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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Wasseraufbereitungssystem, insbesondere
zur Legionellenbehandlung von Trinkwasser, wobei das Wasseraufbereitungssystem
ein in einem Zirkulationskreislauf eines Warmwassersystems angeordnetes Warmwasseraufbereitungssystem
umfasst. Des weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Aufbereitung
von Wasser, insbesondere zur Legionellenbehandlung von Warm- oder
Kaltwasser.
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Aus
dem Stand der Technik sind verschiedene Vorrichtungen und Verfahren
zum Aufbereiten von Trinkwasser bekannt. Hierbei kommen insbesondere die
chemische Desinfektion und Entkeimung zum Einsatz. In diesem Zusammenhang
spielt die Legionellenbehandlung eine wesentliche Rolle. Legionellen
sind im Wasser lebende gramnegative, nicht sporenbildende Bakterien,
die durch ein oder mehrere Flagellen beweglich sind. Da alle Legionellen
als potentiell humanpathogen anzusehen sind, und da darüber hinaus
erwärmtes
Wasser optimale Bedingungen für
die Vermehrung von Legionellen bilden, sind insbesondere bei Warmwassererzeugungs-
und Warmwasserverteilungsanlagen, Schwimmbädern etc. Maßnehmen
zur Legionellenverminderung vorzusehen.
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Für die Einrichtung
und den Betrieb von Trinkwassererwärmungs- und Trinkwasserleitungsanlagen
(nachfolgend auch einfach „Warmwassersystem" genannt) gilt das
DVGW-Arbeitsblatt W 551 über
die „Technischen
Maßnahmen
zur Verringerung des Legionellenwachstums" vom April 2004. Danach muss
an der Schnittstelle zwischen dem Warmwassersystem und dem Warmwasserverbraucher,
wie etwa der Dusche oder dem Leitungshahn, ständig eine Temperatur von mindestens
60 °C gehalten
werden. Bei Warmwassersystemen mit einem Zirkulationskreislauf darf
des weiteren die Warmwassertemperatur im System nicht um mehr als
5 °C gegenüber der
Austrittstemperatur absinken. Somit muss die Rücklauftemperatur der Zirkulation
in den Warmwasserbereiter mindestens 55 °C betragen.
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Obwohl
derzeit noch kein Grenzwert für
den Legionellengehalt im Trinkwasser festgelegt ist, sollte der
Legionellengehalt nicht mehr als 100 KBE/ml betragen, um das Infektionsrisiko
möglichst
zu minimieren. Allerdings besteht bereits bei einem Gehalt von 1
KBE/ml das Trinkwasser als kontaminiert. Demzufolge besteht ein
Bedarf dahingehend, in Trinkwassererwärmungs- und Trinkwasserleitungsanlagen,
insbesondere in Warmwassersystemen mit einem Zirkulationskreislauf
eine optimale Maßnahme
zur Legionellenverminderung vorzusehen.
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Aus
dem Stand der Technik sind als Maßnahmen zur Legionellenverminderung
insbesondere die Ultrafiltration, die thermische Desinfektion, die chemische
Desinfektion und die elektrochemische Desinfektion bekannt. Bei
der Ultrafiltration kommen Module mit Ultrafiltrations-Membranen
zum Einsatz, durch welche das zu behandelnde Trinkwasser hindurch
läuft.
Die Rückhalterate
der verwendeten Membran beträgt üblicherweise
etwa 0,02 μm,
so dass sämtliche
Partikel, die größer als
0,02 μm
sind, dem zu behandelnden Wasser entzogen werden. Um eine Trennwirkung
mit einem Ultrafiltrationsmodul zu erreichen, wird der geradlinige
Durchfluss des Leitungssystems hydraulisch oder elektromechanisch gesperrt
und das Wasser durch die Wandung der Membrankapillare nach außen geleitet.
Das filtrierte Reinwasser wird über
ein das Ultrafiltrationsmodul umgebende Hüllrohr aufgefangen und als
absolut bakterienfreies und virenarmes Wasser durch einen Anschluss
zum Versorgungssystem geleitet. Der Nachteil von Ultrafiltrationssystemen
zur Wasseraufbereitung ist insbesondere darin zu sehen, dass solche
Systeme anlagentechnisch recht aufwendig sind, so dass nicht nur
die Anfangsinvestition sondern auch die laufenden Betriebskosten
derartiger Systeme recht hoch sind. Ultrafiltrationssysteme eignen sich
vor allem nur bedingt für
ein nachträgliches
Ausrüsten
einer bereits bestehenden Trinkwassererwärmungs- und Trinkwasserleitungsanlage.
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Bei
der thermischen Desinfektion werden die im Trinkwasser enthaltenen
Legionellen abgetötet, indem
das Trinkwasser kurzzeitig auf über
70°C erhitzt
wird. Um allerdings eine sichere legionellenfreie Versorgung von
Warmwasserverteilungssystemen gewährleisten zu können, ist
es erforderlich, dass bei der thermischen Desinfektion das gesamte
Leitungsnetz inklusive der Entnahmearmaturen für mindestens drei Minuten auf
mehr als 70°C
aufgeheizt wird. Auch hier sind als Nachteil die anlagentechnischen Voraussetzungen
zum Betrieb eines thermischen Desinfektionssystems zu nennen.
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Bei
der chemischen Desinfektion werden die im Trinkwasser enthaltenen
Legionellen durch Zugabe von Chemikalien abgetötet, wobei es sich bei diesen
Chemikalien um trinkwasserkonforme Chemikalien handeln muss. Unter
den gemäß deutscher Trinkwasserverordnung
zugelassenen Desinfektionsmitteln wird hierzu häufig Chlordioxid eingesetzt. Im
Gegensatz zur Chlorung und elektrochemischen Verfahren wird hierbei
eine nachhaltige Desinfektion erreicht, da durch die nach der Trinkwasserverordnung
erlaubten Zugaben von Chlordioxid der Biofilm in den Rohrleitungen
nachweislich sukzessiv abgebaut wird. Der Einsatz von Chlordioxid
hat allerdings den Nachteil, dass dieses auch zu Korrosionen des Rohrleitungssystems
führen
kann. Des weiteren wird bei der chemischen Desinfektion die Wasserqualität erheblich
gemindert; dies gilt insbesondere für solche Wasseraufbereitungsanlagen,
bei denen eine Bakterien- bzw. Legionellenbehandlung nur durch Zugabe von
Chemikalien erfolgt.
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Bei
der elektrochemischen Desinfektion wird die Oxidationskraft des
Wassers durch Aufspaltung der Wassermoleküle mit Hilfe einer Elektrodiafragmalyse
ausgenutzt. Bei diesem Verfahren ist insbesondere auf die pH-Neutralität zu achten,
da ansonsten (wie auch bei der chemischen Desinfektion) gegebenenfalls
Rohrkorrosionen im Trinkwassersystem entstehen können. Die elektrochemische
Desinfektion ist in technischer Hinsicht allerdings derzeit noch
nicht vollkommen ausgereift. Ferner sind Wasseraufbereitungsanlagen,
mit denen auf der Grundlage einer elektrochemischen Desinfektion
eine Bakterien- bzw. Legionellenbehandlung erfolgt, anlagentechnisch
recht aufwendig und kostenintensiv.
