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    • 专利摘要:
    DieErfindung betrifft ein Verfahren zur kontinuierlichen Behandlungvon schadstoffbelastetem Wasser, wobei das schadstoffbelastete Wasserin einer Rohrleitung (2, 4) und durch wenigstens eine in der Rohrleitung(2, 4) angeordnete Verengung (3) so geführt wird, daß die Fließgeschwindigkeitdes schadstoffbelasteten Wassers bei Durchtritt durch die Verengung(3) unter abnehmendem Druck erhöhtund in dem schadstoffbelasteten Wasser Kavitation erzeugt wird,wobei die Kavitation in der Rohrleitung (4) steuerbar aufrechterhaltbarist und so im Wasser enthaltene Schadstoffe ohne Einstrahlung zusätzlicherEnergie zu unschädlicherenStoffen abgebaut und/oder umgesetzt werden. Die Erfindung betrifftdes weiteren eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
    公开号:DE102004009636A1
    申请号:DE200410009636
    申请日:2004-02-27
    公开日:2005-09-29
    发明作者:Andreas Dr.-Ing. M. Eur.-Ing. Schmid
    申请人:EMU Unterwasserpumpen GmbH；
    IPC主号:C02F1-34
    专利说明:
    [0001] DieErfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Behandlungvon schadstoffbelastetem Wasser.
    [0002] Inder Umwelt und mithin im Grund- bzw. Trinkwasser kommt es zunehmendzu einer Anreicherung von biologisch schwer abbaubaren Stoffen, dienach und nach zu einer schweren Schädigung von Mensch und Umweltführenkönnen.Diese biologisch schwer abbaubaren Stoffe werden in Industrieprozessensowie in Endprodukten bspw. als Lösungsmittel oder Zusatzstoffeverwendet.
    [0003] Dimethyletherfällt bspw.in der chemischen Industrie als Nebenprodukt bei der Herstellungvon Methanol an. Des weiteren wird Dimethylether bei der Herstellungvon künstlichemKautschuk und als Methylierungsmittel bei der Herstellung von Dimethylsulfatverwendet. Ebenfalls findet Dimethylether als Extraktionsmittel,Kühlmittelund Treibgas fürAerosole technischen Einsatz.
    [0004] BeiKraftstoffen wird heutzutage anstelle der früher verwendeten BleialkylverbindungenMethyl-tert.-butylether (MTBE) als Antiklopfmittel zugesetzt. Inder Atmosphärewird MTBE rasch abgebaut. Im Grundwasser und im Boden erfolgt jedochnahezu kein Abbau. MTBE wird hauptsächlich den Superbenzinen zugesetzt.
    [0005] DieSorte Super-Plus-Benzin enthielt im Jahre 1996 durchschnittlichca. 6 Vol.-% MTBE. Der Gesamtverbrauch an MTBE in Deutschland istin den letzten Jahren relativ konstant und betrug 1999 nach Schätzung desUmweltbundesamtes in Berlin, Deutschland, ca. 500.000 Tonnen.
    [0006] ObgleichMTBE relativ ungiftig ist, besitzt MTBE ein hohes Gewässergefährdungspotential. Aufgrundder guten Mischbarkeit von MTBE mit Wasser und bei gleichzeitigsehr geringer Bindungstendenz an Bodenteilchen ist MTBE im Untergrundsehr mobil. Neben einer geringen biologischen Abbaubarkeit ist MTBEnachteiligerweise sehr geruchsintensiv. Trinkwasser mit mehr alsetwa 0,02 bis 0,04 mg MTBE/I Trinkwasser ist aufgrund des intensivenGeruchs fürden menschlichen Genuß nichtmehr geeignet, auch wenn bei diesem Grenzwert die Vergiftungschwellenoch nicht erreicht ist.
    [0007] DasMTBE wird zum Teil an Tankstellen als auch von den Kraftfahrzeugenim unverbrannten Kraftstoffanteil in die Umwelt abgegeben. Bei höheren Konzentrationen,wie sie bspw. in Raffinerien auftreten, kann MTBE bei Menschen,bspw. bei Raffineriearbeitern, zu Kopfschmerzen, Schwindel, Augenreizung,Nasen- und Rachenbrennensowie Übelkeit führen.
    [0008] Nebenden vorstehend genannten organischen Stoffen, Dimethylether undMethyl-tert.-butylether,gibt es eine großeAnzahl weiterer organisch-chemischer Verbindungen, die in die Umwelt undmithin in das Trink- bzw. Grundwasser eingetragen werden und sichdort sukzessive anreichern. Da bei der Abwasser- oder TrinkwasseraufbereitunggroßeVolumina an Abwasser bzw. Trinkwasser aufbereitet werden müssen, kommenals Aufbereitungsverfahren nur Verfahren in Frage, die einen äußerst großen Volumendurchsatzerlauben.
    [0009] Inder DE 100 30 241A1 wird vorgeschlagen, schadstoffbelastetes Wasser in einemMischfeld kavitativ zu beanspruchen. Das Kavitationsfeld soll dabeieinerseits eine intensive Homogenisierung des schadstoffbelastetenWassers und zum anderen homogen verteilte Hydroxylradikale erzeugen,die das Aufbrechen organischer Verbindungen bewirken. Die DE 100 30 241 A1 offenbartjedoch weder ein konkretes Verfahren noch eine Vorrichtung, mitder große Voluminaschadstoffbelastetes Abwasser behandelt werden könnten.
    [0010] Die US 5,326,468 offenbart eineVorrichtung und ein Verfahren zur Aufbereitung von mit Kohlenwasserstoffenverunreinigtem Abwasser. Das Abwasser wird gemäß der Lehre der US 5,326,468 nach einer Vorbehandlungzunächstdurch eine Kavitationsdüseund nachfolgend durch einen Reaktor mit hochenergetischer UV-Lichteinstrahlunggeleitet. Das hochenergetische UV-Licht wird durch eine Xenon-Blitzlampe erzeugt,das ein Spektrum von 185 bis 330 nm besitzt. Anstelle der Xenon-Blitzlampe kannauch eine Quecksilberlampe verwendet werden. Des weiteren wird gemäß der Lehreder US 5,326,468 nebenhochenergetischem UV-Lichtauch zusätzlichWasserstoffperoxid eingesetzt, um einen Abbau der Kohlenwasserstoffverunreinigungenim Abwasser bewirken zu können.Die aus der US 5,326,468 bekannteVorrichtung bzw. das entsprechende Verfahren sind nachteilig, daneben der Kavitationserzeugung zusätzlich hochenergetisches UV-Licht eingestrahltsowie Wasserstoffperoxid zugegeben werden muss, um einen wirksamenAbbau der Schadstoffe im Abwasser bewirken zu können. Damit ist das Verfahrenbzw. die Vorrichtung gemäß der US 5,326,468 komplex undstark regelungsbedürftig.
    [0011] Esbesteht mithin ein Bedarf, die Wasseraufbereitung mit einer apparativeinfachen und mithin störungsunanfälligen Vorrichtungbei gleichzeitig niedrigen Energiekosten durchführen zu können.
    [0012] Ausder US 6,200,486 B1 isteine Vorrichtung bekannt, bei der das Abwasser in einem Kavitationsreaktorbehandelt wird. Gemäß der Lehreder US 6,200,486 B1 werdeneine erste und eine zweite Scherzone erzeugt. Um den Wirkungsgradzu erhöhen,wird hinter den Düsenein Prallblech angeordnet. Nachteilig ist, daß die erzeugte Kavitation unmittelbarnach Durchtritt durch die Düsewieder zusammenbricht. Eine effektive Behandlung von schadstoffbelastetemAbwasser ist mithin nicht möglich.
    [0013] EineAufgabe der Erfindung ist es mithin, eine Vorrichtung und ein Verfahrenzur Behandlung von schadstoffbelastetem Wasser bereitzustellen. Insbesondereist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren bzw.eine Vorrichtung, das bzw. die in konstruktiver und regelungstechnischer Hinsichteinfach ist und eine wirksame Behandlung von schadstoffbelastetemWasser bei geringem Energieeintrag ermöglicht, bereitzustellen.
    [0014] Dieder Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird durch ein Verfahrenzur kontinuierlichen Behandlung von schadstoffbelastetem Wassergelöst, wobeidas schadstoffbelastete Wasser in einer Rohrleitung und durch wenigstenseine in der Rohrleitung angeordnete Verengung so geführt wird,daß die Fließgeschwindigkeitdes schadstoffbelasteten Wassers bei Durchtritt durch die Verengungunter abnehmendem Druck erhöhtund in dem schadstoffbelasteten Wasser Kavitation erzeugt wird,wobei die Kavitation in der Rohrleitung steuerbar aufrecht erhaltbarist und so in dem schadstoffbelasteten Wasser enthaltene Schadstoffeohne Einstrahlung zusätzlicherEnergie zu unschädlicherenStoffen abgebaut und/oder umgesetzt werden.
