DE102004041987A1 - Rapidly reducing germ count in water circuits or containers, e.g. for eliminating Legionella from drinking water, using combination of mechanical, reduced pressure and UV irradiation treatments - Google Patents

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Abstract

In a process and arrangement of system components for reducing germ counts in closed or open water circuits or containers, the stages involve (a) mechanical treatment to adjust the surface tension and/or viscosity, (b) application of a point-focal reduced pressure of less than 0.5 bars absolute and (c) treatment of the water with UV radiation.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und die Anordnung von Systembauteilen zum Abbau von organischen Belastungen, insbesondere Legionellen oder Keimbelastungen, in geschlossenen Wasserkreisläufen, geschlossenen Trinkwasserkreisläufen oder offenen Wasserkreisläufen auf der Grundlage von Baugruppen oder Systembauteilen zur Viskositätsänderung oder Oberflächenspannungsänderung von Wasser, der Erzeugung eines punktuell starken Unterdruckes und der Bestrahlung des so behandelten Wassers mit UV-Licht.The The invention relates to a method and the arrangement of system components for the reduction of organic loads, in particular Legionella or Germ loads, in closed water circuits, closed drinking water circuits or open water circuits based on assemblies or system components for viscosity change or surface tension change of Water, the generation of a pointwise strong negative pressure and the Irradiation of the treated water with UV light.

Bislang wurden organische Belastungen, insbesondere Belastungen mit Legionellen in geschlossenen Wasserkreisläufen, wie Trinkwasserkreisläufen aber auch in offenen Wasserkreisläufen wie z.B. an Kühltürmen oder Luftwäschern vorrangig durch thermische Ausheizung des gesamten Wassers bis zu den Abnahmestellen auf meist > 60° C oder durch Zugabe chemischer Substanzen wie Biozide reduziert oder abgebaut. Thermische Verfahren erfordern einen hohen Sicherheitsaufwand an den Abnahmestellen, da durch die hohe Temperatur die permanente Gefahr von Verbrühungen bei Personen besteht. Zudem sind die Betriebs- und Unterhaltungskosten sehr hoch. Chemische Verfahren hingegen bewirken keine dauerhaft zufrieden stellenden Erfolge, da aus Sicherheitsgründen für Personen, welche das Wasser nutzen, die Dosierungen der Chemikalien wie beispielsweise Bioziden sehr gering gehalten werden muss um Vergiftungen bei Personen zu verhindern. Andere Verfahren wiederum nutzen gezielt erzeugte Änderungen der physikalischen Kenngrößen des Wassers, wie z.B. die Viskosität oder Oberflächenspannung, in Verbindung mit der Erzeugung eines punktuell starken Unterdruckes zum Abbau der Legionellen und Keimbelastung aus. Dabei wird, wie in und OS DE 101 14 936 A1 sowie OS DE 102 53 102 A1 beschrieben, einerseits im Unterdruckbereich dieser Anlagen organisch lebendes Material, welches einen eigenen inneren Partialdruck aufweist, durch die vorhandene Druckdifferenz mechanisch zerstört und durch den im Wasser natürlich gelösten und vorhandenen Sauerstoff kalt aboxidiert.So far were organic strains, especially strains with Legionella in closed water circuits, like drinking water circuits but also in open water circuits such as e.g. at cooling towers or airwashers primarily by thermal heating of the entire water up to the delivery points to mostly> 60 ° C or through Addition of chemical substances such as biocides reduced or degraded. Thermal processes require a high level of security the points of sale, because of the high temperature the permanent Danger of scalding consists of persons. In addition, the operating and maintenance costs very high. Chemical processes, however, do not cause permanent Satisfactory success because of safety reasons for people who use the water, the dosages of chemicals such as Biocides must be kept very low to poison people to prevent. Other methods, in turn, use deliberately created changes the physical characteristics of the Water, e.g. the viscosity or Surface tension, in connection with the generation of a point strong negative pressure for Degradation of Legionella and germination. It will, as in and OS DE 101 14 936 A1 and OS DE 102 53 102 A1, on the one hand In the low-pressure area of these plants, organically living material, which has its own internal partial pressure, through the existing Pressure difference mechanically destroyed and by the naturally dissolved in the water and existing oxygen cold aboxidiert.

