DE10055781C2 - Verfahren und Vorrichtung zur physikalischen Wasserbehandlung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein auf elektrolytischer Basis arbeitendes Gerät zur physikalischen Wasserbehandlung mit Elektroden, deren Oberflächen vom zu behandelnden Wasser umströmt oder benetzt werden, wobei die Elektroden während der zeitlichen Phasen der Wasserbehandlung auf unterschiedlichen elektrischen Potentialen gehalten werden.

Ein derartiges Gerät und Verfahren ist beispielsweise bekannt aus der WO 98/16477 A1.

Ein ernsthaftes Problem beim Betrieb von Einrichtungen zur physikalischen Wasseraufbereitung ist die Nitritbildung in Stagnationswässern bei Wasserbehandlungsgeräten auf elektrolytischer Basis, weil auch zwischen den Behandlungszeiträumen nach dem Abschalten der angelegten Spannungen an den Kathoden reduzierende Bedingungen vorliegen, so dass es dort, wie im weiteren erklärt wird, zu einer Nitritbildung kommen kann.

Nitrit entsteht im Wasser aus Nitrat unter reduzierenden Bedingungen. Nitrit ist für den Menschen toxisch. So führen beim Erwachsenen schon 0,5 g Kaliumnitrit zu Methämoglobinämie. Hierbei entsteht aus Hämoglobin das Hämiglobin, das dann für den Sauerstoff-Transport ausfällt. Besonders stark sind Säuglinge der ersten drei Lebensmonate gefährdet, wo die toxische Dosis deutlich geringer ist. Darüber hinaus darf nicht verkannt werden, dass Nitrit mit sekundären Aminen die stark cancerogenen Nitrosamine bildet.

Die reduzierende Wirkung von eisen- und zinkhaltigen Leitungsrohren besonders während längerer Stagnationszeiten ist seit langem bekannt (siehe z. B. Reichert und Lochtman, Auftreten von Nitrit in Wasserversorgungssystemen, gwf-wasser/abwasser 125 (1984) Nr. 9, S. 442-446; Schwenk, Friehe, Beeinflussung der Wasserqualität beim Transport in verzinkten Stahlrohren der Hausinstallation, DVGW Schr.-Reihe Wasser Nr. 31, DVGW Eschborn 1982, S. 343-365). Die so gebildeten Nitritmengen können dabei deutlich über dem zulässigen Gehalt des Trinkwassers von 0,1 mg/l, Nitrit liegen. In diesem Fall wird empfohlen, nach Stagnationsperioden (z. B. am Morgen) das Wasser erst nach dem Ablaufenlassen des Stagnationswassers zur Nahrungsherstellung zu verwenden.

Reduzierende Bedingungen können auch in Wasserbehandlungsgeräten auf elektrolytischer Basis vorliegen. Hier kann an den Elektroden nach Abschalten der angelegten Spannung im Stagnationsfall ein negatives Restpotential an der Kathode anliegen.

In der eingangs zitierten WO 98/16477 A1 wird ein Verfahren zur Reduzierung bzw. Verhinderung der Steinbildung beschrieben. Nach Abschalten der angelegten Spannung befindet sich die Kathode wegen der vorausgegangenen Elektrolyse in einem alkalischen Medium, die Anode ist von einem sauren Medium umgeben. Aufgrund des unterschiedlichen Mediums entsteht ein galvanisches Element, das die Reduktion von Nitrat zu Nitrit ermöglicht.

Ebenso kann bei Verwendung unterschiedlicher Materialien für Anode und Kathode nach Abschalten der angelegten Spannung im Stagnationsfall ein negatives Potential durch Ausbildung eines galvanischen Elementes entstehen. In der DE 198 52 956 C1 bestehen Kathode und Anode aus unterschiedlichen Materialien, so dass sich nach Abschalten der angelegten Spannung zwischen den Entnahmezeiten ebenfalls ein galvanisches Element ausbildet.

Nachteilig bei der oben erwähnten Verwerfung des Stagnationswassers ist, dass die genaue Wassermenge bis zum Unterschreiten des Grenzwertes in der Regel unbekannt ist. Außerdem wird in der Praxis häufig vergessen, das Stagnationswasser zu verwerfen.

In DE 296 11 838 U1 ist ein Wasserbehandlungsgerät beschrieben, das Kalkablagerung in hinter dem Gerät angeschlossenen Leitungen verhindern soll. Dazu wird während des Durchflusses von Wasser durch das Gerät ein elektrisches Wechselfeld mit einer Spannung von ca. 8-15 V angelegt.

