DE102009051489A1 - Method for operating a water treatment system and for the implementation of the method suitable water treatment system - Google Patents
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Abstract
Beim Betrieb eines Wasseraufbereitungssystems (1), insbesondere eines Rein- oder Reinstwasseraufbereitungssystems, bei dem in einem Wasseraufbereitungsbetrieb Wasser einem Kreislauf (2) zugeführt wird, durch eine Zirkulation in dem Kreislauf (2) aufbereitet und dann aus dem Kreislauf (2) abgeführt wird, kann eine wirkungsvolle Desinfektion in kurzer Zeit dadurch erzielt werden, dass in einem Desinfektionsbetrieb dem in dem Kreislauf (2) zirkulierenden Wasser Ozon zugeführt wird oder in dem zirkulierenden Wasser des Kreislaufs (2) Ozon erzeugt wird, dieses Ozon mit dem zirkulierenden Wasser durch zumindest einen Teil des Kreislaufes (2) strömt und danach aus dem Kreislauf (2) entfernt wird.When operating a water treatment system (1), in particular a pure or ultrapure water treatment system, in which water is fed to a circuit (2) in a water treatment plant, is treated by a circulation in the circuit (2) and then discharged from the circuit (2), Effective disinfection can be achieved in a short time by adding ozone to the water circulating in circuit (2) in a disinfection operation or by generating ozone in the circulating water of circuit (2), this ozone with the circulating water by at least one Part of the circuit (2) flows and is then removed from the circuit (2).
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Wasseraufbereitungssystems, insbesondere eines Rein- oder Reinstwasseraufbereitungssystems, gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie ein zur Durchführung des Verfahrens geeignetes Wasseraufbereitungssystem gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 10.The invention relates to a method for operating a water treatment system, in particular a pure or ultrapure water treatment system, according to the preamble of patent claim 1 and a suitable for carrying out the method water treatment system according to the preamble of
Für die Labordiagnostik, Molekular- und Mikrobiologie, Reproduktionsmedizin und zahlreiche andere Einsatzgebiete wird besonders reines Wasser mit einer sehr geringen Leitfähigkeit (z. B. < 0,1 μS/cm bei 25°C) und einem sehr geringen Total Organic Carbon (TOC) – Gehalt (z. B. < 10 ppb) benötigt. Derartig reines Wasser, je nach Reinheitsgrad auch als „Reinwasser” oder „Reinstwasser” bezeichnet, kann durch spezielle Wasseraufbereitungssysteme, auch als „Rein- oder Reinstwasseraufbereitungssysteme” bezeichnet, erzeugt werden.For laboratory diagnostics, molecular and microbiology, reproductive medicine and many other applications, especially pure water with a very low conductivity (eg <0.1 μS / cm at 25 ° C) and a very low Total Organic Carbon (TOC) is used. - Content (eg <10 ppb) is required. Such pure water, also referred to as "pure water" or "ultrapure water" depending on the degree of purity, can be produced by special water treatment systems, also referred to as "pure or ultrapure water treatment systems".
