DE4110687A1 - Verfahren und vorrichtung zur behandlung schadstoffbelasteter fluessigkeiten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlung schadstoff­ belasteter Flüssigkeiten sowie eine Apparatur zu dessen Durch­ führung.

Die erfindungsgemäße Lösung findet vorzugsweise im Rahmen der Verfahrenstechnik zur Aufspaltung von Kohlenwasserstoffen, insbe­ sondere halogenierter Kohlenwasserstoffe, aber auch zur Vernich­ tung von Bakterien, Keimen, Pilzen und Algen in Flüssigkeiten Anwendung.

Es ist bekannt, daß durch energiereiche UV-Bestrahlung, verbunden mit einer gleichzeitigen Oxidation der Schadstoffe verschiedene chemisch-physikalische Effekte errreicht werden, die zur Schad­ stoffbeseitigung führen.

Ein diesbezüglich bekanntes Verfahren in der Trinkwasseraufberei­ tung ist das PEROX-PURE-Verfahren, bei dem durch UV-Absorption die chemische Struktur der Schadstoffe geändert wird oder reaktionsfähig für chemische Oxidationsmittel gemacht werden. Gleichzeitig wird das zudosierte H2O2 durch UV-Bestrahlung in Hydorxyl-Radikale umgewandelt. Durch Reaktion mit diesem starken Oxidationsmittel werden die Schadstoffe vernichtet oder so verändert, daß sie z. B. einer biologischen Weiterbehandlung zugänglich sind. (Prospekt der NORDDEUTSCHEN SEEKABELWERKE AG, NSW Umwelttechnik "PEROX-PURE-Verfahren").

In den letzten Jahren fand UV-Licht bei der Trinkwasserentkeimung zunehmende Beachtung (Gelzhäuser, P.; "Desinfektion von Trink­ wasser durch UV-Bestrahlung", Expert Verlag, Sindelfingen, 1985/ Scherb, K.; -Desinfektion von biologisch vorgereinigtem Abwasser durch UV-Bestrahlung-, Wasserwirtschaft, Heft 74, S.389, 1984). Noch verhältnismäßig wenig bekannt und erforscht ist seine Anwen­ dung in der Abwasserbehandlung. Die Anwendung der UV-Strahlung ist besonders dann sinnvoll, wenn toxische organische Stoffe den Abbau des organischen Stoffgemisches beeinträchtigen bzw. verhin­ dern.

Zielstellung der UV-Lichtanwendung ist nicht nur die vollständige Mineralisierung der toxisch und biologisch nicht oder nur schwer abbaubaren organischen Substanzen, sondern gegebenenfalls auch deren Umwandlung in weniger toxische und biologisch verfügbare Substanzen.

Es ist ebenfalls bekannt (Hager, D.R.; Loven, C.R.; Riggy, C.L.; "Entfernung organischer Wasserinhaltsstoffe aus Grundwässern durch oxidativen Abbau-, HMCRJ Tagungsmaterial; Washington, D.C.; November 1987), organische Wasserinhaltsstoffe aus Grundwässern durch oxidativen Abbau mittels PEROX-PURE-Aufbereitungsanlagen zu entfernen.

Durch Einsatz der UV/H2O2-Technologie können die Wässer so aufbe­ reitet werden, daß die Schadstoffe im Ablauf der UV/H2O2-Anlage nicht mehr nachweisbar sind.

Diese Anlagen sind ausgelegt Schadstoffkonzentrationen verschie­ dener organischer Lösungsmittel bis unter die Nachweisgrenze abzubauen. Diese dem Stand der Technik entsprechenden Anlagen sowie die Ergebnisse der Versuche bestätigen die Wirtschaftlich­ keit des chemischen Oxidationsprozesses für die Entfernung orga­ nischer Schadstoffe aus Grund- und Industrieabwässern.

Voraussetzung für den sicheren Abbau von gefährlichen und toxischen Wasserinhaltsstoffen ist die genaue Kenntnis der Prozeßsteuerung, der wasserchemischen Aspekte sowie der Anlagen­ konstruktion.

