DE19830132A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Behandeln von Flüssigkeit und dafür geeignete Energiezufuhreinrichtung - Google Patents

Abstract

Beschrieben sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Behandeln von Flüssigkeit. Dabei wird Flüssigkeit in einen Reaktionsbehälter (10) eingeleitet und steigt in einer ersten Kammer (12) des Reaktionsbehälters (10) auf. Die Flüssigkeit wird aus der ersten Kammer (12) abwärts an einer Außenwand (40) der ersten Kammer (12) in einem dünnen Film in eine zweite Kammer (14) geleitet. In einer dritten Kammer (16) wird der Flüssigkeit über eine Energiezufuhreinrichtung (30) Energie zum Erhöhen der inneren Energie der Flüssigkeit zugeführt. Die behandelte Flüssigkeit wird aus dem Reaktionsbehälter (10) ausgeleitet. Die Energiezufuhreinrichtung umfaßt einen Ultraschalleistungswandler, bei dem sich zwischen einem topfförmigen Gehäuseteil (78) und einer Hülse (80) eine Piezokeramikscheibe (82) über eine elastische Dichtung (84) abstützt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Behandeln von Flüssigkeit und eine dafür geeignete Energiezu­ fuhreinrichtung.

Aus dem Stand der Technik sind Verfahren bekannt, mittels wel­ chen Flüssigkeiten, insbesondere Flüssigkeiten mit gelösten Stoffen oder nicht gelösten Feststoffanteilen oder in der Flüssigkeit dispergierten Fluiden, behandelt werden, um sie anschließend herkömmlichen Industrieanlagen zur Verwendung in einem Produktionsprozeß zuzuführen oder um sie in in der Pra­ xis eingesetzte biologische Kläranlagen einzuleiten.

Weiter sind Abwasserbehandlungsverfahren bekannt, um Abwässer zu entmineralisieren oder zu entkeimen. Die so behandelten Ab­ wässer werden beispielsweise als Brauchwasser für industrielle Zwecke eingesetzt oder zur Bewässerung in Gärtnereien für Hy­ drokulturen verwendet.

Diese Verfahren erfordern jedoch einen sehr hohen apparativen und regelungstechnischen Aufwand und verursachen deshalb hohe Investitionskosten.

Eines dieser bekannten Verfahren betrifft das Entwässern und Trocknen und anschließende Verbrennen von Klärschlamm oder auch von Fäkalien. Dazu werden die Fäkalien, beispielsweise Schweinegülle, in größeren Lagereinrichtungen gesammelt, in welchen die Fäkalien mit biologischen Mitteln so behandelt werden, daß die Fäkalien eingedickt und durch biologische Prozesse abgebaut werden.

Eine weitere Verwendung für die in bäuerlichen Großbetrieben in größeren Mengen anfallenden Fäkalien ist, die Fäkalien auf landwirtschaftliche Nutzflächen wie Getreidefelder od. dgl. als Dünger auszubringen.

Nachteilig ist dabei jedoch, daß bei dem Ausbringen der Fäka­ lien auf die landwirtschaftlichen Nutzflächen eine starke Ge­ ruchsbelästigung der Umgebung auftritt und daß darüber hinaus in den Fäkalien enthaltene Keime und Bakterien in den Boden und das Grundwasser gelangen. Bei den aus dem Stand der Tech­ nik bekannten Verfahren zum Ausbreiten oder Entsorgen von Fä­ kalien ist ein großer Platzbedarf für die Ausbreitungs- oder Entsorgungsanlagen erforderlich, und die dabei ablaufenden Wiederaufbereitungsprozesse benötigen lange Prozeßzeiten sowie kostenintensive Einsatzstoffe.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Vorrich­ tung und ein Verfahren zum Behandeln von Flüssigkeit zur Ver­ fügung zu stellen, mittels welchen sich Flüssigkeit auf ko­ stengünstige Art und Weise und mit geringem Platzbedarf behan­ deln läßt. Außerdem soll eine insbesondere dafür geeignete Energiezufuhreinrichtung angegeben werden.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die Schritte und Merk­ male gelöst, die in den Ansprüchen 1 bzw. 4 und 31 angegeben sind.

Das erfindungsgemäße Verfahren sieht vor, die zu behandelnde Flüssigkeit in eine erste Kammer und dann abwärts an einer Au­ ßenwand der ersten Kammer in einem dünnen Film in eine zweite Kammer zu leiten. Damit kann eine Entgasung der zu behandeln­ den Flüssigkeit in dünner Schicht erfolgen. Dabei ist von Vor­ teil, daß ein hoher Wirkungsgrad erreicht wird und die Entga­ sung in dünnem Film eine kostengünstige Art der Entgasung dar­ stellt, da der zu behandelnden Flüssigkeit keine mechanische Energie zugeführt werden muß wie bei aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren, welche zur Entgasung mechanische Rührein­ richtungen verwenden.

Durch die erfindungsgemäße Ausstattung der Vorrichtung mit we­ nigsten drei in Reihe in einem Reaktionsbehälter angeordneten Kammern wird ein geringer Platzbedarf bei einem hohen Durch­ satz erreicht. Der Reaktionsbehälter kann somit in vorteilhaf­ ter Weise für bestimmte Einsatzzwecke und Durchsatzmengen mo­ bil ausgeführt werden, indem der Reaktionsbehälter auf einen PKW-Anhänger oder ähnl. montiert wird und somit von einem Ein­ satzort zum nächsten verfahrbar ist.

