Anlage zur Beimischung eines Gases zu einer Flüssigkeit, beispielsweise von Ozon zu Trinkwasser, und Verfahren zum Betrieb dieser Anlage Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anlage zur B-zimischung eines Gases zu einer Flüssigkeit, beispielsweise von Ozon zu Trinkwasser.
Bei solchen Anlagen wird im allgemeinen eine sehr intensive Durchmischung des Gases und der Flüssigkeit ver langt, das heisst, das Gas soll in sehr feiner und gleichmässiger Verteilung in kleinen Blasen in die Flüssigkeit gelangen, damit die Kontaktfläche zwi schen Gas und Flüssigkeit eine möglichst grosse und damit die Lösung der gewünschten Gase in der Flüs sigkeit eine möglichst rasche und vollständige ist.
Bei bekannten Anlagen dieser Art, beispielsweise Ozonisierungsanlagen für Trinkwasser, wird das Was ser mit hoher Geschwindigkeit durch einen Diffusor geleitet, in welchem das dem Wasser beizumischende Ozon-Luftgemisch durch den herrschenden Unter druck angesogen und mit dem rasch bewegten Was ser intensiv durchmischt wird. Dieses bekannte Vor gehen hat vor allem den Nachteil, dass im Diffusor ein erheblicher Druckverlust von beispielsweise über einer Atmosphäre entsteht, welcher Verlust im all gemeinen in Form von Pumpenleistung wieder auf gebracht werden muss.
Um diese Pumpenverluste bei Verwendung eines Diffusors zu vermeiden, sind bereits mehrere An lagen vorgeschlagen worden, in welchen das Gas durch eine gasdurchlässige Trennwand in feiner Zer teilung in die Flüssigkeit eingeführt wird. Diese Trennwände, die im allgemeinen in Form zylindri- scher Kerzen ausgebildet sind, welche an geeigneter Stelle in den Flüssigkeitsstrom eingesetzt sind und in deren Hohlraum das der Flüssigkeit beizumen gende Gas zugeleitet wird, bestehen im allgemeinen aus keramischen oder gesinterten porösen Mate rialien, deren äusserst feine Kanäle die gewünschte feine Zerteilung des Gases: in kleinste Bläschen er geben.
Bei Betriebsunterbrüchen solcher Anlagen, welche beispiefsweise bei Ozomlsieru@ngs,anlagen für Trinkwasser infolge automatischer Pegelsteuerung durch den Wasserstand in einem oder mehreren Reservoirs täglich mehrmals stattfinden können und bei welchen die Zufuhr des Ozon Luftgemisches un terbrochen wird, tritt das die porösen Kerzen um gebende Trinkwasser durch die porösen Wände ein. Das eindringende Wasser führt auch feinste Verun reinigungen mit, welche sich in den stark gewun denen Kanälchen der porösen Trennwand festsetzen und bei Wiederaufnahme des Betriebs: durch den die Trennwand durchsetzenden Gasstrom nicht mehr entfernt werden.
Auch feinste mit dem Gasstrom herangeführte Teilchen setzen sich allmählich in der porösen Trennwand fest, so dass dieselbe nach rela tiv kurzer Zeit so viel ihrer ursprünglichen Gasdurch lässigkeit eingebüsst hat, dass sie nicht mehr verwend bar ist und ausgewechseh werden muss.
Es ist nun das Ziel der Erfindung, das Gas eben falls durch eine gasdurchlässige Trennwand in feiner Zerteilung in die Flüssigkeit einzuführen, die Trenn wand so zu gestalten, dass eine allmähliche Verstop fung derselben ausgeschlossen ist. Die erfindungs gemässe Anlage ist dadurch gekennzeichnet, dass die Trennwand einzelne, mindestens annähernd senkrecht zu ihrer Innen- bzw. Aussenfifäche stehende, im wesentlichen geradlinig durchgehende Kanäle auf weist.
Es hat sich gezeigt, dass bei geeigneter B:emes:- sang dieser Kanäle eine genügend feine Zerteilung der zugeführten Gase in der Flüssigkeit erzielt wird, dass aber gleichzeitig eine Verstopfung dieser öffnun- gen praktisch nicht stattfindet, weil seich feste Par- tikeln praktisch in den geradlinig verlaufenden Ka nälen nicht derart festsetzen können,
dass weder der während der Betriebsunterbrüche von aussen wir kende Flüssigkeitsdruck noch der während des Be triebs von innen wirkende überdruck des. zugeführ ten Gases solche eingedrungene Verunreinigungen wieder aus den Kanälen zu entfernen vermöchte.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemässen Anlage zum Ozonisieren von Wasser dargestellt.