    [0015] VorteilhafteWeiterbildungen sind in den Unteransprüchen 2 bis 21 angegeben.
    [0016] Dienachstehend im Hinblick auf das Verfahren gegebenen Erläuterungengelten entsprechend fürdie erfindungsgemäße Vorrichtung.
    [0017] Unterdem Begriff „schadstoffbelastetes Wasser" wird im Sinne derErfindung jegliche Wasserqualitätverstanden, bei der das Wasser einer Aufbereitung unterzogen werdenmuß. Insbesondere werdenerfindungsgemäß unterdem Begriff „schadstoffbelastetesWasser" Abwasser,Rohwasser, Industriebabwässer,wie bspw. industrielles Prozeßwasseroder Raffinierieabwässer,und noch aufzubereitendes Trinkwasser verstanden. Im Folgenden wirdzur Vereinfachung der Begriff „schadstoffbelastetesWasser" verwendet.
    [0018] Unterdem Begriff „Schadstoffe" werden im Sinneder Erfindung sowohl anorganische als auch organische Schadstoffeverstanden.
    [0019] OrganischeSchadstoffe sind insbesondere aliphatisch und/oder aromatische Substanzenoder enthalten diese.
    [0020] Unteranorganischen Schadstoffen werden mithin Textilfarbstoffe wie Reaktiv-,Direkt-, Küpen-, Schwefel-,Dispersion-, kationische und Kupplungsfarbstoffe bspw. Azofarbstoffe,verstanden. Die mit Textilfarbstoffen verschmutzten Abwässer stellenbei der herkömmlichenAbwasseraufbereitung ein Problem dar.
    [0021] Unterorganischen Schadstoffen werden insbesondere biologisch wirksameStoffe, wie Arzneimittel oder Arzneimittelrückstände verstanden. Arzneimitteloder Arzneimittelrückstände im Abwasser, Rohwasseroder Trinkwasser stellen ein sehr großes Problem dar, da sie beiAufnahme in den menschlichen oder tierischen Körper nach wie vor ihre physiologischeWirkung entfalten. Im Falle von Antibiotika können somit bei Mensch und TierunerwünschteAntibiotika-Resistenzen erzeugt werden.
    [0022] AnorganischeSchadstoffe sind insbesondere unerwünschte Mineralstoffe wie anorganischeEisenverbindungen, bspw. Eisenoxide, anorganische Manganverbindungenoder Calciumverbindungen. Bei der Trinkwasseraufbereitung wird mithineine Enteisenung, Entmanganung bzw. Entkalkung durchgeführt.
    [0023] Vorzugsweisewerden die im Wasser enthaltenen Schadstoffe zu unschädlichenStoffen bzw. Verbindungen abgebaut oder umgesetzt. In der Regelerfolgt unter den erzeugten Bedingungen ein oxidativer Abbau bzw.eine oxidative Umsetzung der Schadstoffe, wobei unschädlicherebzw. unschädlicheOxidationsprodukte erhalten werden.
    [0024] Daserfindungsgemäße Verfahrenbzw. die erfindungsgemäße Vorrichtungeignen sich insbesondere fürdie Aufbereitung von schadstoffbelastetem Wasser, das in großen Voluminaanfällt.Somit kann die vorliegende Erfindung vorteilhafterweise in Kläranlagen,Trinkwasser-, Rohwasser-, Prozeßwasser-oder Abwasseraufbereitungsanlagen eingesetzt werden, bei denen täglich bspw.mehrere 100 bis mehrere 1000 m3 an Abwasseraufbereitet werden müssen.
    [0025] Vorteilhafterweisekann bei dem erfindungsgemäßen Verfahrendie Kavitation zeitlich und räumlichaufrechterhalten werden und somit der Wirkungsgrad des erfindungsgemäßen Verfahrensohne weiteres und in gewünschterWeise erhöhtwerden.
    [0026] Vorteilhafterweisewird bei den erfindungsgemäßen Verfahrenein wirksamer Abbau von Schadstoffen bzw. eine effiziente Aufbreitungvon schadstoffbelastetem Wasser ohne Einstrahlung zusätzlicheEnergie, bspw. in Form von hochenergetischer UV-Strahlung, erreicht. Darüber hinausist auch keine thermische Behandlung, d.h. keine Erwärmung desschadstoffbelasteten Wassers erforderlich. Ebenfalls ist es beidem vorliegenden Verfahren nicht erforderlich, Radikalbildner oderPeroxide, bspw. Wasserstoffperoxid, zuzusetzen, um einen wirksamenAbbau von Schadstoffen im Wasser zu erreichen. Es ist bevorzugt,daß demschadstoffbelasteten Wasser kein separates Oxidationsmittel wie bspw.Wasserstoffperoxid und kein separater Radikalbildner zugesetzt wird.
    [0027] Gemäß einerbevorzugten Ausführungsform istdie Entstehung der Kavitation steuerbar, in dem der Innendurchmesserder Rohrleitung so gewählt wird,daß derInnendurchmesser an der Verengung am geringsten ist und der Innendurchmesserder Rohrleitung anströmseitigvor der Verengung des Innendurchmesser größer ist als der Innendurchmesserder Rohrleitung abströmseitignach der Verengung.
    [0028] Weiterhinkann die Dauer der Kavitation über dieLänge derabströmseitigennach der Verengung angeordneten Rohrleitung gesteuert werden.
    [0029] Gemäß der vorliegendenErfindung wird die im schadstoffbelasteten Wasser bei Durchtrittdurch die Verengung erzeugte Kavitation in der nach der Verengungangeordneten Rohrleitung aufrechterhalten. Über den Innendurchmesser dernachgeordneten Rohrleitung und/oder über die Länge der nach der Verengungangeordneten Rohrleitung, kann die Aufrechterhaltung bzw. die Dauerder Kavitation gesteuert und mithin der Wirkungsgrad der Vorrichtung bzw.des Verfahren erhöhtwerden. D.h., wenn die nach der Verengung angeordnete Rohleitungverlängertwird, verlängertsich auch die zeitliche und räumlicheEinwirkung der Kavitation auf das schadstoffbelastete Wasser.
    [0030] Gemäß einerweiteren bevorzugten Ausführungsformist der Innendurchmesser der Verengung in der Rohrleitung variierbar.Bspw. kann die Verengung als solche mechanisch verstellbar sein.Gemäß einerweiteren Ausführungsformkann die Verengung auch mit der vor bzw. nach der Verengung angeordnetenRohrleitung lösbarverbunden sein. Das heißt, dieVerengung und die Rohrleitungen können sowohl einstückig alsauch mehrstückigausgebildet sein. Es ist mithin möglich, eine Verengung, bspw.eine Düse, entsprechendden äußeren Bedingungenauszuwählenund zwischen den Rohrleitungen anzuordnen.
    [0031] InAbhängigkeitvon den äußeren Bedingungen,bspw. der Leistungsstärkeeiner zur Förderung desschadstoffbelasteten Wassers durch die Rohrleitung verwendeten Pumpeoder aber auch der in dem schadstoffbelasteten Wasser befindlichenSchadstoffe kann der Innendurchmesser vor und nach der Verengungbzw. der Innendurchmesser der Verengung als auch die Länge dernach der Verengung angeordneten Rohrleitung entsprechend gewählt undeingestellt werden.
    [0032] Vorteilhafterweiseentstehen durch die erzeugte Kavitation bei dem erfindungsgemäßen Verfahrenweder an der Verengung noch an der in Fließrichtung des schadstoffbelastetenWassers nachgeordneten Rohrleitung mit gegebenenfalls angeordnetenArmaturen Abrasion oder sonstige Schädigungen.
    [0033] Eswird vermutet, daß dieKavitationsblasen aufgrund eines höheren Drucks an der Wandungdes Strömungsrohrs überwiegendin der Mitte des Strömungsrohrsauftreten. Durch eine vorzugsweise geradlinige Strömung entstehtein konzentrisches Druckpolster an der Wandung des Strömungsrohrs, wasverhindert, daß Kavitationsblasenan der Wandung des Strömungsrohrsauftreten. Die in der Mitte der Strömung auftretenden Kavitationsblasenkommen mithin nicht in Kontakt mit der Wandung des Strömungsrohrsund könneninsoweit auch zu keiner Abrasion führen.
    [0034] Eshat sich weiterhin als vorteilhaft erwiesen, daß in dem schadstoffbelastetenWasser mitgeführte oderenthaltene Gasblasen vor dem Einbringen in die Rohrleitung wenigstensteilweise entfernt werden. Gemäß einerbevorzugten Ausführungsformwird das schadstoffbelastete Wasser durch Fördern aus einem getauchtenSchacht wenigstens teilweise von mitgeführten oder enthaltenen Gasblasenbefreit. Dabei wird vorzugsweise eine Tauchpumpe in dem getauchtenSchacht angeordnet, um das schadstoffbelastete Wasser in die Rohrleitungzu fördern.
