DE69325251T2 - Verfahren und Vorrichtung zur optimalen Ozonisierung von, für den menschlichen Verbrauch, bestimmtem Wasser - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zur optimalen Ozonisierung von, für den menschlichen Verbrauch, bestimmtem WasserInfo
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Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren und einen verbesserten Reaktor zur Sicherstellung der Optimierung der Ozonisierung von Wasser, das insbesondere für den menschlichen Verbrauch bestimmt ist.
- Gegenwärtig wird das Ozonisierungsverfahren zur Desinfektion von Wasser mittels zweier Kontaktbehälter oder -gefäße durchgeführt, die in Reihe geschaltet sind. Dabei besteht die Aufgabe des ersten Kontaktbehälters darin, auf den chemischen Ozonbedarf des Wassers zu reagieren und am Eingang des zweiten Kontaktbehälters einen festgelegten Ozongehalt (C) von beispielsweise 0,4 mg/l herzustellen. Die Aufgabe des zweiten Kontaktbehälters besteht darin, den am Eingang hergestellten Ozongehalt während eines Zeitraums (T) aufrechtzuerhalten, der zum Erhalten der Bedingungen für die Desinfektion notwendig ist, die man durchführen möchte (C · T = erforderlicher Wert).
- Durch neuere Untersuchungen, die zur Wirkung des Ozons als Oxidationsmittel durchgeführt wurden, sind zwei Wirkungen des Ozons nachgewiesen worden: die direkte und die radikalische Oxidation. Darüber kann man sich im französischen Zusatzpatent 8817134 (2640957) informieren. Außerdem konnte durch moderne Analysemethoden die Oxidationskinetik untersucht und zwei Arten der Reaktionskinetik nachgewiesen werden: schnelle Reaktionen, die mit kurzen Reaktionszeiten, gemessen in Sekunden, ablaufen, und langsame Reaktionen, die in langen Reaktionszeiten, gemessen in Minuten, ablaufen.
- Es ist bekannt, daß die radikalische Wirkung durch Zusatz eines Verstärkers für die Bildung von OH-Radikalen, beispielsweise von Wasserstoffperoxid und Ultraviolettstrahlung (ein als "Perozone" bezeichnetes Verfahren, das von Societes Lyonnaise des Eaux Dumez und Degremont entwickelt und in die Praxis überführt wurde), intensiviert werden kann. Im allgemeinen wird das Wasserstoffperoxid entweder am Kopf der zwei Kontaktbehälter oder an einer zwischen den beiden Behältern befindlichen Stelle zugegeben.
- Eine solche Betriebsweise hat den Nachteil, daß das Wasserstoffperoxid mit dem Ozon des Wassers reagiert, wodurch dieses verschwindet. Deshalb ist es unmöglich, die Ozonmenge, die zu erzeugen und jeweils in die zwei Kontaktbehälter einzuleiten ist, zu regeln, da diese Regelung auf herkömmliche Weise durch Messung des Ozons im Wasser durchgeführt wird, wobei gleichzeitig die Schwankungen des zu behandelnden Durchsatzes und der Qualität des aufzubereitenden Wassers berücksichtigt werden.
- In FR-A-2 563 208 ist ein Verfahren zur Aufbereitung von Wasser durch Ozon beschrieben, gemäß welchem zu dem Zeitpunkt, zu dem die oxidierende Wirkung des Ozons auf die im zu behandelnden Wasser vorhandenen organischen Stoffe ihr Maximum erreicht hat und im Wasser nur noch schwierig zu oxidierende Stoffe übriggeblieben sind, eine Wasserstoffperoxidlösung zum ozonisierten Wasser zugegeben wird, bevor man mit der Behandlung durch Ozon fortfährt. In diesem Dokument des Standes der Technik ist nur eine Regelung des Peroxiddurchsatzes nach dem Durchsatz des aufzubereitenden Wassers vorgesehen, indem eine Dosierpumpe und ein Durchflußmesser eingesetzt werden.