Gleichzeitig werden bei diesen Verfahren durch die Viskositätsänderung (das Wasser wird physikalisch dünner) die Ablagerungen in dem Rohrleitungsnetz und den Armaturen gelöst und im Wasserkreislauf der Behandlungsanlage zugeführt. Nachteilig ist, dass der Prozess des Abbaus und der Zerstörung der Keime, wie beispielsweise Legionellen, sehr langwierig ist da derartige Anlagen im Bereich der Erzeugung des Unterdruckes selten den gesamten durchgeführten Volumenstrom in den notwendigen keimtötenden Unterdruckzustand versetzen und somit mehrere Durchläufe notwendig sind.simultaneously These changes are due to the change in viscosity (the water becomes physical thinner) the deposits in the pipeline network and the fittings dissolved and in the Water cycle fed to the treatment plant. The disadvantage is that the Process of removal and destruction the germs, such as Legionella, is very tedious there such systems in the generation of negative pressure rarely the whole performed Volume flow in the necessary germicidal negative pressure state and thus several passes necessary.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine konstruktive Anlagenlösung oder eine Anordnung von für das Verfahren notwendigen Systembauteilen gegen Keimbelastungen in Wasserkreisläufen zu finden, welches den Nachteil der langen Behandlungsdauer von Systemen auf Basis der Viskositäts- oder Oberflächenspannungsänderung in Verbindung mit punktueller Erzeugung eines starken Unterdrucks (Kavitation) aufhebt oder die Behandlungsdauer reduziert.task The invention is a process and a constructive plant solution or an arrangement of for the procedure necessary system components against germ loads in water circuits to find the disadvantage of the long treatment period of Systems based on the viscosity or surface tension change in connection with selective generation of a strong negative pressure (Cavitation) or reduces the duration of treatment.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass in Reihe, vor oder nach Wasserbehandlungsanlagen auf Basis Viskositäts- oder Oberflächenspannungsänderung und Systemkomponenten oder Bauteilen zur Erzeugung eines starken Unterdrucks mittels einer Venturi- oder Lavalldüse ein Element zur Bestrahlung des durch diese Anlagen geführten Wassers mittels keimtötenden UV-Lichts angeordnet wird. Eine parallele der Venturidüse ind der Anordnung ist ebenfalls möglich.According to the invention Task solved by that in series, before or after water treatment plants based viscosity or surface tension change and system components or components for generating a strong Underpressure by means of a venturi or Lavalldüse an element for irradiation of the guided by these facilities Water by means of germicidal UV light is arranged. A parallel of the Venturi nozzle in the arrangement is also possible.

Dadurch werden Keime wie z.B. Legionellen, welche in der physikalischen Behandlungsstufe nicht oder noch nicht vollständig abgebaut werden konnten, abgetötet.Thereby germs such as e.g. Legionella, which in the physical Treatment stage could not or could not be fully degraded, killed.

Durch dieses Verfahren und die Anordnung von den Systemkomponenten wird sichergestellt, dass einerseits durch die Änderung der Viskosität oder Oberflächenspannung Keimnester und Ablagerungen im Leitungsnetz ausgespült werden, die Keime im Bereich des Unterdrucks durch die Druckdifferenz des Eigendrucks oder inneren Partialdrucks der Keime zum niedrigerem Umgebungsdruck aufreißen oder aufplatzen, also mechanisch zerstört werden, und mit dem vorhandenen, im Wasser gelösten Sauerstoff, aboxidiert und nach diesen Behandlungsstufen noch vorhandene Keime durch UV-C Licht abgetötet werden. Diese toten Keime werden über den Wasserkreislauf der physikalischen Behandlungsstufe wieder zugeführt und mit dem im Wasser gelösten Sauerstoff zu vorrangig CO2 und H2O oxidiert.By this method and the arrangement of the system components ensures that on the one hand flushed by the change in viscosity or surface tension nests and deposits in the network, the germs in the range of negative pressure by the pressure difference of the intrinsic pressure or internal partial pressure of the germs to lower ambient pressure rupture or burst open, so be mechanically destroyed, and with the existing, dissolved in water oxygen, aboxidized and after these treatment levels still existing germs are killed by UV-C light. These dead germs are recycled via the water cycle of the physical treatment stage and oxidized with the dissolved oxygen in the water to primarily CO 2 and H 2 O.

Die Erfindung wird an nachfolgender Prinzipskizze 1 und den Ausführungsbeispielen 2 bis 4, näher erläutert.The invention is based on the following schematic diagram 1 and the embodiments 2 to 4 , explained in more detail.

Es zeigenIt demonstrate

1 Beispielhafte, grundlegende erfindungsgemäße Anordnung und Verfahren anhand des Schemas eines geschlossenen Wasserkreislaufes. 1 Exemplary, basic arrangement according to the invention and method based on the scheme of a closed water cycle.