Fig. 1 zeigt eine Gesamtübersicht über die we sentlichen Teile der Anlage.
Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch den Mischer und Fig. 3 zeigt einen stark vergrösserten Teilschnitt der Trennwand des Mischers.
Fig.1 zeigt einen für derartige Ozonsierungs- anlagen üblichen Kontaktturm 1, in welchen das durch eine Pumpe 2 geförderte Rohwasser durch eine Leitung 3 und durch einen Mischer 4 von oben ein tritt. Aus dem Mischer 4 gelangt das mit einem Ozon-Luftgemisch durchsetzte Wasser durch die ab steigende Leitung 5 in einen Verteiler 6, aus, wel chem es durch mehrere Öffnungen in den Hohlraum des Turms 1 austritt. Das Wasser steigt dann ver hältnismässig langsam in Form einer sogenannten Kontaktsäule durch den Hohlraum des. Turms auf, bis es durch einen überfall 7 in eine Ableitung 8 überfliesst.
Am Deckel des Kontaktturms 1 ist ein Entlüftungsstutzen 9 angebracht, durch welchen aus der Kontaktsäule nach oben entweichende Gasreste ins Freie entweichen können.
über der Pumpe 2 ist in einem besonderen Raum ein Ozonisator 10 angeordnet, in welchem in bekann ter Weise der Sauerstoff eines durchgeleiteten Luft stroms durch elektrische Entladung teilweise in Ozon übergeführt wird. Das so erzeugte Ozon-Luftgemisch wird durch eine Leitung 11 dem Mischer 4 zugeführt.
Der Mischer 4 ist in Fig.2 in grösserem Mass stab im Axialschnitt dargestellt. Er weist ein aus einem oberen konisch erweiterten Teil 12, einem zylindrischen Mittelteil 13 und einem konisch ver engten unteren Teil 14 bestehendes Gehäuse auf, durch welches das durch die Leitung 3 von oben eintretende Wasser in die Leitung 5 überfliesst.
In das Gehäuse des Mischers 4 ist ein Verteiler für das Ozon-Luftgemisch eingesetzt, welcher zwei trichter förmige Anschlussstücke 15 bzw. 16 aufweist, wobei das Anschlussstück 15 in der dargestellten Weise mit der Zuleitung Il für das Ozon-Luftgemisch und das Anschlussstück 16 mit einem Ablauf 17 verbunden sind. In den Ablauf 17 ist ein Absperrventil 17' ein gebaut, welches in später beschriebener Weise von Hand oder automatisch betätigt werden kann.
Zwi schen die beiden Anschlussstücke 15 und 16 ist eine zylindrische Trennwand 18 eingesetzt, welche über ihre Fläche gleichmässig verteilte Durchlasskanäle ge ringen Durchmessers aufweist.
Eine bevorzugte Form dieser Gasaustrittskanäle ist in Fig.3 in starker Vergrösserung dargestellt. Diese Kanäle weisen auf der Innenseite der Trenn wand 18 einen verhältnismässig tiefen konischen Teil 19 auf, welcher in eine verhältnismässig kurze engste Stelle 20 überläuft. An diese verengte Stelle schliesst an der Aussenseite der Trennwand 18 mit Vorteil eine sich nach innen, beispielsweise konisch veren gende Stelle 21 an.
Die axiale Länge der engsten Stelle 20 soll. so gering als möglich sein, doch wird sie bei dem vorzugsweise gewählten Durchmesser dieser engsten Stelle von höchstens 0,1 mm eine Länge aufweisen, welche praktisch mindestens diesem Durchmesser entspricht, oder gemäss Fig.3 etwas länger ausfällt. Die totale Dicke der Trennwand 18 beträgt bei einem ausgeführten Beispiel 0,8 bis 1 mm. Von dieser Dicke entfällt der grösste Teil auf den konischen Teil 19, während nur etwa 0,2 bis 0,3 mm auf die Kanalteile 20 und 21 entfallen. Der COffnungs- winkel der Verengung 19 ist nicht sehr kritisch und beträgt im Ausführungsbeispiel rund 20 .
