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Dokumentenidentifikation DE10246452B4 27.12.2007
Titel Reaktionsgefäß zur Aufbereitung von Wasser mit Ozon
Anmelder Dinotec GmbH Wassertechnologie und Schwimmbadtechnik, 63477 Maintal, DE
Erfinder Steffens, Robert, Dipl.-Ing., 65205 Wiesbaden, DE
Vertreter Keil & Schaafhausen Patentanwälte, 60322 Frankfurt
DE-Anmeldedatum 04.10.2002
DE-Aktenzeichen 10246452
Offenlegungstag 15.04.2004
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 27.12.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 27.12.2007
IPC-Hauptklasse C02F 1/78(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Reaktionsgefäß zur Aufbereitung von Wasser, insbesondere von Trink- oder Schwimmbadwasser, mit Ozon mit einem Eintritt für ozonhaltiges Wasser, einem Austritt für aufgereinigtes Wasser und einem Auslass für ggf. restozonhaltige Ballastluft. Derartige Reaktionsgefäße können in Trinkwasser- bzw. Schwimmbadwasseraufbereitungsanlagen eingesetzt werden, denen zum Abbau organischer Substanzen, Bakterien und anderer Verunreinigungen Ozon zugesetzt wird.

Bei der Ozon-Desinfektion von Schwimmbadwasser wird das Ozon dem umgewälzten Hauptstrom oder einem Teilstrom des Schwimmbadwassers üblicherweise in einer Konzentration von ca. 1 bis 1,2 g/m3 zugesetzt und in einen Reaktionsbehälter geführt. Über eine Entlüftungsanlage werden gasförmiges Restozon und Ballastluft abgeführt. Hierbei wird das Ozon in einem Aktivkohlefilter zu Kohlendioxid umgesetzt, so dass die austretende Luft frei von Ozon ist. Das restliche, in Wasser gelöste Ozon, welches nicht mit organischen Substanzen in Reaktion getreten ist oder anderweitig abgebaut wurde, wird außerhalb des Reaktionsgefäßes durch eine Aktivkornkohlefilteranlage beseitigt, damit das dem Schwimmbad zugeführte Wasser im Wesentlichen frei von Ozon ist.

Bei einem in der DE 100 22 093 A1 beschriebenen Verfahren wird auf eine Aktivkornkohlefilteranlage verzichtet und lediglich ein Teilwasserstrom mit Ozon beaufschlagt. Der Teilwasserstrom wird nach der Reaktionsstrecke wieder dem Hauptwasserstrom zugeführt und durch diesen verdünnt. Durch eine Regelung wird der Ozoneintrag in den Teilwasserstrom so dosiert, dass der Restozongehalt in dem Schwimmbadwasser unterhalb des zulässigen Grenzwertes von 0,05 mg/l liegt.

Die bisher bekannten Reaktionsgefäße zur Aufbereitung von Trink- und/oder Schwimmbadwasser sind in der Regel kesselförmig ausgebildet und weisen einen im unteren Bereich seitlich angeordneten Eintritt für das mit Ozon beaufschlagte, aufzureinigende Wasser, einen im oberen Bereich ebenfalls seitlich angeordneten Austritt für das aufgereinigte Wasser sowie einen Auslass zur Abfuhr von gasförmigem Restozon und Ballastluft auf. Das mit Ozon beaufschlagte, aufzureinigende Wasser wird in einer im Kessel befindlichen Rohrleitung geschlossen zum Kesselboden geführt und tritt am unteren Ende dieser Rohrleitung in das Kesselinnere aus. Durch die Art der Wasserführung wird jedoch Keine homogene Verteilung der Gasblasen in dem auf ureinigenden Wasser und keine intensive Durchmischung der Gas- und Flüssigphase erreicht, so dass die aufzureinigende wässrige Phase infolge eines lediglich unzureichenden Gaslöseprozesses nur einen signifikant unterhalb der Sättigungskonzentration liegenden Gehalt an Ozon aufweist und die enthaltenen Verunreinigungen nur unzureichend abgebaut werden können. Zum anderen bilden sich aufgrund der Strömungsgeschwindigkeit und des hohen Dichteunterschieds zwischen den Gasblasen und der wässrigen Phase in dem Mantelvolumen des Reaktionskessels unkontrollierte Turbulenzen, die zu Kurzschlussströmungen mit deutlich unterschiedlichen Ozongehalten führen. Daher ist die wässrige Phase über den Querschnitt des Reaktionsgefäßes gesehen ungleichmäßig mit Ozon beladen, so dass kein repräsentative Messprobe entnommen werden kann, welche nach Bestimmung des Ozongehaltes eine zuverlässige Steuerung der Ozonerzeugung und des Ozoneintrags vor dem Reaktionsgefäß und somit eine zuverlässige, Regelung des Restozongehaltes in der wässrigen Phase nach dem Austritt aus dem Reaktionsgefäß zuließe.

