Verfahren und Vorrichtung zur Reinigung von schadstoffbelasteten Fluiden

Abstract

 Das Verfahren und die zu seiner Durchführung bestimmte Vorrichtung zur Reinigung von schadstoffbelasteten Fluiden (Gasen oder Flüssigkeiten) mittels einer Flüssigkeitswäsche, sieht die kombinierte Anwendung einer elektrostatischen-Hochspannungsionisierung des schadstoffbelasteten Fluids mit einer nachfolgenden Wäsche in einem auf Gegenpotential zu den ionisierten Fluidpartikeln liegenden Strom einer Waschflüssigkeit vor.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reinigung von schadstoffbelasteten Fluiden, d. h. von Gasen oder Flüssigkeiten, mittels einer Flüssigkeitswäsche; sie bezieht sich außerdem auf eine Vorrichtung zur Reinigung von schadstoffbelasteten Fluiden nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 5.

[0002] Eine sehr erfolgreiche Methode zur Reinigung von mit schadstoffbelasteten Partikeln belasteter Luft, deren Ergebnisse besser sind als die mit Schwebstoffiltern der Klasse "S" erreichbaren, ist aus der DE-PS 27 21 528 sowie in weiter verbesserter Ausführung aus der DE-PS 28 02 965 bekannt. Die hohe Reinigungswirkung von z. B. 10^-6 % etwa bei _Paraffinnebeln gemäß militärischen Testspezifikationen und hinsichtlich sehr kleiner Schadstoffpartikel im Bereich von unter 3 um Durchmesser, insbesondere im Bereich von 0,3 µm und kleiner, beruht darauf, daß ein mikroporöses Filtermedium, insbesondere ein Aktivkohlefilter, unmittelbar in einem elektrostatischen Hochspannungsfeld liegt, d. h., den einen großflächigen Pol des elektrostatischen Hochspannungsfelds bildet, so daß eine verstärkte kombinierte Wirkung des mikroporösen Filtermediums (Aktivkohle) einerseits und des elektrostatischen Hochspannungsfelds andererseits eintritt mit der Folge, daß die ionisierten Schadstoffpartikel des zu reinigenden Gases (insbesondere Luft) durch elektrostatische Anlagerung und Neutralisierung in wesentlich wirksamerer Weise im Filtermedium festgehalten werden, als dies der Fall ist, wenn das Filtermedium elektrisch neutral ist, d.h., außerhalb des elektrostatischen Ionisierungsfelds liegt.

[0003] Gase und Flüssigkeiten, insbesondere beispielsweise Luft und Wasser, sind jedoch nicht nur durch Feststoffpartikel in Staub- oder Kolloidform verunreinigt, sondern häufig auch durch chemische gasförmige oder gelöste Stoffe. Mit dem bekannten Reinigungsverfahren auf der in den beiden genannten deutschen Patentschriften beschriebenen Grundlage ist es insbesondere in mehrstufigen Anlagen durch spezifische Vorpräparierung der Filtermedien einzelner Stufen gelungen, auch chemische gasförmige bzw. gelöste Verunreinigungen wirkungsvoll zu beseitigen. Dies ist beispielsweise von großer Bedeutung für Lackierbetriebe, in Schweißereibetrieben, aber aüch in Großküchen und in vielen anderen Bereichen der gewerblichen Wirtschaft, etwa bei der Wasserreinhaltung bis hin zum Gesundheitswesen, wo die Sterilisation der Raumluft in Operations-und Intensivstationen nach wie vor ein großes technisches Problem darstellt.

[0004] Nicht in allen Fällen lassen sich elektrostatische Filteranlagen mit Aktivkohlefilterschichten nach dem in den beiden genannten deutschen Patentschriften beschriebenen Prinzip einsetzen. In vielen Bereichen, etwa bei der Entsorgung im Nuklearbereich, werden Schwebstoffilter eingesetzt, die jedoch außerordentlich teuer sind und nur _Partikel, jedoch keine toxischen Gase erfassen. Schwierigkeiten ergeben sich insbesondere dann, wenn ein sehr hoher Anteil toxischer Stäube und/oder Gase zu entfernen ist, weil dann der relativ häufig erforderliche Filterwechsel nicht nur technische und Sicherheitsprobleme aufwirft, sondern auch von der Kostenseite her zu einem nur für Ausnahmefälle akzeptablen Aufwand führt. Soll nämlich ein breites Spektrum unterschiedlicher Schadstoffe in Form von Stäuben bzw. Kolloiden oder gasförmiger bzw. gelöster Form aus Gasen oder Flüssigkeiten beseitigt werden, so muß nach dem bekannten Reinigungsprinzip eine Vielzahl von unterschiedlich präparierten Filterstufen vorgesehen werden, und insbesondere bei gasförmigen Schadstoffen ist die Reinigungswirkung in Einzelfällen unbefriedigend, obgleich hinsichtlich der staubförmigen Belastung eine sehr gute Reinigungswirkung erzielt wird.

[0005] Der Erfindung liegt damit die Aufgabe zugrunde, ein neues Verfahren zur Reinigung von schadstoffbelasteten Fluiden, also von Gasen oder Flüssigkeiten sowie eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Reinigungsvorrichtung unter Anwendung einer Flüssigkeitswäsche anzugeben, mit denen sich eine überragende Reinigungswirkung für ein sehr breites Spektrum von Schadstoffen sowohl in Staub- bzw. Kolloidform als auch in Gas- bzw. in gelöster Form erreichen läßt.

[0006] Die Erfindung ist verfahrensmäßig und zusammengefaßt im Patentanspruch 1 angegeben. Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Reinigung von schadstoffbelasteten Fluiden weist die im Patentanspruch 5 angegebenen Merkmale auf.

[0007] Vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgedankens sind in abhängigen Patentansprüchen gekennzeichnet.

[0008] Der Grundgedanke der Erfindung geht dahin, ein schadstoffbelastetes Fluid (Gas oder Flüssigkeit) zunächst zu vernebeln bzw. zu versprühen, die so entstandenen, fein verteilten Partikel in an sich bekannter Weise durch ein elektrostatisches Hochspannungsfeld zu ionisieren und sodann eine elektrostatische Anlagerung an eine ebenfalls und vorzugsweise in gleicher Strömungsrichtung versprühte Waschflüssigkeit zu bewirken, deren fein versprühte Waschflüssigkeitspartikel auf Gegenpotential zum Ioni- sierungs^pol der vorgeschalteten Hochs^pannungsionisie- rungsvorrichtung aufgeladen wurden. Überraschenderweise entsteht dadurch eine wesentlich gesteigerte Reinigungswirkung, da durch elektrostatische Anlagerung und Neutralisierung die an sich schon gute und spezifisch gewählte Reinigungswirkung der Waschflüssigkeit wesentlich gesteigert wird.

[0009] Während es mit normaler Flüssigkeitswäsche, beispielsweise bei der Reinigung von Gasen, auch mit mehreren Stufen und bei höchsten Reinheitsanforderungen, nicht möglich ist, Feststoffpartikel in einem Bereich von 2 µm und kleiner, insbesondere im Bereich unter 1 µm, nennenswert oder gar vollständig zu beseitigen, ergibt sich, wie zahlreiche Versuche zeigen, bei Anwendung des erfindungsgemäßen kombinierten Verfahrens eine vollständige Reinigung des Gases bis zu beliebig kleinen Durchmessern der Schadstoff-Festpartikel, soweit diese mit den heute verfügbaren besten Partikelzählern im Bereich ≤ 0,3 µm überhaupt noch erfaßbar sind.

[0010] Auch bei der Beseitigung von gasförmigen Schadstoffen, etwa von SO₂ bei der Industriemüllverbrennung sowie der Abgasreinigung von Sterilisatoren, bei der Abgasreinigung in der Kunstdüngerproduktion und dergleichen, ergibt sich eine wesentliche Verbesserung der Reinigungswirkung bei vergleichsweise geringem Aufwand. So kann insbesondere die Stufenzahl bei Gaswaschanlagen von beispielsweise drei Stufen auf eine Stufe verringert werden bei gleicher oder besserer Reinigungswirkung.

[0011] Zu dieser wesentlichen Verbilligung von Flüssigkeits-Waschanlagen kommt eine meist problemlose Entsorgung beispielsweise bei Eindickung des Reinigungsrückstandssumpfs hinzu.

[0012] Ein Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Vorrichtung sowie weitere vorteilhafte Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend unter Bezug auf die Zeichnung in beispielsweiser Ausführungsform näher erläutert. Die einziae Figur zeigt ein Beispiel für eine Gas- oder Flüssigkeitsreinigungsvorrichtung mit erfindungsgemäßen Merkmalen.

[0013] Ein mit Schadstoffen belastetes verschmutztes Fluid F (Gas oder Flüssigkeit) wird über eine Leitung 1 unter Druck zu einem ersten Sprühkopf 2 geleitet und in einer beispielsweise rohrförmigen Kammer 3 vernebelt bzw. versprüht. Der dadurch entstehende schadstoffbelastete Fluidstrom ist mit Bezugshinweis 4 angegeben. Dieser Fluidstrom 4 passiert eine allgemein mit Bezugshinweis 6 angegebene Hochspannungsionisierungsvorrichtung, die beispielsweise eine Mehrzahl von quer zur Strömungsrichtung gespannte Ionisierungsdrähte 6A bzw. sägeblattartige Drahtelemente aufweist, die zwischen gitterartigen Abschirmwänden 6B gespannt sind. Die Hochspannungsionisierungselemente 6A liegen beispielsweise auf Minuspotential des nicht gezeigten Hochspannungsgenerators, der eine hohe Gleichspannung von beispielsweise 12 bis 100 kV bei relativ sehr geringer Hochspannungsleistung abgibt. Die Abschirmelektroden oder -wände 6A liegen in diesem Fall dann auf Gegen-, d. h., auf Pluspotential und sind zweckmäßigerweise auf Massepotential gelegt. Beim Durchtritt des schadstoffbelasteten Fluidstroms 4 durch die Hochspannungsionisierungsvorrichtung 6 werden die schadstoffbelasteten, vernebelten Partikel des Fluidstroms 4 mehr oder weniger vollständig ionisiert.

[0014] Der ionisierte schadstoffbelastete Fluidstrom gelangt nun stromab von der Hochspannungsionisierungsvorrichtung 6 in innige Vermischung mit einem über einen zweiLen Sprühkopf 7 versprühten Waschflüssigkcitsstrom 8, der auf Gegenpotential zur Ionisierung des schadstoffbelasteten Fluidstroms liegt. Im dargestellten Beispiel liegt der zweite Sprühkopf 7 auf Pluspotential, d. h. auf Massepotential, das, wie bei 5 angegeben, unmittelbar an den Sprühkopf 7 angelegt wird.

[0015] Die überraschend hohe Reinigungswirkung des erfindungsgemäßen Verfahrens beruht vor allem darauf, daß die im dargestellten Beispiel negativ ionisierten Partikel des schadstoffbelasteten Fluidstroms durch elektrostatische Anlagerung und Neutralisierung mit den versprühten, auf Gegenpotential liegenden Partikeln des Waschflüssigkeitsstroms 8 mit starker zusätzlicher Bindungswirkung festgehalten werden. Die Reinigungswirkung ist ungleich besser als bei einer reinen Flüssigkeitswäsche herkömmlicher Art.

[0016] Die Waschflüssigkeit wird in an sich bekannter Weise in einem Waschflüssigkeitsbehälter 16 bereitgehalten und gesammelt. Im Behälter 16 wird das Waschflüssigkeitsniveau 17 durch eine nur schematisch angedeutete Niveauregelung konstant gehalten. Ein Thermostat 18 dient zur Temperaturregelung der Waschflüssigkeit,und über einen Zulauf 15 kann frische, noch unverbrauchte Waschflüssigkeit zugeführt werden. Eine Pumpe 10 saugt die Waschflüssigkeit aus dem Behälter 16 ab und drückt diese über eine Filteranlage 9 zum zweiten Sprühkopf 7. Das Zulaufrohr für den Waschflüssigkeitsstrom 8 mit bereits angelagerten schadstoffbelasteten Fluidpartikeln ist mit Bezugshinweis21 gekennzeichnet. Innerhalb des Waschflüssigkeitsbehälters 16 kann in an sich bekannter Weise eine durch perforierte Platten verwirklichte Turbulenzbremse 19 vorgesehen sein. An der Unterseite des Waschflüssigkeitsbehälters 16 ist ein Ablaßmagnetventil 14 vorgesehen, über das eine Rohrverbindung zu einer nur schematisch angedeuteten Entsorgungs- bzw. Trenneinheit führt, deren Ablaß mit 12 bezeichnet ist.

[0017] Der gereinigte Fluidstrom 24 wird zur Weiterverwendung über ein Ausgangsrohr 23 abgeführt und wird dabei gleichzeitig hinsichtlich bestimmter Parameter, beispielsweise hinsichtlich seines Feuchtigkeitsgehalts, überwacht und reguliert. Ein in das Ausgangsrohr 23 ragender Hygrostat ist mit Bezugshinweis 22 gekennzeichnet. Zur Temperaturregulierung kann ein Heizmantel 20 dienen, der beispielsweise mit Peltier-Elementen verwirklicht sein kann, so daß sowohl eine Heizung als auch eine Kühlung des gereinigten Fluidstroms 24 möglich ist. Durch Regulierung der Temperatur der Waschflüssigkeit im Behälter 16 und in Verbindung mit dem Hygrostat 22 sowie der Heiz- bzw. Kühlvorrichtung 20 ist eine genaue Temperatur- und Feuchtigkeitsregelung des gereinigten Fluidstroms 24 möglich.

Ansprüche

1. Verfahren zur Reinigung von schadstoffbelasteten Fluiden (Gasen oder Flüssigkeiten) mittels einer Flüssigkeitswäsche, gekennzeichnet durch die kombinierte Anwendung einer elektrostatischen Hochspannungsionisierung des schadstoffbelasteten Fluids mit einer nachfolgenden Wäsche in einem auf Gegenpotential zu den ionisierten Fluidpartikeln liegenden Strom einer Waschflüssigkeit.

2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet , daß das schadstoffbelastete Fluid gegen die Hochspannungsionisierungsvorrichtung gesprüht wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die Waschflüssigkeit in Strömungsrichtung unmittelbar nach der Hochspannungsionisierung und in gleicher Strömungsrichtung versprüht wird wie das schadstoffbelastete Fluid.

4. Verfahren nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet , daß die Waschflüssigkeit in Strömungsrichtung unmittelbar nach der Hochspannungsionisierung und in entgegengesetzter Strömungsrichtung versprüht wird wie das schadstoffbelastete Fluid.

5. Vorrichtung zur Reinigung von schadstoffbelasteten Fluiden (Gasen oder Flüssigkeiten),
gekennzeichnet durch

- eine erste Sprühvorrichtung (1, 2), die das schadstoffbelastete Fluid (F) in feinverstäubter Form gegen eine Hochspannungsionisierungsvorrichtung (6, 6A, 6B) sprüht, in der die zerstäubten Fluidpartikel (4) ionisiert werden, und durch

- eine zweite, elektrisch auf Gegenpotential zu den Ionisierungspolen (6A) der Hochspannungsionisierungsvorrichtung liegenden Sprühvorrichtung (7), die in Strömungsrichtung des schadstoffbelasteten Fluids nach der Hochspannungsionisierungsvorrichtung angeordnet ist und eine Waschflüssigkeit zur innigen Vermischung mit dem ionisierten, schadstoffbelasteten Fluidpartikelstrom versprüht.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet , daß die Menge der durch die zweite Sprühvorrichtung (7) versprühten Waschflüssigkeit so gewählt ist, daß eine weitgehend vollständige elektrische Neutralisierung des ionisierten schadstoffbelasteten Fluidpartikelstroms durch elektrostatische Anlagerung und Bindung von Partikeln der Waschflüssigkeit mit Schadstoffpartikeln eintritt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet , daß die zweite Sprühvorrichtung (7) die Waschflüssigkeit in gleicher Strömungsrichtung wie der Fluidpartikelstrom versprüht.

8. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet , daß die Waschflüssigkeit schadstoffspezifisch gewählt ist.

Zeichnung