DE19509066A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Ozonbehandlung von Wasser - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Ozonbehandlung von Wasser mit Mitteln zum Einblasen eines ozonhaltigen Gases in das Wasser und mit einem sich an­ schließenden, vom Wasser durchströmten Reaktionsraum sowie ein Verfahren zur Ozonbehandlung von Wasser, wobei ein ozonhaltiges Gas in das Wasser eingeblasen und anschließend das Wasser durch einen Reaktionsraum geleitet wird.

Das Einleiten von Ozon in Wasser dient dem Oxidieren von organischen Verunreinigungen, wie Bakterien oder Viren, im Wasser, dies wird auch als Ozonisierung bezeichnet. Das zumeist in Form ozonhaltiger Luft in das Wasser eingelei­ tete Ozon löst sich im Wasser und kann dann die organi­ schen Verunreinigungen oxidieren, wobei das Ozon selbst abgebaut wird. Dieser Ablauf wird nachfolgend auch kurz als Reaktion des Ozons mit dem Wasser bezeichnet.

Aus der DE 30 11 615 A1 sind eine Vorrichtung und ein Ver­ fahren zur Ozonbehandlung von Wasser mit den eingangs ge­ nannten Merkmalen bekannt. Hierbei ist ein vertikal ver­ laufender, säulenförmiger Absorber vorgesehen, der von oben nach unten mit Wasser durchströmt wird. Das Wasser wird von einem oberen, spitz zulaufenden Ende des Absor­ bers in diesen eingeleitet. Im Bereich des oberen Endes wird zudem ein ozonhaltiges Gas eingeblasen, wobei die Gasblasen durch die Wasserströmung an das untere Ende des Absorbers befördert werden. Anschließend wird das Gas wie­ der vom Wasser separiert.

Trotz der spitzen Ausbildung des oberen Endes des Absor­ bers ist die Gefahr vorhanden, daß sich im Inneren des Ab­ sorbers ein Gaspolster bildet und der Absorber leer läuft. Zudem führen auch bei ordnungsgemäß arbeitendem Absorber die in der Wasserströmung frei driftenden Gasblasen nicht zu einer optimalen Reaktion des gasförmigen Ozons mit dem Wasser.

Die EP 0 567 951 A1 beschreibt ein Verfahren zur Behand­ lung und Wiedergewinnung von Waschabwässern aus Kraftfahr­ zeug-Betriebswerkstätten, wobei eine Oxidationsstufe, die in Form einer Ozonisierung erfolgen kann, und eine Mikro­ filtrationsstufe hintereinander geschaltet sind. Zur Ozon­ behandlung wird Ozon von einem Ozongenerator in einen Teilkreis eingeleitet. Das mit Ozon angereicherte Wasser wird einem Verteilerbehälter zugeführt und mit gefiltertem Wasser gemischt.

Aus der EP 0 352 779 B1 ist eine transportable Anordnung zur Gewinnung von Trinkwasser bekannt, bei der ein Hydro­ zyklon, eine Mikrofiltriereinrichtung, eine Einrichtung zur Umkehrosmose, ein Mischbett-Ionenaustauscher, eine Aufsalzungseinrichtung, eine Einrichtung zur Ozonisierung, ein Aktivkohlefilter und eine Einrichtung zur Depotchlo­ rung in Reihe geschaltet sind. Die Einrichtung zur Ozonbe­ handlung umfaßt eine Wasserstrahlpumpe, die ozonhaltige Luft ansaugt und so dem die Anlage durchströmenden Wasser beimischt. Der oxidative Abbau von oxidierbaren Substanzen erfolgt in einem anschließenden Reaktionsbehälter.

Die DE 38 35 938 A1 zeigt eine Anlage zur kontinuierlichen Aufbereitung von Wasser. Hierbei strömt das Wasser durch einen Rohrreaktor, in den an definierten Stellen mittels Dosierpumpen Chemikalien und Aktivkohle eingeleitet wer­ den. In einem sich anschließenden Flockenabscheider wird das Wasser von ausfallendem Schlamm getrennt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Vorrichtung und das Verfahren mit den eingangs genannten Merkmalen da­ hingehend weiterzubilden, daß eine besonders effiziente Ozonisierung von im Wasser vorhandenen Verunreinigungen und damit auch eine besonders wirksame Reinigung des Was­ sers ermöglicht wird.