Weiter ist von Vorteil, daß die Vorrichtung zum Trennen von nicht mischbaren Flüssigkeiten aufgrund von Dichteunterschie­ den der Flüssigkeiten eingesetzt werden kann. Ebenso ist die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Trennen von Flüssigkeiten, welche mit nicht gelösten Feststoffen versetzt sind, geeignet.

Die zu behandelnde Flüssigkeit wird in den Reaktionsbehälter über eine Einleiteinrichtung eingebracht, steigt in der ersten Kammer auf und wird dann über eine zweite Kammer in eine drit­ te Kammer weitergeleitet. Dabei ist von Vorteil, daß sich die zu trennenden Flüssigkeiten oder die in der zu behandelnden Flüssigkeit enthaltenen Feststoffe bei dem Aufsteigen aufgrund ihres Dichteunterschiedes voneinander trennen und daß in der sich an die erste Kammer anschließenden zweiten Kammer noch nicht getrennte Flüssigkeitsbestandteile weiter voneinander getrennt werden.

Um eine weitere Verbesserung des Wirkungsgrades der erfin­ dungsgemäßen Vorrichtung zu erreichen, ist an die dritte Kam­ mer eine Energiezufuhreinrichtung zum Erhöhen der inneren Energie der Flüssigkeit angeschlossen. Durch die Zuführung von Energie in die zu behandelnde Flüssigkeit können Behandlungs­ prozesse in vorteilhafter Weise beschleunigt werden, indem beispielsweise die Temperatur der zu behandelnden Flüssigkeit angehoben wird oder der zu behandelnden Flüssigkeit Bewegungs­ energie zum Vermischen oder Entgasen zugeführt wird.

Die zu behandelnde Flüssigkeit wird durch eine mit der ersten Kammer verbundene Einrichtung zum Erzeugen von Unterdruck in dem Reaktionsbehälter in diesen eingesaugt. Dadurch werden Be­ handlungsprozesse in vorteilhafter Weise unterstützt, da bei­ spielsweise die Prozeßtemperaturen aufgrund des Unterdruckes niedriger als bei Umgebungsdruck liegen.

Die erfindungsgemäße Energiezufuhreinrichtung nach Anspruch 31 weist in vorteilhafter Weise einen Ultraschalleistungswandler mit zwei ineinander angeordneten, topfförmigen Gehäuseteilen, die zwischen sich eine Piezokeramikscheibe über eine elasti­ sche Dichtung abstützen, auf. Mit dieser Energiezufuhreinrich­ tung kann einer zu behandelnden Flüssigkeit auf einfache Art und Weise Energie oder innere Energie zugeführt werden, wobei Vermischungsprozesse in vorteilhafter Weise begünstigt werden.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung bilden die Gegen­ stände der Unteransprüche.

In einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann vorgesehen sein, daß sich in der ersten Kammer ein Tauchrohr bis in die Nähe des Auslasses der ersten Einleiteinrichtung erstreckt. Damit besteht die Möglichkeit, einen gewissen An­ teil der zu behandelnden Flüssigkeit bereits aus der ersten Kammer vor Eintritt in die zweite Kammer aus dem Reaktionsbe­ hälter auszuleiten.

Besonders vorteilhaft erweist es sich dabei, wenn zwischen ei­ nem ersten Auslaß des Tauchrohres und dem Auslaß der ersten Einleiteinrichtung ein Teller angeordnet ist, der die aus der ersten Einleiteinrichtung austretende Flüssigkeit ringförmig in der ersten Kammer verteilt. Damit wird vermieden, daß die zu behandelnde Flüssigkeit, welche aus der ersten Einleitein­ richtung in die erste Kammer eingeleitet wird, sofort aus der ersten Kammer über das Tauchrohr abgeführt wird, ohne daß die zu behandelnde Flüssigkeit dem Behandlungsprozeß in der ersten Kammer ausgesetzt ist. Die über die erste Einleiteinrichtung in die erste Kammer eintretende Flüssigkeit wird durch den Teller an dem ersten Auslaß des Tauchrohres vorbeigeführt und strömt zunächst in Richtung der zweiten Kammer. Durch ein Ab­ saugen eines Anteiles der zu behandelnden Flüssigkeit über das Tauchrohr wird in der ersten Kammer eine Zirkulationsströmung erreicht, welche die Verweilzeit der zu behandelnden Flüssig­ keit in der ersten Kammer stark erhöht.

In einer Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, daß das Tauchrohr einen zweiten Auslaß hat, der mit der dritten Kammer verbunden ist. Dann bildet das Tauchrohr eine Art By­ pass zu der zweiten Kammer, über welchen die zu behandelnde Flüssigkeit aus der ersten Kammer in die dritte Kammer einge­ leitet werden kann. Darüber hinaus kann der an der zweiten Kammer vorbegeleitete Anteil der zu behandelnde Flüssigkeit in einer anderen Apparatur einem weiteren Behandlungsprozeß zuge­ führt werden.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, daß unterhalb eines oberen Endes der ersten Kammer eine Einrichtung zum Abführen von leichteren Substanzen aus dem Re­ aktionsbehälter angeordnet ist. Dadurch können auf einfache Art und Weise leichtere Substanzen bereits nach der ersten Kammer aus dem Reaktionsbehälter abgeführt werden.

