DE102009022437A1

DE102009022437A1 - Vorrichtung zur Behandlung von Wasser

Info

Publication number: DE102009022437A1
Application number: DE102009022437A
Authority: DE
Inventors: Dietmar Dr. Ende
Original assignee: PERMA TRADE WASSERTECHNIK GmbH; PERMA-TRADE WASSERTECHNIK GmbH
Current assignee: PERMA TRADE WASSERTECHNIK GmbH; PERMA-TRADE WASSERTECHNIK GmbH
Priority date: 2009-05-23
Filing date: 2009-05-23
Publication date: 2010-11-25
Anticipated expiration: 2029-05-24
Also published as: DE102009022437B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Behandlung von Wasser, insbesondere für den Korrosionsschutz von Wasserleitungen, mit einem Behandlungsraum, in dem Phosphat (nachfolgend Phosphatteilchen genannt) untergebracht ist. Bei einer solchen Vorrichtung lässt sich ein optimaler Korrosionsschutz dadurch erreichen, dass ein Festbett als Mischbettelektrode ausgebildet ist, das zusätzlich zu den Phosphatteilchen elektrisch leitfähige Teilchen aufweist und dass der Behandlungsraum eine elektrische Zelle mit einem wasserdurchströmbaren Anoden- und einem wasserdurchströmbaren Kathodenraum aufweist, und dass sowohl im Anoden- als auch im Kathodenraum Phosphatteilchen untergebracht sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Behandlung von Wasser, insbesondere für den Korrosionsschutz von Wasserleitungen, mit einem Behandlungsraum, in dem Phosphat (nachfolgend „Phosphatteilchen” genannt) untergebracht ist.
Besonders in Deutschland gibt es einen sehr hohen Bestand an Installationen aus verzinktem Stahl. Durch Wassersparmaßnahmen des Nutzers – der Wasserverbrauch sinkt von Jahr zu Jahr – nehmen erfahrungsgemäß die Korrosionsprobleme zu, und Rostwasserprobleme treten vermehrt auf. Wird die Trinkwasserverordnung verletzt, sind Mietminderungen die Folge.
Zum Korrosionsschutz von Hausinstallationen aus verzinktem Stahl werden neben diversen physikalischen Verfahren vorzugsweise Dosieranlagen eingesetzt. Diese Dosierstationen geben mengenproportional gelöste Phosphate aus einem mehr oder weniger offenen Behälter zu. Vor allem beim Kanistertausch sind Hygieneprobleme vorprogrammiert. Auch kann es bei einem Wechsel des Dosierprodukts zu Überdosierungen kommen. Andererseits kann durch Verkleben der Injektionsstelle oder auch durch Ausfallen des Produkts bei unsachgemäßer Lagerung das System komplett versagen.
Aus der DE 10 2005 007 922 A1 ist ein Verfahren zur Wasserenthärtung bekannt. Dabei wird in einem Gehäuse ein Festbett, bestehend aus Magnesiumphosphat-Granulaten verwendet. Das Magnesiumphosphat dient als im Wasser löslicher Inhibitor zur Verzögerung der Ausfällung eines Härtebildners. Das Auflösungsverhalten des Magnesiumphosphats ist bei dieser Anordnung nicht zufriedenstellend und unzureichend, wenn eine Korrosionsschutzwirkung erzielt werden soll. Die DE 10 2005 007 922 A1 schlägt für eine Verbesserung der Auflösung des Magnesiumphosphats eine Stromzufuhr vor. Hierdurch werden an der Elektrode nur lokale Auflösungseffekte erreicht, die keine wesentliche Verbesserung der Wirkung bringen.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung der eingangs erwähnten Art zu schaffen, mit der sich ein Korrosionsschutz in wasserführenden Leitungen einfach und effektiv durchführen lässt.
Diese Aufgabe wird nach einer ersten Ausführungsvariante der Erfindung dadurch gelöst, dass ein Festbett als Mischbettelektrode ausgebildet ist, das zusätzlich zu den Phosphatteilchen elektrisch leitfähige Teilchen aufweist. Auf diese Weise wird mit den elektrisch leitfähigen Teilchen eine große Elektrodenfläche geschaffen, die zumindest einen großen Teil der Phosphatteilchen berührt. Durch Anlegen einer ausreichend großen Gleichspannung kommt es an den Elektroden sowie in Elektrodennähe zu elektrochemischen Reaktionen, die den pH-Wert des Wassers absenken.
