DE102015008960A1 - Process for the treatment of process water - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlung von Prozesswasser, umfassend die Schritte: a) Bereitstellen von Prozesswasser b) Vermischen des Prozesswassers mit einem Wirkstoff, der mittels Elektrolyse herstellbar ist. Die Erfindung bietet ein sicheres, zuverlässig und ökonomisch vorteilhaftes Verfahren zur Behandlung von Prozesswasser.The present invention relates to a process for the treatment of process water, comprising the steps of: a) providing process water b) mixing the process water with an active substance which can be produced by means of electrolysis. The invention provides a safe, reliable and economically advantageous process for the treatment of process water.
Description
Die vorliegende Anmeldung betrifft ein Verfahren zur Behandlung von Prozesswasser. Als Prozesswasser wird eine wässrige Flüssigkeit bezeichnet, die aus unterschiedlichen Vorgängen resultiert, und entsprechend den Vorgängen mit verschiedenen Verunreinigungen bzw. Kontaminationen belastet ist.The present application relates to a process for the treatment of process water. Process water is an aqueous liquid which results from different processes and which is loaded with various impurities or contaminants in accordance with the processes.
So kann beispielsweise aus der Papierherstellung ein Prozesswasser resultieren, welches einen erhöhten Gehalt an Stärke aufweist.Thus, for example, a process water can result from paper production, which has an increased content of starch.
Prozesswasser kann aber auch aus der Lebensmittelverarbeitung resultieren. So hat beispielsweise in den letzten Jahren der Bedarf an verzehrfertig verpackten Schnittsalaten drastisch zugenommen. Um diese vorbereiteten Schnittsalate zu reinigen und zugleich sicherzustellen, dass auch ein kritischer Grenzwert an mikrobiologischer Belastung beim Verzehr nicht überschritten wird, sind beträchtliche Wassermengen erforderlich. So wird bei der Verarbeitung von Schnittsalaten bzw. von Fertiggemüse das Gemüse bzw. der Salat sortiert, geschnitten, in Wasser mit Trinkwasserqualität gewaschen, eventuell getrocknet und abschließend in Kunststofffolien verpackt. Dabei gliedert sich der Waschprozess in der Regel in zwei Schritte, nämlich den ersten Waschgang, der dem Entfernen von groben Verunreinigungen wie anhaftender Erde dient, und dem Abspülen von Salatsaft, der nach dem Zerschneiden des Salats aus den zerstörten Stellen austritt. In einem zweiten Schritt wird dann die Nachwäsche vorgenommen.Process water can also result from food processing. For example, in recent years, the demand for ready-to-eat seasoned lettuce has increased dramatically. To purify these prepared slices and at the same time to ensure that even a critical level of microbiological contamination is not exceeded when consumed, considerable amounts of water are required. Thus, when processing sliced lettuce or from ready-made vegetables, the vegetables or salad are sorted, cut, washed in water of drinking water quality, possibly dried and finally packed in plastic films. Here, the washing process is usually divided into two steps, namely the first wash, which serves to remove coarse contaminants such as adhering soil, and the rinsing of salad juice, which emerges after cutting the salad from the destroyed places. In a second step, the after-washing is then carried out.
Um ein mikrobiell einwandfreies Produkt zu erzeugen, müssen große Wassermengen eingesetzt werden. Es ist jedoch bekannt, dass Waschen mit Leitungswasser lediglich in einer 10 bis 100 fachen Reduktion von Mikroorganismen resultiert. Da, abhängig von der Art des Produktes, von einer Anfangskeimzahl von bis zu 109 KbE/gFM auszugehen ist, muss ein solches Waschergebnis bei hohen Anfangskeimzahlen als kritisch eingeschätzt werden. Dies ist in Jahreszeiten mit hohen Temperaturen und hoher Luftfeuchte, bei denen sich Bakterien, Schimmelpilze und Hefen besonders gut vermehren, von besonderer Relevanz.In order to produce a microbially flawless product, large amounts of water must be used. However, it is known that washing with tap water results only in a 10 to 100-fold reduction of microorganisms. Since, depending on the nature of the product, an initial bacterial count of up to 10 9 CFU / gFM is to be assumed, such a washing result must be regarded as critical at high initial bacterial counts. This is of particular relevance in seasons with high temperatures and high humidity, in which bacteria, molds and yeasts multiply particularly well.