In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, daß sich der innere Mantelkörper in Strömungsrichtung im Querschnitt verjüngt und mit Abstand von einem gegenüberliegenden Ende des Reaktionsbehälters endet. Damit wird in vorteilhafter Weise das Aufsteigen der zu behan­ delnden Flüssigkeit aufgrund der Querschnittsverengung des in­ neren Mantelkörpers verbessert. Ist der Reaktionsbehälter mit einer an die erste Kammer stromaufwärts angeschlossenen Dis­ pergiereinrichtung zum Einleiten von Fluid in die Flüssigkeit und zum wenigstens teilweisen Aufschäumen derselben versehen, kann die reaktive Oberfläche zwischen der zu behandelnden Flüssigkeit und dem zugeführten Fluid drastisch vergrößert werden, so daß gewünschte Behandlungsprozesse innerhalb kurzer Prozeßzeiten ablaufen.

Die Flüssigkeit wird vorteilhaft über die entgegengesetzt zu der ersten Einleiteinrichtung mit der ersten Kammer verbunde­ nen Einrichtung zum Erzeugen von Unterdruck in den Reaktions­ behälter eingesaugt, wodurch die beschriebenen Aufschäumpro­ zesse und ein Aufsteigen der Flüssigkeit oder des aufgeschäum­ ten Teiles der zu behandelnden Flüssigkeit in dem Reaktionsbe­ hälter unterstützt werden.

Der aufgeschäumte Teil der zu behandelnden Flüssigkeit ent­ schäumt sich mit zunehmender Reaktionszeit und gelangt über einen Ringraum gemeinsam mit dem nicht aufgeschäumten Teil der Flüssigkeit in die zweite Kammer, in welcher der nicht aufge­ schäumte Teil und der entschäumte Teil der Flüssigkeit vor Eintritt in die dritte Kammer vermischt werden. Damit ist in vorteilhafter Weise durch die Vergrößerung der reaktiven Ober­ fläche eine Beschleunigung des Behandlungsprozesses bei an­ schließendem Konzentrationsausgleich der zu behandelnden Flüs­ sigkeit nach deren Austritt aus der ersten Kammer gewährlei­ stet.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung können in die zu behandelnde Flüssigkeit in der dritten Kammer weitere Fluide eingeleitet werden. Dabei wird in vorteilhafter Weise die reaktive Oberfläche zwischen der zu behandelnden Flüssig­ keit und den weiteren zugeführten Fluiden zur Beschleunigung von weiteren Behandlungsprozessen erreicht. Dafür ist die dritte Kammer mit einer zweiten Einleiteinrichtung zum Einlei­ ten von weiteren Fluiden in die zu behandelnde Flüssigkeit verbunden. Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, Oxidations- und/oder Reduktionsmittel, vorzugsweise Ozon und/oder Wasserstoffperoxid, einzuleiten.

Ist die zweite Kammer durch einen zusätzlichen Mantelkörper in eine innere und eine äußere Ringkammer unterteilt, ist in vor­ teilhafter Weise eine Beruhigungszone geschaffen, in welcher ein Konzentrationsausgleich oder eine Vermischung von nicht aufgeschäumter Flüssigkeit und entschäumter Flüssigkeit mög­ lich ist.

In einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Energiezufuhreinrichtung zur Erhöhung der inneren Energie Ul- traschalleistungswandler aufweist, um die über die zweite Ein­ leiteinrichtung zugeführten Fluide in der zu behandelnden Flüssigkeit zu nukleieren und die reaktive Oberfläche stark zu erhöhen.

Um aus der zu behandelnden Flüssigkeit schwer abtrennbare Sub­ stanzen bei möglichst niedrigem Energieverbrauch separieren zu können, kann die dritte Kammer durch eine semipermeable Zwi­ schenwand in eine erste und eine zweite Teilkammer unterteilt sein, wobei in einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung die Energiezufuhreinrichtung an die erste Teilkammer angeschlossen ist und die Verbindung zwischen der zweiten und der dritten Kammer in die erste Teilkammer der dritten Kammer mündet. Da­ bei wird die Energiezufuhreinrichtung oder die von ihr in die zu behandelnde Flüssigkeit eingebrachte Energie dafür einge­ setzt, die zu behandelnde Flüssigkeit durch die semipermeable Zwischenwand zu fördern und die zu separierenden Substanzen, welche diese semipermeable Zwischenwand nicht passieren kön­ nen, aus der ersten Teilkammer abzuführen und die Flüssigkeit aus der zweiten Teilkammer aus dem Reaktionsbehälter abzulei­ ten.

Die semipermeable Zwischenwand kann als eine Kunststoffolie ausgebildet sein, die Feststoffe in der ersten Teilkammer zu­ rückhält und Flüssigkeit in die zweite Teilkammer durchläßt. Damit wird eine Trennung der Flüssigkeit von darin enthaltenen Feststoffen ermöglicht, ohne daß dabei ein großer Energieauf­ wand wie etwa bei thermischen Trennverfahren aufgewendet wer­ den muß.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen prinzipmäßig beschrieben.

Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemä­ ßen Vorrichtung, wobei ein Tauchrohr in eine erste Kammer mündet;

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausfüh­ rungsform der Vorrichtung nach Fig. 1, wobei eine zweite Kammer des Reaktionsbehälters in zwei ring­ förmige Kammern unterteilt ist;

Fig. 3 eine weitere Ausführungsform der Vorrichtung nach den Fig. 1 und 2;

Fig. 4 eine schematische Darstellung einer dritten Kammer des Reaktionsbehälters, die durch eine semipermeable Zwischenwand in eine erste und eine zweite Teilkam­ mer getrennt ist; und

Fig. 5 eine Energiezufuhreinrichtung im Querschnitt.