Anstatt, wie im Stand der Technik leichtlösliche Phosphate über Dosierpumpen zu injizieren, werden in der Erfindung schwerlösliche Phosphate eingesetzt, deren Löslichkeit beispielsweise mit abnehmendem pH-Wert zunimmt. Eine Überdosierung kann so verhindert werden. Parallel zur Phospatabgabe tritt eine Aufhärtung des Wassers ein, die korrosionschemisch günstig auf Stahlrohre wirkt.
In der Mischbettelektrode wird mithin eine gleichmäßige Auflösung des Phosphates möglich, so dass die Lebensdauer und der Wirkungsgrad gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Anlagen deutlich gesteigert ist. Die Mischbettelektrode weist ein besonders günstiges Verhältnis von Elektrodenoberfläche zum Zellenvolumen auf.
Die Aufgabe der Erfindung wird auch dadurch gelöst, dass der Behandlungsraum eine elektrolytische Zelle mit einem wasserdurchströmbaren Anoden- und einem wasserdurchströmbaren Kathodenraum aufweist, und dass sowohl im Anoden- als auch im Kathodenraum Phosphatteilchen untergebracht sind.
Mit dieser Maßnahme wird eine gute Ausnutzung des Behandlungsraum-Volumens erreicht, wodurch sich insbesondere kleine Baugrößen verwirklichen lassen. Um die Phosphatteilchen in beiden Bereichen auflösen zu können, wird ein Polwechsel durchgeführt, da sich das Phosphat nur anodisch auflöst. Das bedeutet, dass nach einer gewissen Behandlungszeit die Kathode zur Anode und die Anode zur Kathode wird.
Gemäß einer bevorzugten Erfindungsausgestaltung kann es vorgesehen sein, dass die Phosphatteilchen Tricalciumphosphat und/oder Trimagnesiumphosphat aufweisen.
Besonders die Verwendung von Tricalciumphosphat entweder alleine oder in Verbindung mit Trimagnesiumphosphat zeigt eine gute Korrosionsschutzwirkung in den Vorrichtungen gemäß den Ansprüchen 1 oder 2. Dies ist überraschend und unerwartet, da die Verwendung von Tricalciumphosphat von der Fachwelt wegen seiner schlechten Löslichkeit stets als untauglich eingestuft wurde.
Eine gute reaktive Wirkung wird insbesondere dadurch erreicht, dass die Phosphatteilchen als Granulate mit einer mittleren Kömungsgröße im Bereich von 1 bis 5 mm ausgestaltet sind.
Eine besonders bevorzugte Erfindungsvariante zeichnet sich, wie bereits oben angedeutet, dadurch aus, dass die Elektroden des Anoden- und des Kathodenraums an eine Steuerschaltung angeschlossen sind, die die an die Elektroden angelegte Gleichspannung in gleichmäßigen oder ungleichmäßigen Zeitabständen umpolt, wobei bevorzugter Weise die Umpolfrequenz im Bereich zwischen 20 mHz und 50 mHz liegt.
Mit der Umpolung wird eine gleichmäßige, optimierte Phosphatauflösung möglich. Zum anderen wird als Zusatznutzen ein Kalksteinschutz erreicht. Während der Bestromung lagert sich an den die Kathode bildenden elektrisch leitfähigen Teilchen Kalk ab. Wird nun ein Polwechsel durchgeführt, dann wird die Kathode zur Anode und die angesammelten Kalkteilchen lösen sich von dieser vorherigen Kathode, jetzt Anode, ab. Diese Kalkteilchen haben dann eine Größe und Struktur, die nicht mehr zur Kalksteinbildung führt. Damit wird zusätzlich zu dem erfindungsgemäßen Korrosionsschutz mittels Phosphaten ein Schutz durch elektrochemisch induzierte Kalkkristallkeimbildung erreicht.
Vorzugsweise kann es vorgesehen sein, dass der Polwechsel ladungsgesteuert durchgeführt wird. Dann wird eine gleichmäßige Phosphatauflösung in beiden Polbereichen möglich.
Eine denkbare Erfindungsalternative ist dergestalt, dass die Phosphatteilchen Polyphosphatverbindungen enthalten.
Es hat sich gezeigt, dass sich diese Phosphatkombination besonders günstig auf den Korrosionsschutz auswirkt.
