AT522765B1 - Reaktor zur Abwasserbehandlung - Google Patents

Abstract

Reaktor (1) zur Abwasserbehandlung mit einer Reaktorkammer (2) für eine flüssige Phase des Abwassers. In der Reaktorkammer (2) sind Elektroden (5) und zumindest eine Ozoneinleitung (3) vorgesehen. In der Reaktorkammer (2) ist ein Bläschenerzeuger (4) angeordnet, welcher das eingeleitete Ozon bläschenförmig zerstreut und mit der flüssigen Phase des Abwassers turbulent vermischt.

Description

Beschreibung

REAKTOR ZUR ABWASSERBEHANDLUNG

[0001] Die gegenständliche Offenbarung betrifft einen Reaktor zur Abwasserbehandlung mit einer Reaktorkammer für eine flüssige Phase des Abwassers, wobei in der Reaktorkammer Elektroden und zumindest eine Ozoneinleitung vorgesehen sind und wobei in der Reaktorkammer ein Bläschenerzeuger angeordnet ist, welcher das eingeleitete ozonhaltige Gas bläschenförmig zerstreut und mit der flüssigen Phase des Abwassers turbulent vermischt.

[0002] Weiters betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Behandlung von Abwasser in einem Reaktor, wobei in eine flüssige Phase des Abwassers ozonhaltiges Gas eingeleitet wird, wobei das Abwasser mit Elektroden elektrolytisch behandelt wird und wobei das Ozon bläschenförmig zerstreut und mit der flüssigen Phase des Abwassers turbulent vermischt wird.

[0003] Industrielle Abwässer können sehr stark organisch und anorganisch belastet sein, sodass vor einer Einleitung in eine Kläranlage eine Vorbehandlung erforderlich ist. Als ein Messwert für die Belastung des Abwassers wird üblicherweise der CSB-Wert (chemischer sauerstoffbedarf) und der BSB-Wert (Biochemischer Sauerstoffbedarf) verwendet. Beispielsweise kann eine Kläranlage für Abwässer ausgelegt sein, deren CSB-Wert unter 300 oder unter 50 liegt. Manche Industriebetriebe, zum Beispiel Deponien, sind jedoch mit Abwässern konfrontiert, deren CSB-Wert bei 1000 oder darüber liegt.

[0004] Daher ist eine Vorbehandlung erforderlich, um solche Abwässer auf den für die Kläranlage erforderlichen Wert zu bringen. Dazu ist es bekannt, das Abwasser mit Ozon zu behandeln, um ein breites Spektrum an Schadstoffen zu oxidieren. Weiters ist es bekannt, die Ozonbehandlung mit einer Elektrolyse zu kombinieren, bei der lange Moleküle aufgespaltet werden, um sie für das Ozon oxidierbar zu machen.

[0005] CN 106006924 A offenbart einen Reaktor zur Behandlung von Abwasser mit Ozon, wobei das mit Ozon angereicherte Abwasser über eine Anordnung von Anoden- und Kathodenplatten geleitet wird.

[0006] CN 104326531 A offenbart einen kombinierten Wasserbehandlungsreaktor für Ozon, Elektrochemie und Oxidation.

[0007] CN 106830457 A offenbart einen Reaktor zur Behandlung von Abwasser mit Ozon und durch Elektrolyse.

[0008] CN 201296697 Y offenbart eine integrierte Ozon- / elektrochemische Aufbereitungsanlage für organisches Abwasser. Die Vorrichtung umfasst eine Gleichstromquelle, einen in einem Thermostatwassertank angeordneten Reaktor, eine Belüftungseinrichtung, die mit einem Ozongenerator verbunden ist und am Boden des Reaktors angeordnet ist und eine Anode und eine Kathode, die mit der Gleichstromquelle verbunden sind und im Reaktor angeordnet sind.

[0009] JP 2014095108 A offenbart einen Reaktor und ein Verfahren zur Abwasserbehandlung, wobei in das Abwasser Ozon eingeleitet wird und wobei das Abwasser mit Elektroden elektrolytisch behandelt wird. Das Ozon wird mit einem Bläschenerzeuger bläschenförmig zerstreut und in die flüssige Phase des Abwassers eingebracht.

[0010] Die Kosten der für solch eine Behandlung erforderlichen Anlagen und der Wartungsaufwand sind jedoch sehr hoch. Auch muss unverbrauchtes Ozon, das nicht in die Umwelt gelangen darf, nach der Behandlung in einem Ozonvernichter zerstört werden. Zur Herstellung der Elektroden müssen knappe und teure Materialien, wie etwa Platin, Titan, Ruthenium oder Metalle aus der Gruppe der seltenen Erden verwendet werden. Im Betrieb setzt sich verbrauchtes Elektrodenmaterial im Klärschlamm ab, was ein zusätzliches Entsorgungsproblem schafft.