Die Aufgabe wird für eine Vorrichtung zur Ozonbehandlung von Wasser mit den eingangs genannten Merkmalen erfin­ dungsgemäß dadurch gelöst, daß die Vorrichtung einen Rohr­ reaktor als Reaktionsraum umfaßt, daß im Rohrreaktor min­ destens ein Mischelement zur Erzeugung einer turbulenten Strömung angeordnet ist und daß die Vorrichtung so ausge­ bildet ist, daß die Durchflußzeit des Wassers durch den Rohrreaktor 2 bis 15 Minuten bei einer Strömungsgeschwin­ digkeit von 3 bis 0,2 m/s beträgt.

Eine wesentliche Idee der Erfindung liegt darin, daß der Reaktionsraum als ein Rohrreaktor ausgebildet ist. Auf­ grund des dementsprechend geringen Querschnitts des Reak­ tionsraums wird erreicht, daß die in das Wasser einge­ brachten, ozonhaltigen Gasblasen von der Strömung des Was­ sers mitgerissen werden, so daß die Bildung eines Gaspol­ sters im Reaktionsraum sicher verhindert wird. Folglich wird eine gute Durchmischung des Wassers mit dem Gas und damit ein schnelles Lösen des Ozons im Wasser sicherge­ stellt. Die vorgesehene Strömungsgeschwindigkeit des Was­ sers trägt dazu bei, daß eine Gaspolsterbildung zuverläs­ sig verhindert wird.

Eine vollständige Ozonisierung wird dadurch erreicht, daß die Verweilzeit des Wassers im Rohrreaktor 2 bis 15 Minu­ ten beträgt.

Die von Mischelementen erzeugte turbulente Strömung im Rohrreaktor führt zu einer Verteilung der das Ozon enthal­ tenden Gasblasen im Wasser und zu einer hervorragenden Durchmischung des Gases mit dem Wasser. So wird der beim Stand der Technik im Reaktionsraum auftretenden Bildung von zunehmend größeren Gasblasen mit einer dementsprechend insgesamt abnehmenden Gesamtoberfläche des Gases entgegen­ gewirkt. Vielmehr wird das Gas durch das Mischelement in Form sehr kleiner Bläschen im Wasser dispergiert und dem­ entsprechend ergibt sich eine optimale Reaktionsgeschwin­ digkeit des Ozons mit dem Wasser bzw. mit im Wasser vor­ handenen Verunreinigungen.

Folglich wird durch die erfindungsgemäße Lösung eine opti­ male Einwirkung des Ozons auf das Wasser erreicht und so eine verbesserte Reinigung des Wassers ermöglicht.

Eine bevorzugte Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, daß das Mischelement ein statischer Mischer ist. So wird eine einfache und kostengünstige Herstellung der Vorrich­ tung ermöglicht. Zudem ergibt sich ein quasi Verschleißfreier Betrieb der Vorrichtung.

Eine einfache und kostengünstige Herstellung wird dadurch ermöglicht, daß das Mischelement flexibel ausgebildet und in den Rohrreaktor eingeschoben ist.

Ein schnelles Lösen des Ozons im Wasser wird weiter da­ durch unterstützt, daß mehrere Mischelemente über die Län­ ge des Rohrreaktors verteilt angeordnet sind.

Ein optimaler Wirkungsgrad wird dadurch erreicht, daß sich ein oder mehrere Mischelemente im wesentlichen über die gesamte Länge des Rohrreaktors erstrecken.

Eine sehr einfache und preisgünstige Realisierung des Rohrreaktors ergibt sich dadurch, daß dieser durch einen flexiblen Schlauch gebildet ist.

Hierbei wird eine sehr kompakte Form der erfindungsgemäßen Vorrichtung dadurch ermöglicht, daß der Schlauch eine ringförmige Wicklung bildet. So sind auch große Längen bei geringem Platzbedarf einsetzbar.

In bevorzugter Ausgestaltung umfaßt die Vorrichtung eine Einrichtung zur UV-Bestrahlung des Wassers. Diese Einrich­ tung kann beispielsweise durch eine UV-Lampe gebildet sein. Die UV-Bestrahlung führt zu einem schnelleren Abbau des Ozons für eine nachfolgende Weiterbehandlung des Was­ sers.

