baden in Flüssen und Seen zu einem Gesundheitsrisiko werden lassen. EU-Verordnungen schreiben deshalb selbst beim Einleiten ins Meer an Badestränden eine Keimreduzierung vor.When wastewater from sewage treatment plants is discharged into surface waters, it is sufficiently clarified in the state of the art, but it nevertheless contains a large number of nutrients, bacteria and germs which are harmful to health and make bathing in rivers and lakes a health risk. EU regulations therefore prescribe a reduction of bacteria even when discharging into the sea at bathing beaches.

Ein Anwendungszweck der Vorrichtung 10 und des damit betriebenen Verfahrens ist die Reinigung von Wasser, insbesondere von Abwasser. Die Vorrichtung 10 kann beispielsweise in Kläranlagen zur Behandlung des Abwassers eingesetzt werden.An application of the device 10 and the process operated therewith is the purification of water, in particular wastewater. The device 10 can be used for example in sewage treatment plants for the treatment of wastewater.

Bei dieser Anwendung ist das zugeführte Gas vorzugsweise ozonhaltig, wobei reiner Sauerstoff oder auch Luft als Ausgangsgas verwendet werden kann.In this application, the gas supplied is preferably ozone-containing, with pure oxygen or even air as starting gas can be used.

Zur Erzeugung des Ozons ist im Bereich der Gaszuführeinrichtung eine Bestrahlung mit UV-Licht vorgesehen. Diese kann durch eine UV-Lampe erfolgen, die beispielsweise im Bereich des Kanals 22 oder sogar der Hohlwelle 18 angeordnet ist. Statt der UV-Lampe kann auch eine Bestrahlung mit Röntgenstrahlen oder Gammastrahlen erfolgen. In jedem Fall hat die Zufuhr energiereicher Strahlung zur Folge, dass ein Teil des Sauerstoffs in Ozon umgewandelt wird. Da die Erzeugung des Ozons in unmittelbarer Nähe zum Austritt des Gases erfolgt, besteht nicht das Problem, dass das Ozon zwischen der Erzeugung und der Einleitung in die Flüssigkeit wieder zerfällt. Es ist jedoch auch möglich, das Ozon mit einem herkömmlichen Ozongenerator zu erzeugen und anschließend dem Abwasser zuzuführen.To generate the ozone, irradiation with UV light is provided in the region of the gas supply device. This can be done by a UV lamp, which is arranged for example in the region of the channel 22 or even the hollow shaft 18. Instead of the UV lamp can also be irradiated with X-rays or gamma rays. In either case, the delivery of high energy radiation results in some of the oxygen being converted to ozone. Since the generation of the ozone is in the immediate vicinity of the exit of the gas, there is no problem that the ozone decomposes again between the generation and the introduction into the liquid. However, it is also possible to produce the ozone with a conventional ozone generator and then to feed the wastewater.

Das Gas kann in flüssiger Form, z.B. in Form von flüssigem Sauerstoff in das System eingespeist werden, wobei es bei Eintritt in den Kanal 22 vorzugsweise bereits gasförmig vorliegt.The gas may be in liquid form, e.g. in the form of liquid oxygen are fed into the system, wherein it is preferably present in gaseous form when entering the channel 22.

Das vorzugsweise molekular dispers in der Flüssigkeit gelöste Ozon, zusammen mit der Behandlung durch die Ultraschallwellen, führt zur sicheren Entkeimung der Flüssigkeit. Neben Bakterien werden auch Viren, Pilzsporen sowie Proteine, Toxine oder, besonders interessant, endokrine Stoffe sicher zerstört. Bei den Proteinen erfolgt die Zerstörung hauptsächlich auf bekanntem Weg durch eine Denaturierung, also eine Reaktion des Ozons mit bestimmten chemischen Gruppen des Proteinmoleküls.The preferably molecularly dispersed in the liquid dissolved ozone, together with the treatment by the ultrasonic waves, leads to the safe disinfection of the liquid. In addition to bacteria, viruses, fungal spores and proteins, toxins or, particularly interesting, endocrine substances are destroyed safely. In the case of the proteins, the destruction takes place mainly by known means by denaturation, ie a reaction of the ozone with certain chemical groups of the protein molecule.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren bleibt das Gas länger in Lösung als bei herkömmlichen Verfahren, da eine sehr kleine Blasengröße erreicht wird. Blasen mit einem Durchmesser von einigen Ångström oder wenigen Nanometern verhalten sich nicht mehr wie größere Gasblasen, die direkt zur Oberfläche aufsteigen, sondern verhalten sich teilweise sogar schwerer als Wasser und sinken zu Boden. Außerdem sind sie in der Flüssigkeit deutlich langlebiger als größere Gasblasen. Im Gegensatz zu den größeren Gasblasen ist bei den Blasen im Ångström- bis Nanometerbereich der Innendruck in den Blasen etwa annähernd gleich dem Umgebungsdruck in der Flüssigkeit. Sie verbinden sich auch deutlich weniger untereinander zu größeren Blasen, so dass die Komponente an kleinsten Bläschen sehr lange in der Flüssigkeit enthalten bleibt.By the method according to the invention, the gas remains in solution for longer than in conventional methods, since a very small bubble size is achieved. Bubbles with a diameter of a few angstroms or a few nanometers no longer behave like larger gas bubbles, which rise directly to the surface, but behave sometimes even heavier than water and sink to the bottom. In addition, they are much more durable in the liquid than larger gas bubbles. In contrast to the larger gas bubbles, in the bubbles in the angstrom to nanometer range, the internal pressure in the bubbles is approximately equal to the ambient pressure in the liquid. They also connect much less with each other to larger bubbles, so that the component remains at very small bubbles in the liquid for a very long time.

