DE10061890C2 - Vorrichtung zur Aufbereitung von Wasser, insbesondere zur Gewinnung von Trinkwasser, durch Behandlung mit Ozon - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Vorrichtung zur Aufbereitung von Wasser, insbesondere zur Gewinnung von Trinkwasser, durch Behandlung mit Ozon in einem Behandlungsraum, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1.

Es ist bekannt, dass Ozon zur Wasseraufbereitung verwendet werden kann. Durch Ozon können zum einen Mikroorganismen, mit denen das Wasser belastet ist, abgetötet werden, um es zu sterilisieren. Zum anderen können in dem Wasser enthaltene unerwünschte chemische Substanzen in unschädliche Substanzen abgebaut werden. So kann eine Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art zu unterschiedlichen Zwecken eingesetzt werden, die von der Aufbereitung verschiedenster Abwässer bis zur Aufbereitung von Wasser zu Trinkwasser reichen.

Ein Verfahren zur Aufbereitung von Wasser durch Behandlung mit Ozon, wobei das Wasser zusammen mit dem Ozon als Wasser-Gas- Emulsion von unten nach oben durch einen in vertikaler Richtung gestreckten Behandlungsraum hindurchgeführt wird, ist aus dem Patent Abstract of Japan zur Veröffentlichung JP 62132594 A (betreffend die Anmeldung 60272991) bekannt. Hier wird das Wasser tangential in den Behandlungsraum eingepumpt, um durch seine Einströmgeschwindigkeit eine zusätzliche Vermischung mit von unten in den Behandlungsraum eingeblasenem Ozon zu erreichen. Es stellt sich jedoch heraus, dass der Durchsatz des Wassers durch den Behandlungsraum nur sehr klein sein darf, wenn die Aufbereitung des Wassers durch das Ozon vollständig erfolgen soll. Das Ozon kann auch nur in sehr kleinen Mengen zugegeben werden, wenn es nicht in großen Mengen am oberen Ende des Behandlungsraums unverbraucht anfallen soll. Wenn es von dort zurück an das untere Ende des Behandlungsraums gebracht werden muss, ist hierfür ein zusätzlicher Verdichtungsaufwand erforder­ lich. Zudem ist bei dem bekannten Verfahren ein zusätzlicher Energieaufwand erforderlich, wenn das tangential in den Behandlungsraum eingeleitete Wasser dort tatsächlich eine nennenswerte Verwirbelung der Wasser-Gas-Emulsion hervorrufen soll, weil dann das Wasser mit relativ hoher Geschwindigkeit gegen den Innendruck in den Behandlungsraum eingepumpt werden muss.

Aus der DE 198 01 705 A1 ist eine Vorrichtung zur Behandlung von Wasser mit Ozon unter UV-Lichteinwirkung bekannt. Hier sind in einem Behandlungsraum schräg angestellte Leitbleche angeordnet, um die Verweildauer der Wasser-Gas-Emulsion in dem mit UV-Licht beleuchteten Bereich zu erhöhen.

Es ist bekannt, dass eine optimale Behandlung von Wasser mit Ozon eine geeignete Einstellung des pH-Werts erfordern kann.

Bei einem bekannten praktischen Stand der Technik wird aufzu­ bereitendes Wasser von einem Behandlungstank abgeleitet. Dann wird diesem abgeleiteten Wasser Ozon über einen Injektor zugesetzt. Die so entstehende Wasser-Gas-Emulsion wird in den Behandlungstank zurückgeführt. Mit anderen Worten erfolgt das Zusetzen des Ozons im Bypass. Um bei dieser Vorgehensweise eine hinreichende Aufbereitung des Wassers durch das Ozon zu erreichen, muss in dem Behandlungstank der pH-Wert durch Zugabe von Chemikalien kontinuierlich nachreguliert werden.

Es ist bekannt, dass Ozon durch Kontakt mit Edelmetallen und Edelstählen katalytisch zersetzt wird.

Eine Vorrichtung zur Aufbereitung von Wasser mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 ist aus der DE 26 18 338 A1 und der hierzu parallelen GB 1 543 225 A bekannt. Der Behand­ lungsraum dieser Vorrichtung ist in vertikaler Richtung in mehrere Kontaktzonen unterteilt, in denen ein Kontakt zwischen dem Wasser und dem Ozon bewirkt wird. Hierzu sind in jeder Kontaktzone Strömungskörper angeordnet, die eine Dispersion des Ozons in dem Wasser bewirken. Als Strömungskörper werden unter anderem perforierte plattenförmige Verteiler und in die Kontakt­ zonen gepacktes Packungsmaterial vorgeschlagen. Zum Schutz des Materials der einzelnen Kontakzonen gegenüber Oxidation und Ozonation wird vorgeschlagen, diese aus Kohlenstoffstahl auszubilden, der mit einem Kunststoff ausgekleidet ist.