Die Trenn wand 18 besteht vorzugsweise aus einem korrosions beständigen Material, beispielsweise reinem Nickel, rostfreiem Stahl oder dergleichen. Die Anschlussstücke 15 und 16 sowie die mit ihnen verbundenen Verbin dungsstücke und Leitungen bestehen vorzugsweise aus Kunststoff.
Die Wirkungsweise der Anlage ist wie folgt: Das zu ozonisierende Rohwasser wird wie erwähnt von der Pumpe 2 über die Leitung 3 in den Mischer 4 gefördert, in welchem es den Ringraum zwischen der Trennwand 18 und dem zylindrischen Gehäuseteifl: 13 durchströmt. Der Querschnitt dieses Ringraumes kann passend gewählt werden, um die gewünschte Wassergeschwindigkeit und die gewünschte Dicke des die Trennwand 18 umgebenden Wassermantels einzustellen. Bei einer ausgeführten Anlage beträgt der Abstand zwischen der Trennwand 18 und dem Gehäuseteil 13 beispielsweise rund 3 cm und die Wassergeschwindigkeit in diesem Ringraum liegt bei ungefähr 2 bis 3 m pro Sekunde.
Das gleichzeitig über die Leitung 11 in den Verteiler eingeleitete Ozon-Luftgemisch tritt in feinen Strahlen durch die Kanäle der Trennwand 18 in das durchfliessende Rohwasser aus, in welchem diese Strahlen in feinste Bläschen zerteilt und mit dem Wasser intensiv und gleichmässig durchmischt werden.
Es hat sich dabei wie erwähnt gezeigt, dass ein Kanaldurchmesser von 0,1 mm nicht überschritten werden sollte und dass bei einer totalen Kanalöffnung von 3 bis 4% der gesamten Trennwandfläche eine gleichmässige feine Verteilung des Ozon-Luftgemisches ohne Bildung grösserer Blasen stattfindet.
Diese Verhältnisse gelten jedenfalls bei einem Wasserdruck, der ungefähr dem atmosphärischen Druck entspricht und bei einem Überdruck des: Ozon-Luftgemisches von zwei bis fünf Meter Wassersäure. Das mit dem Ozon-Luftgemisch durchsetzte Wasser strömt durch die Leitung 5 nach unten und dann durch den Kontaktturm 1 in der beschriebenen Weise nach oben, wobei sich der grösste Teil des Ozons im Wasser löst und dasselbe entkeimt.
Mit dem Ozon-Luftgemisch in den Verteiler mit geführte Feststoffpartikeln einer Grösse über 0,1 mm werden sich im den innern konischen Teilen 19 der Trennwandkanäle festsetzen. Teilchen geringerer Grösse werden durch die Kanäle in das zu behan delnde Wasser übertreten. Damit kann während län gerer Betriebsperioden die Trennwand 18 langsam an Gasdurchlässigkeit einbüssen, und es kann daher bei stark staubhaltiger Luft erforderlich sein, an ge eigneter Stelle ein Filter in die Luftzufuhr einzu- setzen, welches Verunreinigungen einer Grösse von über 0,1 mm zurückhält.
Aber selbst wenn eine all mähliche Verstopfung der Trennwand 18 in der be schriebenen Weise durch zugeführte Staubpartikeln erfolgt, so wird diese Verstopfung beim nächsten Betriebsunterbruch der Anlage vollständig behoben, indem nämlich bei diesem Betriebsunterbruch der Druck des Ozon-Luftgemisches auf Null absinkt und somit das die Trennwand 18 umgebende Wasser in den von derselben eingeschlossenen Hohlraum ein dringt. Dabei werden in den konischen Teilen 19 der Kanäle der Trennwand 18 festgesetzte Partikeln nach innen ausgestossen, weil sie in dem sich nach innen konisch erweiternden Kanalteil 19 keinen Halt finden.
Im Wasser enthaltene Verunreinigungen werden je nach ihrer Grösse entweder in die engste Stelle 20 der Kanäle einzudringen vermögen und werden dann nach innen durchgeschwemmt oder aber sie werden ausserhalb dieser engsten Stellen, beispiels weise im äusseren konischen Kanalteil 21 festgehal ten. Die Wahrscheinlichkeit ist aber äusserst gering, dass sich Teilchen gerade an der engsten Stelle 20 festklemmen und nicht mehr in der einen oder an deren Richtung durch einen in dieser Richtung wir kenden überdruck entfernt werden.