Um den Verbrauch von Trinkwasser bei der Reinigung zu reduzieren, werden vermehrt Waschsysteme angeboten, die das Wasser aus dem zweiten Waschbecken in das erste Becken (Vorwäsche) zurückführen. Dieses Vorgehen birgt jedoch die Gefahr der Rückkontamination in sich, wenn mikrobiologisch unbedenkliche Salatchargen mit kontaminiertem Wasser behandelt werden. Eine optische Erkennung bedenklicher Chargen ist nicht möglich. Ebenso gibt es keine technischen Systeme, die online eine Kontamination melden und reagieren können. Das in der Produktion anfallende Abwasser wird entweder unter Einhaltung der gesetzlichen Rahmenbedingungen in die Kanalisation eingeleitet oder zur Beregnung landwirtschaftlich genutzter Flächen verwendet. Diese Verfahrensweise ist allerdings nur dann möglich, wenn der Betrieb an ausreichend große betriebseigene Flächen angrenzt. In der Regel speichern Betriebe mit eigenen Anbauflächen im Winter das anfallende Abwasser in Auffangbecken und nutzen es in der Vegetationsperiode zum Beregnen der Felder. Allerdings besteht auch hier die Gefahr einer Kontamination.In order to reduce the consumption of drinking water during cleaning, more and more washing systems are offered, which return the water from the second washbasin to the first basin (prewash). However, this procedure entails the risk of recontamination if microbiologically harmless sala tares are treated with contaminated water. Visual recognition of questionable batches is not possible. Likewise, there are no technical systems that can report and respond to contamination online. The wastewater produced during production is either discharged into the sewage system in compliance with the legal framework or used to irrigate agricultural land. However, this procedure is only possible if the operation is adjacent to sufficiently large in-house areas. As a rule, holdings with their own acreage in winter store the wastewater in catch basins and use it in the growing season to irrigate the fields. However, there is also the danger of contamination here.
Im Spannungsfeld zwischen der Erzeugung qualitativ hochwertiger, verzehrfertiger gartenbaulicher Produkte und dem effizienten Einsatz der knappen Ressource Wasser setzt die vorliegende Erfindung an.The present invention sets in the field of tension between the production of high-quality, ready-to-eat horticultural products and the efficient use of the scarce resource water.
Ein anderes Beispiel, bei dem Prozesswasser anfällt, ist der Schwimmbadbetrieb. Hierbei fallen erhebliche Mengen an Wasser an. Aufgrund der großen Oberfläche eines Schwimmbads, durch das das enthaltene Wasser großflächig mit Sauerstoff bzw. Verunreinigung in Kontakt kommt, sowie den Körperkontakt mit Nutzern unterliegt das Schwimmbadwasser einer erheblichen Verschmutzung. Um eine gleichbleibende Wasserqualität zu gewährleisten und eine Gefährdung der Personen zu vermeiden, ist eine Wasseraufbereitung dringend erforderlich. Die im Stand der Technik verbreitete Zugabe von Chlor oder anderen scharfen Chemikalien in hohen Mengen gewährleistet zwar in den meisten Fällen eine mikrobiologisch hohe Qualität, hat aber den Nachteil, dass Badegäste, insbesondere empfindliche bzw. allergische durch die enthaltenen reizenden aggressiven Stoffe sensibilisiert werden können. Andere Verfahren wie beispielsweise UV-Licht führen nicht zu einer solch zuverlässigen Reinigung, und bewirken in den meisten Fällen einen enormen Energieverbrauch.Another example, in which process water is generated, is the swimming pool operation. This involves significant amounts of water. Due to the large surface of a swimming pool, through which the contained water comes into contact with oxygen or contamination over a large area, as well as the physical contact with users, the swimming pool water is subject to considerable pollution. In order to ensure a consistent water quality and to avoid endangering the people, a water treatment is urgently needed. Although the addition of chlorine or other harsh chemicals in high amounts, which is widespread in the prior art, ensures a microbiologically high quality in most cases, it has the disadvantage that swimmers, in particular sensitive or allergic persons, can be sensitized by the irritant substances contained therein. Other methods, such as UV light, do not result in such reliable cleaning and, in most cases, generate enormous energy consumption.