Die Phosphatauflösung wird insbesondere dann im vorliegenden Anwendungsfall elektrochemisch begünstigt, wenn vorgesehen ist, dass an die Elektroden eine Spannung > 2,5 Volt angelegt ist. Bei einer Klemmenspannung von > 2,5 Volt wird zudem an der Anode atomarer Sauerstoff gebildet, der zu einer Systemhygienisierung dient.
Damit eine möglichst durchgängig gleichmäßige Phosphatkonzentration im Wasser erreicht werden kann, ist es nach einer Erfindungsvariante vorgesehen, dass mittels einer Regeleinrichtung der Elektrolysestrom proportional zu der Menge des durch den Behandlungsraum strömenden Wassers regelbar ist.
Wenn vorgesehen ist, dass die Phosphatteilchen frei von Natrium und/oder Kalium sind, dann wird deren Gehalt im Trinkwasser nicht erhöht.
Eine kompakte Bauweise kann dadurch erreicht werden, dass in einem Gehäuse der Anoden- und der Kathodenraum mittels wenigstens einem wasserdurchlässigem Trennelement elektrisch gegeneinander isoliert abgetrennt sind.
Bevorzugter Weise ist es vorgesehen, dass die elektrisch leitfähigen Teilchen zumindest teilweise von Kohlegranulaten, vorzugsweise mit einer mittleren Körnung im Bereich von 1,5 mm bis 4 mm gebildet ist. Die Kohleteilchen sind als kostengünstiges Material erhältlich. Als Aktivkohle haben sie zudem eine schadstoffbindende Wirkung im Trinkwasser. Wenn das Mischungsverhältnis zwischen Phosphatteilchen: elektrisch leitfähige Teilchen im Bereich 1:1 bis 1:10 liegt, dann ergibt sich eine besonders gute Einbringung des Wirkstoffs Phosphat in das Wasser, so dass eine gute Korrosionsschutzwirkung erwartet werden kann.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Es zeigen:
1 in schematischer Darstellung eine Horizontalschnitt durch eine Vorrichtung zur Behandlung von Wasser entlang dem in 2 mit I-I gekennzeichneten Schnittverlauf und
2 die Anordnung gemäß 1 entlang dem in 1 mit II-II gekennzeichneten Schnittverlauf.
1 zeigt eine Vorrichtung zur Behandlung von Wasser, nämlich für den Korrosionsschutz mit einem Gehäuse 10 in Form eines Hohlzylinders, wobei von einer zylindrischen Gehäusewandung 11 ein wasserdurchströmbarer Behandlungsraum umgeben wird. In das Gehäuse 10 ist eine vertikal verlaufende Zuströmleitung 17 eingebaut, die über ihre gesamte Länge wasserdurchlässig ist. Damit kann Wasser aus der Zuströmleitung 17 radial aus- und in den Behandlungsraum einströmen. An die Zuströmleitung 17 ist ein Zulauf 2 angeschlossen, der eine Verbindung zu einer Trinkwasserleitung herstellt.
Parallel beabstandet zu der Gehäusewandung 11 ist eine zylindrisch umlaufende, wasserdurchlässige Membran 12 in das Gehäuse 10 eingestellt. Damit ergibt sich zwischen der Gehäusewandung 11 und der Membran 12 ein Ringraum, der als Leitungsbereich 13 dient. Der Leitungsbereich 13 ist über einen oberen Sammelkanal 19 an einen Abfluss A angeschlossen. Der Abfluss A führt beispielsweise zu einer Haustrinkwasserversorgung.
Wie die 2 erkennen lässt, ist der von der Membran 12 umschlossene Teil des Behandlungsraums mittels vier Trennelementen 14 in vier gleich große Viertelsektoren unterteilt. Die Trennelemente 14 erstrecken sich radial ausgehend von der Zuströmleitung 17 bis hin zur Membran 12 und schotten so Anoden- und Kathodenräume 15, 16 gegeneinander elektrisch isolierend ab. Die Trennelemente 14 sind wasserdurchlässig ausgestaltet. In die Anoden- und Kathodenräume 15, 16 sind stabförmige Elektroden 21, 22 eingestellt, die sich über nahezu die gesamte Höhe des Behandlungsraums erstrecken. In die Anoden- und Kathodenräume 15, 16 ist als Mischbettelektrode 18 eine Schüttung, bestehend aus Phosphatteilchen 18.1 und elektrisch leitfähigen Teilchen 18.2, nämlich Kohlegranulaten, eingefüllt. Das Mischungsverhältnis ist in allen Anoden- und Kathodenräumen 15, 16 gleich und liegt im Bereich zwischen 1:1 und 1:10 (Phosphatteilchen (18.1): elektrisch leitfähigen Teilchen 18.2)). Die Elektroden 21, 22, sind an eine elektrische Steuerung 20 angeschlossen, die der Spannungsversorgung dient.