[0011] Die gegenständliche Offenbarung hat das Ziel, Vorrichtungen und Verfahren bereitzustellen, die die Behandlung von Abwässern verbessert und die oben beschriebenen Nachteile vermeidet.

[0012] In einem ersten Aspekt werden diese und weitere Ziele durch einen Reaktor der eingangs genannten Art gelöst, bei dem eine obere Öffnung der Reaktorkammer in eine Schaumsteigeinrichtung für eine Schaumphase des Abwassers münden, wobei durch einen Schaumzerstörer eine Schaumgrenze für die Schaumphase definiert ist. Dies macht sich die Tatsache zunutze, dass in der Schaumphase etwa zehn Mal mehr CSB-Stoffe enthalten sind, als in der flüssigen Phase. In der Schaumsteigeinrichtung bildet sich eine Schaumsäule, die im unteren Bereich einem (sehr feuchten) Kugelschaum entspricht, Darüber bildet sich Polyederschaum mit einem TS>70%, wodurch eine hohe Kontaktzeit mit dem Ozon erreicht wird. Im obersten Bereich, der Schaumkrone, sammelt sich anfänglich alter, brauner Schaum, in dem Feststoffe (z.B. Mikroplastik) gebunden ist. Dieser kann dann gesondert ausgetragen werden. Da die Elektroden von einer innigen Mischung aus Abwasser und feinen ozonhaltigen Gasbläschen umspült werden, verhalten sie sich praktisch inert. Dadurch kann ein sehr kostengünstiges Material für die Elektroden verwendet werden.

[0013] Als „ozonhaltiges Gas“ wird im Zusammenhang mit der gegenständlichen Offenbarung ein Gas bezeichnet, das einen bestimmten Anteil Ozon (Os) enthält. Je nach Art der Ozonquelle kann der Ozonanteil beispielsweise zwischen 3% und 100% betragen. Als kostengünstige Ozonquelle kann beispielsweise der in der Umgebungsluft enthaltene Sauerstoff mit Sauerstoffkonzentratoren beispielsweise auf einen Anteil von 93-95% angereichert werden.

[0014] Dieses hochprozentig mit Sauerstoff angereicherte Gas wird dann in einen Ozongenerator geleitet, in dem beispielsweise mittels Koronaentladung Sauerstoffmoleküle in Ozonmoleküle umgewandelt werden (3xO>» => 2xOs). Wenn das sauerstoffhaltige Gas in den Ozongenerator strömt, kann der Wirkungsgrad der Ozonerzeugung über die Hochspannungsleistung (zwischen etwa 3 % und 100 %) eingestellt werden. Bei 100%iger Leistungseinstellung des Ozongenerators wird beispielsweise bei herkömmlichen Ozongeneratoren von dem ca. 95% Sauerstoff ca. 15% Ozon erzeugt. Dies ergibt ein Verhältnis von etwa 80% Sauerstoff, 15% Ozon und 5% Argon/Restgase, was einem Wirkungsgrad von etwa 15% entspricht. Bei einer 30%igen Leistungseinstellung des Ozongenerators wird beispielsweise aus den ca. 95% Sauerstoff ca. 5% Ozon erzeugt. Dies ergibt ein Verhältnis von etwa 90% Sauerstoff, 5 % Ozon und 5% Argon/Restgase (Wirkungsgrad ca. 5%). Somit kann der Wirkungsgrad derartiger Anlagen auf bis zu etwa 15% eingestellt werden, was für zahlreiche Anlagen einen ausreichend ökonomischen Betrieb erlaubt. Bei großen Anlagen kann die Ozonerzeugung mit tiefgekühltem, flüssig angeliefertem Sauerstoff erfolgen, wodurch sich der Wirkungsgrad verbessern lässt.

[0015] In vorteilhafter Weise kann der Reaktor eine in Richtung des aufsteigenden Schaums nach dem Schaumzerstörer angeordnete Austragleitung aufweisen, welche zu einem Abtrennbehälter führt. Dies erleichtert die Austragung von Feststoffen, die sich in der Schaumkrone sammeln. Der Schaumzerstörer kann beispielsweise in Form eines wasserfesten Ventilators ausgebildet sein. Bei Abschaltung des Schaumzerstörers wird dieser vom Schaum „überflutet“ und der Schaum, inklusive Feststoffen, wird über die Austragleitung in den Abtrennbehälter ausgetragen.

[0016] In vorteilhafter Weise kann der Reaktor eine in Richtung des aufsteigenden Schaums nach dem Schaumzerstörer angeordnete Restgasableitung für unverbrauchtes Ozon aufweisen. Anfänglich wird das eingebrachte Ozon im Schaum im Wesentlichen vollständig verbraucht. Erst wenn sich die Menge des neu gebildeten Schaums reduziert und der Schaum Weiß wird, werden erhebliche Mengen an Ozon in die Restgasableitung abgeleitet und können einer Wiederverwertung (gegebenenfalls auch einem Ozonvernichter) zugeführt werden.