Aus der DE 238 442 A sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Reinigung von Flüssigkeiten, insbesondere von Wasser, mittels ozonierter Luft bekannt, bei dem zunächst Wasser durch einen oberen Vorrichtungsteil geführt wird, wo es ozonierte Luft ansaugt und sich mit dieser vermischt, bevor diese Mischung durch eine Röhre geleitet und dort UV-Strahlen ausgesetzt und schließlich durch einen aus drei Reaktionskanälen bestehenden unteren Vorrichtungsteil geführt wird. Aufgrund ihrer komplexen und filigranen Ausgestaltung ist die Herstellung dieser Apparatur aufwendig und daher teuer. Das eingesetzte Ozon kann nur in eingeschränktem Umfang zur Sterilisation genutzt werden, da ein signifikanter Anteil des erzeugten Ozons durch die UV-Strahlung zerstört wird.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein konstruktiv einfaches Reaktionsgefäß zur Aufbereitung von Wasser mit Ozon sowie ein entsprechendes Verfahren bereitzustellen, mit dem eine ausreichend lange und einheitliche Verweilzeit des mit Ozon beaufschlagten und aufzureinigenden Wassers sowie eine optimale Lösung des Ozons in der wässrigen Phase gewährleistet wird, um eine möglichst vollständige Reaktion des Ozons mit den Verunreinigungen zu erreichen. Ferner soll eine zuverlässige Regelung des Restozongehaltes in der wässrigen Phase nach dem Austritt aus dem Reaktionsgefäß ermöglicht werden.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Reaktionsgefäß mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Überraschenderweise ermöglicht das erfindungsgemäße Reaktionsgefäß nicht nur eine nahezu vollständige Aufreinigung des Wassers, sondern auch eine zuverlässige Regelung der Ozonerzeugung und somit des Restozongehaltes in dem aufgereinigten Wasser nach dem Austritt aus dem Reaktionsgefäß. Aufgrund der durch die Reaktionskerzen definierten Reaktionskanäle wird in dem Reaktionsgefäß eine einheitliche Verweilzeit des aufzureinigenden Wassers sichergestellt, wobei die Verweilzeit durch Variation der Länge und/oder des Durchmessers der Reaktionskanäle flexibel an die jeweiligen Anforderungen angepasst werden kann. Ferner bilden sich in dem vorzugsweise im Wesentlichen vertikal von unten nach oben führenden ersten Reaktionskanal und in der Umlenkung von dem ersten zu dem zweiten Reaktionskanal Gasblasen aus ungelöstem Restozon und Ballastluft aus, welche das aufzureinigende Wasser nur in einem dünnen Film entlang der Wandflächen mit entsprechend größeren Strömungsgeschwindigkeiten passieren kann. Aufgrund der aus der Gasblasenbildung resultierenden großen Gas/Flüssigphasengrenze sowie aufgrund der infolge der in dem Fluidfilm lokal erhöhten Strömungsgeschwindigkeiten erzeugten Turbulenzen wird eine optimale Lösung des Ozons in der wässrigen Phase erreicht, so dass in den Reaktionskanälen durch Reaktion des gelösten Ozons mit den Verunreinigungen in dem aufzureinigenden Wasser verbrauchtes Ozon unverzüglich nachgelöst wird und somit der Ozongehalt des aufzureinigenden Wassers entlang des Strömungswegs stets nahezu der Sättigungskonzentration entspricht. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Reaktionsgefäßes liegt darin, dass aufgrund der in den Reaktionskanälen definierten einheitlichen Strömungswege in dem Mantelvolumen des Reaktionsgefäßes laminare Strömungsverhältnisse eingestellt werden können, so dass infolge des auch außerhalb der Reaktionskerzen anhaltenden Verbrauchs an Ozon durch Reaktion mit den in der wässrigen Phase enthaltenen Verunreinigungen in dem Mantelvolumen des Reaktionsgefäßes, von unten nach oben gesehen, ein gleichmäßig abnehmender Gradient an im Wasser gelöstem Ozon resultiert. Dies erlaubt die Entnahme einer repräsentativen Messprobe, was Voraussetzung für eine zuverlässige Regelung des Restozongehaltes in der wässrigen Phase nach dem Austritt aus dem Reaktionsgefäß ist.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist im Anschluss an den zweiten Reaktionskanal nach einer zweiten Umlenkung wenigstens ein weiterer, im Wesentlichen entgegen dem zweiten Reaktionskanal gerichteter dritter Reaktionskanal vorgesehen. Dadurch wird die Länge des durch die Reaktionskanäle definierten Strömungsweges innerhalb des Reaktionsgefäßes und somit auch die Verweilzeit vergrößert.

In Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, die Reaktionskanäle so auszubilden, dass sie in den Übergängen von dem ersten Reaktionskanal zu dem zweiten Reaktionskanal sowie von dem zweiten Reaktionskanal in den dritten Reaktionskanal um jeweils etwa 180° umgelenkt werden. Dies ermöglicht eine kompakte Bauweise der Reaktionskerzen und fördert durch die Möglichkeit der Ausbildung von Gasblasen insbesondere in dem Übergang von dem ersten zu dem zweiten Reaktionskanal, aber auch in dem ersten und zweiten Reaktionskanal den Gaslöseprozess.

Die Reaktionskerzen werden vorzugsweise durch drei konzentrisch angeordnete, zylindrische Rohre mit untereinander zunehmendem Durchmesser gebildet, wobei das Innenvolumen des ersten, vorzugsweise von unten nach oben führenden Rohres (Steigrohr) den ersten Reaktionskanal, das Mantelvolumen des dazu konzentrisch angeordneten zweiten Rohres (Stülprohr) mit einem gegenüber dem ersten Steigrohr größeren Durchmesser den zweiten Reaktionskanal und das Mantelvolumen des äußeren Rohres (Gegenstülprohr) den dritten Reaktionskanal definieren. Die abgestufte Dimensionierung der Reaktionsrohre ist erfindungsgemäß so gewählt, dass weitestgehend die gleichen Strömungsgeschwindigkeiten erzielt werden, wie in der Zu- und Ableitung des Reaktionsgefäßes.

In Weiterbildung der Erfindung ist das den zweiten Reaktionskanal außen begrenzende Stülprohr über das sich an die Eintrittsöffnung anschließende Steigrohr gestülpt und wird an der der Eintrittsöffnung abgewandten Seite durch eine Deckelplatte verschlossen. Dadurch wird ein Ausströmen des aufzureinigenden Wassers aus dem Übergang von dem ersten in den zweiten Reaktionskanal verhindert und eine definierte Umlenkung erreicht.

An dem Übergang von dem zweiten zu dem dritten Reaktionskanal wird dies dadurch erreicht, dass das den dritten Reaktionskanal außen begrenzende Gegenstülprohr an seiner der Eintrittsöffnung zugewandten Seite durch einen Bodenabschnitt begrenzt wird, der von dem ersten Reaktionskanal durchtreten wird. Das den zweiten Reaktionskanal außen begrenzende Stülprohr stützt sich vorzugsweise über eine Bodenschlitzplatte auf dem Bodenabschnitt ab. Die Bodenschlitzplatte kann hierbei radial nach außen weisende Öffnungen aufweisen, durch die das Wasser strömen kann. Alternativ ist es möglich, radiale Stege vorzusehen, auf welchen sich das Stülprohr abstützt, und zwischen denen das Wasser umgelenkt werden kann. Durch die Bodenschlitzplatte bzw. die Stege wird nicht nur am unteren Ende des Stülprohres die Umlenkung der Strömung in den dritten Reaktionskanal sondern auch am oberen Ende des Stülprohres ein ausreichender Abstand zwischen Deckelplatte und der Austrittsöffnung des Steigrohres erreicht.

Der Bodenabschnitt weist gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung einen Gewindeabschnitt mit Außengewinde auf, über welches die Reaktionskerzen in Gewindeöffnungen in einer Bodenplatte eingeschraubt werden können, welche erfindungsgemäß einen unteren Kesseldom von dem Reaktionsraum trennt. Das Einschrauben der Reaktionskerzen in die Bodenplatte erlaubt einen schnellen und einfachen Austausch der Reaktionskerzen bspw. bei Vorliegen eines Defektes. Des weiteren erlaubt diese Anordnung eine einfache Umrüstung des Reaktionsgefäßes, bspw. zur Verlängerung oder Verkürzung der Verweilzeit, indem die Reaktionskerzen gegen entsprechend längere oder breitere bzw. kürzere und dünnere Reaktionskerzen ausgetauscht werden.

