DE10009949A1

DE10009949A1 - Wasseraufbereitungsanlage

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Publication number: DE10009949A1
Application number: DE10009949A
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Preisendanz Hans Drmed 29482 Kuesten De Prei
Priority date: 1999-03-05
Filing date: 2000-03-02
Publication date: 2001-01-04
Also published as: DE29904019U1

Abstract

Eine Wasseraufbereitungsanlage zur hygienischen Aufbereitung von Wasser mittels anodischer Oxidation soll insbesondere dahingehend weitergebildet werden, daß Bedingungen hergestellt werden, die das Wachstum von Mikroorganismen, insbesondere Legionellen, im Leitungssystem des Verbrauchers stark einschränken ggf. auch ganz unterbinden. Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, daß für den Wasserdurchfluß ein zentraler Anodenraum 3 mit mindestens einer Anode 4 vorgesehen ist, welcher von einem Kathodenraum 7 mit mindestens zwei Kathoden 9, 10 umgeben ist, wobei die Trennwand zwischen Anoden- und Kathodenraum 3, 7 von einem Diaphragma 5, 6 gebildet und dem Anodenraum 3 eine Aufheizstrecke vorgeschaltet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Wasseraufbereitungsanlage zur hygienischen Aufbereitung von Wasser mittels anodischer Oxidation.

Trinkwasser wird in hygienisch einwandfreier Form seitens der Wasserwerke bis zur Wasseruhr eines Abnehmers geliefert. Ab der Wasseruhr ist der Abnehmer oder Betreiber für die Qualität verantwortlich. Das heißt, daß er Wiederverkäufer des Trinkwassers ist und somit nach dem Lebensmittel- und Bedarfsgegenständegesetz auch für eventuelle Schäden haften muß. Trinkwasser ist ein Basisnahrungsmittel mit der größten Verbreitung, hier können aus seuchenhygienischer Sicht am schnellsten große Bevölkerungsteile erreicht werden. Der großen Bedeutung wird dadurch Rechnung getragen, daß die Wasserwerke je nach Größe zum Teil verpflichtet sind, mehrmals täglich ihr Wasser zu kontrollieren. Bei exponierter Lage, wenn zum Beispiel Flußwasser genommen werden muß, ist eine ständige Kontrolle mit mehreren Parametern erforderlich.

Das Wasser wird in den Wasserwerken so behandelt (Sauerstoff einblasen, Kohlendioxid entfernen, Cl₂ zusetzen, Schwebstoffe ausfiltern usw.), daß das Wachstum von pathogenen Mikroorganismen keine relevanten Mengen erreicht. Dies gilt jedoch nur für strömendes Wasser mit einer Temperatur, die 15°C nicht übersteigt, und wie schon gesagt nur bis zur Wasseruhr. Auf dem Weg zum Endverbraucher verändert sich das Wasser durch den Kontakt mit den Rohrwandungen. Es wird Sauerstoff verbraucht, der Cl₂- Gehalt nimmt ab, Bestandteile aus den Rohren werden aufgenommen. Der Chemismus ändert sich zu Gunsten der Lebensbedingungen von Mikroorganismen. Die niedrige Temperatur ist im Warmwassersystem des Betreibers auch kein Hinderungsgrund mehr für das Wachstum. Es ist daher häufig notwendig, das Wasser wieder in einen Zustand zu versetzen, der keine ausreichenden Lebensbedingungen für Mikroben bietet.

Die bisher auf dem Markt erhältlichen Vorrichtungen zur anodischen Oxidation enthalten gitterförmige plane Elektroden, die sich im Abstand von ca. 1-3 cm gegenüberstehen und alternierend als Anoden und Kathoden betrieben werden. Anoden- und Kathodenraum sind nicht voneinander getrennt. An den Kathoden findet im Laufe des Betriebes eine Belegung der Oberfläche durch Calcium- und Magnesiumverbindungen statt. Um die Ablagerung wieder zu lösen, werden die Elektroden periodisch umgepolt. In relativ kurzer Zeit werden die Beläge von den Elektroden abgelöst und verbleiben Teils als korpuskuläre Bestandteile oder gehen in Lösung.

