DE102008004663A1

DE102008004663A1 - Verfahren zur elektrochemischen Hygienisierung und Keimminderung von biologisch gereinigtem Abwasser, insbesondere häuslichem Abwasser und von Abwasserteilströmen und Vorrichtung dazu

Info

Publication number: DE102008004663A1
Application number: DE102008004663A
Authority: DE
Inventors: Eckhard Prof. Dr.rer.nat. habil. Worch; Viktor Dr.rer.nat. Schmalz; Thomas Dr.rer.nat. Dittmar; Wolfgang Dr.rer.nat. Triller; Jens Dipl.-Ing. Ilian; Martin Bergmann
Original assignee: BERGMANN CLEAN ABWASSERTECHNIK; BERGMANN CLEAN ABWASSERTECHNIK GmbH; Technische Universitaet Dresden
Current assignee: Bergmann Beton and Abwassertechnik De GmbH; Technische Universitaet Dresden
Priority date: 2008-01-11
Filing date: 2008-01-11
Publication date: 2009-07-16
Anticipated expiration: 2028-01-12
Also published as: DE102008004663B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Hygienisierung und Keimminderung von biologisch gereinigtem Abwasser und von Abwasserteilströmen durch elektrochemische Behandlung in iener Elektrolysezelle (10) mit einer Umpoleinheit für einen Polarisationswechsel von in der Elektrolysezelle (10) angeordneten Elektroden (12; 13) und einer Steuerung (11). Das biologisch gereinigte Abwasser (14) oder der Abwasserteilstrom werden zur Hygienisierung und Keimminderung durch die in einem Hygienisierungsmodul (5) angeordnete Elektrolysezelle (10) geleitet und anschließend einem Brauchwasserbehälter (17) oder einem Vorfluter zugeführt, wobei vorgegebene Werkseinstellungen der Steuerung (11) zu Stromstärke und Volumenstrom in Abhängigkeit vom Ergebnis einer Messung von Leitfähigkeit und/oder Chloridgehalt und TOC-Gehalt des Abwassers und einem zu erwartenden Abwasservolumen bestätigt oder so geändert werden, dass ein für die Hygienisierung erforderlicher Mindestwert an freiem Chlor im elektrochemisch behandelten Abwasser eingehalten wird. Eine besondere Ausführungsform sieht vor, die Hygienisierung und Keimminderung im automatisierten Betrieb durchzuführen. Bei schwankenden Einflussgrößen, wie Keimzahl, variable Volumenströme und Stoßbelastungen, Chloridgehalt und Leitfähigkeit, kann kostengünstig und mit geringem Investitionsaufwand eine stabile Hygienisierung und Keimminderung gewährleistet werden. Verfahren und Vorrichtung können mit geringem Aufwand in neu ...

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur elektrochemischen Hygienisierung und Keimminderung von biologisch gereinigtem Abwasser, insbesondere häuslichem Abwasser und von Abwasserteilströmen, wie Gelb- oder Grauwasser und eine Vorrichtung dazu, wie sie insbesondere für Kleinkläranlagen geeignet ist.
Biologisch gereinigtes Abwasser ist bekanntlich nicht keimfrei und enthält Bakterien und Viren.
Der Schutz der natürlichen Wasserressourcen und der wachsende Bedarf an Brauchwasser führen zu weitergehenden Anforderungen an die Parameter des Abwassers aus Kläranlagen. Diese haben ihren Niederschlag in der nationalen Umsetzung der europäischen Richtlinie EN 12566-3 gefunden. In den allgemeinen Zulassungsgrundsätzen für Kleinkläranlagen des Deutschen Institutes für Bautechnik wurde 2006 erstmals die Klasse +H zur Hygienisierung mechanisch und biologisch gereinigten Abwassers eingeführt. Hinter dieser Bezeichnung verbirgt sich die Forderung nach einem Grenzwert von 100 fäkalcoliformen Keimen je 100 mL Abwasser. Mit dieser Reinigungsklasse kann das behandelte Abwasser nicht nur schadlos in wasserschutzsensible Vorfluter oder den Untergrund verbracht werden, sondern es kann auch für die Brauchwassernutzung im Haushalt oder für Bewässerungszwecke genutzt werden.
