DE3022273A1

DE3022273A1 - Chlordioxid-erzeugungsanlage

Info

Publication number: DE3022273A1
Application number: DE19803022273
Authority: DE
Inventors: Brian Joseph Ratigan
Original assignee: Fischer and Porter Co
Current assignee: Fischer and Porter Co
Priority date: 1979-06-14
Filing date: 1980-06-13
Publication date: 1980-12-18
Also published as: US4250144A; FR2459202B3; FR2459202A1

Description

Beschreibung

Die Erfindung betrifft allgemein die Herstellung von Chlordioxid in einer Konzentration, in der es als Desinfektionsmittel bei der Abwasserbehandlung zur Vernichtung von Krankheitserregern geeignet ist, und im einzelnen betrifft die Erfindung eine verbesserte Chlordioxid-Erzeugungsanlage, die leistungsfähig und ökonomisch arbeitet und am Ausgang ein Chlordioxid liefert, das einen niedrigen Prozentsatz an Chlor hat.

Die Chlorierung wird in weitem Umfang zur Reinigung von Wasservorräten bzw. Wasser in VJas Serversorgungssystemen angewandt. In der Praxis wird Chlor an einer ausgewählten Stelle im Wasservorrats- bzw. -Versorgungssystem eingeführt, wonach dann eine Strömung in einen Tank oder durch einen Strömungsbereich, die zur effektiven Wirkung des Chlors auf die Verunreinigungen, die im Wasser vorhanden sind, zum Zwecke des Hervorrufens einer Desinfektionswirkung ausreicht, stattfindet. Die Menge an Chlor, die dem Wasser hinzugefügt wird, wird als "Dosis" bezeichnet, und sie wird üblicherweise in mg/1 oder in Teilen pro Million (ppm) ausgedrückt. Die Menge an Chlor, die durch Bakterien, Algen, organische Verbindungen und einige anorganische Substanzen, wie beispielsweise Eisen oder Mangan aufgebraucht oder verbraucht wird, wird als "Bedarf" bezeichnet.

Wenn sich Chlor in Wasser löst, wird eine Mischung aus unterchloriger Säure und Salzsäure gebildet. Die Salzsäure dissoziiert stets vollständig zu Wasserstoff und Chloridionen, wohingegen die unterchlorige Säure nur teilweise zu Wasserstoff und Hypochloritionen in Abhängigkeit von dem pH-Wert des Wassers dissoziiert. Sowohl

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im Falle der unterchlorigen als auch der Hypochlorit Form wird Chlor als "freier Chlorrest" bezeichnet. Unterchlorige Säure hat eine hohe effektive Tötungskraft gegenüber Bakterien, wogegen die Hypochloritionen ein viel geringer wirksames Desinfektionsmittel sind.

Sofern das chlorierte Wasser Ammoniak oder gewisse Aminoverbindungen (auf Stickstoffbasis) enthält, werden sogenannte Chloramine erzeugt. Chloramine können nahezu augenblicklich auftreten, was hauptsächlich vom pH-Wert des Wassers abhängt.

Es gibt viele Anwendungen von Chlor in Abwasserbehandlungsanlagen, die beispielsweise für die Geruchskontrolle von Rohabwasser und die Kontrolle von Schwefelwasserstoff in Abwasserkanälen, jedoch besteht seine universellste Anwendung in Abwasserbehandlungsanlagen in der abschließenden Desinfektion des behandelten klaren Ausflusses, geraas bevor der Ausfluß abgegeben wird. Die Bezeichnung Abwasser soll im Rahmen der vorliegenden Anmeldung alle Wasser umfassen, die eine Behandlung benötigen, wie beispielsweise Wasser, das von industriellen und kommunalen Abflüssen herkommt, wie auch natürlich auftretende Wasser und landwirtschaftliche Abflüsse.

Die Wirkungen der Chlorierung sind lange anerkannt worden, aber erst seit kurzem wurde von den Gefahren, die durch eine übermäßige Chlorierung bedingt sind, öffentlich Notiz genommen. In Untersuchungen, die an den chlorierten Wasservorräten der City von New Orleans durchgeführt wurden, wurde gefunden, daß die Niveaus der Chlorierung derart waren, daß für die Allgemeinheit gefährliche Carcinogene ausgelöst wurden. Die Ergebnisse dieser Untersuchung sind von R.A. Harris in dem Artikel wiedergegeben, dessen Titel in deutscher übersetzung lautet "Die Folge von krebs-

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erregenden Substanzen im Mississippi-Flußwasser" und der vom Environmental Defense Fund, Washington, D.C· am 6. November 1974 veröffentlicht worden ist.

