DE102004045915A1

DE102004045915A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Desinfektion von Wasser

Info

Publication number: DE102004045915A1
Application number: DE200410045915
Authority: DE
Inventors: Andreas Schmid
Original assignee: Schmid Andreas Dr-Ing Msc
Current assignee: Schmid Andreas Dr-Ing Msc
Priority date: 2004-09-20
Filing date: 2004-09-20
Publication date: 2006-03-30

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Desinfizieren von Wasser, wobei das zu desinfizierende Wasser in einer Rohrleitung (2, 4) und durch wenigstens eine in der Rohrleitung (2, 4) angeordnete Verengung (3) so geführt wird, daß die Fließgeschwindigkeit des zu desinfizierenden Wassers bei Durchtritt durch die Verengung (3) unter abnehmendem Druck erhöht und in dem zu desinfizierenden Wasser Kavitation erzeugt wird, wobei die Kavitation in der Rohrleitung (4) steuerbar aufrechterhaltbar ist, so daß das Wasser desinfiziert wird. DOLLAR A Die Erfindung betrifft des weiteren eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Desinfektion von Wasser.
Trinkwasser oder auch allgemein zur Nutzung von Mensch und Tier verwendetes Wasser muß möglichst frei von Krankheitserregern sein, um Erkrankungen des Menschens bzw. des Tieres vorzubeugen. Aufgrund des zunehmenden weltweiten Pro-Kopf-Wasserverbrauchs sowie der gleichzeitigen Erschöpfung natürlicher Resourcen an nicht-kontaminiertem Wasser, kommt der Desinfektion von Wasser oder aufbereitetem Wasser eine zunehmende Bedeutung zu.
Beispielsweise in Bereichen der Klärwerkstechnik bzw. der Aufbereitung von Oberflächenwasser muß eine Kontamination der Gewässer mit Parasiten vermieden werden bzw. die Entfernung von im Wasser vorhandenen Parasiten sicher gestellt sein. Auch in anderen Bereichen, beispielsweise in Schwimmbädern muß sichergestellt sein, daß vorhandene Parasiten, üblicherweise Bakterien und Viren, zuverlässig abgetötet werden.
Zur Desinfektion werden dem Wasser üblicherweise chemische Desinfektionsmittel, beispielsweise Chlor oder Ozon, zugesetzt.
Die Handhabung solcher Zusatzstoffe ist gefährlich und erfordert das Vorhandensein teurer und aufwendiger Desinfektionsvorrichtungen sowie zu deren Betrieb gut geschultes Personal. Weiterhin ist nachteilig, daß bei den Menschen insbesondere bei Verwendung von Chlor Reizungen von Schleimhäuten und Allergien ausgelöst werden können. Darüber hinaus treten zunehmend Parasiten auf, die gegenüber den zur Desinfektion von Wasser verwendeten Mengen an Chlor resistent sind.
Schließlich weisen die herkömmlichen Desinfektionsverfahren – insbesondere unter Berücksichtigung der bei der Herstellung der chemischen Desinfektionsmittel erforderlichen Energie – einen beträchtlichen Energieverbrauch auf Es besteht mithin ein Bedarf, die Wasserdesinfektion mit einer apparativ einfachen und mithin störungsunanfälligen Vorrichtung bei gleichzeitig niedrigen Energiekosten durchführen zu können.

Eine Aufgabe der Erfindung ist es mithin, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Desinfektion von Wasser bereitzustellen. Insbesondere ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung, das bzw. die in konstruktiver und regelungstechnischer Hinsicht einfach ist und eine wirksame Desinfektion von Wasser bei geringem Energieverbrauch ermöglicht, bereitzustellen.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Desinfizieren von Wasser gelöst, wobei das zu desinfizierende Wasser in einer Rohrleitung und durch wenigstens eine in der Rohrleitung angeordnete Verengung so geführt wird, daß die Fließgeschwindigkeit des zu desinfizierenden Wassers bei Durchtritt durch die Verengung unter abnehmendem Druck erhöht und in dem zu desinfizierenden Wasser Kavitation erzeugt wird, wobei die Kavitation in der Rohrleitung steuerbar aufrecht erhaltbar ist, so daß das Wasser desinfiziert wird.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen 2 bis 24 angegeben.

Die nachstehend im Hinblick auf das Verfahren gegebenen Erläuterungen gelten entsprechend für die erfindungsgemäße Vorrichtung.

Unter zu „desinfizierendem Wasser" wird im Sinne der Erfindung jegliche Wasserqualität verstanden, bei der das Wasser einer Desinfektion unterzogen werden muß, weil es beispielsweise mit Parasiten, Viren, Prionen und/oder Mikroorganismen belastet ist oder sein kann.

Insbesondere werden erfindungsgemäß unter „zu desinfizierendem Wasser" Abwasser, Rohwasser, Industriebabwässer, Brunnenwasser, Grundwasser, Trinkwasser, noch aufzubereitendes Trinkwasser, Wasser in Schwimmbädern, Aquariumwasser oder Kondenswasser, wie es beispielsweise in Klimaanlagen kondensiert, verstanden. Im Folgenden wird zur Vereinfachung der von „zu desinfizierendem Wasser" gesprochen.

Unter „Mikroorganismen" wird im Sinne der Erfindung jegliches biologische Material verstanden, daß beim Menschen zu einer Beeinträchtigung der Gesundheit oder des Wohlbefindens führt oder führen kann. „Mikroorganismen" können im Sinne der vorstehenden Definition dabei beispielsweise Prokaryoten, Eukaryoten oder andere Krankheitskeime bzw. -erreger oder Parasiten sein, die vorzugsweise in wässrigem Milieu leben oder leben können.

Vorzugsweise werden die im Wasser enthaltenen Mikroorganismen, Parasiten, Viren und/oder Prionen nahezu vollständig, vorzugsweise vollständig, unschädlich gemacht bzw. abgebaut. Für die Zwecke der Erfindung reicht es aus, wenn die Konzentration der Mikroorganismen, Parasiten, Viren und/oder Prionen soweit abgesenkt wird, daß die im Wasser nach der Durchführung des erfindungsgemäßen Desinfektionsverfahren verbliebenen Mikroorganismen, Parasiten, Viren und/oder Prionen bei Kontakt mit Menschen und/oder Tieren oder bei Aufnahme durch den Menschen bzw. durch Tiere keine Beeinträchtigung der Gesundheit oder des Wohlbefindens auslösen.

Das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die erfindungsgemäße Vorrichtung eignen sich insbesondere auch für die Aufbereitung von zu desinfizierendem Wasser, das in großen Volumina anfällt. Somit kann die vorliegende Erfindung vorteilhafterweise bei der Desinfektion von Abwasser, Oberflächenwasser, Karstwasser, Grundwasser, Regenwasserüberläufen, Trinkwasser, Rohwasser, Brunnenwasser, Schwimmbad-Wasser, etc. eingesetzt werden, bei denen täglich bspw. mehrere 100 bis mehrere 1000 m³ an Wasser aufbereitet werden müssen.

Das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die erfindungsgemäße Vorrichtung kann beispielsweise bei der Aufbereitung von Brunnenwasser aus mit Parasiten, Viren Prionen und/oder Mikroorganismen kontaminierten Brunnen verwendet werden. Aufgrund des einfachen Konstruktionsprinzips der erfindungsgemäßen Vorrichtung eignet sich diese insbesondere zum Einsatz in der Dritten Welt.

Das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die erfindungsgemäße Vorrichtung kann bspw. mithin dabei helfen, die auf eine viruelle, parasitäre oder mikrobielle Kontamination von Trinkwasser zurückzuführenden, oft lebensbedrohenden Durchfallerkrankungen zurückzudrängen.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Kavitation hydrodynamisch erzeugt.

Die Kavitation wird mithin nicht durch Einstrahlung von äußerer Energie, beispielsweise von Ultraschall, erzeugt. Vorteilhafterweise kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Kavitation zeitlich und räumlich aufrechterhalten werden und somit der Wirkungsgrad des erfindungsgemäßen Verfahrens ohne weiteres und in gewünschter Weise erhöht werden.