Bei derartigen aus dem Stand der Technik bekannten Systemen wird aufzubereitendes Wasser, üblicherweise Trinkwasser, zuerst in einem Umkehrosmosemodul entsalzt, in einem Konditionierungsmodul enthärtet und anschließend in einer Elektro-Entionisierungszelle entionisert. Zur Entfernung von organischem Material, Keimen, Endotoxinen, DNase, RNase, DNA und sonstiger Partikel wird das Wasser anschließend einer weiteren Wasseraufbereitungsvorrichtung zugeführt, die beispielsweise eine Einrichtung zur Ultraviolet(UV)-Oxidation von organischem Material im Wasser, ein darauf folgendes Polisher-Modul zur Entfernung von organischem Material und zur Reduzierung der elektrischen Leitfähigkeit mit Aktivkohlematerial und Ionenaustauscherharz, ein Ultrafiltrationsmodul und einen Sterilfilter umfasst. Über einen in Strömungsrichtung des Wassers nach der Wasseraufbereitungsvorrichtung angeordneten Auslass und ggf. weitere Verteileinrichtungen kann das aufbereitete Rein- oder Reinstwasser einem Verbraucher zugeführt werden. Zur Aufrechterhaltung der Reinheit des Rein- oder Reinstwassers wird dabei das Wasser mittels einer Pumpe kontinuierlich oder intermittierend in einem Kreislauf durch diese Wasseraufbereitungsvorrichtung zirkuliert.In such systems known in the art, water to be treated, usually drinking water, is first desalted in a reverse osmosis module, softened in a conditioning module and then deionized in an electro-deionization cell. For removal of organic material, germs, endotoxins, DNase, RNase, DNA and other particles, the water is then fed to another water treatment device, for example a device for ultraviolet (UV) oxidation of organic material in water, followed by a Polisher module for removing organic material and reducing electrical conductivity with activated carbon material and ion exchange resin, an ultrafiltration module and a sterile filter. The treated pure or ultrapure water can be supplied to a consumer via an outlet arranged in the direction of flow of the water downstream of the water treatment device and optionally further distribution devices. To maintain the purity of the pure or ultrapure water while the water is circulated by means of a pump continuously or intermittently in a cycle through this water treatment device.
Die UV-Oxidationseinrichtung kann beispielsweise eine UV-Lichtquelle umfassen, die Licht mit einer Wellenlänge von 185 nm und 254 nm erzeugt. Das Licht mit der Wellenlänge von 185 nm erzeugt in Wasser Ozon. Das Licht mit der Wellenlänge von 254 nm Wellenlänge reagiert mit dem Ozon und produziert so Hydroxyl-Radikale. Diese Radikale oxidieren organisches Material im Wasser zu Kohlendioxid, Wasser und Nebenprodukten wie Wasserstoffperoxid. Diese Nebenprodukte werden durch das im Polisher-Modul enthaltene Aktivkohlematerial und das Ionenaustauscherharz entfernt, so dass sehr geringe TOC-Werte von < 1 ppb erzielt werden können.For example, the UV oxidizer may comprise a UV light source that generates light having a wavelength of 185 nm and 254 nm. The light with the wavelength of 185 nm generates ozone in water. The light with the wavelength of 254 nm wavelength reacts with the ozone to produce hydroxyl radicals. These radicals oxidize organic matter in the water to carbon dioxide, water and by-products such as hydrogen peroxide. These by-products are removed by the activated carbon material and ion exchange resin contained in the Polisher module, allowing for very low TOC values of <1 ppb.
Um die gewünschte hohe Reinheit des aufbereiteten Wassers gewährleisten zu können, muss der Wasserkreislauf und ein daran angeschlossenes Verteilersystem von Zeit zu Zeit desinfiziert werden. Dies erfolgt nach dem Stand der Technik durch eine Zugabe von Chlor, Sodiumhydroxid oder anderen chemischen Desinfektionsmittel. Als problematisch für deren Einsatz erweist sich jedoch, dass sie zum einen relativ lange Einwirkungszeiten benötigen und dass sie zum anderen chemische Rückstände erzeugen, die das Wasseraufbereitungssystem verschmutzen können und deshalb vollständig aus dem Wasseraufbereitungssystem entfernt werden müssen, bevor Rein- oder Reinstwasser an einen Verbraucher abgegeben werden kann. Bekannte Rein- oder Reinstwassersysteme benötigen deshalb bis zu 8 Stunden für die Desinfektion und eine anschließende Reinigungsspülung des Systems.In order to ensure the desired high purity of the treated water, the water circuit and a distribution system connected to it must be disinfected from time to time. This is done according to the prior art by adding chlorine, sodium hydroxide or other chemical disinfectants. As problematic for their use, however, proves that they require relatively long exposure times and that they produce to other chemical residues that can pollute the water treatment system and therefore must be completely removed from the water treatment system before delivering pure or ultrapure water to a consumer can be. Known clean or ultrapure water systems therefore require up to 8 hours for disinfection and subsequent cleaning flushing of the system.