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Zusammenfassend
bleibt festzuhalten, dass die zuvor beschriebenen, aus dem Stand
der Technik bekannten Maßnahmen
zur Legionellenbehandlung von Trinkwasser oftmals nicht mehr ohne
großen
und kostenintensiven baulichen Aufwand bei einem bereits bestehenden
Warmwassersystems nachhaltig durchgeführt werden, wenn die Berücksichtigung
dieser Maßnahmen
aufgrund von Planungs- und/oder Ausführungsfehlern anfänglich versäumt wurden, bzw.
wenn es sich um ein älteres
System handelt, so dass ein einwandfreier Betrieb einer solchen
Anlage nicht gewährleistet
werden kann. Auch sind die chemischen Behandlungsmethoden zum Teil
problematisch, da durch die Zugabe von Chemikalien die Qualität des Trinkwassers
erheblich gemindert wird. Des weiteren ist die zulässige Menge
an Chemikalien, die dem Trinkwasser beigemischt werden dürfen, durch nationale
Richtlinien, Normen etc. beschränkt,
so dass unter Umständen
der Legionellenproblematik nicht im vollen Umfang Sorge getragen
werden kann.
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Auf
der Grundlage der geschilderten Problemstellung liegt der vorliegenden
Erfindung nun die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung sowie ein Verfahren
zur Wasseraufbereitung und insbesondere zur Legionellenbehandlung
von Trinkwasser anzugeben, welches möglichst einfach und ohne Verwendung von
chemikalischen Zusätzen
in effektiver Weise eine Verringerung des Legionellenanteils im
Trinkwasser ermöglicht.
Insbesondere soll ein Wasseraufbereitungssystem (Vorrichtung und
Verfahren) angegeben werden, welches sich auch ohne größeren baulichen
Aufwand nachträglich
bei einem bereits bestehenden Warm- und/oder Kaltwassersystem einsetzen
lässt.
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Diese
Aufgabe wird im Hinblick auf die Vorrichtung mit einem Wasseraufbereitungssystem
gelöst,
welches ein in einem Zirkulationskreislauf eines Warmwassersystems
angeordnetes Warmwasseraufbereitungssystem umfasst, wobei dieses
Warmwasseraufbereitungssystem folgendes aufweist: ein Reaktorsystem
mit einem Reaktionstank, in den zumindest ein Teil des im Zirkulationskreislauf
fließenden
Wassers geleitet wird; und ein Zirkulationssystem, welches ein mit
dem Reaktionstank verbindbares Vorlaufleitungssystem, ein mit dem
Reaktionstank verbundenes Rücklaufleitungssystem
und eine zwischen dem Vorlauf- und Rücklaufleitungssystem angeordnete
Kavitatoreinrichtung aufweist, wobei zumindest ein Teil des in den
Reaktionstank geleiteten Wassers der Kavitatoreinrichtung über das
Vorlaufleitungssystem zugeführt
und nach dem Durchlauf durch die Kavitatoreinrichtung über das
Rücklaufleitungssystem
wieder dem Reaktionstank rückgeführt wird,
wobei die Kavitatoreinrichtung des Warmwasseraufbereitungssystems
ausgelegt ist, in geregelter Weise in dem über das Vorlaufleitungssystem
zugeführten
Wasser eine Gaskavitation zu erzeugen, und wobei der Reaktionstank
des Warmwasseraufbereitungssystems ausgelegt ist, das über das
Rücklaufleitungssystem
von der Kavitatoreinrichtung rückgeführte Wasser
zu entgasen, so dass der durch das Reaktorsystem geleitete zumindest
eine Teil des im Zirkulationskreislauf fließenden Wassers insbesondere
als sauerstoff- und CO2-armes Wasser anschließend dem
Zirkulationskreislauf des Warmwassersystems wieder zugeführt wird.
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Im
Hinblick auf das Verfahren wird die oben genannte Aufgabe erfindungsgemäß dadurch
gelöst, dass
zunächst
in dem zu behandelnden Wasser in geregelter Weise eine gezielte
Gaskavitation erzeugt und anschließend die in dem zu behandelnden
Wasser gelösten
gasförmigen
Komponenten abgetrennt werden.
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Die
erfindungsgemäße Lösung weist
eine ganze Reihe wesentlicher Vorteile gegenüber der aus dem Stand der Technik
bekannten und vorstehend beschriebenen Maßnahmen zur Legionellenbehandlung
von Trinkwasser auf. Der Kern der Erfindung liegt darin, in dem
zu behandelnden Trinkwasser ein Milieu von Sauerstoffarmut und CO2-Reduzierung einzustellen, um in einer möglichst
effektiven aber dennoch leicht zu realisierenden Weise ein besonders
nährstoffarmes
kohlenwasserstofffreies Wasser herzustellen, was keine Nahrung für Amöben bzw.
im Wasser eingelagerte Legionellen mehr darstellt. Demnach wird
erfindungsgemäß das zu
behandelnde Trinkwasser derart behandelt (entgast), dass im Trinkwasser
die Lebensbedingungen für Bakterien
bzw. Legionellen drastisch verschlechtert werden. Es handelt sich
bei der erfindungsgemäßen Lösung also
um eine Maßnahme,
mit welcher insbesondere ohne Einsatz von Chemikalien der Bakterien-
und Legionellenbestand im Trinkwasser auf einem gesundheitlich unbedenklichen
Wert gehalten werden kann.
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Unter
dem hierin verwendeten Begriff „Kavitatoreinrichtung" ist allgemein eine
strömungstechnisch
entsprechend konstruierte Anlage zu verstehen, bei welcher sehr
hohe Querbeschleunigungen in dem durch die Kavitatoreinrichtung
geleiteten und zu behandelnden Wasser auftreten. Diese Querbeschleunigungen
haben auf das strömende
Medium diverse Auswirkungen, wie zum Beispiel das Auftreten extremer
Schwerkräfte
und Verwirbelungen. Durch die in der Kavitatoreinrichtung bewirkte
Umwandlung der Druckenergie in Geschwindigkeitsenergie können Unterschiede
von bis zu 10 bar erzeugt werden. Bei den herrschenden beliebig
einstellbaren Druckverhältnissen
in der Kavitatoreinrichtung kann somit in dem strömenden Medium
(d.h. in dem zu reinigenden Trinkwasser) gezielt Gaskavitationen
hervorgerufen werden.
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Bei
der Gaskavitation werden durch Druckschwankungen Hohlräume in dem
Fluid erzeugt, die mit den in dem Fluid gelösten gasförmigen Komponenten gefüllt sind.
Durch die in der Kavitatoreinrichtung künstlich erzeugte Kavität in dem
zu reinigenden Trinkwasser besteht somit die Möglichkeit, die in dem Trinkwasser üblicherweise
gelösten
gasförmigen Komponenten
aus dem Trinkwasser abzuspalten. Das physikalische Entfernen der
abgespalteten gasförmigen
Komponenten aus der zu behandelnden Flüssigkeit erfolgt anschließend im
Reaktorsystem bzw. im Reaktionstank des Reaktorsystems, dem das
in der Kavitatoreinrichtung behandelte Wasser über das Rücklaufleitungssystem zugeführt wird.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren
zur Aufbereitung von Trinkwasser handelt es sich um eine besonders
effektive aber dennoch leicht zu realisierende Maßnahme,
um Bakterien etc. aus Trinkwasser zu beseitigen. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
mit der das Verfahren zur Trinkwasseraufbereitung durchgeführt wird,
handelt es sich um eine anlagentechnische Realisierung, wobei die
hierfür
erforderlichen Komponenten sich insbesondere auch dadurch auszeichnen,
dass diese in einem Zirkulationskreislauf eines Warmwassersystems
bei Bedarf nachträglich
eingebaut werden können,
ohne dass hierfür
besondere bauliche Maßnahmen
erforderlich sind.
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Vorteilhafte
Weiterentwicklungen hinsichtlich des erfindungsgemäßen Wasseraufbereitungssystems
sind in den abhängigen
Ansprüchen
2 bis 14 und hinsichtlich des erfindungsgemäßen Verfahrens im abhängigen Anspruch
16 angegeben.
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So
ist in einer besonders bevorzugten Realisierung des erfindungsgemäßen Wasseraufbereitungssystems
vorgesehen, dass dieses zusätzlich
zu dem Warmwasseraufbereitungssystem des weiteren ein in einem Kaltwasserzulauf
des Warmwassersystems angeordnetes Kaltwasseraufbereitungssystem umfasst.