Vorteilhafterweise wird bei den erfindungsgemäßen Verfahren ein wirksamer Abbau von Mikroorganismen, Parasiten, Viren und/oder Prionen bzw. eine effiziente Aufbreitung von zu desinfizierendem Wasser, vorzugsweise ohne Einstrahlung zusätzlicher Energie, bspw. in Form von hochenergetischer UV-Strahlung, erreicht. Darüber hinaus ist auch keine thermische Behandlung, d.h. kein Abkochen des zu desinfizierenden Wassers erforderlich.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Entstehung der Kavitation steuerbar, in dem der Innendurchmesser der Rohrleitung so gewählt wird, daß der Innendurchmesser an der Verengung am geringsten ist und der Innendurchmesser der Rohrleitung anströmseitig vor der Verengung des Innendurchmesser größer ist als der Innendurchmesser der Rohrleitung abströmseitig nach der Verengung.

Weiterhin kann die Dauer der Kavitation über die Länge der abströmseitigen nach der Verengung angeordneten Rohrleitung gesteuert werden.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die im zu desinfizierenden Wasser bei Durchtritt durch die Verengung erzeugte Kavitation in der nach der Verengung angeordneten Rohrleitung aufrechterhalten. Über den Innendurchmesser der nachgeordneten Rohrleitung und/oder über die Länge der nach der Verengung angeordneten Rohrleitung, kann die Aufrechterhaltung bzw. die Dauer der Kavitation gesteuert und mithin der Wirkungsgrad der Vorrichtung bzw. des Verfahren erhöht werden. D.h., wenn die nach der Verengung angeordnete Rohleitung verlängert wird, verlängert sich auch die zeitliche und räumliche Einwirkung der Kavitation auf das zu desinfizierende Wasser.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Innendurchmesser der Verengung in der Rohrleitung variierbar. Bspw. kann die Verengung als solche mechanisch verstellbar sein. Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Verengung auch mit der vor bzw. nach der Verengung angeordneten Rohrleitung lösbar verbunden sein. Das heißt, die Verengung und die Rohrleitungen können sowohl einstückig als auch mehrstückig ausgebildet sein. Es ist mithin möglich, eine Verengung, bspw. eine Düse, entsprechend den äußeren Bedingungen auszuwählen und zwischen den Rohrleitungen anzuordnen.

In Abhängigkeit von den äußeren Bedingungen, bspw. der Leistungsstärke einer zur Förderung des zu desinfizierenden Wassers durch die Rohrleitung verwendeten Pumpe oder aber auch der in dem zu desinfizierenden Wasser befindlichen Mikroorganismen, Parasiten, Viren und/oder Prionen kann der Innendurchmesser vor und nach der Verengung bzw. der Innendurchmesser der Verengung als auch die Länge der nach der Verengung angeordneten Rohrleitung entsprechend gewählt und eingestellt werden.

Vorteilhafterweise entstehen durch die erzeugte Kavitation bei dem erfindungsgemäßen Verfahren weder an der Verengung noch an der in Fließrichtung des zu desinfizierenden Wassers nachgeordneten Rohrleitung mit gegebenenfalls angeordneten Armaturen Abrasion oder sonstige Schädigungen.

Es wird vermutet, daß die Kavitationsblasen aufgrund eines höheren Drucks an der Wandung des Strömungsrohrs überwiegend in der Mitte des Strömungsrohrs auftreten. Durch eine vorzugsweise geradlinige Strömung entsteht ein konzentrisches Druckpolster an der Wandung des Strömungsrohrs, was verhindert, daß Kavitationsblasen an der Wandung des Strömungsrohrs auftreten. Die in der Mitte der Strömung auftretenden Kavitationsblasen kommen mithin nicht in Kontakt mit der Wandung des Strömungsrohrs und können insoweit auch zu keiner Abrasion führen.

Es kann vorteilhaft sein, die in dem zu desinfizierenden Wasser mitgeführten oder enthaltenen Gasblasen vor dem Einbringen in die Rohrleitung wenigstens teilweise zu entfernen. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird das zu desinfizierende Wasser durch Fördern aus einem getauchten Schacht wenigstens teilweise von mitgeführten oder enthaltenen Gasblasen befreit. Dabei wird vorzugsweise eine Tauchpumpe in dem getauchten Schacht angeordnet, um das zu desinfizierende Wasser in die Rohrleitung zu fördern.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform beträgt die Reynoldszahl des durch die Rohrleitung geführten zu desinfizierenden Wassers wenigstens 100.000, bevorzugt wenigstens 250.000, weiter bevorzugt wenigstens 500.000.

Vorzugsweise ist die wenigstens eine Verengung eine Düse. Vorzugsweise weist die Düse die Geometrie einer Lavaldüse auf. Es hat sich überraschenderweise gezeigt, daß die Geometrie einer Lavaldüse sich besonders gut bei der vorliegenden Erfindung eignet.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist wenigstens ein Feststoffmaterial, vorzugsweise wenigstens ein Opfermaterial, in dem zu desinfizierenden Wasser zusätzlich angeordnet oder wird dem zu desinfizierenden Wasser zusätzlich zugesetzt. Das zugesetzte bzw. angeordnete Feststoffmaterial ist dabei vorzugsweise im wesentlichen chemisch inert, d.h. weist keine besondere chemische Reaktivität auf.

Es hat sich überraschenderweise gezeigt, daß die Kavitation durch Anordnung wenigstens eines Feststoffmaterials in der erfindungsgemäßen Vorrichtung beeinflußt werden kann.

Bei der Kavitation entstehen Hohlräume bzw. Blasen in einer Flüssigkeit, d.h. vorliegend in dem zu desinfizierenden Wasser. In diese Hohlräume bzw. Blasen diffundieren die in der Flüssigkeit gelösten Gase hinein. Steigt der Druck in der Flüssigkeit wieder an, kollabieren die Gasblasen durch den äußeren Druck. Während des Blasenkollaps wird der Blaseninhalt so stark komprimiert, daß lokal hohe Drücke, bis zu einigen hundert bar und hohe Temperaturen von mehreren hundert Kelvin erzeugt werden. Bei diesem Vorgang wird das Gas in der Blase ionisiert und es entstehen Radikale. Des weiteren entstehen während des Kollaps der Kavitationsblasen Schockwellen. Falls sich die Kavitationsblasen in der Nähe von festen Oberflächen befinden, tritt ein Flüssigkeitsjet durch die Kavitationsblase hindurch. Diese Flüssigkeitsjets besitzen dann eine Kraft, mit der sie bspw. Partikel von festen Oberflächen ablösen bzw. feste Materialien durch Erosion zerstören.

Erfolgt der Kollaps der Kavitationsblasen in der Flüssigkeit, so entstehen Schockwellen, die symmetrisch nach außen verlaufen und deren Druckstoß einige hundert bar erreichen kann. Eine solcher Kollaps wird im folgenden auch als symmetrischer Kollaps bezeichnet.

Erfolgt der Kollaps der Kavitationsblase jedoch nicht frei in der Flüssigkeit, sondern in der Nähe einer Grenzfläche zu einer Festphase, so verläuft der Kollaps nicht symmetrisch, sondern vielmehr asymmetrisch. Eine solcher Kollaps wird im folgenden auch als asymmetrischer Kollaps bezeichnet. Infolge des gestörten Kollaps wird die Blase deformiert und es kommt zur Ausbildung eines Flüssigkeitsjets. Darüber hinaus bewirkt ein solcher asymmetrischer Kollaps einen verstärkten Flüssigkeitsfluß in der Nähe der Blase. Die Schockwellen und der verstärkte Flüssigkeitsfluß können weiterhin einen starken Scherstreß in der Flüssigkeit verursachen. Die bei einem asymmetrischen Kollaps einer Kavitationsblase lokal an der Spitze eines Flüssigkeitsjets entstehenden Drücke von mehreren tausend bar und Temperaturen von mehreren tausend Kelvin und liegen somit regelmäßig über denen bei einem symmetrischen Kollaps, so daß die im Wasser enthaltenen Mikroorganismen, Parasiten, Viren und/oder Prionen äußerst wirksam unschädlich gemacht werden bzw. die Konzentration der Mikroorganismen, Parasiten, Viren und/oder Prionen auf für den Menschen oder Tiere unschädliche Konzentrationen abgesenkt wird.