Kurz nachdem diese Untersuchung erschien, trat das öffentliche Gesetz 9 3-523 in USA in Kraft, das den EPA-Administrator autorisierte, eine umfassende Untersuchung an öffentlichen Wasservorräten bzw. -Versorgungen durchzuführen, "um die Art, das Ausmaß, die Quelle und Kontrollmittel der Verunreinigung durch Chemikalien oder andere Substanzen, die als Carcinogene verdächtig sind, zu bestimmen."

Nachfolgend berichtete Jolly (in dem Artikel, dessen Titel in deutscher Übersetzung lautet "Chlor enthaltende organische Bestandteile in chlorierten Abwässern" und der im Journal of the Water Pollution Control Fed., 47:6o1-618 (1975) erschien) über das Vorhandensein von 44 organischen Chlorverbindungen in einem chlorierten sekundären Abwasserausfluß.

Die Bildung von Verbindungen, die als Carcinogene verdächtig sind, als Ergebnis der Reaktion des Chlors mit Kohlenwasserstoffen in Abwasser ist keineswegs die einzige unerwünschte Nebenwirkung, die durch den traditionellen Desinfektionsprozeß hervorgerufen wird, vielmehr führen Chlorrückstände im Abwasser zu einer Umgebung, die für im Wasser lebende Organismen giftig ist. Obwohl Chlor für unerwünschte Organismen ein hochwirksames Bioeid ist, ist es auch für Fische und andere, im Wasser lebende Organismen, tödlich und hat daher eine heftige schädliche Wirkung auf ökologische Systeme in Frischwasser, im Meereswasser und in Flußmündungen.

Es wurde nun erkannt, daß Chlordioxid (ClO₂) beträchtlich bessere Ergebnisse in vielen Abwasserbehandlungssystemen erbringen kann, in denen sich die Verwendung von Chlor

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als gefährlich oder relativ unwirksam erwiesen hat. Chlordioxid besitzt wertvolle bakterientötende und virentötende Eigenschaften und hat eine Oxidationskapazität, die mehr als das 2-fache von Chlor beträgt. Die Desinfektionsfähigkeit von Chlor hängt von der unterchlorigen Säure ab, die es beim Lösen in Wasser bildet, wobei der Anteil der vorhandenen unterchlorigen Säure um so niedriger ist, je höher der pH-Wert ist. Infolgedessen nimmt die Chlordesinfektion beträchtlich ab, wenn der pH-Wert zunimmt. Dagegen ist die Wirksamkeit von Chlordioxid etwa die gleiche über den gesamten pH-Bereich, was zur Folge hat, daß es ein bei weitem wirksameres Desinfektionsmittel bei höheren pH-Werten ist.

Jedoch besteht die wichtigste Eigenschaft von C1O_ im Hinblick auf die öffentliche Sicherheit darin, daß es nicht mit Ammoniak und den meisten Ammoniumstickstoff-Verbindungen reagiert, und obwohl es Phenole zersetzt, geschieht das ohne Erzeugung von offensiven Chlorphenolen. Infolgedessen erfordert, während in verunreinigtem Wasser große Mengen an Chlor verbraucht werden können, bevor der für die Desinfektion erforderliche Rückstand erzeugt wird, die Verwendung von ClO- in der gleichen Situation gewöhnlich viel kleinere Mengen, um den gewünschten Rückstand zu erreichen, da ClO „ in seinen Reaktionen mit organischen Substanzen sehr selektiv und mit Ammoniak nicht reaktiv ist.

Eine andere wichtige Anwendung von Chlordioxid besteht darin, daß es als Desinfektionsmittel für Kühlwassersysteme in Kraftwerksanlagen verwendet wird. Chlordioxid verhindert das Algenwachstum in solchen Systemen wirksamer als Chlor. Da das Wachstum von Algen die Wärmeübertragungseigenschaften des Systems beeinträchtigt, ist die Verwendung eines Desinfektionsmittels wesentlich.

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Ein bekanntes Verfahren zum Erzeugen von Chlordioxid besteht darin, Natriumchlorit und chloriertes Wasser in der Weise miteinander reagieren zu lassen, wie in der US-Patentschrift 4 o13 761 von Ward et al., das auf die Olin Corporation übertragen ist, beschrieben ist, und dieses Verfahren ist kommerziell als Dioxolin-Prozeß-System bekannt. Wie in einem Report (nicht datiert), der von der Olin Corporation veröffentlicht worden ist und der in deutscher übersetzung den Titel "Behandlung von Wasservorräten bzw. -Versorgungen mit Chlordioxid" hat, beschrieben ist, muß überschüssiges Chlor zur Verbesserung der Reaktionsausbeute hinzugefügt werden. Ein Überschuß an Chlor erbringt etwa eine volle Umwandlung von Natriumchlorit in Chlordioxid, aber nur unter strikten pH- und Chlorkonzentrations-Beschränkungen. Infolgedessen wird der Ausstoß des Systems von einem hohen Prozentsatz an Chlor wie auch an Chlordioxid gebildet. Daher werden mit einem solchen Chlordioxid-Erzeugungssystem die bekannten Gefahren, die mit der Verwendung von Chlor in Abwasser verbunden sind, nicht verhindert.