Die Ableitung des aufgereinigten Schwimmbadwassers aus dem Reaktionsgefäß erfolgt erfindungsgemäß über wenigstens eine zu dem Austritt führende Abrohrleitung, die sich gemäß einer Weiterbildung dieses Erfindungsgedankens etwas oberhalb der Bodenplatte in den Reaktionsraum öffnet. Sind, wie bei einer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, mehrere Abfuhrleitungen vorgesehen, so können diese am oberen Ende des Reaktionsraumes über einen bspw. ringförmigen Verbindungskanal mit einer zu dem Austritt führenden zentralen Abfuhrleitung verbunden sein.

Der Reaktionsraum wird erfindungsgemäß nach oben durch eine eine Vielzahl von Öffnungen aufweisende Deckelplatte, bspw. ein Lochblech oder dgl., von einem oberen Kesseldom getrennt, in dem eine Entlüftungsöffnung vorgesehen ist. Über diese kann Ballastluft, die ggf. noch Restozon enthält, aus dem Reaktionsgefäß abgeführt werden.

In Weiterbildung der Erfindung wird das Gas/Wassergemisch über einen horizontal angeordneten 45°-Winkel in den unteren Kesseldom eingeleitet. Hierdurch wird dem Flüssigkeitsvolumen ein Drall aufgezwungen, der eine möglichst gleichmäßige Verteilung der Ozongas-/Ballastluftblasen im Wasser bewirkt und eine größtmögliche Phasengrenze zwischen Gas und Fluid ausbildet.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels und der Zeichnung näher erläutert. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung.

Es zeigen:

1 einen schematischen Längsschnitt des erfindungsgemäßen Reaktionsgefäßes zur Aufreinigung von Schwimmbadwasser mit Ozon,

2 einen schematischen Teilschnitt durch eine bei dem Reaktionsgefäß verwendete Reaktionskerze in Explosionsdarstellung oberhalb einer Düsenplatte und

3 eine Draufsicht auf eine Bodenschlitzplatte.

Wie sich aus 1 ergibt, ist der kesselförmige Reaktionsbehälter 1 in einen unteren Kesseldom 2 für den Eintrag und die Homogenisierung des mit Ozon beaufschlagten Schwimmbadwassers, einen mittleren, im Wesentlichen zylindrischen Reaktionsraum 3, in dem die Reaktion des Ozons mit den in dem aufzureinigenden Schwimmbadwasser befindlichen Verunreinigungen vornehmlich stattfindet, sowie einen oberen Kesseldom 4 zur Trennung des Gasgemisches aus Ballastluft und Restozon von dem aufgereinigten Schwimmbadwasser unterteilt.

Der untere Kesseldom 2 wird von dem Reaktionsraum 3 über eine Bodenplatte 5 getrennt, in welcher eine Vielzahl von Gewindeöffnungen 6 zum Einschrauben von Reaktionskerzen 7 ausgebildet ist. Nach oben ist der Reaktionsraum 3 zu dem oberen Kesseldom 4 offen.

In dem unteren Kesseldom 2 ist unterhalb der Bodenplatte 5 ein seitlicher Eintritt 10 vorgesehen, der mit einem im Wesentlichen horizontal angeordneten um etwa 45° abwinkelten Winkelstück 11 verbunden ist, um mit Ozon beaufschlagtes Schwimmbadwasser in den unteren Kesseldom 2 einzuführen. Durch die damit erreichte, im Wesentlichen tangentiale Einführung des Schwimmbadwassers in den unteren Kesseldom 2 wird dem Wasser ein Drall auferlegt, der eine gleichmäßige Verteilung der Gasphase in der wässrigen Phase und damit eine größtmögliche Gas/Flüssigphasengrenze erreicht.

Die Reaktionskerzen 7 bestehen bei der dargestellten Ausführungsform aus jeweils drei vertikalen, konzentrisch angeordneten und übereinander gestülpten Reaktionsrohren, nämlich einem Steigrohr 12, einem Stülprohr 13 und einem Gegenstülprohr 14. Es ist jedoch möglich, je nach Anforderung, auf das Gegenstülprohr 14 zu verzichten oder in entsprechender Weise zusätzliche Reaktionsrohre mit alternierender oberer/unterer Umlenkung übereinander zu stülpen.