[0017] Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann die Restgasableitung zu einem Vorstufenreaktor geführt sein, in welchem das unverbrauchte Ozon weiterverwendet wird. Dadurch kann das gesamte Ozon im Wesentlichen vollständig aufgebraucht werden.

[0018] In vorteilhafter Weise können die Elektroden zumindest im Wesentlichen aus Graphit bestehen. Es entsteht lediglich ein unproblematischer CO»-Austrag. Das verbrauchte Elektrodenmaterial entweicht gasförmig und hinterlässt keinen Schlamm. Das verbrauchte Graphit wird in CO, CO2 oder Ether (COC) gewandelt. Ether löst dabei einerseits nicht wasserlösliche Stoffe und verbessert den Prozess der Abwasserbehandlung, andererseits macht er das Graphit der Elekt-

roden inert.

[0019] In einer vorteilhaften Ausführungsform kann der Bläschenerzeuger eine rotierbare dreidimensionale Turbolatorstruktur, vorzugsweise in Form eines Gitterrades aufweisen. Durch die Form und Größe der Turbolatorstruktur sowie deren Rotationsgeschwindigkeit lässt sich die Größe der Ozonbläschen und damit die Schaumbildung beeinflussen. Die Turbolatorstruktur kann beispielsweise in einem 3D-Druckverfahren hergestellt werden, wobei sich eine vorteilhafte Struktur mit nahezu beliebiger Form schaffen lässt. Indem die Einleitung des Ozons unmittelbar in die Turbolatorstruktur erfolgt, können sehr feine Bläschen erzeugt werden und diese werden mit dem Abwasser sehr homogen vermischt, wodurch die Effektivität der Anlage erheblich gesteigert werden kann.

[0020] In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann der Reaktor eine Dosiereinrichtung für Hilfsstoffe, wie etwa Oxidationshelfer, Stoffe zur Einstellung des pH-Werts und/oder Neutralisierungsmittel, aufweisen. Die Hilfsstoffe können beispielsweise direkt in die Reaktorkammer 0der in einem oberen Bereich der Schaumsäule direkt in den Schaum eingebracht werden, wo sie eine vorteilhafte Wirkung entfalten. Beispielsweise bewirkt ein Zusatz von etwa 0,2 Vol.-% H2O>2 einen schnelleren Schaumabbau und eine Reduktion des CSBs durch eine gesteigerte OH-Bildung.

[0021] In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann eine Messeinrichtung zur Ermittlung eines Redox-Wertes und/oder eines pH-Wertes und/oder einer Leitfähigkeit des Abwassers vorgesehen sein. Dadurch kann die Regelung der Abbauleistung anhand der gemessenen Werte überwacht werden.

[0022] In einem weiteren Aspekt betrifft die gegenständliche Offenbarung eine Reaktoranordnung mit einem Hauptreaktor und einem Vorstufenreaktor, wobei der Hauptreaktor und/oder der Vorstufenreaktor ein Reaktor gemäß einer der hierin offenbarten Ausführungsformen ist und wobei eine Restgasableitung von dem Hauptreaktor zu dem Vorstufenreaktor geführt ist. Dadurch ist es möglich, das Ozon vollständig für die Abwasserreinigung zu nutzen, ohne überschüssiges Ozon vernichten zu müssen.

[0023] In einem weiteren Aspekt betrifft die gegenständliche Offenbarung ein Verfahren zur Behandlung von Abwasser in einem Reaktor, wobei in eine flüssige Phase des Abwassers Ozon eingeleitet wird und wobei das Abwasser mit Elektroden elektrolytisch behandelt wird. Das Ozon wird bläschenförmig zerstreut und mit der flüssigen Phase des Abwassers turbulent vermischt. Eine entstehende Schaumphase des Abwassers wird in eine Schaumsteigeinrichtung als Schaumsäule aufsteigen gelassen, wobei durch einen Schaumzerstörer eine Schaumgrenze definiert wird. Das Verfahren erlaubt auf sehr effiziente Weise eine Entfärbung, eine Entschäumung, einen Abbau von Pharmarückständen und weitgehend persistenten Chemikalien, eine Wiederherstellung der Oberflächenspannung und eine schnellere und wirkungsvollere Reaktion als dies bei bekannten Verfahren der Fall ist. Die Abowasserbehandlung erfolgt im Wesentlichen ohne chemische Rückstände oder sonst zu entsorgende Stoffe, wobei gleichzeitig auch eine Desinfektion des Abwassers erfolgt. Die Schaumsäule verbessert die Wirkung des Ozons. Durch den bewirkten Abbau des Schaums erhält das behandelte Abwasser eine Oberflächenspannung, die dem von Frischwasser entspricht. Das Verfahren kann somit auch zur Schaumreduzierung bzw. Schaumvernichtung eingesetzt werden.