    [0035] Gemäß einerbevorzugten Ausführungsform beträgt die Reynoldszahldes durch die Rohrleitung geführtenschadstoffbelasteten Wassers wenigstens 100.000, bevorzugt wenigstens250.000, weiter bevorzugt wenigstens 500.000.
    [0036] Vorzugsweiseist die wenigstens eine Verengung eine Düse. Vorzugsweise weist dieDüse die Geometrieeiner Lavaldüseauf. Es hat sich überraschenderweisegezeigt, daß dieGeometrie einer Lavaldüsesich besonders gut bei der vorliegenden Erfindung eignet.
    [0037] Gemäß einerweiteren bevorzugten Ausführungsformist wenigstens ein Feststoffmaterial, vorzugsweise wenigstens einOpfermaterial, in dem schadstoffbelasteten Wasser zusätzlich angeordnet oderwird dem schadstoffbelasteten Wasser zusätzlich zugesetzt. Das zugesetztebzw. angeordnete Feststoffmaterial ist dabei vorzugsweise im wesentlichenchemisch inert, d.h. weist keine besondere chemische Reaktivität auf.
    [0038] Eshat sich überraschenderweisegezeigt, daß dieKavitation durch Anordnung wenigstens eines Feststoffmaterials inder erfindungsgemäßen Vorrichtungbeeinflußtwerden kann.
    [0039] Beider Kavitation entstehen Hohlräumebzw. Blasen in einer Flüssigkeit,d.h. vorliegend in dem schadstoffbelasteten Wasser. In diese Hohlräume bzw.Blasen diffundieren die in der Flüssigkeit gelösten Gasehinein. Steigt der Druck in der Flüssigkeit wieder an, kollabierendie Gasblasen durch den äußeren Druck.Währenddes Blasenkollaps wird der Blaseninhalt so stark komprimiert, daß lokalhohe Drücke,bis zu einigen hundert bar und hohe Temperaturen von mehreren hundertKelvin erzeugt werden. Bei diesem Vorgang wird das Gas in der Blase ionisiertund es entstehen Radikale. Des weiteren entstehen während desKollaps der Kavitationsblasen Schockwellen. Falls sich die Kavitationsblasenin der Nähevon festen Oberflächenbefinden, tritt ein Flüssigkeitsjetdurch die Kavitationsblase hindurch. Diese Flüssigkeitsjets besitzen danneine Kraft, mit der sie bspw. Partikel von festen Oberflächen ablösen bzw.feste Materialien durch Erosion zerstören.
    [0040] Erfolgtder Kollaps der Kavitationsblasen in der Flüssigkeit, so entstehen Schockwellen,die symmetrisch nach außenverlaufen und deren Druckstoß einigehundert bar erreichen kann. Eine solcher Kollaps wird im folgendenauch als symmetrischer Kollaps bezeichnet.
    [0041] Erfolgtder Kollaps der Kavitationsblase jedoch nicht frei in der Flüssigkeit,sondern in der Nähe einerGrenzflächezu einer Festphase, so verläuftder Kollaps nicht symmetrisch, sondern vielmehr asymmetrisch. Einesolcher Kollaps wird im folgenden auch als asymmetrischer Kollapsbezeichnet. Infolge des gestörtenKollaps wird die Blase deformiert und es kommt zur Ausbildung einesFlüssigkeitsjets.Darüberhinaus bewirkt ein solcher asymmetrischer Kollaps einen verstärkten Flüssigkeitsfluß in derNähe derBlase. Die Schockwellen und der verstärkte Flüssigkeitsfluß können weiterhineinen starken Scherstreß inder Flüssigkeitverursachen. Die bei einem asymmetrischen Kollaps einer Kavitationsblaselokal an der Spitze eines Flüssigkeitsjetsentstehenden Drückevon meheren tausend bar und Temperaturen von mehreren tausend Kelvinund liegen somit regelmäßig über denenbei einem symmetrischen Kollaps, so daß die im Wasser enthaltenenSchadstoffe äußerst wirksamzu unschädlicherenbzw. unschädlichenStoffen abgebaut und/oder umgesetzt werden.
    [0042] Über dieAnordnung eines Feststoffmateriales in der Kavitationszone oderdem Kavitationsbereich bzw. durch die Zugabe von Feststoffmaterialien indie erfindungsgemäße Vorrichtung,so daß diesein die Kavitationszone bzw. den Kavitationsbereich gelangen, wirddie Entstehung asymmetrischer Kavitationsblasen stark begünstigt.
    [0043] UnterKavitationszone bzw. Kavitationsbereich wird der Bereich in derstromabwärtsnach der Verengung angeordneten Rohrleitung verstanden, in dem dieKavitation entsteht bzw. aufrechterhalten wird.
    [0044] Eshat sich überraschendgezeigt, daß durch Induktionvon asymmetrisch kollabierenden Kavitationsblasen der Wirkungsgradbei der Behandlung von mit Schadstoffen belastetem Wasser signifikanterhöhtwird. Das in die Kavitationszone bzw. den Kavitationsbereich zugegebeneFeststoffmaterial bzw. das in der Kavitationszone oder dem Kavitationsbereichangeordnete Feststoffmaterial ist dabei vorzugsweise ein Opfermaterial,das bei längererVerwendung erodiert bzw. verbraucht wird.
    [0045] D.h.,im Sinne der vorliegenden Erfindung wird unter dem Begriff „Opfermaterial" ein Festphasen-oder Feststoffmaterial verstanden, das während des Verfahrens über dieZeit verbraucht wird und in bestimmten Zeitabständen erneuert werden muß.
    [0046] Gemäß einerbevorzugten Ausführungsform istdas wenigstens eine zusätzlicheFeststoffmaterial partikulär.Dabei kann das wenigstens eine partikuläre Feststoffmaterial anorganischeFeststoffe, vorzugsweise mineralische Partikel, wie z.B. Sand oder Gesteinspartikel,umfassen. Als Partikel können auchmetallische Partikel, wie bspw. Metallspäne, insbesondere Eisenspäne, verwendetwerden.
    [0047] Daswenigstens eine partikuläreFeststoffmaterial kann aber auch organische Feststoffe umfassen.Bspw. könnenPolyethylen- oder Polypropylengranulate verwendet werden. Selbstverständlich können auchandere Kunststoffmaterialien verwendet werden.
    [0048] Gemäß einerbevorzugten Variante werden als organische Feststoffmaterialienrecycelte Kunststoffe verwendet. Bspw. können als organische Feststoffmaterialienzerkleinerte bzw. granulierte recycelte Kunststoffe verwendet werden.D.h., das Kunststoffmaterial liegt vorzugsweise in Granulatformvor.
    [0049] DiePartikelgröße liegtdabei vorzugsweise in einem Bereich von 1 μm bis 5 mm, weiter bevorzugt von10 μm bis500 μm.
    [0050] Daspartikuläreanorganische oder organische Feststoffmaterial wird dabei vorzugsweisein die vor der Verengung angeordnete Rohrleitung eingebracht. Gemäß einerbevorzugten Ausführungsform kanndas granuläreanorganische oder organische Material beim Fördervorgang des schadstoffbelastetenWassers in die vor der Verengung angeordnete Rohrleitung eingebrachtwerden.
    [0051] Überraschenderweisekommt es zu keiner Erosion der Innenwandung der nach der Verengung angeordnetenRohrleitung. Es wird vermutet, daß, da die Kavitationsblasensich in der Mitte der Strömung befinden,eine asymmetrischer Kollaps von Kavitationsblasen auch nur in derMitte der Strömunginduziert werden kann und somit keine Schädigungen an dem Strömungsrohrverursacht werden.
    [0052] Gemäß einerweiteren bevorzugten Ausführungsformwird das wenigstens eine zusätzliche Feststoffmaterialabströmseitignach der Verengung in der Rohrleitung, vorzugsweise im wesentlichen zentrosymmetrischzur Längsachseder Rohrleitung, angeordnet.
    [0053] Weiterhinist es bevorzugt, daß daswenigstens eine zusätzlicheFeststoffmaterial vorzugsweise zur Innenwandung der Rohrleitungbeabstandet angeordnet ist. Gemäß einerweiteren bevorzugten Ausführungsformist das wenigstens eine zusätzliche Feststoffmaterialfaden- oder bandartig, vorzugsweise flexibel, ausgebildet.
    [0054] Eshat sich gezeigt, daß bspw.Fäden oder Bänder inder nach der Verengung angeordneten Rohrleitung angeordnet werdenkönnen,um einen asymmetrischen Kollaps von Kavitationsblasen zu bewirken.Als fadenförmigesoder bandförmiges Feststoffmaterialkönnenflexible oder steife Materialien aus Naturfasern, Metallfasern oderaber auch Kunststoffmaterialien verwendet werden.
    [0055] DieAnordnung von Kunststoffäden,bspw. Nylonfäden,in der nach der Verengung nachgeordneten Rohrleitung hat zu einerVerbesserung des Wirkungsgrades des erfindungsgemäßen Verfahrens geführt. Anstellevon Kunststoffädenbzw. -bändern können selbstverständlich auchFäden oderBänder ausNaturfasern oder Metallfasern, bspw. Eisen- oder Stahlfasern, verwendetwerden. Selbstverständlich können auchFäden oderBänderaus mineralische Fasern, bspw. aus Steinwolle, verwendet werden.