2 Einbindung des Gesamtsystems in einem geschlossenen Trinkwasserkreislauf eines Wohnobjektes 2 Integration of the entire system in a closed drinking water circuit of a residential property

3 Geschlossener Wasserkreislauf mit Kalkwandler, Venturidüse und UV-Strahler 3 Closed water cycle with Lime converter, Venturi nozzle and UV lamp

4 Verfahren und Anordnung der Systemkomponenten in einem offenen Kreislauf für Kühltürme 4 Method and arrangement of the system components in an open circuit for cooling towers

1 zeigt die grundlegende erfindungsgemäße Anordnung und das Verfahren anhand des Schemas eines geschlossenen Wasserkreislaufes. Dieser Kreislauf enthält in der Zirkulationsleitung (1) eine Systemkomponente oder Anlage, welche durch hohen kinetischen Energieeintrag über Druck- und Volumenstrom des zugeführten Wassers eine hohe Zentrifugal- und Zentripetalkraft in dieser Systemkomponente erzeugt (2), damit die Viskosität oder Oberflächenspannung stark verändert und ausgangsseitig durch eine Venturidüse (3) punktuell einen starken Unterdruck von kleiner 0,5 bar, absolut, aufbaut. Nach dieser Venturidüse (3) wird ein UV-Strahlungselement (4) in die Systemanordnung eingefügt, welches das schon behandelte Wasser nochmals einer starken, keimtötenden Lichtstrahlung aussetzt und noch vorhandene, lebende Keime abtötet. 1 shows the basic arrangement according to the invention and the method based on the scheme of a closed water cycle. This circuit contains in the circulation line ( 1 ) a system component or system which generates a high centrifugal and centripetal force in this system component by high kinetic energy input via pressure and volume flow of the supplied water ( 2 ), so that the viscosity or surface tension changes greatly and on the output side by a Venturi nozzle ( 3 ) selectively a strong negative pressure of less than 0.5 bar, absolute, builds up. After this venturi ( 3 ) is a UV radiation element ( 4 ) inserted into the system arrangement, which exposes the already treated water again a strong, germicidal light radiation and still kills existing living germs.

Anhand nachfolgender Beispiele werden die Funktionsweise und die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens und der Anordnung näher erläutert.Based Examples below are the functionality and benefits the method according to the invention and the arrangement closer explained.

Ausführungsbeispiel 1Embodiment 1

Einbindung des Gesamtsystems in einem geschlossenen Trinkwasserkreislauf eines Wohnobjektesintegration of the entire system in a closed drinking water circuit of a residential property

2 stellt die Nutzung des erfindungsgemäßen Verfahrens und den vorteilhaften Einbau der Systemkomponenten in einem geschlossenen Trinkwasserkreislauf dar. Dabei wird zunächst in Fließrichtung des Rücklaufwassers in die Zirkulationsleitung ein strömungsdynamisches System zur physikalischen Behandlung des Wassers eingebaut (2, 3). Durch den entstehenden Druck und die Fließgeschwindigkeit des Wassers wird das zugeführte Wasser in Rotation versetzt und hohe Zentrifugal- und Zentripetalkräfte sowie Scherkräfte aufgebaut. Durch diesen hohen Eintrag kinetischer Energie ändert sich die Viskosität und/oder die Oberflächenspannung des Wassers dahingehend, dass es in Folge physikalisch weicher wird und Verschmutzungen wie z.B. auch Keimnester im Rohrnetz (9) des Wasserkreislaufes lösen und ausspülen kann. 2 represents the use of the method according to the invention and the advantageous installation of the system components in a closed drinking water circuit. In this case, a flow-dynamic system for the physical treatment of the water is first installed in the flow direction of the return water in the circulation line ( 2 . 3 ). The resulting pressure and the flow rate of the water, the supplied water is set in rotation and built high centrifugal and centripetal forces and shear forces. Due to this high input of kinetic energy, the viscosity and / or the surface tension of the water changes to the effect that it subsequently becomes physically softer and soils such as, for example, also nests in the pipe network ( 9 ) of the water circuit and can rinse.

