DE102005012907A1

DE102005012907A1 - Verfahren zur Desinfektion von Trinkwasser und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE102005012907A1
Application number: DE200510012907
Authority: DE
Inventors: Holger Hennig; Joachim Rennau; Burkhard Sandt
Original assignee: Aqua Rotter GmbH
Current assignee: Aqua Rotter GmbH
Priority date: 2005-03-14
Filing date: 2005-03-14
Publication date: 2006-09-21
Also published as: WO2006097277A1

Abstract

Ein Verfahren zur Desinfektion von durch eine Leitung (1) geführtem Trinkwasser durch dosierte Zugabe einer "freies Chlor" enthaltenden wässrigen Desinfektionslösung besteht aus den folgenden Scchritten: DOLLAR A Eine wässrige Natriumchloridlösung wird in einem Vorratsbehälter (4) bereitgehalten, DOLLAR A eine bestimmte Menge der NaCl-Lösung wird abhängig von der Menge des durch die Leitung (1) geführten Trinkwassers chargenweise in eine Elektrolysezelle (5) gegeben, DOLLAR A die in die Elektrolysezelle (5) gegebene Charge der NaCl-Lösung wird elektrolysiert, DOLLAR A die Elektrolyse wird so lange durchgeführt, bis das NaCl zumindest teilweise in "freies Chlor" umgewandelt ist, DOLLAR A nach Beendigung der Elektrolyse wird die in der Elektrolysezelle (5) befindliche Desinfektionslösung in einen Dosierbehälter (9) gegeben und DOLLAR A die Desinfektionslösung wird abhängig von der Menge des durch die Leitung (1) geführten Trinkwassers aus dem Dosierbehälter (9) in die Leitung (1) injiziert.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Die elektrolytische Erzeugung von desinfizierend wirkenden Spezies wie unterchlorige Säure, Sauerstoff und in Mindermengen Wasserstoffperoxid und Ozon aus Wasser selbst und nativen Wasserinhaltsstoffen hat sich für die Desinfektion von Trinkwasser und Trinkwasserinstallationen bewährt. Mittels dieses Desinfektionsverfahrens lassen sich zuverlässig nicht nur die Keimzahlen planktonischer pathogener Mikroorganismen (wie Legionellen, Pseudomonaden, atypische Mykobakterien usw.) um den für eine Desinfektion erforderlichen Reduktionsfaktor 5 (RF5: Reduzierung der Keimzahl um fünf Zehnerpotenzen) durch deren Inaktivierung und Abtötung reduzieren, sondern auch vorhan dene Biofilme im Installationssystem beseitigen.

Entscheidend für die zu erzielende Desinfektionswirkung ist, dass mit dem Betrieb einer Anlage für die elektrolytische Desinfektion die erforderliche Wirckonzentration desinfizierender Stoffe im Wasser erzeugt oder im Wasser eingetragen und über die Einwirkdauer hinweg in erlaubten Grenzwerten konstant gehalten wird. Bezogen auf die vorgenannten Desinfizienzien betrifft dies repräsentativ die Konzentration an erzeugter unterchloriger Säure (HOCl), messbar als Konzentrationswert "freies Chlor", wofür die Trinkwasserverordnung den Bereich (0,1 ... 0,3) mg/l vorgibt. Höhere Konzentrationen sollten kontrolliert einstellbar sein, um intervallartig "Stossdesinfektionen" (sog. "Sonderchlorungen") durchzuführen.

Da jedoch insbesondere darauf geachtet werden muss, dass der zulässige obere Grenzwert der Konzentration von "freiem Chlor" nicht überschritten wird, findet die elektrolytische Desinfektion vornehmlich in Zirkulations- oder Vorlaufleitungen statt, wie beispielsweise in der DE 196 53 696 C2 gezeigt ist. Da das zirkulierende Wasser nur einen bestimmten Gehalt an Chlorverbindungen aufweist, kann auch eine kontinuierliche Elektrolyse nur eine hierdurch bestimmte Konzentration an "freiem Chlor" erzeugen.