Die Reaktionskerze 7 weist einen Bodenabschnitt 15 auf, der über einen Gewindeabschnitt 16 mit Außengewinde in eine der Gewindeöffnungen 6 der Bodenplatte 5 eingeschraubt ist. Die Abdichtung des Reaktionsraumes 3 gegenüber dem unteren Kesseldom 2 wird hierbei über eine umlaufende Dichtung 17erreicht, die an der Unterseite des Bodenabschnittes 15 in einer Ringnut 18 angeordnet ist und gegen die Bodenplatte 5 anliegt. Alternativ kann auf die Ringnut 18 im Bodenabschnitt 15 verzichtet werden und stattdessen eine Abdichtung zwischen Außengewinde 16 und Innengewindeöffnung 6 über ein prozesskompatibles Dichthilfsmittel, bspw. ein PTFE-Dichtband, vorgesehen werden. Der Bodenabschnitt 15 weist eine zentrale Eintrittsöffnung 19 auf, die in die Gewindeöffnung 6 der Bodenplatte 5 übergeht.

An die Eintrittsöffnung 19 des Bodenabschnittes 15 schließt sich das in der Reaktionskerze 7 mittig angeordnete Steigrohr 12 an, das einen ersten Reaktionskanal 20a festlegt, der von dem Kesselboden aus gesehen im Wesentlichen vertikal nach oben führt.

Über das Steigrohr 12 ist von oben das durch eine ggf. profilierte Deckelplatte 21 verschlossene Stülprohr 13 gestülpt, das einen größeren Durchmesser aufweist als das Steigrohr 12, so dass zwischen der Außenfläche des Steigrohres 12 und der Innenfläche des Stülprohres 13 ein zweiter Reaktionskanal 20b gebildet wird. Das Stülprohr 13 stützt sich bspw. über eine profilierte Bodenschlitzplatte 22 auf dem Bodenabschnitt 15 der Reaktionskerze 7 ab.

Die in 3 dargestellte Bodenschlitzplatte 22 weist in Radialrichtung verlaufende Schlitze oder Öffnungen 23 auf, die über radiale Stützstege 33 für das Stülprohr 13 getrennt werden. In den Stützstegen 33 sind Nuten 34 zur Aufnahme des Stülprohres 13 ausgebildet. Anstelle der Bodenschlitzplatte 22 können bei einer weiteren Ausführungsform auch lediglich radiale Stege an dem Bodenabschnitt 15 vorgesehen sein, auf welche sich das Stülprohr 13 abstützt. Die Bodenschlitzplatte 22 oder die radialen Stege können anstelle der in 3 gezeigten Nuten 34 Absätze aufweisen, über die das Stülprohr 13 ebenfalls exakt positioniert werden kann.

Gemeinsam mit der entsprechenden Dimensionierung des Stülprohres 13 wird hierdurch erreicht, dass die Deckelplatte 21 im Abstand über dem oberen Ende des Steigrohres 12 angeordnet ist, so dass die Strömung über eine erste Umlenkung 24a aus dem nach oben führenden Steigrohr 12 um 180° in das nach unten führende Stülprohr 13 umgeleitet wird. Ebenso wird am unteren Ende des Stülprohres 13, welches durch die Bodenschlitzplatte 22 einen Abstand zu dem Bodenabschnitt 15 der Reaktionskerze 7 aufweist, eine zweite Umlenkung der Strömung aus dem zweiten Reaktionskanal 20b erreicht.

Um das Stülprohr 13 ist ein Gegenstülprohr 14 mit wiederum größerem Durchmesser angeordnet, so dass zwischen der Außenfläche des Stülprohres 13 und der Innenfläche des Gegenstülprohres 14 ein dritter, nach oben führender Reaktionskanal 20c gebildet wird. Hierdurch wird an der zweiten Umlenkung 24b wiederum eine Umlenkung der Strömung um 180° erreicht. Am oberen Ende des Gegenstülprohres 14 tritt die Strömung in den Reaktionsraum 3 aus.

Das Gegenstülprohr 14 wird über einen an dem Bodenabschnitt 15 vorgesehenen Stutzen 25 oder dgl. gehalten und exakt positioniert. Somit werden genaue Dimensionierungen der Reaktionskanäle 20b, 20c und damit definierte Strömungsbedingungen gewährleistet.