Zur Hygienisierung bzw. Desinfektion von Trink- und Brauchwasser sowie von Abwasser aus Kläranlagen ist international eine intensive Entwicklungsarbeit zu verzeichnen. So ist bekannt, zur Hygienisierung des Abwassers aus kleinen Anlagen Membran- oder UV-Desinfektionsverfahren ( EP 1808416 A1 ; DE 10 2005 057 875 A1 ) einzusetzen. Bei den Membranverfahren hat sich hierbei die Niederdruckfiltration mit Kunststoffmembranen, deren Porenweiten zwischen 50 nm bis 400 nm betragen, etabliert. Bekannt sind zudem Membranmaterialien aus Keramik, die hierfür verwendet werden. Das Abwasser wird im Niederdruckverfahren durch die Membranflächen filtriert und das anfallende Permeat in einem Sammelbehälter gespeichert. Nachteilig wirkt sich bei diesen Anlagen ein hoher Wartungs- und Instandhaltungsbedarf aus und zudem die Tatsache, dass das erzeugte Brauchwasser eine hohe Wiederverkeimungstendenz besitzt. Weiterhin zeigt sich, dass erst mit der Ultrafiltration alle Krankheitskeime zurückgehalten werden, wodurch sich jedoch der Betriebs- und Wartungsaufwand der Membran erhöht.
Bei der Behandlung des Abwassers mit ultraviolettem Licht finden spezielle Lichtquellen (Mitteldruck- oder Niederdrucklampen) Anwendung. Die UV-Strahlung der Wellenlänge von 200 nm bis 300 nm ist besonders wirksam, da diese von der DNA absorbiert wird, deren Struktur zerstört und lebende Zellen inaktiviert. Als Vorteil dieses Verfahrens ist zu sehen, dass keine Chemikalienvorhaltung erfolgen muss und auch chlorresistente Krankheitserreger inaktiviert werden. Es wurde beobachtet, dass insbesondere einige Bakterien (z. B. E. coli, Salmonellen) empfindlicher auf UV-Strahlung reagieren. Die Sensitivität von Viren ist zwischen den beiden Bakterien angesiedelt. Protozoen, Pilze, Würmer und andere Dauerformen von ein- und mehrzelligen Organismen zeichnen sich gegenüber UV-Strahlung durch eine hohe Resistenz aus [Pfeiffer, W.: Ultraviolett desinfection technology and assesment, European Water Manangement, 1 (2), 1998, 27–31; Chrtek, S; Popp, W.: UV. desinfection of secondary effluent from sewage treatment plants, Wat. Sci. Tech., 24, 1991, 343–346]. Nachteilig wirkt sich hingegen aus, dass Zellen verschiedene Reparaturmechanismen besitzen. Daher ist nach einer UV-Desinfektion von Abwasser auch ein Potential an Keimen vorhanden, welche keine oder nur eine geringe Schädigung erfahren haben. Diese können sich direkt oder nach der Reparatur vermehren, sofern geeignete Nährstoff-, Sauerstoff- und Temperaturverhältnisse vorliegen, so dass es zu einer Wiederverkeimung des anfangs desinfizierten Wassers kommen kann. Zudem entstehen im Verlauf der UV-Behandlung Beläge (Fouling), die die Leistungsfähigkeit mindern. Mikrobiologische Untersuchungen zeigten, dass selbst unter UV-Dauerbestrahlung ein Überleben und teilweise sogar eine gewisse Vermehrung von Bakterien im Biofilm auf den Schutzrohren von UV-Strahlern im Abwasserstrom möglich ist. Deshalb müssen Niederdruckstrahler routinemäßig gereinigt werden. Zur Reinigung bedient man sich einer Kombination aus mechanischen (spezielle Wischer) und chemischen (anorg. Säure) Techniken. Der Instandhaltungsaufwand wird hierdurch erheblich erhöht. Ein weiterer Nachteil ergibt sich durch eine hohe Anforderung an den Transmissionsgrad des Zustroms. Hohe Feststoffgehalte reduzieren die Leistungsfähigkeit der UV-Hygienisierung erheblich.
Bekannte elektrochemische Verfahren zur Hygienisierung von Trink-, Brauch- und Abwasser weisen entscheidende Nachteile hinsichtlich der Prozessüberwachung und Wirtschaftlichkeit auf.