Das durch die Trennwand hineinsickernde Wasser wird sich mit den mitgeführten Verunreinigungen im unteren Anschluss teil 16 des Verteilers sammeln, und es wird nun dafür gesorgt, dass das Ventil 1<B>7</B> während jedes Betriebs unterbruchs geöffnet wird, so dass das sich sammelnde Wasser mit den Verunreinigungen durch die Leitung 17 abgeführt wird.
Vorzugsweise kann das Ventil 17' automatisch betätigt werden, und zwar in der Weise, dass, wenn immer der Motor der Pumpe 2 ausgeschalr tet ist, das Ventil 17' geöffnet wird, so dass dieses Ventil automatisch bei Beginn jedes Betriebsunter bruchs geöffnet und bei der nächsten Betriebsauf nahme gesch'lo'ssen wird. Dieses automatische Öffnen des Ventils 1<B>7</B> verhindert auch das überfliessen von durch die Trennwand eindringendem Wasser durch die Leitung 11 in die Ozonisieranlage 10.
Wenn schon durch die eigentliche Konstruktion der Trennwand 18 deren Verstopfungsgefahr weit gehend herabgesetzt ist, so wird durch das automati sche Abführen der angesammelten Verunreinigungen mit dem bei Betriebsunterbrüchen durch die Trenn wand 18 einsickernden Wasser einer allmählich zu nehmenden Verstopfung der Trennwandkanäle zu sätzlich entgegengewirkt.
Die vorliegende Erfindung betrifft daher auch ein Betriebsverfahren für die dar gestellte Anlage, welches, dadurch gekennzeichnet ist, dass bei jedem Betriebsunterbruch durch die Trenn wand in den Gaszufuhrraum eindringende Flüssig- keit zusammen mit in diesem Raum enthaltenen Feststoffen aus dem Gaszufuhrraume abgelassen wird.
Durchgeführte Versuche haben ergeben, dass in der dargestellten Anlage ein sehr hoher Anteil des zugeführten Ozons gelöst wird. Bei einer Dosierung von 1,38 g Ozon pro m?, Wasser wurden 1,12 g Ozon, das heisst 81 1/a desselben, gelöst. Unter ähnlichen Voraussetzungen wurde in einer bestehenden Anlage mit Diffusormischer nur 79 IM des zugeführten Ozons gelöst.
Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die - Beimischung von Ozon zu Trinkwasser be schränkt, sondern bezieht sich auf die Bei mischung irgendwelcher Gase zu irgendwelchen Flüssigkeiten. So könnte beispieilsweise in einem Mischer gemäss Fig. 2 dem Rohwasser vor der eigent lichen Ozonisierung Luft zugeführt werden, um das Wasser mit Sauerstoff anzureichern und gewisse stark reduzierende Stoffe bereits zu oxydieren,
bevor das Wasser der eigentlichen Ozonbehandlung unter worfen wird.
Die Trennwand 18 kann im Rahmen der Erfin dung irgendeine geeignete Ausbildung erfahren, wobei nicht die in Fig. 3 dargestellte Ausbildung der Ka näle übernommen werden muss. Es könnten beispiels weise Kanäle vorgesehen sein, die bezüglich der Mit- tel'ebene der Trennwand symmetrisch ausgebildet sind, das heisst von der engsten Stelle 20 sich sym metrisch nach beiden Seiten erweiternde konische Teile aufweisen.
Auch kann die Trennwand, sofern ihre Festigkeit genügt, erheblich dünner ausgeführt sein als beim Ausführungsbeispiel angegeben. An stelle eines einzigen Verteilers könnten mehrere, beispielsweise parallel: zur Achse des: Mischergehäu- ses im Querschnitt desselben verteilte, rohrartige Ver teiler ziemlich kleinen Durchmessers vorgesehen sein, welche auch bei Verwendung sehr dünner Trenn wände genügende Festigkeit aufweisen.
In diesem Falle könnten überhaupt zylindrische Kanäle in der Trennwand vorgesehen sein, welche weder aussen noch innen konisch erweitert sind. Es: wäre natür lich auch möglich, Stellen einer dickeren Trennwand so dünn auszuführen, dass an diesen Stellen zylindri sche Kanäle angebracht sein können.