    [0056] Weiterhinist es bevorzugt, daß dasfaden- oder bandartige Feststoffmaterial Verdickungen, vorzugsweiseknotenartige Verdickungen, aufweist. Die Verdickungen oder Knotenkönnenbspw. in einem Abstand von etwa 1 cm bis etwa 50 cm, vorzugsweisevon etwa 5 cm bis etwa 25 cm, weiter vorzugsweise von etwa 10 cmbis etwa 20 cm, vorgesehen sein.
    [0057] Überraschenderweisehat sich gezeigt, daß beiAnordnung von Knoten in regelmäßigen oderunregelmäßigen Abständen beiden in der Kavitationszone bzw. im Kavitationsbereich angeordnetenFäden einasymmetrischer Kollaps von Kavitationsblasen begünstigt wird.
    [0058] DieFäden bzw.Bändersind dabei an oder hinter der Verengung angeordnet und erstreckensich im vorzugsweise im wesentlichen über die Länge der Kavitationszone bzw.des Kavitationsbereichs in der nach der Verengung angeordneten Rohrleitung.Die Fädenbzw. Bändersind Opfermaterialien, die nach einer gewissen Betriebsdauer inAbhängigkeitvon den äußeren Randbedingungenerneuert werden müssen.
    [0059] Gemäß einerweiteren bevorzugten Ausführungsformist das Feststoffmaterial als ein in der nach der Verengung angeordnetenRohrleitung angeordnetes Innenrohr ausgebildet, wobei die Außenwandungdes Innenrohrs zur Innenwandung der Rohrleitung beabstandet ist.
    [0060] Eshat sich überraschenderweisegezeigt, daß einvorzugsweise konzentrisch in der Rohrleitung angeordnetes Innenrohrzu einer Verbesserung des Wirkungsgrads der Aufbereitung von schadstoffbelastetemWasser führt.Das Innenrohr weist dabei einen solchen Außendurchmesser auf, so daß das Innenrohrin einem geeigneten Abstand zur Innenwandung der Rohrleitung angeordnetwerden kann. Die Anordnung kann bspw. über Abstandhalter, die zwischender Innenwandung der Rohrleitung und der Außenwandung des Innenrohrs angebrachtsind, bewirkt werden.
    [0061] Anstelledes Innenrohrs kann auch ein massiver Stab verwendet werden. Vorzugsweisewird jedoch ein Innenrohr verwendet, um einen möglichst geringen Strömungswiderstandbei gleichzeitig großerOberflächezu erzeugen. Darüberhinaus kann ein Innenrohr sowohl an der Außenseite, d.h. auf der derInnenwandung der Rohrleitung zugewandten Seite des Innenrohrs, alsauch in dem Innenbereich des Innenrohrs zu einem asymmetrischenKollaps von Kavitationsblasen führen.
    [0062] Umeine gegebenenfalls negative Beeinflussung der Strömung desschadstoffbelasteten Wassers in der nach der Verengung angeordnetenRohrleitung und eine gegebenenfalls auftretende Abrasion der Abstandshalterdurch Kavitationseinflüssezu vermeiden, wird gemäß einerbevorzugten Ausführungsformdas Innenrohr übereine Halterung, die bspw. nach dem Ende des Kavitationsbereichesin der Rohrleitung, wo der Innendurchmesser so vergrößert ist,daß indiesem Bereich keine Kavitation mehr auftritt, angeordnet ist, inder erfindungsgemäßen Vorrichtungbefestigt.
    [0063] Eshat sich gezeigt, daß sichinsbesondere Innenrohre mit einer rauhen Oberfläche für das erfindungsgemäße Verfahrenbzw. die erfindungsgemäße Vorrichtungbesonders eignen. Es wird vermutet, daß eine rauhe Oberfläche desInnenrohrs den asymmetrischen Kollaps von Kavitationsblasen starkbegünstigt.
    [0064] Diemittlere Rauhtiefe der Oberflächedes Innenrohrs liegt vorzugsweise in einem Bereich von 1 μm bis 50 μm, weiterbevorzugt von 3 μmbis 10 μm.
    [0065] Bspw.kann das Innenrohr aus minderwertigem Stahl oder aus Gußeisen hergestelltsein, die üblicherweiseeine geeignete Oberflächenrauheit aufweisen.
    [0066] Gemäß einerbevorzugten Ausführungsform sinddie Schadstoffe biologisch schwer abbaubare, vorzugsweise in Wasserlöslicheoder gelöste,organisch-chemische Substanzen und/oder anorganische Schadstoffe.Vorzugsweise sind die Schadstoffe aliphatische und/oder aromatischeSubstanzen bzw. enthalten letztere.
    [0067] Esist nicht erforderlich, daß dieSchadstoffe in dem Wasser gelöstsein müssen.Die Schadstoffe könnenmit dem Wasser auch eine Emulsion bilden bzw. im Wasser als getrennteFlüssigphasevorliegen. Durch die turbulenten Strömungsverhältnisse in der erfindungsgemäßen Vorrichtungerfolgt eine ausreichende Durchmischung der Phasen, so daß ein wirksamerAbbau der Schadstoffe auch dann erfolgen kann, wenn diese in einergetrennten Flüssigphasevorliegen sollten.
    [0068] Gemäß einerbevorzugten Ausführungsform enthaltendie Schadstoffe Methyl-tert.-butylether (MTBE)oder sind MTBE.
    [0069] DieSchadstoffe könnenaber auch mono- und/oder polyhalogenierte aliphatische und/oderaromatische Kohlenwasserstoffe enthalten.
    [0070] Mitdem erfindungsgemäßen Verfahrenbzw. der erfindungsgemäßen Vorrichtungist es nunmehr möglich – ohne zusätzlicheEinstrahlung von Energie, bspw. in Form von hochenergetischer UV-Strahlung,und ohne Zusatz von chemisch reaktiven Komponenten, wie bspw. Radikalbildner,Peroxid, etc. – imWasser enthaltene biologisch schwer abbaubare Schadstoffe, insbesondereMTBE oder halogenierte und/oder nicht-halogenierte Kohlenwasserstoffe, wirksamund mit vergleichsweise geringem Energieaufwand bzw. -eintrag abzubauen.Als sehr geeignet hat sich das erfindungsgemäße Verfahren auch bei der Aufarbeitungvon mit Arzneimitteln, Arzneimittelrückständen oder Textilfarbstoffenbelastetem Wasser erwiesen.
    [0071] Vorteilhafterweiseist das Verfahren als kontinuierliches Verfahren ausgebildet, daseinen hohen Volumendurchsatz an zu behandelndem schadstoffbelastetenWasser erlaubt. Das Verfahren kann des weiteren auch als Kreisprozessausgebildet werden, wobei das schadstoffbelastete Wasser mehrfach durchdie erfindungsgemäße Vorrichtunggeführt wird,bis der gewünschteAbbau der Schadstoffe erfolgt ist.
    [0072] Vorzugsweiseerfolgt bei dem erfindungsgemäßen Verfahrenein vollständigerbzw. im wesentlichen vollständigerSchadstoffabbau, bspw. von mehr als 70 %, vorzugsweise von mehrals 90 %, weiter bevorzugt von mehr als 95 %, äußerst bevorzugt von mehr als98 %.
    [0073] Derspezifische Energieeintrag pro Kubikmeter schadstoffbelastetem Wasserist, verglichen mit herkömmlichenBehandlungsverfahren, gering und liegt vorzugsweise in einem Bereichvon 10 Wh/m3 bis 2000 Wh/m3,weiter bevorzugt von 20 Wh/m3 bis 1000 Wh/m3, äußerst bevorzugtvon 50 bis 500 Wh/m3. Somit stellt das erfindungsgemäße Verfahren eineinfaches, wirksames und energiesparendes Verfahren zum Abbau vonSchadstoffen in Wasser bereit.
    [0074] Dieder Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird des weiteren durch eineVorrichtung zur kontinuierlichen Behandlung von schadstoffbelastetem Wassergelöst,wobei die Vorrichtung eine wenigstens eine Verengung aufweisendeRohrleitung und eine Einrichtung zum Fördern von schadstoffbelastetemWasser durch die Rohrleitung aufweist, so daß die Behandlung von schadstoffbelastetem Wasser unterEinwirkung von Kavitation erfolgt, wobei in der Rohrleitung wenigstensein Feststoffmaterial zusätzlichvorgesehen ist.
    [0075] BevorzugteWeiterbildungen sind in den Unteransprüchen 23 bis 47 angegeben.
    [0076] Dievorstehend im Hinblick auf das Verfahren gegebenen Erläuterungengelten entsprechend für dieerfindungsgemäße Vorrichtung.Zusätzlichwerden noch folgende Erläuterungengegeben.