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung der Vorrichtung, welche einen Reaktionsbehälter 10 mit drei in Reihe angeordne­ ten Kammern 12, 14 und 16 aufweist. Die erste Kammer 12 ist von einem inneren Mantelkörper 18 begrenzt. Weiter ist mit der ersten Kammer 12 eine erste Einleiteinrichtung 20 zum Einlei­ ten von zu behandelnder Flüssigkeit in den Reaktionsbehälter 10 oder die erste Kammer 12 verbunden.

Die zweite Kammer 14 ist zwischen dem inneren Mantelkörper 18 und einem äußeren Mantelkörper 22 angeordnet, und an sie schließt sich die dritte Kammer 16 an. Die zweite Kammer 14 ist von der dritten Kammer 16 durch einen mit Schlitzen oder Bohrungen 24 versehenen Bund 26 getrennt. Der Bund 26 ist zwi­ schen dem inneren Mantelkörper 18 und dem äußeren Mantelkörper 22 angeordnet.

Die dritte Kammer 16 weist eine Einrichtung 28 zum Ausleiten der Flüssigkeit auf. Darüber hinaus ist an die dritte Kammer 16 eine Energiezufuhreinrichtung 30 zum Erhöhen der inneren Energie der zu behandelnden Flüssigkeit angeschlossen.

Entgegengesetzt zu der ersten Einleiteinrichtung 20 ist eine Einrichtung 32 zum Erzeugen von Unterdruck in dem Reaktionsbe­ hälter 10 mit der ersten Kammer 12 verbunden.

Die zu behandelnde Flüssigkeit wird durch die Erzeugung von Unterdruck in dem Reaktionsbehälter 10 über die erste Ein­ leiteinrichtung 20 in die erste Kammer 12 eingeleitet und steigt in dieser auf, bis sie das der ersten Einleiteinrichtung 20 entgegengesetzte Ende des inneren Mantelkörpers 18 erreicht und an der Außenseite 40 des inneren Mantelkörpers 18 in die zweite Kammer 14 eintritt.

In der ersten Kammer 12 erstreckt sich bis in die Nähe des Auslasses der ersten Einleiteinrichtung 20 ein Tauchrohr 32, wobei zwischen einem ersten Auslaß 34 des Tauchrohres 32 und dem Auslaß der ersten Einleiteinrichtung 20 ein Teller 36 an­ geordnet ist, der die aus der ersten Einleiteinrichtung 20 austretende Flüssigkeit ringförmig in der ersten Kammer 12 verteilt.

Der Teller 36 verhindert, daß die aus dem Auslaß der ersten Einleiteinrichtung 20 austretende Flüssigkeit sofort in das Tauchrohr 32 einströmt und aus der ersten Kammer 12 abgeführt wird. Die Flüssigkeit strömt aus der ersten Einleiteinrichtung 20 in Richtung des inneren Mantelkörpers 18 an dem Teller 36 vorbei und an dem Tauchrohr 32 entlang in Richtung zu dem von der ersten Einleiteinrichtung 20 abgewandten Ende der ersten Kammer 12.

Ein zweiter Auslaß 38 des Tauchrohres 32 ist in dem vorliegen­ den Ausführungsbeispiel mit einer nicht dargestellten Pumpe verbunden, mittels welcher Flüssigkeit aus der ersten Kammer über das Tauchrohr 32 abgesaugt wird. Diese Absaugung erzeugt in der ersten Kammer eine Zirkulationsströmung, welche die Verweilzeit der Flüssigkeit in der ersten Kammer 12 vergrö­ ßert. Der zweite Auslaß 38 des Tauchrohres 32 ist mit der dritten Kammer 16 verbunden.

Der innere Mantelkörper 18 verjüngt sich im Querschnitt in Strömungsrichtung der Flüssigkeit und endet mit Abstand von einem gegenüberliegenden Ende des Reaktionsbehälters 10.

Die Flüssigkeit wird aus der ersten Kammer 12 abwärts an einer Außenwand 40 des inneren Mantelkörpers 18 oder der ersten Kam­ mer 12 in einem dünnen Film in die zweite Kammer 14 geleitet. Dabei können beispielsweise Farben oder Lacke, die Luft- oder Gaseinschlüsse aufweisen, auf einfache Art und Weise aus dün­ ner Schicht heraus entgast werden.

Im Bereich des Überganges von der ersten Kammer 12 in die zweite Kammer 14 ist eine erste Einrichtung 42 zum Abführen von leichten Substanzen aus dem Reaktionsbehälter 10 angeord­ net. Wird ein Füllstand der zweiten Kammer 14 derart einge­ stellt, daß der Füllstand wenigstens der Höhe der Öffnung der ersten Einrichtung 42 entspricht, können auf der zu behandeln­ den Flüssigkeit aufschwimmende leichtere Substanzen, wie bei­ spielsweise Zellulosepartikel von Schweinegülle oder Öle von entmischten Wasser-Öl-Gemischen auf einfache Art und Weise aus dem Reaktionsbehälter 10 abgeführt werden.

Eine weitere Möglichkeit, um Feststoffanteile aus der zu be­ handelnden Flüssigkeit abzuführen, ist, vor dem Eintritt in die dritte Kammer 16 Siebe (nicht dargestellt) vor dem Bund 26 anzuordnen und über eine zweite Einrichtung 44 die Feststof­ fanteile aus dem Reaktionsbehälter 10 oder der zweiten Kammer 14 auszuleiten.

Die erste Einleiteinrichtung 20 ist von der dritten Kammer 16 koaxial umgeben und mit dem inneren Mantelkörper 18 und dem äußeren Mantelkörper 22 verbunden.