Dieses Kaltwasseraufbereitungssystem weist dabei ein Reaktorsystem
mit einem Reaktionstank, in den zumindest ein Teil des dem Warmwassersystem über den
Kaltwasserzulauf zugeführten Kaltwassers
geleitet wird, und ein Zirkulationssystem auf, welches ein mit dem
Reaktionstank verbindbares Vorlaufleitungssystem, ein mit dem Reaktionstank
verbundenes Rücklaufleitungssystem
sowie eine zwischen dem Vorlauf- und Rücklaufleitungssystem angeordnete
Kavitatoreinrichtung aufweist, wobei zumindest ein Teil des in den
Reaktionstank geleiteten Wassers der Kavitatoreinrichtung über das Vorlaufleitungssystem
zugeführt
und nach dem Durchlauf durch die Kavitatoreinrichtung über das Rücklaufleitungssystem
wieder zum Reaktionstank rückgeführt wird.
In vorteilhafter Weise ist dabei das Reaktor- und Zirkulationssystem
des Kaltwasseraufbereitungssystems in funktioneller Hinsicht gleich
zu dem Reaktor- bzw. Zirkulationssystems des Warmwasseraufbereitungssystems
ausgeführt.
Demnach ist bei dieser bevorzugten Realisierung die Kavitatoreinrichtung
des Kaltwasseraufbereitungssystems ausgelegt, dass sie in geregelter
Weise in dem über das
Vorlaufleitungssystem zugeführten
Kaltwasser eine Gaskavitation erzeugen kann. Ferner ist der Reaktionstank
des Kaltwasseraufbereitungssystems ausgelegt, das über das
Rücklaufleitungssystem
von der Kavitatoreinrichtung rückgeführte Wasser
zu entgasen, so dass der durch das Reaktorsystem geleitete zumindest
eine Teil des Wassers über
den Kaltwasserzulauf dem Warmwassersystem als insbesondere Sauerstoff-
und CO2-armes Kaltwasser zugeführt wird.
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Bei
der vorstehend beschriebenen bevorzugten Weiterentwicklung des erfindungsgemäßen Wasseraufbereitungssystems,
welche neben dem Warmwasseraufbereitungssystem des weiteren auch ein
Kaltwasseraufbereitungssystem umfasst, findet demnach über das
Kaltwasseraufbereitungssystem eine Behandlung des Kaltwasserzulaufes
für die Warmwasserbereitung
und über
das Warmwasseraufbereitungssystem eine Behandlung des Warmwassers
im Zirkulationswasserkreis des Warmwassersystems statt. Mit diesen
beiden Behandlungsstufen kann in einer besonders effektiven Weise
der Bakterien- und insbesondere Legionellenanteil in dem von dem
Warmwasser- bzw. Kaltwassersystem abgegebenen Trinkwasser beseitigt
werden.
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In
vorteilhafter Weise ist im Hinblick auf die Kavitationseinrichtung
des Warmwasseraufbereitungssystems und/oder des Kaltwasseraufbereitungssystems – wenn das
Wasseraufbereitungssystem zusätzlich
zum Warmwasseraufbereitungssystem auch mit einem Kaltwasseraufbereitungssystem ausgerüstet ist – vorgesehen,
dass die Kavitationseinrichtung dahingehend ausgelegt ist, dass
die Gaskavitation im Zentrum des Strömungsquerschnittes des über das
entsprechende Vorlaufleitungssystem zugeführten Wassers erzeugt wird.
Es handelt sich hierbei um eine vorteilhafte Weiterentwicklung der
Kavitationseinrichtung, mit der die Strömung in der entsprechenden
Kavitatoreinrichtung bzw. im Ablauf der Kavitatoreinrichtung speziell
ausgebildet wird, so dass der Bereich der Kavitation im Zentrum des
Strömungsquerschnittes
verbleibt, um somit keine erhöhten
mechanischen Beanspruchungen auf die begrenzenden Oberflächen, wie
etwa die Innenwand der Kavitatoreinrichtung, die Rohrinnenwände etc.,
hervorzurufen. Geeignete Maßnahmen,
um die Gaskavitation im Zentrum des Strömungsquerschnittes zu halten,
sind aus der Strömungsmechanik
bekannt und werden hierin nicht näher beschrieben.
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Des
weiteren ist vorzugsweise die Kavitatoreinrichtung des Warmwasseraufbereitungssystems und/oder
des Kaltwasseraufbereitungssystems, wenn das Wasseraufbereitungssystem
mit einem Kaltwasseraufbereitungssystem ausgerüstet ist, ausgelegt, in dem über das
entsprechende Vorlaufleitungssystem zugeführten Wasser Druckschwan kungen
vorzugsweise zwischen 0,9 bis 6 bar (absolut) zu erzeugen. Es handelt
sich hierbei insbesondere um eine Kavitatoreinrichtung, mit der
nahezu beliebige Druckverhältnisse
und damit im Zusammenhang stehende Geschwindigkeitsverhältnisse
in dem durch die Kavitatoreinrichtung strömenden Fluid eingestellt werden
können.
Somit ist es möglich,
insbesondere die physikalischen Gleichgewichtsverhältnisse
(aber auch die Löslichkeiten
von bestimmten Stoffen) in dem zu reinigenden Trinkwasser entsprechend
geregelt zu beeinflussen. Der genannte Druckbereich zwischen 0,9
bis 6 bar ist ein bevorzugter Druckbereich; selbstverständlich sind
auch Druckschwankungen denkbar, wie etwa zwischen 0,5 bis 10 bar
(absolut).
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Im
Hinblick auf das Zirkulationssystem des Warmwasseraufbereitungssystems
bzw. des Kaltwasseraufbereitungssystems, wenn das Wasseraufbereitungssystem
mit solch einem System ausgerüstet
ist, ist in einer bevorzugten Realisierung vorgesehen, dass das
Zirkulationssystem eine erste ansteuerbare Pumpe im entsprechenden
Vorlaufleitungssystem und vorzugsweise (aber nicht in gezwungener
Weise) ebenfalls eine zweite ansteuerbare Pumpe im Rücklaufleitungssystem
aufweist. Bei der ersten Pumpe handelt es sich in vorteilhafter
Weise um eine druckgesteuerte Pumpe, wobei diese dazu dient, das
zu behandelnde Trinkwasser aus dem Reaktorsystem der Kavitatoreinrichtung
zuzuführen.
Die zweite (optional) vorgesehene Pumpe im Rücklaufleitungssystem dient
dazu, die dem Reaktorsystem (bzw. dem Reaktionstank) zugeführte Wassermenge und
die beim Zulauf bewirkte Zirkulation genau einzustellen. Die zweite
Pumpe übernimmt
somit die Funktion einer Zirkulationspumpe und ist in vorteilhafter Weise
frequenzgesteuert.
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Vorzugsweise
weist der Reaktionstank des Warmwasseraufbereitungssystems einen
mit dem Zirkulationskreislauf des Warmwassersystems verbindbaren
ersten Anschluss, um zumindest einen Teil des im Zirkulationskreislauf
fließenden
Wassers dem Reaktionstank zuzuführen,
einen mit dem Vorlaufleitungssystem des Zirkulationssystems verbindbaren zweiten
Anschluss, um der Kavitatoreinrichtung des Warmwasseraufbereitungssystems
das in den Reaktionstank geleitete Wasser zuzuführen, zumindest einen mit dem
Rücklaufleitungssystem
des Zirkulationssystems verbindbaren dritten Anschluss, um das durch
die Kavitatoreinrichtung des Warmwasseraufbereitungssystems geleitete
Wasser wieder dem Reaktionstank zuzuführen, und einen mit dem Zirkulationskreislauf
des Warmwassersystems verbindbaren vierten Anschluss auf, um das
ins besondere Sauerstoff- und CO2-arme Wasser
dem Zirkulationskreislauf wieder zuzuführen.
