DE102019106150A1

DE102019106150A1 - Verfahren und Einrichtung zur Reduzierung der Anzahl biologisch aktiver Mikroorganismen in Betriebsflüssigkeit

Info

Publication number: DE102019106150A1
Application number: DE102019106150.4A
Authority: DE
Inventors: Stefan Melzer; Robert Plesnierowicz; Ralf Krallmann; Günter Eberhard; Carsten Mohr; Peter Thomalla; Markus Richter
Original assignee: Audi AG; Volkswagen AG; Eisenmann SE
Current assignee: Eisenmann De GmbH; Audi AG; Volkswagen AG
Priority date: 2019-03-11
Filing date: 2019-03-11
Publication date: 2020-09-17

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reduzierung der Anzahl biologisch aktiver Mikroorganismen, insbesondere von Bakterien, Viren und/oder Pilzen, in Betriebsflüssigkeit, insbesondere im Abwasserstrom, einer Nassauswaschung (30) einer Lackieranlage zur Lackierung von Kraftfahrzeugen, wobei Betriebsflüssigkeit (100) mit einem ozonhaltigen Gas (15) mit einer Ozonkonzentration von wenigstens 5 mg/l in einem Mischer (20) in Kontakt gebracht wird, so dass Ozon in der Betriebsflüssigkeit (100) gelöst wird und eine oxidative Reaktion zwischen dem gelösten Ozon und wenigstens einem aktiven Mikroorganismus in der Betriebsflüssigkeit (100) erfolgt, so dass dieser biologisch inaktiviert, insbesondere abgetötet, wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Reduzierung der Anzahl biologisch aktiver Mikroorganismen, insbesondere von Bakterien, Viren und/oder Pilzen, in einer Betriebsflüssigkeit einer Nassauswaschung einer Lackieranlage zur Lackierung von Kraftfahrzeugen.
Werden Lacke mittels Spritz- und/oder Sprühapplikation auf ein zu lackierendes Bauteil aufgetragen, kommt es zum sogenannten Overspray. Dabei handelt es sich um einen Nebel aus Farbpigmenten und Lösungsmitteln, welche nicht auf das zu lackierende Bauteil gelangen und in die Umgebung entweichen. Dieser gegebenenfalls gesundheits- und umweltschädliche Lacknebel kann auf verschiedene Weise abgeschieden werden. Ein gängiges Verfahren ist die Nassauswaschung. Dabei wird der Lacknebel mittels einer zerstäubten Flüssigkeit, üblicherweise eines Betriebswassers, aus dem Luftstrom einer Lackierkabine abgeschieden. Dieses nunmehr mit Lackpartikeln verschmutzte Wasser wird aufgefangen, in mehreren Stufen von den Lackrückständen gereinigt und üblicherweise der Nassauswaschung erneut zur Abscheidung zugeführt. Das Betriebswasser wird somit in der Lackieranlage im Kreislauf geführt.
Ein unerwünschter Nebeneffekt der Kreislaufführung besteht darin, dass es zu einer Anreicherung von Mikroorganismen im Betriebswasser kommt, welche von den auf den Overspray bezogenen Reinigungsprozessen typischerweise nicht erfasst werden. Mikroorganismen, zu denen Bakterien und Viren, aber auch Pilze und Algen zu zählen sind, stellen dabei in zweierlei Hinsicht ein Risiko dar. Zum einem ist es möglich, dass Mikroorganismen in die Lackschicht des zu lackierenden Bauteils geraten, sich hier im Laufe der Zeit vermehren, und zu einer Beschädigung der Lackschicht führen. Zum zweiten stellen sie jedoch gegebenenfalls auch ein erhebliches gesundheitliches Risiko dar. Typischerweise wird diesem Problem in der Art begegnet, dass dem Betriebswasser während des Reinigungsprozesses Biozide zugegeben werden, welche die Mikroorganismen abtöten. Biozide wirken dabei jedoch nicht auf jeden Mikroorganismus in der gleichen Weise. So sind die typischerweise eingesetzten Biozide beispielsweise in Bezug auf Legionellen im Wesentlichen wirkungslos. Ferner besteht das Risiko, dass von den abzutötenden Organismen im Laufe der Zeit Resistenzen ausgebildet werden.
Generell ist bekannt, dass Ozon geeignet ist, Mikroorganismen abzutöten. In diesem Zusammenhang wird Ozon in der Wasseraufbereitung, insbesondere bei geringer Belastung mit organischem Material, bereits eingesetzt.
Die DE 42 09 056 A1 schlägt im Kontext der Abwasserbehandlung ein Verfahren vor, bei dem wenigstens ein Teil eines Abwasserstroms gleichzeitig mit einem Gasstrom mittels Elektronenbestrahlung behandelt wird, wobei der Gasstrom nach der Elektronenbestrahlung ozonhaltig ist. Das ozonhaltige Gas und der Abwasserstrom werden im Anschluss in innige Berührung gebracht.
Die DE 42 38 719 A1 zeigt ein Verfahren zum Recycling von Waschabwasser von KFZ-Betrieben durch Ozon mit abschließender Feststoff- und Ölabtrennung. Dabei wird Ozon aus der Umgebungsluft erzeugt und in das zu reinigende Wasser injiziert.