    [0077] Gemäß einerbevorzugten Ausführungsform istder Innendurchmesser an der Rohrleitung an der Verengung am geringstenund der Innendurchmesser der Rohrleitung anströmseitig vor der Verengung größer alsder Innendurchmesser der Rohrleitung abströmseitig nach der Verengung.Dabei ist es bevorzugt, wenn das Verhältnis des Innendurchmessers derRohrleitung vor der Verengung und des Innendurchmesser der Rohrleitungnach der Verengung etwa 5 : 1 bis etwa 1,2 : 1 beträgt.
    [0078] Gemäß einerweiteren bevorzugten Ausführungsformbeträgtdas Verhältnisetwa 3 : 1 bis etwa 1,5 : 1, bevorzugt 2 : 1.
    [0079] Eshat sich jedoch gezeigt, daß dasVerhältnisdes Innendurchmessers der Rohrleitung vor der Verengung und desInnendurchmessers der Rohrleitung nach der Verengung auch 1 : 1betragen kann. Im letzteren Fall ist der Energieeintrag durch dieFördereinrichtung,bspw. eine Pumpe, zum Förderndes schadstoffbelasteten Wassers durch die Rohrleitung zu erhöhen.
    [0080] Andersausgedrückt,der Energieeintrag durch die Fördereinrichtungbzw. Pumpe kann geringer sein, wenn der Innendurchmesser der Rohrleitungnach der Verengung geringer ist als der Innendurchmesser der Rohrleitungvor der Verengung.
    [0081] Esist bevorzugt, daß diewenigstens eine Verengung einen Abschnitt mit konvergierendem und divergierendemInnendurchmesser umfaßt,wobei anströmseitigder Abschnitt mit konvergierendem Innendurchmesser und abströmseitigder Abschnitt mit divergierendem Innendurchmesser angeordnet ist.
    [0082] Vorzugsweiseist die Längedes Abschnitts mit konvergierendem Innendurchmesser kürzer als dieLänge desAbschnitts mit divergierendem Innendurchmesser.
    [0083] Beider vorliegenden Erfindung ist es vorteilhaft, wenn die geometrischeAusgestaltung der Verengung oder Düse nicht symmetrisch zu demAbschnitt mit dem geringsten Innendurchmesser der Verengung oderder Düseist. Bei asymmetrischer Ausgestaltung der Verengung bzw. der Düse kann diegewünschteKavitation so eingestellt werden, daß ein möglichst wirkungsvoller Abbauvon Schadstoffen im Wasser erfolgt. Insbesondere läßt sich über den Austrittswinkelder Düsedie Längeder nachfolgenden Kavitationsbildung und mithin die Einwirkdauer derKavitation auf das schadstoffbelastete Wasser steuern. Insbesondereeignet sich eine Verengung oder Düse, die die Geometrie einerLavaldüseaufweist.
    [0084] Gemäß einerweiteren bevorzugten Ausführungsformist abströmseitignach der Verengung in der Rohrleitung eine Drossel angeordnet. Über die Drosselist eine Steuerung der Aufrechterhaltung der Kavitation in der nachder Verengung angeordneten Rohrleitung möglich. Die Drossel kann imeinfachsten Fall als Schieber oder als Drosselklappe ausgebildetsein. Überdie Drossel könnendie Druckverhältnissein der nach der Verengung angeordneten Rohrleitung und mithin dieAufrechterhaltung der Kavitation beeinflußt werden.
    [0085] Vorteilhafterweiseist die Längeder abströmseitignach der Verengung angeordneten Rohrleitung variabel einstellbar.Die Längeder Rohrleitung kann bspw. durch einfache Anordnung von Anschlußrohrleitungsstücken verlängert werden.Es ist aber auch möglich,die nach der Verengung angeordnete Rohrleitung teleskopartig auszubilden.Die Längeder nach der Verengung angeordneten Rohrleitung kann mithin entsprechendden äußeren Bedingungeneingestellt werden.
    [0086] Vorder Verengung kann gemäß einerbevorzugten Ausführungsformder Erfindung ein Konfusor angeordnet sein. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsformist nach der Verengung ein Diffusor angeordnet.
    [0087] Beieiner weiteren geeigneten Ausführungsformist abströmseitigvon der Verengung, jedoch vorzugsweise vor der Drossel, ein Diffusorangeordnet.
    [0088] Vorzugsweiseist die Einrichtung zum Förderndes schadstoffbelasteten Wassers eine Pumpe. Als sehr geeignet hatsich hierbei eine Tauchmotorpumpe erwiesen. Selbstverständlich können aber auchandere Pumpen verwendet werden.
    [0089] Weiterhinist bevorzugt, daß inder Vorrichtung ein zusätzlichesFeststoffmaterial vorgesehen ist, das vorzugsweise ein Opfermaterialist.
    [0090] ZurVermeidung von Wiederholungen wird entsprechend auf die Ausführungen,die weiter oben in bezug auf das erfindungsgemäße Verfahren gegeben wurden,vollständigverwiesen. D.h., die Ausführungenzur Verwendung von zusätzlichemFeststoffmaterial, das bspw. partikulär oder aber auch als Innenrohrausgebildet sein kann, gelten entsprechend für die erfindungsgemäße Vorrichtung.
    [0091] ZurEinbringung von partikuläremFeststoffmaterial ist gemäß einerbevorzugten Ausführungsformeine Vorrichtung vorgesehen, die anströmseitig partikuläres Feststoffmaterialdem Rohrleitungssystem zuführt.Abströmseitigvon der Vorrichtung kann eine Abtrennungseinrichtung, bspw. einFiltersystem vorgesehen sein. Selbstverständlich können auch andere Abtrennungssystemeverwendet werden, bspw. ein System, bei dem die Abtrennung von behandeltemschadstoffbelastetem Wasser und partikulärem Feststoffmaterial durchSedimentation des partikulärenFeststoffmaterials erfolgt. Das abgetrennte partikuläre Feststoffmaterialkann dann zur Einbringungs- oder Zuführungseinrichtung zurückgeführt, bspw.zurückgepumpt,werden.
    [0092] DieErfindung wird nachfolgend anhand der 1 bis 6 weiterveranschaulicht. Dabei zeigt:
    [0093] 1 eineschematische Darstellung eines Implosionsvorganges einer Kavitationsblase,
    [0094] 2 einePhotographie einer kollabierenden Kavitationsblase,
    [0095] 3 einePhotographie und eine schematische Darstellung einer asymmetrischkollabierenden Kavitationsblase,
    [0096] 4 eineschematische Darstellung eines beispielhaften Aufbaus einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
    [0097] 5 eineschematische Darstellung eines weiteren beispielhaften Aufbaus einererfindungsgemäßen Vorrichtung,
    [0098] 6 eineschematische Darstellung einer in einem getauchten Schacht angeordnetenPumpe,
    [0099] 7 eineDarstellung eines in einer Rohrleitung anzuordnenden Innenrohrsmit Abstandhalter,
    [0100] 8 eineDarstellung eines in einer Rohrleitung anzuordnenden Innenrohrsmit Flanschbefestigung,
    [0101] 9 eineDarstellung überden Abbau von MTBE mit und ohne Verwendung eines Opfermaterials.
    [0102] 1 zeigteine schematische Darstellung des Implosionsvorgangs einer Kavitationsblase.In der Darstellung ist zu sehen, wie eine zunächst im wesentlichen kugelförmige Kavitationsblasezentral kollabiert unter Ausbildung einer ringartigen Struktur, wobeilokal Drückevon mehreren hundert bar und Temperaturen von mehreren hundert Kelvinerzeugt werden.
    [0103] 2 zeigteine Photographie einer kollabierenden Kavitationsblase, die inetwa der dritten Abbildung der schematischen Darstellung in 1 entspricht.
    [0104] In 3 isteine asymmetrisch kollabierende Kavitationsblase sowohl als Photographieals auch in schematischer Darstellung gezeigt. An der Spitze desentstehenden Mikrojets kommt es zu noch höheren Drücken von mehreren tausend barund Temperaturen von mehreren tausend Kelvin als bei symmetrischkollabierenden Kavitationsblasen. Die punktuell erzeugten hohenEnergien führendann zu einem effektiven Abbau von Schadstoffen, insbesondere vonhalogenierten oder nicht-halogenierten Kohlenwasserstoff-haltigenSchadstoffen, im Wasser.
    [0105] 4 zeigteine schematische Darstellung einer beispielhaften erfindungsgemäßen Vorrichtung. DiePumpe (1) fördertschadstoffhaltiges Wasser übereine Rohrleitung (2) durch eine Düse (3) in eine Rohrleitung(4). In der Rohrleitung (4) kann eine Drossel(5) vorgesehen sein. Das behandelte schadstoffbelasteteWasser bzw. aufbereitete Wasser gelangt nachfolgend aus der Rohrleitung(4) übereine Abgabevorrichtung (6) bspw. zurück in ein Entnahmebecken. Selbstverständlich kanndas behandelte schadstoffbelastete Wasser bzw. aufbereitete Wasser über dieAbgabevorrichtung (6) auch in ein anderes Auffangbeckenabgegeben werden. Sowohl in der Düse (3) sind bei dieserbeispielhaften AusführungsformpartikuläreFeststoffmaterialien (7) als auch in der Rohrleitung (4)(nicht gezeigt) angeordnet. Anstelle der partikulären Feststoffmaterialien(7) kann bspw. auch ein Innenrohr in der nach der Düse (3)angeordneten Rohrleitung (4) vorgesehen sein (siehe auch 7 oder 8).