Ausgehend hiervon ist es Aufgabe vorliegender Erfindung, ein Verfahren anzugeben, mit dem die Desinfektion eines derartigen Wasseraufbereitungssystems in wesentlich kürzerer Zeit erfolgen kann. Es ist außerdem Aufgabe vorliegender Erfindung, ein für die Durchführung des Verfahrens besonders geeignetes Wasseraufbereitungssystem anzugeben.Proceeding from this, it is an object of the present invention to provide a method by which the disinfection of such a water treatment system can take place in a much shorter time. It is also an object of the present invention to provide a particularly suitable for carrying out the method water treatment system.
Die Lösung der auf das Verfahren gerichteten Aufgabe gelingt durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sind Gegenstand der Patentansprüche 2 bis 9. Die Lösung auf das Wasseraufbereitungssystem gerichteten Aufgabe gelingt durch ein Wasseraufbereitungssystem gemäß Patentanspruch 10. Vorteilhafte Ausgestaltung des Wasseraufbereitungssystem sind Gegenstand der Patentansprüche 11 bis 15.The solution of the object directed to the method is achieved by a method according to claim 1. Advantageous embodiments of the method are the subject of
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird in einem Desinfektionsbetrieb zur Desinfektion des Wasseraufbereitungssystems dem in dem Kreislauf zirkulierenden Wasser Ozon zugeführt oder in dem zirkulierenden Wasser des Kreislaufs wird Ozon erzeugt. Ozon ist ein wesentlich stärkeres Desinfektionsmittel als beispielsweise Chlor und hinterlässt keine chemischen Rückstände oder unerwünschte Nebenprodukte, wenn es korrekt eingesetzt wird. Ozon zerstört äußerst schnell Bakterienzellen und ermöglicht dadurch relativ kurze Desinfektionszyklen. Im Vergleich hierzu muss Chlor durch die Zelle absorbiert werden um den Organismus zu zerstören. Deshalb werden für Chlor vergleichsweise höhere Konzentrationen und längere Desinfektionszeiten benötigt. Das Ozon strömt mit dem zirkulierenden Wasser durch zumindest einen Teil des Kreislaufes und desinfiziert dabei sämtliche Komponenten des Kreislaufes, mit denen es in Kontakt kommt. Anschließend wird das Ozon aus dem Kreislauf entfernt.In the method according to the invention, in a disinfecting operation for disinfecting the water treatment system, ozone is supplied to the water circulating in the circuit, or ozone is generated in the circulating water of the circuit. Ozone is a much stronger disinfectant than chlorine, for example, and does not leave any chemical residue or unwanted by-products if used correctly. Ozone rapidly destroys bacterial cells, enabling relatively short disinfection cycles. In comparison, chlorine must be absorbed by the cell to destroy the organism. Therefore, chlorine requires comparatively higher concentrations and longer disinfection times. The ozone flows with the circulating water through at least part of the circulation, disinfecting all the components of the circuit with which it comes into contact. Subsequently, the ozone is removed from the circulation.