Weiterhin können diese Verfahren den Hygienisierungserfolg nicht garantieren. Ein unbedenklicher Einsatz für die Hygienisierung von biologisch gereinigtem Abwasser kann nur bedingt gewährleistet werden.
Aus EP 132 68 05 B1 und der analogen DE 100 48 299 A1 geht eine Vorrichtung zur elektrolytischen Desinfektion unter Vermeidung kathodischer Wasserstoffentwicklung hervor. Das Trink-, Brauch- und Abwasser wird anodisch desinfiziert. Die ansonsten zu erwartende Bildung von Wasserstoff wird durch den Einsatz von Gasdiffusionselektroden als Kathode verhindert. An den Gasdiffusionselektroden wird Luftsauerstoff zu Hydroxylionen und/oder Wasserstoffperoxid reduziert. Eine Permanentelektrode kann dabei von zwei Gasdiffusionselektroden eingeschlossen sein, wobei letztere wechselweise als Kathode bzw. als zweite Anode fungieren. Der Polarisationswechsel bewirkt, dass die bei der kathodischen Reaktion entstandenen metallionenhaltigen Ablagerungen von der Gasdiffusionselektrode entfernt werden. Die desinfizierend wirkenden Substanzen werden durch den Einsatz unterschiedlicher Elektrodenmaterialien für Anode und Diffusionselektrode hervorgebracht. Für die anodische Erzeugung von geeigneten Desinfektionsmitteln, wie hypochlorige Säure/Hypochlorit, Peroxodisulfat, Wasserstoffperoxid, Ozon, werden als Anode zum Beispiel bordotierte Diamantelektroden verwendet. Als problematisch erweist sich bei diesem Verfahren insbesondere die gegebene Störanfälligkeit der Vorrichtung und deren verhältnismäßig komplizierter Aufbau. Ein weiterer entscheidender Nachteil dieses Verfahrens stellt das Fehlen von an die Abwassermatrix angepasster Steuerungs- und Kontrolltechnik – die eine Überwachung des Behandlungserfolges ermöglicht – dar. Vor allem quantitative und qualitative Unterschiede in der Zusammensetzung von biologisch gereinigten Abwässern werden von der beschriebenen Vorrichtung nicht ausreichend berücksichtigt. Im Abwasser auftretende Konkurrenzreaktionen der Desinfizienzien mit abwasserbärtigen Inhaltsstoffen beeinflussen die Hygienisierungsleistung negativ. Daher ist diese beschriebene Vorrichtung nicht in der Lage, permanent eine vollständige Hygienisierung biologisch gereinigter Abwässer zu gewährleisten.
Ein Verfahren zur Desinfektion von Trinkwasser, das in einer Mischstation aus heißem und kaltem Wasser gemischt wurde und das zu einer Entnahmestelle gefördert wird, offenbart die DE 196 53 696 C2 . Zwischen der Mischstation und den Entnahmestellen zirkulierendes Wasser wird thermisch einer Desinfektion mit Kurzzeitwirkung und elektrolytisch einer Desinfektion mit Langzeitwirkung unterzogen, wozu das durch eine Rückführleitung an den Entnahmestellen nicht verbrauchte Wasser durch eine als Desinfektor wirkende Elektrolysezelle geleitet wird. Als Elektrodenmaterial kommt mischoxid-beschichtetes Titan-Streckmetall zum Einsatz, wobei die Elektrodenoberfläche durch die Leitfähigkeit des Wassers definiert wird und als Betriebsparameter Durchflussmenge, Spannung und Stromstärke/anodische Oxidationsdichte genutzt werden und zur Vermeidung von Kalkablagerungen an den Katodenoberflächen ein periodischer Polarisationswechsel programmiert ist. Mittels der Messung des Gehaltes an freiem Chlor im abströmenden oder zuströmenden Wasser wird die Desinfektion des Wassers gesteuert, wobei erforderlichenfalls dem zu desinfizierenden Wasser eine Sole bzw. entsprechend konzentrierte Kochsalzlösung zugegeben werden muss.
Auch das mit der DE 197 45 542 A1 offenbarte Verfahren zum Desinfizieren von durch ein Leitungssystem mit einer Zirkulationsleitung zu einer Entnahmestelle mit schwankender Entnahmemenge zu fördernde Wasser erfordert den Zusatz eines chlorhaltigen Desinfiziens.
