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„Vorrichtung zum Einbringen von Ozon in flussige Medien"
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Einbringen von Ozon m flussige Medien.
Ozon wird beispielsweise zur Behandlung von in Wasser gelo- sten Schadstoffen und in einer wassrigen Losung vorkommenden Feststoffen eingesetzt, z.B. bei der Trinkwasseraufbereitung zur Entkeimung, Geruchs- und Geschmacksverbesserung, Enteisenung, Entmanganung, Zerstörung von Chlorkohlenwasserstoffen und Pestiziden und zur Flockungsverbesserung. Desweite- ren in der Abwasserbehandlung zur Entgiftung, z.B. von Cya- nid, zur Entfärbung und zur Veränderung des Verhältnisses aus dem chemischen und biologischen Sauerstoffbedarf, d.h. zur Steigerung des biologischen Abbauverhaltens; desweiteren erfolgt der Einsatz in der Industrie, z.B. zum Bleichen von Zellstoff und von Kaolin und zur chemischen Synthese von Aldehyden.
Ozon reagiert am besten, wenn es physikalisch im Wasser gelost ist. Dann oxidiert es dort organische Substanzen und auch in mehreren Wertigkeitsstufen vorkommende Elemente in anorganischen Verbindungen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Einbringen von Ozon m flussige Medien zu schaffen, mit- tels der Ozon bei geringem technisch-wirtschaftlichen Aufwand sowohl in klares Wasser als auch in wassπge Suspensionen und Schlamme für chemische Reaktionen des Ozons mit ge-
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losten oder suspendierten oder adsorbierten Stoffen einbringbar ist.
Diese Aufgabe wird erfmdungsgemaß durch eine Vorrichtung zum Einbringen von Ozon m flussige Medien gelost, die einen Anschluß, über den Ozon m das flussige Medium emleitbar und dort feinblasig verteilbar ist, und eine Mehrphasenpumpe aufweist, die stromab des Anschlusses in dem flussigen Medium angeordnet und mittels der das Ozon enthaltende flussige Medium verpumpbar st.
Mit der erfmdungsgemaßen Vorrichtung w rd gleichzeitig ozonhaltiges Gas und das mit Ozon zu behandelnde Medium angesaugt, auf Druck gebracht und gemischt, wobei das Ozon op- ti al absorbiert wird und reagieren kann. Eine Verstopfung irgendwelcher Anlagenteile, z.B. von Mischelementen, Full- korperpackungen oder Düsen, wird vermieden, wodurch die Kapital- und Betriebskosten im Vergleich zu den aus dem Stand der Technik bekannten entsprechenden Vorrichtungen erheblich reduziert werden.
Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der erfmdungsgemaßen Vorrichtung zum Einbringen von Ozon in flussige Medien ergibt sich, wenn die Mehrphasenpumpe als Drehkolbenpumpe ausgebildet ist.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfin- dungsgemaßen Vorrichtung ist es zweckmäßig, den Anschluß als Filterkerze auszubilden, in die Ozon emleitbar, die dem flussigen Medium angeordnet und mittels der Ozon in das flussige Medium einfuhr- und dort feinblasig verteilbar ist. Hierdurch wird erreicht, daß das Einbringen von Ozon sowohl ein sehr dünnflüssiges als auch m ein sehr αickflussiges
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wässriges Medium mit einem vergleichsweise geringen Aufwand möglich ist. Das in einer Ozonerzeugungseinrichtung erzeugte Ozon wird mittels der Filterkerze dem wässrigen Medium angeboten und dort feinblasig verteilt. Die Drehkolbenpumpe saugt das wässrige dünn- oder dickflüssige Medium und das Gasgemisch an, vermischt und verdichtet es je nach Bedarf von 1 bis auf 16 bar absolut. Durch die feinblasige Gasverteilung, die mittels der Filterkerze erreicht wird, und die Vermischung sowie die gemeinsame Verdichtung des oben be- schriebenen Mediums mit dem ozonhaltigen Gas wird die
Ozonabsorption im Medium gefördert. Durch den Einsatz der Drehkolbenpumpe können innerhalb des zu behandelnden Mediums auch Grobteile und Gase transportiert werden. Es kommt weder zu Verstopfungen noch zu Beschädigungen der Drehkolbenpumpe aufgrund von Trockenlauf oder Gravitationsfehlern beim
Transport und Verdichten des ozonhaltigen Gases im wässrigen Medium; dies gilt auch für den Fall, daß der Gasanteil hoch ist. Duch die Kombination von Filterkerze und Drehkolbenpumpe erfolgt eine kleinere Ausgestaltung der Gasblasen sowie deren gleichmäßigere Verteilung in dem Medium. Der Ozonabsorptionsgrad wird hierdurch erhöht.