[0024] In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann zumindest zeitweise der Schaumzerstörer deaktiviert werden, um eine Schaumkrone über die Schaumgrenze steigen zu lassen und in einen Abtrennbehälter abzuleiten. Dadurch lassen sich Feststoffe, die sich in einer Schaumkrone absetzen, auf einfache Weise ableiten und es lassen sich teure und aufwändige Trennverfahren, wie etwa Nanofiltration, Umkehrosmose oder eine Verwendung von Aktivkohle vermeiden.

[0025] In vorteilhafter Weise kann zumindest ein Hilfsstoff in die Reaktorkammer und/oder die Schaumsteigeinrichtung eingeleitet werden. Dadurch kann der Abbauprozess von Schadstoffen, beispielsweise durch eine Zugabe von Oxidationshelfern, beschleunigt werden.

[0026] Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann unverbrauchtes Ozon über ein Restgasableitung gesammelt und einem Vorstufenreaktor zugeführt werden. Dadurch ist eine vollständige Verwertung des Ozons möglich.

[0027] In vorteilhafter Weise kann ein Redox-Wert und/oder ein pH-Wert und/oder eine Leitfähigkeit des Abwassers gemessen werden. Anhand des einfach messbaren Redox-Werts lässt sich beispielsweise auf den CSB-Wert schließen. Anhand der Messwerte lässt sich das Erreichen eines geforderten Erfolgs überwachen.

[0028] Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform können die Elektroden intervallweise umgepolt werden. Dadurch kann eine Selbstreinigung der Elektroden von Kalk und Ablagerungen erfolgen. Die Intervalle können beispielsweise regelmäßig sein und einige Minuten, beispielsweise etwa 3 oder 5 Minuten betragen.

[0029] Die gegenständliche Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren 1 bis 4 näher erläutert, die beispielhaft, schematisch und nicht einschränkend vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung zeigen. Dabei zeigt

[0030] Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Reaktors gemäß einer ersten Ausführungsform,

[0031] Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Reaktors gemäß einer zweiten Ausführungsform.

[0032] Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Reaktoranordnung mit zwei kombinierten Reaktoren und

[0033] Fig. 4 eine schaubildliche Darstellung eines Bläschenerzeugers mit einer Turbolatorstruktur.

[0034] Der in Fig. 1 schematisch dargestellte Reaktor 1 umfasst eine Reaktorkammer 2, in der sich das zu behandelnde Abwasser befindet. Im unteren Bereich der Reaktorkammer 2 ist eine Ozoneinleitung 3 angeordnet, mit dem Ozongas von einer Ozonquelle 15 in das Abwasser eingebracht wird. Die Ozoneinleitung 3 mündet in einen Bläschenerzeuger 4, der den Ozonstrom mit dem Abwasser vermengt und in feine Bläschen verteilt. Es hat sich herausgestellt, dass ein feinporiger Einlasskörper, wie er etwa in Aquarien für die Lufteinleitung verwendet wird, als Bläschenerzeuger 4 für die Abwasseraufbereitung nicht optimal ist. Einerseits kann die Anzahl und Größe der erzeugten Bläschen nur unzureichend variiert werden, andererseits ist es für die Wirkungsentfaltung des Ozons vorteilhaft, wenn die Bläschen in einer turbulenten Weise mit dem Abwasser vermengt werden und nicht nur im Wesentlichen geradlinig von unten nach oben strömen. Als Bläschenerzeuger 4 kann daher vorzugsweise ein mechanisch angetriebener Turbolator 9 verwendet werden, wie er etwa in Fig. 4 beispielhaft dargestellt und weiter unten detailliert beschrieben ist.

[0035] Vorzugsweise oberhalb des Bläschenerzeugers 4 ist eine Anordnung mit mehreren Elektroden 5 vorgesehen, wobei die Elektroden 5 beispielsweise Platten aus Graphit umfassen können, die vertikal parallel zueinander angeordnet sind und eine wechselnde Abfolge an Anoden und Kathoden ausbilden. Die Elektroden 5 sind so in der Reaktorkammer 2 angeordnet, dass sie von der flüssigen Phase des Abwassers umspült werden. Die Anspeisung der Elektroden ist in der vereinfachten Darstellung der Fig. 1 der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt, die Auswahl und Umsetzung geeigneter Elektroden liegt jedoch bei Kenntnis der hierin offenbarten Lehren im Können des Durchschnittsftachmanns.

[0036] Die Elektroden 5 werden ständig von den im Abwasser verteilten Ozonbläschen umströmt, wodurch sie praktisch inert werden. Dies erlaubt die Verwendung kostengünstiger Elektroden aus Graphit, anstelle der bislang verwendeten teuren Materialien. Die Elektroden spalten lange Moleküle auf und machen sie für das Ozon oxidierbar.