- In dem Artikel "L'ozonation dans la production d'eau potable" von M. M. Bourbigot, S. 33-37, Nr. 72, März 1983 "L'eau, l'industrie, les nuisances" wird ein Ozonisierungsverfahren für die Desinfektion von Trinkwasser beschrieben, in dem zwei Kontaktkolonnen verwendet werden, welche das Wasser nacheinander durchströmt. Es ist ein verstärkter Abbau der Mikroverschmutzung vorgesehen, indem die radikalischen Reaktionen durch kombinierte Oxidationsvorgänge wie Ozonisierung unter Zusatz von Wasserstoffperoxid begünstigt werden.
- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Zuleitung von Ozon in Abhängigkeit von obengenannten Parametern zu optimieren, indem die Nachteile der obengenannten Lösungen des Standes der Technik behoben werden.
- Deshalb hat die Erfindung ein Verfahren zur optimierten Ozonisierung von Wasser, das für den menschlichen Verbrauch bestimmt ist, zum Gegenstand, in welchem die direkte Oxidationswirkung des Ozons von dessen radikalischer Oxidationswirkung ergänzt wird und das dadurch gekennzeichnet ist, daß es die aufeinanderfolgenden Stufen
- a) das aufzubereitende Wasser in einem ersten Kontaktbehälter der direkten und schnellen Oxidationswirkung des Ozons zu unterwerfen, das in diesem Behälter mit der zu behandelnden Flüssigkeit in Berührung gebracht wird,
- b) Regeln der in Stufe a) einzuleitenden Ozonmenge, indem die für die Desinfektion in der zu behandelnden Flüssigkeit erforderliche Restkonzentration an Ozon gemessen wird,
- c) Desinfektion der von Stufe a) kommenden Flüssigkeit, indem in einen zweiten Kontaktbehälter, der die vom ersten Behälter kommende Flüssigkeit aufnimmt, die Ozonmenge eingeleitet wird, welche in der zu behandelnden Flüssigkeit zur Aufrechterhaltung der für die Desinfektion erforderlichen Restkonzentration an Ozon notwendig ist,
- d) Regelung der in Stufe c) einzuleitenden Ozonmenge, welche durch Messung des Restozons am Ausgang des zweiten Behälters erfolgt, wobei die Kontaktzeit darin so festgelegt wird, daß das Produkt mit dem Restozongehalt C · T den erforderlichen Wert annimmt,
- e) Einleiten, außer dem Ozon, einer Wasserstoffperoxidmenge, um die Menge an OH-Radikalen zu vergrößern, welche für die Reaktion mit den Schadstoffen zur Verfügung steht, die durch Oxidation entfernt werden sollen, in einen dritten Kontaktbehälter, der die zu behandelnde Flüssigkeit aufnimmt, welche vom zweiten Behälter kommt,
- f) Regelung der in den dritten Behälter einzuleitenden Ozonmenge proportional zum Durchsatz der zu behandelnden Flüssigkeit und Regelung der einzuleitenden Wasserstoffperoxidmenge, die ebenfalls von der zu behandelnden Flüssigkeit abhängig ist, wobei die Regelung derart erfolgt, daß ein vorgegebener Wert des Wasserstoffperoxid/Ozon-Masseverhältnisses aufrechterhalten wird, und
- g) Ableiten des aufbereiteten Wassers aus dem dritten Behälter
- umfaßt.
- Die Erfindung ist auch auf einen Reaktor zur Durchführung des zuvor definierten Verfahrens gerichtet.
- Dieser Reaktor ist dadurch gekennzeichnet, daß er in Reihe geschaltet
- - einen ersten Kontaktbehälter, der das aufzubereitende Wasser aufnimmt und Mittel zum Einleiten des Ozons in die zu behandelnde Flüssigkeit, ein Regelungssystem für die Einstellung der Ozonmenge, die in den ersten Behälter eingeleitet werden soll, und einen Meßwertaufnehmer enthält, der am Ausgang des ersten Behälters angeordnet ist, um die für die Desinfektion in der zu behandelnden Flüssigkeit erforderliche Restkonzentration an Ozon zu messen,
- - einen zweiten Kontaktbehälter, der Mittel, um in die vom ersten Behälter kommende Flüssigkeit die zur Desinfektion dieser Flüssigkeit erforderliche Ozonmenge einzuleiten, ein Regelungssystem für die in den zweiten Behälter einzuleitende Ozonmenge und einen Meßwertaufnehmer enthält, der am Ausgang dieses Behälters die Restmenge an Ozon mißt, und
- - einen dritten Kontaktbehälter, der Mittel, um gleichzeitig Ozon und Wasserstoffperoxid in die vom zweiten Behälter kommende Flüssigkeit einzuleiten, ein erstes Regelungssystem für die einzuleitende Ozonmenge sowie einen Meßwertaufnehmer, der den Durchsatz der zu behandelnden Flüssigkeit mißt, wobei vom ersten Regelungssystem die einzuleitende Ozonmenge in Abhängigkeit von diesem Durchsatz eingestellt wird, und ein zweites Regelungssystem für die einzuleitende Wasserstoffperoxidmenge enthält, wobei das zweite Regelungssystem vom Meßwertaufnehmer gesteuert wird,
- umfaßt.