Aus der US 5,106,495 A ist eine Vorrichtung zur Aufbereitung von Wasser zur Gewinnung von Trinkwasser durch Behandlung mit Ozon bekannt. Die Ozonbehandlung erfolgt im Bypass zu einem Wasserbe­ hälter. Eine Solarzelleneinrichtung ist zur Erzeugung von Solarstrom vorgesehen, um einen elektrischen Ozongenerator zum Erzeugen des Ozons und eine elektrische Pumpe zum Pumpen des Wassers durch den Bypass zu versorgen. Das Gehäuse des Wasser­ behälters besteht aus Kunststoff und die Solarzelleneinrichtung ist an einer Außenseite des Behälters vorgesehen. Der Ozon­ generator, die Pumpe und der Bypass sowie ein Partikelfilter für das aus dem Wasserbehälter abgezogene Wasser befinden sich in einem unteren, an den Wasserbehälter angesetzten Gehäuseteil. Insgesamt ist die bekannte Vorrichtung als mobile Einheit vorgesehen. Um Wasser durch Ozonbeimischung im Bypass zu dem Wasserbehälter soweit aufzubereiten, dass mit ausreichender Sicherheit keimfreies Trinkwasser erhalten wird, müssen im Zweifel sehr lange Behandlungszeiten eingehalten werden. Bei Beimischungen größerer Mengen an Ozon besteht die Gefahr, dass sich diese im oberen Bereich des Wasserbehälters aus dem Wasser abscheiden und somit für die Wasseraufbereitung verlorengehen. Dabei ist auch zu berücksichtigen, dass die Gaslöslichkeit in Wasser mit steigender Temperatur sinkt. Gleichzeitig wird sich aber die Temperatur des Wassers in dem Wasserbehälter immer auf einem relativ hohen Niveau befinden, weil die Solarzellenein­ richtung an dem Wasserbehälter vorgesehen ist und zur Erzeugung von Solarstrom auf einfallende Sonnenstrahlung ausgerichtet werden muss.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine äußerst einfache und effektive Vorrichtung zur Aufbereitung von Wasser mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 aufzuzeigen, die zudem mobil einsetzbar ist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Eine bevorzugte Ausführungsform der neuen Vorrichtung ist in dem Unteranspruch 2 beschrieben.

Die Aufspaltung der Wasser-Gas-Emulsion in eine Vielzahl von Teilströmen, die vorzugsweise wiederholt und mit unterschied­ licher Aufteilung der Teilströme erfolgt, hat eine mehrfache Auswirkung. Zum einen wird die Kontaktfläche zwischen dem Ozon und dem zu behandelnden Wasser vergrößert, weil relativ große Gasblasen, in denen das meiste Ozon keinen Kontakt mit dem Wasser hat, in eine Vielzahl kleiner Gasblasen aufgespalten werden. Auch an den benetzten Oberflächen der Gesteinspartikel zur Aufspaltung der Wasser-Gas-Emulsion werden zusätzliche Reaktionsoberflächen zwischen dem gasförmigen Ozon und dem Wasser ausgebildet. Gleichzeitig wird die Aufstiegsgeschwindigkeit des Ozons in den Behandlungsraum reduziert. Zum einen erhöht allein die mechanische Aufspaltung der Wasser-Gas- Emulsion in die Teilströme den Strömungswiderstand für die Gasblasen des Ozons. Zum anderen weisen relativ kleine Gasblasen sowieso eine geringere Aufstiegsgeschwindigkeit in einer Wasser- Gas-Emulsion auf als große Gasblasen. Weiterhin wird durch die Aufteilung der Wasser-Gas-Emulsion in eine Vielzahl von Teil­ strömen auch erreicht, dass der Energieaufwand für das Einbringen sowohl des Wassers als auch des Ozons am unteren Ende des Behandlungsraums reduziert wird, weil der dort wirkende Druck bei dem neuen Verfahren reduziert ist. Dies wird sowohl bei einem statischen als auch bei einem dynamischen Betrachtungs­ ansatz deutlich. Beim statischen Betrachtungsansatz wirkt sich aus, dass tatsächlich über die Höhe des Behandlungsraums keine durchgehende Wassersäule vorliegt, sondern eine Säule einer gegenüber Wasser leichteren Flüssigkeit-Gas-Emulsion. Bei dynamischer Betrachtung nehmen die aufsteigenden Gasblasen das Wasser über seine gesamte horizontale Front in dem Behandlungs­ raum von oben nach unten mit.