Die Anwendung von überschüssigem Chlor kann, wie in der US-Patentschrift 4 o13 761 angedeutet ist, dadurch vermieden werden, daß man wäßriges Natriumchlorit, ITatriumhypochlorit und eine Mineralsäure zum Erzeugen von Chlordioxid reagieren läßt, wobei die Mineralsäure Schwefelsäure oder Salzsäure enthält. Obwohl die Ausbeute dieses Systems hoch und außerdem chlorfrei ist, ist der Betrieb des Systems relativ teuer, und zwar wegen der hohen Kosten von Mineralsäuren und Natriumhypochlorit.

Ein anderes bekanntes Verfahren zum Erzeugen von Chlordioxid beinhaltet einen Anreicherungskreislauf, wie er in der US-Patentschrift 3 975 284 von Lambert beschrieben ist und worin eine konzentrierte wäßrige Chlorlösung.

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stöchiometrisch mit einer Natriumchloritlösung zur Reaktion gebracht wird. In dieser Anordnung, die kommerziell als das CIFEC-System bekannt ist, wird ein Rezirkulationskreislauf von wäßriger Chlorlösung unter Absperrströmungs-Betriebsbedingungen, die Zustände eines negativen hydraulischen Gradienten verhindern, welche für den Prozeß schädlich sind, angewandt. Die Rezirkulation wird mittels einer speziellen Verdrängerpumpe erzielt, die außerdem die hydraulische Leistung zum Betreiben eines Chlorierungsinjektors erzeugt. Eine Rotations-Durchflußmesser-Anordnung und ein Membranventil regulieren die Zuführung von Zusatzwasser in den Kreislauf. Eine Natriumchlorit-Bemessungspumpe injiziert eine spezifizierte Konzentration dieser Lösung in einen Chlordioxid-Reaktor, wo durch die Reaktion zwischen HOCl und NaClO das C10„ erzeugt wird.

Obwohl das Anreicherungskreislaufsystem zum Erzeugen von Chlordioxid einen Chlordioxid-Ausstoß ergibt, der einen niedrigen Prozentsatz an Chlor hat, ist das System verhältnismäßig kompliziert und hat wegen der Rezirkulationspumpe einen hohen Energieverbrauch.

Kurz zusammengefaßt soll mit der vorliegenden Erfindung im Hinblick auf die obigen Ausführungen eine Chlordioxid-Erzeugungsanlage zur Verfügung gestellt werden, die leistungsfähig, sicher und ökonomisch arbeitet und einen Chlordioxid-Ausstoß erzeugt, der einen niedrigen Prozentsatz an Chlor hat, so daß der erhaltene Chlordioxid-Strom, der auf einen Prozeß zur Einwirkung gebracht wird, als ein Desinfektionsmittel ohne schädliche Nebenwirkungen benutzt werden kann.

Insbesondere wird mit der vorliegenden Erfindung eine Anlage zum Erzeugen von Chlordioxid durch stöchiometrische

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Reaktion von Chlorgas und einer wäßrigen Lösung von Natriumchlorit in einem Maßstab, der für die Wasser- bzw. Abwasser- und Abfallbehandlungsanlagen oder für andere praktische Anwendungen, die ein wirksames Desinfektionsmittel erfordern, geeignet ist, zur Verfügung gestellt.

Kurz gesagt werden in einer Anlage bzw. in einem Verfahren gemäß der Erfindung Chlorgas und eine wäßrige Lösung von Natriumchlorit in jeweilige Einlasse eines Reaktors eingespeist, so daß in letzterem Chlordioxid erzeugt wird. Der Auslaß des Reaktors ist an einen Ejektor angekoppelt, der mittels eines Wasserstroms betrieben wird, welcher ein Vakuum bzw. einen Unterdruck erzeugt, der seinerseits Chlordioxid aus dem Reaktor in den Ejektor zieht und dazu dient, das Chlordioxid sicher zu verdünnen, bevor es einem Prozeß zugeführt wird, der damit behandelt werden soll. Der sich ergebende Unterdruck in dem Reaktor wirkt dahingehend, daß er das Chlorgas durch einen Vakuum- bzw. Unterdruckregler in diesen hineinzieht, wobei letzterer so wirkt, daß er die Strömung des Chlorgases in den Reaktor auf einer konstanten Rate bzw. Geschwindigkeit hält und die Zuführung von Chlor beim NichtVorhandensein von Unterdruck absperrt.