    [0106] DiePumpe (1) kann sowohl vor der Düse (3) als auch nachder Düse(3) in der Rohrleitung (2) oder (4) angeordnetsein. Die Rohrleitung (2) weist einen Innendurchmesserauf, der bevorzugt größer alsder Innendurchmesser der Rohrleitung (4) ist, wobei derInnendurchmesser der Rohrleitung (4) größer als der geringste Innendurchmesserder Düse(3) ist.
    [0107] AlsPumpe (1) kann jede Abwasserpumpe oder andere geeigneteWasserpumpe verwendet werden. Die von der Düse (3) abströmseitigangeordnete Rohrleitung (4) bewirkt aufgrund des in bezug aufdie anströmseitigzur Düse(3) angeordnete Rohrleitung (2) verringerten Innendurchmesserseine verlängerteEinwirkdauer der in der Düse(3) erzeugten Kavitation auf das schadstoffbelastete Wasser.Die Längeder Rohrleitung (4) kann in Abhängigkeit von der gewünschtenEinwirkdauer der Kavitation eingestellt werden. Bspw. kann die Länge derRohrleitung (4) variabel einstellbar sein.
    [0108] Weiterhinkann die Entstehung von Kavitationsblasen bzw. die Aufrechterhaltungvon Kavitationsblasen auch durch den durch die Drossel (5)einstellbaren Druck in der Rohrleitung (4) gesteuert werden.Die Abgabevorrichtung (6) kann bspw. als Sprühdüse ausgebildetsein. Eine Abgabeeinrichtung ist jedoch nicht zwingend erforderlich.
    [0109] Vorder Düse(3) kann ein Konfusor angeordnet sein, der den Innendurchmesserder das schadstoffbelastete Wasser zuführenden Rohrleitung (2), d.h.der zur Düseanströmseitigangeordneten Rohrleitung (2), reduziert. Hierdurch wirdder Übergang zwischenzuführenderRohrleitung (2) und Düse(3) verbessert.
    [0110] Weiterhinist es bevorzugt, zwischen Düse (3)und Drossel (5) einen Diffusor anzuordnen, der den Innendurchmesserder von der Düse(3) abströmseitigangeordneten Rohrleitung (4) erweitert. Durch die Erweiterungdes Innendurchmessers der Rohrleitung (4) wird der Druckin dem schadstoffbelasteten Wasser erhöht und die Kavitation beendet.
    [0111] Dadurchkann ein Einwirken von Kavitation, d.h. ein Auftreffen von Kavitationsblasenauf die Drossel (5) und mithin Schaden bspw. Abrasion an derDrossel (5) bspw. der Drosselklappe zuverlässig verhindertwerden.
    [0112] Bevorzugtwird der Innendurchmesser der Rohrleitung (4) nach demDiffusor auf einen Innendurchmesser erweitert, der in etwa dem Innendurchmesserder anströmseitigzur Düse(3) angeordneten Rohrleitung (2) entspricht.
    [0113] Über dieLänge derRohrleitung (4) mit reduziertem Innendurchmesser zwischenDüse (3)und Diffusor kann die Dauer der Kavitation und damit die Einwirkdauerder Kavitation gesteuert werden. Die Länge der Rohrleitung (4)zwischen Düse(3) und Diffusor kann veränderbar ausgestaltet sein,bspw. teleskopartig ausgebildet sein.
    [0114] Grundsätzlich istes auch möglich,mehrere Düsen(3) bspw. zwei oder drei Düsen in einem Rohrleitungssystemhintereinander oder parallel zueinander anzuordnen. Es hat sichjedoch gezeigt, daß ein Abbauvon Schadstoffen bspw. Kohlenwasserstoffen im Wasser durch die erfindungsgemäße Ausgestaltungbereits mit einer Düse(3) erreicht wird.
    [0115] Dieerfindungsgemäße Vorrichtungist in konstruktiver Hinsicht überraschendeinfach. Das erfindungsgemäße Verfahrenbzw. die erfindungsgemäße Vorrichtungeignen sich mithin äußerst vorteilhaftfür einenim wesentlichen wartungsfreien und mithin kostengünstigenBetrieb. Vorteilhaft wird für denBetrieb kein geschultes Personal benötigt. Insofern kann die vorliegendeErfindung vorteilhaft sowohl bei großen als auch bei kleinen Trinkwasser-, Prozeßwasser-oder Abwasseraufbereitungsanlagen, bspw. Kläranlagen, verwendet werden.
    [0116] 5 zeigteine weitere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, die weitgehendder in der vorstehenden 4 beschriebenen Vorrichtungentspricht. Im Unterschied zu der Vorrichtung gemäß 4 istdie Pumpe (1) mit einem Vorlagebehälter (9) verbunden,in dem partikuläresFeststoffmaterial (7), bspw. Sand, bevorratet ist. Dasdurch die erfindungsgemäße Vorrichtunggepumpte schadstoffbelastete Wasser wird in den Vorlagebehälter (9) über einenZulauf (12) eingeleitet, wobei das partikuläre Feststoffmaterial(7), bspw. Sand, suspendiert wird. Der Sand wird dann mitdem schadstoffbelasteten Wasser von der Pumpe (1) durchdie erfindungsgemäße Vorrichtunggepumpt, wobei sich Sand und schadstoffbelastetes Wasser innerhalbweniger Minuten gleichmäßig miteinandervermischen unter Ausbildung einer nahezu homogenen Suspension. DasVerfahren kann dann solange im Kreis gefahren werden, bis die indem Wasser befindlichen Schadstoffe auf ein vorgegebenes bzw. gewünschtesNiveau abgesenkt sind. Dabei wird das schadstoffbelastete Wasser über einenach der Drossel (5) angeordnete Rohrleitung (11)in den Vorlagebehälter(9) zurückgeführt. Dasaufbereitete Wasser kann dann bspw. nach Sedimentation des partikulären Feststoffmaterials(7) aus dem Überstand über denAblauf (10) abgezogen werden. Noch zu behandelndes schadstoffbelastetesWasser kann wieder überden Zulauf (12) dem Vorlagebehälter (9) zugeführt werden.
    [0117] 6 zeigteine in einem unter der Oberflächedes schadstoffbelasteten Wassers angeordneten Schacht (8)angeordnete Tauchpumpe (1). Der Schacht (8) wirdim Sinne der Erfindung als getauchter Schacht (8) bezeichnet.In dem getauchten Schacht (8) ist eine Tauchpumpe (1)angeordnet, die das schadstoffbelastete Wasser in die Rohrleitung (2)fördert.Zwischen der Tauchpumpe (1) und den Innenwandungen desgetauchten Schachts (8) bildet sich eine Entgasungszoneaus. In der Entgasungszone werden zumindest teilweise in dem schadstoffbelastetenWasser mitgeführteoder enthaltene Gasblasen abgetrennt und freigesetzt, die durchden in Richtung zur Oberflächeoffenen Schacht entweichen, was die Kavitationsbildung in der Verengungoder Düsebegünstigt.
    [0118] 7 zeigteine schematische Darstellung eines Innenrohrs (13), dasAbstandshalter (14) aufweist. In 7 sind dieauf der Rückseitedes Innenrohrs (13) angeordneten Abstandshalter (14)verdeckt und mithin nicht zu sehen. Die Abstandshalter (14)sind entlang des Umfangs des Innenrohrs (13) vorzugsweise äquidistantangeordnet, so daß bspw. wiebei der dargestellten Ausführungsformzwischen den Abstandshaltern (14) ein Winkel von jeweils120° eingeschlossenwird. Selbstverständlichist es auch möglich,vier oder fünfAbstandshalter (14) entlang des Umfangs des Innenrohrs(13) anzuordnen, wobei dann zwischen den Abstandshalternjeweils ein Winkel von 90° bzw.von 72° eingeschlossenwird. Entlang der Längserstreckungdes Innenrohrs sind wenigstens zwei Sätze von solchen Abstandshaltern (14)entlang des Umfangs des Innenrohrs (13) angeordnet. InAbhängigkeitvon der Längedes Innenrohrs (13) könnenaber auch 3, 4 oder mehr solcher Sätze an Abstandshaltern (14)entlang des Innenrohrs (13) angeordnet sein. Die verschiedenenSätze anAbstandshaltern (14) könnenin Richtung der Längsachsedes Innenrohrs (13) miteinander fluchten oder aber auchzueinander versetzt sein. Das mit den Abstandshaltern (14)versehene Innenrohr (13) kann dann in der der Verengungbzw. Düse(3) nachgeordneten Rohrleitung (4) angeordnetsein. Bspw. kann das mit Abstandshaltern (14) verseheneInnenrohr (13) in die Rohrleitung (4) einschiebbarausgestaltet sein.