Die DE 199 10 639 A1 offenbart einen Reaktor zur Flüssigkeitsbehandlung unter Verwendung von Ozon, bei dem Ozon mittels einer als Eintauchzelle ausgebildeten Elektrolysezelle erzeugt wird, welche in eine Flüssigkeitsbehandlungsanlage integriert wird.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, welche in einfacher und kostengünstiger sowie umweltverträglicher Weise die Reduzierung der Anzahl von biologisch aktiven Mikroorganismen in einer Betriebsflüssigkeit ermöglichen.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur Reduzierung der Anzahl von biologisch aktiven Mikroorganismen gemäß Anspruch 1 sowie durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 8. Vorteilhafte Ausgestaltungsformen des Verfahrens werden in den Unteransprüchen 2-7 aufgezeigt. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Vorrichtung werden in den Unteransprüchen 9 und 10 dargelegt.
Ein erster Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zur Reduzierung der Anzahl biologisch aktiver Mikroorganismen, insbesondere von Bakterien, Viren und/oder Pilzen, in Betriebsflüssigkeit, insbesondere im Abwasserstrom, einer Nassauswaschung einer Lackieranlage zur Lackierung von Kraftfahrzeugen. Dabei wird Betriebsflüssigkeit mit einem ozonhaltigen Gas mit einer Ozonkonzentration von wenigstens 5 mg/l in einem Mischer in Kontakt gebracht, so dass Ozon in der Betriebsflüssigkeit gelöst wird und eine oxidative Reaktion zwischen dem gelösten Ozon und wenigstens einem aktiven Mikroorganismus in der Betriebsflüssigkeit erfolgt, so dass dieser biologisch inaktiviert, insbesondere abgetötet, wird.
Zu den Mikroorganismen im Sinne der Erfindung zählen Bakterien, Viren, Pilze, wie beispielsweise Hefen, mikroskopische Algen sowie Protozoen. Insbesondere richtet sich das erfindungsgemäße Verfahren gegen solche Mikroorganismen, die als Krankheitserreger, sogenannte Keime, wirken und Krankheiten auslösen können. Ziel des Verfahrens ist es, diese mit Hilfe von Ozon biologisch zu inaktivieren, was mit anderen Worten bedeutet, ihre Krankheiten auslösende Wirkung zu zerstören. In der Regel bedeutet dies, dass der Mikroorganismus dazu abgetötet wird.
Mikroorganismen können sich in der Betriebsflüssigkeit von Anlagen wie beispielsweise Nassauswaschungen von Lackieranlagen ansammeln und vermehren. Bei einer solchen Betriebsflüssigkeit handelt es sich typischerweise um Wasser. Allgemein bezeichnet eine Betriebsflüssigkeit eine Flüssigkeit, welche dem Betrieb einer technischen Anlage dient und speziell für diesen Betrieb vorgesehen ist. Es ist dabei üblich, die Betriebsflüssigkeit nach ihrem bestimmungsgemäßen Gebrauch aufzubereiten und erneut in der Anlage einzusetzen. Bei der Aufbereitung wird die Flüssigkeit wenigstens in dem Umfang physikalisch und/oder chemisch gereinigt, den ein erneuter Einsatz in der Anlage erfordert. Es ist jedoch ebenso möglich, die Betriebsflüssigkeit nicht wieder in die Anlage zurückzuführen, sondern einer anderen Verwendung oder einer weiteren Aufbereitung zuzuführen. Wird das Betriebswasser in die Anlage zurückgeführt, spricht man allgemein auch von einer Kreislaufführung der Betriebsflüssigkeit. Im Falle von Lackieranlagen wird eine Betriebsflüssigkeit, typischerweise Wasser, in einer Nassauswaschung zur Abscheidung von Lacknebeln, sogenanntem Overspray, eingesetzt. Üblicherweise, aber nicht zwingend, ist das Betriebswasser einer Nassauswaschung beim Nassauswaschungsvorgang nicht mit weiteren chemisch oder physikalisch wirkenden Reinigungssubstanzen angereichert, weswegen auch von einem Spülvorgang gesprochen werden kann. Das mit Farbpartikeln, Lösungsmitteln und anderen Stoffen versetzte Betriebswasser einer Nassauswaschung wird in mehreren Stufen chemisch und physikalisch wenigstens teilweise gereinigt und anschließend der Nassauswaschung wieder zugeführt, wo es erneut zur Lacknebelabscheidung eingesetzt wird. Neben der Abtrennung des Overspray vom Betriebswasser ist eine biologische Aufbereitung zur Minimierung bzw. vollständigen Entfernung von biologisch aktiven Mikroorganismen erforderlich. Erfindungsgemäß erfolgt diese biologische Aufbereitung mit Hilfe eines ozonhaltigen Gases.
Ozon ist ein hochreaktives und oxidativ wirkendes Gas, bestehend aus drei Sauerstoffatomen. Es ist in der Lage, Zellwände oxidativ anzugreifen und zu zerstören und wirkt in diesem Sinne toxisch, mit anderen Worten giftig, auf Organismen. Insbesondere Mikroorganismen können durch die toxische Wirkung des Ozons abgetötet werden.
Erfindungsgemäß wird das Ozon in Form eines ozonhaltigen Gases mit einer Ozonkonzentration von wenigstens 5 mg/l für das erfindungsgemäße Verfahren verwendet. Bevorzugt beträgt die Ozonkonzentration im ozonhaltigen Gas 10 mg/l, besonders bevorzugt 20 mg/l. Die Angaben beziehen sich auf Standardbedingungen von 293,15 K und 1 bar.