Zum besseren Verständnis der Erfindung sowie zur Erläuterung der vorstehenden und weiterer Vorteile und Merkmale der Erfindung sei diese nachfolgend anhand der einzigen Figur der Zeichnung, in der eine bevorzugte Ausführungsform einer Chlordioxid-Erzeugungsanlage bzw. eines Chlordioxid-Erzeugungsverfahrens gemäß der Erfindung veranschaulicht ist, näher erläutert.

Bei der Herstellung von Chlordioxid ist es übliche Praxis, zu diesem Zweck wäßriges Natriumchlorit mit chloriertem Wasser reagieren zu lassen. Und damit eine schnelle und

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hohe Umwandlung von NaClO in ClO sichergestellt wird, wird üblicherweise ein Überschuß an Chlor angewandt. Aus Gründen der Sicherheit wird Chlor vorzugsweise unter Vakuum angewandt, typischerweise mittels eines wasserbetriebenen Ejektors, durch den Wasser mit hoher Geschwindigkeit in eine Wechselwirkungszone geschleudert wird. Diese Ventur!wirkung erzeugt ein Vakuum, das dahingehend wirkt, daß es Chlorgas in die Wechselwirkungszone zieht, so daß es sich dort mit dem Wasser mischt, wodurch ein chloriertes Wasser erzeugt wird, das von dem Auslaufstutzen des Ejektors entladen
wird. Die erhaltene Cl₂-Lösung wird dann mit einer NaClO--Lösung in einem Reaktorbehälter zur Reaktion gebracht, so daß der gewünschte Chlordioxid-Ausstoß erzeugt wird.

Aufgrund der inhärenten hydraulischen Beschränkungen sind Ejektoren für chloriertes Wasser nicht wirksam zur Erzeugung von hochkonzentrierten Lösungen. Die maximal erzielbare Konzentration beträgt 5ooo mg/1, wobei die Konzentration mit der Abmessung des Ejektors abnimmt.

Die C10„-Reaktionsrate und die Ausbeute hängen in hohem
Maße von der Konzentration des Reaktionsmittels bzw. von der Reaktionszeit ab. In vielen Situationen ist aus Gründen, die eingangs dargelegt wurden, das Vorhandensein von Chlor im Chlordioxid-Ausstoß des Reaktors nicht mehr annehmbar. Aber ohne überschüssiges Chlor braucht die Reaktion viel länger, um dem Gleichgewicht nahezukommen. Beispielsweise werden, wenn man mit einer anfänglichen Cl₂-Konzentration von 5oo mg/1 und einer anfänglichen NaClO₂-Konzentration von 1274- mg/1 beginnt, 1o Minuten gebraucht, um eine 95 %-ige Umwandlung in ClO „ zu erzielen. Die sich ergebenden Konzentrationen sind dabei 25 mg/1 Cl„, 63,7
mg/1 NaClO₂ und 9o3 mg/1 C10₂·

Niedrigere Anfangskonzentrationen sind wegen der großen

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Abmessung des dann erforderlichen Reaktors unpraktisch. Und wegen der Beschränkungen des Ejektors ist es unmöglich, einen großen Betriebsbereich unter Verwendung eines einzigen Erzeugers, insbesondere für Anlagen, die für niedrigere Kapazität ausgelegt sind, zu erzielen.

In dem oben erwähnten CIFEC-Chlordioxid-Erzeuger, in dem ein Anreicherungskreislauf angewandt wird, wird Chlorgas durch einen Ejektor in den Kreislauf zugeführt, um das chlorierte Wasser zu konzentrieren, bevor es zusammen mit Natriumchlorit in einen gepackten Säulenreaktor injiziert wird. In dem CIFEC-Erzeuger kann die Cl~-Konzentration 5ooo mg/1 betragen und im wesentlichen konstant gehalten werden, während die C10₂-Konzentration 9 5oo mg/1 betragen kann, so daß auf diese Weise viele der Nachteile der konventionellen Ejektorpraxis überwunden werden. Aber die CIFEC-Technik erfordert, wie bereits weiter oben erwähnt, eine Rezirkulations-Verdrängerpumpe und der Wasserzusatz muß so eingestellt werden, daß die Strömungsraten- bzw. -geschwindigkeitsänderungen kompensiert werden. Die Zuführungsrate der Cl~-Lösung zum Reaktor wird durch die Raten an Zusatzwasser und die Rate an Cl₂ ^-GaS gesteuert, während die Strömungsrate von NaC10„ in den Reaktor unabhängig über eine Verdränger- oder Bemessungspumpe gesteuert wird.