Der Verbesserung des in der DE 196 53 696 C2 beschriebenen Verfahrens zum Desinfizieren von Wasser soll die in der DE 198 59 814 A1 offenbarte technische Lehre dienen. Im Bypass zu einer verbrauchsabhängig wasserführenden Wasserleitung wird eine Elektrolysezelle der genannten Art installiert, um eine gewünschte Konzentration an freiem Chlor für alle vorkommenden Betriebsbedingungen zu erhalten. Unter Einhaltung der für "freies Chlor" vorgegebenen Grenzwerte soll die Betriebsweise bei veränderlichen Wasserparametern, wie Temperatur, Leitfähigkeit, Chloridgehalt und Wasserhärte, automatisch gewährleistet werden.
Die DE 197 17 579 A1 beschreibt ein Verfahren zum Bereitstellen von desinfiziertem Wasser in einem Vorratstank, bei dem mikrobiell kontaminiertes Wasser vor der Einleitung in den Vorratstank in der Zuleitung einer Desinfektionsbehandlung mit Kurzzeitwirkung und das Wasser im Vorratstank einer elektrolytischen Behandlung mit Langzeitwirkung unterzogen werden. In einem hydraulisch mit dem Vorratstank verbundenen Desinfektor wird elektrochemisch aus den Inhaltsstoffen des Wassers das desinfizierend wirkende elementare Chlor und in der Folge unterchlorige Säure erzeugt, wobei der Betrieb des Desinfektors zwischen einem oberen und unteren Grenzwert an „freiem Chlor" gesteuert wird.
Die genannten Verfahren haben mit der Beschränkung auf Trinkwasser einen relativ engen Anwendungsbereich, sind auf Bypass- oder Zirkulationsleitungen angewiesen, erfordern gegebenenfalls den Zusatz eines chlorhaltigen Desinfiziens und sind für eine kontinuierliche Hygienisierung und für die Hygienisierung von mit Keimen hochbelasteten biologisch gereinigter Abwasser, insbesondere häuslichen Abwassers, nicht geeignet.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur elektrochemischen Hygienisierung und Keimminderung von biologisch gereinigtem Abwasser, insbesondere häuslichem Abwasser und von Abwasserteilströmen, wie Gelb- oder Grauwasser, und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens bereitzustellen, die für die elektrochemische Behandlung weder den Zusatz eines chlorhaltigen Desinfiziens noch eine Zirkulationsleitung oder einen Bypass erfordern und die auf verhältnismäßig einfache und kostengünstige Art bei minimalem Wartungsaufwand betrieben werden können.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus den Merkmalen der Ansprüche 2 bis 7.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe des Weiteren durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 8 gelöst. Bevorzugte Ausführungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergeben sich aus den Merkmalen der Ansprüche 9 bis 14.
Es ist ein Vorzug des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung, dass mit diesen Erfindungen auch bei schwankenden Einflussgrößen, wie Keimzahl, variable Volumenströme und Stoßbelastungen, Chloridgehalt und Leitfähigkeit, kostengünstig und mit einem minimalen Investitionsaufwand eine stabile Hygienisierung und Keimminderung des biologisch gereinigten Abwassers gewährleistet werden kann.
Das Verfahren und die Vorrichtung können mit einem verhältnismäßig geringen Aufwand platzsparend in neu gebaute oder bereits bestehende biologische Kläranlagen integriert werden.
Es ist darüber hinaus ein besonderer Vorzug der Erfindung, dass biologisch gereinigtes Abwasser hygienisiert werden kann, unabhängig von der jeweils in der Kläranlage angewendeten Technologie, ob es sich zum Beispiel um biologisch gereinigtes Abwasser einer Kläranlage nach der Wirbel-Schwebebett-Biofilmtechnologie, einer Tropfkörperanlage oder einer Tauchkörperanlage handelt.
Im Folgenden sollen das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung anhand von Zeichnungen und mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Es zeigen:
1 das Fließschema einer Kleinkläranlage.
2 das Fließbild des Hygienisierungsmoduls für den automatisierten Betrieb.