Damit die gewünschte toxische Reaktion ablaufen kann, ist es erforderlich, dass das Ozon, welches sich in eine Gasphase befindet, und der Mikroorganismus, welcher sich in der flüssigen Phase befindet, in direkten Kontakt gebracht werden. Dazu ist es zweckdienlich, dass das Ozon von der Gasphase in die flüssige Phase übergeht und in dieser gelöst wird. Dieser Vorgang, welcher auch als Stoffübergang des Ozons bezeichnet werden kann, ist umso effektiver, je höher die Ozonkonzentration in der Gasphase und je größer die Phasengrenzfläche zwischen der Gasphase und der flüssigen Phase ist. Mit anderen Worten ist das ozonhaltige Gas mit der Betriebsflüssigkeit, welche die Mikroorganismen umfasst, in einen intensiven Kontakt zu bringen.
Das Inkontaktbringen der flüssigen und der gasförmigen Phase erfolgt erfindungsgemäß in einem Mischer. Ein Mischer im Sinne der Erfindung ist eine Vorrichtung, welche dazu eingerichtet ist, zwei Stoffe, insbesondere zwei Stoffe, welche in unterschiedlichen Aggregatzuständen bzw. Phasen vorliegen, miteinander zu vermischen, was mit anderen Worten bedeutet, die Kontaktfläche bzw. Phasengrenzfläche zwischen den Stoffen zu erhöhen. Dies geschieht allgemein dadurch, dass einer natürlichen Entmischung der Stoffe durch Energieeintrag in das Stoffsystem, das durch die beiden Stoffe ausbildet wird, entgegengewirkt wird. Dabei wird die sich natürlicherweise ausbildende minimale Grenzfläche bevorzugt mehrfach aufgebrochen und somit vergrößert. Die für den Mischungsvorgang benötigte Energie kann dabei einerseits extern in das Stoffsystem eingebracht werden, wie beispielsweise mittels bewegter dynamischer Mischaggregate, wie z.B. Rotorblätter, oder durch die Bewegung des Mischers selbst, indem dieser beispielsweise geschüttelt oder rotiert wird. Die für den Mischungsvorgang benötigte Energie kann jedoch auch durch die zu mischenden Stoffen selbst bereitgestellt werden, indem die Energie der strömenden Stoffe mittels strömungsbrechender Elemente im Mischer für das Aufbrechen der Phasengrenzfläche genutzt wird. Eine Kombination von beiden genannten Vorgehensweisen ist ebenso möglich.
Bevorzugt wird der Mischer im erfindungsgemäßen Verfahren kontinuierlich von den zu mischenden Stoffen durchströmt. Es ist jedoch ebenso möglich, dass der Mischer mit den zu mischenden Stoffen befüllt wird, der Mischvorgang ausgeführt wird und der Mischer wieder geleert wird. Im letzten Fall handelt es sich um einen diskontinuierlichen Prozess. Der Mischer verfügt entsprechend über wenigstens je eine Zuführung für die flüssige Phase und die Gasphase. Dabei ist es möglich, die Zuführungen so auszulegen, dass bereits bei Eintritt der Stoffe in den Mischer eine erste Mischung erfolgt, beispielsweise durch ein Eindüsen der Gasphase in den Flüssigkeitsstrom.
Im Mischer findet der Stoffübergang des Ozons von der Gasphase in die flüssige Phase im Wesentlichen statt. Aufgrund der hohen Reaktivität des Ozons findet im Mischer auch im Wesentlichen die toxische Reaktion zwischen dem Ozon und den Mikroorganismen statt, so dass der Mischer mit anderen Worten auch als Reaktor bezeichnet werden kann. Dabei ist nicht ausgeschlossen, dass die Reaktion auch nach Verlassen des Mischers weiterläuft.
Es ist möglich, mehrere Mischer in Reihen- und/oder Parallelschaltung einzusetzen.
Das Verfahren ist nicht beschränkt auf die Anwendung im Zusammenhang mit einer Nassauswaschung in Lackieranlagen. Vielmehr ist es im Zusammenhang mit jeglicher Abwasserreinigung grundsätzlich anwendbar.
Es ist ferner nicht ausgeschlossen, lediglich einen Teil der Betriebsflüssigkeit mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zu behandeln. Das erfindungsgemäße Verfahren ist dazu eingerichtet, in bestehende Anlagen integrierbar zu sein.
Der besondere Vorteil des Verfahrens besteht darin, dass die zu behandelnde Betriebsflüssigkeit mit dem ozonhaltigen Gas in einem Mischer in intensiven Kontakt gebracht wird. Die Durchmischung der Phasen im Mischer ermöglicht einen sehr guten Stoffübergang des Ozons in die flüssige Phase, wo es toxisch auf die Mikroorganismen einwirken bzw. mit diesen reagieren kann. Entsprechend wird das Ozon in besonders effektiver Weise genutzt.
In einer Ausgestaltungsform des Verfahrens wird die Betriebsflüssigkeit wenigstens teilweise mit dem ozonhaltigen Gas in einem statischen Mischprozess in Kontakt gebracht.