In einem Chlordioxid-Erzeugungssystem gemäß der Erfindung werden die Nachteile, die sich normalerweise bei einem Ejektor bzw. einer Saugstrahlpumpe ergeben, überwunden, und das geschieht dadurch, daß ein Reaktor 1o, wie in der einzigen Figur der Zeichnung gezeigt ist, zwischen einem Ejektor bzw. einer Saugstrahlpumpe 11 und den Reaktionsmittelzuführungen eingefügt wird. Der Reaktor 1o wird vorzugsweise von einer vertikalen Säule gebildet, die aus Polyvinylchlorid hergestellt ist, und diese Säule ist mit

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einer Packung, wie Ringen oder Querkörpern oder sonstigen Packungskörpern gefüllt, oder von statischen Mischern.

Der Reaktor 1o wirkt in der Weise, daß er die Gas-Flüssigkeits-Phasen mischt und die erforderliche Verweilzeit sicherstellt. Der Reaktor ist so ausgelegt, daß er einen minimalen Druckabfall hat. In der Praxis kann die Reaktorauslegung bzw. -ausbildung gleichartig bzw. ähnlich wie bei Reaktoren sein, die in den oben erwähnten Dioxolin- und CIFEC-Chlordioxid-Erzeugern vorgesehen sind.

Durch einen Einlaß IN₁ wird unter Vakuum bzw. Unterdruck Chlorgas, das von einem Zylinder bzw. einer Gasflasche oder einer anderen geeigneten Quelle 12 abgenommen wird, in das untere Ende der Reaktorsäule zugeführt, wobei das Gas aufeinanderfolgend durch einen Standard-Vakuum- bzw. -unterdruckregler 13, einen Strömungsmesser 14 und ein Bemessungsventil 15 in die Säule eingespeist wird. Ein Vakuum- bzw. Unterdruckmesser 16 ist zwischen das Bemessungsventil 15 und den Reaktoreinlaß geschaltet. Obwohl es möglich wäre, Cl_ unter Druck zuzuführen, wird dieses in der Wasser- und Abfallindustrie nicht als sichere Praxis angesehen. Im Einlaß IN₁ ist ein Rückschlagventil 17 vorgesehen, so daß verhindert wird, daß der Reaktorinhalt in die Chlorgasleitung fließt, wenn der Reaktor nicht in Betrieb ist.

Außerdem wird durch einen gesonderten Einlaß IN in das untere Ende der Reaktorsäule eine verdünnte wäßrige Lösung von Natriumchlorit zugeführt, die von einer NaClCv-Quelle 18 und von einer Wasserquelle 19 hergestellt wird. Das Natriumchlorit wird dem Einlaß IN„ durch eine Verdrängerpumpe 2o zugeführt, während das Wasser diesem Einlaß durch eine Verdrängerpumpe 21 zugeführt wird.

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Betriebswasser von einer Quelle 22 wird unter Druck in den Ejektor 11 eingespeist, der in der Praxis von der Art sein kann, wie in der US-Patentschrift 4 o41 981 von Davis et al. beschrieben. Das Wasser wird mit hoher Geschwindigkeit in eine Wechselwirkungszone geschleudert, so daß ein Vakuum erzeugt wird, das dahingehend wirkt, daß es von der Ausgangsleitung AU am oberen Ende des Reaktors 1o eine konzentrierte Lösung von Chlordioxid in diese Zone zieht.

In der Wechselwirkungszone des Ejektors werden das Wasser und die konzentrierte Chlordioxidlösung, die beide in einem in hohem Maße turbulenten Zustand sind, kräftig miteinander vermischt, so daß sich eine verdünnte Lösung von Chlordioxid ergibt, die vom Auslaufstutzen des Ejektors in eine Ausgangsleitung 23 entladen wird, welche zu einem Prozeß führt, in dem eine Behandlung mit Chlordioxid stattfinden soll. Infolgedessen wird, wenn der Ejektor arbeitet, ein Unterdruck in dem daran angekoppelten Reaktor 1o erzeugt.

Da in einer Anlage bzw. einem Verfahren gemäß der Erfindung Chlorgas direkt zur Natriumchloritlösung im Reaktor 1o hinzugefügt wird, wird es möglich, darin eine in hohem Maße konzentrierte Reaktionsmischung zu erzeugen. Der Vakuumbzw. Unterdruckregler 13 für die Chlorgaszuführung ist von der Art, wie er konventionellerweise in kommerziellen Chlorierungseinrichtungen, beispielsweise in Chlorierungseinrichtungen von Fischer & Porter, Modell 17oo, verwendet wird, und er kann innerhalb eines Bereichs von Unterdruckwerten arbeiten, so daß er innerhalb dieses Bereichs Chlor mit einer konstanten Strömungsrate zu dem Reaktor zuführt, wobei diese Strömungsrate durch die Einstellung des Bemessungsventils 15 bestimmt wird.