In dem Reaktionsraum 3 sind zudem mehrere, insbesondere vier als Tauchrohre ausgebildete Abfuhrleitungen 26 vorgesehen, welche an ihrem unteren Ende, etwas oberhalb der Bodenplatte 5 bspw. abgeschrägte Eintrittsöffnungen 27 aufweisen. Die Abfuhrleitungen 26 werden an ihrem oberen Ende über einen bspw. ringförmig oder rechteckförmig ausgebildeten Verbindungskanal 28 zusammengeführt und zu einer zentralen Abfuhrleitung 29 verbunden, welche zu einem Austritt 30 für aufgereinigtes Wasser führt. Schließlich ist an dem oberen Kesseldom 4 ein Behälterdeckel 31 zur Aufnahme einer Be- und Entgasungseinheit 32 für Ballastluft und ggf. ausgegastes Restozon vorgesehen.

In dem Reaktionsgefäß 1 sind mehrere Reaktionskerzen 7 bspw. kreisförmig oder gleich verteilt angeordnet. Die Zahl und Größe der Reaktionskerzen 7 hängt von der Querschnittsfläche der Teilstromleitung für die Wasseraufreinigung, die zum Eintritt 10 des Reaktionsgefäßes 1 führt, und deren Verhältnis zur Querschnittsfläche des Steigrohres 12 ab.

Das erfindungsgemäße Reaktionsgefäß 1 ist im Wesentlichen wie oben beschrieben aufgebaut. Nachfolgend werden seine Betriebs- und Funktionsweise erläutert.

Während des Betriebs des Reaktionsgefäßes 1 strömt bei einem Druck von im Allgemeinen 0,5 bis 2,5 bar über den Eintritt 10 kontinuierlich aufzureinigendes und mit Ozon beaufschlagtes Schwimmbadwasser, also ein Gemisch aus aufzureinigendem Schwimmbadwasser mit gelöstem Ozon sowie einer Gasphase aus ungelöstem Ozon und Luft, über das Winkelstück 11 in den unteren Kesseldom 2 ein. Aufgrund der dadurch entstehenden Turbulenzen wird eine bestmögliche Durchmischung des Gas-Flüssigkeits-Gemisches erreicht, so dass die Gasblasen aus gasförmigem Ozon und Ballastluft in der wässrigen Phase im Wesentlichen gleichmäßig verteilt sind und sich eine maximal große Phasengrenze zwischen den beiden Phasen ausbildet.

Das homogene Zwei-Phasen-Gemisch tritt dann durch die Gewindeöffnungen 6 und die daran anschließenden Eintrittsöffnungen 19 in die einzelnen Reaktionskerzen 7 ein und durchströmt zunächst den in dem Steigrohr 12 ausgebildeten ersten Reaktionskanal 20a von unten nach oben. Beim Durchströmen reagiert ein von der Verweilzeit in dem ersten Reaktionskanal 20a abhängiger Anteil des gelösten Ozons mit den Verunreinigungen des Schwimmbadwassers, wodurch ein Anteil an gelöstem Ozon in dem Schwimmbadwasser verbraucht wird. In der Umlenkung 24a zwischen dem ersten und dem zweiten Reaktionskanal 20a, 20b und später über die Länge des Reaktionskanals 20a verteilt, bilden sich innerhalb kurzer Zeit nach Inbetriebnahme des Reaktionsgefäßes 1 Gasblasen aus Restozon und Luft, so dass die wässrige Phase die Gasblasen, insbesondere an der Umlenkung 24a nur als dünnen Fluidfilm entlang der Wandflächen passieren kann. Aufgrund der daraus in diesem Bereich resultierenden größeren Strömungsgeschwindigkeit des fluiden Strömungsfilmes ergeben sich lokale Turbolenzen, die den Gaslöseprozess begünstigen. An der Phasengrenze löst sich daher weiteres Ozon aus den Gasblasen in der Wasserphase, wodurch der Ozongehalt in dem Schwimmbadwasser idealerweise wieder die Sättigungskonzentration erreicht. Ferner werden in dem Reaktionskanal 20a aufgrund der lokalen Turbolenzen kleine Gasbläschen von der wässrigen Phase mitgerissen, wodurch der Gaslöseprozess weiter begünstigt wird.