Über die Anordnung eines Feststoffmateriales in der Kavitationszone oder dem Kavitationsbereich bzw. durch die Zugabe von Feststoffmaterialien in die erfindungsgemäße Vorrichtung, so daß diese in die Kavitationszone bzw. den Kavitationsbereich gelangen, wird die Entstehung asymmetrischer Kavitationsblasen stark begünstigt.

Unter Kavitationszone bzw. Kavitationsbereich wird der Bereich in der stromabwärts nach der Verengung angeordneten Rohrleitung verstanden, in dem die Kavitation entsteht bzw. aufrechterhalten wird.

Es hat sich überraschend gezeigt, daß durch Induktion von asymmetrisch kollabierenden Kavitationsblasen der Wirkungsgrad bei der Behandlung von zu desinfizierendem Wasser signifikant erhöht wird. Das in die Kavitationszone bzw. den Kavitationsbereich zugegebene Feststoffmaterial bzw. das in der Kavitationszone oder dem Kavitationsbereich angeordnete Feststoffmaterial ist dabei vorzugsweise ein Opfermaterial, das bei längerer Verwendung erodiert bzw. verbraucht wird.

D.h., im Sinne der vorliegenden Erfindung wird unter dem Begriff „Opfermaterial" ein Festphasen- oder Feststoffmaterial verstanden, das während des Verfahrens über die Zeit verbraucht wird und in bestimmten Zeitabständen erneuert werden muß.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das wenigstens eine zusätzliche Feststoffmaterial partikulär. Dabei kann das wenigstens eine partikuläre Feststoffmaterial anorganische Feststoffe, vorzugsweise mineralische Partikel, wie z.B. Sand oder Gesteinspartikel, umfassen. Als Partikel können auch metallische Partikel, wie bspw. Metallspäne, insbesondere Eisenspäne, verwendet werden.

Das wenigstens eine partikuläre Feststoffmaterial kann aber auch organische Feststoffe umfassen. Bspw. können Polyethylen- oder Polypropylengranulate verwendet werden. Selbstverständlich können auch andere Kunststoffmaterialien verwendet werden.

Gemäß einer bevorzugten Variante werden als organische Feststoffmaterialien recycelte Kunststoffe verwendet. Bspw. können als organische Feststoffmaterialien zerkleinerte bzw. granulierte recycelte Kunststoffe verwendet werden. D.h., das Kunststoffmaterial liegt vorzugsweise in Granulatform vor.

Die Partikelgröße liegt dabei vorzugsweise in einem Bereich von 1 μm bis 5 mm, weiter bevorzugt von 10 μm bis 500 μm.

Das partikuläre anorganische oder organische Feststoffmaterial wird dabei vorzugsweise in die vor der Verengung angeordnete Rohrleitung eingebracht. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann das granuläre anorganische oder organische Material beim Fördervorgang des zu desinfizierenden Wassers in die vor der Verengung angeordnete Rohrleitung eingebracht werden.

Überraschenderweise kommt es zu keiner Erosion der Innenwandung der nach der Verengung angeordneten Rohrleitung. Es wird vermutet, daß, da die Kavitationsblasen sich in der Mitte der Strömung befinden, eine asymmetrischer Kollaps von Kavitationsblasen auch nur in der Mitte der Strömung induziert werden kann und somit keine Schädigungen an der Rohrleitung verursacht werden.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird das wenigstens eine zusätzliche Feststoffmaterial abströmseitig nach der Verengung in der Rohrleitung, vorzugsweise im wesentlichen zentrosymmetrisch zur Längsachse der Rohrleitung, angeordnet.

Weiterhin ist es bevorzugt, daß das wenigstens eine zusätzliche Feststoffmaterial vorzugsweise zur Innenwandung der Rohrleitung beabstandet angeordnet ist. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das wenigstens eine zusätzliche Feststoffmaterial faden- oder bandartig, vorzugsweise flexibel, ausgebildet.

Es hat sich gezeigt, daß bspw. Fäden oder Bänder in der nach der Verengung angeordneten Rohrleitung angeordnet werden können, um einen asymmetrischen Kollaps von Kavitationsblasen zu bewirken. Als fadenförmiges oder bandförmiges Feststoffmaterial können flexible oder steife Materialien aus Naturfasern, Metallfasern oder aber auch Kunststoffmaterialien verwendet werden.

Die Anordnung von Kunststoffäden, bspw. Nylonfäden, in der nach der Verengung nachgeordneten Rohrleitung hat zu einer Verbesserung des Wirkungsgrades des erfindungsgemäßen Verfahrens geführt. Anstelle von Kunststoffäden bzw. -bändern können selbstverständlich auch Fäden oder Bänder aus Naturfasern oder Metallfasern, bspw. Eisen- oder Stahlfasern, verwendet werden. Selbstverständlich können auch Fäden oder Bänder aus mineralische Fasern, bspw. aus Steinwolle, verwendet werden.

Weiterhin ist es bevorzugt, daß das faden- oder bandartige Feststoffmaterial Verdickungen, vorzugsweise knotenartige Verdickungen, aufweist. Die Verdickungen oder Knoten können bspw. in einem Abstand von etwa 1 cm bis etwa 50 cm, vorzugsweise von etwa 5 cm bis etwa 25 cm, weiter vorzugsweise von etwa 10 cm bis etwa 20 cm, vorgesehen sein.

Überraschenderweise hat sich gezeigt, daß bei Anordnung von Knoten in regelmäßigen oder unregelmäßigen Abständen bei den in der Kavitationszone bzw. im Kavitationsbereich angeordneten Fäden ein asymmetrischer Kollaps von Kavitationsblasen begünstigt wird.

Die Fäden bzw. Bänder sind dabei an oder hinter der Verengung angeordnet und erstrecken sich im vorzugsweise im wesentlichen über die Länge der Kavitationszone bzw. des Kavitationsbereichs in der nach der Verengung angeordneten Rohrleitung. Die Fäden bzw. Bänder sind Opfermaterialien, die nach einer gewissen Betriebsdauer in Abhängigkeit von den äußeren Randbedingungen erneuert werden müssen.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Feststoffmaterial als ein in der nach der Verengung angeordneten Rohrleitung angeordnetes Innenrohr ausgebildet, wobei die Außenwandung des Innenrohrs zur Innenwandung der Rohrleitung beabstandet ist.

Es hat sich überraschenderweise gezeigt, daß ein vorzugsweise konzentrisch in der Rohrleitung angeordnetes Innenrohr zu einer Verbesserung des Wirkungsgrads der Desinfektion des Wassers führt. Das Innenrohr weist dabei einen solchen Außendurchmesser auf, so daß das Innenrohr in einem geeigneten Abstand zur Innenwandung der Rohrleitung angeordnet werden kann. Die Anordnung kann bspw. über Abstandhalter, die zwischen der Innenwandung der Rohrleitung und der Außenwandung des Innenrohrs angebracht sind, bewirkt werden.

Anstelle des Innenrohrs kann auch ein massiver Stab verwendet werden. Vorzugsweise wird jedoch ein Innenrohr verwendet, um einen möglichst geringen Strömungswiderstand bei gleichzeitig großer Oberfläche zu erzeugen. Darüber hinaus kann ein Innenrohr sowohl an der Außenseite, d.h. auf der der Innenwandung der Rohrleitung zugewandten Seite des Innenrohrs, als auch in dem Innenbereich des Innenrohrs zu einem asymmetrischen Kollaps von Kavitationsblasen führen.

Um eine gegebenenfalls negative Beeinflussung der Strömung des zu desinfizierenden Wassers in der nach der Verengung angeordneten Rohrleitung und eine gegebenenfalls auftretende Abrasion der Abstandshalter durch Kavitationseinflüsse zu vermeiden, wird gemäß einer bevorzugten Ausführungsform das Innenrohr über eine Halterung, die bspw. nach dem Ende des Kavitationsbereiches in der Rohrleitung, wo der Innendurchmesser so vergrößert ist, daß in diesem Bereich keine Kavitation mehr auftritt, angeordnet ist, in der erfindungsgemäßen Vorrichtung befestigt.