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In ähnlicher
Weise ist es bevorzugt, dass in einem Fall, wenn das Wasseraufbereitungssystem neben
dem Warmwasseraufbereitungssystem auch mit dem Kaltwasseraufbereitungssystem
ausgerüstet ist,
der Reaktionstank des Kaltwasseraufbereitungssystems einen mit dem
Kaltwasserzulauf verbindbaren ersten Anschluss, um zumindest einen
Teil des dem Warmwassersystem zuzuführenden Kaltwassers dem Reaktionstank
zuzuführen,
einen mit dem Vorlaufleitungssystem des Zirkulationssystems verbindbaren
zweiten Anschluss, um der Kavitatoreinrichtung des Kaltwasseraufbereitungssystems
das in den Reaktionstank geleitete Kaltwasser zuzuführen, zumindest
einen mit dem Rücklaufleitungssystem des
Zirkulationssystem verbindbaren dritten Anschluss, um das durch
die Kavitatoreinrichtung des Kaltwasseraufbereitungssystems geleitete
Wasser wieder dem Reaktionstank zuzuführen, und einen mit dem Kaltwasserzulauf
verbindbaren vierten Anschluss aufweist, um über den Kaltwasserzulauf das insbesondere
Sauerstoff- und CO2-arme Wasser dem Warmwassersystem
zuzuführen.
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Ein
derartiger Reaktionstank, der gemäß den beiden zuletzt genannten
bevorzugten Ausführungsformen
des erfindungsgemäßen Wasseraufbereitungssystems
für das
Warmwasseraufbereitungssystem bzw. Kaltwasseraufbereitungssystem
zum Einsatz kommt, ist dem Prinzip nach aus dem Stand der Technik
bekannt und erlaubt konstruktionsbedingt eine hohe Abscheidungsrate
von gasförmigen
Inhaltsstoffen des zu behandelnden Wassers, wenn dies erwünscht ist.
Der Reaktionstank kann dabei sowohl im Gleichstrombetrieb als auch
im Gegenstrombetrieb gefahren werden, um somit die Verweilzeit des
im Reaktionstank eingeführten
Wassers entsprechend einzustellen. Vorzugsweise ist dabei vorgesehen,
dass der zumindest eine dritte Anschluss, der dazu dient, das durch
die Kavitatoreinrichtung des Warm- bzw. Kaltwasseraufbereitungssystems
geleitete Wasser wieder dem entsprechenden Reaktionstank zuzuführen, tangential
in den Reaktionstank einmündet,
um somit im Reaktionstank eine kreisförmige Wirbelströmung zu
erzeugen, wobei sich in der Wirbelmitte die abgeschiedenen Gaskomponenten ansammeln.
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Um
im Reaktionstank das aus dem behandelten Wasser abgetrennte Gas
auffangen zu können,
weist dieser in bevorzugter Weise im Kopfbereich eine trichterförmige Gasauffangeinrichtung
auf, welche mit einem fünften
Anschluss verbunden ist, um die im Re aktionstank aus dem Wasser
abgeschiedenen Gase aufzufangen und entsprechend abzuführen.
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Die
vorstehend beschriebenen bevorzugten Weiterentwicklungen der erfindungsgemäßen Lösung betreffen
Maßnahmen,
mit denen über
eine rein mechanische Behandlung des Trinkwassers das Bakterien-
und insbesondere Legionellenwachstum im Trinkwasser vermindert werden
kann. Mit den beschriebenen mechanischen Bearbeitungsstufen, und insbesondere
mit der in der Kavitatoreinrichtung bewirkten Entspannung und Kavitation
im zu behandelnden Wasser kann eine effektive Endgasung und Kohlenwasserstoffreduzierung
bewirkt werden. Des weiteren führen
auch die mit der Kavitatoreinrichtung hervorgerufbaren erhöhten Oberflächenspannungen in
dem zu behandelnden Trinkwasser dazu, dass sich im Leitungssystem
keine Biofilme mehr aufbauen können,
und dass ein Abbau vorhandener Biofilme bewirkt werden kann.
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Bei
einer bevorzugten Weiterentwicklung des vorstehend beschriebenen
Wasseraufbereitungssystems, welches rein mechanische Behandlungsstufen
aufweist, ist vorgesehen, zusätzlich
zu diesen mechanischen Behandlungsstufen auch chemische Behandlungsstufen
einzusetzen. Denkbar wäre
dabei, dass das Zirkulationssystem des Warmwasseraufbereitungssystems
und/oder des Kaltwasseraufbereitungssystems, wenn das erfindungsgemäße Wasseraufbereitungssystem
mit einem solchen Kaltwasseraufbereitungssystem ausgerüstet ist,
ferner eine Oxidationsstufe mit einer Zudosiereinrichtung zum geregelten
Zudosieren eines Oxidationsmittels in das im Zirkulationssystem
fließenden Wassers
aufweist. Bei dieser bevorzugten Weiterentwicklung werden also mechanische
und chemische Behandlungsstufen miteinander kombiniert, so dass bei
der mechanischen Behandlung zunächst
die Lebensgrundlage der Bakterien bzw. Legionellen im behandelten
Wasser ohne Einsatz von Chemikalien etc. drastisch verschlechtert
wird, und wobei in der nachgeschalteten oder gleichzeitig ablaufenden
chemischen Behandlung die im Trinkwasser noch vorhandenen Bakterien
bzw. Legionellen durch geregeltes Beimischen eines Oxidationsmittels
abgetötet
werden.
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Bei
der chemischen Behandlung, die vorzugsweise in Kombination mit der
vorstehend beschrieben mechanischen Behandlung verwendet wird, ist
besonders bevorzugt, dass die Kavitatoreinrichtung des Warmwasseraufbereitungssystems bzw.
Kaltwasseraufbereitungssystems die Funktion der Zudosiereinrichtung
der Oxidationsstufe zum geregelten Beimischen des Oxidationsmittels
in das im Zirkulationssystem fließenden Wassers übernimmt. Dabei
ist die Kavitatoreinrichtung dahingehend ausgebildet, dass diese
neben der reinen Erzeugung der Gaskavitation in dem zu behandelnden
Wasser auch bei der Zumischung bzw. Zudosierung von Oxidationsmitteln
zur Anwendung kommt. Selbstverständlich
wäre es
aber auch denkbar, für
die Zudosierung andere Geräte,
wie etwa Dosierpumpen, Injektoren etc. zu verwenden.
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In
einer bevorzugten Weiterentwicklung der zuletzt genannten Ausführungsformen,
bei welcher im Wasseraufbereitungssystem neben der mechanischen
Behandlungsstufe auf eine Oxidationsstufe zum Einsatz kommt, ist
vorgesehen, dass als Oxidationsmittel Ozon eingesetzt wird, wobei
das Reaktorsystem des Warmwasseraufbereitungssystems bzw. Kaltwasseraufbereitungssystems
ferner eine Ozonvernichtungseinrichtung aufweist, durch welche die im
Reaktionstank abgeschiedenen gasförmigen Komponenten geführt werden,
um das ursprünglich zugeführte und
anschließend
wieder abgespaltete Ozon in unschädliche bzw. gesundheitlich
unbedenkliche Sauerstoffmoleküle
aufzuspalten.
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Des
weiteren wäre
es denkbar, dass das Warm- bzw. Kaltwasseraufbereitungssystem ferner eine
Ozon-Überwachungseinrichtung
aufweist, um den Ozongehalt in dem von dem Reaktorsystem abgegebenen
Wasser zu ermitteln.