Ein statischer Mischprozess bezeichnet im Sinne der Erfindung einen Mischprozess, der in einem statischen Mischer oder auch einem Statikmischer ausgeführt wird. Ein statischer Mischer ist allgemein eine Vorrichtung zum Mischen von Fluiden, also mehreren Flüssigkeiten, Gasen oder Flüssigkeiten und Gasen, in der die Mischung im Wesentlichen durch die Strömungsbewegung und die Energie der strömenden Fluide bewirkt wird. Typischerweise wird ein statischer Mischer durch einen zu durchströmenden Hohlkörper, beispielsweise ein Rohr, ausgebildet, welcher Einbauten zum Aufbrechen der Phasengrenzen zwischen den zu mischenden Fluiden umfasst. Mit anderen Worten führen die Einbauten dazu, dass die Strömung bzw. die Strömungen im Mischer mehrfach geteilt und wieder zusammengeführt werden. Typische Einbauten statischer Mischer sind beispielsweise verdrillte und versetzt angeordnete Bleche, geriffelte Lamellen oder versetzt angeordnete Stege. Möglich sind auch Prallbleche, Lochbleche und andere Wirbelströmungen erzeugende Einbauten. Die Intensität der Mischung wird dabei von Art, Anzahl und Dichte der eingesetzten Einbauten, sowie von den stofflichen Eigenschaften, insbesondere Dichte und Viskosität, der zu vermischenden Fluide bestimmt.
Ein statischer Mischer kann auch dadurch realisiert werden, dass das ozonhaltige Gas in eine Förderleitung oder einen Abschnitt einer Förderleitung der Betriebsflüssigkeit, wie beispielsweise die Saugleitung einer Pumpe zur Förderung der Betriebsflüssigkeit, eingespeist wird. Durch die Geschwindigkeit der Betriebsflüssigkeit kommt es zu einer Vermischung mit dem ozonhaltigen Gas. Dabei gilt, unter ansonsten gleich bleibenden Bedingungen, dass je höher der Volumenstrom der Betriebsflüssigkeit ist, umso höher die Intensität der Durchmischung ist. In diesem Sinne wirkt die Förderleitung bzw. ein Förderleistungsabschnitt selbst als statischer Mischer. Die Einspeisung kann durch aktive Einleitung des ozonhaltigen Gases, beispielsweise durch eine Pumpe, in die Förderleitung der Betriebsflüssigkeit erfolgen, oder passiv, beispielsweise nach dem Venturi-Prinzip, vorgenommen werden.
Der Vorteil dieser Ausgestaltung besteht darin, dass statische Mischer bei geringen Betriebskosten mit hoher Verlässlichkeit zu einem sehr guten Mischergebnis führen. Dies führt erfindungsgemäß zu einem sehr guten Stoffübergang des Ozons und damit zu einer effektiven Abtötung von Mikroorganismen in der Betriebsflüssigkeit. Darüber hinaus lassen sich statische Mischer einfach und kostengünstig in einen Betriebsflüssigkeitsstrom integrieren.
Eine weitere Ausgestaltungsform besteht darin, dass die Ozonmasse M_O zum Betriebsflüssigkeitsvolumen im Mischer V_B im Verhältnis M_O/V_B steht, wobei M_O/V_B > 0,25 mg/m³ ist.
Bevorzugt ist das Verhältnis M_O/V_B > 5 mg/m³, besonders bevorzugt ist M_O/V_B > 10 mg/m³.
Mit dem ozonhaltigen Gas wird im Mischer eine bestimmte Ozonmasse bzw. Ozonmenge zur Verfügung gestellt. Die Ozonkonzentration im ozonhaltigen Gas ist dabei so einzustellen, dass im Mischer bezogen auf einem Kubikmeter Betriebsflüssigkeit wenigstens 0,25 mg Ozon für die Reaktion bereitgestellt werden. Bereitgestellt meint, dass die genannte Menge von 0,25 mg pro Kubikmeter Betriebsflüssigkeit am Eingang in den Mischer vorliegt.
Je höher die Ozonkonzentration im Mischer, umso effektiver ist der Stoffübergang des Ozons über die Phasengrenzfläche, bzw. mit anderen Worten umso mehr Ozon kann in gegebener Zeit in die flüssige Phase übergehen und in dieser gelöst werden. Ferner gilt, dass je mehr Ozon in der flüssigen Phase vorliegt, umso schneller und effektiver die Reaktion zwischen dem Ozon und den Mikroorganismen verläuft.
Ozon reagiert nicht spezifisch mit den Mikroorganismen in der Betriebsflüssigkeit. Das hoch oxidative wirkende Ozon ist ebenso in der Lage, mit anderen Stoffen in der Betriebsflüssigkeit zu reagieren, insbesondere diese zu oxidieren. Sind solche Stoffe vorhanden, ist eine entsprechende Erhöhung der Ozonmasse ggf. erforderlich, um ausreichend Ozon für die gewünschte Wirkung auf Mikroorganismen zur Verfügung zu stellen. Vorteilhafterweise umfasst das Verfahren die Möglichkeit, die stoffliche Zusammensetzung der Betriebsflüssigkeit vor und/oder nach dem Mischen mit dem ozonhaltigen Gas online und/oder offline zu bestimmen. Zu diesem Zweck sieht das Verfahren vorteilhafterweise entsprechende Messungen und/oder Probenahmen vor.
Der Vorteil einer Ozonmasse von wenigstens 0,25 mg pro Kubikmeter Betriebsflüssigkeit im Mischer liegt in der Sicherstellung einer ausreichenden Ozonkonzentration für ein effektives Abtöten von Mikroorganismen in der Betriebsflüssigkeit.
Insbesondere wird im Mischer zwischen der Betriebsflüssigkeit und dem ozonhaltigen Gas eine Phasengrenzfläche von wenigstens 50 m² pro Kubikmeter Betriebsflüssigkeit im Mischer realisiert.