Es hat sich gezeigt, daß sich insbesondere Innenrohre mit einer rauhen Oberfläche für das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die erfindungsgemäße Vorrichtung besonders eignen. Es wird vermutet, daß eine rauhe Oberfläche des Innenrohrs den asymmetrischen Kollaps von Kavitationsblasen stark begünstigt.

Die mittlere Rauhtiefe der Oberfläche des Innenrohrs liegt vorzugsweise in einem Bereich von 1 μm bis 50 μm, weiter bevorzugt von 3 μm bis 10 μm.

Bspw. kann das Innenrohr aus minderwertigem Stahl oder aus Gußeisen hergestellt sein, die üblicherweise eine geeignete Oberflächenrauheit aufweisen.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die in dem zu desinfizierenden Wasser enthaltenen Mikroorganismen Bakterien, Pilze, Sporen und/oder Eukaryoten. Die Pilze können beispielsweise Aspergillen sein.

Die Bakterien werden vorzugsweise aus der Gruppe ausgewählt, die aus E. coli, Enterokokken, Streptokokken, Salmonellen, Legionellen, Clostridin, Pseudomonas, coliformen Bakterien, Cryptosporidienoocysten, Giardacysten und Mischungen davon besteht.

Mit der vorliegenden Erfindung kann beispielsweise mit Clostridium perfringens, Cryptosporidium parvum und/oder Giardia lamblia belastetes Wasser desinfiziert werden.

Die Eukaryoten können neben Pilzen auch beispielsweise Hefen sein. So kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bzw. der erfindungsgemäßen Vorrichtung das Abwasser von Brauereien oder Wein erzeugenden Betrieben desinfiziert werden.

Vorzugsweise werden in dem Wasser vorhandene partikuläre Materialien und/oder Schwebstoffe aus dem zu desinfizierenden Wasser vor der Erzeugung der Kavitation und/oder aus dem desinfizierten Wasser nach der Kavitation abgetrennt. Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung erfolgt das Abtrennen vorhandener partikulärer Materialien und/oder Schwebstoffe durch Filtrieren. Das gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren aufbereitete Wasser kann dann vorzugsweise direkt verwendet werden, d.h. beispielsweise als Trinkwasser, Brauchwasser, Schwimmbad-Wasser, Aquariumwasser, etc..

Obgleich das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Desinfektion von Wasser ohne zusätzliche chemische Desinfektion ermöglicht, können gemäß einer Weiterbildung der Erfindung dem zu desinfizierenden Wasser auch Zusatzstoffe zugesetzt werden.

Als Zusatzstoffe werden vorzugsweise reaktive Spezies wie Radikalbildner, Chlor, Ozon, Wasserstoffperoxid oder Peroxid-freisetzende Stoffe, verwendet.

Als Zusatzstoffe können allgemein auch Bakterizide und/oder Fungizide verwendet werden. Als bakterizide Zusatzstoffe können beispielsweise Metallsalze wie Silber- und/oder Kupfersalze verwendet werden.

Es hat sich gezeigt, daß bei einer Kombination des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einer herkömmlichen chemischen Desinfektion auch sehr widerstandsfähige Mikroorganismen, Parasiten, Viren und/oder Prionen zerstört werden können.

Bei sehr widerstandsfähigen Mikroorganismen, Parasiten, Viren und/oder Prionen kann es von Vorteil sein, wenn dem zu desinfizierenden Wasser auch reaktive Spezies wie Radikalbildner, insbesondere die vorgenannten reaktiven Substanzen, zugesetzt werden. Die gleichzeitige Einwirkung von Kavitation und reaktiven Spezies wie Radikalbildnern oder stark oxidativen Substanzen wie Chlor kann die Effektivität des erfindungsgemäßen Verfahrens weiter steigern. Da bei dem erfindungsgemäßen Verfahren äußerst vorteilhaft die Dauer der Kavitationseinwirkung auf das zu desinfizierende Wasser eingestellt werden kann, kommt es bei gleichzeitigem Zusatz der vorgenannten reaktiven Substanzen zu einer zuverlässigen Desinfektion.

Es ist selbstverständlich auch möglich, das zu desinfizierende Wasser zunächst mit reaktiven Substanzen, wie Ozon, Chlor, Wasserstoffperoxid, etc., zu behandeln und nachfolgend das zu desinfizierende Wasser mit Kavitation zu beaufschlagen. Die Kaviationsbehandlung kann selbstverständlich auch vor der Behandlung des zu desinfizierenden Wassers mit reaktiven Substanzen durchgeführt werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die erfindungsgemäße Vorrichtung erlaubt mithin die Unschädlichmachung von widerstandsfähigen Mikroorganismen, Parasiten, Viren und/oder Prionen, beispielsweise chlorresistenten bzw. stark chlorresistenten Mikroorganismen, Parasiten, Viren und/oder Prionen, die eine herkömmliche unter Verwendung von Chlor durchgeführte Wasserdesinfizierung überleben.

Darüber hinaus hat sich gezeigt, daß bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens die Menge an zuzusetzenden Zusatzstoffen deutlich verringert werden kann. Das heißt, das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht die Zerstörung sehr widerstandsfähiger Mikroorganismen, Parasiten, Viren und/oder Prionen, wobei gegenüber dem Stand der Technik deutlich geringere Mengen an Zusatzstoffen, wie beispielsweise Chlor, Ozon oder Peroxiden, zugesetzt werden müssen. Damit ist das erfindungsgemäße Verfahren äußerst umweltfreundlich.

Vorteilhafterweise ist das Verfahren als kontinuierliches Verfahren ausgebildet, das einen hohen Volumendurchsatz an zu desinfizierenden Wasser erlaubt. Das Verfahren kann des weiteren auch als Kreisprozess ausgebildet werden, wobei das zu desinfizierende Wasser mehrfach durch die erfindungsgemäße Vorrichtung geführt wird, bis der gewünschte Abbau an Mikroorganismen, Parasiten, Viren und/oder Prionen erfolgt ist.

Vorzugsweise erfolgt bei dem erfindungsgemäßen Verfahren eine vollständige bzw. im wesentlichen vollständige Zerstörung von Mikroorganismen, Parasiten, Viren und/oder Prionen, bspw. von mehr als 70 %, vorzugsweise von mehr als 90 %, weiter bevorzugt von mehr als 95 %, äußerst bevorzugt von mehr als 98 %, noch weiter bevorzugt von bis zu 100 %.

Der spezifische Energieeintrag pro Kubikmeter zu desinfizierendem Wasser ist, verglichen mit herkömmlichen Behandlungsverfahren, gering und liegt vorzugsweise in einem Bereich von 10 Wh/m³ bis 2000 Wh/m³, weiter bevorzugt von 20 Wh/m³ bis 1000 Wh/m³, äußerst bevorzugt von 50 bis 500 Wh/m³. Somit stellt das erfindungsgemäße Verfahren ein einfaches, wirksames und energiesparendes Verfahren zum Desinfizieren von Wasser bereit.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird des weiteren durch eine Wasserdesinfektionsvorrichtung gelöst, wobei die Vorrichtung eine wenigstens eine Verengung aufweisende Rohrleitung und eine Einrichtung zum Fördern von zu desinfizierendem Wasser durch die Rohrleitung aufweist, so daß die Behandlung von zu desinfizierendem Wasser unter Einwirkung von Kavitation erfolgt, wobei in der Rohrleitung wenigstens eine Abtrennungseinrichtung für partikuläres Material und/oder Schwebstoffe vorgesehen ist.

Bevorzugte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen 26 bis 54 angegeben.

Die vorstehend im Hinblick auf das Verfahren gegebenen Erläuterungen gelten entsprechend für die erfindungsgemäße Vorrichtung. Zusätzlich werden noch folgende Erläuterungen gegeben.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der Innendurchmesser an der Rohrleitung an der Verengung am geringsten und der Innendurchmesser der Rohrleitung anströmseitig vor der Verengung größer als der Innendurchmesser der Rohrleitung abströmseitig nach der Verengung. Dabei ist es bevorzugt, wenn das Verhältnis des Innendurchmessers der Rohrleitung vor der Verengung und des Innendurchmesser der Rohrleitung nach der Verengung etwa 5:1 bis etwa 1,2:1 beträgt.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform beträgt das Verhältnis etwa 3:1 bis etwa 1,5:1, bevorzugt 2:1.