Bei Stichleitungen hingegeben ist eine Elektrolyse nicht durchführbar, da, wenn Wasser entnommen wird, dieses so schnell durch die Elektrolysezelle strömen würde, dass eine wirksame Konzentration von "freiem Chlor" nicht erzeugt werden könnte. Die direkte Zugabe von desinfizierend wirkenden Spezies in das Trinkwasser bereitet jedoch Schwierigkeiten insbesondere hinsichtlich der Bevorratung und der genauen Dosie rung.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Desinfektion von durch eine Leitung geführtem Trinkwasser durch dosierte Zugabe einer "freies Chlor" enthaltenden wässrigen Desinfektionslösung anzugeben, bei dem die Konzentration des "freien Chlors" im Trinkwasser genau eingestellt werden kann, die einzusetzenden Ausgangsstoffe einfach handhabbar und kostengünstig zu erwerben sind, und das "freie Chlor" in bedarfsabhängiger Menge und direkt am Einsatzort hergestellt wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen dieses Verfahrens sowie eine zweckmäßige Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Dadurch, dass eine wässrige Natriumchloridlösung in einem Vorratsbehälter bereitgehalten wird, eine bestimmte Menge der NaCl-Lösung abhängig von der Menge des durch die Leitung geführten Trinkwassers chargenweise in eine Elektrolysezelle gegeben wird, die in die Elektrolysezelle gegebene Charge der NaCl-Lösung elektrolysiert wird, die Elektrolyse solange durchgeführt wird, bis das NaCl zumindest teilweise in "freies Chlor" umgewandelt ist, nach Beendigung der Elektrolyse die in der Elektrolysezelle befindliche Desinfektionslösung in einen Dosierbehälter gegeben wird, und die Desinfektionslösung abhängig von der Menge des durch die Leitung geführten Trinkwassers aus dem Dosierbehälter in die Leitung injiziert wird, wird als Ausgangsstoff nur NaCl benötigt, das kostengünstig und jederzeit verfügbar und problemlos handhabbar ist, so dass für die Wartung kein Fachpersonal erforderlich ist. Der Vorratsbehälter ist so bemessen, dass er nur in Abständen von mehreren Wochen wieder aufgefüllt werden muss. Die Konzentration der NaCl-Lösung im Vorratsbehälter sollte möglichst hoch sein, wobei darauf zu achten ist, dass keine Kristallisationsprobleme auftreten. Sie sollte daher 70-90%, vorzugsweise etwa 80% betragen. Da die optimale Konzentration für die Elektrolyse jedoch bedeutend niedriger liegt, ca. 15-30%, vorzugsweise 20%, wird die Elektrolysezelle nur zu etwa 1/5 mit NaCl-Lösung aus dem Vorratsbehälter und anschließend mit Wasser aus der Trinkwasserleitung voll gefüllt. Die Befüllung der Elektrolysezelle kann auch derart erfolgen, dass zunächst ein Teil des Trinkwassers, dann die NaCl-Lösung und schließlich wieder Trinkwasser bis zum maximalen Füllstand zugeführt werden. Eine über die Durchflussmenge in der Trinkwasserleitung gesteuerte Dosierpumpe zwischen dem Dosierbehälter und der Leitung sorgt dafür, dass bedarfsabhängig eine genau dosierte Menge der Desinfektionslösung in die Leitung injiziert wird. Ein zwischen der Dosierpumpe und der Trinkwasserleitung angeordnetes Druckhalteventil ist auf einen konstanten Druck, beispielsweise 7 bar, eingestellt. Die Dosierpumpe arbeitet somit unabhängig von Druckschwankungen in der Trinkwasserleitung immer gegen einen konstanten Druck, so dass die Menge der injizierten Desinfektionslösung durch Druckschwankungen in der Leitung nicht beeinflusst wird.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Diese zeigt eine Vorrichtung zur elektrolytischen Herstellung einer Desinfektionslösung und zu deren bedarfsabhängig dosierter Zugabe zu durch eine Stichleitung strömendem Trinkwasser.