Während des Betriebseinsatzes strömt Wasser über den Zulauf 7 in die Zuströmleitung 17. Aus dieser tritt das Wasser allseitig radial aus und gelangt in die Anoden- und Kathodenräume 15, 16. Anodisch erfolgt aufgrund der angelegten Spannung von > 2,5 Volt elektrochemisch bedingt eine Herabsetzung des pH-Wertes des Wassers an den Oberflächen der Kohlegranulate. Durch diese pH-Wert-Absenkung werden die im Wasser schwerlöslichen Phosphatteilchen (Trimagnesium- und/oder Tricalcimphosphatteilchen) aufgelöst. Mit der Phosphatabgabe tritt eine Aufhärtung des Wassers ein, die elektrochemisch günstig für einen Korrosionsschutz von Stahlrohren wirkt. Das so behandelte Wasser gelangt durch die Membran 12 in den Leitungsbereich 13 und von dort über den Ablauf A in das Hausinstallationsnetz.
Um eine Auflösung des Phosphats in allen Bereichen des Behandlungsraumes zu erreichen, erfolgt gesteuert durch die Steuerung 20 ein ladungsabhängig gesteuerter Polwechsel, so dass die Kathodenräume 16 zu Anodenräume 15 und umgekehrt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 102005007922 A1 [0004, 0004]

Claims

Vorrichtung zur Behandlung von Wasser, insbesondere für den Korrosionsschutz von Wasserleitungen, mit einem Behandlungsraum, in dem Phosphat (nachfolgend Phosphatteilchen (18.1) genannt) untergebracht ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Festbett als Mischbettelektrode ausgebildet ist, das zusätzlich zu den Phosphatteilchen (18.1) elektrisch leitfähige Teilchen (18.2) aufweist.
Vorrichtung zur Behandlung von Wasser, insbesondere für den Korrosionsschutz von Wasserleitungen, mit einem Behandlungsraum, in dem Phosphat (nachfolgend Phosphatteilchen (18.1) genannt) untergebracht ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Behandlungsraum eine elektrische Zelle mit einem wasserdurchströmbaren Anoden- und einem wasserdurchströmbaren Kathodenraum (15 und 16) aufweist, und dass sowohl im Anoden- als auch im Kathodenraum (15 und 16) Phosphat teilchen (18.1) untergebracht sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Merkmale gemäß Anspruch 2.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Phosphatteilchen (18.1) ein im Wasser schwerlösliches Phosphat enthalten, dessen Löslichkeit in Wasser mit abnehmendem pH-Wert des Wassers zunimmt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Phosphatteilchen (18.1) Tricalciumphosphat und/oder Trimagnesiumphosphat aufweisen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Phosphatteilchen (18.1) als Granulate mit einer mittleren Körnungsgröße im Bereich von 1 bis 5 mm ausgestaltet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden (21, 22) des Anoden- und des Kathodenraums (15, 16) an eine Steuerschaltung (20) angeschlossen sind, die die an die Elektroden angelegte Gleichspannung in gleichmäßigen oder ungleichmäßigen Zeitabständen umpolt.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Umpolfrequenz im Bereich zwischen 20 mHz und 50 mHz liegt.
Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Polwechsel ladungsgesteuert durchgeführt wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Phosphatteilchen Polyphosphatverbindungen enthalten.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass an die Elektroden eine Spannung > 2,5 Volt angelegt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass mittels einer Regeleinrichtung der Elektrolysestrom proportional zu der Menge des durch den Behandlungsraum strömenden Wassers regelbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Phosphatteilchen (18.1) frei von Natrium und/oder Kalium sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Gehäuse (10) der Anoden- und der Kathodenraum (15, 16) mittels wenigstens einem wasserdurchlässigem Trennelement (14) elektrisch gegeneinander isoliert abgetrennt sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitfähigen Teilchen zumindest teilweise von Kohlegranulaten, vorzugsweise mit einer mittleren Körnung im Bereich von 1,5 mm bis 4 mm gebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, das das Verhältnis von Phosphatteilchen (18.1): elektrisch leitfähige Teilchen im Bereich zwischen 1:1 bis 1:10 liegt.