Zweckmäßigerweise sind die Filterkerze und die Drehkolbenpumpe in Strömungsrichtung des flüssigen Mediums gesehen hintereinander in einer Rohrleitung angeordnet.
Zur Verlängerung der Standzeiten der Drehkolbenpumpe ist es vorteilhaft, wenn dem flüssigen Medium ausgesetzte Innenflächen der Drehkolbenpumpe ozonbeständig ausgestaltet sind.
Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, daß diese Innenflächen der Drehkolbenpumpe mit einem ozonbeständigen Werk-
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stoff, z.B. mit Teflon, Edelstahl 1.4571 od.dgl., beschichtet sind.
Es ist möglich, stromab der Mehrphasen- bzw. Drehkolbenpumpe einen Rohrabschnitt vorzusehen, m dem der Absorptionsvorgang weiter fortgesetzt werden kann.
Alternativ kann stromab der Mehrphasen- bzw. Drehkolbenpumpe ein zylindrischer Behalter vorgesehen sein.
Der Absorptionsvorgang kann weiter verbessert werden, wenn m dem zylindrischen Behalter ein vorzugsweise konzentrisches Rohr eingebaut ist.
Gemäß einer vorteilhaften Ausfuhrungsform der erfmdungsge- maßen Vorrichtung ist diese m einer den Hauptmediumstrom fuhrenden Rohrleitung eingebaut.
Alternativ kann die Vorrichtung einer einen Teilmedium- ström fuhrenden Zweigleitung angeordnet sein, die von der den Hauptmediumstrom fuhrenden Rohrleitung abzweigt, zu der den Hauptmediumstrom fuhrenden Rohrleitung parallel verlauft und wieder m die den Hauptmediumstrom fuhrende Rohrleitung einm ndet.
Vorteilhafterweise ist m der Zweigleitung stromab der Drehkolbenpumpe ein Absorptionsbehalter angeordnet.
Es ist möglich, diesen Absorptionsbehalter über einen Resto- zonumwandler an die Atmosphäre anzuschließen.
Alternativ kann der Absorptionsbehalter über einen Gastrockner an eine Ozonerzeugungsemrichtung angeschlossen sein.
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Die den Hauptmediumstrom führende Rohrleitung kann, falls erforderlich, in einen Reaktionsbehälter münden.
Desweiteren ist es möglich, zwischen diesem Reaktionsbehälter und einem stromab der Drehkolbenpumpe angeordneten Lei- tungsabshcnitt der den Hauptmediumstrom führenden Rohrleitung oder der den Teilmediumstrom führenden Zweigleitung eine Rückführleitung anzuordnen.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist dieser Reaktionsbehälter als biologische Kläranlage ausgebildet, die eine nachgeschaltete Nachaufklärungsstufe aufweist, deren oberer Abschnitt an einen Vorfluter angeschlos- sen ist und deren unterer Abschnitt in die Rohrleitung, in der die Filterkerze und die Drehkolbenpumpe angeordnet sind, einmündet .
Im folgenden wird die Erfindung an Hand von Ausführungsfor- men unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.