In eine als Stichleitung, an deren Ende sich mindestens eine Zapfstelle befindet, ausgebildete Trinkwasserleitung 1 ist ein Kontaktwasserzähler 2 eingesetzt, der nach jeweils einer bestimmten hindurchgeströmten Wassermenge einen Impuls an eine elektronische Steuervorrichtung 3 abgibt. Das Wasser strömt in der durch den Pfeil angezeigten Richtung durch die Trinkwasserleitung 1.
Ein Vorratsbehälter 4 dient zur Aufnahme einer hochkonzentrierten NaCl-Lösung, die, um Auskristallisierungen zu vermeiden, eine Konzentration von etwa 80% nicht überschreiten sollte. Füllstandssensoren melden der Steuervorrichtung 3, wenn ein minimaler Füllpegel unterschritten oder ein maximaler Füllpegel überschritten ist.
Eine mit Gleichstrom betriebene Elektrolysezelle 5 ist mit dem Vorratsbehälter 4 durch eine Pumpe 6 enthaltende Leitung 7 verbunden. Die Elektrolysezelle 5 ist durch eine Leitung 8 mit einem Dosierbehälter 9 verbunden. Ein in die Leitung 8 eingesetztes Magnetventil 10 wird durch die Steuervorrichtung 3 gesteuert. Weiterhin ist die Elektrolysezelle 5 durch eine Leitung 11 mit der Trinkwasserleitung 1 verbunden. Ein in die Leitung 11 eingesetzter Druckminderer 12 setzt den Druck in der Leitung 11 auf der der Trinkwasserleitung 1 abgewandten Seite auf etwa 0,5 bar herab. Ein von der Steuervorrichtung 3 gesteuertes Magnetventil 13 öffnet oder schließt die Leitung 11 für die Zuführung von Trinkwasser zu der Elektrolysezelle 5. Die Elektrolysezelle 5 und der Dosierbehälter 9 enthalten ebenfalls Füllstandssensoren für die Erfassung jeweils eines minimalen Füllstands und eines maximalen Füllstands, wobei die Unterschreitung des minimalen Füllstands und die Überschreitung des maximalen Füllstands jeweils der Steuervorrichtung 3 gemeldet werden.
Der Dosierbehälter 9 ist über eine Leitung 14 mit der Trinkwasserleitung 1 verbunden. In die Leitung 14 sind eine von der Steuervorrichtung 3 in Abhängigkeit von der den Kontaktwasserzähler 2 durchströmenden Wassermenge gesteuerte Dosierpumpe 15 sowie ein Druckhalteventil 16, das auf der der Trinkwasserleitung 1 abgewandten Seite einen konstanten Druck erzeugt, gegen den die Dosierpumpe 15 arbeiten muss, eingesetzt. Hierdurch ist sichergestellt, dass unabhängig von Druckschwankungen in der Trinkwasserleitung 1 bei jedem Pumpenhub eine definierte Menge der Desinfektionslösung in die Trinkwasserleitung 1 abgegeben wird.
Die Arbeitsweise der dargestellten Vorrichtung ist wie folgt.
Nach Befüllung des Vorratsbehälters 1 mit konzentrierter NaCl-Lösung zeigen dessen Füllstandssensoren an, dass der maximale Füllstand erreicht ist. Dies ist die Voraussetzung für den automatischen Betrieb der Vorrichtung.
Da die Elektrolysezelle 5 leer ist, melden ihre Füllstandssensoren der Steuervorrichtung 3, dass der minimale Füllstand unterschritten ist. Diese bewirkt die Öffnung des Magnetventils 13, so dass Trinkwasser in die Elektrolysezelle 5 strömt. Wird durch einen unteren Füllstandssensor ein bestimmter Füllstand angezeigt, wird das Magnetventil 13 wieder geschlossen. Die Steuervorrichtung 3 bewirkt dann die Einschaltung der Pumpe 6 für eine festgelegte Dauer, wodurch eine bestimmte Menge der NaCl-Lösung aus dem Vorratsbehäl ter 4 in die Elektrolysezelle 5 gefördert wird. Anschließend öffnet die Steuervorrichtung 3. wieder das Magnetventil 13, so dass erneut Trinkwasser in die Elektrolysezelle 5 strömt, bis deren Füllstandssensoren das Erreichen des maximalen Füllstands anzeigen. Das eintretende Wasser bewirkt eine homogene Durchmischung der NaCl-Lösung, die nun eine Konzentration von etwa 20% hat.