Bevorzugt wird eine Oberfläche von wenigstens 500 m² pro Kubikmeter Betriebsflüssigkeit im Mischer realisiert.
Allgemeint gilt, dass ein Stoffmengenstrom über eine Phasengrenzfläche eine Funktion eines Stoffübergangskoeffizienten, der Konzentrationsdifferenz des Stoffes über die Grenzfläche sowie der Größe der Grenzfläche ist.
In diesem Sinne ist der Stoffmengenstrom, mit anderen Worten der Stoffübergang, des Ozons von das Gasphase in die Betriebsflüssigkeit eine Funktion der Phasengrenzfläche, die im Mischer zwischen der Betriebsflüssigkeit und dem ozonhaltigen Gas bezogen auf einen Kubikmeter Betriebsflüssigkeit realisiert ist. Mit anderen Worten: Je größer die Phasengrenzfläche umso besser ist der Stoffübergang.
Der Vorteil einer hohen Phasengrenzfläche besteht in einem effektiven Stoffübergang des Ozons und in der Folge in einer schnellen und effektiven Reaktion des Ozons mit den Mikroorganismen in der Betriebsflüssigkeit.
In einer weiteren Ausgestaltungsform entspricht die Verweilzeit t_M der Betriebsflüssigkeit im Mischer wenigstens 1 sec.
Die Verweilzeit in einem durchströmten Mischer ergibt sich aus dem Verhältnis des Volumens des Mischers zum Volumenstrom, welcher durch den Mischer strömt. Die Verweilzeit im Mischer ist die Zeit, welche im Wesentlichen für einen ausreichenden Stoffübergang des Ozons in die Betriebsflüssigkeit erforderlich ist. Die Verweilzeit ist mit anderen Worten die Zeit intensiven Kontakts zwischen der flüssigen Phase der Betriebsflüssigkeit und dem ozonhaltigen Gas.
Es ist möglich, mehrere Mischer in Reihe zu schalten, was insgesamt zu einer Verlängerung der Zeit intensiven Kontakts führt.
Der Vorteil einer Verweilzeit von wenigstens .. min besteht darin, dass in dieser Zeit für das im Wesentlichen vollständige Abtöten der Mikroorganismen in der Betriebsflüssigkeit ausreichend viel Ozon in die Betriebsflüssigkeit übergegangen ist.
In einer weiteren Ausgestaltungsform wird das ozonhaltige Gas in einem Zuführvorgang mittels einer Zuführungseinrichtung dem Mischer zugeführt, wobei die Zeit des Zuführvorganges des ozonhaltigen Gases zum Mischer höchstens 10 s beträgt.
Das ozonhaltige Gas wird mittels einer Ozonbereitstellungseinrichtung für das erfindungsgemäße Verfahren zur Verfügung gestellt. Hierbei kann es sich beispielsweise um einen Ozongenerator handeln, wobei grundsätzlich auch andere Bereitstellungsformen möglich sind.
Ozon ist ein vergleichsweise instabiles Gas, welches schnell zu biatomarem Sauerstoff zerfällt, was mit anderen Worten bedeutet, dass die Ozonkonzentration in einem ozonhaltigen Gas natürlicherweise abnimmt. Dies bedeutet, dass die Zeit zwischen der Erzeugung und/oder Bereitstellung des Ozons und seinem bestimmungsgemäßen Ge- bzw. Verbrauch möglichst gering sein sollte. Mit anderen Worten sollte die Zuführungseinrichtung, mit der der Zuführvorgang des ozonhaltigen Gases von einer Ozonbereitstellungseinrichtung in den Mischer realisiert wird, beispielsweise die Gasleitung, so gestaltet sein, dass der Zuführvorgang nicht mehr als 10 s beträgt.
Die Zeit des Zuführungsvorgangs, bzw. die Verweilzeit des ozonhaltigen Gases in der Zuführungseinrichtung, ergibt sich aus dem Verhältnis des Volumens der Zuführungseinrichtung zum Volumenstrom des ozonhaltigen Gases.
In einer typischen Ausgestaltung beträgt die Leitungslänge nicht mehr als 8 m.
Der Vorteil dieser Ausführung besteht in der Minimierung von Konzentrationsverlusten des Ozons im ozonhaltigen Gas während des Zuführungsvorganges in den Mischer.
In einer weiteren Ausgestaltungsform wird der Betriebsflüssigkeit eine Betriebsflüssigkeitsteilmenge entnommen, welche dem Mischer zur Mischung mit dem ozonhaltigen Gas zugeführt wird, und welche im Anschluss an die Mischung mit Ozon der Betriebsflüssigkeit wieder zugeführt wird, wobei die Zuführung der Entnahme im Strömungspfad der Betriebsflüssigkeit vorgelagert ist.
Der Strömungspfad entspricht der Hauptströmungsrichtung der Betriebsflüssigkeit.
In dieser Ausführungsform wird der gesamten Betriebsflüssigkeit, also dem gesamten Abwasserstrom einer Nassauswaschung, eine spezifische Teilmenge entnommen, welche nach Mischung mit einem ozonhaltigen Gas mit der Betriebsflüssigkeit wieder zusammengeführt wird. Vorteilhafterweise wird eine Betriebsmittelflüssigkeitsteilmenge von wenigstens 10 % von der Gesamtbetriebsmittelflüssigkeit, welche in einer Stunde zur Aufbereitung anfällt, mit dem ozonhaltigen Gas gemischt.
