DE102004005303A1

DE102004005303A1 - Verfahren und Vorrichtung mit speziellen Sensoren und speziell ausgebildeter Gleichspannung zur Steuerung und Regelung der elektrolytischen Wasserdesinfektion

Info

Publication number: DE102004005303A1
Application number: DE200410005303
Authority: DE
Inventors: Yuan Gao
Original assignee: Gao Yuan Dipl-Ing
Current assignee: Gao Yuan Dipl-Ing
Priority date: 2004-01-29
Filing date: 2004-01-29
Publication date: 2005-08-11

Abstract

Um die Intensität der elektrolytischen Desinfektion zu messen, wird ein spezieller Sensor für freies Chlor und Aktiv-Sauerstoffverbindungen entwickelt. Durch den potentiostatischen offenen Sensor ohne Membran und ohne zusätzliche Elektrolytlösung in der Messelektrodenkammer eignet sich der Sensor für ein elektrolytisch desinfizierendes Wassersystem, mit H¶2¶, mit extremer Temperatur und Schwankungen von Druck und Volumenstrom, zur Online-Überwachung und Regelung. DOLLAR A Neben der Einstellung der Stromstärke für die Elektrolyse ist noch der Verlauf der Stromstärke wichtig. Um Stromstöße und hohe Belastung an den Elektroden zu vermeiden, wird bei einer Polaritätsumkehrung die Stromstärke auf Null gesetzt und ein plötzlicher Stromanstieg vermieden.

Description

Elektrolyse von natürlichen Wasserinhaltsstoffen, ohne Zugabe von Salz bzw. Chemikalien, wird vermehrt zur Wasserdesinfektion und -reinhaltung eingesetzt. Zu der wichtigsten Baugruppe der Steuerung und Regelung der elektrolytischen Wasserdesinfektion gehört die Bereitstellung des Elektrodenstroms, die Steuerung zur Selbstreinigung der Elektroden sowie die Regelung der Desinfektion mit der Mess- und Regeltechnik inklusive der Sensoren zur Erfassung der Konzentration produzierter Desinfektionsmittel. Abhängig vom verwendeten Elektrodenstrom, -spannung sowie ihrer Steuerung und Regelung variiert auch die Wirkung, Leistung, Lebensdauer, Haltbarkeit und Anpassungsfähigkeit der Desinfektion. Durch Forschung und Weiterentwicklung der Fa. Newtec Umwelttechnik GmbH in Berlin in den letzten Jahren wird neben dem Elektrolyse-Reaktor mit speziell beschichteten Dauerelektroden auch die Steuerung und Regelung der elektrolytischen Wasserdesinfektion erneuert.
Probleme bisher bekannter Technik
Bisher bekannte und verwendete Elektrodenstromversorgung ist eine einfache gerichtete und geglättete Gleichspannung oder eine Gleichspannung hergestellt durch Schaltnetzteiltechnik, mit oder ohne Polaritätsumkehrung. Die PA 0 140 287 beschreibt eine Umpolung gegen Verkalkung der Kathoden. Die PA 0362 445 beschreibt ein elektrisches Konditionierungssystem für die Elektrolyse. Mit so einer einfachen Umpolung der Versorgungsspannung entsteht zusätzlich zum Einschaltstromstoß ein zusätzlicher Spannungs- oder Strompeak aufgrund des Memoryeffektes der Elektrolysezelle (kapazitives Verhalten), der die Elektroden stark belastet und in Verbindung mit der Bildung von Lichtbogen an den Kontakten im Umpolrelais schnell Verschleiß verursacht.
Bei der Wasserelektrolyse werden Desinfektionsmittel direkt aus den Wasserinhaltstoffen ohne Zugabe von NaCl oder sonstigen Salzen produziert. Einerseits kommt es durch mikrobiologische und organische Belastungen in einem Wassersystem, zu entsprechenden Variationen des Bedarfs /und der Zehrung der Desinnfektionsmittel. Andererseits muss oft die gesetzliche Obergrenze der Konzentration an Desinfektionsmitteln eingehalten werden. Die elektrochemische Produktion der Desinfektionsmitteln ist proportional zu der Stromstärke und der Elektrolysezeit. Deshalb wird die Stromstärke abhängig von der Konzentration des Desinfektionsmittels geregelt. Die Konzentration der Desinfektionsmittel, die auf freiem Chlor und Aktiv-Sauerstoffverbindungen basieren, muss daher online durch Sensoren überwacht werden, um Unter- und Überdesinfektion zu vermeiden.
Die bekannten Redox-Sensoren sind wegen ihrer Empfindlichkeit schlecht einsetzbar. Die handelsüblichen amperometrischen Cl₂-Sensoren sind mit einer Membran und Elektrolytlösungen sowie einer Referenzelektrode konstruiert und bedürfen eines freien d.h. drucklosen Ablauf des Messwassers. Zudem sind diese Sensoren nicht gut geeignet zur Erfassung von Sauerstoffverbindungen, nicht geeignet für Warmwasser mit Temperaturen größer 60°C, sowie auch nicht geeignet bei Volumenstrom- sowie Druckschwankungen in geschlossenen Wassersystemen.
Neue Lösung
Die Versorgungsspannung/der Versorgungsstrom wird erfindungsgemäß so ausgebildet, dass zum Zeitpunkt der Umpolung kein Strom fließt. Die Nullwert-Pause dauert ca. 1 bis 30 Sekunden. Diese Zeit wird in der 1 als t1 zur Anschauung dargestellt.
Um die Belastung der Elektroden durch Stromstöße und -peaks zu vermeiden, wird jeder Stromanstieg/-abfall durch Steuerelemente stufenweise/sanft realisiert. Diese Phase soll 10 Sekunden bis 1 Minute dauern. Der stufenweise Anstieg/Abfall kann sowohl als eine stetige Funktion, als auch als digital gesteuerte Treppenstufenfunktion realisiert werden. Diese Zeit wird in der 1 als t2 dargestellt.
Durch den neuen, offenen Zweielektroden-Chlorsensoren gemäß Patentansprüche (1-3) werden die Desinfektionsmittel auf Basis von freiem Chlor und Aktivsauerstoff als Summe erfasst. Dieser ist unempfindlich gegen H₂, hohe Temperaturen, Drücke, sowie Schwankungen des Druckes und des Volumenstroms. Dadurch eignet er sich z.B. für den Einsatz in geschlossenen Warmwassersystemen zur Legionellenbekämpfung oder für Wassersysteme mit größeren Druck- und Temperaturschwankungen.