Hierzu sind verschiedene UV-Bestrahlungsapparaturen beschrieben (Thielmann, W.; Bandemer, Th.; "Kombination von UV-Bestrahlung und Wasserstoffperoxid-Zusatz zur Beseitigung organischer Substanzen aus Rohwasser-, DVRW-Schriftenreihe Wasser Nr. 107, S. 130/131, Eschborn, 1988). Eine Apparatur besteht aus einem Quecksilber-Niederdruckstrahler in einem Quarzglas-Tauchrohr, das sich im Zentrum eines zylindrischen Reaktionsgefäßes befindet. Zur guten Durchmischung während der Bestrahlung wird ein Magnet­ rührer eingesetzt. In diesem System lassen sich verschieden große UV-Dosen durch unterschiedliche Bestrahlungszeiten erreichen.

Eine andere Apparatur stellt ein übliches UV-Desinfektionsgerät dar. Auch hier erfolgt die UV-Bestrahlung durch Quecksilber- Niederdruck-Strahler, die radial um ein Glasrohr angeordnet sind, das von Wasser durchströmt wird. Durch Variation des Wasserdurch­ flusses können verschieden große UV-Dosen appliziert werden.

Bei einer weiteren Apparatur wird mit Hilfe einer Umwälzpumpe ein geschlossener Wasserkreislauf realisiert. Das Wasser kann so beliebig lang durch den Bestrahlungsraum gepumpt werden. Die UV- Strahler sind hier sowohl radial um das Glasrohr, als auch zen­ trisch innerhalb des Rohres angeordnet, um eine möglichst gute Bestrahlung relativ dünner Wasserschichten zu erreichen.

Ferner ist nach DD-PS 2 66 965, Int.C1. A 61 L-2/10, ebenfalls bekannt, den UV-Strahler als ein im wesentlichen eine zylin­ drische Mantelfläche bildendes gewendeltes Rohr auszubilden, das das vom zu bestrahlenden Medium durchströmte Rohr umfaßt. Weiter­ hin ist es nach der gleichen Patentschrift bekannt, den wendel­ förmigen UV-Strahler um das durchströmte Rohr mit einem UV- undurchlässigen Gehäuse zu versehen.

Der gemeinsame Nachteil aller bekannten technischen Lösungen liegt jedoch darin, daß durch die jeweilige Prozeßführung und die entsprechende konstruktive Gestaltung der Apparaturen eine Ver­ schmutzung der Reaktionsgefäße erfolgt, was zur Folge hat, daß die Emission der UV-Strahlung mit steigender Prozeßdauer gemin­ dert wird und dadurch wiederum eine Verschlechterung der Wirksam­ keit der betriebenen Anlagen eintritt. Ein weiterer wesentlicher Nachteil des bekannten Standes der Technik ist die relativ auf­ wendige periodische Reinigung der Reaktionsgefäße.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine dieses Verfahren realisierende Apparatur zu schaffen, die eine Verbesserung der Verfügbarkeit sowie eine Erhöhung der Leistungs­ fähigkeit von Anlagen zur Behandlung schadstoffbelasteter Flüs­ sigkeiten, bei gleichzeitiger Senkung des Aufwandes für den Betrieb ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil der Patentansprüche beschriebenen Maßnahmen bzw. Mittel gelöst.

Nachfolgend soll die Erfindung anhand einer Zeichnung beispielhaft erläutert werden.

Es zeigen:

Fig. 1 Längsschnitt durch den Apparat,

Fig. 2 Querschnitt durch den Apparat.

Der in der Zeichnung dargestellte gesamte Apparat, der vertikal angeordnet ist, besteht im wesentlichen aus einem UV-Strahler- Modul und einem Injektor-Modul. Das erstgenannte Modul besteht seinerseits aus einem zylindrischen Rohr aus Quarzglas 6 mit einem Einlaufflansch 7 in dem sich der Reaktionsraum 9 befin­ det. Um dieses zylindrische Rohr ist ein als Wendel ausgebildetes Entladungsgefäß eines UV-Niederdruck-Wendelstrahlers 5 angeord­ net. Diese Anordnung wird von einer zylinderförmigen Ummantelung 4 , mit einem ersten Eingangsstutzen 8 , einem Verbindungsstut­ zen 16 und zwei Durchführungen 12; 12′ für den UV-Strahler derart umschlossen, daß sie zusammen mit dem zylinderförmigen Rohr aus Quarzglas 6 einen gasdichten Mantelzwischenraum 3 bilden.