Es zeigen:
Figur 1 eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Einbringen von Ozon in flüssige Medien;
Figur 2 eine zweite Ausführugnsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
Figur 3 eine dritte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung; Figur 4 eine vierte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung; und
Figur 5 eine fünfte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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Eine in Figur 1 dargestellte Ausfuhrungsform einer erfin- dungsgemaßen Vorrichtung zum Einbringen von Ozon in flussige Medien dient dazu, Ozon physikalisch im Wasser zu lösen. Das im Wasser physikalisch geloste Ozon soll dann mit im Wasser vorhandenen Substanzen reagieren.
In einer Ozonerzeugungseinrichtung 1 wird aus einem Sauerstoffhaltigen Gas Ozon erzeugt. Der die Ozonerzeugungsein- richtung 1 verlassende, ozonhaltige Gasstrom wird in eine Filterkerze 2 eingeführt, die in einer Rohrleitung 3 angeordnet ist, die mit Schadstoffen befrachtetes Wasser fuhrt. Mittels der Filterkerze 2 wird Ozon feinblasig innerhalb des Schadstoffhaltigen Wassers verteilt. Die Filterkerze 2 ist porös ausgestaltet, so daß das sie beaufschlagende, aus der Ozonerzeugungseinrichtung 1 stammende Gas in feinen Gasblasen in das Schadstoffhaltige Wasser eintritt.
Stromab der Filterkerze 2 ist in der Rohrleitung 3 eine als Drehkolbenpumpe 4 ausgebildete Mehrphasenpumpe angeordnet, die für den Transport des schadstoffhaltigen und mit Ozon beaufschlagten Wassers sorgt und eine möglichst gleichmäßige und homogene Mischung zwischen dem schadstoffhaltigen Wasser und dem Ozon sicherstellt.
Die Drehkolbenpumpe 4 ist an ihren dem schadstoffbefrachteten und Ozon enthaltenden Wasser ausgesetzten Innenflachen mit Teflon oder Edelstahl 1.4571 beschichtet, bei denen es sich um ozonbestandige Werkstoffe handelt.
Die Rohrleitung 3 mundet stromab der Drehkolbenpumpe 4 in einen Reaktionsbehalter 5, in dem das im Wasser gelöste Ozon mit den im Wasser enthaltenen Schadstoffen reagieren kann.
Aus dem Reaktionsbehalter 5 tritt durch einen Austritt 6 Wasser aus, welches m einen Vorfluter eingeleitet werden kann.
Desweiteren tritt aus dem Reaktionsbehalter 5 eine Gasstromung aus, welche von einem Ventilator 7 aus dem Reaktionsbehalter 5 abgesaugt und m die Atmosphäre weitergeleitet wird. Zwischen dem Ventilator 7 und dem Reaktionsbehalter 5 ist ein Restozonumwandler 8 Form eines Katalysators od.dgl. angeordnet, dem etwaig noch der vom Ventilator 7 abgesaugten Gasstromung enthaltenes Ozon umgewandelt wird.
Bei der Ausfuhrungsform gemäß Figur 1 wird die das Ozon ent- haltende Gasstromung direkt in den durch die Rohrleitung 3 verlaufenden Hauptwasserstrom eingetragen. Hierzu ist die Filterkerze 2 vorgesehen. Die Ansaugung des Hauptwasserstroms, ein inniges Vermischen des Wassers mit der durch die Filterkerze 2 eingetragenen Gasstromung, eine Druckerhohung sowie der Transport des Wassers erfolgt mittels der Drehkolbenpumpe 4. Der Reaktionsbehalter 5 ist verzichtbar, da die dort stattfmdenen Reaktionen auch n der Rohrleitung 3 selbst ablaufen können.