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Im
Hinblick auf das Verfahren ist in einer besonders bevorzugten Weiterentwicklung
vorgesehen, dass bei diesem zeitgleich mit dem Erzeugen der Gaskavitation
in dem zu behandelnden Wasser ein Oxidationsmittel in das zu behandelnde
Wasser beigemischt wird, welches mit dem Abtrennen der gasförmigen Komponenten
anschließend
wieder aus dem Wasser entfernt wird.
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Im
nachfolgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Wasseraufbereitungssystems
anhand der beigefügten Zeichnungen
näher beschrieben.
Mit diesen Ausführungsbeispielen
werden verschiedene Realisierungen des erfindungsgemäßen Wasseraufbereitungssystems
gezeigt, um das Verständnis
der erfindungsgemäßen Lösung zu
verbessern. Keinesfalls sollen die beigefügten Zeichnungen als Einschränkung der Erfindung
dienen.
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Es
zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Wasseraufbereitungssystems
gemäß einer
ersten bevorzugten Ausführungsform;
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2 eine
schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Wasseraufbereitungssystems
gemäß einer
zweiten bevorzugten Ausführungsform;
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3 eine
schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Wasseraufbereitungssystems
gemäß einer
dritten bevorzugten Ausführungsform;
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4 eine
schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Wasseraufbereitungssystems
gemäß einer
vierten bevorzugten Ausführungsform; und
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5a, b eine Längsschnitt- bzw. Querschnittdarstellung
eines Reaktionstankes für
das Reaktorsystem des Warm- bzw. Kaltwasseraufbereitungssystems.
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1 zeigt
eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Wasseraufbereitungssystems 100 gemäß der ersten
Ausführungsform.
Das Wasseraufbereitungssystem 100 weist ein in einem Zirkulationskreislauf
eines Warmwassersystems angeordnetes Warmwasseraufbereitungssystem
A auf. Das Warmwassersystem weist einen Warmwasserboiler 14 mit
einer vorzugsweise elektrischen Heizung 15 sowie einen
Zirkulationskreislauf auf, in welchem das im Warmwasserboiler 14 erhitzte
Wasser zirkuliert. Der Zirkulationskreislauf des Warmwassersystems
umfasst des weiteren zumindest eine Entnahmestelle 21,
welche eine Schnittstelle des Warmwassersystems zu einem nicht explizit
dargestellten Endverbraucher (Dusche, Wasserhahn, etc.) bildet. Wie
in 1 gezeigt, ist das Warmwassersystem bzw. der Warmwasserboiler 14 des
Warmwassersystems ferner mit einer einen Wasserzähler 1 und einen Druckminderer 2 aufweisenden
Kaltwasserzuleitung verbunden. Über
diese Kaltwasserzuleitung wird bei Bedarf dem Zirkulationskreislauf
des Warmwassersystems Kaltwasser zugeführt, wenn beispielsweise über die
zumindest eine Entnahmestelle 21 vom Endverbraucher Warmwasser
aus dem Zirkulationskreislauf abgezapft wird.
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Am
Ausgang des Warmwasserboilers 14 und bei der letzten Entnahmestelle 21 ist
jeweils ein Temperatursensor 23.1 und 23.2 vorgesehen,
die dazu dienen, die Temperatur des im Zirkulationskreislauf strömenden Wassers
zu erfassen. Die entsprechenden Messwerte der Sensoren 23.1 und 23.2 werden zu
einer Steuerung 5 übertragen,
welche den Betrieb des Warmwassersystems und des Warmwasseraufbereitungssystems
A steuert. Insbesondere regelt die Steuerung 5 die Heizung 15 des
Warmwasserboilers 14 derart, dass die Differenz zwischen
den mit den jeweiligen Temperatursensoren 23.1 und 23.2 erfassten
Temperaturwerten nicht größer als
3 °C beträgt, wobei
die mit dem Sensor 23.1 erfasste Ausgangstemperatur am
Ausgang des Warmwasserboilers 14 mindestens 60 °C betragen
sollte.
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Das
Warmwasseraufbereitungssystem A umfasst zur Bakterien- und Legionellenbehandlung des
im Zirkulationskreislauf des Warmwassersystems strömenden Warmwassers
eine mechanische Behandlungsstufe, die sich im wesentlichen aus
einem Reaktorsystem R mit einem Reaktionstank 4 sowie einem
Zirkulationssystem Z mit einer Kavitatoreinrichtung 9 zusammensetzt.
In den Reaktionstank 4 des Reaktorsystems R wird zumindest
ein Teil des im Zirkulationskreislauf des Warmwassersystems fließenden Warmwassers
geleitet. Hierzu weist der Reaktionstank 4 einen mit dem
Zirkulationskreislauf des Warmwassersystems über ein Absperrventil 3 verbindbaren
ersten Anschluss 4.1 auf, über welchen zumindest ein Teil
des im Zirkulationskreislauf fließenden Wassers dem Reaktionstank 4 zugeführt wird.
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Das
Zirkulationssystem Z des Warmwasseraufbereitungssystems A gemäß 1 weist
ein mit dem Reaktionstank 4 über einen zweiten Anschluss 4.2 sowie über weitere
Absperrventile 3 verbindbares Vorlaufleitungssystem, ein
mit dem Reaktionstank 4 über einen dritten Anschluss
verbundenes Rücklaufleitungssystem
sowie eine zwischen dem Vorlauf- und Rücklaufleitungssystem angeordnete
Kavitatoreinrichtung 9 auf, wobei zumindest ein Teil des
in den Reaktionstank 4 geleiteten Wassers der Kavitatoreinrichtung 9 über das
Vorlaufleitungssystem zugeführt und
nach dem Durchlauf durch die Kavitatoreinrichtung 9 über das
Rücklaufleitungssystem
wieder zum Reaktionstank 4 rückgeführt wird.
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Die
im Zirkulationssystem Z vorgesehene Kavitatoreinrichtung 9 ist
in strömungsmechanischer Hinsicht
derart ausgelegt, dass bei Bedarf in dem durch die Kavitatoreinrichtung 9 fließenden Wasser in
geregelter Weise eine Gaskavitation hervorgerufen wird, wobei in
vorteilhafter Weise der Bereich der Gaskavitation im Zentrum des
Strömungsquerschnittes
verbleibt, um erhöhte
mechanische Beanspruchungen der Kavitatoreinrichtung 9 bzw.
des Rücklaufleitungssystems
zu vermeiden.
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Im
einzelnen ist die Kavitationseinrichtung ausgelegt, den Druck in
dem durch die Kavitationseinrichtung strömenden Wasser zwischen etwa 0,9
bar (Unterdruck) und etwa 6 bar (Überdruck) zu variieren, so
dass über
die Entspannung und Kavitation eine Entgasung des Wassers hervorgerufen wird,
was zu einer Reduktion von Kohlenwasserstoffen im zu behandelnden
Wasser führt.
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Wie
in 1 dargestellt, ist am Eingang der Kavitatoreinrichtung 9 eine
mit der Steuerung 5 ansteuerbare erste Pumpe 8.1 vorgesehen,
mit welcher der Kavitatoreinrichtung 9 das Wasser aus dem
Reaktionstank 4 zugeführt
wird. In vorteilhafter Weise ist die in 1 dargestellte
Ausführungsform
dahingehend ausgelegt, dass zusätzlich
zur Entgasung des Zirkulationswassers ein Abgleich der Zirkulationswassertemperatur
durch Temperatur oder Druck erfolgt. Hierzu ist im Zulauf zum Reaktorsystem
R bzw. zum Reaktionstank 4 ein Drucksensor 22.1 angeordnet.