    [0119] 8 zeigteine weitere Möglichkeit,das Innenrohr (13) in der Rohrleitung (4) anzuordnen.Bei dieser beispielhaften Ausführungsformweist das Innenrohr (13) an dem der Düse (3) abgewandten Endeder Rohrleitung (4) eine Flanschverbindung (15)auf, die überBefestigungselemente (16) mit dem Innenrohr (13)verbunden ist. Überdie Flanschverbindung (15) kann das Innenrohr (13)an der Rohrleitung (4) befestigbar sein. Bspw. kann dieRohrleitung (4) auf dem der Düse (3) abgewandtenEnde zur Befestigung eine Gewindeflansch- oder Flanschverbindung(15) aufweisen. Vorzugsweise ist die Flanschverbindung(15) in einem Bereich der Rohrleitung (4) angeordnet,in dem der Innendurchmesser der Rohrleitung (4) bereitsso erweitert ist, daß indiesem Bereich keine Kavitation mehr auftritt. In letzterem Fall wirdeine Abrasion der Befestigungselemente (16), die bspw.als Befestigungsschenkel ausgebildet sein können, vermieden. D.h., beidieser Anordnung ragt das Innenrohr (13) in den Bereichder Rohrleitung (4) hinein, in dem ein asymmetrischer Kollapsvon Kavitationsblasen induziert werden soll, wobei die Befestigungjedoch in einem Bereich der Rohrleitung (4) erfolgt, indem keine Kavitation mehr auftritt.
    [0120] In 9 sinddie Ergebnisse eines Experiments grafisch dargestellt, bei dem derMTBE-Abbau im kavitativen Strömungsfeldmit und ohne Verwendung von Opfermaterial dargestellt ist. Aus derSteigung der Messkurven ist ersichtlich, daß bei Verwendung von Opfermaterialim kavitativen Strömungsfeld einwesentlich stärkererAbbau von MTBE erfolgt, verglichen mit einem MTBE-Abbau in einemkavitativen Strömungsfeldohne Zusatz von Opfermaterial. Wie aus dem MTBE-Abbau im kavitativenStrömungsfeldunter Verwendung von Opfermaterial ersichtlich ist, wurde bei demvorliegenden Experiment etwa die 1,4-fache Konzentration an MTBE über einen60-minütigenBehandlungszeitraum auf etwa die gleiche Endkonzentration abgebautwie bei einer Behandlung ohne Verwendung von Opfermaterial im kavitativenStrömungsfeld.Dies zeigt deutlich die signifikante Verbesserung des Abbau einesbiologisch äußerst schwerabbaubaren Schadstoffes, nämlich vonMTBE, in Wasser.
    [0121] DasMTBE-belastete Wasser wurde dabei mit den zum Zeitpunkt t = 0 angegebenenAusgangskonzentrationen durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung gefördert, wobeidie zuführendeRohrleitung (2) eine Längevon ca. 50 cm und einen Durchmesser von ca. 50 mm, eine Düse mit einemDurchmesser an der engsten Stelle von ca. 8 mm und die nach der Düse (3)nachgeordnete Rohrleitung (4) eine Länge von ca. 200 cm und einenDurchmesser von ca. 38 mm aufwies. Die Pumpe die das MTBE-belastete Wasserin die Rohrleitung (2) förderte, wies eine Leistungvon ca. 2,0 kW auf. Der spezifische Energieeintrag betrug ca. 60Wh/m3. Als Opfermaterial wurde dabei einStahlrohr (ST37) mit einem Durchmesser von 18 mm und mit einer Wandstärke von2 mm und einer Längevon 100 cm verwendet, wobei das Stahlrohr konzentrisch in der Rohrleitung(4) angeordnet wurde. Das Abwasser wurde dabei analog 5 im Kreisgeführt,wobei die Gesamtmenge an MTBE-belastetemWasser 150 l betrug.
    权利要求:
    Claims (47)
    [1] Verfahren zur kontinuierlichen Behandlung vonschadstoffbelastetem Wasser, dadurch gekennzeichnet, daß das schadstoffbelasteteWasser in einer Rohrleitung (2, 4) und durch wenigstenseine in der Rohrleitung (2, 4) angeordnete Verengung(3) so geführtwird, daß dieFließgeschwindigkeitdes schadstoffbelasteten Wassers bei Durchtritt durch die Verengung(3) unter abnehmendem Druck erhöht und in dem schadstoffbelastetenWasser Kavitation erzeugt wird, wobei die Kavitation in der Rohrleitung (4)steuerbar aufrechterhaltbar ist und so im Wasser enthaltene Schadstoffeohne Einstrahlung zusätzlicherEnergie zu unschädlicherenStoffen abgebaut und/oder umgesetzt werden.
    [2] Verfahren gemäß Anspruch1, dadurch gekennzeichnet, daß dieEntstehung der Kavitation steuerbar ist, indem der Innendurchmesserder Rohrleitung (2, 4) so gewählt wird, daß der Innendurchmesseran der Verengung (3) am geringsten ist und der Innendurchmesserder Rohrleitung (2) anströmseitig vor der Verengung (3)des Innendurchmessers größer istals der Innendurchmesser der Rohrleitung (4) abströmseitignach der Verengung (3).
    [3] Verfahren gemäß Anspruch1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dauer der Kavitation über dieLänge derabströmseitignach der Verengung (3) angeordneten Rohrleitung (4)steuerbar ist.
    [4] Verfahren gemäß einemder vorhergehenden Ansprüche,dadurch gekennzeichnet, daß derInnendurchmesser der Verengung (3) in der Rohrleitung (2, 4)variierbar ist.
    [5] Verfahren gemäß einemder vorhergehenden Ansprüche,dadurch gekennzeichnet, daß indem schadstoffbelasteten Wasser mitgeführte oder enthaltene Gasblasenvor dem Einbringen in die Rohrleitung (2, 4) wenigstensteilweise entfernt werden.
    [6] Verfahren gemäß Anspruch5, dadurch gekennzeichnet, daß dasschadstoffbelastete Wasser durch Fördern aus einem getauchtenSchacht (8) wenigstens teilweise von mitgeführten oderenthaltenen Gasblasen befreit wird.
    [7] Verfahren gemäß einemder vorhergehenden Ansprüche,dadurch gekennzeichnet, daß dieReynoldszahl des durch die Rohrleitung (2, 4)geführten schadstoffbelastetenWassers wenigstens 100.000, bevorzugt wenigstens 250.000, weiterbevorzugt wenigstens 500.000, beträgt.
    [8] Verfahren gemäß einemder Ansprüche1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens eine Verengung(3) eine Düseist.
    [9] Verfahren gemäß einemder Ansprüche1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Feststoffmaterial,vorzugsweise wenigstens ein Opfermaterial, in dem schadstoffbelastetenWasser zusätzlichangeordnet oder dem schadstoffbelasteten Wasser zusätzlich zugesetztwird.
    [10] Verfahren gemäß Anspruch9, dadurch gekennzeichnet, daß daswenigstens eine zusätzliche Feststoffmaterialpartikulärist.
    [11] Verfahren gemäß Anspruch10, dadurch gekennzeichnet, daß daswenigstens eine partikuläre Feststoffmaterialanorganische Feststoffe, vorzugsweise mineralische Partikel wiebspw. Sand oder Gesteinspartikel, oder metallische Partikel, wiebspw. Metallspäne,umfaßt.
    [12] Verfahren gemäß Anspruch10, dadurch gekennzeichnet, daß daswenigstens eine partikuläre Feststoffmaterialorganische Feststoffe, wie bspw. Polyethylen- oder Polypropylengranulate,umfaßt.
    [13] Verfahren gemäß Anspruch12, dadurch gekennzeichnet, daß dieorganischen Feststoffmaterialien recycelte Kunststoffe, vorzugsweisein Granulatform, sind.
    [14] Verfahren gemäß Anspruch9, dadurch gekennzeichnet, daß daswenigstens eine zusätzliche Feststoffmaterialabströmseitignach der Verengung (3) in der Rohrleitung (4),vorzugsweise im wesentlichen zentrosymmetrisch zur Längsachseder Rohrleitung (4), angeordnet ist.
    [15] Verfahren gemäß Anspruch14, dadurch gekennzeichnet, daß daswenigstens eine zusätzliche Feststoffmaterialvorzugsweise zur Innenwandung der Rohrleitung (4) beabstandetangeordnet ist.
    [16] Verfahren gemäß Anspruch14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß das wenigstens eine zusätzlicheFeststoffmaterial faden- oder bandartig, vorzugsweise flexibel,ausgebildet ist.