Es hat sich jedoch gezeigt, daß das Verhältnis des Innendurchmessers der Rohrleitung vor der Verengung und des Innendurchmessers der Rohrleitung nach der Verengung auch 1:1 betragen kann. Im letzteren Fall ist der Energieeintrag durch die Fördereinrichtung, bspw. eine Pumpe, zum Fördern des zu desinfizierenden Wassers durch die Rohrleitung zu erhöhen.

Anders ausgedrückt, der Energieeintrag durch die Fördereinrichtung bzw. Pumpe kann geringer sein, wenn der Innendurchmesser der Rohrleitung nach der Verengung geringer ist als der Innendurchmesser der Rohrleitung vor der Verengung.

Es ist bevorzugt, daß die wenigstens eine Verengung einen Abschnitt mit konvergierendem und divergierendem Innendurchmesser umfaßt, wobei anströmseitig der Abschnitt mit konvergierendem Innendurchmesser und abströmseitig der Abschnitt mit divergierendem Innendurchmesser angeordnet ist.

Vorzugsweise ist die Länge des Abschnitts mit konvergierendem Innendurchmesser kürzer als die Länge des Abschnitts mit divergierendem Innendurchmesser.

Bei der vorliegenden Erfindung ist es vorteilhaft, wenn die geometrische Ausgestaltung der Verengung oder Düse nicht symmetrisch zu dem Abschnitt mit dem geringsten Innendurchmesser der Verengung oder der Düse ist. Bei asymmetrischer Ausgestaltung der Verengung bzw. der Düse kann die gewünschte Kavitation so eingestellt werden, daß eine möglichst wirkungsvolle Zerstörung von Mikroorganismen, Parasiten, Viren und/oder Prionen im Wasser erfolgt. Insbesondere läßt sich über den Austrittswinkel der Düse die Länge der nachfolgenden Kavitationsbildung und mithin die Einwirkdauer der Kavitation auf das zu desinfizierende Wasser steuern. Insbesondere eignet sich eine Verengung oder Düse, die die Geometrie einer Lavaldüse aufweist.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist abströmseitig nach der Verengung in der Rohrleitung eine Drossel angeordnet. Über die Drossel ist eine Steuerung der Aufrechterhaltung der Kavitation in der nach der Verengung angeordneten Rohrleitung möglich. Die Drossel kann im einfachsten Fall als Schieber oder als Drosselklappe ausgebildet sein. Über die Drossel können die Druckverhältnisse in der nach der Verengung angeordneten Rohrleitung und mithin die Aufrechterhaltung der Kavitation beeinflußt werden.

Vorteilhafterweise ist die Länge der abströmseitig nach der Verengung angeordneten Rohrleitung variabel einstellbar. Die Länge der Rohrleitung kann bspw. durch einfache Anordnung von Anschlußrohrleitungsstücken verlängert werden. Es ist aber auch möglich, die nach der Verengung angeordnete Rohrleitung teleskopartig auszubilden. Die Länge der nach der Verengung angeordneten Rohrleitung kann mithin entsprechend den äußeren Bedingungen eingestellt werden.

Vor der Verengung kann gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ein Konfusor angeordnet sein. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist nach der Verengung ein Diffusor angeordnet.

Bei einer weiteren geeigneten Ausführungsform ist abströmseitig von der Verengung, jedoch vorzugsweise vor der Drossel, ein Diffusor angeordnet.

Vorzugsweise ist die Einrichtung zum Fördern des zu desinfizierenden Wassers eine Pumpe. Als sehr geeignet hat sich hierbei eine Tauchmotorpumpe erwiesen. Selbstverständlich können aber auch andere Pumpen verwendet werden.

Vorzugsweise ist die Abtrennungseinrichtung für partikuläres Material und/oder Schwebstoffe in Form ein oder mehrerer Filter ausgebildet. Als Filter bzw. Filterverfahren werden bevorzugt rückspülbare Tuchfilter, Siebtrommeln, Membranverfahren, wie z.B. Mikrofiltration oder Ultrafiltration verwendet.

Zur Abtrennung von partikulären Materialien können auch Sedimentationsverfahren wie bspw. gravitäre Sedimentation, z.B. mittels Lamellenabscheider, oder Zentrifugation, z.B. durch Dekanter oder Zentrifuge, verwendet werden.

Weiterhin ist bevorzugt, daß in der Vorrichtung ein zusätzliches Feststoffmaterial vorgesehen ist, das vorzugsweise ein Opfermaterial ist.

Zur Vermeidung von Wiederholungen wird entsprechend auf die Ausführungen, die weiter oben in bezug auf das erfindungsgemäße Verfahren gegeben wurden, vollständig verwiesen. D.h., die Ausführungen zur Verwendung von zusätzlichem Feststoffmaterial, das bspw. partikulär oder aber auch als Innenrohr ausgebildet sein kann, gelten entsprechend für die erfindungsgemäße Vorrichtung.