Falls ein Reaktionsbehalter 5, beispielsweise in Form einer biologischen Klaranlage, vorhanden ist, ist es möglich, Uberschußschlamm aus diesem Reaktionsbehalter 5 mittels einer Ruckfuhrleitung aus dem Reaktionsbehalter 5 den die Drehkolbenpumpe 4 aufweisenden Bereich der Rohrleitung 3 einzuleiten. Dann kann die Reaktion zwischen dem Ozon und im Wasser enthaltenen Stoffen bereits im Bereich der Drehkolbenpumpe 4 und des diese aufweisenden Abschnitts der Rohrleitung 3 beginnen.
Bei der m Figur 2 dargestellten Ausfuhrungsform der erfin- dungsgemaßen Vorrichtung ist eine von der den Hauptwasserstrom fuhrenden Rohrleitung 3 abzweigende und wieder in die- se einmundende Zweigleitung 9 vorgesehen. Der Forderstrom in der Rohrleitung 3 wird mittels einer Wasserforderpumpe 10 bewerkstelligt. In der Zweigleitung 9 sind die Filterkerze 2, die an die Ozonerzeugungseinrichtung 1 angeschlossen ist, und die Drehkolbenpumpe 4 angeordnet. Wie aus Figur 2 her- vorgeht, folgt der Eintrag der das Ozon aufweisenden
Gasstromung in das zu behandelnde Wasser in dem die Zweigleitung 9 durchströmenden Wasserteilstrom, in den die das Ozon enthaltende Gasstromung mittels der Drehkolbenpumpe 4 über die Filterkerze 2 angesaugt wird. In der Zweigleitung 9 erfolgt eine Durchmischung zwischen dem die Zweigleitung 9 durchströmenden Wasserteilstrom und der angesaugten Gasstromung, wobei der Druck in Wasser und Gas erhöht wird. An derjenigen Stelle, an der die Zweigleitung 9 wieder in die Rohrleitung 3 mundet, vereinigt sich der dort das Ozon ent- haltende Teilwasserstrom wieder mit dem Hauptwasserstrom. Hinsichtlich der weiteren Vorrichtungselemente stimmen die in den Figuren 1 und 2 dargestellten Ausfuhrungsformen der erfindungsgemaßen Vorrichtung zum Einbringen von Ozon in flussige Medien weitestgehend uberein.
Die in Figur 3 dargestellte Ausfuhrungsform der erfindungs- gemaßen Vorrichtung unterscheidet sich von der Ausfuhrungsform gemäß Figur 2 dadurch, daß in der Zweigleitung 9 stromab der Drehkolbenpumpe 4 ein zylindrischer Absorptionsbehal- ter 11 angeordnet ist. Stromab des zylindrischen Absorpti- onsbehalters 11 mundet die Zweigleitung 9 in die den Hauptwasserstrom fuhrende Rohrleitung 3. Auch bei der Ausfuhrungsform gemäß Figur 3 wird die das Ozon enthaltende
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Gasstromung, die aus der Ozonerzeugungseinrichtung 1 stammt, über die Filterkerze 2 mittels der Drehkolbenpumpe 4 in den die Zweigleitung 9 durchlaufenden Teilwasserstrom angesaugt. Es erfolgt mittels der Drehkolbenpumpe 4 eine innige Durch- mischung zwischen dem Teilwasserstrom und der angesaugten Gasstromung, wobei der im Wasser und im Gas herrschende Druck erhöht wird. Im zylindrischen Absorptionsbehalter 11 findet die Absorption von Ozon im Wasser ihren Fortgang, wobei vom Wasser physikalisch nicht absorbiertes Ozon aus dem zylindrischen Absorptionsbehalter 11 in eine Verbindungsleitung 12 eintritt, die es zum Restozonumwandler 8 fuhrt, in der es in der bereits beschriebenen Weise behandelt wird, bevor es durch den Ventilator 7 der Atmosphäre zugeführt wird.