Anschließend durchströmt das Schwimmbadwasser den zweiten Reaktionskanal 20b von oben nach unten, wird an der zweiten Umlenkung 24b erneut um 180° umgelenkt und durchströmt schließlich den dritten Reaktionskanal 20c von unten nach oben. Die Dimensionen der Reaktionskanäle 20a, 20b und 20c sind hierbei so bemessen, dass die Verweilzeit des Schwimmbadwassers bei dem vorgegebenen Volumenstrom in dem Reaktionsgefäß 1 zwischen drei und sieben Minuten, vorzugsweise etwa fünf Minuten beträgt. Dadurch wird eine nahezu vollständige Reaktion des Ozons mit den Verunreinigungen im Schwimmbadwasser sichergestellt. Insgesamt bewirken die Reaktionskerzen 7 somit eine kontrollierte Strömungsführung sowie den innigen Kontakt von Schwimmbadwasser und Luft-Ozon-Gemisch unter Ausbildung von aus Ballastluft und Ozon bestehenden Gasblasen. Nicht zuletzt hierdurch wird ein optimaler Gaslöseprozess gewährleistet, so dass sich in der wässrigen Phase ständig eine dem durch Reaktion mit den Verunreinigungen verbrauchten Anteil entsprechende Menge an Ozon löst.

Nach Verlassen der Reaktionskerzen 7 tritt das Zwei-Phasen-Gemisch in den oberen Teil des Reaktionsraumes 3 und den oberen Kesseldom 4 über, in dem sich die beiden Phasen infolge der unterschiedlichen Dichten voneinander trennen. Aufgrund des vergleichsweise großen Durchmessers des Reaktionsgefäßes 1 sowie der Aufteilung der Strömungswege in mehrere Reaktionskerzen 7 stellt sich in dem Mantelvolumen des Reaktionsgefäßes 1 im Gegensatz zu den nach dem Stand der Technik bekannten Reaktionsgefäßen eine im Wesentlichen laminare Strömung ein. Aufgrund dieser laminaren Strömungsverhältnisse und des auch außerhalb der Reaktionskerzen 7 anhaltenden Verbrauchs an Ozon durch Reaktion mit den in der wässrigen Phase enthaltenen Verunreinigungen stellt sich in dem Mantelvolumen des Reaktionsgefäßes 1 außerhalb der Reaktionskerzen 7 in Strömungsrichtung, also von der Bodenplatte 5 aus gesehen nach oben, ein im Wesentlichen gleichmäßig abnehmender Gradient an im Wasser gelöstem Ozon ein. Dadurch wird gewährleistet, dass die wässrige Phase über den Querschnitt des Reaktionsgefäßes 1 gleichmäßig mit Ozon beladen ist, wodurch durch Entnahme von Probenwasser und anschließende Ozongehaltsbestimmung des Probenwassers der Ozoneintrag in das aufzureinigende Wasser vor dem Reaktionsgefäß derart geregelt werden kann, dass eine Überschreitung der zulässigen Grenzwerte an Restozon in dem aufgereinigten Schwimmbadwasser zuverlässig verhindert wird. Bei den aus dem Stand der Technik bekannten Reaktionsgefäßen, bei denen infolge der turbulenten Strömungsverhältnisse die wässrige Phase über den Querschnitt des Reaktionsgefäßes gesehen nicht gleichmäßig mit Ozon beladen ist, ist eine zuverlässige Regelung des Restozongehaltes in der wässrigen Phase hingegen nicht möglich.

Das aufgereinigte Schwimmbadwasser wird über die Abfuhrleitungen 26, den Verbindungskanal 28 und die zentrale Abfuhrleitung 29 dem Austritt 30 zugeführt und anschließend wieder dem Hauptstrom des Schwimmbadwassers zugeführt. Die aus Ballastluft und nicht reagiertem Restozon bestehende Gasphase wird über den vorzugsweise automatischen Be- und Entlüfter 32 aus dem Reaktionsgefäß 1 geleitet.

1
Reaktionsbehälter
2
unterer Kesseldom
3
Reaktionsraum
4
oberer Kesseldom
5
Bodenplatte
6
Gewindeöffnung
7
Reaktionskerze
10
Eintritt
11
Winkelstück
12
Steigrohr
13
Stülprohr
14
Gegenstülprohr
15
Bodenabschnitt
16
Gewindeabschnitt
17
Dichtung
18
Ringnut
19
Eintrittsöffnung
20a-c
Reaktionskanal
21
Deckelplatte
22
Bodenschlitzplatte
23
Schlitz
24a, b
Umlenkung
25
Stutzen
26
Abfuhrleitung
27
Eintrittsöffnung
28
Verbindungskanal
29
zentrale Abfuhrleitung
30
Austritt
31
Behälterdeckel
32
Be- und Entgasungseinheit
33
Stützsteg
34
Nut


