DE102013003734A1

DE102013003734A1 - Verfahren zur kontinuierlichen Beseitigung von Keimen aus Warmwasserbereitungsanlagen mittels Ultrafiltration und anderen Desinfektionsapparaten

Info

Publication number: DE102013003734A1
Application number: DE201310003734
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Kai Klinder
Current assignee: KLINDER, KAI, DE
Priority date: 2013-03-05
Filing date: 2013-03-05
Publication date: 2014-09-11

Abstract

Problemstellung In Warmwasserbereitungsanlagen siedeln sich Keime an. Insbesondere die Gattung Legionella pneumophila kann schwere Atemwegsinfektionen verursachen. Die Ansiedlung, das Wachstum und die Ausbreitung der Keime sind daher unbedingt zu verhindern. Die Gesetzgeber vieler Staaten haben entsprechende Vorschriften erlassen. In Deutschland regelt die Trinkwasserverordnung (TrinkwV) die regelmäßige Probenahme- und Untersuchungspflicht. Bei festgestellter Kontamination sind die Betreiber verpflichtet, die Warmwasserbereitungsanlage gemäß DVGW-Arbeitsblatt W 551 aufwändig zu entkeimen. Stand der Technik Zur Desinfektion nutzt man thermische, physikalische oder chemische Verfahren. Zur Minderung von Keimen werden Ultrafilter dezentral an den Zapfstellen oder im Frischwasserzulauf eingesetzt. Diese Filter verhindern aber nicht das Wachstum und die Ausbreitung in der Anlage, insbesondere nicht im Warmwasser-Speicher oder in den Zirkulationsleitungen. Die genannten Maßnahmen erhöhen die Betriebskosten, sind nicht kontinuierlich oder nicht dauerhaft wirksam. Die toxischen Zusätze mindern die Wasserqualität. Vorgeschlagene Lösung Die vorliegende Erfindung löst die Aufgabe der Entkeimung dauerhaft und kostengünstig, indem spezielle Ultrafilter so in die Warmwasserbereitungsanlage integriert werden, dass eine kontinuierliche Entfernung der Keime sowie allen organischen Materials im kritischen Temperaturbereich von 25–50°C erzielt wird. Letzteres verhindert den Aufbau von Biofilmen und entzieht den Keimen die Ernährungsgrundlage.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft die Integration eines Ultrafilters (1) in eine konventionelle Warmwasserbereitungsanlage sowie deren Schaltung und die besondere Betriebsweise mit dem Ziel, die Ansiedlung, das Wachstum sowie die Ausbreitung von gesundheitsschädlichen Keimen im Brauchwasser zuverlässig zu begrenzen.
[1] Die am weitesten verbreiteten Warmwasserbereitungsanlagen bestehen aus mindestens einem Wärmeerzeuger (beispielsweise Heizkessel, Durchlauferhitzer, Wärmepumpe, Solarkollektor oder Fernwärmeanschluss), mindestens einem Warmwasserspeicher (7), der Warmwasserverteilung mit angeschlossenen Zapfstellen (10) inklusive Zirkulationsleitung (11) und mindestens einer Zirkulationspumpe (12).
In einer Warmwasserbereitungsanlage wird das Wachstum der Keime durch folgende Faktoren positiv beeinflusst:

• Temperaturen zwischen 20°C und 50°C, wie sie im Speicher (7) und der Zirkulationsleitung (11) ständig vorliegen,
• Stagnation von Warmwasser bei mangelnder Zirkulation in Zeiten geringer Wasserentnahme,
• organisches Material im Wasser, welches teilweise mit dem Frischwasser eingetragen wird oder auch zusätzlich aus Kunststoffrohren oder Dichtungen der Warmwasserverteilungsanlage stammt,
• anorganisches Material wie Eisenoxide und Mineralien (Sediment).