Zum Abbau des nach der Ozonisierung noch vorhandenen Ozons ist die Einrichtung zur UV-Bestrahlung dem Rohrreaktor nachgeordnet.

Alternativ ist die Einrichtung zur UV-Bestrahlung dem Rohrreaktor so zugeordnet und dieser so ausgebildet, daß das Wasser im Rohrreaktor zumindest abschnittsweise be­ strahlbar ist. Die UV-Bestrahlung führt hierbei unter Zer­ legung des Ozons zu einer Bildung von Sauerstoffradikalen, die mit den im Wasser enthaltenen Verunreinigungen sehr schnell reagieren können, so daß deren Oxidation im Rohr­ reaktor beschleunigt abläuft.

Eine sehr effiziente Reinigung des Wassers wird dadurch erhalten, daß die Vorrichtung mindestens ein dem Rohrreak­ tor nachgeordnetes Aktivkohlefilter zur Filterung des Was­ sers umfaßt. Hierbei filtert das Aktivkohlefilter die durch das zuvor vom Ozon oxidierten Verunreinigungen aus dem Wasser heraus.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Ozonbehandlung von Was­ ser mit den eingangs genannten Merkmalen zeichnet sich da­ durch aus, daß das Wasser innerhalb von 2 bis 15 Minuten mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 3 bis 0,2 m/s durch einen Rohrreaktor als Reaktionsraum geleitet wird und daß die Gasblasen mit dem Wasser mittels eines Mischelements im Rohrreaktor verwirbelt werden. Das Durchleiten durch den Rohrreaktor verhindert die Bildung eines Gaspolsters. Durch das Verwirbeln wird das ozonhaltige Gas feinperlig im Wasser verteilt, und es ergibt sich eine wesentlich vergrößerte Grenzfläche des Gases zum Wasser, die zu einer schnelleren Absorption im Wasser und einer entsprechend schnelleren Reaktion des Ozons mit Verunreinigungen führt. So wird mit der vorgesehenen Verweilzeit des Wassers im Rohrreaktor eine quasi vollständige Oxidation der Verun­ reinigungen sichergestellt.

Das Lösen des Ozons wird zudem dadurch beschleunigt, daß das ozonhaltige Gas mit einem gegenüber dem Normaldruck erhöhten Druck in das Wasser eingeblasen wird. Hierbei wird in einer besonders einfach zu realisierenden Verfah­ rensvariante der vom Rohrreaktor erzeugte Staudruck ausge­ nutzt. Jedoch kann dem Rohrreaktor auch ein Drosselventil zur Druckerhöhung nachgeschaltet werden.

Zur Beschleunigung des Ozonabbaus wird das Wasser mit UV- Licht bestrahlt. Wenn die UV-Bestrahlung bereits im Rohr­ reaktor erfolgt, wird die Oxidation der Verunreinigungen und damit die Entkeimung des Wassers durch die Bildung freier Sauerstoffradikale beschleunigt.

Eine sehr wirksame Reinigung des Wassers durch eine Ent­ fernung der vom Ozon oxidierten Verunreinigungen wird da­ durch erreicht, daß das mit Ozon behandelte Wasser mittels eines Aktivkohlefilters gefiltert wird.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht auf eine erfindungsge­ mäße Vorrichtung mit ihren wesentlichen Komponenten;

Fig. 2 eine Seitenansicht der teilweise im Schnitt dargestellten Vorrichtung nach Fig. 1;

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht eines auf­ geschnittenen Abschnitts eines Rohrre­ aktors der Vorrichtung nach Fig. 1 und

Fig. 4 ein Blockschaltbild der Vorrichtung nach Fig. 1.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung 10 zur Ozonbehandlung von Wasser umfaßt als wesentliche Komponenten Ozongenera­ toren 12, einen Rohrreaktor 14, Einrichtungen 16 zur UV- Bestrahlung, Aktivkohlefilter 18 sowie einen Schaltschrank 20 zur Steuerung der Vorrichtung 10. Wie den Fig. 1 und 2 zu entnehmen ist, sind die Komponenten in einem gestellar­ tigen Gehäuse 22 angeordnet, das als ein Modul ausgebildet ist, welches mit andere Behandlungs- oder Reinigungsstufen enthaltenden Modulen über einheitliche Anschlüsse zur Bil­ dung einer bedarfsgerechten Wasserreinigungsanlage kombi­ nierbar ist.