Zur Einbringung von partikulärem Feststoffmaterial ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform eine Vorrichtung vorgesehen, die anströmseitig partikuläres Feststoffmaterial dem Rohrleitungssystem zuführt. Abströmseitig von der Vorrichtung kann eine Abtrennungseinrichtung, bspw. ein Filtersystem vorgesehen sein. Selbstverständlich können auch andere Abtrennungssysteme verwendet werden, bspw. ein System, bei dem die Abtrennung von desinfiziertem Wasser und partikulärem Feststoffmaterial durch Sedimentation des partikulären Feststoffmaterials erfolgt. Das abgetrennte partikuläre Feststoffmaterial kann dann zur Einbringungs- oder Zuführungseinrichtung zurückgeführt, bspw. zurückgepumpt, werden.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung weist die Wasserdesinfektionsvorrichtung eine oder mehrere Zuführungen für Chlorgas, Ozon, Wasserstoffperoxid oder Peroxid-freisetzende Substanzen auf. Die Zuführung kann bzw. die Zuführungen können als Rohre oder Schläuche ausgebildet sein. Die Zuführungen können dabei vor und/oder nach der Verengung, vorzugsweise der Düse, in der Rohrleitung angeordnet sein.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der 1 bis 8 weiter veranschaulicht. Dabei zeigt:
1 eine schematische Darstellung eines Implosionsvorganges einer Kavitationsblase,
2 eine schematische Darstellung einer kollabierenden Kavitationsblase,
3 eine nachgebildete Photographie und eine schematische Darstellung einer asymmetrisch kollabierenden Kavitationsblase,
4 eine schematische Darstellung eines beispielhaften Aufbaus einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
5 eine schematische Darstellung eines weiteren beispielhaften Aufbaus einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
6 eine schematische Darstellung einer in einem getauchten Schacht angeordneten Pumpe,
7 eine Darstellung eines in einer Rohrleitung anzuordnenden Innenrohrs mit Abstandhalter,
8 eine Darstellung eines in einer Rohrleitung anzuordnenden Innenrohrs mit Flanschbefestigung,
1 zeigt eine schematische Darstellung des Implosionsvorgangs einer Kavitationsblase. In der Darstellung ist zu sehen, wie eine zunächst im wesentlichen kugelförmige Kavitationsblase zentral kollabiert unter Ausbildung einer ringartigen Struktur, wobei lokal Drücke von mehreren hundert bar und Temperaturen von mehreren hundert Kelvin erzeugt werden.
2 zeigt eine schematische Darstellung einer kollabierenden Kavitationsblase, die in etwa der dritten Abbildung der schematischen Darstellung in 1 entspricht.
In 3 ist eine asymmetrisch kollabierende Kavitationsblase sowohl als nachgebildete Photographie als auch in schematischer Darstellung gezeigt. An der Spitze des entstehenden Mikrojets kommt es zu noch höheren Drücken von mehreren tausend bar und Temperaturen von mehreren tausend Kelvin als bei symmetrisch kollabierenden Kavitationsblasen. Die punktuell erzeugten hohen Energien führen dann zu einer effektiven Zerstörung von Mikroorganismen, Parasiten, Viren und/oder Prionen im Wasser.
4 zeigt eine schematische Darstellung einer beispielhaften erfindungsgemäßen Vorrichtung. Die Pumpe (1) fördert zu desinfizierendes Wasser über eine Rohrleitung (2) durch eine Düse (3) in eine Rohrleitung (4). In der Rohrleitung (4) kann eine Drossel (5) vorgesehen sein. Das behandelte desinfizierte Wasser bzw. aufbereitete Wasser gelangt nachfolgend aus der Rohrleitung (4) über eine Abtrennungseinrichtung (17) über eine Abgabevorrichtung (6) bspw. zurück in ein Entnahmebecken. Selbstverständlich kann das behandelte desinfizierte Wasser bzw. aufbereitete Wasser über eine optional angeordnete Abgabevorrichtung (6) auch in ein anderes Auffangbecken abgegeben werden. In der Abtrennungsvorrichtung (17) werden sowohl partikuläre Verunreinigungen als auch Schwebstoffe aus dem desinfizierten Wasser entfernt. Die Schwebstoffe können beispielsweise zerstörte Mikroorganismen, Parasiten, Viren und/oder Prionen enthalten oder sein. Im einfachsten Falle ist die Abtrennungsvorrichtung (17) als Filter ausgebildet.
Die Pumpe (1) kann sowohl vor der Düse (3) als auch nach der Düse (3) in der Rohrleitung (2) oder (4) angeordnet sein. Die Rohrleitung (2) weist einen Innendurchmesser auf, der bevorzugt größer als der Innendurchmesser der Rohrleitung (4) ist, wobei der Innendurchmesser der Rohrleitung (4) größer als der geringste Innendurchmesser der Düse (3) ist.
Als Pumpe (1) kann jede Tauchmotorpumpe oder andere geeignete Wasserpumpe verwendet werden. Die von der Düse (3) abströmseitig angeordnete Rohrleitung (4) bewirkt aufgrund des in bezug auf die anströmseitig zur Düse (3) angeordnete Rohrleitung (2) verringerten Innendurchmessers eine verlängerte Einwirkdauer der in der Düse (3) erzeugten Kavitation auf das zu desinfizierende Wasser. Die Länge der Rohrleitung (4) kann in Abhängigkeit von der gewünschten Einwirkdauer der Kavitation eingestellt werden. Bspw. kann die Länge der Rohrleitung (4) variabel einstellbar sein.
Weiterhin kann die Entstehung von Kavitationsblasen bzw. die Aufrechterhaltung von Kavitationsblasen auch durch den durch die Drossel (5) einstellbaren Druck in der Rohrleitung (4) gesteuert werden. Die Abgabevorrichtung (6) kann bspw. als Sprühdüse ausgebildet sein. Eine Abgabevorrichtung (6) ist jedoch nicht zwingend erforderlich.
Vor der Düse (3) kann ein Konfusor angeordnet sein, der den Innendurchmesser der das zu desinfizierende Wasser zuführenden Rohrleitung (2), d.h. der zur Düse anströmseitig angeordneten Rohrleitung (2), reduziert. Hierdurch wird der Übergang zwischen zuführender Rohrleitung (2) und Düse (3) verbessert.
Weiterhin ist es bevorzugt, zwischen Düse (3) und Drossel (5) einen Diffusor anzuordnen, der den Innendurchmesser der von der Düse (3) abströmseitig angeordneten Rohrleitung (4) erweitert. Durch die Erweiterung des Innendurchmessers der Rohrleitung (4) wird der Druck in dem zu desinfizierenden Wasser erhöht und die Kavitation beendet.
Dadurch kann ein Einwirken von Kavitation, d.h. ein Auftreffen von Kavitationsblasen auf die Drossel (5) und mithin Schaden bspw. Abrasion an der Drossel (5) bspw. der Drosselklappe zuverlässig verhindert werden.
Bevorzugt wird der Innendurchmesser der Rohrleitung (4) nach dem Diffusor auf einen Innendurchmesser erweitert, der in etwa dem Innendurchmesser der anströmseitig zur Düse (3) angeordneten Rohrleitung (2) entspricht.
Über die Länge der Rohrleitung (4) mit reduziertem Innendurchmesser zwischen Düse (3) und Diffusor kann die Dauer der Kavitation und damit die Einwirkdauer der Kavitation gesteuert werden. Die Länge der Rohrleitung (4) zwischen Düse (3) und Diffusor kann veränderbar ausgestaltet sein, bspw. teleskopartig ausgebildet sein.