Für eine erfolgreiche Keimreduzierung ist es daher erforderlich, dem Wasser die Nährstoffe zu entziehen, Stagnation zu verhindern sowie im Temperaturbereich zwischen 20°C und 50°C das Keimwachstum und die Ausbreitung zu verhindern oder zu verringern.
Die Gesetzgeber etlicher Staaten haben entsprechende Vorschriften zur Überwachung von Keimen im Brauchwasser erlassen. In Deutschland regelt die Trinkwasserverordnung (TrinkwV) die regelmäßige Probenahme- und Untersuchungspflicht. Es gilt ein Grenzwert von 100 KBE/100 ml Trinkwasser. Bei festgestellter Kontamination sind die Betreiber der Warmwasserbereitungsanlage verpflichtet, diese unverzüglich zu entkeimen und im Anschluss eine verschärfte Überwachung vorzunehmen. Die Entkeimung und die biologisch-chemischen Untersuchungen im Rahmen der Überwachung verursachen erhebliche Kosten, die in der Regel höher sind als die rechtzeitige Investition in einen Ultrafilter und die Integration in die Warmwasserbereitungsanlage gemäß der erfindungsgemäßen Schaltung.
Die erfindungsgemäße Aufgabe des Ultrafilters (1) besteht in der kontinuierlichen Abtrennung von Bakterien sowie von organischen und anorganischen Schwebstoffen aus dem zirkulierenden Warmwasserstrom durch den Speicher (7) und die zugehörigen Leitungen (10, 11). Der Ultrafilter muss daher so gestaltet sein, dass er Partikel und Keime im Größenbereich größer 0,03 μm (30 nm) möglichst vollständig abscheiden kann.
Die erfindungsgemäße Anordnung des Ultrafilters (1) ist so gewählt, dass mittels der Zirkulationsleitung (11) und der Zirkulationspumpe (12) kontinuierlich ein Warmwasserstrom dem Ultrafilter (1) zugeführt wird und von diesem von Keimen, Sedimenten und mitgeführten Rohrablagerungen gereinigt wird. Das saubere Filtrat gelangt dann an geeigneter Stelle mit leicht abgesenkter Temperatur in den Speicher (7) zurück.
Die beschriebene Anordnung des Ultrafilters (1) entzieht dem Warmwasser insbesondere in dem das Keimwachstum begünstigenden kritischen Temperaturbereich zwischen 20°C und 50°C kontinuierlich die Keime. Somit kann die Keimzahl unter dem technischen Maßnahmenwert gemäß DVGW-Arbeitsblatt W 551 von 100 KBE/100 ml Trinkwasser gehalten werden.
Um die vorgeschriebene thermische Desinfektion („Anti-Legionellenschaltung”) zu ermöglichen, wird temporär das Ventil im Zulauf des Ultrafilters (9) geschlossen, die Umwälzpumpe (13) eingeschaltet sowie der Wärmeerzeuger auf hohe Leistung geschaltet. Die Regelung wird so gesteuert, dass am Ausgang (8) des Speichers (7) mindestens 70°C heißes Wasser entnommen werden kann, welches auf kurzem Weg dem Speicher (7) unten wieder zugeführt wird. So können auch die unteren Bereiche des Speichers (7) thermisch desinfiziert werden.
Soll in der Anlage regelmäßig und zusätzlich die Zirkulationsleitung (11) sowie der Ultrafilter (1) entkeimt werden, kann die Regelung in zapfarmen Zeiten und nach vollständigem Aufheizen des Speichers (7) die Umwälzpumpe (13) als auch die Zirkulationspumpe (12) bei geöffnetem Ventil (9) einschalten. Das etwa 70°C heiße Warmwasser gelangt in die Zirkulationsleitung (11) und den Ultrafilter (1), und desinfiziert den gesamten Leitungsstrang inklusive Ultrafilter (1). Zusätzlich entfernt der Ultrafilter (1) abgestorbene Keime aus dem gesamten Bereich des Speichers (7), das heißt auch aus dem unteren Bereich mit niedrigeren Temperaturen sowie aus der Zirkulationsleitung (11). Somit wird der schnelle Aufbau neuer Biofilme in den Leitungen und dem Speicher verhindert.
Die erfindungsgemäße Schaltung erlaubt sowohl im Betriebsmodus „Anti-Legionellenschaltung” (siehe oben) als auch im Normalbetrieb mit permanenter Ultrafiltration die ungestörte Warmwasserentnahme ohne Minderung des Durchsatzes.
Für die erfindungsgemäße Schaltung ist ein Ultrafilter erforderlich, der Keime größer 0,03 μm zuverlässig abscheiden kann. Soll der Ultrafilter so betrieben werden, dass er mittels thermischer Desinfektion entkeimt werden soll, sollte er Temperaturen bis etwa 80°C widerstehen können.
Im Rahmen des erfindungsgemäßen Vorschlags können grundsätzlich alle Arten von Ultrafiltern eingesetzt werden. Als vorteilhafteste Ausführung werden Ultrafilter der Bauart Cross-Flow Rotationsfilter mit keramischen Filterscheiben [2] vorgeschlagen, da diese mit einer zur Abtrennung von Keimen mit geeigneter Porenweite zwischen 0,01 bis 0,05 μm hergestellt werden können sowie Temperaturen über 100°C widerstehen.
[2] Ein Ultrafilter der Bauart Cross-Flow Rotationsfilter mit keramischen Filterscheiben besteht aus einem Gehäuse mit einem Einlass (2) für das zu filtrierende Wasser-Feststoffgemisch, sowie einem Auslass (3), über den periodisch das aufkonzentrierte Abfiltrat entsorgt wird. Im Zentrum befindet sich eine Hohlwelle (5), auf die hohle, poröse Keramikscheiben (4) aufgespannt sind.
[2] Das keimbeladene Wasser strömt von außen die Filterscheiben (4) an, das Wasser durchdringt die Poren der Filterscheiben, das gefilterte Reinwasser wird durch den Hohlraum der Filterscheiben (4) zur Hohlwelle (5) und über den Reinwasserausgang (6) nach außen transportiert. Die Filterscheiben (4) werden in Rotation versetzt, um ein Absetzen der Feststoffe an der Filteroberfläche zu verhindern. Eine programmierbare Rückspülung mit Filtrat sorgt für die Regenerierung der Filterscheiben (4).
Im Patent EP 2 206 972 A2 vom 01.12.2009 wird eine Speicherkonstruktion vorgeschlagen, bei der ein nicht näher spezifizierter „Legionellenfilter” in die Kaltwasserzuführung des Speichers eingebaut werden soll, um das Eindringen von Legionellen in die Warmwasserbereitungsanlage und damit eine Legionellenbildung zu verhindern. Gegenüber der hier vorgeschlagenen Erfindung hat jener Vorschlag den gravierenden Nachteil, dass wenige Keime, die den „Legionellenfilter” passieren, genügen, um sich ungestört im Warmbereich des Schichtenspeichers zu vermehren. Desweiteren kommen Keime bei der Installation und Reparatur des Rohrnetzes in das Verteilsystem. Desweiteren ist der Durchsatz eines Ultrafilters mit Filterpatrone der gezeigten Größe zu gering, um bei starker Warmwasserentnahme den notwendigen Durchsatz zu gewährleisten.
Im Gegensatz hierzu begrenzt die hier vorgeschlagene Schaltung die Zapfmenge nicht und erfüllt dennoch zuverlässig die Funktion der Ultrafiltration.
Andere Patentanmeldungen schlagen die Desinfektion mittels UV-Lampen, elektrischen Feldern oder durch mit Silber beschichtete Gewebe vor (Patente CN 101844010 A vom 29.09.2010, CN 101844010 B vom 07.07.2012). Diese sind in Kombination mit dem Ultrafilter in der erfindungsgemäßen Schaltung ebenfalls vorteilhaft einzusetzen, möchte man auf eine thermische oder chemische Entkeimung verzichten oder diese nur gelegentlich einsetzen.
Werden die vorgenannten Desinfektionsapparate ohne Ultrafilter betrieben, hat dies den gravierenden Nachteil, dass die abgetöteten Keime zur Nahrungsgrundlage überlebender Keime werden und der Aufbau von Biofilmen dadurch gefördert wird.
Im Rahmen der Erfindung wird vorgeschlagen, durch die Kombination einer Desinfektion (thermisch, UV, elektrische Felder oder weiteres) mit der permanenten Abtrennung von Keimen und von organischem Materials mittels Ultrafiltration in der erfindungsgemäßen Schaltung den Aufbau von Biofilmen und die Keimvermehrung dauerhaft zu verhindern.
3 zeigt die Integration eines mittels Elektrofeld wirksamen Desinfektionsapparats (14) sowie die Integration eines mittels UV-Strahlung wirksamen Desinfektionsapparats (15) in die erfindungsgemäße Schaltung einer Warmwasserbereitungsanlage.
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 2206972 A2 [0016]
CN 101844010 A [0018]
CN 101844010 B [0018]