[0037] Durch die intensive und turbulente Einmischung des Ozongases in die flüssige Phase des Abwassers und die damit einhergehende Bläschenerzeugung bilden sich an der Oberfläche des Abwassers erhebliche Schaummengen. Der Schaum, der sich über der flüssigen Phase des Ab-

wassers bildet, wird im Zusammenhang mit der gegenständlichen Offenbarung auch als Schaumphase des Abwassers bezeichnet. Das im Schaum eingeschlossene Ozongas kann darin eine besonders starke Wirkung erzielen, da der Anteil an oxidierbaren Schmutzstoffen (der beispielsweise durch den CSB-Wert repräsentiert wird) im Schaum deutlich höher ist, als im Abwasser. Um diese Wirkung effizienter nutzen zu können ist oberhalb der Reaktorkammer 2 eine Schaumsteigeinrichtung 7 angeordnet, in welche der Schaum aus der Reaktorkammer 2 über eine Offnung 6 nach oben steigt und eine Schaumsäule ausbildet. Die Schaumsteigeinrichtung 7 kann beispielsweise als Steigrohr ausgebildet sein. In einem oberen Bereich der Schaumsteigeinrichtung 7 ist ein Schaumzerstörer 8 angeordnet, der dem Schaum eine obere Grenze setzt. Der Schaumzerstörer 8 kann beispielsweise als mechanischer Schaumzerstörer ausgebildet sein, etwa in Form rotierender Blätter („Ventilator“). Es können jedoch auch Schaumzerstörer anderer Art verwendet werden, die im Stand der Technik bekannt sind.

[0038] Am Anfang der Behandlung, bildet sich üblicher Weise aufgrund der im Abwasser vorhandenen Schadstoffe sehr schnell eine sehr feste Schaumsäule aus, wobei im unteren Bereich der Schaumsäule Kugelschaum vorherrscht und sich darüber Polyederschaum ausbildet. Da anfänglich zahlreiche oxidierbare Substanzen im Abwasser vorhanden sind, wird das Ozon in der Schaumsäule im Wesentlichen vollständig aufgebraucht. Erst mit fortschreiten des Prozesses, wenn der Schaum reiner und weißer wird, tritt Ozon oben aus dem Schaum aus. Dieses Ozon kann über eine Restgasableitung 14 aufgefangen und abgeleitet werden.

[0039] Um die Abbauvorgänge zu beschleunigen, können über eine Dosiereinrichtung 10 Hilfsstoffe direkt in die Schaumsäule eingeleitet werden. Beispielsweise kann H;O»> in geringen Mengen (z.B. etwa 0,1 bis 0,5 Vol.-%) eingebracht werden. H;O» wirkt nicht nur schaumreduzierend, sondern verbessert auch die Reduktionsvorgänge durch eine gesteigerte Bildung von OH. Zu weiteren Beispielen von Hilfsstoffen zählen Flockungsmittel, Koagulanten, biochemische Produkte, Reinigungskonzentrate zur Entfernung von Ablagerungen, etc.

[0040] Von der Reaktorkamme 2 zweigt ein Bypass 17 ab, an dem unter anderem die Dosiereinrichtung 10 angeordnet ist. Der Bypass 17 umfasst eine Kreislaufpumpe 18, mit der Abwasser in einem Kreislauf aus der Reaktorkammer 2 über den Bypass 17 geleitet und in einem Bereich oberhalb der Reaktorkammer 2 in die Schaumphase des Abwassers eingebracht wird. Am Bypass 17 kann auch ein Probenfläschchen 23 zur Entnahme von Proben und zur optischen Kontrolle des Abwassers vorgesehen sein. Am Bypass 17 kann auch eine Ableitung für die Entleerung des Abwassers angeordnet sein. Gegebenenfalls kann das behandelte Abwasser bei der Entleerung über einen Filter (z.B. 10 um) geleitet werden, um es von allfälligen Kalkspuren oder Sedimenten zu reinigen, die bei der Ozon-Oxidation entstehen können. Dadurch kann ein optisch klares behandeltes Abwasser erhalten werden.

[0041] In der Reaktorkammer 2 oder im Bypass zur Reaktorkammer 2 ist eine Messeinrichtung 13 angeordnet, über die beispielsweise ein Redox-Wert, ein pH-Wert, eine Leitfähigkeit des Abwassers und/oder andere relevante Parameter gemessen werden. Uber die gemessenen Werte kann das Fortschreiten des Prozesses bzw. die Abbauleistung beobachtet und ermittelt werden. Beispielsweise kann das Verfahren durchgeführt werden, bis ein RedoxWert unterhalb eines Grenzwerts, z.B. 800 mV, erreicht wurde. Eine ausreichende Leitfähigkeit ist insbesondere für die Elektrolyse erforderlich, da sonst die Verlustleistung zu hoch wird und sich das Abwasser unnötig stark erwärmt. Bei einer zu geringen Leitfähigkeit kann beispielsweise über die Dosiereinrichtung 10 eine Salzlösung zudosiert werden. In vielen Fällen ist dies jedoch nicht erforderlich, da die meisten verschmutzten Abwässer ohnehin einen hohen Salzgehalt haben, womit eine ausreichende Leitfähigkeit gegeben ist.