Auch in der DE 100 01 911 A1 werden ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur physikalischen Wasserbehandlung beschrieben, die zur Reduktion einer Festkörperbildung an Wärmetauscherflächen und Rohrleitungen in erdalkali- und hydrogencarbonathaltigem Wasser führen sollen. Gleichzeitig soll dabei eine Knallgas- und Nitritbildung verhindert werden. Dazu wird empfohlen, das Wasser mit einer Wechselspannung zu beaufschlagen, wobei die Spannung unterhalb der Elektrolysegrenze für Wasser von ca. 1,2 V zu halten ist.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es demgegenüber, die oben genannten gravierenden Nachteile zu vermeiden und ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art vorzustellen, mit denen eine Reduktion von Nitrat zu Nitrit im zu behandelnden Wasser verhindert, zumindest erheblich reduziert wird.

Diese Aufgabe wird hinsichtlich des Betriebsverfahrens erfindungsgemäß auf überraschend einfache, aber wirkungsvolle Weise dadurch gelöst, dass in den zeitlichen Phasen, in denen keine Wasserbehandlung mit dem Gerät erfolgt, negative Ladungen auf der (den) Kathode(n) des Geräts soweit verringert werden, dass ein an der (den) Kathode(n) anliegendes restliches Redoxpotential zu einer Reduktion von Nitrat zu Nitrit an der Oberfläche der Kathode(n) nicht mehr ausreicht, wobei die Kathode(n) an Nullpotential gelegt wird (werden) und/oder mit der (den) Anode(n) niederohmig kurzgeschlossen wird (werden). Damit wird die Nitritbildung in Stagnationswässern bei auf elektrolytischer Basis arbeitenden physikalischen Wasserbehandlungsgeräten zuverlässig verhindert.

Im ersten Fall werden definierte elektrische Verhältnisse an den Kathoden sichergestellt, wobei es vorteilhaft ist, die Kathode(n) zu erden. Insbesondere kann sich kein elektrisches Feld zwischen den Kathoden und einer umgebenden, das zu behandelnde Wasser führenden Rohrleitung, die ja selbst auf Erdpotential liegt, ausbilden.

Das niederohmige Kurzschließen ist technisch besonders einfach und unaufwendig durchzuführen. Bei einer Betriebsweise werden die Elektroden während der gesamten zeitlichen Phasen, in denen kerne Wasserbehandlung mit dem Gerät erfolgt, miteinander kurzgeschlossen. Dadurch ergibt sich wiederum der oben diskutierte Vorteil, dass die Nitritbildung in Stagnationsphasen dauerhaft und zuverlässig verhindert wird. Alternativ können die Elektroden in den zeitlichen Phasen, in denen keine Wasserbehandlung mit dem Gerät erfolgt, wiederholt kurzzeitig miteinander kurzgeschlossen werden. Gegenüber einem einmaligen, kurzzeitigen Kurzschluss lässt sich dadurch eine Nitritbildung in den Stagnationsphasen wiederum mit relativ hoher Sicherheit vermeiden.

In zeitlichen Phasen, in denen aus dem Gerät Wasser entnommen wird, sollte grundsätzlich auch immer (gewissermaßen on-line) eine physikalische Wasserbehandlung stattfinden. Daher ist es günstig, wenn die Reduzierung bzw. Minimierung der negativen Restladungen auf der (den) Kathode(n) des Geräts nur während Stagnationsphasen erfolgt, in denen kein behandeltes Wasser aus dem Gerät entnommen wird. Dies lässt sich insbesondere mit einer elektronischen Steuereinrichtung, die mit einem Wasserzähler verbunden ist, der die aktuelle Menge des dem Gerät entnommenen behandelten Wasser zählt, entsprechend regeln.

In den Rahmen der vorliegenden Erfindung fällt auch ein Gerät zur physikalischen Wasserbehandlung auf elektrolytischer Basis mit Elektroden, deren Oberflächen vom zu behandelnden Wasser umströmt oder benetzt werden, wobei die Elektroden während der zeitlichen Phasen der Wasserbehandlung auf unterschiedlichen elektrischen Potentialen gehalten werden, das sich dadurch auszeichnet, dass Mittel vorgesehen sind, mit denen in den zeitlichen Phasen, in denen keine Wasserbehandlung mit dem Gerät erfolgt, negative Ladungen auf der (den) Kathode(n) des Geräts soweit verringert werden können, dass ein an der (den) Kathode(n) anliegendes restliches Redoxpotential zu einer Reduktion von Nitrat zu Nitrit an der Oberfläche der Kathode(n) nicht mehr ausreicht, wobei die Mittel zur Verringerung der negativen Restladungen auf der (den) Kathode(n) eine Vorrichtung zum niederohmigen Kurzschließen der Elektroden und/oder eine Vorrichtung zum Erden der Elektroden umfassen.

Der Kurzschluss kann entweder durch eigens dafür vorgesehene niederohmige Leiterabschnitte (Kurzschlussbügel und dergleichen) oder durch ein mechanisches Zusammenfahren der Elektroden erfolgen, so dass diese in direkten, niederohmigen elektrischen Kontakt miteinander geraten. Denkbar sind auch Varianten, bei denen der Kurzschluss über elektronische Bauteile wie etwa ein Relais etc. vermittelt wird.