Weitere Drucksensoren 22.2 und 22.3 sind im Zirkulationssystem
Z des Warmwasseraufbereitungssystem A angeordnet, und zwar in dem
Vorlaufleitungssystem stromaufwärts
von der Kavitatoreinrichtung 9 und im Rücklaufleitungssystem stromabwärts von
der Kavitatoreinrichtung 9. Die Drucksensoren werden in
den 1 bis 4 auch allgemein mit dem Bezugszeichen „P" bezeichnet.
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Die
entsprechenden Messwerte der Drucksensoren 22.1 bis 22.3 werden
in vorteilhafter Weise zur Steuerung 5 übertragen, welche in Abhängigkeit von
der mit den Temperatursensoren 23.1 und 23.2 erfassten
Zirkulationswassertemperatur die im Warmwasseraufbereitungssystem
A vorgesehenen Pumpen 8.1 bis 8.3 entsprechend
ansteuert, um einen Zirkulationswassertemperaturabgleich zu bewirken.
Bei den genannten Pumpen 8.1 bis 8.3 handelt es
sich um die im Zirkulationssystem Z stromaufwärts von der Kavitatoreinrichtung 9 vorgesehene
erste Pumpe 8.1, die im Zirkulationssystem Z stromabwärts von
der Kavitatoreinrichtung 9 vorgesehene zweite Pumpe 8.2 sowie
um die am Ausgang des Warmwasseraufbereitungssystem A vorgesehene dritte
Pumpe 8.3. Die Anzahl und Anordnung der Pumpen 8.1 bis 8.3 im
Warmwasseraufbereitungssystem A bzw. im Zirkulationskreislauf des
Warmwassersystems können
allerdings auch verschieden von den in 1 gezeigten
sein. Allgemein werden die bei den Ausfüh rungsbeispielen gemäß 1 bis 4 zum
Einsatz kommenden Pumpen mit dem Bezugszeichen „FU" bezeichnet.
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Durch
den Zirkulationswassertemperaturabgleich wird erreicht, dass die
Temperaturdifferenz zwischen der Wassertemperatur am Austritt des Warmwasserboilers 14 und
der letzten Entnahmestelle 21 kleiner (oder gleich) 3 °C ist, um
somit die vorgeschriebenen Anforderungen für die Errichtung und im Betrieb
von Trinkwassererwärmungs-
und Trinkwasserleitungsanlagen zu erfüllen (vgl. die im DVGW-Arbeitsblatt
W 551 festgelegten Vorschriften).
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Des
weiteren wird die Entgasungsleistung des Reaktorsystems R und des
Zirkulationssystems Z, die bei der Ausführungsform gemäß 1 mit
einer entsprechenden Ansteuerung der in dem Warmwasseraufbereitungssystem
A vorgesehenen Pumpen 8.1 bis 8.3 bewirkt wird, über eine Überwachung des
im behandelten Warmwasser gelösten
Sauerstoffs gesteuert. Hierzu ist am Ausgang des Warmwasseraufbereitungssystems
A ein Sauerstoffsensor 20 vorgesehen, welcher mit der Steuerung 5 in
Datenkommunikation steht.
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2 zeigt
eine schematische Ansicht einer zweiten bevorzugten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Wasseraufbereitungssystems 100. Wie
dargestellt, weist das Wasseraufbereitungssystem 100 der
zweiten Ausführungsform
ein Warmwasseraufbereitungssystem A gemäß 1 auf. Zusätzlich zu
diesem Warmwasseraufbereitungssystem A ist bei dem System gemäß 2 noch
ein Kaltwasseraufbereitungssystem B vorgesehen, welches in einem
Kaltwasserzulauf zum Warmwassersystem bzw. zum Warmwasserboiler 14 angeordnet
ist.
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Da
das Warmwasseraufbereitungssystem A in 2 in struktureller
und funktioneller Hinsicht identisch mit dem Warmwasseraufbereitungssystem A
der in 1 dargestellten ersten Ausführungsform ist, wird an dieser
Stelle auf eine ausführliche
Beschreibung der einzelnen Komponenten des Warmwasseraufbereitungssystem
A gemäß der zweiten Ausführungsform
verzichtet.
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Das
Kaltwasseraufbereitungssystem B in dem in 2 gezeigten
Wasseraufbereitungssystem 100 weist ein Reaktorsystem R
mit einem Reaktionstank 4, in welchen zumindest ein Teil
des dem Warmwassersystem über
den Kaltwasserzulauf zugeführten Kaltwassers
geleitet wird, und ein Zirkulationssystem Z auf, welches ein mit
dem Reaktionstank 4 verbindbares Vorlaufleitungssystem,
ein mit dem Reaktionstank 4 verbindbares Rücklaufleitungssystem und
eine zwischen dem Vorlauf- und Rücklaufleitungssystem
angeordnete Kavitatoreinrichtung 9 aufweist, wobei zumindest
ein Teil des in den Reaktionstank 4 geleiteten Wassers
der Kavitatoreinrichtung 9 über das Vorlaufleitungssystem
zugeführt
und nach dem Durchlauf durch die Kavitatoreinrichtung 9 über das
Rücklaufleitungssystem
wieder zum Reaktionstank 4 rückgeführt wird. Da in funktioneller
und struktureller Hinsicht das Reaktorsystem R und das Zirkulationssystem
Z des Kaltwasseraufbereitungssystems B im wesentlichen dem Reaktorsystem
R bzw. Zirkulationssystem Z des Warmwasseraufbereitungssystems A
entsprechen, werden für
die gleichen Komponenten des Warm- und Kaltwasseraufbereitungssystems
A, B die gleichen Bezugsziffern verwendet. Des weiteren wird zur
Vermeidung von Wiederholungen auf eine nähere Beschreibung der im Kaltwasseraufbereitungssystem
B vorgesehenen Komponenten verzichtet.
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3 zeigt
eine dritte bevorzugte Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Wasseraufbereitungssystems 100,
welches sich von der in 2 gezeigten Ausführungsform
dahingehend unterscheidet, dass zur Bakterien- und Legionellenbekämpfung im
dem Warmwassersystem bzw. dem Warmwasserboiler 14 zugeführten Kaltwasser
neben der mechanischen Bearbeitungsstufe des weiteren eine chemische
Behandlungsstufe vorgesehen ist.
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Die
chemische Behandlungsstufe des Kaltwasserbearbeitungssystems B gemäß 3 weist hierzu
eine Oxidationsstufe OX auf, über
welche dem im Zirkulationssystem Z des Kaltwasseraufbereitungssystems
B fließenden
Wasser in geregelter Weise Ozon zudosiert wird. Im Einzelnen weist
die Oxidationsstufe OX eine mit der Steuerung 5 ansteuerbare
Einrichtung zum Erzeugen von Ozon 11 bis 13 sowie
eine Zudosiereinrichtung 9, 10 zum geregelten Zudosieren
des als Oxidationsmittel zum Einsatz kommenden Ozons auf. Die Einrichtung
zum Erzeugen von Ozon 11 bis 13 umfasst dabei
einen Luftfilter 13, über
den angesaugte bzw. zugeführte
Umgebungsluft gefiltert wird, einen Ozongenerator 12 zum Erzeugen
von mit Ozon angereicherter Luft aus der gefilterten Umgebungsluft
und einen Durchflussmengenzähler 11 mit
Mikroschalter.
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Obwohl
grundsätzlich
als Zudosiereinrichtung Dosierpumpen, Injektoren etc. verwendet
werden können,
ist bei der in 3 gezeigten Ausführungsform
bevorzugt, dass die Funktion der Zudosiereinrichtung von der Kavitatoreinrichtung 9 des Kaltwasseraufbereitungssystems
B übernommen wird,
wobei ein Eingang der Kavitatoreinrichtung 9 über eine
Rückschlagklappe 10 mit
dem Ausgang der Einrichtung zum Erzeugen von Ozon 11 bis 13 verbunden
ist. Somit wird bei der in 3 dargestellten dritten
Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Wasseraufbereitungssystems 100 für eine chemische
Behandlung des dem Warmwassersystem bzw. Warmwasserboiler 14 zuzuführenden
Kaltwassers über
die Kavitatoreinrichtung 9 des Kaltwasseraufbereitungssystems
B das Oxidationsmittel Ozon im Zirkulationssystem Z des Kaltwasseraufbereitungssystems
B dem zu behandelnde Kaltwasser beigemischt.