Claims

Erfindungsgemäße Schaltung einer Warmwasserbereitungsanlage mit Integration eines Ultrafilters (1) derart, dass Keime die Keimbildung fördernden Stoffe aus dem Warmwasser führenden Teil kontinuierlich abgeschieden werden. [1]
Erfindungsgemäße Schaltung einer Warmwasserbereitungsanlage mit Integration eines Ultrafilters nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere Ultrafilter in den Rücklauf einer oder mehrerer Zirkulationsleitung/en (11) der Warmwasserbereitungsanlage integriert ist/sind.
Erfindungsgemäße Schaltung einer Warmwasserbereitungsanlage mit Integration eines Ultrafilters (1) nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Ultrafilter seriell und/oder parallel geschaltet integriert werden.
Erfindungsgemäße Schaltung einer Warmwasserbereitungsanlage mit Integration eines Ultrafilters nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass nach oder während der thermischen Entkeimung des Warmwasserspeichers auch die Zirkulationsleitung und der/die Ultrafilter mit Heißwasser beaufschlagt und thermisch entkeimt werden.
Erfindungsgemäße Schaltung einer Warmwasserbereitungsanlage mit Integration mindestens eines Desinfektionsapparates (UV, Elektrofeld, Metallionen-Gewebe oder Ähnliches) hinter dem Warmwasseranschluss (8) des Speichers (7), aber vor dem Abgang der thermischen Desinfektionsleitung zur Umwälzpumpe (13). [3]
Erfindungsgemäße Schaltung einer Warmwasserbereitungsanlage mit Integration eines Ultrafilters nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Ultrafilter in Reihe mit einem mittels Elektrofeld, UV-Strahlung oder anderer Wirkmechanismen arbeitendem Desinfektionsapparat geschaltet ist [3] und die von den vorgenannten Desinfektionsapparaten abgetöteten Keime herausfiltert. Somit wird der Aufbau von Biofilmen in den Warmwasserleitungen verhindert oder zumindest behindert und die Keimvermehrung auf ein gesundheitsverträgliches Maß reduziert.
Integration eines Ultrafilters der Bauart Cross-Flow Rotationsfilter mit Scheiben aus Keramik oder anderem Material und einer zur Abtrennung von Keimen geeigneten Porenweite in die erfindungsgemäße Schaltung einer Warmwasserbereitungsanlage nach Anspruch 1 bis 6.