[0042] Das ausreichend gereinigte Abwasser wird dann aus dem Reaktor abgelassen und zur weiteren Behandlung, beispielsweise in eine Kläranlage eingeleitet.

[0043] Fig. 2 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Reaktors 1. Dieser weist, wie schon der in Fig. 1 dargestellte Reaktor, eine Reaktorkammer 2 mit einer Ozoneinleitung 3, einem Bläschenerzeuger 4 und Elektroden 5 auf. Uber der Reaktorkammer ist wiederum eine Schaumsteigeinrichtung 7 angeordnet, in der eine Schaumsäule aufsteigen kann. Eine detaillierte Beschrei-

bung von Merkmalen, die bereits unter Bezugnahme auf Fig. 1 dargelegt wurden, wird aus Gründen der Ubersichtlichkeit verzichtet.

[0044] Bei dem in Fig. 2 dargestellten Reaktor ist der Schaumzerstörer 8 nicht direkt in dem vertikalen Abschnitt der Schaumsteigeinrichtung 7 angeordnet, sondern in einer daran anschlieBenden Austragleitung 11. Der Schaumzerstörer 8 ist dabei in einem absteigenden Teil der Austragleitung 11 angeordnet, sodass die Bestandteile des zerstörten Schaums nicht in die Schaumsäule zurückfließen, sondern an einem anderen Ende der Austragleitung 11 in einen Abtrennbehälter 12 abfließen. Dadurch können Feststoffe, wie etwa Mikroplastik, die sich in der Schaumkrone sammeln, aus dem Abwasser entfernt und in dem Abtrennbehälter 12 gesammelt werden. Flüssiges Material im Abtrennbehälter 12 kann gefiltert und über eine Rückführpumpe 16 in den Reaktorkammer 2 zurückgeführt werden, wobei die Einleitung beispielsweise oberhalb der Reaktorkammer 2 direkt in die Schaumsäule erfolgen kann.

[0045] Die beiden in Zusammenhang mit Fig. 1 und Fig. 2 beschriebenen Reaktoren können in vorteilhafter Weise zu einer Reaktoranordnung kombiniert werden, die in Fig. 3 beispielhaft dargestellt ist.

[0046] Fig. 3 zeigt einen Hauptreaktor 1‘, der im Wesentlichen der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform entspricht, und einen Vorstufenreaktor 1“, der im Wesentlichen der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform entspricht. Das unverbrauchte Ozon, das in dem Hauptstufenreaktor 1‘ über die Restgasableitung 14 ausströmt, wird zur Ozoneinleitung 3 des Vorstufenreaktors 1“ geleitet und dort wiederverwertet. Der Vorstufenreaktor 1“ ist mit dem Rohabwasser gefüllt und wird durch das „Restozon“ des Hauptreaktors 1° vorbehandelt. Dabei werden Feststoffe aus dem Abwasser entfernt und im Abtrennbehälter 12 gesammelt. Aufgrund der hohen Schadstoffkonzentration im unbehandelten Rohabwasser wird das Restozon im Vorstufenreaktor 1‘ vollständig verbraucht. Eine Ableitung und Zerstörung von überschüssigem Ozon ist daher nicht erforderlich.

[0047] Nach einer abgeschlossenen Behandlung wird das behandelte Abwasser aus der Reaktorkammer 2 des Hauptreaktors 1‘ abgepumpt. Dann wird die Reaktorkammer 2 des Hauptreaktors 1° mit dem vorbehandelten Abwasser aus der Reaktorkammer 2 des Vorstufenreaktors 1“ befüllt und die Reaktorkammer 2 des Vorstufenreaktors 1“ wird mit einer neuen Charge an Rohabwasser befüllt. Dann wird die nächste Behandlung gestartet.

[0048] Fig. 4 zeigt eine Ausführungsform eines Bläschenerzeugers 4 mit einer Turbolatorstruktur 9. Die Turbolatorstruktur 9 kann beispielsweise als dreidimensionales Gitterrad ausgeführt sein, welches über einen Motor 19 rotierend angetrieben wird. Die Turbolatorstruktur 9 ist innerhalb eines Gehäuses 20 einer Kammer angeordnet, die einen mittigen Fluideinlass 21 aufweist. Am Fluideinlass ist eine Ozoneinleitung 3 angeordnet, die über eine entsprechende Leitung mit einer Ozonquelle verbunden ist.

[0049] Der Bläschenerzeuger 4 ist in der Art einer Tauchpumpe in der flüssigen Phase des Abwassers angeordnet. Die Rotation der Turbolatorstruktur 9 bewirkt dabei einen Pumpeneffekt, wobei Abwasser über den Fluideinlass 21 angesaugt und über einen Fluidauslass 22 wieder in die Reaktorkammer 2 abgegeben wird. Aufgrund des von der Strömung erzeugten Unterdrucks im Fluideinlass 21 wird auch das Ozongas über die Ozonleitung 3 angesaugt und gelangt mit dem Abwasser in den Bereich der rotierenden Turbolatorstruktur 9. Dabei erzeugt die rotierende Turbolatorstruktur feine Bläschen des Ozongases, die im Abwasser fein verteilt werden. Durch diese Art der Beimischung des Ozongases kann in der flüssigen Phase des Abwassers im Reaktorbehälter 2 eine sehr homogene und gleichmäßige Verteilung des Ozongases erreicht werden.