Bevorzugt zirkuliert in dem Desinfektionsbetrieb das Ozon mindestens einmal, vorzugsweise sogar mehrere Male, durch den gesamten Kreislauf. Hierdurch kann sichergestellt werden, dass der gesamte Kreislauf einschließlich aller daran angeschlossenen Komponenten und Verteileinrichtungen zuverlässig desinfiziert wird. Preferably, in the disinfecting operation, the ozone circulates through the entire cycle at least once, preferably even several times. In this way it can be ensured that the entire circuit including all connected components and distribution devices is reliably disinfected.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung wird in dem Wasseraufbereitungsbetrieb das zirkulierende Wasser mit UV-Licht einer UV-Lichtquelle bestrahlt und in dem Desinfektionsbetrieb zur Entfernung des Ozons aus dem Kreislauf das durch den Kreislauf strömende Wasser ebenfalls mit UV-Licht dieser UV-Lichtquelle bestrahlt. Hierdurch wird das Ozon in Sauerstoff umgewandelt und somit aus dem Wasser des Kreislaufes entfernt wird. Eine in dem Wasseraufbereitungsbetrieb zur Oxidation des Wassers verwendete UV-Lichtquelle wird folglich im Desinfektionsbetrieb auch zur Entfernung des Ozons aus dem Kreislauf verwendet. Hierdurch kann eine zusätzliche Komponente zur Entfernung des Ozons in dem Kreislauf entfallen. Alternativ ist es aber auch möglich, das Ozon durch andere bekannte Methoden, wie z. B. durch Aktivkohle, aus dem zirkulierenden Wasser zu entfernen.According to a particularly advantageous embodiment, in the water treatment operation, the circulating water is irradiated with UV light of a UV light source and irradiated in the disinfecting operation for removing the ozone from the circulation, the water flowing through the circuit also with UV light of this UV light source. As a result, the ozone is converted into oxygen and thus removed from the water of the circuit. Consequently, a UV light source used in the water treatment operation for the oxidation of the water is also used in the disinfection operation to remove the ozone from the circulation. As a result, an additional component for removing the ozone in the circuit can be omitted. Alternatively, it is also possible for the ozone by other known methods, such. B. by activated carbon to remove from the circulating water.
Eine unerwünschte zu frühzeitige Entfernung des für die Desinfektion benötigten Ozons aufgrund einer Bestrahlung mit UV-Licht dieser Lichtquelle kann dadurch verhindert werden, dass in dem Desinfektionsbetrieb während der Zufuhr oder Erzeugung des Ozons und dem Strömen des Ozons in dem Kreislauf das zirkulierende Wasser nicht mit dem UV-Licht der Lichtquelle bestrahlt wird.An undesired too early removal of the ozone required for the disinfection due to irradiation with UV light of this light source can be prevented that in the disinfecting operation during the supply or production of ozone and the flow of ozone in the circuit, the circulating water with the UV light of the light source is irradiated.
Um zu vermeiden, dass ein Verbraucher dem Wasseraufbereitungssystem ozonhaltiges Wasser entnimmt, wird während des Desinfektionsbetriebs von Vorteil eine Abfuhr von Wasser für einen Verbraucher des Wassers aus dem Kreislauf verhindert.In order to avoid that a consumer removes ozone-containing water from the water treatment system, it is advantageous during the disinfection operation to prevent a discharge of water for a consumer of the water from the circulation.
Wenn in dem Desinfektionsbetrieb das Ozon mit einer vorgegebenen Konzentration in dem Wasser für eine vorgegebene Zeit durch den Kreislauf strömt, kann eine gewünschte ausreichende Desinfektion des Kreislaufes sichergestellt werden.In the disinfecting operation, when the ozone having a predetermined concentration in the water flows through the circuit for a predetermined time, a desired sufficient disinfection of the circuit can be ensured.
Wie sich herausgestellt hat, ist eine ausreichende Desinfektion dadurch möglich, dass das Ozon mit einer Konzentration von 0,01 bis 0,5 mg pro Liter Wasser für mindestens 10 Minuten durch den Kreislauf strömt.It has been found that sufficient disinfection is possible by passing the ozone through the circuit at a concentration of 0.01 to 0.5 mg per liter of water for at least 10 minutes.
Zur regelmäßigen Desinfektion des Wasseraufbereitungssystems wird der Wasseraufbereitungsbetrieb von Vorteil in vorgegebenen zeitlichen Abständen für einen Desinfektionsbetrieb unterbrochen.For regular disinfection of the water treatment system of the water treatment operation is advantageously interrupted at predetermined intervals for a disinfection operation.