Der Betrieb der Chlorierungseinrichtung vom Modell 17oo

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geschieht nach dem Prinzip der Strömung mit Schallgeschwindigkeit. Bei einer gegebenen Einstellung von stromaufwartigen Zuständen nimmt die Entladungsrate eines Gases aus einer Düse bei einer Abnahme des Absolutdruck-Verhältnisses P₉ZP₁ zu (P₁ ist der Strömungseingangsdruck und P„ der Auslaufstutzendruck), bis die Lineargeschwindigkeit im Auslaufstutzen diejenige des Schalls in dem Gas an dieser Stelle erreicht. Der Wert von V^fP ,bei dem die Schallgeschwindigkeit gerade erreicht wird, wird als das kritische Verhältnis r bezeichnet und beträgt grob etwa 1/2. Der tatsächliche Druck im Auslaufstutzen fällt nicht unter r . P₁, selbst wenn
wärts vorhanden ist.

r . P₁, selbst wenn ein viel niedrigerer Druck stromab-

Praktisch ausgedrückt wirkt das Bemessungsventil 15 als eine Düse, und der Vakuumregler 13 hält einen konstanten Unterdruck von 5o,8o cm HO aufrecht (P₁). Der Ejektor hält einen Unterdruck stromabwärts vom Bemessungsventil aufrecht, derart, daß der Druck P„ rechts am Bemessungsventil· niedrig genug für Schailgeschwindigkeitsströmungsbedingungen ist. In der Praxis wird daher, solange der stromabwärtige Unterdruck 3o,48 cm Kg oder größer ist, eine stationäre Strömung von Chlor erhalten.

Wenn jedoch ein Leck im System ist, dann bringt das Einfließen von Luft den Reaktor auf atmosphärischen Druck und bewirkt dadurch, daß der Vakuumregler 13 die Zufuhr von Chiorgas zum Reaktor automatisch unterbricht. Die Pumpen 2o und 21, die Natriumchiorit und Wasser in den Reaktor 1o einspeisen, werden mitteis einer elektronischen Steuerschaltung 24, die an den Vakuummesser 16 angekoppelt ist, gleichzeitig abgeschaltet; der Vakuummesser oder einige andere Steven in der Vakuumleitung sind mit einem druckempfindlichen Wandler versehen, so daß ein Signal an den Eingang der eiektronischen Steuerschal·-

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tung abgegeben wird, wenn der Unterdruck unter ein vorbestimmtes Niveau abfällt- Infolgedessen wird Chlorgas nur dann in den Reaktor eingespeist, wenn das System richtig arbeitet, und das ist ein wesentliches Sicherheitsmerkmal.

Die Strömungsrate von Natriumchlorit in den Reaktor 1o wird durch die Pumpe 2o bestimmt und ist im wesentlichen unabhängig von dem im Reaktor befindlichen Unterdruck, während die Strömungsrate von Wasser in den Reaktor durch die Pumpe 21 bestimmt wird und in gleichartiger Weise unabhängig von dem Unterdruck ist. Diese Strömungsraten sind durch Verändern des Hubs der Pumpen oder der Geschwindigkeit der Pumpenmotoren einstellbar.

Alternativ können Steuer- bzw. Regelventile dazu verwendet werden, die Natriumchlorit- und Wasserströmungen unter Verwendung des verfügbaren Druckdifferentials zu verändern, anstatt daß Bemessungspumpen verwendet werden. In diesem Falle können Differentialdruckregler über den Steuer- bzw. Regelventilen zur Aufrechterhaltung stationärer Strömungsraten unabhängig von Unterdruckschwankungen verwendet werden. Die kontrollierte Zufuhr von Wasser in den Reaktor ist nicht so kritisch wie die kontrollierte Zufuhr von Chlorgas und Natriumchlorit, da die kontrollierte Zufuhr von Wasser nur dazu dient, die Reaktionsmittelkonzentration innerhalb des Optimalbereichs einzustellen.

Das Erzeugersystem kann automatisch betrieben werden, indem man anstelle des manuell betätigten Bemessungsventils 15 ein Steuer- bzw. Regelventil, wie beispielsweise das von der Firma Fischer & Porter hergestellte "Chloromatic"-Ventil, verwendet, das auf die Dosis und die Strömungseingänge anspricht. Die gleichen Signale, die das Chlorsteuerbzw, -regelventil steuern bzw. regeln, können dazu verwendet werden, die NaClO-- und die Wasserpumpenrate zu steuern

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bzw. zu regeln, wodurch man ein automatisches, kontinuierliches ClO -Erzeugungssystem erhält.

Da das Verhältnis von Cl„ zur NaClO„-Lösung konstant ist, ist die Reaktorkonzentration auch konstant. Durch eine Veränderung der Erzeugungsrate wird nur die Verweilzeit in dem Reaktor verändert. Das Volumen des Reaktors ist so bemessen, daß sich bei der maximalen Erzeugungsrate eine angemessene Verweilzeit ergibt.