Ausgangsseitig des Systems befindet sich eine Venturidüse (3). Durch den anstehenden Druck und dem Volumenstrom bewirkt diese ausgangsseitig den Aufbau eines kurzzeitigen Unterdruckes von < 0,5 bar absolut. Durch die Druckdifferenz dieses Unterdrucks zum eigenen Partialdruck der Keime, platzen diese auf und werden somit mechanisch zerstört. Der im Wasser natürlich gelöste und mitgeführte Sauerstoff oxidiert die Keimreste vorrangig zu CO2 und H2O ab. Da der Bereich des hohen Unterdruckes nur einen Teil des Volumenstromes ausmacht, könnten Keime ausgangsseitig noch in geringer Zahl nachgewiesen werden. Um dies auszuschließen wird ausgangsseitig das Wasser mit UV-Licht (4) bestrahlt. Dies bewirkt, dass durchgeschleppte Keime abgetötet werden. Durch den Kreislauf des Wassers werden diese Keimreste der vorangestellten Anlagenkomponente wieder zugeführt und hier vernichtet, d.h. aboxidiert.On the output side of the system is a Venturi nozzle ( 3 ). Due to the pending pressure and the volume flow, this causes on the output side a short-term negative pressure of <0.5 bar absolute. Due to the pressure difference of this negative pressure to the own partial pressure of the germs, they burst and are thus mechanically destroyed. The naturally dissolved and entrained oxygen in the water oxidizes the germ residues primarily to CO 2 and H 2 O. Since the range of high negative pressure only makes up part of the volume flow, germs could be detected on the output side in small numbers. To exclude this, on the output side, the water is exposed to UV light ( 4 ) irradiated. This causes towed germs to be killed. Due to the circulation of the water, these germ residues are returned to the upstream plant component and destroyed here, ie aboxidized.

Ausführungsbeispiel 2Embodiment 2

Geschlossener Wasserkreislauf mit Kalkwandler, Venturidüse und UV-StrahlerClosed water cycle with lime converter, Venturi nozzle and UV emitters

3 zeigt eine weitere vorteilhafte Ausführung des Verfahrens und der Anordnung der Systembauteile in einem geschlossenen Wasserkreislauf eines Wohnobjektes. 3 shows a further advantageous embodiment of the method and the arrangement of the system components in a closed water cycle of a residential object.

Zunächst wird das Wasser durch einen physikalischen Kalkwandler (5) geführt, welcher permanentmagnetisch oder auf Basis Elektromagnetismus arbeitet. Aufgrund der Eigenschaft, die Viskosität und/oder Oberflächenspannung herabzusetzen, ist das Wasser in der Lage, in Folge im Wasserkreislauf (9) Ablagerungen und Keimnester aus den Rohrleitungen zu lösen. Die nach dem Kalkwandler (5) angeordnete Venturidüse (3) erzeugt punktuell einen starken Unterdruck in einem Teil des Volumenstromes, so dass mitgeführte Keime in diesem Bereich aufplatzen, das heißt, mechanisch zerstört werden. Eine teilweise Oxidation erfolgt durch den im Wassergelösten gelösten Sauerstoff. Nachgeordnet befindet sich ein UV-Strahlungselement (4), welches noch vorhandene Keime abtötet. Um den ausgangsseitig geringeren Druck wieder anzuheben folgt als letztes Teil eine Druckerhöhungspumpe (6), welche den Netzdruck wieder herstellt.First, the water is passed through a physical lime converter ( 5 ), which works permanent magnetic or based on electromagnetism. Due to the property of decreasing the viscosity and / or surface tension, the water is able to run in succession in the water cycle ( 9 ) To remove deposits and germ-nests from the pipelines. The after the lime converter ( 5 ) arranged Venturi ( 3 ) generates selectively a strong negative pressure in a part of the volume flow, so that entrained germs burst in this area, that is, be mechanically destroyed. A partial oxidation is carried out by the dissolved in water dissolved oxygen. Downstream is a UV radiation element ( 4 ), which kills any remaining germs. In order to raise the lower pressure on the output side, the last part is a pressure booster pump ( 6 ), which restores the network pressure.

Ausführungsbeispiel 3Embodiment 3

Verfahren und Anordnung der Systemkomponenten in einem offenen Kreislauf für KühltürmeMethod and arrangement the system components in an open circuit for cooling towers

