CH630045A5 - Verfahren zur wasserbehandlung. - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Wasserbehandlung, insbesondere zur Trinkwasseraufbereitung und zur Abwasserreinigung unter Anwendung von Ozon, welches zweckmässig aus reinem Sauerstoff erzeugt wird.

Die Notwendigkeit, immer schlechtere Rohwässer zu Trinkwasser aufzubereiten, schon verwendete Prozesswässer wieder zu verwenden und im Rahmen des Umweltschutzes eine weitestgehende Abwasserreinigung zu erreichen, erfordert hochwirksame, umweltfreundliche Verfahren, die aus Kostengründen mit geringem Rohstoff- und Energiebedarf durchführbar sein müssen. Eine Möglichkeit, diese Bedingungen zu erfüllen, bietet die Verwendung von Ozon, welches die unerwünschten Wasserinhaltsstoffe oxidiert und die Ausflockung solcher Stoffe verbessert. Da bei der Trinkwasseraufbereitung fast nur rein chemische Vorgänge ablaufen, erreicht man mit der Ozon-Sauerstoff-Zugabe zusätzlich zur Ozonwirkung auch die Wirkungen der reinen Sauerstoff-Zugabe. Bei der Abwassereinigung dagegen bewirkt der Sauerstoff hauptsächlich biochemische und das Ozon-Sauerstoff-Gemisch chemische Vorgänge. Die hohe Giftigkeit des Ozons für alles Leben schliesst biochemische Reinigungswirkungen aus. Die Verwendung von reinem Ozon ist wegen dessen Explosivität sowohl im flüssigen als auch im gasförmigen Zustand nicht möglich.

Bei Verwendung von Ozon-Luft-Gemischen arbeitet man mit einem Ozonanteil von 1-2 Gew.-%. Ein so geringer Ozonanteil bedingt trotz der gegenüber Sauerstoff etwa zehnmal besseren Löslichkeit von Ozon in Wasser umfangreiche, kostspielige Eintragungsverfahren. Die Herstellung von Ozon aus reinem Sauerstoff anstelle von Luft erlaubt dagegen weitaus höhere Ozonkonzentrationen (üblich sind 4 Gew.-% und mehr), verbunden mit beträchtlichen Einsparungen bei den Investitionskosten.

Infolge des notwendigen Sauerstoffbedarfs scheinen die Betriebskosten von Sauerstoff-Ozon-Anlagen grösser zu sein als die von Luft-Ozon-Anlagen. Durch die Vorteile, die sich aus der höheren Ozonkonzentration, aus der höheren Ozonausbeute und dem geringeren Energiebedarf ergeben, ist das aber nicht der Fall. Das grösste Problem bei der Ozon-Sauer-stoff-Anwendung ist die Nutzung des Sauerstoffs. Durch Separation von Ozon und Sauerstoff unmittelbar nach dem Ozonerzeuger, Wiederverwendung des Sauerstoffs zur Ozonerzeugung und Transport des Ozons in das zu behandelnde

Wasser mittels eines billigen Trägergases kann diese Schwierigkeit behoben werden. Die Separation, ist entweder durch Auskondensieren des Ozons aus dem Sauerstoff oder durch Adsorption des Ozons anSilikagel möglich. Nach einem weiteren bekannten Verfahren («Chemie Ingenieur Technik», 46. Jahrgang, 1974, Nr. 8, Seite 339) erfolgt die Ozonisierung des Abwassers direkt mit dem aus dem Ozonisator kommenden Ozon-Sauerstoff-Gemisch in einer Füllkörperkolonne. In der Füllkörperkolonne wird ein Teilstrom des zu behandelnden Wassers unter Druck mit dem Ozon-Sauerstoff-Gemisch in Berührung gebracht, wobei sich der grösste Teil des Ozons und ein Teil des Sauerstoffs in dem Teilstrom löst. Der so behandelte Teilstrom wird dem Rohwasser wieder zugefügt. Das nicht gelöste Ozon wird in einem Ozon-vernichter beseitigt, der nicht gelöste Sauerstoff wird dem Ozonisator wieder zugefügt. Durch Optimierung der Füll-körperkolonne konnte inzwischen bei diesem bekannten Verfahren erreicht werden, dass das Ozon in der Füllkörperkolonne vollständig gelöst wird, so dass auf den Ozonver-nichter verzichtet werden kann.

Durch die Erfindung wird angestrebt, dieses bekannte Verfahren weiter zu verbessern, und zwar im Hinblick auf den aus dem Teilstromwasser ausgasenden Stickstoff.