An die erste Kammer 12 ist stromaufwärts eine Dispergierein­ richtung 46 zum Einleiten von Fluid in die Flüssigkeit und zum wenigstens teilweisen Aufschäumen derselben angeschlossen.

Bei bestimmten Anwendungen oder Behandlungsprozessen werden über die Dispergiereinrichtung 46 Fluide wie beispielsweise Luft- oder reiner Sauerstoff in die Flüssigkeit eingeleitet. Dabei entsteht in einem oberen Gebiet der ersten Kammer 12, das am Übergang zu der zweiten Kammer 14 angeordnet ist, ein Bereich, der mit aufgeschäumter Flüssigkeit gefüllt ist. Durch die Aufschäumung wird eine erhebliche Vergrößerung der reakti­ ven Oberfläche zwischen der Flüssigkeit und den zugeführten Fluiden erreicht, wodurch die Reaktionsgeschwindigkeit der Be­ handlungsprozesse erheblich ansteigt. Mit zunehmender Reakti­ onszeit nimmt die Oberflächenspannung des aufgeschäumten Tei­ les der Flüssigkeit ab, so daß sich die aufgeschäumte Flüssig­ keit wieder entschäumt und in die zweite Kammer 14 abgeleitet werden kann. An die dritte Kammer 16 ist eine zweite Ein­ leiteinrichtung 48 zum Einleiten von weiteren Fluiden in die Flüssigkeit angeschlossen. Über die zweite Einleiteinrichtung 48 werden bei der Behandlung von Schweinegülle Oxidations- und Reduktionsmittel eingeleitet. Dabei handelt es sich um Wasser­ stoffperoxid und/oder Ozon. Diese beiden Fluide haben den Vor­ teil, daß Schweinegülle behandelt werden kann, ohne daß sich schädliche Rückstände ausbilden. Nach der Behandlung müssen deshalb auch keine schädlichen Rückstände aus der Schweinegül­ le entfernt werden.

Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung einer weiteren Aus­ führungsform der Vorrichtung nach Fig. 1, wobei die zweite Kammer 14 des Reaktionsbehälters 10 in zwei ringförmige Kam­ mern 14a und 14b unterteilt ist. Da die in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsformen der Vorrichtung nur geringfü­ gig voneinander abweichen, werden für Bauteile mit gleicher Funktion gleiche Bezugszeichen verwendet.

Die Flüssigkeit tritt über die erste Einleiteinrichtung 20 in die erste Kammer 12 ein. Über die Dispergiereinrichtung 46, welche in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel als ein poröser Ring aus Stein ausgebildet ist, wird Luft oder reiner Sauer­ stoff in die Flüssigkeit eingebracht. Das verursacht in der ersten Kammer 12 ein Aufschäumen der Flüssigkeit. Die aufge­ schäumte Flüssigkeit wird wieder entschäumt und fließt über die innere Ringkammer 14a in die äußere Ringkammer 14b. Die innere Ringkammer 14a wird durch einen zusätzlichen Mantelkör­ per 50 und den inneren Mantelkörper 18 begrenzt. Der poröse Stein besteht aus geschäumtem Siliciumnitrid.

Der zusätzliche Mantelkörper 50 kann in einer weiteren, nicht dargestellten Ausführungsform mit Bohrungen versehen sein, so daß in dem zusätzlichen Mantelkörper 50 befindliche nicht auf­ schäumbare Flüssigkeit durch die Bohrungen in die innere Ring­ kammer 14a strömen kann.

Die innere Ringkammer 14a und die äußere Ringkammer 14b sind über Bohrungen 52 des inneren Mantelkörpers 18 verbunden. Die innere Ringkammer 14a ist als eine zusätzliche Beruhigungs- und Vermischungszone für die aufgeschäumte und anschließend wieder entschäumte Flüssigkeit vorgesehen. Darüber hinaus ist ein Konzentrationsausgleich zwischen dem entschäumten und dem nicht aufgeschäumten Teil der Flüssigkeit in dem inneren Rin­ graum 14a und in dem sich anschließenden äußeren Ringraum 14b gegeben.

Die Einrichtung 33 zum Erzeugen von Unterdruck in dem Reakti­ onsbehälter 10 umfaßt eine Leitung 54 und eine Pumpe 56, wobei die Leitung 54 einen Abscheider oder Syphon und ein im Bereich des Abscheiders angeordnetes Ablaßelement (nicht dargestellt) für sedimentierte Feststoffpartikel aufweist.

Der äußere Mantelkörper 22 ist aus mehreren miteinander ver­ bundenen zylindrischen Abschnitten gebildet, welche ineinander angeordnet sind und über seitlich angeordnete Spannelemente (nicht näher dargestellt) mit einem Deckel 58 und einem Boden­ teil 60 des Reaktionsbehälters 10 fest verbunden sind.

Die zweite Einleiteinrichtung 48 umfaßt in dem Ausführungsbei­ spiel gemäß Fig. 2 eine Leitung 62 und eine Pumpe 64 zum Ein­ bringen von Fluiden in die dritte Kammer 16. An die Leitung 62 der zweiten Einleiteinrichtung 48 kann darüber hinaus auch ei­ ne sauerstofferzeugende Einrichtung angeschlossen sein.