- Erfindungsgemäß kann jeder der Kontaktbehälter oder ein beliebiger davon Unterteilungsmittel wie insbesondere Umlenkbleche und Prallbleche enthalten, deren Anzahl und Anordnung derart gewählt werden, daß sie die Herausbildung einer Pfropfenströmung durch den betreffenden Behälter ermöglichen.
- Weitere erfindungsgemäße Merkmale und Vorteile werden an Hand der folgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die im Anhang befindliche Zeichnung erläutert, deren einzige Figur eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäß ausgeführten Reaktors ist.
- Wie weiter oben beschrieben, umfaßt ein erfindungsgemäßer Reaktor zur Ozonisierung von Wasser, das für den menschlichen Verbrauch bestimmt ist, drei in Reihe geschaltete Kontaktbehälter oder -türme 1, 2 und 3.
- Der erste Kontaktbehälter 1 ist für die schnelle, direkte Oxidationswirkung des Ozons vorgesehen, wobei das Ziel dieser ersten Zone darin besteht, auf den momentanen chemischen Ozonbedarf des zu behandelnden Wassers zu reagieren. Dabei wird das aufzubereitende Wasser von einer Rohrleitung 4, auf welche ein Zählsystem 5 geschaltet ist, mittels dessen der Durchfluß geregelt wird, zu diesem Behälter 1 geliefert.
- In diesen ersten Behälter wird das Ozon durch eine Leitung 6 geleitet, wobei diese Ozoneinleitung entweder in Form eines Gasgemischs oder in Form einer konzentrierten Ozonlösung realisiert werden kann. Die Dauer, welche das zu behandelnde Wasser und das Ozon in dem ersten Behälter miteinander in Kontakt gebracht werden, wird im wesentlichen von der Hydraulik des in Kontakt gebrachten Systems bestimmt, wobei diese Kontaktzeit von einigen Sekunden bis zwei Minuten reichen kann. Die Konzentration (C) des Ozons in der zu behandelnden Flüssigkeit erreicht am Ausgang des ersten Behälters den für die Desinfektion erforderlichen festgelegten Wert.
- Der erste Behälter enthält ein Regelungssystem 8, das die Einstellung der Ozonmenge ermöglicht, welche dem ersten Behälter 1 zuzuführen ist, wobei diese Regelung ausgehend von der Messung der Konzentration des Ozons mittels eines Meßwertaufnehmers 7 erfolgt.
- Die zweite Kontaktzone 2 stellt die Desinfektion der Flüssigkeit sicher. Diese Kontaktzone nimmt die vom ersten Behälter 1 kommende, zu behandelnde Flüssigkeit auf, wobei die Ozonkonzentration der zu behandelnden Flüssigkeit den für ihre Desinfektion festgelegten Wert aufweist, wie zuvor festgestellt. Die Ozonmenge, welche in diesen zweiten Behälter durch eine Leitung 9 in Form eines Gasgemischs oder eines konzentrierten Ozongemischs eingeleitet wird, wird so festgelegt, daß in der zu behandelnden Flüssigkeit die für eine gute Desinfektion des Wassers erforderliche Ozonkonzentration (C) aufrechterhalten wird. Der zweite Kontaktbehälter 2 enthält ein Regelungssystem 11 für die Ozonmenge, welche ihm zugeführt werden soll. Die Regelung erfolgt ausgehend von der mittels eines Meßwertaufnehmers 10 durchgeführten Ozonmessung am Ausgang dieses Behälters 2. Die Zeit (T) des Kontakts der zu behandelnder Flüssigkeit mit dem Ozon wird so festgelegt, daß man ein Produkt (C) · (T) erhält, das dem gewünschten Ziel entspricht.