Vorzugsweise wird das Ozon durch eine Elektrolyse von Sauerstoff in Wasser erzeugt. Die Elektrolyse kann dabei direkt in dem durch den Kreislauf zirkulierenden Wasser erfolgen, d. h. das Ozon wird in dem zirkulierenden Wasser des Kreislaufs erzeugt, oder das Ozon kann außerhalb des Kreislaufes erzeugt und anschließend dem Kreislauf zugeführt werden.Preferably, the ozone is generated by an electrolysis of oxygen in water. The electrolysis can be done directly in the circulating through the water, d. H. The ozone is generated in the circulating water of the circuit, or the ozone can be generated outside the circuit and then fed to the circuit.
Ein erfindungsgemäßes Wasseraufbereitungssystem, insbesondere Rein- oder Reinstwasseraufbereitungssystem, zur Durchführung des vorstehend erläuterten Verfahrens umfasst einen Wasserkreislauf mit einem Einlass, einem Auslass, einer Pumpe zur Zirkulation von Wasser durch den Wasserkreislauf und einer in dem Kreislauf angeordneten Wasseraufbereitungsvorrichtung Das Wasseraufbereitungssystem umfasst dabei eine mit dem Kreislauf verbundene, insbesondere in dem Kreislauf angeordnete, Ozonerzeugungseinrichtung und eine in dem Kreislauf angeordnete Ozonentfernungseinrichtung. Die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren genannten Vorteile gelten entsprechend auch für das erfindungsgemäße Wasseraufbereitungssystem.A water treatment system according to the invention, in particular pure or ultrapure water treatment system, for carrying out the method described above comprises a water circuit with an inlet, an outlet, a pump for circulating water through the water cycle and a water treatment device arranged in the circuit. The water treatment system comprises one with the circuit connected, in particular arranged in the circuit, ozone generating means and arranged in the circuit ozone removal device. The advantages mentioned in connection with the method according to the invention also apply correspondingly to the water treatment system according to the invention.
Zur gezielten automatisierten Steuerung der Ozonerzeugung durch die Ozonerzeugungseinrichtung und der Ozonentfernung durch die Ozonentfernungseinrichtung weist das Wasseraufbereitungssystem vorzugsweise eine Steuerungseinrichtung auf.For targeted automated control of ozone production by the ozone generating device and ozone removal by the ozone removal device, the water treatment system preferably has a control device.
Um zu verhindern, dass ozonhaltiges Wasser zu einem Verbraucher abgeführt wird, ist die Steuerungseinrichtung von Vorteil derart ausgebildet, dass sie bei einer Ozonerzeugung durch die Ozonerzeugungseinrichtung und bei einem Strömen des erzeugten Ozons durch den Kreislauf den Auslass sperrt.In order to prevent ozone-containing water from being discharged to a consumer, the control device is advantageously designed such that it blocks the outlet when ozone is generated by the ozone generating device and when the generated ozone flows through the circuit.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung ist die Ozonentfernungseinrichtung eine UV-Lichtquelle der Wasseraufbereitungsvorrichtung, die zur Reinigung des Wassers durch Bestrahlung mit UV-Licht dient.According to a particularly advantageous embodiment, the ozone removal device is a UV light source of the water treatment device, which serves to purify the water by irradiation with UV light.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die Steuerungseinrichtung derart ausgebildet, dass sie bei einer Ozonerzeugung durch die Ozonerzeugungseinrichtung und bei einem Strömen des erzeugten Ozons durch den Kreislauf die Bestrahlung des Wassers durch die UV-Lichtquelle verhindert.According to a further advantageous embodiment, the control device is designed such that it prevents the irradiation of the water by the UV light source in an ozone generation by the ozone generating device and a flow of ozone generated by the circuit.