Die Nachteile einer solchen Apparatur sind:

a) Das Loslösen von korpuskulären Bestandteilen, die in den Wasserstrom gelangen, kann im anschließenden Leitungsnetz zur Korrosion führen, da in diesen Bestandteilen neben Calcium- und Magnesiumverbindungen auch andere Metalle als Mikrokristalle enthalten sind.
b) Der entstehende Wasserstoff und andere Reduktionsäquivalente werden nicht entfernt. Diese können bei Kupfer- und Eisenrohren die schützende Oxidschicht zerstören. Ebenfalls sind sie in der Lage, die beim Passivieren entstandene Schutzschicht anzugreifen.
c) Molekularer Wasserstoff kann in Gegenwart von gelöstem Sauerstoff als Energielieferant für den Stoffwechsel von Mikroorganismen genutzt werden.

Hier setzt die Erfindung an. Sie will eine Wasseraufbereitungsanlage der genannten Art verbessern. Insbesondere soll die vorzuschlagende Wasseraufbereitungsanlage Bedingungen herstellen, die das Wachstum von Mikroorganismen, insbesondere von Legionellen, im Leitungssystem des Verbrauchers stark einschränken, ggfs. auch ganz unterbinden.

Gelöst wird die Aufgabe nach dem Vorschlag der Erfindung dadurch, daß für den Wasserdurchfluß ein zentraler Anodenraum mit mindestens einer Anode vorgesehen ist, welcher von einem Kathodenraum mit mindestens zwei Kathoden umgeben ist, wobei die Trennwand zwischen Anoden- und Kathodenraum von einem Diaphragma gebildet und dem Anodenraum eine Aufheizstrecke vorgeschaltet ist. Zweckmäßige Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Mit einer erfindungsgemäßen Wasseraufbereitungsanlage werden u. a. folgende Funktionen erfüllt bzw. entscheidende Vorteile erzielt:

- Erhöhung des Oxidationspotentials
- Umwandlung des Chlorids in aktives Chlor
- Bildung von gelöstem Sauerstoff im Wasser
- Bildung von H₂O₂
- Herstellung von weiteren Oxidationsradikalen
- Reduktion der gelösten Menge von Eisen-, Mangan- und unerwünschten Schwermetallionen im Trinkwasser

Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird beispielhaft anhand einer bevorzugten Ausführungsform näher beschrieben, wie sie in den Zeichnungen dargestellt ist. Darin zeigen:

Fig. 1 eine Wasseraufbereitungsanlage in einer schematischen Schnittdarstellung (Längsschnitt) und

Fig. 2 den Gegenstand von Fig. 1 im Schnitt entlang der Linie A-B (Querschnitt).

Nach den Fig. 1 und 2 sind Kernbereiche der erfindungsgemäßen Wasseraufbereitungsanlage ein Aufheizraum 1, ein Anodenraum 3 und ein Kathodenraum 7. Weitere Einzelheiten und deren Wirkung werden nachfolgend beschrieben.

Einströmendes Wasser (versinnbildlicht durch Pfeil 14) durchläuft zuerst den unten liegenden Aufheizraum 1. In der Mitte dieses Raumes in Form eines Rohrabschnittes ist ein Heizelement 2 untergebracht. Dieses wird nur in den kurzen Zeiten des thermischen Reinigungsintervalles aktiviert. Seine Aufgabe besteht darin, die restliche Apparatur zu desinfizieren. Gegenüber der bisher üblichen thermischen Reinigung des gesamten Rohrsystems, werden hier nur die Apparatur und die in unmittelbarer Nachbarschaft liegenden Rohre erwärmt, wodurch der Energieverbrauch je nach Leitungssystem bis auf unter 1% (gegenüber dem sonst notwendigen Aufheizen aller Leitungen) gesenkt wird. Die Leistung des Heizelementes liegt bei ca. 1 bis 3 kW.

Das Wasser gelangt aus dem Heizraum 1 in den zentralen Anodenraum 3. Der Aufheizraum 1 kann dabei in die Gesamtapparatur integriert sein - wie in Fig. 1 dargestellt - oder als separates Bauteil vorgeschaltet sein. In der Mitte des Anodenraumes 3 befindet sich eine Anode 4, die bevorzugt aus Graphit besteht. Graphit ist physiologisch unbedenklich und setzt keine Metallionen frei.