Die Ummantelung 4 besteht ihrerseits aus zwei Aluminiumhalb­ schalen, die mittels zweier Konenflansche 13; 13′ mit Hilfe von H-Profildichtungen 14; 14′ und vier mit den Konenflanschen 13; 13′ verbundenen symmetrisch angeordneten Zugankerverbindun­ gen 17 zusammengefügt ist.

Das beschriebene UV-Strahlermodul ist an seinem unteren Ende mit einem Injektor-Modul, bestehend aus einem Auslauf-T-Stück 15 mit Auslaufflansch 2 , Injektorkörper-Halterung 1 mit Injek­ torkörper 11 und einem Eingangsstutzen 8′ der wiederum mit einem Einleitanschluß 19 für flüssige Oxidationsmittel mit in diesem befindlichen Rückschlagventil 18′ verbunden ist, gekop­ pelt. Der Injektorkörper 11 selbst besteht aus offenporigem Schaumglas mit einer Porengröße von 30 µm und einem Porenvolumen von 70% und wurde als Zylinder ausgebildet.

Die zu behandelnde Flüssigkeit wird von oben über den Einlauf 7 der vertikal angeordneten Apparatur zugeführt und das Oxidations­ mittel im Gegenstromprinzip durch den Injektor von unten über das Injektor-Modul eingebracht.

Dabei wird die zu behandelnde Flüssigkeit intensiv mit gasförmi­ gen und/oder flüssigen Oxidationsmitteln durchmischt und gleich­ zeitig einer UV-Bestrahlung unterworfen.

Die bei der Reaktion entstehenden Produkte können dadurch bis zur vollständigen Mineralisierung abgebaut werden.

Die notwendigen Verweilzeiten für den Abbau und somit die Durch­ flußleistung wird durch die Leistung des UV-Strahlers, der Menge und Verteilung der durch den Injektor zugeführten Oxidationsmit­ tel und dessen thermodynamischen Eigenschaften (Druck, Tempera­ tur, Konzentration) bestimmt.

Das gasförmige Oxidationsmittel wird, bevor es der zu behandeln­ den Flüssigkeit zugeführt wird durch UV-Bestrahlung von Sauer­ stoff oder Luft erzeugt. Dabei wird über den ersten Eingansstut­ zen 8 die Luft bzw. der Sauerstoff in den Mantelzwischenraum 3 eingebracht. Hierbei werden diese Medien der UV-Strahlung ausge­ setzt, wobei sich Ozon bildet, welches als Oxidationsmittel über eine Rohr- oder Druckschlauchverbindung und das Injektor-Modul der zu behandelnden Flüssigkeit zugeführt wird. Gleichzeitig wird durch diese Verfahrensweise der UV-Strahler gekühlt.

Zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens sind zwei Betriebs­ arten möglich, der kontinuierliche (Durchfluß-) Betrieb und der diskontinuierliche (Batch-) Betrieb.

Der modulare Aufbau der Apparatur ist außerdem in vorteilhafter Weise entsprechend dem jeweiligen Anwendungszweck durch das Anfü­ gen von zusätzlichen Modulen erweiterungsfähig. Beispielsweise wird hierdurch der Aufbau von Kompaktanlagen ermöglicht.

Die erfindungsgemäße Lösung hat den Vorteil, daß keine bzw. nur geringe Verunreinigung im Reaktionsraum auftritt und außerdem der Aufwand zur Reinigung relativ gering ist, das heißt, die Anlage im Betrieb sehr servicefreundlich arbeitet.

Weitere Vorteile sind:

• - effektive Energieausnutzung
• - geringe Energiekosten je Mengeneinheit, bei Steigerung der Abbauleistung
• - Gewinnung des Oxidationsmittels Ozon bei der Kühlung der UV-Strahler.