Hierdurch bietet sich dem Ozon zum einen eine lange Zeit, in der es mit den Stoffen im Wasser reagieren kann, und zum anderen entsteht auch eine große Reaktionsoberfläche durch die feine Verteilung der Gasblasen in der Flüssigkeit. Diese Faktoren tragen zur deutlich verbesserten Wirksamkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens gegenüber bekannten Verfahren bei.This provides the ozone on the one hand a long time in which it can react with the substances in the water, and on the other hand also creates a large reaction surface by the fine distribution of the gas bubbles in the liquid. These factors contribute to the significantly improved efficacy of the method according to the invention over known methods.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lässt sich eine Dispersion mit kleinsten Bläschen im Ångström- bis Nanometerbereich erzeugen, wobei auch die chemische Lösung des Gases in der Flüssigkeit deutlich erhöht wird.With the method according to the invention, a dispersion with the smallest bubbles in the angstrom to nanometer range can be generated, wherein the chemical solution of the gas in the liquid is significantly increased.

Claims (15)

  1. A method of treating a liquid, comprising the following steps:
    - introducing the liquid to be treated into a space (12);
    - allowing a mechanical cavitation element (17) to act upon the liquid while supplying gas into the region of the surface of the cavitation element (17) and introducing the gas into the liquid by moving the cavitation element (17); and
    - introducing sound waves directly into the liquid by at least one acoustic power transducer (26, 28).
  2. The method according to claim 1, characterized in that when introducing the liquid, the space (12) is completely filled with liquid.
  3. The method according to either of the preceding claims, characterized in that the acoustic power transducer (26, 28) is a piezoelectric element.
  4. The method according to any of the preceding claims, characterized in that the acoustic power transducer (26, 28) gives off sound waves of different frequencies, in particular sound waves between 400 and 1500 kHz.
  5. The method according to any of the preceding claims, characterized in that the acoustic power transducer (26, 28) is operated in a pulsed fashion.
  6. The method according to any of the preceding claims, characterized in that the mechanical cavitation element (17) rotates.
  7. The method according to claim 6, characterized in that the mechanical cavitation element (17) is of a disk-shaped design.
  8. The method according to any of the preceding claims, characterized in that the supplying of gas is effected in the region of the highest flow velocity at the surface of the cavitation element (17).
  9. The method according to any of the preceding claims, characterized in that the liquid flows through the space (12) and in that the cavitation element (17) is preferably arranged upstream of the acoustic power transducer (28).
  10. The method according to any of the preceding claims, characterized in that the liquid is degassed prior to the treatment with the cavitation element (17) and the sound waves.
  11. The method according to any of the preceding claims, characterized in that at least one acoustic power transducer (26) is arranged upstream of the cavitation element (17).
  12. The method according to any of the preceding claims, characterized in that it is employed for the treatment of water, in particular drinking water or wastewater.
  13. The method according to any of the preceding claims, characterized in that it is employed for degerminating the liquid or for destroying bacteria, viruses, proteins, fungal spores, toxins, or endocrine disrupting substances.
  14. A device, in particular for carrying out a method according to any of the preceding claims, comprising
    a space (12);
    a mechanical cavitation element (17) arranged in the space (12),
    characterized by
    a gas supply means having an outlet which opens in the immediate vicinity of the surface of the cavitation element (17); and
    an acoustic power transducer (26, 28) disposed in the space (12) and arranged to emit sound waves directly into the space (12).
  15. The device according to claim 14, characterized in that the space (12) has a non-rotationally symmetrical cross-section in the region of the cavitation element (17).
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