Die nachfolgend beschriebene Ausführungsform der Erfindung bezieht sich auf das Verfahren mit der Einstellung und Optimierung einer Vorrichtung zur elektrochemischen Hygienisierung des Abwassers von 4 Einwohner-Einheiten im nichtautomatisierten Betrieb.
Wie aus 1 ersichtlich ist, fließt das Abwasser über den Zufluss 1 zunächst in die erste Stufe der Kläranlage, in die Vorklärung 2, von dort in die biologische Stufe 3 und danach in die Nachklärung 4. Aus der Nachklärung 4 wird im vorliegenden Ausführungsbeispiel bedarfsgerecht das mechanisch und biologisch gereinigte Abwasser entnommen und in die als Modul ausgeführte Hygienisierungsstufe 5 mit einer Elektrolysezelle gefördert. Hierbei registriert vorzugsweise ein in der Nachklärung 4 installierter und hier nicht dargestellter Schwimmerschalter, ob Abwasser für die weitere Behandlung zur Verfügung steht. Das zu hygienisierende Abwasser wird mittels einer Pumpe der Hygienisierungsstufe 5 der Elektrolysezelle zugeführt. Die Pumpe kann hierfür direkt in der Nachklärung 4 oder einer der Anlage nachgeschalteten Pumpvorlage installiert werden. Nach der Behandlung verlässt das Wasser die Zelle und kann dem Brauchwasserspeicher oder der Versickerungs- bzw. Einleitstelle zugeführt werden. Zum Schutz der Elektroden ist die Elektrolysezelle mit einer Durchflussüberwachung ausgestattet, welche bei einer blockierten Förderleitung den Behandlungsprozess mit einer Fehlermeldung für den Betreiber unterbricht. Die Füllstandsüberwachung und Pumpeinrichtung sowie der Betrieb der Elektrolysezelle werden durch eine speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) gesteuert. Der mit der Elektrolysezelle erreichbare Hygienisierungsgrad ist von mehreren Einflussgrößen abhängig, welche der Wartungsbetrieb bei der Inbetriebnahme ermittelt und im Ergebnis die für die Steuerung der Elektrolysezelle vorgegebenen Werkseinstellungen für den laufenden Betrieb anpasst. Neben der Leitfähigkeit beziehungsweise dem Chloridgehalt des zu behandelnden biologisch gereinigten Abwassers ist der Gehalt an organisch gebundenem Kohlenstoff (TOC-Gehalt) des Abwassers, die anzulegende Stromdichte und der Volumenstrom für den Betrieb der Elektrolysezelle entscheidend. Es wird davon ausgegangen, dass die Leitfähigkeit des Wassers sowie die Konzentration an „freiem" Chlor maßgeblich von dessen Chloridgehalt abhängig sind. Die Schwankungsbreite von Chlorid im Abwasser kann zwischen 30 mg/L und 300 mg/L liegen.
In Kenntnis der Geometrie der eingesetzten Elektrolysezelle, insbesondere deren wirksamer Elektrodenoberfläche, werden in Abhängigkeit von der Leitfähigkeit und/oder Chloridgehalt und dem TOC-Gehalt des zu hygienisierenden Abwassers die Werkseinstellungen der Steuerung hinsichtlich der Stromstärke und des Volumenstromes den realen Verhältnissen angepasst und für den laufenden Betrieb eingestellt.
Die Anpassung der Werkseinstellungen der Steuerung kann jedoch auch zu einem späteren Zeitpunkt nach der Inbetriebnahme durchgeführt werden.
Im Folgenden soll die Optimierung nach dem Neubau zweier vollbiologischer Kleinkläranlagen (Anlage 1 und Anlage 2) mit zusätzlicher Hygienisierung beschrieben werden.
Die Anlagen werden in diesem Fall zunächst mit den Werkseinstellungen der Steuerung in Betrieb genommen. Bei diesem als Standardtyp gewählten Beispiel wird eine Pumpe mit einem Volumenstrom von 60 L/h bei einer Förderhöhe von 2 Metern eingesetzt. Nach einer Einfahrphase der biologischen Reinigungsstufe erfolgt eine Probenahme der Zuläufe in die jeweiligen Elektrolysezellen, bei der in erster Linie die Leitfähigkeit und/oder Chloridkonzentrationen, ermittelt werden. Im Anschluss nimmt der Wartungsbetrieb mit diesen Werten eine Optimierung und Anpassung der Hygienisierungsstufe vor. Für die elektrolytische Erzeugung von Desinfizienzien, vor allem von freiem Chlor, in den beiden Kleinkläranlagen, wurden Diamantelektroden der Fa. CONDIAS GmbH mit Anoden und Kathodenflächen von je 54 cm² eingesetzt.