Bevorzugt ist die Ozonerzeugungseinrichtung eine in dem Kreislauf angeordnete Elektrolysezelle.The ozone generating device is preferably an electrolysis cell arranged in the circuit.
Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gemäß Merkmalen der Unteransprüche werden im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen in den Figuren näher erläutert. Darin zeigen: The invention and further advantageous embodiments of the invention according to features of the subclaims are explained in more detail below with reference to exemplary embodiments in the figures. Show:
Ein in
Der Auslass
Zur Spülung des Ultrafiltrationsmodul
In Strömungsrichtung des Wassers ist in dem Kreislauf
An den Einlass
Das UV-Oxidationsmodul
Eine Steuerungseinrichtung
In einem Wasseraufbereitungsbetrieb des Wasseraufbereitungssystems
Das Licht der Lichtquelle
Durch das Ultrafiltrationsmodul wird der Endotoxingehalt reduziert und DNase, RNase und DNA aus dem Wasser entfernt. Noch verbleibende Keime und Partikel werden beim Ablassen von Wasser aus dem Kreislauf
Zur Desinfektion des Kreislaufes
Hierzu wird durch die Steuerungseinrichtung
Damit das Ozon in dem Desinfektionsbetrieb durch die Lichtquelle
Außerdem wird während des Desinfektionsbetriebs durch die Steuerungseinrichtung
Zur Beendigung des Desinfektionsbetriebs wird durch die Steuerungseinrichtung
Nach erfolgter Desinfektion wird durch die Steuerungseinrichtung
Ein besonderer Vorteil besteht darin, dass die UV-Lichtquelle
Durch die vorherige Desinfektion des Systems mit Ozon kann in dem aufbereiteten Wasser der TOC-Gehalt und der bakterielle Endotoxin-Gehalt noch zusätzlich reduziert werden.By previously disinfecting the system with ozone, the TOC content and the bacterial endotoxin content in the treated water can be further reduced.
Falls während der Zirkulation des Ozons in dem Desinfektionsbetriebs das in dem Polisher-Modul
Zur Desinfektion des Auslasses (Dispenser)
Bei einem in
Bei einem in
In allen vorstehend beschrieben Fällen kann das Polishing-Modul
In allen vorstehen beschriebenen Ausführungsbeispielen kann der Sterilfilter
Grundsätzlich ist es in einem derartigen Fall dann auch möglich, die Ozonzelle
Unabhängig von der genauen Anordnung der Ozonzelle ist mit der Erfindung eine schnelle und wirkungsvolle Desinfektion eines vorstehend erläuterten Wasseraufbereitungssystems, insbesondere eines Rein- oder Reinstwasseraufbereitungssystems, möglich, ohne dass gefährliche Chemikalien benutzt werden müssen, die nur schwer aus dem System entfernt werden können.Regardless of the exact arrangement of the ozone cell, the invention enables a rapid and effective disinfection of a water treatment system, in particular a pure or ultrapure water treatment system, described above, without having to use hazardous chemicals that are difficult to remove from the system.
Die genaue Einwirkzeit und/oder Konzentration des Ozons hängt dabei auch von der Menge an Ozon ab, die durch eine Reaktion mit dem Filtermaterial der verschiedenen Filter und eine Reaktion des Ozons mit organischem Material, Pyrogenen und Bakterien, die in den Filtern enthalten sind, verbraucht wird. Um diesen Verbrauch zu kompensieren, kann eine vergleichsweise höhere Ozonkonzentration in dem Wasser und/oder eine längere Einwirkzeit für eine ausreichende Desinfektion notwendig sein.The exact exposure time and / or concentration of the ozone also depends on the amount of ozone consumed by a reaction with the filter material of the various filters and a reaction of the ozone with organic material, pyrogens and bacteria contained in the filters becomes. To compensate for this consumption, a comparatively higher ozone concentration in the water and / or a longer exposure time may be necessary for adequate disinfection.
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