Als weiterer Punkt stellt sich heraus, dass keine Nachregulie­ rung des pH-Werts von außen über die vertikale Höhe des Behandlungsraums erforderlich ist, vielmehr ist eine einmalige Einstellung des pH-Werts des Wassers vor oder bei seinem Eintritt in den Behandlungsraum ausreichend. Neben rein pH- regulierenden Mitteln können dem Wasser auch noch zusätzliche flüssige Oxidatoren wie Wasserstoffperoxid vor dem Eintritt in den Behandlungsraum zugesetzt werden.

Es ist sinnvoll, an mindestens einem Punkt der vertikalen Erstreckung des Behandlungsraums einen Fortschritt einer Reak­ tion des Ozons mit Bestandteilen des Wassers zu überprüfen, um festzustellen, ob die Aufbereitung des Wassers im gewünschten Maße fortschreitet.

Bei der mit dem Ozon in dem Behandlungsraum hervorgerufenen Reaktion kann es sich um den Abbau verschiedenster Stoffe handeln. Unter anderem ist eine Wirksamkeit zum Abbau von Hydrazin und Ethidiumbromid in dem Wasser gegeben.

Um tatsächlich das gesamte Ozon für die gewünschte Aufberei­ tungsreaktion mit Bestandteilen des Wassers zu nutzen, ist ein Kontakt des Ozons mit Metallflächen in dem Behandlungsraum zu vermeiden, die beispielsweise als Katalysator für die direkte Zersetzung von Ozon zu Sauerstoff wirken könnten.

Die neue Vorrichtung kann so gefahren werden, dass am oberen Ende des Behandlungsraums nahezu kein unreagiertes Ozon mehr vorliegt. Es ist aber dennoch sinnvoll, sicherheitshalber in dem Wasser noch enthaltenes Restozon abzutrennen, um unkontrollierte Folgereaktionen zu unterbinden.

Die neue Vorrichtung weist eine derart günstige Gesamtenergie­ bilanz auf, dass das Ozon unter Verwendung von vor Ort erzeugtem Solarstrom erzeugt werden und dass Wasser unter Verwendung von vor Ort erzeugtem Solarstrom gepumpt werden kann. Auf diese Weise sind mobile und von öffentlichen Versorgungsnetzten unabhängige Trinkwasseraufbereitungseinheiten realisierbar.

Wie bereits ausgeführt, ist es bevorzugt, wenn die Aufteilung der Wasser-Gas-Emulsion in die Einzelströme mehrfach hinter­ einander und mit unterschiedlicher Verteilung erfolgt. Ent­ sprechend sollten auch die Strömungskörper über die gesamte vertikale Länge des Behandlungsraums verteilt sein. Beim Material der Strömungskörper ist es erwünscht, dass dieses eine geringe Grenzflächenspannung zu dem Wasser aufweist, so dass seine Oberflächen benetzt werden. Hierdurch werden zusätzliche Reaktionsoberflächen mit dem Ozon ausgebildet.

Es kann darauf verzichtet werden, dass der Reaktor über seine vertikale Erstreckung Zugabepunkte für die Zugabe von Chemika­ lien zur Nachregulierung des pH-Werts aufweist. Es sollte aber mindestens ein Messpunkt zur direkten Messung oder für eine Probenentnahme zur Messung eines Fortschritts einer Reaktion des Ozons mit Bestandteilen des Wassers vorgesehen sein.

Zum Abscheiden von nichtreagiertem Restozon kann dem Reaktor ein Restozonadsorber nachgeschaltet sein.

Der elektrische Kompressor und der elektrische Ozongenerator zum Erzeugen von Ozon sowie die elektrische Pumpe zum Pumpen des Wassers werden bei der neuen Vorrichtung mit von der Solar­ zelleneinrichtung erzeugtem Solarstrom gespeist. Die Vorrichtung kann zusätzliche elektronische Steuerbauteile und Zwischen­ speicher für elektrische Energie aufweisen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungs­ beispiels näher erläutert und beschrieben, dabei zeigt

Fig. 1 eine mobile Ausführungsform der Vorrichtung zur Gewinnung von Trinkwasser.