Aufstellung der verwendeten Bezugszeichen

 1 Injektorkörper-Halterung
 2 Auslauf-Flansch
 3 Mantel-Zwischenraum
 4 Ummantelung
 5 UV-Niederdruck-Wendestrahler
 6 Quarzglaszylinder
 7 Einlauf-Flansch
 8 erster Eingangsstutzen
 8′ zweiter Eingangsstutzen
 9 Reaktionsraum
10 Verbindung
11 Injektorkörper
12 erste Durchführung
12′ zweite Durchführung
13 erster Konenflansch
13′ zweiter Konenflansch
14 erste H-Profil-Dichtung
14′ zweite H-Profil-Dichtung
15 Auslauf-T-Stück
16 Verbindungsstutzen
17 Zugankerverbindung
18 erstes Rückschlagventil
18′ zweites Rückschlagventil
19 Einleitanschluß

Claims (6)

1. Verfahren zur Behandlung schadstoffbelasteter Flüssigkeiten, bei dem die zu behandelnde Flüssigkeit mit gasförmigen oder flüssigen Oxidationsmitteln durchmischt und einer UV- Behandlung unterworfen wird, gekennzeichnet dadurch, daß das gasförmige Oxidationsmittel bevor es der zu behan­ delnden Flüssigkeit zugeführt wird, durch Ozonierung von Sauerstoff erzeugt wird und danach der sich in einem vertikal angeordneten Gefäßsystem befindlichen bzw. dieses in verti­ kaler Richtung von oben nach unten durchströmenden zu behan­ delnden Flüssigkeit von unten her im Gegenstromprinzip zuge­ führt wird.

2. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einem von der zu behandelnden Flüssigkeit durchströmten zylinderförmigen Gefäß aus Quarzglas als Reaktionsraum, um das ein als Wendel ausgebildeter, die UV-Strahlung abgebendes Entladungsgefäß eines UV-Strahlers angeordnet ist und einer alles umschließenden gasdichten, vor UV-Strahlung schützenden zylinderförmigen Ummantelung, die zusammen mit dem zylinder­ förmigen Gefäß aus Quarzglas einen Mantel-Zwischenraum bil­ det, in dem sich das die UV-Strahlung abgebende wendel­ förmige Entladungsgefäß befindet, gekennzeichnet dadurch, daß das zylinderförmige Gefäß (6) aus Quarzglas, welches von dem die UV-Strahlung abgebenden Entladungsgefäß eines UV- Niederdruck-Wendelstrahlers (5) umschlossen ist, an seinem unteren Ende mit einem Injektionsmodul, bestehend aus einem Auslauf-T-Stück (15) mit einem seitlich angebrachten Auslauf­ flansch (2), einer Injektorkörper-Halterung (1) mit einem Injektorkörper (11) sowie einen zweiten Eingangsstutzen (8), der wiederum mit einem Einleitanschluß (19), in dem sich ein zweites Rückschlagventil (18′) befindet, gekoppelt ist, welches seinerseits über den zweiten Eingangsstutzen (8′) und einen Verbindungsstutzen (16) an der gasdichten Ummantelung (4) mittels einer Verbindung (10), mit einem in dieser befindlichen ersten Rückschlagventil (18), mit dem Mantel- Zwischenraum (3) verbunden ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet dadurch, daß die Ummantelung (4) aus zwei gleichgroßen Halbschalen aus Aluminium besteht, wobei an der einen Halbschale ein Verbin­ dungsstutzen (16) und ein erster Eingangsstutzen (8) und an der anderen Halbschale eine erste und zweite Durchführung (12; 12′) angebracht ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 und 3, gekennzeichnet dadurch, daß die aus zwei Halbschalen bestehende Ummantelung (4) mittels eines ersten und zweiten Konenflansches (13; 13′) und mit diesen verbundene symmetrisch angeordnete Zugankerverbin­ dungen (17), mit Hilfe einer ersten und zweiten, die Halb­ schalenenden in Längsrichtung verbindenden, H-Profil-Dichtung (14; 14′) kraftschlüssig zusammengefügt ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet dadurch, daß der Injektorkörper (11) als Scheibe oder Zylinder aus offenporigen Schaumglas ausgebildet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet dadurch, daß die Porengröße 0,5 bis 200 µm und das Porenvolumen bis max. 70% des Gesamtvolumens des Injektorkörpers (11) beträgt.