[0050] Über den Ansaugdruck des Bläschenerzeugers 4 wird das Ozongas vom entstehenden Unterdruck angesaugt, sodass ein aktives „Einpumpen“ des Ozongases nicht erforderlich ist. Be einer eventuellen Undichtheit wird dabei ein unkontrollierter Austritt von Ozongas verhindert. Die Höhe des Unterdrucks (und damit die Ansaugleistung) kann auf einfache Weise gemessen und überwacht werden. Der Bläschenerzeuger 4 mit dem Motor 19, der Turbolatorstruktur 9 und dem Gehäuse 20 mit dem Fluideinlass 21, der Ozoneinleitung 3 und dem Fluidauslass 22 bilden eine Mischpumpe aus, mit der das Abwasser aus der Reaktorkammer 2 mit dem über die Ozoneinlei-

tung 3 eingeleiteten Ozongas turbulent vermischt wird.

[0051] Im Zusammenhang mit der gegenständlichen Offenbarung ist zu beachten, dass die Löslichkeit von Ozon in Wasser mit steigender Temperatur abnimmt und sich mit steigendem Druck erhöht. Die Halbwertszeit von Ozon in reinem Wasser beträgt ca. 20 Minuten bevor es wieder zu Sauerstoff zerfällt. Je verschmutzter das Abwasser ist, desto kürzer ist die Halbwertszeit wegen der hohen Reaktivität von Ozon. Um die Kontaktzeit und Reaktionswahrscheinlichkeit zu erhöhen wurde bislang das Ozon/Sauerstoff Gemisch am Boden einer hohen Wassersäule eingeleitet, was durch den hohen Gegendruck mit hohem Energieaufwand verbunden ist. Gemäß den Lehren der gegenständlichen Offenbarung funktioniert das Einleiten des Ozons auch mit einer niedrigen Wasservorlage und dadurch deutlich energiesparender.

[0052] Die Menge des Abwassers im inneren der Reaktorkammer 2 übersteigt die Menge des Abwassers, das gerade von der Kreislaufpumpe 18 über den Bypass 17 geleitet wird und beträgt üblicherweise ein deutliches Vielfaches der Kreislaufpumpenwassermenge. Das bedeutet, dass im Verhältnis zur Aowassermenge ein sehr hoher Ozongasanteil zugemischt werden kann. Da das Volumen der Reaktorkammer 2 durch die Pumpenwirkung des Bläschenerzeugers 4 vielfach turbulent umgewälzt wird, steht dem Abwasser immer ausreichend Ozon zur Verfügung, sodass die Ozonlöslichkeit und die Geschwindigkeit des Ozonabbaus kaum mehr begrenzendend wirken. Der Erfinder hat in Versuchen festgestellt, dass bei einem Reaktor bzw. einer Reaktoranordnung gemäß der gegenständlichen Offenbarung bis etwa 40°C Abwassertemperatur kaum eine Beeinträchtigung der Funktionalität erkennbar ist. Der hohe Ozongasanteil im Abwasser ist durch eine milchige Farbe des Abwassers, die durch die vielen kleinen Gasblasen verursacht wird, optisch erkennbar.

[0053] Im inneren der geschlossenen Mischpumpe (d.h. im Inneren des Gehäuses 20) steigt der Wasserdruck etwas an, wodurch die Löslichkeit des Ozons und - durch das hohe Angebot an Ozon - die Reaktivität des Ozons stark erhöht ist. Die spezifisch geringen Energiekosten bleiben bei Behandlung großer Abwassermengen durch angepasste Reaktorgrundfläche erhalten. Der gegenständliche Reaktor weist dadurch eine gute Skalierbarkeit auf. Die gegenständlichen Lehren lassen sich somit sowohl für kleine Anlagen, als auch für großindustrielle Anlagen vorteilhaft ausnutzen.

[0054] In der Beschreibung und den Ansprüchen bedeutet die Ausdrücke „im Wesentlichen“ oder „etwa“, sofern nichts anderes an Ort und Stelle angegeben ist, eine Abweichung von bis zu 10 % des angegebenen Wertes, wenn es physikalisch möglich ist, sowohl nach unten als auch nach oben, ansonsten nur in die sinnvolle Richtung, bei Gradangaben (Winkel und Temperatur) sind damit + 10° gemeint.