Die pH-Werte und die Gehalte an gelösten organischen Wasserinhaltsstoffen (DOC) waren in beiden Abwässern identisch und blieben während der Elektrolyse nahezu unverändert. Bei der Chlorid-Konzentration von 120 mg/L wird eine Stromstärke für die Elektrolysezelle von 5,9 A eingestellt (Versuch 1, Tabelle 1). Bei Anlage 2 liegt eine erhöhte Chloridkonzentrationen von 240 mg/L sowie eine erhöhte Leitfähigkeit von 1013 μS/cm vor. Die elektrochemische Erzeugung an freiem Chlor (z. B. 0,8 mg/L) wird bei wesentlich niedrigeren Stromdichten von 45 mA/cm² (I = 2,4 A) realisiert. Dies führt zu erheblichen Energieeinsparungen (Versuch 2, Tabelle 1). Tabelle 1

Versuch	Chloridgehalt im Abwasser	Leitfähigkeit im Abwasser	Stromdichte	Ladungsmenge mAh/L	Konzentration freies Chlor
1	120 mg/L	805 μS/cm	110 mA/cm²	100	0,8 mg/L
2	240 mg/L	1013 μS/cm	45 mA/cm²	40	0,8 mg/L

Ein weiteres Ausführungsbeispiel beschreibt, wie bei einem Anlagentyp von über 50 angeschlossenen Einwohnern durch den Einsatz von Mess- und Reglungstechnik die Hygienisierung des Abwassers im automatisierten Betrieb erfolgt und dabei eine Optimierung des Energieverbrauches erzielt werden kann. Das zu hygienisierende Abwasser wird, wie bei dem zuvor beschriebenen, fest eingestellten kleinsten Anlagentyp durch eine Pumpe in der Nachklärung der Kläranlage entnommen und zum Hygienisierungsmodul 5 gefördert.
2 zeigt dazu das Fließbild des Hygienisierungsmodul 5. Ein Filter 6 schützt die nachfolgenden Anlagenteile des Hygienisierungsmoduls 5 vor Grobstoffen. Eine Leitfähigkeitsmessung durch den Sensor 7 und/bzw. Sensor für freies Chlor 8 und die anschließende Messwertverarbeitungseinheit 9 (Mess- und Signalumformer) ermöglichen die Stromregelung der Elektrolysezelle 10 über die SPS 11. Wie zuvor erwähnt, beruht der
Aufbereitungsprozess darin, dass durch elektrolytische Reaktionen das im Abwasser vorhandene Chlorid in freies Chlor umgewandelt wird und dass vor allem durch das freie Chlor eine Keimabtötung erreicht wird. Das Behandlungsziel wird durch den freien Chlorsensor 8 überwacht. Bei Unterschreitung eines vorzugebenden Mindestwertes an freiem Chlor im bereits behandelten Abwasser wird die Stromstärke automatisch erhöht. Die SPS 11 überwacht permanent die angelegte Stromstärke und stoppt den Behandlungsprozess (Energieeintrag und Förderung zu behandelnden Abwassers) mit Warnmeldung sobald ein vorgegebener maximaler Grenzwert für die Stromstärke überschritten wird. Kann trotz einer angelegten maximalen Stromstärke der Mindestwert an freiem Chlor für die Hygienisierung im behandelten Abwasser nicht erreicht werden, schaltet die SPS 11 ebenfalls den Behandlungsprozess mit Warnmeldung ab. Bei Überschreitung des Mindestwertes an freiem Chlor wird die Stromstärke auch aus energieökonomischen Gründen automatisch reduziert. Für das Hygienisierungsmodul 5 ergibt sich der Vorteil, dass nur die benötigte Ladungsmenge eingetragen wird. Dadurch werden die Bildung von unerwünschten Nebenprodukten (Trihalomethane, AOX) sowie die anfallenden Betriebskosten minimiert.