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Nach
dem Zumischen des Ozons in der Kavitatoreinrichtung 9 des
Kaltwasseraufbereitungssystems B wird das zu behandelnde Kaltwasser über das
Rücklaufleitungssystem
des Zirkulationssystems Z zum Reaktionstank 4 rückgeführt, wo
eine Entgasung stattfindet. Die im Reaktionstank 4 abgetrennten
gasförmigen
Bestandteile werden von der im Reaktionstank 4 vorgesehenen
trichterförmigen
Gasauffangeinrichtung aufgefangen und über den fünften Ausgang 4.5 einem
Ozonvernichter 7 zugeführt,
in welchem das in dem abgeführten
Gas enthaltene Ozon neutralisiert bzw. chemisch in Sauerstoffmoleküle etc.
umgewandelt wird.
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Das
in 3 entsprechend mechanisch und chemisch aufbereitete
Kaltwasser, welches über
den vierten Anschluss 4.4 des Reaktionstankes 4 und über ein
entsprechendes Rohrleitungssystem dem Warmwassersystem bzw. dem
Warmwasserboiler 14 des Warmwassersystems zuzuführen ist,
läuft zunächst noch
durch einen weiteren Ozonvernichter 19, der in dem Rohrleitungssystem
vorgesehen ist, welches den vierten Anschluss 4.4 des Reaktionstankes 4 mit
dem Warmwasserboiler 14 des Warmwassersystems verbindet.
Der Ozonvernichter 19 kann beispielsweise ein Aktivkohlefilter
aufweisen, durch den das behandelte Kaltwasser geleitet wird, und
der als Katalysator zum chemischen Neutralisieren von ggf. noch
im behandelten Kaltwasser vorhandenen Ozon dient. Um zu erreichen,
dass der Ozongehalt im behandelten Kaltwasser am Ausgang 4.4 des
Reaktionstank 4 überwacht
werden kann, ist stromaufwärts
des Ozonvernichters 19 ein Ozon-Sensor 24 vorgesehen,
der mit der Steuerung 5 verbunden ist. Somit kann bei Bedarf
der Ozonvernichter 19 zugeschaltet werden, um zu erreichen dass
das letztendlich dem Warmwasserboiler 14 zugeführte Kaltwasser
kein gelöstes
Ozon mehr aufweist.
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4 zeigt
eine vierte bevorzugte Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Wasseraufbereitungssystems 100.
Die in 4 gezeigte Ausführungsform entspricht im wesentlichen
dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel, allerdings
mit der Ausnahme, dass bei dem in 4 gezeigten
System im Warmwasseraufbereitungssystem A des weiteren eine chemische
Behandlungsstufe vorgesehen ist. Diese chemische Behandlungsstufe
weist ein Ozongeneratorsystem 11 bis 13, eine
Ozon-Zudosiereinrichtung in Gestalt der Kavitatoreinrichtung 9 sowie insgesamt
zwei Ozonvernichter 7, 19 auf, deren Funktionsweise
im wesentlichen identisch mit der Funktionsweise der entsprechenden
Komponenten des Kaltwasseraufbereitungssystems B ist.
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5a zeigt
in einer längsgeschnittenen Darstellung
den Reaktionstank 4 des Reaktorsystems R für das Warmwasseraufbereitungssystem
A bzw. das Kaltwasseraufbereitungssystem B gemäß der bevorzugten Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung. 5b zeigt
eine an der in 5a gezeigten Linie A-A genommene
Querschnittsdarstellung des in 5a gezeigten
Reaktionstankes 4.
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Wie
dargestellt, weist der Reaktionstank 4 einen mit dem Zirkulationskreislauf
des Warmwassersystems bzw. mit dem Kaltwasserzulauf verbindbaren
ersten Anschluss 4.1 auf, um zumindest einen Teil des im
Zirkulationskreislauf fließenden
Wassers bzw. des dem Warmwassersystem zuzuführenden Kaltwassers dem Reaktionstank 4 zuzuführen. Des weiteren
ist ein mit dem Vorlaufleitungssystem des Zirkulationssystems verbindbarer
zweiter Anschluss 4.2 vorgesehen, um der in 5 nicht explizit dargestellten Kavitatoreinrichtung 9 das
in den Reaktionstank 4 geleitete Wasser zuzuführen. Um
das durch die Kavitatoreinrichtung 9 geleitete Wasser anschließend wieder
zum Reaktionstank 4 rückzuführen ist am
Reaktionstank 4 ferner ein mit dem Rücklaufleitungssystem des Zirkulationssystem
Z verbindbarer dritter Anschluss 4.3 vorgesehen. In 5a ist
darüber
hinaus ein mit dem der Zirkulationskreislauf des Warmwassersystems
bzw. mit dem Kaltwasserzulauf verbindbarer vierten Anschluss 4.4 vorgesehen,
um das in dem Reaktorsystem R und Zirkulationssystem Z erzeugte,
insbesondere Sauerstoff- und CO2-arme Wasser
dem Zirkulationskreislauf bzw. dem Warmwassersystem zuzuführen.
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In 5a ist
des weiteren gezeigt, dass im Kopfbereich des Reaktionstankes eine
trichterförmige
Gasauffangeinrichtung vorgesehen ist, welche mit einem fünften Anschluss 4.5 verbunden
ist, um die im Reaktionstank 4 aus dem Wasser abgeschiedenen Gase
aufzufangen und abzuführen.
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Obwohl
in der gezeigten Ausführungsform gemäß
5 die Reaktionskammer über ihre Länge einen gleichmäßigen Durchmesser
aufweist, ist es auch denkbar, beispielsweise eine herzförmige Anordnung
der Reaktionskammer zu wählen.
Hinsichtlich der Wirkungsweise der Reaktionskammer wird auf die
Druckschrift der
EP
1 294 474 A1 verwiesen.
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Im
folgenden werden die einzelnen Komponenten der in den 1 bis 4 gezeigten
Ausführungsbeispiele
im einzelnen beschrieben.
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Der
im Kaltwasserzulauf vorgesehene Wasserzähler 1 dient zur Verbrauchsabrechnung,
wenn der Kaltwasserzulauf an die örtliche Wasserversorgung eines
beispielsweise kommunalen Wasserversorgers angeschlossen ist. Der
nachfolgende Druckminderer 2 dient dazu, den internen Fluiddruck
an der Schnittstelle einzustellen. Die in dem Kaltwasser- und Warmwasseraufbereitungssystem
B, A vorgesehenen Absperrventile 3 sind Standartprodukte,
die insbesondere im Hinblick auf die Wartung der einzelnen Komponenten
des Kaltwasseraufbereitungssystems B bzw. Warmwasseraufbereitungssystems
A dienen.
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Der
Reaktionstank 4 des Warmwasseraufbereitungssystems A und
des Kaltwasseraufbereitungssystems B hat die Aufgabe, einerseits
den Kontakt und die Durchmischung zwischen dem aufzubereitenden
Trinkwassers und dem gegebenenfalls zudosierten Oxidationsmitteln
sicherzustellen (wenn eine chemische Behandlungsstufe vorgesehen
ist), und andererseits die Verweilzeit für den Ablauf der zur Wasseraufbereitung
erforderlichen chemischen, chemisch-physikalischen bzw. reinphysikalischen Prozesse
zu gewährleisten.