4 zeigt die vorteilhafte Anwendung des Verfahrens und der Anordnung der Systemkomponenten in einem offenen Kühlkreislauf für Kühltürme. Dabei wird durch eine Pumpe (7) das Wasser aus dem Behälter (8) einem Systembauteil (2) zugeführt, welches auf Basis hoher Zentrifugal- und Zentripetalkräfte sowie ausgangsseitig angeordnete Venturidüse (3) die Viskosität und/oder Oberflächenspannung des Wassers ändert, hohe Scherkräfte zur mechanischen Zerstörung von mitgeführten organischen Belastungen, wie beispielsweise Legionellen aufbaut und ausgangsseitig über die punktuelle Erzeugung eines hohen Unterdrucks von < 0,7 bar absolut, Organismen aufgrund deren Eigendruck aufplatzen lässt, also mechanisch zerstört. Durch den mitgeführten und im Wasser gelösten Sauerstoff erfolgt zusätzlich eine Oxidation der organischen Reste. Nach diesen Systembauteilen (2, 3) wird in Fließrichtung ein UV-Strahlungselement (4) zur Abtötung noch vorhandener und in den Systembauteilen (2, 3) nicht zerstörten und getöteten Keimen angeordnet. Das Wasser wird danach gereinigt und keimarm wieder dem Behälter (8) zugeführt. 4 shows the advantageous application of the method and the arrangement of the system components in an open cooling circuit for cooling towers. This is done by a pump ( 7 ) the water from the container ( 8th ) a system component ( 2 ), which is based on high centrifugal and centripetal forces and on the output side Venturi ( 3 ) changes the viscosity and / or surface tension of the water, high shear forces for the mechanical destruction of entrained organic loads, such as Legionella builds up and the output side via the selective generation a high negative pressure of <0.7 bar absolute, organisms can burst due to their inherent pressure, ie mechanically destroyed. Due to the entrained and dissolved in the water oxygen is also an oxidation of the organic radicals. After these system components ( 2 . 3 ) is a UV radiation element in the flow direction ( 4 ) to kill even existing and in the system components ( 2 . 3 ) not destroyed and killed germs arranged. The water is then cleaned and germ-free again the container ( 8th ).

11
Zirkulationsleitungcirculation line
22
strömungsdynamisches Wasserbehandlungssystemfluid dynamics Water treatment system
33
Venturidüse od. LavaldüseVenturi nozzle or Laval nozzle
44
UV-StrahlungselementUV radiation element
55
physikalischer Kalkwandlerphysical Kalkwandler
66
DruckerhöhungspumpeBooster pump
77
Pumpepump
88th
offener Behälteropen container

Claims (6)

Verfahren und Anordnung von Systembauteilen zur Reduzierung von Keimen, insbesondere Legionellen, in geschlossenen und offenen Wasserkreisläufen oder Behältern dadurch gekennzeichnet, dass die Verfahrensstufen aus einer mechanischen Behandlungsstufe durch Änderung der Oberflächenspannung und/oder Viskosität, der Erzeugung eines punktuellen Unterdrucks von kleiner 0,5 bar absolut und einer Behandlung des Wassers durch UV-Strahlung besteht.Method and arrangement of system components for reducing germs, especially Legionella, in closed and open water circuits or containers, characterized in that the process steps from a mechanical treatment stage by changing the surface tension and / or viscosity, the generation of a selective negative pressure of less than 0.5 bar Absolutely and there is a treatment of the water by UV radiation. Verfahren und Anordnung von Systembauteilen nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass in geschlossenen oder offenen Wasserkreisläufen der UV-Strahler vor oder nach der physikalischen Wasserbehandlung angeordnet sein kann.Method and arrangement of system components according to Claim 1, characterized in that in closed or open Water cycles of the UV emitter before or may be arranged after the physical water treatment. Verfahren und Anordnung von Systembauteilen nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass in geschlossenen oder offenen Wasserkreisläufen der UV-Strahler parallel zur physikalischen Wasserbehandlung angeordnet ist.Method and arrangement of system components according to Claim 1, characterized in that in closed or open Water cycles of the UV lamp parallel for physical water treatment is arranged. Verfahren und Anordnung von Systembauteilen nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die physikalisch Behandlung zur Änderung der Oberflächenspannung oder Viskosität durch eine Anlage oder Systemkomponente, welche im Wasser durch hohen kinetischen Energieeintrag über Volumenstrom und Vordruck, dieses in Rotation versetzt und damit hohe Zentrifugal- und Zentripedalkräfte sowie Scherspannungen aufbaut, besteht.Method and arrangement of system components according to Claim 1, characterized in that the physically treatment to change the surface tension or viscosity by a plant or system component, which in the water by high kinetic energy input via Volume flow and form, this set in rotation and thus builds up high centrifugal and centripetal forces as well as shear stresses, consists. Verfahren und Anordnung von Systembauteilen nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die physikalische Behandlungsstufe des Wassers aus einem auf elektromagnetischer oder permanentmagnetischer Basis arbeitenden Kalkwandler besteht.Method and arrangement of system components according to Claim 1, characterized in that the physical treatment stage of water from an electromagnetic or permanent magnetic Base working lime converter exists. Verfahren Anordnung von Systembauteilen nach den Ansprüchen 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass statt des UV-Strahlers eine Ultraschallanlage verwendet werden kann.Method of arranging system components according to the claims 1 to 5, characterized in that instead of the UV lamp a Ultrasonic equipment can be used.
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