Als "äußere Wand" begrenzen zwei zylinderförmige Diaphragmen 5, 6 den Anodenraum 3. Das untere Diaphragma 5 ist kurz und grobporig und hat einen geringeren Strömungswiderstand als das obere Diaphragma 6. Durch das untere Diaphragma 5 strömt während des Betriebes ein Teilwasserstrom in den Kathodenraum 7. Das obere Diaphragma 6, dessen Porosität deutlich unter der des Diaphragmas 5 liegt, stellt für den Ionenstrom zwischen den Elektroden 9, 10 kein besonderes Hindernis dar, wohl aber für einen Wasserstrom. Den letztlich wasserdichten äußeren Abschluß bildet ein Kunststoffmantel 16.

Zwischen der Anode 4 und dem Heizelement 2 ist ein Isolator 8 angebracht, der im laufenden Betrieb das Heizelement 2 vor einem leitenden Kontakt mit der Anode 4 schützt. Dieselbe Vorrichtung ist auch oberhalb der Anode 4 angebracht, die hier in erster Linie aber nur eine strömungstechnische Aufgabe hat. Es sollen nach Möglichkeit keine Wasserwirbel oder Ruhezonen vorhanden sein, die für Bakterien einen willkommenen Siedlungsraum bilden würden.

Der Kathodenraum 7 hat mindestens zwei Kathoden 9, 10 (Arbeitselektrode 9 und Reinigungselektrode 10), an denen gegenüber der Anode 4 immer eine negative Spannung anliegt. Hier lagern sich Metallverbindungen an, hauptsächlich sind das Eisen-, Mangan-, Calcium- und Magnesium hydroxide, -oxide und -carbonate. Neben den genannten Substanzen sind auch Schwermetalle mit in dem Niederschlag. Die meisten Metalle scheiden sich nicht in metallischer Form ab, sondern reagieren mit dem vorhandenen Wasser zu ihren Hydroxiden, wobei gleichzeitig Wasserstoff freigesetzt wird. Die Hydroxide von Fe, Mn, Ca und Mg sind wenig löslich und bilden einen Niederschlag. Die beiden Elektroden 9, 10 haben untereinander eine unterschiedliche Polarität, die in regelmäßigen zeitlichen Abständen zu Reinigungszwecken wechselt.

Die vorhandenen Ablagerungen lösen sich dadurch, bevor sie für eine einfache Entfernung im strömenden Wasser zu groß werden. In den Hydroxiden sind auch die unerwünschten Schwermetalle eingelagert. Die Arbeitselektrode 9 ist die meiste Zeit aktiviert, d. h. sie hat das negativste Potential der drei Elektrodentypen. Sie ist näher an der Anode 4 und bedarf somit einer geringeren Spannung bei gleichem Stromfluß. Die Reinigungselektrode 10 wird aktiviert, indem sie eine größere negative Spannung als die Arbeitselektrode 9 erhält. Die Beläge der Arbeitselektrode 9 lösen sich und wandern zu der Reinigungselektrode 10. Dabei werden sie von dem Wasserstrom mitgenommen, der durch den Kathodenraum 7 fließt. Ebenso steigt der gebildete Wasserstoff als Gasbläschen mit auf und verläßt den Kathodenraum 7 durch den Schmutzwasserabzug 11.

Der besondere Vorteil liegt darin, daß die Apparatur gereinigt werden kann ohne Belastung des Trinkwassers mit den Sedimenten. Weiterhin ist die Kontinuität der anodischen Oxidation auch im Reinigungsprozess gewährleistet. Für die effiziente Entfernung des Wasserstoffs aus dem System ist es sinnvoll, ölfreie Druckluft von unten durch den Kathodenraum 7 perlen zu lassen. Je nach Wasserbeschaffenheit kann auf Reinigungselektroden in der dargestellten Anordnung verzichtet werden. Statt dessen werden einzelne Arbeitselektroden reihum alternierend nacheinander als Reinigungselektroden aktiviert. Dies geschieht durch entsprechende Polung.

Die innere Oberfläche der gesamten Apparatur ist nicht so glatt, daß Mikroorganismen keinen Halt fänden. Dies gilt besonders für die beiden Diaphragmen 5, 6. Es kommt daher nach einer gewissen Zeit zu einer unerwünschten Besiedelung. Die Apparatur wird daher von Zeit zu Zeit auf ca. 100°C bis 105°C erwärmt. Diese Temperatur ist für alle lebenden Bakterien tödlich, es überleben nur die Sporen als Dauerform. Die Sporen haben jedoch bei den Bedingungen des ankommenden Wassers (Temperatur kleiner 15°C, Nähstoffarmut usw.) ungünstige Auskeimbedingungen. Die Apparatur weist so mehrere Tage kein nennenswertes mikrobielles Wachstum auf. Es kann somit ausgeschlossen werden, daß eine mikrobielle Verunreinigung gerade aus dem Teil des Wassersystems stammt, mit dem eine Beseitigung von Mikroorganismen angestrebt wird.