Die Einrichtung 28 zum Ausleiten der zu behandelnden Flüssig­ keit aus dem Reaktionsbehälter 10 umschließt die erste Ein­ leiteinrichtung 20 teilweise und mündet in eine Leitung 66, welche mit einer weiteren Pumpe 68 verbunden ist. Über die Pumpe 64 der zweiten Einleiteinrichtung 48 und die Pumpe 56 der Einrichtung 33 zum Erzeugen von Unterdruck in dem Reakti­ onsbehälter 10 wird über eine (nicht dargestellte) Steuerein­ richtung zentral ein Unterdruck in dem Reaktionsbehälter 10 eingestellt und damit eine Saugwirkung auf die zu behandelnde Flüssigkeit ausgeübt.

Die Energiezufuhreinrichtung 30 weist Ultraschalleistungswand­ ler auf, mittels welchen über die zweite Einleiteinrichtung 48 zugeführte Fluide in der Flüssigkeit nukleiert werden. Um die Ultraschallenergie in der dritten Kammer 16 gerichtet trans­ portieren zu können, ist in der dritten Kammer 16 ein Offset- Reflektor 70, der aus Glas besteht, vorgesehen. In der ersten Kammer 12 und im Bereich des Auslasses der ersten Einleitein­ richtung ist jeweils ein Sensor 72 angeordnet, welcher die zentrale Steuereinrichtung zur Einstellung eines Füllstandes mit den dafür erforderlichen Steuersignalen versorgt.

Die über die Leitung 54 austretenden Fluide werden einem Mischbehälter zugeführt, welche anschließend über die ersten Einleiteinrichtung 20 in den Reaktionsbehälter 10 wieder ein­ geführt werden. Je nachdem, welche Fluide über die Disper­ giereinrichtung 46 oder die zweite Einleiteinrichtung 48 in die Flüssigkeit eingeleitet werden, können verschiedene Be­ handlungsprozesse durchgeführt werden. So können beispielswei­ se bei Zuführung von Wasserstoffperoxid und/oder Ozon Nährlö­ sungen, welche zum Bewässern von Hydrokulturen in gewerblichen Gärtnereien verwendet werden, auf einfache Art und Weise ko­ stengünstig und bei geringem Platzbedarf entkeimt werden.

Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform der Vorrichtung in einer Seitenansicht und in einer Draufsicht. Der in Fig. 3 dargestellte Reaktionsbehälter 10 war bei einem Prototyp der Vorrichtung 3 m hoch und benötigte eine Grundfläche von 1,60 m auf 1,60 m bei einem Durchsatz von 7 m³ Flüssigkeit pro Stunde. In den Reaktionsbehälter 10 wird Ozon, Wasserstoffperoxid und Sauerstoff eingeleitet. Eine Vorrichtung mit diesem Reaktions­ behälter 10 kann die Kläranlage eines mittleren Dorfes erset­ zen. Ein weiteres Einsatzgebiet sind Tierfarmen, bei welchen größere Mengen von Fäkalien anfallen. Die Behandlung von Kühl­ schmierstoff von Werkzeugmaschinen stellt ebenfalls einen An­ wendungsfall für die Vorrichtung dar. Dabei sind Wasser-Öl- Feststoffpartikel voneinander zu trennen.

Wasser-Ölgemische fallen beispielsweise auch in größeren Men­ gen in Härtereien an, wo beispielsweise ein zu härtender Stahldraht im Ölbad erstmals abgekühlt und danach durch Wasser geführt wird, wobei dieses Kühlwasser mit dem Öl derartig kon­ taminiert wird, daß es behandelt werden muß.

Eine weitere Anwendungsmöglichkeit besteht z. B. darin, Sahne von Milch zu trennen und so Molke zu separieren. Dabei wird über die Dispergiereinrichtung 46 Stickstoff in die Milch ein­ gebracht, womit in der ersten Kammer 12 ein Sahneschaum ent­ steht, der über die zweite Kammer 14 und die dritte Kammer 16 aus dem Reaktionsbehälter 10 abgeführt wird. Der eingebrachte Stickstoff wird über die Einrichtung 33 zum Erzeugen von Un­ terdruck aus dem Reaktionsbehälter 10 abgeführt.

Fig. 4 zeigt die dritte Kammer 16, welche von einer semiper­ meablen Zwischenwand 74 in eine erste Teilkammer 16a und eine zweite Teilkammer 16b unterteilt ist. Die Energiezufuhrein­ richtung 30 ist an die erste Teilkammer 16a angeschlossen, die über die aus Schlitzen oder Bohrungen bestehende Verbindung 24 zwischen der zweiten Kammer 14 und der dritten Kammer 16 an die zweite Kammer 14 angeschlossen ist. Die semipermeable Zwi­ schenwand 74 ist eine Kunststoffolie, die Feststoffe in der ersten Teilkammer 16a zurückhält und die Flüssigkeit in die zweite Teilkammer 16b durchläßt. Die erste Teilkammer 16a hat einen Auslaß für die zurückgehaltenen Feststoffe, und die zweite Teilkammer 16b ist mit der Einrichtung 28 zum Ausleiten der Flüssigkeit aus der dritten Kammer 16 und damit aus dem Reaktionsbehälter 10 versehen.

In Fig. 5 ist die Energiezufuhreinrichtung 30 zum Erhöhen der inneren Energie der Flüssigkeit dargestellt, welche in den vorliegenden Ausführungsbeispielen Ultraschalleistungswandler jeweils mit einem topfförmigen Gehäuseteil 78 aufweisen. Zwi­ schen einer Hülse 80 und dem topfförmigen Gehäuseteil 78 ist eine Piezokeramikscheibe 82 angeordnet, welche sich an dem topfförmigen Gehäuseteil 78 über eine elastische Dichtung 84 abstützt und durch eine Einrichtung 86 zum Vorspannen zwischen dem Gehäuseteil 78 und der Hülse 80 vorgespannt ist.