Nach Schließen des Magnetventils 13 beginnt, wenn auch im Dosierbehälter 9 die Unterschreitung eines minimalen Füllstands angezeigt wird, der Elektrolysevorgang. Das NaCl wird in desinfizierende Substanzen, für die dieselbe Bezeichnung "freies Chlor" verwendet wird, und die vornehmlich aus HOCl bestehen, umgewandelt. Bei der Elektrolyse entstehende Gase werden über eine Leitung 17 abgeführt. Die Dauer des Elektrolysevorgangs ist festgelegt. Wenn dieser beendet ist, hat die entstandene Desinfektionslösung einen Gehalt an freiem Chlor von etwa 1 g/l.
Es wird nun das Magnetventil 10 für eine bestimmte Dauer geöffnet. Nach deren Ablauf ist durch das Gefälle der Leitung 8 die Desinfektionslösung aus der Elektrolysezelle 5 in den Dosierbehälter 9 geflossen, wie der Steuervorrichtung 3 durch die entsprechenden Füllstandssensoren angezeigt wird. Anschließend erfolgt wieder die Befüllung der Elektrolysezelle 5 in der vorbeschriebenen Weise.
Die Desinfektion des Trinkwassers kann nun beginne. Immer dann, wenn Wasser an den Zapfstellen aus der Trinkwasserleitung 1 entnommen wird, sendet der Kontaktwasserzähler 2 eine zu der entnommenen Wassermenge proportionale Anzahl von Impulsen zu der Steuervorrichtung 3 und diese steuert die Dosierpumpe 15 so, dass sie eine entsprechende Anzahl von Pumphüben ausführt. Die in die Trinkwasserleitung 1 injizierte Menge der Desinfektionslösung ist somit proportional zu der entnommenen Wassermenge. Durch Einstellen des Verhältnisses der Anzahl der Impulse des Kontaktwasserzählers 2 zu der Anzahl der Pumpenhübe der Dosierpumpe 15 in der Steuervorrichtung 3 kann festgelegt werden, wie hoch die Konzentration von freiem Chlor an der Injektionsstelle in der Trinkwasserleitung 1 sein soll. Diese kann beispielsweise auf 0,4 mg/l eingestellt werden, wenn sichergestellt ist, dass sie bis zu der ersten Zapfstelle auf unter 0,3 mg/l abgebaut ist und somit der Trinkwasserverordnung entspricht. Soll eine so genannte Stoßdesinfektion durchgeführt werden, kann vorübergehend das vorgenannte Verhältnis auch so geändert werden, dass der Gehalt an freiem Chlor an der Injektionsstelle beispielsweise auf das 2- bis 3fache erhöht wird.
Wenn im Dosierbehälter 9 der Füllpegel unter einen bestimmten Wert fällt, löst die Steuervorrichtung 3 den Elektrolysevorgang aus. Der bestimmte Wert ist so gewählt, dass noch genügend Desinfektionslösung in dem Dosierbehälter 9 vorhanden ist, um bis zur Zuführung der nächsten Charge der Desinfektionslösung, wofür etwa 1/2 bis 1 Stunde benötigt wird, aus der Trinkwasserleitung 1 entnommenes Wasser zu desinfizieren.
Fällt der Füllstand der NaCl-Lösung im Vorratsbehälter 4 unter den minimalen Pegel, dann wird der Bedienungsperson angezeigt, dass eine Wiederauffüllung erforderlich ist. Der minimale zeitliche Abstand zwischen zwei Auffüllungen sollte mehrere Wochen betragen. Erfolgt nach Abgabe einer bestimmten Anzahl weiterer Chargen keine Wiederauffüllung, wird die gesam te Vorrichtung abgeschaltet.