Eine Vorrichtung zum Erden der Elektroden sollte auch möglichst niederohmig ausgeführt sein.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Geräts ist eine elektronische Steuereinrichtung vorgesehen, mittels der die Verringerung der negativen Restladungen auf der (den) Kathode(n) erfolgt bzw. veranlasst werden kann. Damit lassen sich die oben bei den entsprechenden Verfahrensvarianten dargelegten Vorteile erreichen.

Eine Weiterbildung dieser bevorzugten Ausführungsform schließlich sieht vor, dass die elektronische Steuereinrichtung mit einem Wasserzähler verbunden ist, der die aktuelle Menge des dem Gerät entnommenen behandelten Wasser zählen kann.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der Zeichnung. Ebenso können die vorstehend genannten und die noch weiter aufgeführten Merkmale erfindungsgemäß jeweils einzeln für sich oder zu mehreren in beliebigen Kombinationen Verwendung finden. Die gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen sind nicht als abschließende Aufzählung zu verstehen, sondern haben vielmehr beispielhaften Charakter für die Schilderung der Erfindung.

Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Figur zeigt einen schematischen Vertikalschnitt durch eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Geräts zur physikalischen Wasserbehandlung auf elektrolytischer Basis.

Eine Kathode 1 ist gegenüber einem Diaphragma 5 angeordnet, das eine als Anode 3 wirkende Schüttung von Kohlepartikeln, zusammen mit einer zweiten Wand 4 - die vorzugsweise die Außenwand eines Elektrolysebehälters bildet - an ihrem Platz fixiert. Der Elektrolysestrom (beispielsweise kann eine elektrische Spannung angelegt werden) wird hierbei über eine elektrolytisch beständige, vorzugsweise metallene Stromzuführung 2 bestehend z. B. aus platiniertem Titan in die Anode 3 (Kohlenstoffpartikelschüttung) eingeleitet.

Erfindungsgemäß ist eine Steuereinrichtung 6 vorgesehen, die veranlasst bzw. bewirkt, dass in den zeitlichen Phasen, in denen keine Wasserbehandlung mit dem Gerät erfolgt, negative Ladungen auf der Kathode 1 des Geräts soweit verringert, vorzugsweise minimiert werden, dass ein an der Kathode 1 anliegendes restliches Redoxpotential zu einer Reduktion von Nitrat zu Nitrit an der Oberfläche der Kathode 1 nicht mehr ausreicht. Dies kann durch ein niederohmiges Kurzschließen der Kathode 1 mit der Anode 3 oder durch ein Erden der Kathode 1 erfolgen.

Claims (4)

1. Verfahren zum Betrieb eines auf elektrolytischer Basis arbeitenden Geräts zur physikalischen Wasserbehandlung mit Elektroden (1, 3), deren Oberflächen vom zu behandelnden Wasser umströmt oder benetzt werden, wobei die Elektroden (1, 3) während der zeitlichen Phasen der Wasserbehandlung auf unterschiedlichen elektrischen Potentialen gehalten werden, dadurch gekennzeichnet, dass in den zeitlichen Phasen, in denen keine Wasserbehandlung mit dem Gerät erfolgt, negative Ladungen auf der (den) Kathode(n) (1) des Geräts soweit verringert werden, dass ein an der (den) Kathode(n) (1) anliegendes restliches Redoxpotential zu einer Reduktion von Nitrat zu Nitrit an der Oberfläche der Kathode(n) (1) nicht mehr ausreicht, wobei die Kathode(n) (1) an Nullpotential gefegt wird (werden) und/oder mit der (den) Anode(n) (3) niederohmig kurzgeschlossen wird (werden).

2. Gerät zur physikalischen Wasserbehandlung auf elektrolytischer Basis mit Elektroden (1, 3), deren Oberflächen vom zu behandelnden Wasser umströmt oder benetzt werden, wobei die Elektroden (1, 3) während der zeitlichen Phasen der Wasserbehandlung auf unterschiedlichen elektrischen Potentialen gehalten werden, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel vorgesehen sind, mit denen in den zeitlichen Phasen, in denen keine Wasserbehandlung mit dem Gerät erfolgt, negative Ladungen auf der (den) Kathode(n) (1) des Geräts soweit verringert werden, dass ein an der (den) Kathode(n) (1) anliegendes restliches Redoxpotential zu einer Reduktion von Nitrat zu Nitrit an der Oberfläche der Kathode(n) (1) nicht mehr ausreicht, wobei die Mittel zur Verringerung der negativen Restladungen auf der (den) Kathode(n) (1) eine Vorrichtung zum niederohmigen Kurzschließen der Elektroden und/oder eine Vorrichtung zum Erden der Elektroden (1, 3) umfassen.

3. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine elektronische Steuereinrichtung vorgesehen ist, mittels der die Verringerung der negativen Restladungen auf der (den) Kathode(n) (1) erfolgt.

4. Gerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Steuereinrichtung mit einem Wasserzähler verbunden ist.