In der Praxis sollte das im Reaktor 1o erzeugte ClO₂ zwischen 5ooo und 25ooo mg/1 sein, da bei niedrigeren Konzentrationen die Reaktion langsam ist und bei höheren Konzentrationen das Potential für flüssiges C10_ (eine gefährliche Chemikalie) möglich ist bzw. auftreten kann. Auch befindet sich bei höheren Konzentrationen mehr Cl„ in der Gasphase, wodurch die Wahrscheinlichkeit eines Kurzschlusses im Reaktor und einer sich daraus ergebenden Verminderung der Ausbeute erhöht wird. Damit ein weiter Betriebsbereich (2o : 1) verfügbar gemacht wird, kann eine Einrichtung zur proportionalen bzw. angemessenen Veränderung der jeweiligen Raten von Wasser von der Quelle 19, von Natriumchlorit von der Quelle 2o und von Chlorgas von der Quelle 12 vorgesehen sein.

Der Ejektor bzw. die Saugstrahlpumpe 11 ist so bemessen, daß er bzw. sie einen Zweiphasenstrom zieht, so daß ein unterdruck im Reaktor 1o aufrechterhalten wird. Vorzugsweise ist die Ejektorauslegung derart, daß ein Vakuum von 3o,48 cm Quecksilber am Reaktoreinlaß erzeugt wird, so daß ein Schallgeschwindigkeits-Strömungszustand über dem Vakuumregler 13 gefördert bzw. begünstigt wird. In der Praxis kann die Quelle 18 eine kommerziell verfügbare 25 % Natrxumchloritquelle sein, deren Inhalt mit Wasser von der Quelle 19 verdünnt wird, wobei die Natriumchlo-

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rit- und Wasserzuführungspumpen 2o und 21 mit einem einzigen Antrieb betrieben werden, so daß dadurch ein konstantes Verhältnis von Natriumchlorit und Wasser aufrechterhalten wird.

In einer Anlage gemäß der Erfindung wird keine Wieder-Umwälzpumpe benötigt, wie das im CIFEC-System erforderlich ist. Die Steuerung der Wasserströmungsrate ist viel weniger kritisch als in der CIFEC-Anordnung, da das Chlorgas direkt in den Reaktor eingespeist wird. Die Verwendung eines Ejektors zum Betreiben des Systems bringt einen Wasserstrom von konstanter Strömung zur sicheren Verdünnung des Chlordioxids, das im Reaktor erzeugt worden ist, dazu, das Chlordioxid zu seiner Anwendungsstelle zu befördern.

Es sei darauf hingewiesen, daß zwar bevorzugte Ausführungsbeispiele eines Chlordioxid-Erzeugungssystems gemäß der Erfindung beschrieben und dargestellt sind, daß jedoch im Rahmen des Gegenstands der Erfindung und des allgemeinen Erfindungsgedankens viele Änderungen und Abwandlungen darin möglich sind.

Kurz zusammengefaßt wird mit der Erfindung eine Anlage zum Erzeugen von Chlordioxid zur Verwendung als Desinfektionsmittel bei der Wasser- oder Abwasserbehandlung zur Verfügung gestellt, wobei der Ausstoß der Anlage einen Prozentsatz an Chlor hat, der nur innerhalb eines annehmbaren niedrigen Niveaus liegt, wodurch die schädliche Wirkung von Chlor im Desinfektionsprozeß vermieden wird. Die Anlage ist mit einer Quelle für Chlorgas und einer Quelle für wäßriges Natriumchlorit versehen/ diese beiden Reaktionsmittel werden in einen Reaktor eingespeist, so daß darin Chlordioxid erzeugt wird. Der Ausgang des Reaktors ist an einen Ejektor bzw. eine Saugstrahlpumpe angekop-

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pelt, der bzw. die mittels eines WasserStroms betrieben wird, so daß ein Unterdruck erzeugt wird, der Chlordioxid aus dem Reaktor in den Ejektor bzw. die Saugstrahlpumpe zieht, wodurch das Chlordioxid verdünnt wird, bevor es einem Prozeß zugeführt wird, in dem es zur Behandlung angewandt werden soll. Der sich ergebende Unterdruck im Reaktor wirkt dahingehend, daß er das Chlorgas von der Chlorgasquelle in den Reaktor zieht, und zwar durch einen Unterdruckregler, der die Strömung von Chlorgas in den Reaktor auf einer konstanten Rate bzw .auf konstanten Maß hält und so wirkt, daß er beim NichtVorhandensein eines Unterdrucks die Zuführung von Chlor unterbricht.

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Claims

Patentanwälte Dipl.-Ing. H. Wejtckmann, D:?l.-P:-:ys. Dr. K. Fincke Dipl.-Ing. F. A.Weickmann, Dipl.-Chem. B. Huber Dr. Ing. H. LiSKA *3 Π 9 9 9 7 "^ SOOO MÜNCHEN 86, DEN POSTFACH 860 820 MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 98 39 21/22 SP/BR FISCHER & PORTER COMPANY Warminster, Pennsylvania/USA Chlordioxid-Erzeugungsanlage Patentansprüche

1. Chlordioxid-Erzeugungsanlage zum Erzeugen von Chlordioxid, das im wesentlichen frei von Chlor ist, insbesondere zum Behandeln eines Prozesses bzw. zur Anwendung in einem Prozeß, gekennzeichnet durch

(A) einen Reaktor (1o), der zwei Einlasse (IN₁, IN„) und einen Auslaß (AU) hat;

(B) eine Zuführungseinrichtung (18, 19) zum Zuführen von wäßrigem Natriumchlorit, die an den einen Eingang (IN«) des Reaktors (1o) angekoppelt ist;

(C) eine Zuführungseinrichtung (12) zum Zuführen von nicht unter Überdruck stehendem bzw. drucklosem Chlorgas, die an den anderen Einlaß (IN.) des Reaktors (1o)

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angekoppelt ist, so daß Chlorgas nur dann in den Reaktor C1o) gezogen wird, wenn darin ein Unterdruck vorhanden ist; wobei das Chlor mit dem Natriumchlorit unter Erzeugung von Chlordioxid reagiert;

(D) einen Ejektor (11), der an den Auslaß (AU) des Reaktors (1o) angekoppelt ist und von einem Wasserstrom betrieben wird, so daß er einen Unterdruck erzeugt, der Chlordioxid von dem Reaktor (1o) in den Ejektor (11) zur Vermischung mit dem Wasserstrom zieht, wodurch der Ejektor (11) eine verdünnte Lösung von Chlordioxid abgibt, die einem zu behandelnden Prozeß zugeführt werden kann; wobei der sich ergebende Unterdruck in dem Reaktor (1o) Chlorgas in diesen hineinzieht; und

(E) eine Onterdruckeinstell- bzw. -regelvorrichtung (13), die zwischen den anderen Einlaß (IN₁) des Reaktors (1o) und die Zuführungseinrichtung (12) für das Chlorgas eingefügt ist, so daß sie die Zuführungseinrichtung (12) vom Reaktor (1o) abtrennt, wenn in letzterem kein Unterdruck vorhanden ist, wobei die Unterdruckeinstell- bzw. -regelvorrichtung (13) Chlorgas mit einer konstanten Strömungsrate innerhalb eines Bereichs von Unterdruckwerten in den Reaktor (1o) zuführt.

2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktor (1o) von einer vertikal angeordneten, gepackten Säule gebildet wird, wobei sich die Einlasse (IN.., IN,,) am Boden und der Auslaß (AU) am oberen Ende befinden.

3· Anlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß das wäßrige Natriumchlorit von einer Natriumchloritquelle (18) und einer gesonderten Wasserquelle (19) abgenommen wird, wobei diese Natriumchlorit- und Wasserquelle (18, 19) beide durch

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jeweilige Verdrängerpumpen (2o, 21) an den einen Eingang (IN~) des Reaktors (1o) angekoppelt sind.

4. Anlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdrängerpumpen (2o, 21) einen gemeinsamen Antrieb haben, so daß ein gewünschtes Verhältnis zwischen Natriumchlorit und Wasser, die in den Reaktor (1o) eingespeist werden, aufrechterhalten wird.

5. Anlage nach Anspruch 3 oder 4, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (24) zum Steuern bzw. Regeln des Antriebs der Verdrängerpumpen (2o, 21) zu deren Abschalten beim NichtVorhandensein von Unterdruck.

6. Anlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß die Einrichtung (24) eine elektronische Steuerung bzw. Regelung für den Antrieb umfaßt oder ist, die auf den Unterdruck anspricht.

7. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch eine Vakuum- bzw. Unterdruckeinrichtung (11), welche das Natriumchlorit durch ein Steuerventil zieht, wobei ein Differentialdruckregler zur Minimalisierung der Wirkungen von Vakuum- bzw. Unterdruckänderungen und zum Erzeugen einer stationären Strömung von Natriumchlorit vorgesehen ist.

8. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Bewirken eines automatischen Betriebs in Ansprechung auf Änderungen des Chlordioxidbedarfs über einen 2o : 1-Betriebsbereich.

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9. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch ein Bemessungsventil (15), das zwischen die Unterdruckeins te 11- bzw.· -regelvorrichtung (13) und den anderen Einlaß (IN.) eingefügt und zur Festlegung der konstanten Strömungsrate des Chlorgases einstellbar ist.

10. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch ein Rückschlagventil (17) am anderen Einlaß (IN.) zum Verhindern des Ausströmens des Inhalts des Reaktors (1o) durch den anderen Einlaß (IN.), wenn der Reaktor (1o) nicht in Betrieb ist.

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