Mit anderen Worten wird ein Teilstrom des Abwassers einer Nassauswaschung an einer spezifischen Stelle dem Gesamtstrom entnommen und nach Mischung mit dem ozonhaltigen Gas mit dem Gesamtstrom wieder zusammengeführt.
Dabei findet in dieser Ausführungsform die Zuführung nach dem Mischvorgang in Strömungsrichtung der Betriebsflüssigkeit vor der Entnahme statt. Dies bedeutet, dass ein mit Ozon angereicherter Teilstrom mit einem nicht mit Ozon angereicherten Teilstrom zusammengeführt wird und von diesem Gesamtstrom wiederum ein Teilstrom zur Zuführung in den Mischer entnommen wird.
Grundsätzlich kann im Gesamtverfahren mehrmals eine Teilstromentnahme und -zuführung erfolgen.
Entnahme und Zuführungen können beispielsweise als Teil eines Absetz- und/oder Flotationsbeckens realisiert sein, wie sie üblicher Anlagenbestandteil einer Aufbereitung von Betriebsflüssigkeit einer Nassauswaschung sind. Grundsätzlich kann das erfindungsgemäße Verfahren zur Behandlung der Betriebsflüssigkeit mit einem ozonhaltigen Gas an einer beliebigen Stelle in den Aufbereitungsprozess integriert werden.
Der Vorteil dieser Ausgestaltung liegt in der Integration in bestehende physikalische und chemische Aufbereitungsprozesse.
Grundsätzlich ist es ebenso möglich, dass die Zuführung der Entnahme im Strömungspfad der Betriebsflüssigkeit nachgelagert ist.
Außerdem ist es grundsätzlich nicht ausgeschlossen, die Betriebsflüssigkeit zusätzlich zur Behandlung mit einem ozonhaltigen Gas mit Bioziden zu behandeln.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist eine Vorrichtung zur Reduzierung der Anzahl biologisch aktiver Mikroorganismen, insbesondere von Bakterien, Viren und/oder Pilzen, in der Betriebsflüssigkeit einer Nassauswaschung einer Lackieranlage zur Lackierung von Kraftfahrzeugen. Die Vorrichtung umfasst einen Mischer zur wenigstens teilweisen Mischung der Betriebsflüssigkeit mit einem ozonhaltigen Gas mit einer Ozonkonzentration von wenigstens 110 µg/m³, so dass Ozon in der Betriebsflüssigkeit lösbar ist und eine oxidative Reaktion zwischen dem gelösten Ozon und wenigstens einem aktiven Mikroorganismus in der Betriebsflüssigkeit erfolgt, so dass dieser biologisch inaktivierbar, insbesondere abtötbar, ist.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung dient damit somit der Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
In einer Ausgestaltungsform der Vorrichtung ist der Mischer ein statischer Mischer.
In einer weiteren Ausgestaltungsform der Vorrichtung umfasst die Vorrichtung wenigstens einen Ozongenerator zur Erzeugung eines ozonhaltigen Gases aus einem sauerstoffhaltigen Gas, wobei das sauerstoffhaltige Gas eine Sauerstoffkonzentration von wenigstens 70 Vol.-% aufweist.
Ein Ozongenerator ist eine Einrichtung zur Erzeugung von Ozon aus einem sauerstoffhaltigen Gas. Dabei werden in Ozongeneratoren typischerweise UV-Strahlen oder eine Corona-Entladung zur Erzeugung von Ozon aus biatomaren Sauerstoff genutzt. Für das erfindungsgemäße Verfahren wird bevorzugt ein Verfahren genutzt, welches Ozon mittels erzeugt, indem in einem Hochspannungsfeld zwischen Elektroden und Dielektrikum biatomarer Sauerstoff gespalten wird. Dieses Prinzip wird auch stille elektrische Entladung genannt. Erfindungsgemäß liegt die erforderliche Sauerstoffkonzentration, welche für die Ozonherstellung benötigt wird, bei wenigstens 70 Vol.-%, bevorzugt bei wenigstens 80 Vol.-%, besonders bevorzugt bei wenigstens 90 Vol.-%. Je höher die Sauerstoffkonzentration, umso mehr Ozon ist mittels des Ozongenerators erzeugbar und steht in der Folge für die Abtötung von Mikroorganismen zur Verfügung. Die erforderliche Sauerstoffkonzentration kann durch Sauerstoff in Druckgasbehältern realisiert werden. Bevorzugt ist dem Ozongenerator jedoch ein Sauerstoffgenerator vorgeschaltet, welcher den Sauerstoff aus der Umgebungsluft bis zur gewünschten Konzentration anreichert. Das bevorzugte Verfahren zur Herstellung der gewünschten Sauerstoffkonzentration ist besteht in der Trennung der Komponenten der Umgebungsluft. Dies ist beispielsweise nach dem Linde-Verfahren möglich. Entsprechende Vorrichtungen werden typischerweise als Air Seperator bezeichnet.
Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass sie unabhängig ist, dass heißte eine autarkte Versorgung der Vorrichtung mit Ozon in der erforderlichen Konzentration ermöglicht.
In einer weiteren Ausführungsform ist dem Mischer, zumindest dem Betriebsflüssigkeitszugang zum Mischer, ein Filter vorgeschaltet, welcher dazu eingerichtet ist, Feststoffe aus der Betriebsflüssigkeit im Wesentlichen abzuscheiden.
Der Vorteil eines vorgeschalteten Filters besteht darin, dass der Mischer vor Verschmutzungen und Beschädigungen geschützt wird.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand des in der beiliegenden Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert.