Da aus dem normalerweise stickstoffgesättigten Wasser bei reiner Sauerstoffatmosphäre Stickstoff entgast, würde sich der Sauerstoffkreislauf nach einer Übergangszeit bei geringen Drücken stark mit Stickstoff anreichern. Ein hoher Stickstoffanteil im Kreislaufgas hindert aber die Ozonerzeugung und muss vermieden werden. Dies geschieht dadurch, dass die Absorption des Ozons in der Füllkörperkolonne unter Druck erfolgt. Der prozentuale Stickstoffanteil sinkt zum Beispiel dadurch von 80% bei 1 bar auf nur etwa 15% bei 5 bar Druck im Kreislaufsystem. Ausserdem bewirkt der Druck, dass mehr Ozon adsorbiert wird. Bei konstantem Stickstoffgehalt im zu behandelnden Wasser lässt sich auf diese Weise ein konstant niedriger Stickstoffgehalt im Kreislauf erhalten. Der Stickstoffgehalt des zu behandelnden Wassers ist jedoch nicht konstant. Normalerweise ist es mit Stickstoff gesättigt, es kommt jedoch auch oft vor, dass es beispielsweise mit Stickstoff übersättigt ist. Diese Schwankungen des Stickstoffgehalts im Wasser verursachen entsprechende Schwankungen im Stickstoffgehalt des Kreislaufgases. Da das Kreislaufgas dem Ozonerzeuger wieder zugeführt wird, wird der Wirkungsgrad des Ozonisators durch den schwankenden Stickstoffgehalt im Kreislaufgas beeinträchtigt, da die Ozonisatoren nur jeweils bei einem ganz bestimmten Stickstoffgehalt im zugeführten Gas optimal arbeiten. Dieser Stickstoffgehalt hängt von der Art des verwendeten Ozonerzeugers ab, liegt aber in der Regel zwischen 2 und 11 Vol.-%. Schon bei geringen Abweichungen vom jeweils optimalen Wert erhöht sich der Energiebedarf des Ozonisators spürbar.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das bekannte Verfahren zu verbessern, indem sichergestellt wird, dass dem Ozonerzeuger ein Gas mit konstantem Stickstoffgehalt zugeführt wird.

Bei einem Verfahren zur Wasserbehandlung, insbesondere zur Trinkwasseraufbereitung und zur Abwasserreinigung, bei dem zur Oxidation unerwünschter Wasserinhaltsstoffe und zur Verbesserung der Ausflockung solcher Stoffe ein Teilstrom des bereits mit Ozon behandelten Wassers in einer Füllkörperkolonne unter Druck mit Ozon beladen wird, indem er in Kontakt mit einem Sauerstoff-Ozon-Ge-misch aus einem Ozonerzeuger gebracht wird, wonach der Teilstrom mit dem zu behandelnden Wasser vermischt wird, wobei der in der Füllkörperkolonne nicht im Wasser gelöste Sauerstoff als Kreislaufsauerstoff dem Ozonerzeuger wieder zugeführt wird, wird dies gemäss der Erfindung dadurch er5

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reicht, dass der Kolonnendruck abhängig vom Stickstoffgehalt des zu behandelnden Wassers derart eingestellt wird, dass der in der Füllkörperkolonne aus dem Teilstrom ausgasende Stickstoff im stationären Betrieb in dem dem Ozonerzeuger wieder zugeführten Kreislaufsauerstoff in einem Anteil enthalten ist, der einen optimalen Betrieb des Ozonerzeugers gestattet.

Der Anteil des Stickstoffs ist dabei in der Regel zwischen 2 und 11 Vol.-% im Kreislaufsauerstoff zu halten, vorzugsweise unter 10 Vol.-%.

Die Zeichnung veranschaulicht in schematischer Form ein Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Das zu behandelnde Wasser tritt als Rohwasser 1 in die Anlage ein und wird in einer Reaktionsstufe 2 mit einem hoch mit Ozon angereicherten Teilstrom 3 des bereits behandelten Wassers vermischt, wodurch eine intensive Reaktion des Ozons mit den im Rohwasser enthaltenen Wasserinhaltsstoffen erfolgt. In der Nachbehandlungsanlage 4 erfolgen verschiedene weitere Behandlungsschritte, zum Beispiel Chemikalienzugabe, Nachflockung und Filterung. Das aus der Nachbehandlungsanlage 4 austretende Reinwasser 5 wird aus der Anlage abgeführt. Vom Reinwasser 5 wird der Teilstrom 3 abgezweigt und durch die Pumpe 6 auf erhöhten Druck gebracht, der höher ist als der Kolonnendruck. Anschliessend wird er in die Füllkörperkolonne 7 eingedüst, in der im Gegenstrom ozonhaltiger Sauerstoff nach oben strömt. Danach wird der mit Ozon und Sauerstoff belade-ne Teilstrom 3 dem zu behandelnden Rohwasser 1 in der Reaktionsstufe 2 wieder zugeführt. Der in der Füllkörperkolonne 7 nicht verbrauchte Sauerstoff verlässt als Kreislaufsauerstoff 11 die Kolonne am Kopf, durchläuft eine Trocknung 8 und wird durch eine Druckminderung 9 auf den für den Ozonerzeuger 10 zulässigen Druck abgesenkt. Dieser Kreislaufsauerstoff 11 wird durch Zusatzsauerstoff 12