- Der dritte Kontaktbehälter 3, der eine Zuleitung für Wasserstoffperoxid enthält, stellt die radikalische Wirkung des Ozons sicher. Die Kontaktzeit dieses Behälters wird in Abhängigkeit von den zu beseitigenden Schadstoffen festgelegt, wobei gleichzeitig deren Charakter und Konzentration und das gewünschte Ergebnis berücksichtigt werden. Diese Zone enthält eine Zuleitung 12 für Ozon in einer Menge, die von denselben Faktoren abhängt. Auf dieselbe Weise wie in den vorhergehenden Behältern kann das Ozon entweder in Form eines Gasgemischs oder in Form einer konzentrierten Ozonlösung eingeleitet werden. Die Ozonmenge wird proportional zum zu behandelnden Durchsatz eingeleitet. Der Behälter 3 enthält deshalb ein Regelungssystem 13, das diese eingeleitet Ozonmenge in Abhängigkeit von der Messung des Durchsatzes der zu behandelnden Flüssigkeit 4, die durch das Zählsystem 5 erhalten wird, einstellt.
- Das Wasserstoffperoxid wird über eine Leitung 14 in den Behälter 3 eingeleitet, wobei es die so zugeführte Wasserstoffperoxidmenge ermöglicht, die Menge an OH- Radikalen zu vergrössern, welche für die Reaktion mit den zu oxidierenden Schadstoffen zur Verfügung steht. Durch die Reaktion des Wasserstoffperoxids mit dem Ozon im Behälter 3 wird die Ozonkonzentration auf einen solchen Wert verringert, daß die Regelung des eingeleiteten Ozons nach Maßgabe des gemessenen Gehalts unrealistisch und wenig zuverlässig ist. Deshalb und erfindungsgemäß wird die durch die Leitung 14 in den Behälter 3 eingeleitete Wasserstoffperoxidmenge proportional zum behandelten Durchsatz geregelt. Der Behälter enthält daher ein Regelungssystem 15, das durch die Messung des Durchsatzes des zu behandelnden Wassers gesteuert wird, wobei diese Messung ausgehend vom Meßwertaufnehmer 5 erhalten wird. Die Regelung der so eingeleiteten Peroxidmenge erfolgt derart, daß das Wasserstoffperoxid/Ozon- Masseverhältnis zu jedem Zeitpunkt auf einem vorher vom Labor festgelegten Wert gehalten wird.
- Das aufbereitete Wasser wird durch 16 aus dem dritten Behälter 3 abgeleitet. Dieses Wasser ist vollständig desinfiziert und enthält nur noch eine Wasserstoffperoxidkonzentration, die niedriger als die von den gesetzlichen Vorschriften geforderte ist.
- Erfindungsgemäß kann jeder der Kontaktbehälter 1, 2, 3 (oder ein beliebiger davon) Unterteilungssysteme wie Umlenkbleche und Prallbleche 17 oder gleichwertige enthalten, deren Anzahl und Anordnung derart gewählt werden, daß eine Pfropfenströmung durch den betreffenden Behälter erhalten wird.