Die Signale der diversen Füllstandssensoren werden von der Steuervorrichtung 3 auch zur Erkennung etwaiger Fehler und zu deren Anzeige sowie gegebenenfalls zur Abschaltung der gesamten Vorrichtung genutzt.
Die Elektroden der mit Gleichstrom betriebenen Elektrolysezelle 5 werden nach jeder Charge umgepolt, wodurch eine Kalkablagerung auf diesen verhindert wird.

Claims

Verfahren zur Desinfektion von durch eine Leitung (1) geführtem Trinkwasser durch dosierte Zugabe einer "freies Chlor" enthaltenden wässrigen Desinfektionslösung, dadurch gekennzeichnet, dass eine wässrige Natriumchloridlösung in einem Vorratsbehälter (4) bereitgehalten wird, eine bestimmte Menge der NaCl-Lösung abhängig von der Menge des durch die Leitung (1) geführten Trinkwassers chargenweise in eine Elektrolysezelle (5) gegeben wird, die in die Elektrolysezelle (5) gegebene Charge der NaCl-Lösung elektrolysiert wird, die Elektrolyse solange durchgeführt wird, bis das NaCl zumindest teilweise in "freies Chlor" umgewandelt ist, nach Beendigung der Elektrolyse die in der Elektrolysezelle (5) befindliche Desinfektionslösung in einen Dosierbehälter (9) gegeben wird und die Desinfektionslösung abhängig von der Menge des durch die Leitung (1) geführten Trinkwassers aus dem Dosierbehälter (9) in die Leitung (1) injiziert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die im Vorratsbehälter (4) bereitgehaltene NaCl-Lösung eine NaCl-Konzentration im Bereich von 70-90% hat.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die NaCl-Konzentration in der Elektrolysezelle (5) durch Zuführung von Wasser aus Leitung (1) herabgesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die NaCl-Konzentration in der Elektrolysezelle (5) auf 15-30% herabgesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Beenden der Zuführung der NaCl-Lösung Trinkwasser aus der Leitung (1) bis zum Erreichen eines maximalen Füllpegels in die Elektrolysezelle (5) geleitet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrolysezelle (5) mit Gleichstrom betrieben wird und ihre Elektroden nach jeder Charge umgepolt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektrolysevorgang bei Erreichen eines minimalen Füllpegels im Dosierbehälter (9) ausgelöst wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektrolysevorgang auf eine vorgegebene Dauer eingestellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Desinfektionslösung 0,6-1,3 g/l freies Chlor enthält.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Trinkwasser an der Injektionsstelle der Desinfektionslösung mindestens 0,3 mg/l freies Chlor enthält.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Konzentration von freiem Chlor im Trinkwasser an der Injektionsstelle der Desinfektionslösung zeitlich begrenzt auf 0,6 bis 0,9 mg/l erhöht wird.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass in der Leitung (1) ein Durchflusszähler (2) vorgesehen ist zur Messung der Menge des durch die Leitung (1) geführten Trinkwassers.
Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Dosierbehälter (9) und der Leitung (1) eine in Abhängigkeit von den Ausgangssignalen des Durchflusszählers (2) gesteuerte Pumpe (15) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Pumpe (15) und der Leitung (1) ein auf einen konstanten Druck eingestelltes Druckhalteventil (16) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckhalteventil (16) auf 6,5-7,5 bar eingestellt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorratsbehälter (4), die Elektrolysezelle (5) und der Dosierbehälter (9) jeweils zumindest einen Füllstandsensor für die Erfassung eines minimalen und/oder maximalen Füllstands aufweisen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Elektrolysezelle (5) und dem Dosierbehälter (9) ein nach Ablauf eines Elektrolysevorgangs zu öffnendes Magnetventil (10) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Trinkwasserleitung (1) und der Elektrolysezelle (5) eine ein Magnetventil (13) enthaltende Leitung (11) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass zum chargenweisen Zuführen der NaCl-Lösung eine Pumpe (6) zwischen dem Vorratsbehälter (4) und der Elektrolysezelle (5) angeordnet ist.