Die Elektroden 12 und 13 werden im Fall der Förderung zu behandelnden Abwassers 14 zugeschaltet und bei Störmeldungen durch den Durchflusswächter 15 abgeschaltet. Ein Ventil 16 schließt im Fall einer Störung und Abschaltung der Elektrolysezelle 10 die Förderung nicht hygienisierten Abwassers in den Brauchwasserspeicher 17 aus. Während des Betriebs der Elektrolysezelle 10 wird durch eine hier nicht dargestellte Umpoleinheit in der SPS ein ständiger Wechsel der Elektroden 12, 13 zwischen Kathoden- und Anodenfunktion bewirkt.
Zum Schutz der Elektrolysezelle 10 kann ein mit der SPS 11 verbundener Temperaturwächter vorgesehen sein, der bei Überschreiten einer vorgegebenen Temperatur die Elektrolysezelle 10 automatisch abschaltet.

1: Abwasserzustrom
2: Vorklärung
3: biologische Stufe
4: Nachklärung
5: Hygienisierungsmodul
6: Filter
7: Sensor
8: Sensor
9: Messwertverarbeitungseinheit
10: Elektrolysezelle
11: Speicherprogrammierbare Steuerung
12: Elektrode
13: Elektrode
14: Abwasser
15: Durchflusswächter
16: Ventil
17: Brauchwasser

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- EP 1808416 A1 [0004]
- DE 102005057875 A1 [0004]
- EP 1326805 B1 [0008]
- DE 10048299 A1 [0008]
- DE 19653696 C2 [0009, 0011]
- DE 19745542 A1 [0010]
- DE 19859814 A1 [0011]
- DE 19717579 A1 [0012]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

- EN 12566-3 [0003]
- Pfeiffer, W.: Ultraviolett desinfection technology and assesment, European Water Manangement, 1 (2), 1998, 27–31 [0005]
- Chrtek, S; Popp, W.: UV. desinfection of secondary effluent from sewage treatment plants, Wat. Sci. Tech., 24, 1991, 343–346 [0005]

Claims

Verfahren zur Hygienisierung und Keimminderung von biologisch gereinigtem Abwasser, insbesondere häuslichem Abwasser, und von Abwasserteilströmen, wie Gelb- oder Grauwasser, durch elektrochemische Behandlung in einer Elektrolysezelle (10) mit einer Umpoleinheit für einen Polarisationswechsel von in der Elektrolysezelle (10) angeordneten Elektroden (12; 13) und einer Steuerung (11), dadurch gekennzeichnet, dass das biologisch gereinigte Abwasser (14) von einer Nachklärung (4) oder der biologischen Stufe (3) einer Kläranlage oder der Abwasserteilstrom zur Hygienisierung und Keimminderung durch die in einem Hygienisierungsmodul (5) angeordnete Elektrolysezelle (10) geleitet und anschließend einem Brauchwasserbehälter (17) oder einem Vorfluter zugeführt wird, wobei vorgegebene Werkseinstellungen der Steuerung (11) zu Stromstärke und Volumenstrom in Abhängigkeit vom Ergebnis einer Messung von Leitfähigkeit und/oder Chloridgehalt und TOC-Gehalt des Abwassers und einem zu erwartenden Abwasservolumen bestätigt oder so geändert werden, dass ein für die Hygienisierung erforderlicher Mindestwert an freiem Chlor im elektrochemisch behandelten Abwasser eingehalten wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitfähigkeit und/oder der Chloridgehalt durch einen strömungstechnisch vor der Elektrolysezelle (10) angeordneten Sensor (7) und der Gehalt an freiem Chlor durch einen strömungstechnisch nach der Elektrolysezelle (10) angeordneten Sensor (8) on-line gemessen, die jeweils ermittelten Werte der Messwertverarbeitungseinheit (9) zugeleitet werden deren Signalgeber mit einer speicherprogrammierbaren Steuerung (11) verbunden ist und durch die bei schwankenden Messwerten der Leitfähigkeit und/oder des Chloridgehaltes und des Gehaltes an freiem Chlor die Stromstärke der Elektrolysezelle (10) im automatisierten Betrieb des Hygienisierungsmoduls (5) gesteuert wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Schweb- und Grobstoffe des biologisch gereinigten Abwassers und des Abwasserteilstromes durch ein strömungstechnisch der Elektrolysezelle (10) vorgeschalteten Filter (6) eliminiert werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in der Elektrolysezelle (10) bordotierte