ergänzt, um die Verluste durch den Ozonverbrauch und die Lösung von Sauerstoff im Teilstromwasser 3 auszugleichen. Im Ozonerzeuger 10 findet die Bildung von Ozon statt. Der aus dem Ozonerzeuger 10 austretende Kreislaufsauerstoff 5 ist hoch ozonhaltig und strömt nach Druckerhöhung mit einem Wasserringkompressor 13 in die Füllkörperkolonne 7 ein.

Aus dem Teilstromwasser 3 gast in der Füllkörperkolonne 7 Stickstoff aus. Abhängig vom Stickstoffgehalt im Teil-10 stromwasser 3 und vom Druck in der Füllkörperkolonne 7 stellt sich in stationärem Betrieb im Kreislaufsauerstoff ein bestimmter Stickstoffgehalt ein. Durch ein Analysengerät 14 wird der Stickstoffgehalt des Teilstromwassers 3 gemessen und abhängig vom jeweiligen Stickstoffgehalt der vom 15 Wasserringkompressor 13 erzeugte Druck der Füllkörperkolonne 7 so eingestellt, dass der sich im Kreislaufsauerstoff 11 einstellende Stickstoffgehalt einen optimalen Betrieb des Ozonerzeugers 10 gestattet. Der Stickstoffgehalt im Teilstrom 3 ist an der Messstelle praktisch identisch mit dem 20 Stickstoffgehalt des Rohwassers 1, da die Reaktionsstufe 2 und die Nachbehandlungsanlage 4 ohne Einfluss auf den Stickstoffgehalt sind. Der jeweils anzustrebende Stickstoffgehalt im Kreislaufsauerstoff 11 hängt von der Art des Ozonerzeugers 10 ab, liegt jedoch in der Regel zwischen 2 und 25 11 Vol.-%.

Der Stickstoffgehalt des Teilstromwassers kann auch durch Bestimmung des Sauerstoffgehaltes des aus der Kolonne entgasenden Gasgemisches ermittelt werden, da der Gehalt an Sauerstoff und an Stickstoff in einem bestimmten 30 Verhältnis zueinander stehen. Dabei wird der Einfachheit halber angenommen, dass das Gemisch nur aus Sauerstoff und Stickstoff besteht. Die nur in sehr geringem Umfang im Gemisch vorliegenden Edelgase und das C02 bleiben dabei unberücksichtigt.

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1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

630045 2 PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zur Wasserbehandlung, insbesondere zur Trinkwasseraufbereitung und zur Abwasserreinigung, bei dem zur Oxidation unerwünschter Wasserinhaltsstoffe und zur Verbesserung der Ausflockung solcher Stoffe ein Teilstrom des bereits mit Ozon behandelten Wassers in einer Füllkörperkolonne unter Druck mit Ozon beladen wird, indem er in Kontakt mit einem Sauerstoff-Ozon-Gemisch aus einem Ozonerzeuger gebracht wird, wonach der Teilstrom mit dem zu behandelnden Wasser vermischt wird, wobei der in der Füllkörperkolonne nicht im Wasser gelöste Sauerstoff als Kreislaufsauerstoff dem Ozonerzeuger wieder zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolonnendruck abhängig vom Stickstoffgehalt des zu behandelnden Wassers derart eingestellt wird, dass der in der Füllkörperkolonne (7) aus dem Teilstrom (3) ausgasende Stickstoff im stationären Betrieb in dem dem Ozonerzeuger zugeführten Kreislaufsauerstoff (11) in einem Anteil enthalten ist, der einen optimalen Betrieb des Ozonerzeugers (10) gestattet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil des Stickstoffs zwischen 2 und 11, vorzugsweise unter 10 Vol.-% im Kreislaufsauerstoff gehalten wird.