Die Vorrichtung 1 gemäß Fig. 1 dient zur Gewinnung von Trink­ wasser. Hierzu sollen mit Ozon 13 im wesentlichen Mikroorganis­ men abgetötet werden, die sich in Wasser 20 befinden, welches in einem Vorratsbehälter 21 vorliegt. Das Wasser 20 wird über eine elektrische Pumpe 22 und durch ein Partikelfilter 23 am unteren Ende eines Reaktors 11 in einen Behandlungsraum 39 eingepumpt. Das Ozon 13 kommt von einem elektrischen Ozongenerator 24 und wird aus Druckluft 25 gewonnen, die von einem Kompressor 26 kommt, dem ein Luftfilter 27 vor- und ein Kondenswasser­ abscheider 28 nachgeschaltet ist. Auch der Kompressor 26 wird elektrisch betrieben. Die elektrischen Geräte 22, 24 und 26 werden von einem Transformator 29 gespeist, der eingangsseitig über einen AC/DC-Wandler 30 von einem Laderegler 31 gespeist wird. Der Laderegler 31 wiederum wird wahlweise über ein Solarpaneel 32 aus Solarzellen 33 oder einen Pufferakku 34 versorgt. So ist es unter Gewinnung von Solarstrom mit dem Solarpaneel 32 möglich, das Wasser 20 so aufzubereiten, dass am oberen Ende des Reaktors 11 Trinkwasser 35 vorliegt. Der Reaktor 11 gemäß Fig. 1 weist ein Gehäuse 36 aus einem Kunststoffrohr auf, das mit hier nicht separat dargestellten Gesteinspartikeln als Strömungskörper befüllt ist, welche die von unten kommende Wasser-Gas-Emulsion 38 in dem Behandlungsraum 39 immer wieder neu in eine Vielzahl von Teilströmen aufteilen. Die Gesteins­ partikel können vor Ort gewonnen werden. Beispielsweise ist Schluff geeignet. Hierdurch kann das reine Transportgewicht der Vorrichtung 1 gemäß Fig. 1 weiter reduziert werden. Dass die Reaktion des Ozons 13 mit dem Wasser 20 im gewünschten Maß über die Höhe des Reaktors 11 tatsächlich erfolgt, wird an Messpunkten 17, die über die Höhe des Reaktors 11 verteilt sind, kontrol­ liert. An den Messpunkten 17 werden entweder Proben entnommen oder es werden physikalische Messwerte gemessen, aus denen sich ein Fortschritt der Reaktion ablesen läßt. Hierbei handelt es sich beispielsweise um den pH-Wert oder das Redoxpotential am jeweiligen Messpunkt 17.

BEZUGSZEICHENLISTE

1

Vorrichtung

11

Reaktor

13

Ozon

17

Messpunkt

20

Wasser

21

Vorratsbehälter

22

Pumpe

23

Partikelfilter

24

Ozongenerator

25

Druckluft

26

Kompressor

27

Luftfilter

28

Kondenswasserabscheider

29

Transformator

30

AC/DC-Wandler

31

Laderegler

32

Solarpaneel

33

Solarzelle

34

Pufferakku

35

Trinkwasser

36

Gehäuse

38

Wasser-Gas-Emulsion

39

Behandlungsraum

40

Ständer

Claims (2)

1. Vorrichtung zur Aufbereitung von Wasser, insbesondere zur Gewinnung von Trinkwasser, durch Behandlung mit Ozon in einem Behandlungsraum, mit einem den Behandlungsraum umschließenden vertikal gestreckten Reaktor, der Einlässe für das Wasser und das Ozon in seinem unteren Bereich und einen Auslass in seinem oberen Bereich aufweist, wobei in dem Behandlungsraum Strömungs­ körper enthalten sind, die eine in eine Vielzahl von Einzel­ strömen aufgeteilte Wasser-Gas-Emulsion erzeugen, wobei weder der Reaktor noch die Strömungskörper Metallflächen aufweisen, die als Katalysator für eine Zersetzung des Ozons wirken, dadurch gekennzeichnet,

• - dass der Reaktor (11) ein Gehäuse aus einem Kunststoffrohr aufweist,
• - dass die Strömungskörper Gesteinspartikel sind, und
• - dass eine Solarzelleneinrichtung (29 bis 34) zur Erzeugung von Solarstrom, ein elektrischer Kompressor (26) und ein elek­ trischer Ozongenerator (24) zum Erzeugen des Ozons (13) und eine elektrische Pumpe (22) zum Pumpen des Wassers vorgesehen sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gesteinspartikel Schluff sind.