Das Wasser, welches die Apparatur verläßt (vgl. Pfeil 15), soll eine gleichbleibende Qualität aufweisen. Die Anlage erhält daher eine Steuerung, die den Fluß des ankommenden Wassers und den Redoxwert bestimmt. In Abhängigkeit von den Werten wird der Stromfluß geregelt. Eine Redoxsonde mißt die neuen Werte im aufbereiteten Wasser und meldet die Größe an die zentrale Steuerung, die je nach Bedarf dann den Strom beeinflußt. Die zentrale Regeleinheit legt auch den Fluß durch die Kathodenkammer 7 mit einem Proportionalventil 12 fest. Bei einer automatischen Reinigung vergrößert sich dieser Fluß entsprechend. In noch größeren Abständen kann das auftretende Sediment durch einen gesonderten Reinigungsstutzen 13 mit Magnetventil entfernt werden. Die Entfernung der Sedimente wird unterstützt durch einen Magnetrührstab in einer Nut, die die tiefste Stelle des Kathodenraumes 7 bildet. Der von außen angetriebene Magnetrührstab zwingt die abgesetzten Niederschläge zum Reinigungsstutzen 13.

Bezugszeichenliste

1

Aufheizraum

2

Heizelement

3

Anodenraum

4

Anode(n)

5

Diaphragma (grob)

6

Diaphragma (fein)

7

Kathodenraum, -kammer

8

Isolator

9

Kathode, (Arbeits-)Elektrode

10

Kathode, (Reinigungs-)Elektrode

11

Schmutzwasserabzug (Kationen- u. H₂

- Entnahme)

12

Proportionalventil

13

Reinigungsstutzen mit Magnetventil

14

Wasserzufluß

15

Wasserabfluß (= hygienisiertes Wasser zum Verbraucher)

16

Kunststoffmantel

Claims

1. Wasseraufbereitungsanlage zur hygienischen Aufbereitung von Wasser mittels anodischer Oxidation, dadurch gekennzeichnet, daß für den Wasserdurchfluß ein zentraler Anodenraum (3) mit mindestens einer Anode (4) vorgesehen ist, welcher von einem Kathodenraum (7) mit mindestens zwei Kathoden (9, 10) umgeben ist, wobei die Trennwand zwischen Anoden- und Kathodenraum (3, 7) von einem Diaphragma (5, 6) gebildet und dem Anodenraum (3) eine Aufheizstrecke vorgeschaltet ist.

2. Wasseraufbereitungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufheizstrecke aus einem Aufheizraum (1) mit einem Heizelement (2) besteht.

3. Wasseraufbereitungsanlage nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei unterschiedliche Diaphragmen (5, 6) zur Bildung der Trennwand zwischen Anoden- und Kathodenraum (3, 7) vorgesehen sind, wobei das Diaphragma (5) mit der größeren Porosität im unteren Teil (in Nähe zur Aufheizstrecke) angebracht ist.

4. Wasseraufbereitungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß am oberen Auslass der Kathodenkammer (7) ein Proportionalventil (12) angebracht ist.

5. Wasseraufbereitungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathoden (9, 10) im Kathodenraum (7) so schaltbar sind, daß sie unterschiedliche negative Spannungen auf einer Zeitachse erhalten können.

6. Wasseraufbereitungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kathodenraum (7) an der tiefsten Stelle einen Reinigungsstutzen (13) mit Magnetventil aufweist.

7. Wasseraufbereitungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Anode (4) aus Graphit oder einer anderen leitenden Kohlenstoffmodifikation besteht.

8. Wasseraufbereitungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Kathodenraum (7) an der tiefsten Stelle eine ringförmige Nut besitzt, in der sich ein Magnetrührstab befindet.

9. Wasseraufbereitungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß unten im Kathodenraum (7) an mehreren Stellen Einläße mit Rückschlagventilen für den Luftzutritt angebracht sind.