Claims

Zur elektrischen Stromversorgung der Elektrolyse für die Desinfektion von Wasser wird als Verfahren ein Gleichstrom so geregelt und geformt, dadurch gekennzeichnet, dass seine Stärke(I_soll) über einen offenen Zweielektroden-Sensor für das Desinfektionsmittel-Gemisch geregelt wird, und dass seine Form nahezu rechteckig verläuft, mit abwechselnder Polarität und während der Umpolung mit einer kurzen Nullwert-Pause (t1) sowie anschließender, stufenweiser Erhöhung bis zu I_soll (t2), wie es in der 1 andeutend dargestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die kurze Nullwert-Pause(t1) ca. 1 bis 30 Sekunde dauert und die Zeit (t2) für die stufenweise oder kontinuierliche Erhöhung der Stromstärke, von Null bis I_soll nach der Pause ca. 10 Sekunden bis 1 Minute dauert.
Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass jede Elektrolysephase zwischen den Umpolungsphasen, inklusive der Nullwert-Pause(t1) und der Zeit für die Erhöhung der Stromstärke (t2)-insgesamt 5 Minuten bis 8 Stunden abhängig von der Wasserhärte variable eingestellt werden kann.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein potentiostatischer, offener Sensor für freies Chlor und Aktiv-Sauerstoffverbindungen ohne Membran und ohne zusätzliche Elektrolytlösung in der Messelektrodenkammer, ohne oder mit zusätzlicher Referenzelektroden, in dem elektrolytisch zu desinfizierenden Wassersystem verwendet wird.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der potentiostatische Sensorfür freies Chlor und Aktiv-Sauerstoffverbindungen ohne Membran und ohne zusätzliche Elektrolytlösung in der Messelektrodenkammer und als offener Sensor konstruiert wird, ohne oder mit zusätzlicher Referenzelektrode.