Der Rohrreaktor 14 ist durch einen flexiblen Schlauch aus transparentem Kunststoff gebildet, der ringförmig gewic­ kelt und von nicht dargestellten Haltemitteln in seiner Form gehalten ist. Seine Länge beträgt beim Ausführungs­ beispiel ungefähr 100 m.

Wie in Fig. 3 dargestellt, ist in dem Rohrreaktor 14 we­ nigstens ein Mischelement 26 angeordnet, das bei der dar­ gestellten Ausführungsform als ein statischer Mischer mit einer Vielzahl von gegeneinander verschränkten Leitflächen ausgebildet ist. Das Mischelement 26 ist flexibel ausge­ bildet und in den Rohrreaktor 14 eingesteckt. Es kann ge­ gebenenfalls fest mit dem Rohrreaktor 14 verbunden sein, um ein Verschieben durch die Wasserströmung zu verhindern. Beim Ausführungsbeispiel ist das Mischelement 26 aus rost­ freiem Edelstahl hergestellt.

Fig. 4 zeigt, wie die genannten Komponenten der Vorrich­ tung 10 und weitere Bauteile miteinander verbunden sind. Die Vorrichtung 10 weist einen Einlaß 28 für zu behandeln­ des Wasser auf, an den eine Pumpe 30 angeschlossen ist. Diese fördert das Wasser über ein Ventil 32 und einen Men­ genmesser 34 durch einen Injektor 36 zum Eingang des Rohr­ reaktors 14.

Der Injektor 36 ist mit seinem Gaseintritt an die Ausgänge der Ozongeneratoren 12 angeschlossen und bildet zusammen mit diesen Mittel 38 zum Einblasen von Ozon in das Wasser. Hierzu saugen die Ozongeneratoren 12 über einen Lufteinlaß 40 Luft an, die in den Ozongeneratoren 12 teilweise in Ozon umgewandelt und anschließend mit Hilfe des Injektors 36 in das zu behandelnde Wasser eingeblasen, also blasen­ förmig eingebracht wird.

Eine im Schaltschrank 20 untergebrachte Steuerung steuert mit Hilfe des Mengenmessers 34 und des Ventils 32 den Was­ serstrom so, daß das Wasser mit einer je nach Verschmut­ zung des Wassers vorgebbaren Strömungsgeschwindigkeit von 0,2 bis 0,5 m/s durch den Rohrreaktor 14 fließt, wobei sich eine Verweilzeit des Wassers im Rohrreaktor 14 von 8 bis 3 Minuten ergibt. Innerhalb dieser Zeit werden oxi­ dierbare Verunreinigungen des Wassers durch das Ozon voll­ ständig oxidiert.

Durch das im Inneren des Rohrreaktors 14 angeordnete Mischelement 26 erfolgt eine Verwirbelung der vom Injektor 36 in den Wasserstrom eingebrachten Luftblasen, so daß die ozonhaltige Luft feinperlig im Wasser verteilt wird. Dies führt aufgrund der großen Grenzfläche Gas/Wasser zu einem sehr schnellen Lösen des Ozons im Wasser und so zu einer schnellen Oxidation von im Wasser vorhandenen, organischen Verunreinigungen, wie Viren oder Bakterien, durch das sich aufspaltende Ozon.

Nach Verlassen des Rohrreaktors 14 wird das Wasser einer UV-Bestrahlung durch eine der Einrichtungen 16 ausgesetzt. Hierbei wird das Wasser durch einen entsprechend UV-durch­ lässig ausgebildeten Rohrabschnitt geleitet, der von zuge­ ordneten UV-Lampen beleuchtet ist. So wird im Wasser ver­ bliebenes, noch nicht zerlegtes Ozon aufgespalten.

Anschließend wird das Wasser einem Gasabscheider 42 zur Entlüftung des Wassers zugeführt. Die abgeschiedene, noch Reste von Ozon enthaltende Luft wird wieder den Ozongene­ ratoren 12 zur Rezyklisierung zugeleitet.

Nach dem Entlüften des Wassers durch den Gasabscheider 42 wird das Wasser durch zwei Aktivkohle enthaltende, in Rei­ he geschaltete Filter 18 geleitet, wodurch insbesondere die vom Ozon oxidierten Verunreinigungen des Wassers her­ ausgefiltert werden.