Claims (4)
1. Verfahren zur optimierten Ozonisierung von Wasser, das für den menschlichen
Verbrauch bestimmt ist, in welchem die direkte Oxidationswirkung des Ozons
von dessen radikalischer Oxidationswirkung ergänzt wird, dadurch
gekennzeichnet, daß es die aufeinanderfolgenden Stufen
a) das aufzubereitende Wasser in einem ersten Kontaktbehälter (1) der
direkten und schnellen Oxidationswirkung des Ozons zu unterwerfen, das
in diesem Behälter mit der zu behandelnden Flüssigkeit in Berührung
gebracht wird,
b) Regeln der in Stufe a) einzuleitenden Ozonmenge, indem die für die
Desinfektion in der zu behandelnden Flüssigkeit erforderliche
Restkonzentration an Ozon gemessen wird,
c) Desinfektion der von Stufe a) kommenden Flüssigkeit, indem in einen
zweiten Kontaktbehälter (2), der die vom ersten Behälter kommende
Flüssigkeit aufnimmt, die Ozonmenge eingeleitet wird, welche in der zu
behandelnden Flüssigkeit zur Aufrechterhaltung der für die Desinfektion
erforderlichen Restkonzentration an Ozon notwendig ist,
d) Regelung der in Stufe c) einzuleitenden Ozonmenge, welche durch Messung
des Restozons am Ausgang des zweiten Behälters erfolgt, wobei die
Kontaktzeit darin so festgelegt wird, daß das Produkt mit dem
Restozongehalt C · T den erforderlichen Wert annimmt,
e) Einleiten, außer dem Ozon, einer Wasserstoffperoxidmenge, um die Menge
an OH-Radikalen zu vergrößern, welche für die Reaktion mit den
Schadstoffen zur Verfügung steht, die durch Oxidation entfernt werden
sollen, in einen dritten Kontaktbehälter (3), der die zu behandelnde
Flüssigkeit aufnimmt, welche vom zweiten Behälter kommt,
f) Regelung der in den dritten Behälter einzuleitenden Ozonmenge
proportional zum Durchsatz der zu behandelnden Flüssigkeit und
Regelung der einzuleitenden Wasserstoffperoxidmenge, die ebenfalls von
der zu behandelnden Flüssigkeit abhängig ist, wobei die Regelung derart
erfolgt, daß ein vorgegebener Wert des Wasserstoffperoxid/Ozon-
Masseverhältnisses aufrechterhalten wird, und
g) Ableiten des aufbereiteten Wassers aus dem dritten Behälter
umfaßt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ozon in den
verschiedenen Stufen a), c) und e) entweder in Form eines Gasgemischs oder
in Form konzentrierter Ozonlösungen eingeleitet wird.
3. Reaktor zur optimierten Ozonisierung von Wasser, das für den menschlichen
Verbrauch bestimmt ist, in welchem ein Verfahren nach einem der
vorhergehenden Ansprüche durchgeführt wird, dadurch gekennzeichnet,
daß er in Reihe geschaltet
- einen ersten Kontaktbehälter (1), der das aufzubereitende Wasser aufnimmt
und Mittel zum Einleiten des Ozons in die zu behandelnde Flüssigkeit (4),
ein Regelungssystem (8) für die Einstellung der Ozonmenge, die in den
ersten Behälter eingeleitet werden soll, und einen Meßwertaufnehmer (7)
enthält, der am Ausgang des ersten Behälters angeordnet ist, um die für die
Desinfektion in der zu behandelnden Flüssigkeit erforderliche
Restkonzentration an Ozon zu messen,
- einen zweiten Kontaktbehälter (2), der Mittel, um in die vom ersten Behälter
kommende Flüssigkeit die zur Desinfektion dieser Flüssigkeit erforderliche
Ozonmenge einzuleiten, ein Regelungssystem (11) für die in den zweiten
Behälter einzuleitende Ozonmenge und einen Meßwertaufnehmer (10)
enthält, der am Ausgang dieses Behälters (2) die Restmenge an Ozon mißt,
und
- einen dritten Kontaktbehälter (3), der Mittel, um gleichzeitig Ozon und
Wasserstoffperoxid in die vom zweiten Behälter kommende Flüssigkeit
einzuleiten, ein erstes Regelungssystem (13) für die einzuleitende
Ozonmenge sowie einen Meßwertaufnehmer (5), der den Durchsatz der zu
behandelnden Flüssigkeit (4) mißt, wobei vom ersten Regelungssystem (13)
die einzuleitende Ozonmenge in Abhängigkeit von diesem Durchsatz
eingestellt wird, und ein zweites Regelungssystem (15) für die einzuleitende
Wasserstoffperoxidmenge enthält, wobei das zweite Regelungssystem vom
Meßwertaufnehmer (5) gesteuert wird,
umfaßt.
4. Reaktor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeder oder ein
beliebiger der Kontaktbehälter (1, 2, 3) Unterteilungsmittel (17) wie
insbesondere Umlenkbleche und Prallbleche enthält, deren Anzahl und
Anordnung derart gewählt werden, daß sie die Herausbildung einer
Pfropfenströmung durch den betreffenden Behälter ermöglichen.
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