Es zeigt

1: die Darstellung des Aufbereitung einer Betriebsflüssigkeit der Nassauswaschung einer Lackieranlage mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens als schematisches Verfahrensfließbild.

In 1 ist ein Verfahren zur Aufbereitung einer Betriebsflüssigkeit 100 einer Nassauswaschung 30 gezeigt. 1 zeigt das erfindungsgemäße Verfahren als schematisches Verfahrensfließbild unter Verwendung der für solche Darstellungen üblichen Symbolik. Die Betriebsflüssigkeit 100 verlässt die Nassauswaschung 30 als Abwasserstrom über einen Siebkorb 31, welcher einen ersten Feststoffrückhalt ausbildet. Die Betriebsflüssigkeit 100 ist hier durch den Abscheidevorgang in der Nassauswaschung 30 mit dem Overspray eines Lackiervorgangs versetzt und beinhaltet wenigstens Lackpartikel und Lösungsmittel sowie die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren abzutötenden bzw. wenigstens zu inaktivierenden Mikroorganismen. Dem Betriebsflüssigkeitsstrom 100 wird Flockungsmittel mittels einer Flockungsmittelzuführungseinrichtung 51, ein ph-Regulator mittels einer pH-Regulator-Zuführungseinrichtung 52 und Entschäumer mittels einer Entschäumerzuführungseinrichtung 53 zugegeben. Anschließend wird die Betriebsflüssigkeit 100 in einen Systemtank 40 eingeleitet. Die Substanzen Flockungsmittel, pH-Regulator und Entschäumer dienen dazu, die Lackpartikel aus dem Overspray der Lackieranlage zu binden, so dass diese sich von der Betriebsflüssigkeit 100 absetzen und im Systemtank auf der Flüssigkeit 43 als sogenanntes Flotat 42 aufschwimmen. Das Flotat 42 wird am Ende des Systemtanks 40 mittels einer Feststoffentnahmeeinrichtung 41 von der Flüssigkeitsoberfläche abgeschöpft und einer Entsorgung zugeführt. Bei der Feststoffentnahmeeinrichtung 41 handelt es sich beispielsweise um ein Förderband oder einen Schneckenförderer, welcher das Flotat 42 in einen Container oder ein anderes Transportmittel überführt. Dem Systemtank 40 kann durch eine Prozesswasserleitung 44 zusätzliches Prozesswasser zugeführt werden, um Flüssigkeitsverluste auszugleichen oder die Fließeigenschaften der Flüssigkeit 42 und des Flotats 41 im Systemtank 40 einzustellen.
Die nunmehr weitgehend gereinigte Betriebsflüssigkeit 100 wird über eine Rückführungsleitung 60 der Nassauswaschung 30 wieder zugeführt. Dabei wird der Betriebsflüssigkeit 100 mittels einer Koaguliermittelzuführungseinrichtung 54 ein Koaguliermittel zugeführt. Im gezeigten Beispiel wird die Rückführungsleitung 60 in drei parallele Förderstränge 61, 62, 63 geteilt, bevor die Betriebsflüssigkeit 100 der Nassauswaschung 30 wieder zugeführt wird und auf mehrere Verteilereinrichtungen 32 verteilt wird.
Im in Strömungsrichtung hinteren Bereich des Systemtanks 40 findet die Entnahme 18 einer Betriebsflüssigkeitsteilmenge 101 statt. Der Entnahme 18 vorgeschaltet ist ein Filterelement 45 zum wenigstens teilweisen Rückhalt von Partikeln. Die entnommene Betriebsflüssigkeitsteilmenge 101 wird einen statischen Mischer 20 zugeführt. Hier wird die Betriebsflüssigkeitsteilmenge 101 mit einem ozonhaltigen Gas 15 gemischt. Das ozonhaltige Gas 15 wird mittels einer Ozonbereitstellungseinrichtung 10 bereitgestellt, welche zunächst mittels eines Sauerstoffgenerators 11 aus Umgebungsluft 13 ein sauerstoffhaltiges Gas 14 mit einer Sauerstoffkonzentration von wenigstens 70% erzeugt, aus welchem im Anschluss mittel eines Ozongenerators 12 das ozonhaltige Gas 15 erzeugt wird. Im Mischer 20 erfolgt der Mischvorgang von ozonhaltigem Gas 15 mit der Betriebsflüssigkeitsteilmenge 101. Die Förderung erfolgt im gezeigten Beispiel mittels einer Membranpumpe 71. Anschließend erfolgt die Zuführung 19 der nunmehr mit dem ozonhaltigen Gas 15 gemischten Betriebsflüssigkeitsteilmenge 101 in den Systemtank 40. Zwischen der Ozonbereitstellungseinrichtung 10 und dem Mischer 20 ist die Zuführungseinrichtung 16 angeordnet.
1 zeigt darüber hinaus verschiedene Betriebs- und Sicherheitseinrichtungen, wie beispielsweise einen Überlauf 72 des Systemtanks 40, eine Flüssigkeitsentnahmestelle 73 sowie einen an die Leitung der Betriebsflüssigkeitsteilmenge 101 angeschlossenen Ablauf 74 der Feststoffentnahmeeinrichtung 41.