Im dargestellten Ausfuhrungsbeispiel ist innerhalb des zylindrischen Absorptionsbehalters 11 ein konzentrisches Rohr 13 vorgesehen, durch welches der Ablauf der Absorption von Ozon im Wasser unterstützt wird.
Nach dem Durchlauf durch den zylindrischen Absorptionsbehalter 11 wird der die Zweigleitung 9 durchströmende Wasserteilstrom, der stromab des zylindrischen Absorptionsbehalters 11 das absorbierte Ozon enthalt, mit dem die Rohrlei- tung 3 durchströmenden Hauptwasserstrom vereinigt, wobei dann die Reaktion zwischen dem Ozon und im Wasser enthaltenen Stoffen stattfindet.
Die in Figur 4 dargestellte Ausfuhrungsform der erfindungs- gemäßen Vorrichtung unterscheidet sich von der vorstehend an Hand von Figur 3 beschriebenen Ausfuhrungsform dadurch, daß anstelle der den zylindrischen Absorptionsbehalter 11 an den Restozonumwandler 8 anschließenden Verbindungsleitung 12 ei-
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ne Ruckfuhrleitung 14 vorgesehen ist, mittels der der zylindrische Absorptionsbehalter 11 an einen Gastrockner 15 angeschlossen ist, in dem die aus dem zylindrischen Absorptionsbehalter 11 ruckgefuhrte Gasstromung getrocknet wird. Strom- ab des Gastrockners 15 ist die Ruckfuhrleitung 4 dann mit dem Eingang 16 der Ozonerzeugungseinrichtung 1 verbunden. Hierdurch wird es möglich, den nicht absorbierten und entgasten Sauerstoff über den Gastrockner 15 erneut der Ozonerzeugungseinrichtung zuzuführen. Die übrigen Vorrichtungstei- le entsprechen hinsichtlich ihrer Funktion und Wirkung den im Zusammenhang mit den Figuren 2 und 3 beschriebenen gleichartigen Vorrichtungsteilen.
Bei der in Figur 5 dargestellten Ausführungsform der erfin- dungsgemaßen Vorrichtung ist der Reaktionsbehalter 5 als biologische Klaranlage ausgebildet. Durch einen Einlauf 17 wird Abwasser in die biologische Klaranlage 5 eingeführt. Der biologischen Klaranlage 5 ist eine Nachaufklarungsstufe 18 nachgeschaltet, durch deren Austritt 6 gereinigtes Wasser einen Vorfluter ablauft.
Aus der mit Belebtschlammbiologie betriebenen biologischen Klaranlage 5 in die Nachaufklarungsstufe 18 gelangter Schlamm gerat aus der Nachaufklarungsstufe 18 in die Rohrleitung 3, die die Nachaufklarungstufe 18 mit der biologischen Klaranlage 5 verbindet und quasi als Rucklaufleitung fungiert .
In der als Rucklaufleitung fungierenden Rohrleitung 3 sind die Filterkerze 2 und die Drehkolbenpumpe 4 angeordnet, wobei sich die Drehkolbenpumpe 4 auf der stromabwartigen Seite der Filterkerze 2 befindet. In die Filterkerze 2 wird in der bereits beschriebenen Weise eine Gasstromung eingeführt,
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welche die Ozonerzeugungseinrichtung 1 durchläuft und aus einem Sauerstofftank 19 gespeist wird.
Mittels der Drehkolbenpumpe 4 wird der Förderstrom in der als Rücklaufleitung fungierenden Rohrleitung 3 aufrecht erhalten, wobei darüber hinaus in der bereits mehrfach beschriebenen Weise die Gasströmung, die durch die Filterkerze
2 in die Rohrleitung 3 eintritt, mit der in der Rohrleitung
3 enthaltenen Wasser-/Schlammströmung vermischt wird.
Stromab der Drehkolbenpumpe 4 kann, wie durch die gestrichelten Linien angedeutet, in der Rohrleitung 3 ein zylindrischer Absorptionsbehälter 11 vorgesehen sein.