Grundsätzlich ist es auch möglich, mehrere Düsen (3) bspw. zwei oder drei Düsen in einem Rohrleitungssystem hintereinander oder parallel zueinander anzuordnen. Es hat sich jedoch gezeigt, daß eine Zerstörung von Mikroorganismen, Parasiten, Viren und/oder Prionen im Wasser durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung bereits mit einer Düse (3) erreicht wird.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist in konstruktiver Hinsicht überraschend einfach. Das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die erfindungsgemäße Vorrichtung eignen sich mithin äußerst vorteilhaft für einen im wesentlichen wartungsfreien und mithin kostengünstigen Betrieb. Vorteilhaft wird für den Betrieb kein geschultes Personal benötigt. Insofern kann die vorliegende Erfindung vorteilhaft sowohl bei großen als auch bei kleinen Wasserdesinfektionsanlagen, beispielsweise Rohwasser- oder Trinkwasseraufbereitungsanlagen verwendet werden.
5 zeigt eine weitere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, die weitgehend der in der vorstehenden 4 beschriebenen Vorrichtung entspricht. Im Unterschied zu der Vorrichtung gemäß 4 ist die Pumpe (1) mit einem Vorlagebehälter (9) verbunden, in dem partikuläres Feststoffmaterial (7), bspw. Sand, bevorratet ist. Das durch die erfindungsgemäße Vorrichtung gepumpte zu desinfizierende Wasser wird in den Vorlagebehälter (9) über einen Zulauf (12) eingeleitet, wobei das partikuläre Feststoffmaterial (7), bspw. Sand, suspendiert wird. Der Sand wird dann mit dem zu desinfizierenden Wasser von der Pumpe (1) durch die erfindungsgemäße Vorrichtung gepumpt, wobei sich Sand und zu desinfizierendes Wasser innerhalb weniger Minuten gleichmäßig miteinander vermischen unter Ausbildung einer nahezu homogenen Suspension. Das Verfahren kann dann solange im Kreis gefahren werden, bis die in dem Wasser befindlichen Mikroorganismen, Parasiten, Viren und/oder Prionen, auf ein vorgegebenes bzw. gewünschtes Niveau abgebaut sind. Dabei wird das zu desinfizierende Wasser über eine nach der Drossel (5) angeordnete Rohrleitung (11) in den Vorlagebehälter (9) zurückgeführt. Das desinfizierte bzw. aufbereitete Wasser kann dann bspw. nach Sedimentation bzw. Abtrennung des partikulären Feststoffmaterials (7) aus dem Überstand über den Ablauf (10) abgezogen werden. Im Ablauf (10) ist eine Abtrennungsvorrichtung (17) angeordnet, die optional eine Vorrichtung zur Rückführung von abgetrenntem, partikulären Feststoffmaterial (7) in den Vorlagebehälter (9) aufweisen kann. Noch zu desinfizierendes Wasser kann wieder über den Zulauf (12) dem Vorlagebehälter (9) zugeführt werden.
Bei sehr stabilen Mikroorganismen, Parasiten, Viren und/oder Prionen im zu desinfizierenden Wasser kann die Verwendung von partikulären Feststoffen oder die Anordnung eines Innenrohrs, wie in 7 und 8 beschrieben, zu einer Steigerung des Wirkungsgrades führen, d.h. zu einer verbesserten Zerstörung der abzutötenden Mikroorganismen, Parasiten, Viren und/oder Prionen. Die Abtrennung der zerstörten Mikroorganismen, Parasiten, Viren und/oder Prionen, bzw. etwaig weiter vorhandener partikulärer Verunreinigungen erfolgt dann mit Sedimentation des Sandes im Vorlagebehälter (9). Vorzugsweise ist jedoch im Ablauf (10) eine Abtrennungsvorrichtung (17), beispielsweise ein Filter, angeordnet, um noch vorhandene Schwebstoffe und Partikel zuverlässig abzutrennen.
6 zeigt eine in einem unter der Oberfläche des zu desinfizierenden Wassers angeordneten Schacht (8) angeordnete Tauchpumpe (1). Der Schacht (8) wird im Sinne der Erfindung als getauchter Schacht (8) bezeichnet. In dem getauchten Schacht (8) ist eine Tauchpumpe (1) angeordnet, die das zu desinfizierende Wasser in die Rohrleitung (2) fördert. Zwischen der Tauchpumpe (1) und den Innenwandungen des getauchten Schachts (8) bildet sich eine Entgasungszone aus. In der Entgasungszone werden zumindest teilweise in dem zu desinfizierenden Wasser mitgeführte oder enthaltene Gasblasen abgetrennt und freigesetzt, die durch den in Richtung zur Oberfläche offenen Schacht entweichen, was die Kavitationsbildung in der Verengung oder Düse begünstigt.
7 zeigt eine schematische Darstellung eines Innenrohrs (13), das Abstandshalter (14) aufweist. In 7 sind die auf der Rückseite des Innenrohrs (13) angeordneten Abstandshalter (14) verdeckt und mithin nicht zu sehen. Die Abstandshalter (14) sind entlang des Umfangs des Innenrohrs (13) vorzugsweise äquidistant angeordnet, so daß bspw. wie bei der dargestellten Ausführungsform zwischen den Abstandshaltern (14) ein Winkel von jeweils 120° eingeschlossen wird. Selbstverständlich ist es auch möglich, vier oder fünf Abstandshalter (14) entlang des Umfangs des Innenrohrs (13) anzuordnen, wobei dann zwischen den Abstandshaltern jeweils ein Winkel von 90° bzw. von 72° eingeschlossen wird. Entlang der Längserstreckung des Innenrohrs sind wenigstens zwei Sätze von solchen Abstandshaltern (14) entlang des Umfangs des Innenrohrs (13) angeordnet. In Abhängigkeit von der Länge des Innenrohrs (13) können aber auch 3, 4 oder mehr solcher Sätze an Abstandshaltern (14) entlang des Innenrohrs (13) angeordnet sein. Die verschiedenen Sätze an Abstandshaltern (14) können in Richtung der Längsachse des Innenrohrs (13) miteinander fluchten oder aber auch zueinander versetzt sein. Das mit den Abstandshaltern (14) versehene Innenrohr (13) kann dann in der der Verengung bzw. Düse (3) nachgeordneten Rohrleitung (4) angeordnet sein. Bspw. kann das mit Abstandshaltern (14) versehene Innenrohr (13) in die Rohrleitung (4) einschiebbar ausgestaltet sein.
8 zeigt eine weitere Möglichkeit, das Innenrohr (13) in der Rohrleitung (4) anzuordnen. Bei dieser beispielhaften Ausführungsform weist das Innenrohr (13) an dem der Düse (3) abgewandten Ende der Rohrleitung (4) eine Flanschverbindung (15) auf, die über Befestigungselemente (16) mit dem Innenrohr (13) verbunden ist. Über die Flanschverbindung (15) kann das Innenrohr (13) an der Rohrleitung (4) befestigbar sein. Bspw. kann die Rohrleitung (4) auf dem der Düse (3) abgewandten Ende zur Befestigung eine Gewindeflansch- oder Flanschverbindung (15) aufweisen. Vorzugsweise ist die Flanschverbindung (15) in einem Bereich der Rohrleitung (4) angeordnet, in dem der Innendurchmesser der Rohrleitung (4) bereits so erweitert ist, daß in diesem Bereich keine Kavitation mehr auftritt. In letzterem Fall wird eine Abrasion der Befestigungselemente (16), die bspw. als Befestigungsschenkel ausgebildet sein können, vermieden. D.h., bei dieser Anordnung ragt das Innenrohr (13) in den Bereich der Rohrleitung (4) hinein, in dem ein asymmetrischer Kollaps von Kavitationsblasen induziert werden soll, wobei die Befestigung jedoch in einem Bereich der Rohrleitung (4) erfolgt, in dem keine Kavitation mehr auftritt.