Bezugszeichenliste

100: Betriebsflüssigkeit
101: Betriebsflüssigkeitsteilmenge
10: Ozonbereitstellungseinrichtung
11: Sauerstoffgenerator
12: Ozongenerator
13: Umgebungsluft
14: sauerstoffhaltiges Gas
15: ozonhaltiges Gas
16: Zuführungseinrichtung
18: Entnahme
19: Zuführung
20: Mischer
30: Nassauswaschung
31: Siebkorb
32: Verteilereinrichtung
40: Systemtank
41: Feststoffentnahmeeinrichtung
42: Flotat
43: Flüssigkeit
44: Prozesswasserleitung
45: Filterelement
51: Flockungsmittelzuführungseinrichtung
52: pH-Regulator-Zuführungseinrichtung
53: Entschäumerzuführungseinrichtung
54: Koaguliermittelzuführungseinrichtung
60: Rückführungsleitung
61: Förderstrang 1
62: Förderstrang 2
63: Förderstrang 3
71: Membranpumpe
72: Sicherheitsüberlauf
73: Flüssigkeitsentnahmestelle
74: Ablauf

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 4209056 A1 [0005]
DE 4238719 A1 [0006]
DE 19910639 A1 [0007]

Claims

Verfahren zur Reduzierung der Anzahl biologisch aktiver Mikroorganismen, insbesondere von Bakterien, Viren und/oder Pilzen, in Betriebsflüssigkeit, insbesondere im Abwasserstrom, einer Nassauswaschung (30) einer Lackieranlage zur Lackierung von Kraftfahrzeugen, dadurch gekennzeichnet, dass Betriebsflüssigkeit (100) mit einem ozonhaltigen Gas (15) mit einer Ozonkonzentration von wenigstens 5 mg/l in einem Mischer (20) in Kontakt gebracht wird, so dass Ozon in der Betriebsflüssigkeit (100) gelöst wird und eine oxidative Reaktion zwischen dem gelösten Ozon und wenigstens einem aktiven Mikroorganismus in der Betriebsflüssigkeit (100) erfolgt, so dass dieser biologisch inaktiviert, insbesondere abgetötet, wird.
Verfahren zur Reduzierung der Anzahl biologisch aktiver Mikroorganismen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebsflüssigkeit (100) wenigstens teilweise mit dem ozonhaltigen Gas (15) in einem statischen Mischprozess in Kontakt gebracht wird.
Verfahren zur Reduzierung der Anzahl biologisch aktiver Mikroorganismen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ozonmasse M_O zum Betriebsflüssigkeitsvolumen im Mischer (20) V_B im Verhältnis M_O/V_B steht, wobei M_O/V_B > 0,25 mg/m³ ist.
Verfahren zur Reduzierung der Anzahl biologisch aktiver Mikroorganismen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Mischer (20) zwischen der Betriebsflüssigkeit (100) und dem ozonhaltigen Gas (15) eine Phasengrenzfläche von wenigstens 50 m² pro Kubikmeter Betriebsflüssigkeit (100) im Mischer (20) realisiert wird.
Verfahren zur Reduzierung der Anzahl biologisch aktiver Mikroorganismen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verweilzeit t_M der Betriebsflüssigkeit (100) im Mischer (20) wenigstens 1 sec entspricht.
Verfahren zur Reduzierung der Anzahl biologisch aktiver Mikroorganismen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das ozonhaltige Gas (15) in einem Zuführvorgang mittels einer Zuführungseinrichtung (16) dem Mischer (20) zugeführt wird, wobei die Zeit des Zuführvorganges des ozonhaltigen Gases (15) zum Mischer (20) höchstens 10 s beträgt.
Verfahren zur Reduzierung der Anzahl biologisch aktiver Mikroorganismen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Betriebsflüssigkeit (100) eine Betriebsflüssigkeitsteilmenge (101) entnommen wird, welche dem Mischer (20) zur Mischung mit dem ozonhaltigen Gas (15) zugeführt wird, und welche im Anschluss an die Mischung mit Ozon der Betriebsflüssigkeit (100) wieder zugeführt wird, wobei die Zuführung (19) der Entnahme (18) im Strömungspfad der Betriebsflüssigkeit (100) vorgelagert ist.
Vorrichtung zur Reduzierung der Anzahl biologisch aktiver Mikroorganismen, insbesondere von Bakterien, Viren und/oder Pilzen, in der Betriebsflüssigkeit (100) einer Nassauswaschung (30) einer Lackieranlage zur Lackierung von Kraftfahrzeugen, umfassend einen Mischer (20) zur wenigstens teilweisen Mischung der Betriebsflüssigkeit (100) mit einem ozonhaltigen Gas (15) mit einer Ozonkonzentration von wenigstens 5 mg/l, so dass Ozon in der Betriebsflüssigkeit (100) lösbar ist und eine oxidative Reaktion zwischen dem gelösten Ozon und wenigstens einem aktiven Mikroorganismus in der Betriebsflüssigkeit (100) erfolgt, so dass dieser biologisch inaktivierbar, insbesondere abtötbar, ist.
Vorrichtung zur Reduzierung der Anzahl biologisch aktiver Mikroorganismen nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Mischer (20) ein statischer Mischer ist.
Vorrichtung zur Reduzierung der Anzahl biologisch aktiver Mikroorganismen nach einem der Ansprüche 8-9, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung wenigstens einen Ozongenerator (12) zur Erzeugung eines ozonhaltigen Gases (15) aus einem sauerstoffhaltigen Gas (14) umfasst, wobei das sauerstoffhaltige Gas (14) eine Sauerstoffkonzentration von wenigstens 70 Vol.-% aufweist.