Anspruch[de]
Reaktionsgefäß zur Aufbereitung von Wasser, insbesondere von Trink- oder Schwimmbadwasser, mit Ozon mit einem Eintritt (10) für ozonhaltiges Wasser, einem Austritt (30) für aufgereinigtes Wasser und einem Auslass für Ballastluft, wobei in dem Reaktionsgefäß (1) Reaktionsrohre (12, 13, 14) vorgesehen sind, die Strömungswege für das ozonhaltige Wasser definieren und in denen die Reaktion zwischen dem Ozon und den in dem aufzubereitenden Wasser enthaltenen Verunreinigungen vornehmlich stattfindet, wobei die Reaktionsrohre (12, 13, 14) zu wenigstens einer Reaktionskerze (7) zusammengefasst sind, welche insbesondere drei konzentrisch angeordnete Rohre (12, 13, 14) gebildet wird, wobei im Anschluss an eine Eintrittsöffnung (19) der Reaktionskerze (7) ein erster Reaktionskanal (20a) vorgesehen ist, der nach einer ersten Umlenkung (24a) in einen im Wesentlichen entgegen dem ersten Reaktionskanal (20a) gerichteten zweiten Reaktionskanal (20b) übergeht, wobei der erste Reaktionskanal (20a)von unten nach oben und der zweite Reaktionskanal (25b) von oben nach unten durchströmt wird, wobei im Anschluss an den zweiten Reaktionskanal (20b) nach einer zweiten Umlenkung (24b) wenigstens ein weiterer entgegen dem zweiten Reaktionskanal (20b) gerichteter dritter Reaktionskanal (20c) vorgesehen ist, und wobei sich an die Reaktionskerze (7) ein durch das Mantelvolumen des Reaktionsgefäßes (1) definierter Reaktionsraum (3) anschließt, den das Wasser von oben nach unten im Wesentlichen laminar durchströmt bevor es dem Austritt (30) zugeführt wird. Reaktionsgefäß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Reaktionskanäle (20a, 20b, 20c) vertikal angeordnet sind. Reaktionsgefäß nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das den zweiten Reaktionskanal (20b) außen begrenzende Reaktionsrohr (13), das über das sich an die Eintrittsöffnung (15) anschließende, den ersten Reaktionskanal (20a) definierende Reaktionsrohr (12) gestülpt ist, an der der Eintrittsöffnung (15) abgewandten Seite durch eine Deckelplatte (21) verschlossen ist. Reaktionsgefäß nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das den dritten Reaktionskanal (20c) außen begrenzende Reaktionsrohr (14) an seiner der Eintrittsöffnung (19) zugewandten Seite durch einen Bodenabschnitt (15) begrenzt wird, der von dem ersten Reaktionskanal (20a) durchtreten wird. Reaktionsgefäß nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich das zweite Reaktionsrohr (13) über eine Bodenschlitzplatte (22) auf dem Bodenabschnitt (15) abstützt. Reaktionsgefäß nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Bodenabschnitt (15) einen Gewindeabschnitt (16) mit Außengewinde aufweist. Reaktionsgefäß nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen einem unteren Kesseldom (2) und einem Reaktionsraum (3) eine Bodenplatte (5) vorgesehen ist, in welcher wenigstens eine Öffnung (6) ausgebildet ist, mit welcher die Eintrittsöffnung (19) der Reaktionskerze (7) verbunden ist. Reaktionsgefäß nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung (6) ein Innengewinde aufweist, in welches der, Gewindeabschnitt (16) der Reaktionskerze (7) einschraubbar ist. Reaktionsgefäß nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch wenigstens eine zu dem Austritt (30) führende Abfuhrleitung (26) zur Ableitung des aufgereinigten Schwimmbadwassers aus dem Reaktionsgefäß (1). Reaktionsgefäß nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Abfuhrleitung (26) etwas oberhalb der Bodenplatte (5) in den Reaktionsraum (3) öffnet. Reaktionsgefäß nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Abfuhrleitungen (26) vorgesehen sind, welche am oberen Ende des Reaktionsraumes (3) über einen Verbindungskanal (28) mit einer zu dem Austritt (30) führenden zentralen Abfuhrleitung (29) verbunden sind. Reaktionsgefäß nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungskanal (28) ringförmig ist. Reaktionsgefäß nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an dem oberen Kesseldom (4) eine Be- und Entgasungseinheit (32) vorgesehen ist. Reaktionsgefäß nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich an den Eintritt (10) ein vorzugsweise horizontal angeordnetes Winkelstück (11) anschließt, über welches das ozonhaltige Wasser in den unteren Kesseldom (2) eingeleitet wird. Reaktionsgefäß nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Winkelstück (11) eine Abwinklung von 45° aufweist.






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