Der Reaktionstank 4 übernimmt
somit zweierlei Aufgaben, nämlich
einerseits eine Entgasung bereitzustellen, während andererseits das gegebenenfalls
eingeführte
Oxidationsmittel möglichst
gut mit dem aufzubereitenden Trinkwasser vermischt wird. Bei reinen
Mischungsvorgängen
aber auch bei Ausgasungsvorgängen
reicht eine rechnerische Verweildauer von 3 bis 5 Minuten im Reaktionstank 4 aus.
Für den
Ablauf von chemischen und/oder chemisch-physikalischen Prozessen
können
allerdings je nach Anwendungsfall auch Aufenthaltszeiten von bis
zu 20 Minuten erforderlich sein.
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Durch
seine Konstruktion kann der Reaktionstank 4 sowohl im Gleichstrombetrieb
als auch im Gegenstrombetrieb gefahren werden. Wesentlich dabei
ist, dass es zu einer hohen Abscheidung von gasförmigen Inhaltsstoffen kommt,
wenn dies vorgesehen und erwünscht
ist. Die Abscheidung der gasförmigen
Inhaltsstoffe im Reaktorsystem R bzw. Reaktionstank 4 wird
durch einen adäquat
ausgebildeten Trichter im Reaktionstank 4 sichergestellt.
Des weiteren sind die Eintrittsöffnungen
(dritte Anschlüsse 4.3) in
den Reaktionstank 4 hinter der Kavitatoreinrichtung 9 tangential
ausgeführt,
so dass im Inneren des Reaktionstanks 4 ein Strömungstrichter
ausgebildet wird, der ebenso einen positiven Einfluss auf die im Reaktionstank 4 hervorgerufene
Entgasung hat, wobei im Zentrum des Strömungstrichters die Blasenbildung
verstärkt
ausgebildet ist.
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Die
Verweilzeit des Wassers im Reaktionstank 4 wird durch die
Behältergröße eingestellt;
andererseits wäre
es aber auch denkbar, dass durch das Einbringen entsprechender „Schüttungen", welche beispielsweise
aus Kunststoff oder auch aus mineralischen Werkstoffen aufgebaut
sein können,
die Kontaktzeit entsprechend eingestellt bzw. verlängert wird.
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Der
Reaktionstank 4 weist an der obersten Stelle eine Entlüftung 6 auf,
damit das durch den hohen Druck und Kavitationsblasen entstehende
Gas im Reaktionstank 4 aus dem zu behandelnden Wasser entweichen
kann. Wenn eine chemische Behandlungsstufe vorgesehen ist, dient
diese Entlüftung 6 dazu,
dass die mit der Kavitatoreinrichtung 9 eingetragene ozonhaltige
Luft wieder entweichen kann.
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Da
aus gesundheitlichen Gründen
keine Ozonverbindungen in dem behandelten Trinkwasser verbleiben
darf, und da des weiteren die von dem Reaktionstank 4 abgegebene
ozonhaltige Luft nicht ohne weiteres an die Außenluft abgegeben werden kann,
ist es wichtig, dass das Ozon, welches möglicherweise in der Abluft
enthalten ist, zu zerstören. Dies
kann durch eine Erwärmung
der Abluft mit einem Lufterhitzer oder beispielsweise durch eine
Filterung der Abluft mit Hilfe eines Biofilters oder Aktivkohlefilters
erfolgen.
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Die
Oxidationsstufe OX besteht aus der Einheit zur Zudosierung von Oxidationsmittel 9, 10,
der Reaktionsstufe 4 sowie der Anlagenteile 7, 19,
die eine nachhaltige Vernichtung der Oxidationsmittel gewährleisten,
falls dies erforderlich ist. Als Oxidationsmittel kommt neben Kaliumpermanganat
und Chlorverbindungen in vorteilhafter Weise Ozon in Frage, wobei
die Vorteile von Ozon in der hohen Aggressivität und somit in der hohen Reaktionsgeschwindigkeit
liegen. Nachteilig ist der Angriff auf viele Werkstoffe, was zur
Folge hat, dass verstärkt
Korrosionserscheinungen auftreten, aber auch die möglichen
negativen Auswirkungen, wenn ozonhaltiges Wasser von Personen betrunken
wird bzw. mit ihnen in Kontakt kommt. Deshalb ist es erforderlich,
dass nach der Behandlung des Trinkwassers mit Ozon sichergestellt
wird, dass kein Ozon mehr im Wasser ist. Hierzu wäre es denkbar,
das Wasser mit einem Aktivkohlefilter (Ozonvernichter 19)
zu filtern, so dass aufgrund der katalytischen Wirkung der Aktivkohle
das Ozon aufgelöst
wird. Andererseits wäre
es aber auch denkbar, gezielt Wasserstoffperoxyd beizumischen, so
dass das Ozon durch eine chemische Umwandlung zerstört wird.
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Die
Ozon-Zudosierung sollte für
eine reine Desinfektion bei 0,5 mg Ozon je Liter Wasser liegen. Für den Um-
und Abbau von organischen Verbindungen im Wasser bzw. im System
einer Warmwasserzirkulationsleitung können Konzentrationen von ca.
1 bis 2 mg Ozon je Milligramm gelösten Kohlenstoff im Wasser
erforderlich sein. Üblicherweise
wird das Ozon über
UV-Lampen oder entsprechende Entladungslampen erzeugt.
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Die
Zudosierung des Oxidationsmittels kann über entsprechende Geräte wie Dosierpumpen,
Injektoren etc. erfolgen. Bei der erfindungsgemäßen Lösung kommt hierfür allerdings
die Kavitatoreinrichtung 9 zum Einsatz, da die Vorteile
der veränderlichen
Bedingungen, wie Druck- und Geschwindigkeitsverhältnisse bis hin zur Kavitation
genutzt werden sollen. Die Menge der Ozonzugabe ist abhängig von
der Rohwasserbeschaffenheit und der benötigten Warmwassermenge. Bevor
das Wasser im Warmwasseraufbereitungssystem A zur Warmwasserbereitung
im Boiler 14 weiterfließt, wird die Restozonvernichtung
durch einen Aktivkohlefilter sichergestellt. Im Anschluss erfolgt
ein Ozonmonitoring (Ozon-Sensor 24) um sicherzustellen,
dass kein Ozon in den Warmwasserbereiter gelangt. Die Zudosierung
der Ozonmenge ist gesetzlich geregelt bzw. eine Überdosierung kann zu ungewollten
Metalloxidationen führen.
Für die
Ozonkonzentration ist eine mengenabhängige, zeitgesteuerte oder
ozongehaltabhängige
Regelung denkbar.
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Im
Falle des in 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiels
der erfindungsgemäßen Lösung ergibt
die Überwachung
des im bearbeiteten Trinkwassers gelösten Sauer stoffes eine Möglichkeit, die
Betriebszeiten zu minimieren. Die direkte Anzeige und Verwertung
des gelösten
Sauerstoffgehaltes und das damit verbundene Milieu des Überlebensraumes
der Bakterien bzw. Legionellen wird auf diese Art gesteuert und
gezielt schlecht gehalten. Die Ausgasung ist umso höher, je
mehr Temperatur das aus dem Zirkulationskreislauf des Warmwassersystems entnommene
Wasser aufweist. Für
die Ausgasung und die Reduzierung des CO2-
und des Sauerstoffgehaltes kann die Temperatur auch auf etwa 50°C abgesenkt
werden, was den Vorteil hat, dass bei diesen Temperaturen die Gefahr
des Ausfallens von Carbonathärte
sowie die Betriebskosten gesenkt werden.
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Die
Erfindung ist nicht auf die unter Bezugnahme auf die 1 bis 5 beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele
des Wasseraufbereitungssystems 100 beschränkt. Vielmehr
sind jedwede Kombinationen der einzelnen Komponenten miteinander
denkbar.