[0055] Die in den einzelnen Ausgestaltungen und Beispielen angegebenen einzelnen Merkmale und Varianten können (sofern nicht an Ort und Stelle etwas anderes ausgeführt ist) mit denen anderer Beispiele und Ausgestaltungen frei kombiniert und insbesondere zur Kennzeichnung der Erfindung in den Ansprüchen ohne zwangsläufige Mitnahme der anderen Details der jeweiligen Ausgestaltung bzw. des jeweiligen Beispiels verwendet werden.

BEZUGSZEICHEN:

Reaktor 1 Hauptreaktor 1‘ Vorstufenreaktor 1“ Reaktorkammer 2 Ozoneinleitung 3 Bläschenerzeuger 4 Elektroden 5 Öffnung 6 Schaumsteigeinrichtung 7 Schaumzerstörer 8 Turbolatorstruktur 9 Dosiereinrichtung 10 Austragleitung 11 Abtrennbehälter 12 Messeinrichtung 13 Restgasableitung 14 Ozonquelle 15 Rückführpumpe 16 Bypass 17 Kreislaufpumpe 18 Motor 19

Gehäuse 20 Fluideinlass 21 Fluidauslass 22 Probenfläschchen 23

Claims (15)

Patentansprüche

1. Reaktor (1) zur Abwasserbehandlung mit einer Reaktorkammer (2) für eine flüssige Phase des Abwassers, wobei in der Reaktorkammer (2) Elektroden (5) und zumindest eine Ozoneinleitung (3) vorgesehen sind und wobei in der Reaktorkammer (2) ein Bläschenerzeuger (4) angeordnet ist, welcher das eingeleitete Ozon bläschenförmig zerstreut und mit der flüssigen Phase des Abwassers turbulent vermischt, dadurch gekennzeichnet, dass eine obere Öffnung (6) der Reaktorkammer (2) in eine Schaumsteigeinrichtung (7) für eine Schaumphase des Abwassers mündet, wobei durch einen Schaumzerstörer (8) eine Schaumgrenze für die Schaumphase definiert ist.

2. Reaktor (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Reaktor (1) eine in Richtung des aufsteigenden Schaumes nach dem Schaumzerstörer (8) angeordnete Austragleitung (11) aufweist, welche zu einem Abtrennbehälter (12) führt.

3. Reaktor (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Reaktor (1) eine in Richtung des aufsteigenden Schaums nach dem Schaumzerstörer (8) angeordnete Restgasableitung (14) für unverbrauchtes Ozon aufweist.

4. Reaktor (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Restgasableitung (14) zu einem Vorstufenreaktor (1“) geführt ist, in welchem das unverbrauchte Ozon weiterverwendet wird.

5. Reaktor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden (5) zumindest im Wesentlichen aus Graphit bestehen.

6. Reaktor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Bläschenerzeuger (4) eine rotierbare dreidimensionale Turbolatorstruktur (9), vorzugsweise in Form eines Gitterrades, aufweist.

7. Reaktor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Reaktor (1) eine Dosiereinrichtung (10) für Hilfsstoffe, wie etwa Oxidationshelfer, Stoffe zur Einstellung des pH-Werts und/oder Neutralisierungsmittel, aufweist.

8. Reaktor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Messeinrichtung (13) zur Ermittlung eines Redox-Wertes und/oder eines pH-Wertes und/oder einer Leitfähigkeit des Abwassers vorgesehen ist.

9. Reaktoranordnung mit einem Hauptreaktor (1°) und einem Vorstufenreaktor (1“), wobei der Hauptreaktor (1°) und/oder der Vorstufenreaktor (1°) ein Reaktor (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 ist und wobei eine Restgasableitung (14) von dem Hauptreaktor (1°) zu dem Vorstufenreaktor (1‘°) geführt ist.

10. Verfahren zur Behandlung von Abwasser in einem Reaktor (1), wobei in eine flüssige Phase des Abwassers Ozon eingeleitet wird, wobei das Abwasser mit Elektroden (5) elektrolytisch behandelt wird und wobei das Ozon bläschenförmig zerstreut und mit der flüssigen Phase des Abwassers turbulent vermischt wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine entstehende Schaumphase des Abwassers in einer Schaumsteigeinrichtung (7) als Schaumsäule aufsteigen gelassen wird, wobei durch einen Schaumzerstörer (8) eine Schaumgrenze definiert wird.

11. Verfahren nach, Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zeitweise der Schaumzerstörer (8) deaktiviert wird, um eine Schaumkrone über die Schaumgrenze steigen zu lassen und in einen Abtrennbehälter (12) abzuleiten.

12. Verfahren nach, einem der Ansprüche 10 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Hilfsstoff in die Reaktorkammer (2) und/oder die Schaumsteigeinrichtung (7) eingeleitet wird.

13. Verfahren nach, einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass unverbrauchtes Ozon über ein Restgasableitung (14) gesammelt und einem Vorstufenreaktor (1“‘) zugeführt wird.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein RedoxWert und/oder ein pH-Wert und/oder eine Leitfähigkeit des Abwassers gemessen wird.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden (5) intervallweise umgepolt werden.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen