AT501161B1 - Verfahren zur anreicherung von flüssigkeiten mit sauerstoff - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Anreicherung von Flüssigkeiten mit Sauerstoff, beispielsweise zum Entkeimen von Wasser, wie beispielsweise Schwimmbadwasser, Duschwasser, Trinkwasser oder dgl. 5 Der AT 3002 U1 ist ein Verfahren zum Abtöten von Keimen und Mikroorganismen in Flüssigkeiten zu entnehmen, bei welchem Sauerstoff in einer Konzentration von über 100mg/l vorgeschlagen wird. Bei diesem bekannten Verfahren, welches insbesondere für das Entkeimen von Getränken oder Schwimmbadwasser vorgeschlagen wurde, wurden die Sauerstoffmengen in einfacher Weise unter Druck in die Flüssigkeit eingebracht. Gegenüber insbesondere bei io Schwimmbadwasser üblicherweise verwendeten Chemikalien, wie beispielsweise Chlor, Brom oder auch Ozon, ist die Verwendung von Sauerstoff geeignet ohne Umweltbelastung ein entsprechend hohes Maß an Abtötung von Keimen und/oder Mikroorganismen zu gewährleisten. Toxikologische Eigenschaften, wie beispielsweise Grenzkonzentrationen von 02, müssen bei Verwendung von Reinsauerstoff nicht berücksichtigt werden, wobei im Rahmen des bekannten 15 Verfahrens Sauerstoffmengen zwischen 150mg/l und 350mg/l vorgeschlagen wurden.

Das Einbringen von Sauerstoff durch einfaches Einpressen unter Druck führt aber nun zu einer relativ breiten Streuung der jeweils erzielten Sauerstoffkonzentration, da die Sauerstoffkonzentration in hohem Maß von der Flüssigkeitstemperatur und einer Reihe von Umweltfaktoren ab-20 hängt. Für die Zwecke einer kontinuierlichen Anreicherung von Flüssigkeiten mit Sauerstoff, wie beispielsweise für die Behandlung von Schwimmbadwasser, Duschwasser oder Trinkwasser, ist eine entsprechend exakte Regelung Voraussetzung, wobei eine derartige Regelung auch auf die tatsächliche Belastung der zu behandelnden Flüssigkeit mit Keimen oder Mikroorganismen Rücksicht nehmen muss, um eine entsprechend wirtschaftliche Verfahrensweise zu ermögli-25 chen.

Die Erfindung zielt nun darauf ab, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, mit welchem Sauerstoff kontinuierlich und mit hoher Konzentrationskonstanz in eine Flüssigkeit eingetragen werden kann, wobei reproduzierbare Werte über entsprechend lange Zeiträume 30 sichergestellt werden. Gleichzeitig zielt das erfindungsgemäße Verfahren darauf ab, lokale Überkonzentrationen zu vermeiden und eine bessere Homogenisierung des Sauerstoffeintrages zu gewährleisten.

Zur Lösung dieser Aufgabe besteht das erfindungsgemäße Verfahren im Wesentlichen darin, 35 dass die Flüssigkeit aus einem Reservoir über einen Aerator wechselweise in wenigstens zwei Reaktoren gepumpt wird, wobei im Aerator Sauerstoff in die Flüssigkeit hingetragen wird und die mit Sauerstoff angereicherte Flüssigkeit in den Reaktoren jeweils im Kreislauf gepumpt wird, dass der 02 Gehalt der im Kreislauf gepumpten Flüssigkeit gemessen wird und dass nach Erreichen eines definierten Sauerstoffgehaltes die in einem Reaktor im Kreislauf geführte Flüs-40 sigkeit ausgeschleust und dem Reservoir zurückgeführt wird. Dadurch, dass wenigstens zwei Reaktoren vorgesehen sind, in welchen die mit Sauerstoff angereicherte Flüssigkeit jeweils im Kreislauf gepumpt wird, gelingt die zuvor in einem entsprechend kleinbauenden Aerator in hoher Konzentration eingebrachte Sauerstoffmenge über eine große Flüssigkeitsmenge homogen zu verteilen. Aeratoren bestehen insbesondere dann, wenn sie beispielsweise eine mit 45 Ultraschall beaufschlagte Mischzelle aufweisen, aus relativ kleinbauenden Durchflussaggregaten, bei welchen der Eintrag von Sauerstoff zu entsprechend hohen Konzentrationen aber zu einer geringen Reproduzierbarkeit der jeweiligen Konzentration führt. Erst durch die Verwendung von wenigstens zwei Reaktoren, in welchen die zuvor mit Sauerstoff beaufschlagte Flüssigkeit im Kreislauf gepumpt wird, wird die entsprechende Vergleichmäßigung sichergestellt und so es kann in diesen Reaktoren eine kontinuierliche Überwachung bzw. Messung der Sauerstoffkonzentration erfolgen. Die den Reaktoren zugeführte, mit Sauerstoff angereicherte Flüssigkeit, wird hiebei in aller Regel einen höheren Sauerstoffgehalt aufweisen als die Regelung in der Folge erfordern würde und es kann daher durch die Homogenisierung und das Pumpen im Kreislauf eine geringfügige Abnahme des Sauerstoffgehaltes ohne weiteres in Kauf genommen 55 werden, solange die wesentlichen Bedingungen erfüllt bleiben, wonach die tatsächlich ins 3 AT 501 161 B1

Reservoir rückgeleitete Flüssigkeit in entsprechend hoher Menge über eine entsprechend konstante Konzentration an Sauerstoff verfügt, ohne dass es zu lokalen Überkonzentrationen kommt. Es kann somit im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahren eine relativ kleinbauende und überaus effiziente Einrichtung als Aerator zum Einbringen von Sauerstoff eingesetzt wer-5 den, wobei nachfolgend die erforderliche Konzentration in Übereinstimmung mit zuvor ermittelten Messwerten in den Reaktoren eingestellt wird und jeweils größere Mengen mit der korrekten Konzentration rückgeführt werden. Mit Vorteil wird das erfindungsgemäße Verfahren hiebei so durchgeführt, dass die Flüssigkeit im Aerator in einer mit Ultraschall beaufschlagten Mischzelle mit Sauerstoff versetzt wird, wobei die Sauerstoffmenge und die Flüssigkeitsmenge in Abhän-io gigkeit von einer Sauerstoffmesseinrichtung geregelt wird, wobei insbesondere die Beaufschlagung mit Ultraschall zu einer besonders feindispersen Auflösung von gasförmigem Sauerstoff in der Flüssigkeit führt. Eine derartige Technologie führt zwar zu besonders guter Sauerstoffaufnahme, führt aber andererseits zu lokalen Überkonzentrationen, welche in den nachfolgenden Reaktoren ausgeglichen werden müssen. 15

In besonders vorteilhafter Weise kann das erfindungsgemäße Verfahren so durchgeführt werden, dass der Sauerstoffgehalt der in dem Reaktor zwischengespeicherten und im Kreislauf geführten Flüssigkeit gesondert überwacht wird und in Abhängigkeit von belastungsspezifischen Parametern und/oder der Tageszeit bei Erreichen eines jeweils vorgegebenen Wertes 20 ausgetragen wird. Die belastungsspezifischen Parameter können hiebei aus den Messdaten, wie sie im Aerator gewonnen werden, abgeleitet werden und geben Aufschluss über die jeweilige Belastung der Flüssigkeit mit Keimen oder Mikroorganismen. Beispielsweise ist bei einer durchschnittlichen Benutzerfrequenz eines Schwimmbades die ständige 02 Verfügbarkeit im Schwimmbadwasser üblicherweise zwischen 80 und 100mg/l einzustellen. Die jeweilige erfor-25 derliche 02 Verfügbarkeit kann in Übereinstimmung mit den jeweiligen Messwerten am dem Aerator zugeführten Schwimmbadwasser für entsprechende Regelungen herangezogen werden.

In Zeiten einer absoluten Ruhephase, und insbesondere in Nachtzeiten, kann eine Totalentkei-30 mung mit wesentlich höherer Sauerstoffkonzentration vorgenommen werden, wobei eine derartige Anhebung der Sauerstoffkonzentration in Abhängigkeit von Signalen einer Schaltuhr vorgenommen werden kann.

Mit besonderem Vorteil wird erfindungsgemäß so vorgegangen, dass in der Sauerstoffmessein-35 richtung des Aerators die jeweils in der zugeführten Flüssigkeit enthaltene Sauerstoffmenge, die Temperatur und der ph-Wert gemessen wird und unter Berücksichtigung der aus den Messwerten ermittelten Belastung ein Sauerstoffkonzentrationsschwellwert für das Ausbringen der Flüssigkeit aus den Reaktoren vorgegeben wird. Eine derartige Verfahrensweise eignet sich insbesondere bei Anwendungen, bei welchen Schwimmbadwasser durch Anreicherung mit Sauer-40 Stoff entkeimt werden soll, wobei hier Messwerte, welche für den beispielsweise über Skimmer aus dem Schwimmbad ausgetragenen Anteil des Wassers nach einem Filtern repräsentativ sind, nur vor dem Aerator gewonnen werden können. Es ist daher wesentlich, dass derartige Messwerte für den jeweils in den nachfolgenden Reaktoren einzustellenden Sauerstoffkonzentrationsschwellwert herangezogen werden. 45

Die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens lässt sich naturgemäß noch dadurch erhöhen, dass anstelle von Sauerstoff aus Flaschen eine entsprechende Luftzerlegungsanlage als Sauerstoffquelle eingesetzt wird. Derartige Luftzerlegungsanlagen, und insbesondere Druckwechselanlagen (PSA-Anlagen), sind bei konstantem Sauerstoffverbrauch in aller Regel wirtschaftlicher als 50 die diskontinuierliche Anlieferung von Drucksauerstoff.

Wenn in den Reaktoren überraschender Weise der Sauerstoffgehalt niedriger sein sollte als der sich ermittelte, beispielsweise der sich aus der Benutzerfrequenz eines Schwimmbades ergebende, Schwellwert, kann das erfindungsgemäße Verfahren mit Vorteil so geführt werden, dass 55 in den jeweiligen Umwälzkreisläufen der Reaktoren Wegeventile eingeschaltet sind, über 4 AT 501 161 B1 welche gegebenenfalls Flüssigkeit mit zu geringer Sauerstoffkonzentration dem Aerator rückgeführt wird. In aller Regel wird aber eine derartige Rückführung von Flüssigkeit aus den Reaktoren in den Aerator entbehrlich sein, da auch in den Reaktoren dann, wenn sie nach Art von Kaskadentürmen ausgebildet sind, ein entsprechender Gleichgewichtswert an gelöstem Sauer-5 Stoff relativ zur Umgebungsluft erzielbar ist.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. In dieser zeigen Fig. 1 eine schematische Darstellung der für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeigneten Vorrichtung und Fig. 2 io eine Detailansicht des bei der Einrichtung nach Fig. 1 zum Einsatz gelangenden Aerator.

In Fig. 1 ist hierbei das erfindungsgemäße Verfahren zur Entkeimung von Wasser, insbesondere Schwimmbadwasser, eingesetzt. Mit 1 ist ein Wasserreservoir, beispielsweise ein Schwimmbecken, bezeichnet, an dessen Rand ein Skimmer 2 vorgesehen ist. Über den Skimmer 2 und 15 eine Pumpe 3 wird Wasser in eine Flockungsanlage 4 gepumpt. Anschließend wird das so vorbehandelte Wasser über Filter 5 bzw. 6 geführt, wobei die beiden Filter 5 und 6 alternativ betrieben werden können, sodass jeweils zu Wartungszwecken in einem der beiden Filter 5 und 6 das Filtermaterial getauscht werden kann, ohne dass ein kontinuierlicher Betrieb unterbrochen werden muss. 20

Das mechanisch gefilterte Wasser gelangt über eine Pumpe 7 in einen nachgeschalteten Aerator 8. Dem Aerator 8 wird Sauerstoff über eine Leitung 9 zugeführt. Das mit Sauerstoff angereicherte Wasser gelangt über die Leitungen 10 bzw. 11 in die beiden Reaktoren 12 bzw. 13. Der Reaktor 12 verfügt über eine Umwälzpumpe 14, wohingegen der Reaktor 13 über eine entspre-25 chende Umwälzpumpe 15 verfügt. Das in die Reaktoren 12 bzw. 13 wechselweise aus dem Aerator 8 abgezogene, mit Sauerstoff angereicherte Wasser, wird über die jeweiligen Pumpen so lange im Kreislauf geführt bis ein in der Kreislaufleitung der Pumpe 14 bzw. 15 eingeschalteter Sensor 16 bzw. 17 eine Sauerstoffkonzentration misst, welche dem Vorgabewert entspricht. Der Vorgabewert wird aus der Messung der Belastung des über die Pumpe 7 in den Aerator 8 30 zugeführten Wassers ermittelt.

Bei Erreichen der jeweiligen gewünschten Konzentration bzw. des Konzentrationsschwellwertes wird aus dem jeweiligen Reaktor 12 bzw. 13 über eine Pumpe 17 Wasser abgezogen und in das Reservoir 1, beispielsweise Schwimmbecken, über die Leitung 18 rückgeführt. 35

Bei den Filtern 5 und 6 ist eine konventionelle Rückspülung vorgesehen, wobei die Rückspülleitungen mit 19 und 20 bezeichnet sind und durch entsprechend konventionelle Ventilsteuerungen beaufschlagt werden. 40 Der Sauerstoff, welcher über die Leitung 9 dem Aerator 8 zugeführt wird, kann in einer Druckwechselluftzerlegungsanlage 21 gebildet werden. Dieser Druckwechselanlage wird über einen Kompressor 22, welcher Luft in einen Drucklufttank 23 pumpt, entsprechende Luft zugeführt, wobei der in der Luftzerlegungsanlage gebildete Sauerstoff in einen Sauerstoffbehälter 24 abgegeben werden kann, aus welchem der Sauerstoff dem Aerator 8 zugeführt wird. 45

In Fig. 2 ist der Aerator 8 im Detail deutlicher dargestellt. Die Sauerstoffleitung 9 mündet hier in einen Sauerstoffdruckbehälter 25, während die von der Pumpe kommende Schwimmbadwasserleitung in einen Wasserdruckbehälter 26 führt. Eine Teilmenge dieses über die Pumpe 7 zugeführten Wassers gelangt über einen Mischregler 27 zu einer Messzelle 28, mit welcher der so Sauerstoffgehalt gemessen wird. Ein weiterer Mischregler 29 führt bereits mit Sauerstoff angereicherte Flüssigkeit der Permanentmesseinrichtung 30 mit der Sauerstoffelektrode bzw. dem Sauerstoffsensor 28 zu.

Aus den beiden Druckbehältern, 25 für den Sauerstoff und 26 für das Wasser, wird über gere-55 gelte Ventile 31 bzw. 32 die jeweils von einer Steuerung 33 vorgegebene Menge Wasser bzw.

Claims (6)

1. 5 AT 501 161 B1 Sauerstoff in einen Ultraschallmischer 34 eingebracht. Im Ultraschallmischer wird das Schwimmbadwasser mit Sauerstoff vermischt, wobei Sauerstoff feinteilig im Wasser dispergiert wird, worauf anschließend das mit Sauerstoff angereicherte Wasser über die Leitungen 10 bzw. 11 den nachfolgenden Reaktoren 12 bzw. 13 zugeführt wird. Die Steuereinrichtung 33 verarbei-5 tet hierbei nicht nur Messsignale des Sauerstoffsensors 28 sondern liefert gleichzeitig die für den Betrieb der Ultraschallwärmer erforderliche Energie für den Ultraschallmischer 34. Insgesamt lässt sich mit einer derartigen Verfahrensweise und der in den Zeichnungsfiguren dargestellten Vorrichtungen ein hohes Maß an Konstanz und eine exakte Einstellung des ge-io wünschten Sauerstoffgehaltes im Wasser sicherstellen. Das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich aber auch für eine Reihe von anderen Zwecken einsetzen, bei welchen eine Anreicherung von Sauerstoff in Flüssigkeiten erfolgt. Denkbare Anwendungen sind beispielsweise die Entkeimung und Haltbarmachung von Wasser, wie bei-15 spielsweise Trinkwasser, Brauchwasser, Warm- und Kaltwasser, die Klärung von Abwässern, die Aufarbeitung von Wasser in der Fischzucht und der Zuchttierhaltung, beim Transport von Wasser und beim Betrieb von Wasserzirkulationsanlagen. Weiters kann durch das erfindungsgemäße Verfahren auf kostengünstige Weise 02-hältiges Wasser zur Bleichung verschiedener Medien, wie beispielsweise Papier, bereitgestellt werden oder zur Verwendung bei der Putzmit-20 tel- oder Haarfärbemittelherstellung bereitgestellt werden. Weiter Anwendungsgebiete sind die Aufbereitung von Getränken mit 02-hältigem Wasser für verschiedene Anwendungen wie z.B. zur Erzielung leistungssteigernder Wirkung auf Sportler oder Pferde oder zur Anreicherung von Wellnessgetränken. Denkbar ist auch die Nutzung von mit 02 angereichertem Wasser für die medizinische Desinfektion zum Waschen von infektiösen Patienten, zur Wundreinigung zur 25 Operationsvorbereitung und dgl. Patentansprüche: 1. Verfahren zur Anreicherung von Flüssigkeiten mit Sauerstoff, beispielsweise zum Entkei men von Wasser, wie beispielsweise Schwimmbadwasser, Duschwasser oder Trinkwasser, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit aus einem Reservoir über einen Aerator wechselweise in wenigstens zwei Reaktoren gepumpt wird, wobei im Aerator Sauerstoff in die Flüssigkeit hingetragen wird und die mit Sauerstoff angereicherte Flüssigkeit in den 35 Reaktoren jeweils im Kreislauf gepumpt wird, dass der 02 Gehalt der im Kreislauf gepump ten Flüssigkeit gemessen wird und dass nach Erreichen eines definierten Sauerstoffgehaltes die in einem Reaktor im Kreislauf geführte Flüssigkeit ausgeschleust und dem Reservoir zurückgeführt wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit im Aerator in einer mit Ultraschall beaufschlagten Mischzelle mit Sauerstoff versetzt wird, wobei die Sauerstoffmenge und die WFlüssigkeitsmenge in Abhängigkeit von einer Sauerstoffmesseinrichtung geregelt wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Sauerstoffgehalt der in dem Reaktor zwischengespeicherten und im Kreislauf geführten Flüssigkeit gesondert überwacht wird und in Abhängigkeit von belastungsspezifischen Parametern und/oder der Tageszeit bei Erreichen eines jeweils vorgegebenen Wertes ausgetragen wird. so 4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass in der SauerstofF-messeinrichtung des Aerators die jeweils in der zugeführten Flüssigkeit enthaltene Sauerstoffmenge, die Temperatur und der ph-Wert gemessen wird und unter Berücksichtigung der aus den Messwerten ermittelten Belastung ein Sauerstoffkonzentrationsschwellwert für das Ausbringen der Flüssigkeit aus den Reaktoren vorgegeben wird. 55 6 AT 501 161 B1
4. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in absoluten Ruhephasen, wie z.B. in der Nacht, eine Totalentkeimung mit erhöhter Sauerstoffkonzent-ration vorgenommen wird.
5. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Aerator mit einer Sauerstoffquelle, insbesondere einer Luftzerlegungsanlage, verbunden ist.
6. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in den jeweiligen Umwälzkreisläufen der Reaktoren Wegeventile eingeschaltet sind, über welche ge-io gebenenfalls Flüssigkeit mit zu geringer Sauerstoffkonzentration dem Aerator rückgeführt wird. Hiezu 2 Blatt Zeichnungen 15 20 25 30 35 40 45 50 55