    [17] Verfahren gemäß Anspruch16, dadurch gekennzeichnet, daß dasfaden- oder bandartige Feststoffmaterial Verdickungen, vorzugsweiseknotenartige Verdickungen, aufweist.
    [18] Verfahren gemäß Anspruch14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Feststoffmaterial als einin der Rohrleitung (4) angeordnetes Innenrohr ausgebildetist, wobei die Außenwandungdes Innenrohrs zur Innenwandung der Rohrleitung (4) beabstandetist.
    [19] Verfahren gemäß einemder vorhergehenden Ansprüche,dadurch gekennzeichnet, daß dieSchadstoffe biologisch schwer abbaubare, vorzugsweise in Wasserlöslicheoder gelöste,organisch-chemische Substanzen, vorzugsweise aliphatische und/oder aromatischeKohlenwasserstoffe, und/oder anorganische Schadstoffe sind oderdiese enthalten.
    [20] Verfahren gemäß einemder vorhergehenden Ansprüche,dadurch gekennzeichnet, daß dieSchadstoffe Methyl-tert.-butylether enthalten.
    [21] Verfahren gemäß einemder vorhergehenden Ansprüche,dadurch gekennzeichnet, daß dieSchadstoffe mono- und/oder polyhalogenierte aliphatische und/oderaromatische Kohlenwasserstoffe sind oder enthalten.
    [22] Vorrichtung zur kontinuierlichen Behandlung vonschadstoffbelastetem Wasser, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtungeine wenigstens eine Verengung (3) aufweisende Rohrleitung(2, 4) und eine Einrichtung (1) zum Fördern vonschadstoffbelastetem Wasser durch die Rohrleitung (2, 4)aufweist, so daß dieBehandlung von schadstoffbelastetem Wasser unter Einwirkung vonKavitation erfolgt, wobei in der Rohrleitung (4) wenigstensein Feststoffmaterial zusätzlichvorgesehen ist.
    [23] Vorrichtung gemäß Anspruch22, dadurch gekennzeichnet, daß derInnendurchmesser der Rohrleitung (2, 4) an derVerengung (3) am geringsten ist und der Innendurchmesserder Rohrleitung (2) anströmseitig vor der Verengung (3)größer istals der Innendurchmesser der Rohrleitung (4) abströmseitig nachder Verengung (3).
    [24] Vorrichtung gemäß Anspruch23, dadurch gekennzeichnet, daß dasVerhältnisdes Innendurchmessers der Rohrleitung (2) vor der Verengung(3) und des Innendurchmessers der Rohrleitung (4) nachder Verengung (3) etwa 5 : 1 bis etwa 1,2 : 1 beträgt.
    [25] Vorrichtung gemäß Anspruch24, dadurch gekennzeichnet, daß dasVerhältnisetwa 3 : 1 bis etwa 1,5 : 1, bevorzugt 2 : 1, beträgt
    [26] Vorrichtung gemäß einemder Ansprüche22 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens eine Verengung(3) einen Abschnitt mit konvergierendem und divergierendemInnendurchmesser umfaßt, wobeianströmseitigder Abschnitt mit konvergierendem Innendurchmesser und abströmseitigder Abschnitt mit divergierendem Innendurchmesser angeordnet ist.
    [27] Vorrichtung gemäß Anspruch26, dadurch gekennzeichnet, daß dieLänge desAbschnitts mit konvergierendem Innendurchmesser kürzer istals die Längedes Abschnitts mit divergierendem Innendurchmesser.
    [28] Vorrichtung gemäß einemder Ansprüche22 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß abströmseitig nach der Verengung(3) in der Rohrleitung (4) eine Drossel (5)angeordnet ist.
    [29] Vorrichtung gemäß einemder Ansprüche22 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der abströmseitignach der Verengung (3) angeordneten Rohrleitung (4)variabel einstellbar ist.
    [30] Vorrichtung gemäß einemder Ansprüche22 bis 29, dadurch gekennzeichnet, daß anströmseitig vor der Verengung (3)ein Konfusor angeordnet ist.
    [31] Vorrichtung gemäß einemder Ansprüche22 bis 30, dadurch gekennzeichnet, daß die Verengung (3)eine Düseist.
    [32] Vorrichtung gemäß einemder Ansprüche22 bis 31, dadurch gekennzeichnet, daß abströmseitig von der Verengung (3),bevorzugt vor der Drossel (5), ein Diffusor angeordnetist.
    [33] Vorrichtung gemäß einemder Ansprüche22 bis 32, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (1)zum Förderndes schadstoffbelasteten Wassers eine Pumpe ist.
    [34] Vorrichtung gemäß Anspruch33, dadurch gekennzeichnet, daß diePumpe in einem getauchten Schacht (8) angeordnet ist.
    [35] Vorrichtung gemäß einemder Ansprüche22 bis 34, dadurch gekennzeichnet, daß das wenigstens eine zusätzlicheFeststoffmaterial ein Opfermaterial ist.
    [36] Vorrichtung gemäß einemder Ansprüche22 bis 35, dadurch gekennzeichnet, daß das wenigstens eine zusätzlicheFeststoffmaterial partikulärist.
    [37] Vorrichtung gemäß Anspruch36, dadurch gekennzeichnet, daß daswenigstens eine partikuläre Feststoffmaterialanorganische Feststoffe, vorzugsweise mineralische Partikel wiebspw. Sand oder Gesteinspartikel, oder metallische Partikel, wiebspw. Metallspäne,umfaßt.
    [38] Vorrichtung gemäß Anspruch36, dadurch gekennzeichnet, daß daspartikuläreFeststoffmaterial organische Feststoffe, wie bspw. Polyethylen- oder Polypropylengranulate,umfaßt.
    [39] Vorrichtung gemäß Anspruch38, dadurch gekennzeichnet, daß dieorganischen Feststoffe recycelte Kunststoffe, vorzugsweise in Granulatformsind.
    [40] Vorrichtung gemäß einemder Ansprüche36 bis 39, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung anströmseitigeine Einrichtung zur Einbringung des wenigstens einen partikulären Feststoffmaterialsin die Rohrleitung (2, 4) aufweist.
    [41] Vorrichtung gemäß einemder Ansprüche36 bis 40, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung abströmseitigvon der Rohrleitung (4) eine Einrichtung zur Abtrennungdes wenigstens einen partikulärenFeststoffmaterials von dem behandelten schadstoffbelasteten Wasseraufweist.
    [42] Vorrichtung gemäß Anspruch41, dadurch gekennzeichnet, daß dieVorrichtung eine Einrichtung zur Rückführung des abgetrennten partikulären Feststoffmaterialszur Einbringungseinrichtung aufweist.
    [43] Vorrichtung gemäß einemder Ansprüche22 bis 35, dadurch gekennzeichnet, daß das wenigstens eine Feststoffmaterialabströmseitignach der Verengung (3) in der Rohrleitung (4),vorzugsweise im wesentlichen zentrosymmetrisch zur Längsachseder Rohrleitung (4), angeordnet ist.
    [44] Vorrichtung gemäß Anspruch43, dadurch gekennzeichnet, daß daswenigstens eine Feststoffmaterial zur Innenwandung der Rohrleitung(4) beabstandet angeordnet ist.
    [45] Vorrichtung gemäß Anspruch43 oder 44, dadurch gekennzeichnet, daß das wenigstens eine Feststoffmaterialfaden- oder bandartig, vorzugsweise flexibel, ausgebildet ist.
    [46] Vorrichtung gemäß Anspruch45, dadurch gekennzeichnet, daß dasfaden- oder bandartige Feststoffmaterial Verdickungen, vorzugsweiseknotenartige Verdickungen, aufweist.
    [47] Vorrichtung gemäß Anspruch43 oder 44, dadurch gekennzeichnet, daß das wenigstens eine Feststoffmaterialals ein in der Rohrleitung (4) angeordnetes Innenrohr ausgebildetist, wobei die Außenwandungdes Innenrohrs zur Innenwandung der Rohrleitung (4) beabstandetist.
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
    DE102004009636B4|2007-03-01|
    WO2005082786A1|2005-09-09|
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    2005-09-29| OP8| Request for examination as to paragraph 44 patent law|
    2006-09-28| 8127| New person/name/address of the applicant|Owner name: SCHMID, ANDREAS, DR.-ING., 95703 PLöSSBERG, DE |
    2007-08-16| 8363| Opposition against the patent|
    2008-04-03| 8320| Willingness to grant licenses declared (paragraph 23)|
    2008-05-29| 8331| Complete revocation|
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
    DE200410009636|DE102004009636B4|2004-02-27|2004-02-27|Verfahren und Vorrichtung zur Behandlung von schadstoffbelastetem Wasser|DE200410009636| DE102004009636B4|2004-02-27|2004-02-27|Verfahren und Vorrichtung zur Behandlung von schadstoffbelastetem Wasser|
    PCT/EP2005/001807| WO2005082786A1|2004-02-27|2005-02-22|Verfahren und vorrichtung zur behandlung von schadstoffbelastetem wasser durch kavitation|
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