Diamantelektroden oder Mischoxidelektroden eingesetzt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrolysezelle (10) mit einer Stromdichte von 10 mA/cm² bis 250 mA/cm² betrieben wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass mittels eines Durchflusswächters (15), der mit der speicherprogrammierbaren Steuerung (11) verbunden ist, die Förderung des elektrochemisch zu behandelnden Abwassers überwacht wird und durch den Durchflusswächter (17) bei ausbleibendem oder wieder einsetzendem Abwasserstrom der speicherprogrammierbaren Steuerung (11) Signale zum Abschalten beziehungsweise zur Inbetriebnahme der Elektrolysezelle (10) gegeben werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass mittels eines Temperaturwächters, der mit der speicherprogrammierbaren Steuerung (11) verbunden ist, die Temperatur in der Elektrolysezelle (10) überwacht wird und bei Überschreiten eines für die Temperatur vorgegebenen Grenzwertes ein Signal zum Abschalten der Elektrolysezelle (10) gegeben wird.
Vorrichtung zur elektrochemischen Hygienisierung und Keimminderung von biologisch gereinigtem Abwasser (14), insbesondere häuslichem Abwasser, und von Abwasserteilströmen, wie Gelb- und Grauwasser, mit einer Elektrolysezelle (10) mit einer Umpoleinheit für den Polarisationswechsel von in der Elektrolysezelle (10) angeordneten Elektroden (12; 13) und einer speicherprogrammierbaren Steuerung (11), dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrolysezelle (10) in einem Hygienisierungsmodul (5) mit einem Zufluss für das biologisch gereinigte Abwasser und den Abwasserteilstrom und einem Abfluss für das hygienisierte und keimgeminderte Abwasser angeordnet ist und Parameter einer vorgegebenen Werkseinstellung der Steuerung (11) für einen Dauerbetrieb des Hygienisierungsmoduls (5) variabel einstellbar sind.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass in Strömungsrichtung vor der Elektrolysezelle (10) ein Filter (6) und ein Ventil (16) angeordnet sind, die Vorrichtung eine mit der Elektrolysezelle (10) verbundene Messstrecke aufweist, bestehend aus einem strömungstechnisch vor der Elektrolysezelle (10) angeordneten Sensor (7) zur Messung der Leitfähigkeit beziehungsweise einem Sensor zur Messung des Chloridgehaltes des elektrochemisch zu behandelnden Abwassers, einem nach der Elektrolysezelle (10) angeordneten Sensor (8) zur Messung des Gehaltes an freiem Chlor im elektrochemisch behandelten Abwasser, Mitteln zur Messwertverarbeitung (9) und einer mit der Elektrolysezelle (10) verbundenen speicherprogrammierbaren Steuerung-SPS (11), wobei die SPS (11) in Abhängigkeit vom Messwert der Leitfähigkeit und/oder des Chloridgehaltes des biologisch gereinigten Abwassers und des Abwasserteilstromes, dessen Volumenstromes, dem Messwert an freiem Chlor und dem für das freie Chlor im elektrochemisch behandelten Abwasser einzuhaltenden Mindestwert die Stromdichte der Elektrolysezelle (10) steuert.
Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen mit der SPS (11) verbundenen Durchflusswächter (15) aufweist, der in Abhängigkeit vom Volumenstrom des elektrochemisch zu behandelnden Abwassers das Ventil (16) steuert und die Elektrolysezelle (10) einschaltet oder abschaltet.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen mit der SPS (11) verbundenen Temperaturwächter aufweist, der bei Überschreiten eines für die Temperatur in der Elektrolysezelle (10) vorgegebenen Grenzwertes ein Signal zum Abschalten der Elektrolysezelle (10) gibt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass in der Elektrolysezelle (10) bordotierte Diamantelektroden oder Mischoxidelektroden angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung beheizbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass sie einer biologischen Kläranlage, vorzugsweise einer biologischen Kleinkläranlage nachgeschaltet ist.