Claims

Verfahren zum Desinfizieren von Wasser, dadurch gekennzeichnet, daß das zu desinfizierende Wasser in einer Rohrleitung (2, 4) und durch wenigstens eine in der Rohrleitung (2, 4) angeordnete Verengung (3) so geführt wird, daß die Fließgeschwindigkeit des zu desinfizierenden Wassers bei Durchtritt durch die Verengung (3) unter abnehmendem Druck erhöht und in dem zu desinfizierenden Wasser Kavitation erzeugt wird, wobei die Kavitation in der Rohrleitung (4) steuerbar aufrechterhaltbar ist, so daß das Wasser desinfiziert wird.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Entstehung der Kavitation steuerbar ist, indem der Innendurchmesser der Rohrleitung (2, 4) so gewählt wird, daß der Innendurchmesser an der Verengung (3) am geringsten ist und der Innendurchmesser der Rohrleitung (2) anströmseitig vor der Verengung (3) des Innendurchmessers größer ist als der Innendurchmesser der Rohrleitung (4) abströmseitig nach der Verengung (3).
Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dauer der Kavitation über die Länge der abströmseitig nach der Verengung (3) angeordneten Rohrleitung (4) steuerbar ist.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Innendurchmesser der Verengung (3) in der Rohrleitung (2, 4) variierbar ist.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in dem zu desinfizierenden Wasser mitgeführte oder enthaltene Gasblasen vor dem Einbringen in die Rohrleitung (2, 4) wenigstens teilweise entfernt werden.
Verfahren gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das zu desinfizierende Wasser durch Fördern aus einem getauchten Schacht (8) wenigstens teilweise von mitgeführten oder enthaltenen Gasblasen befreit wird.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Reynoldszahl des durch die Rohrleitung (2, 4) geführten zu desinfizierenden Wassers wenigstens 100.000, bevorzugt wenigstens 250.000, weiter bevorzugt wenigstens 500.000, beträgt.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens eine Verengung (3) eine Düse ist, die vorzugsweise die Geometrie einer Lavaldüse aufweist.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Feststoffmaterial, vorzugsweise wenigstens ein Opfermaterial, in dem zu desinfizierenden Wasser zusätzlich angeordnet oder dem zu desinfizierenden Wasser zusätzlich zugesetzt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das wenigstens eine zusätzliche Feststoffmaterial partikulär ist.
Verfahren gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das wenigstens eine partikuläre Feststoffmaterial anorganische Feststoffe, vorzugsweise mineralische Partikel wie bspw. Sand oder Gesteinspartikel, oder metallische Partikel, wie bspw. Metallspäne, umfaßt.
Verfahren gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das wenigstens eine partikuläre Feststoffmaterial organische Feststoffe, wie bspw. Polyethylen- oder Polypropylengranulate, umfaßt.
Verfahren gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die organischen Feststoffmaterialien recycelte Kunststoffe, vorzugsweise in Granulatform, sind.
Verfahren gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das wenigstens eine zusätzliche Feststoffmaterial abströmseitig nach der Verengung (3) in der Rohrleitung (4), vorzugsweise im wesentlichen zentrosymmetrisch zur Längsachse der Rohrleitung (4), angeordnet ist.
Verfahren gemäß Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das wenigstens eine zusätzliche Feststoffmaterial vorzugsweise zur Innenwandung der Rohrleitung (4) beabstandet angeordnet ist.
Verfahren gemäß Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß das wenigstens eine zusätzliche Feststoffmaterial faden- oder bandartig, vorzugsweise flexibel, ausgebildet ist.
Verfahren gemäß Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das faden- oder bandartige Feststoffmaterial Verdickungen, vorzugsweise knotenartige Verdickungen, aufweist.
Verfahren gemäß Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Feststoffmaterial als ein in der Rohrleitung (4) angeordnetes Innenrohr ausgebildet ist, wobei die Außenwandung des Innenrohrs zur Innenwandung der Rohrleitung (4) beabstandet ist.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das zu desinfizierende Wasser Viren, Prionen, Parasiten und/oder Mikroorganismen, vorzugsweise Bakterien, Pilze, Sporen und/oder Eukaryoten, enthält.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bakterien aus der Gruppe ausgewählt werden, die aus E. coli, Enterokokken, Streptokokken, Salmonellen, Legionellen, Clostridien, Pseudomonas, coliformen Bakterien, Cryptosporidienoocysten, Giardacysten und Mischungen davon besteht.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Eukaryoten Hefen umfassen.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Wasser vorhandene partikuläre Materialien und/oder Schwebstoffe aus dem zu desinfizierenden Wasser vor der Erzeugung der Kavitation und/oder aus dem desinfizierten Wasser nach der Kavitation abgetrennt werden.
Verfahren gemäß Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß das Abtrennen vorhandener partikulärer Materialien und/oder Schwebstoffe durch Filtrieren, Sedimentieren oder Zentrifugieren erfolgt.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem zu desinfizierenden Wasser Zusatzstoffe wie Chlor, Ozon, Wasserstoffperoxid oder Peroxid-freisetzende Substanzen zugesetzt werden.
Wasserdesinfektionsvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung eine wenigstens eine Verengung (3) aufweisende Rohrleitung (2, 4) und eine Einrichtung (1) zum Fördern von zu desinfizierendem Wasser durch die Rohrleitung (2, 4) aufweist, so daß die Behandlung von zu desinfizierendem Wasser unter Einwirkung von Kavitation erfolgt, wobei in der Rohrleitung (2) und/oder in der Rohrleitung (4) wenigstens eine Abtrennungseinrichtung (17) für partikuläres Material und/oder Schwebstoffe vorgesehen ist.
Wasserdesinfektionsvorrichtung gemäß Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtrennungseinrichtung (17) für partikuläres Material und/oder Schwebstoffe ein oder mehrere Filter sind.
Wasserdesinfektionsvorrichtung gemäß Anspruch 25 oder 26, dadurch gekennzeichnet, daß in der Rohrleitung (4) wenigstens ein Feststoffmaterial vorgesehen ist
Wasserdesinfektionsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 25 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß der Innendurchmesser der Rohrleitung (2, 4) an der Verengung (3) am geringsten ist und der Innendurchmesser der Rohrleitung (2) anströmseitig vor der Verengung (3) größer ist als der Innendurchmesser der Rohrleitung (4) abströmseitig nach der Verengung (3).
Wasserdesinfektionsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 25 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis des Innendurchmessers der Rohrleitung (2) vor der Verengung (3) und des Innendurchmessers der Rohrleitung (4) nach der Verengung (3) etwa 5:1 bis etwa 1,2:1 beträgt.
Vorrichtung gemäß Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis etwa 3:1 bis etwa 1,5:1, bevorzugt 2:1, beträgt
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 25 bis 30, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens eine Verengung (3) einen Abschnitt mit konvergierendem und divergierendem Innendurchmesser umfaßt, wobei anströmseitig der Abschnitt mit konvergierendem Innendurchmesser und abströmseitig der Abschnitt mit divergierendem Innendurchmesser angeordnet ist.
Wasserdesinfektionsvorrichtung gemäß Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge des Abschnitts mit konvergierendem Innendurchmesser kürzer ist als die Länge des Abschnitts mit divergierendem Innendurchmesser.
Wasserdesinfektionsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 25 bis 32, dadurch gekennzeichnet, daß abströmseitig nach der Verengung (3) in der Rohrleitung (4) eine Drossel (5) angeordnet ist.
Wasserdesinfektionsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 25 bis 33, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der abströmseitig nach der Verengung (3) angeordneten Rohrleitung (4) variabel einstellbar ist.
Wasserdesinfektionsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 25 bis 34, dadurch gekennzeichnet, daß anströmseitig vor der Verengung (3) ein Konfusor angeordnet ist.
Wasserdesinfektionsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 25 bis 35, dadurch gekennzeichnet, daß die Verengung (3) eine Düse ist, die vorzugsweise die Geometrie einer Lavaldüse aufweist.
Wasserdesinfektionsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 25 bis 36, dadurch gekennzeichnet, daß abströmseitig von der Verengung (3), bevorzugt vor der Drossel (5), ein Diffusor angeordnet ist.
Wasserdesinfektionsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 25 bis 37, dadurch gekennzeichnet, daß die Wasserdesinfektionsvorrichtung (1) zum Fördern des zu desinfizierenden Wassers eine Pumpe ist.
Wasserdesinfektionsvorrichtung gemäß Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe in einem getauchten Schacht (8) angeordnet ist.
Wasserdesinfektionsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 25 bis 39, dadurch gekennzeichnet, daß das wenigstens eine zusätzliche Feststoffmaterial ein Opfermaterial ist.
Wasserdesinfektionsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 25 bis 40, dadurch gekennzeichnet, daß das wenigstens eine zusätzliche Feststoffmaterial partikulär ist.
Wasserdesinfektionsvorrichtung gemäß Anspruch 41, dadurch gekennzeichnet, daß das wenigstens eine partikuläre Feststoffmaterial anorganische Feststoffe, vorzugsweise mineralische Partikel wie bspw. Sand oder Gesteinspartikel, oder metallische Partikel, wie bspw. Metallspäne, umfaßt.
Wasserdesinfektionsvorrichtung gemäß Anspruch 41, dadurch gekennzeichnet, daß das partikuläre Feststoffmaterial organische Feststoffe, wie bspw. Polyethylen- oder Polypropylengranulate, umfaßt.
Wasserdesinfektionsvorrichtung gemäß Anspruch 43, dadurch gekennzeichnet, daß die organischen Feststoffe recycelte Kunststoffe, vorzugsweise in Granulatform sind.
Wasserdesinfektionsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 41 bis 44, dadurch gekennzeichnet, daß die Wasserdesinfektionsvorrichtung anströmseitig eine Einrichtung zur Einbringung des wenigstens einen partikulären Feststoffmaterials in die Rohrleitung (2, 4) aufweist.
Wasserdesinfektionsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 41 bis 45, dadurch gekennzeichnet, daß die Wasserdesinfektionsvorrichtung abströmseitig von der Rohrleitung (4) eine Einrichtung zur Abtrennung des wenigstens einen partikulären Feststoffmaterials von dem desinfizierten Wasser aufweist.
Wasserdesinfektionsvorrichtung gemäß Anspruch 46, dadurch gekennzeichnet, daß die Wasserdesinfektionsvorrichtung eine Einrichtung (11) zur Rückführung des abgetrennten partikulären Feststoffmaterials in den Vorlagebehälter (9) aufweist.
Wasserdesinfektionsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 25 bis 40, dadurch gekennzeichnet, daß das wenigstens eine Feststoffmaterial abströmseitig nach der Verengung (3) in der Rohrleitung (4), vorzugsweise im wesentlichen zentrosymmetrisch zur Längsachse der Rohrleitung (4), angeordnet ist.
Wasserdesinfektionsvorrichtung gemäß Anspruch 48, dadurch gekennzeichnet, daß das wenigstens eine Feststoffmaterial zur Innenwandung der Rohrleitung (4) beabstandet angeordnet ist.
Wasserdesinfektionsvorrichtung gemäß Anspruch 48 oder 49, dadurch gekennzeichnet, daß das wenigstens eine Feststoffmaterial faden- oder bandartig, vorzugsweise flexibel, ausgebildet ist.
Wasserdesinfektionsvorrichtung gemäß Anspruch 50, dadurch gekennzeichnet, daß das faden- oder bandartige Feststoffmaterial Verdickungen, vorzugsweise knotenartige Verdickungen, aufweist.
Wasserdesinfektionsvorrichtung gemäß Anspruch 48 oder 49, dadurch gekennzeichnet, daß das wenigstens eine Feststoffmaterial als ein in der Rohrleitung (4) angeordnetes Innenrohr ausgebildet ist, wobei die Außenwandung des Innenrohrs zur Innenwandung der Rohrleitung (4) beabstandet ist.
Wasserdesinfektionsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 25 bis 52, dadurch gekennzeichnet, daß die Wasserdesinfektionsvorrichtung eine oder mehrere Zuführungen für Chlorgas, Ozon, Wasserstoffperoxid oder Peroxid-freisetzende Substanzen aufweist.
Wasserdesinfektionsvorrichtung nach einem der Ansprüche 25 bis 53, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtrennungsvorrichtung (17) eine Vorrichtung zur Rückführung von abgetrenntem partikulären Feststoffmaterial (7) in den Vorlagebehälter (9) aufweist.