Um Trinkwasserqualität erreichen zu können, wird das ge­ filterte Wasser anschließend einer nochmaligen UV-Bestrah­ lung mittels einer nachgeschalteten Einrichtung 16 unter­ zogen. So werden noch vorhandene Reste von Ozon aufgespal­ ten, und das Wasser wird vollständig von Ozon befreit.

Schließlich verläßt das mit Ozon behandelte und gereinigte Wasser in Trinkwasserqualität die Vorrichtung 10 über ei­ nen Auslaß 44.

Eine weiter verbesserte Reinigung des Wassers wird dadurch erzielt, daß der Vorrichtung 10 eine Stufe zur Mikrofil­ trierung des Wassers vorgeschaltet und die Vorrichtung ge­ gebenenfalls mit einer Reinigung durch Umkehrosmose kombi­ niert wird. Eine solche Kombination wird dadurch sehr er­ leichtert, daß die Vorrichtung 10 als ein Modul ausgebil­ det ist, das bei standardisierter Größe des Gehäuses 22 mit allen notwendigen Einrichtungen zur Steuerung und Energieversorgung versehen ist. So sind zur Herstellung einer Reinigungsanlage mit zusätzlichen Reinigungsstufen lediglich der Wassereinlaß 28 und der Wasserauslaß 44 an­ zuschließen und eine Stromversorgung der Vorrichtung 10 herzustellen.

Claims (15)

1. Vorrichtung zur Ozonbehandlung von Wasser mit Mitteln zum Einblasen eines ozonhaltigen Gases in das Wasser und mit einem sich anschließenden, vom Wasser durch­ strömten Reaktionsraum, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (10) einen Rohrreaktor (14) als Reaktionsraum umfaßt, daß im Rohrreaktor (14) minde­ stens ein Mischelement (26) zur Erzeugung einer tur­ bulenten Strömung angeordnet ist und daß die Vorrich­ tung (10) so ausgebildet ist, daß die Durchflußzeit des Wassers durch den Rohrreaktor (14) 2 bis 15 Minu­ ten bei einer Strömungsgeschwindigkeit von 3 bis 0,2 m/s beträgt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Mischelement (26) ein statischer Mischer ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Mischelement (26) flexibel ausgebildet und in den Rohrreaktor (14) eingeschoben ist.

4. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Mischelemente (26) über die Länge des Rohrreaktors (14) verteilt angeordnet sind.

5. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich ein oder mehrere Mischelemente (26) im wesentlichen über die gesamte Länge des Rohrreaktors (14) erstrecken.

6. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohrreaktor (14) durch einen flexiblen Schlauch gebildet ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlauch eine ringförmige Wicklung bildet.

8. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (10) eine Einrichtung (16) zur UV-Bestrahlung des Wassers um­ faßt.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (16) zur UV-Bestrahlung dem Rohr­ reaktor (14) nachgeordnet ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (16) zur UV-Bestrahlung so dem Rohrreaktor (14) zugeordnet und dieser so ausgebildet ist, daß das Wasser im Rohrreaktor (14) zumindest ab­ schnittsweise bestrahlbar ist.

11. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (10) min­ destens ein dem Rohrreaktor (14) nachgeordnetes Ak­ tivkohlefilter (18) zur Filterung des Wassers umfaßt.

12. Verfahren zur Ozonbehandlung von Wasser, wobei ein ozonhaltiges Gas in das Wasser eingeblasen und an­ schließend das Wasser durch einen Reaktionsraum ge­ leitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Wasser innerhalb von 2 bis 15 Minuten mit ei­ ner Strömungsgeschwindigkeit von 3 bis 0,2 m/s durch einen Rohrreaktor (14) als Reaktionsraum geleitet wird und daß die Gasblasen mit dem Wasser mittels ei­ nes Mischelements (26) im Rohrreaktor (14) verwirbelt werden.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das ozonhaltige Gas mit einem gegenüber dem Nor­ maldruck erhöhten Druck in das Wasser eingeblasen wird.

14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das mit dem ozonhaltigen Gas versetzte Wasser mit UV-Licht bestrahlt wird.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Wasser nach Verlassen des Rohrreaktors (14) mittels eines Aktivkohlefilters (18) gefiltert wird.