Der Reaktionsbehälter 10 ist in den vorliegenden Ausführungs­ beispielen aus Edelstahl (rostfreiem Stahl) hergestellt. Es liegt jedoch im Ermessen des Fachmannes den Reaktionsbehälter 10 auch aus anderen an den jeweiligen Anwendungsfall angepaßte Materialien, wie beispielsweise Glas oder Kunststoff, herzu­ stellen.

Da die Kammern 12, 14, 16 und die als ein rohrförmiges Element ausgebildete erste Einleiteinrichtung 20 koaxial zueinander angeordnet sind, weist der Reaktionsbehälter 10 minimale Au­ ßenmaße auf.

Bezugszeichenliste

10

Reaktionsbehälter

12

erste Kammer

14

zweite Kammer

14

ainnere Ringkammer

14

bäußere Ringkammer

16

dritte Kammer

16

aerste Teilkammer

16

bzweite Teilkammer

18

innerer Mantelkörper

20

erste Einleiteinrichtung

22

äußerer Mantelkörper

24

Schlitze oder Bohrungen

26

Bund

28

Einrichtung zum Ausleiten

30

Energiezufuhreinrichtung

32

Tauchrohr

33

Einrichtung zum Erzeugen von Unterdruck

34

erster Auslaß des Tauchrohres

36

Teller

38

zweiter Auslaß des Tauchrohres

32

40

Außenwand des inneren Mantelkörpers

18

42

erste Einrichtung zum Abführen

44

zweite Einrichtung zum Abführen

46

Dispergiereinrichtung

48

zweite Einleiteinrichtung

50

zusätzlicher Mantelkörper

52

Bohrungen

54

Leitung

56

Pumpe

58

Deckel

60

Bodenteil

62

Leitung

64

Pumpe

66

Leitung

68

Pumpe

70

Offset-Reflektor

72

Sensor

74

semipermeable Zwischenwand

76

Auslaß der ersten Teilkammer

16

a

78

Gehäuseteil

80

Hülse

82

Piezokeramikscheibe

84

elastische Dichtung

86

Einrichtung zum Vorspannen

Claims (32)

1. Verfahren zum Behandeln von Flüssigkeit mit folgenden Schritten:

• a) Einleiten der Flüssigkeit in einen Reaktionsbehälter (10);
• b) Aufsteigenlassen der Flüssigkeit in einer ersten Kam­ mer (12) in dem Reaktionsbehälter (10);
• c) Leiten der Flüssigkeit aus der ersten Kammer (12) ab­ wärts an einer Außenwand (40) der ersten Kammer (12) in einem dünnen Film in eine zweite Kammer (14) und Weiterleiten der Flüssigkeit in eine mit der zweiten Kammer in Verbindung (24) stehende dritte Kammer (16);
• d) Zuführen von Energie zum Erhöhen der inneren Energie der Flüssigkeit in der dritten Kammer (16); und
• e) Ausleiten der behandelten Flüssigkeit aus dem Reakti­ onsbehälter (10).

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß anschließend an den Schritt b) folgende Schritte ausge­ führt werden:

• 1. Zuführen von Fluid in die Flüssigkeit in der er­ sten Kammer (12), wodurch die Flüssigkeit wenig­ stens teilweise aufgeschäumt wird, um eine Ver­ größerung der reaktiven Oberfläche zwischen dem Fluid und der Flüssigkeit zu erhalten;
• 2. Reagierenlassen der Flüssigkeit mit dem zugeführ­ ten Fluid;
• 3. Entschäumen der Flüssigkeit; und
• 4. Vermischen von entschäumter und von nichtaufge­ schäumter Flüssigkeit in der zweiten Kammer (14).

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Schritt c) und dem Schritt d) folgender zusätzlicher Schritt ausgeführt wird:

• 1. Einleiten von weiteren Fluiden in die Flüssigkeit in der Verbindung (24) zwischen der zweiten Kammer (14) und der dritten Kammer (16), um eine Durchmischung der Flüssigkeit und der zugeführten weiteren Fluide und ein Nukleieren derselben zum Vergrößern der reak­ tiven Oberfläche derselben zu erzielen.

4. Vorrichtung zum Behandeln von Flüssigkeit,

• a) mit wenigstens drei in Reihe in einem Reaktionsbehäl­ ter (10) angeordneten Kammern (12, 14, 16),
• b) mit einem inneren Mantelkörper (18), der die erste von den drei Kammern (12, 14, 16) begrenzt,
• c) mit einer mit der ersten Kammer (12) verbundenen er­ sten Einleiteinrichtung (20) für die zu behandelnde Flüssigkeit,
• d) mit einem äußeren Mantelkörper (22), der mit dem in­ neren Mantelkörper (18) die zweite Kammer (14) be­ grenzt, die mit der anschließenden dritten Kammer (16) in Verbindung (24) steht,
• e) mit einer Einrichtung (28) zum Ausleiten der Flüssig­ keit aus der dritten Kammer (16),
• f) mit einer an die dritte Kammer (16) angeschlossenen Energiezufuhreinrichtung (30) zum Erhöhen der inneren Energie der Flüssigkeit, und
• g) mit einer entgegengesetzt zu der ersten Einleitein­ richtung (20) mit der ersten Kammer (12) verbundenen Einrichtung (33) zum Erzeugen von Unterdruck in dem Reaktionsbehälter (10).

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich in der ersten Kammer (12) ein Tauchrohr (32) bis in die Nähe des Auslasses der ersten Einleiteinrichtung (20) erstreckt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen einem ersten Auslaß (34) des Tauchrohres (32) und dem Auslaß der ersten Einleiteinrichtung (20) ein Teller (36) angeordnet ist, der die aus der ersten Ein­ leiteinrichtung (20) austretende Flüssigkeit ringförmig verteilt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Tauchrohr (32) einen zweiten Auslaß (38) hat, der mit der dritten Kammer (16) verbunden ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch eine unterhalb eines oberen Endes der ersten Kammer (12) ange­ ordnete Einrichtung (42) zum Abführen von leichteren Sub­ stanzen aus dem Reaktionsbehälter (10).

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß sich der innere Mantelkörper (18) in Strömungsrichtung im Querschnitt verjüngt und mit Abstand von einem gegenüberliegenden Ende des Reaktionsbehälters (10) endet.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 9, gekenn­ zeichnet durch eine an die erste Kammer (12) stromauf­ wärts angeschlossenen Dispergiereinrichtung (46) zum Ein­ leiten von Fluid in die Flüssigkeit und zum wenigstens teilweisen Aufschäumen derselben.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß, die Dispergiereinrichtung (46) als ein ringförmiger porö­ ser Stein ausgebildet ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der poröse Stein aus geschäumtem Silicium­ nitrid besteht.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 14, gekenn­ zeichnet durch eine an die dritte Kammer (16) angeschlos­ sene zweite Einleiteinrichtung (48) zum Einleiten von weiteren Fluiden in die Flüssigkeit.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Kammer (14) durch einen zusätzlichen Mantelkörper (50) in eine innere Ringkammer (14a) und eine äußere Ringkammer (14b) unterteilt ist und daß die innere Ringkammer (14a) eine Verbindung mit der äußeren Ringkammer (14b) hat.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Energiezufuhreinrichtung (30) Ul­ traschalleistungswandler aufweist.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Kammer (16) die erste Ein­ leiteinrichtung (20) umgibt.

17. Vorrichtung nach Anspruch 4 bis 16, dadurch gekennzeich­ net, daß die dritte Kammer (16) durch eine semipermeable Zwischenwand (74) in eine erste Teilkammer (16a) und eine zweite Teilkammer (16b) unterteilt ist.

18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die semipermeable Wand (74) eine Kunststoffolie ist, die Feststoffe in der ersten Teilkammer (16a) zurückhält und Flüssigkeit in die zweite Teilkammer (16b) durchläßt, daß die erste Teilkammer (16a) einen Auslaß (76) für Fest­ stoffe hat und daß die zweite Teilkammer (16b) mit der Einrichtung (28) zum Ausleiten der Flüssigkeit aus der dritten Kammer (16) versehen ist.

19. Vorrichtung nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Energiezufuhreinrichtung (30) an die erste Teilkammer (16a) angeschlossen ist und daß die Ver­ bindung (24) zwischen der zweiten Kammer (14) und der dritten Kammer (16) in die erste Teilkammer (16a) mündet.

20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktionsbehälter (10) aus Edelstahl gebildet ist.

21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Einleiteinrichtung (20) ein rohrförmiges Element aufweist, welches koaxial zu den drei Kammern (12, 14, 16) angeord­ net ist, durch die Dispergiereinrichtung (46) hin­ durchgeführt ist und in die erste Kammer (12) hin­ einreicht.

22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Mantelkörper (18) mindestens eine Bohrung (52) aufweist, welche als Verbindung zu der zweiten Kammer (14) vorgesehen ist.

23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem inneren Mantel­ körper (18) und dem äußeren Mantelkörper (22) ein Bund (26) vorgesehen ist, der zwischen der zweiten Kammer (14) und der dritten Kammer (16) angeordnet ist und mit Schlitzen (24) zur Durchleitung der Flüssigkeit versehen ist.

24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Einleiteinrichtung (48) eine Leitung (54) und eine Pumpe (56) umfaßt, wobei die Leitung (54) in die dritte Kammer (16) mündet.

25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (28) zum Aus­ leiten wenigstens teilweise koaxial zu der ersten Einleiteinrichtung (20) angeordnet ist und eine Pumpe (68) aufweist.

26. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (33) zum Er­ zeugen von Unterdruck eine Leitung (54) und eine Pumpe (56) umfaßt, wobei die Leitung einen Ab­ scheider oder Syphon und ein Ablaßelement auf­ weist.

27. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Mantelkörper (22) aus meh­ reren miteinander verbundenen zylindrischen Abschnitten gebildet ist.

28. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß in der dritten Kammer (16) ein Offset-Reflektor (70) für Ultraschallenergie vorgesehen ist.

29. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das in die erste Kammer (12) einge­ leitete Fluid vorzugsweise Luft, reiner Sauerstoff oder Ozon ist.

30. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 29, dadurch gekennzeichnet, daß die weiteren Fluide, welche über die zweite Einleiteinrichtung (48) in die dritte Kammer (16) eingeleitet werden Oxidations- und/oder Reduktionsmittel, vorzugsweise Ozon und Wasserstoffperoxid, sind.

31. Energiezufuhreinrichtung, insbesondere für eine Vorrich­ tung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch einen Ultra­ schalleistungswandler mit einem topfförmigen Gehäuseteil (78) und einer Hülse (80), die zwischen sich eine Piezo­ keramikscheibe (82) über eine elastische Dichtung (84) abstützen.

32. Energiezufuhreinrichtung nach Anspruch 31, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (86) zum Vorspannen der elasti­ schen Dichtung (84).