Verfahren zur Aufbereitung von Prozesswasser sind im Stand der Technik bekannt. So beschreibt die
Ein wichtiger Aspekt bei der Behandlung von Prozesswasser ist darüber hinaus die Zuverlässigkeit, Reliabilität sowie die Kostengünstigkeit. Vor allem in Ländern der dritten Welt sowie in Schwellenländern werden kostengünstige und zuverlässige Verfahren zur Reinigung von Lebensmitteln dringend benötigt. Die durch die in diesen Ländern häufig anzutreffende Wasserarmut verbreitete mehrfache Verwendung von Wasser zum Reinigen von Lebensmitteln kann zu schweren Gesundheitsbelastungen wie z. B. Salmonellose oder Typhus führen. Aber auch die Alternative, das Wasser nur einmal zu verwenden, ist aus Kostengründen und aus Gründen des Wassermangels gerade in diesen Gebieten sehr unvorteilhaft.An important aspect in the treatment of process water is also the reliability, reliability and cost-effectiveness. Especially in third world countries as well as emerging economies will be cost effective and reliable Process for cleaning food urgently needed. The multiple use of water for cleaning food, which is common in these countries due to the lack of water, can lead to serious health problems, such as: As salmonellosis or typhoid fever. But even the alternative of using the water only once is very unfavorable, especially in these areas, for reasons of cost and lack of water.
Vor dem Hintergrund dieser technischen Situation ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren zur Behandlung von Prozesswasser bereitzustellen, welches die im Stand der Technik vorhandenen Nachteile beseitigt.Against the background of this technical situation, it is an object of the present invention to provide an improved process water treatment process which overcomes the disadvantages of the prior art.
Diese Aufgabe wird gelöst mit den Merkmalen des Anspruchs 1.This object is achieved with the features of claim 1.
Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.Advantageous embodiments and further developments of the invention are the subject of the dependent claims.
Die vorliegende Erfindung löst das Problem dadurch, dass es ein Verfahren zur Behandlung von Prozesswasser bereitstellt, umfassend die Schritte a) Bereitstellen von Prozesswasser und b) Vermischen des Prozesswassers mit einem Wirkstoff, der mittels Elektrolyse herstellbar ist.The present invention solves the problem by providing a process water treatment process comprising the steps of a) providing process water and b) mixing the process water with an active agent producible by electrolysis.
Dadurch wird gegenüber dem Stand der Technik eine enorme Verbesserung erreicht.As a result, an enormous improvement over the prior art is achieved.
Bei Redoxpotenzialen oberhalb von 650 bis 700 mV können Bakterien innerhalb von wenigen Sekunden abgetötet werden. Ein solches Redoxpotenzial kann durch den Zusatz von bestimmten Wirkstoffen zum Waschwasser und/oder Aktivierung durch Elektrolyse erreicht werden. Vereinzelt wird berichtet, dass eine keimabtötende Wirkung auch nachzuweisen ist, wenn der eigentliche Hilfsstoff bereits verbraucht ist, das Redoxpotenzial im Wasser aber noch einen hohen Wert aufweist.At redox potentials above 650 to 700 mV bacteria can be killed within a few seconds. Such a redox potential can be achieved by the addition of certain active ingredients to the wash water and / or activation by electrolysis. Occasionally, it is reported that a germicidal effect can also be detected if the actual excipient is already consumed, but the redox potential in the water still has a high value.
Unter dem Redoxpotenzial oder Oxidations-Reduktions-Potenzial (kurz: ORP) versteht man das Vermögen eines wässrigen Systems, Elektronen aus einer chemischen Reaktion aufzunehmen oder abzugeben. Dabei bewirkt eine Oxidation die Abgabe von Elektronen, die Reduktion eine Aufnahme von Elektronen. Das Redoxpotenzial eines Systems kann also durch Hinzufügen von neuen Spezies geändert werden, wenn diese reduktiv oder oxidativ wirksam sind. In der Wasserbehandlung ist die Bestimmung des Redoxpotenzials eine etablierte Messmethode, die zur Kontrolle der Desinfektion mit Chlor oder Chlordioxid genutzt wird.The redox potential or oxidation-reduction potential (ORP for short) is the ability of an aqueous system to accept or release electrons from a chemical reaction. Oxidation causes the emission of electrons, the reduction the absorption of electrons. The redox potential of a system can thus be changed by adding new species if they are reductively or oxidatively effective. In water treatment, the determination of the redox potential is an established measurement method used to control the disinfection with chlorine or chlorine dioxide.
Dadurch, dass der Wirkstoff in dem Verfahren der Erfindung gesundheitlich unbedenklich und darüber hinaus zuverlässig und kostengünstig wirkt, wird eine erhebliche technische Verbesserung erreicht. Beispielsweise kann Wasser, welches zur Reinigung von Obst und Salaten eingesetzt wird, durch das erfindungsgemäße Verfahren mehrfach gereinigt werden, ohne dass eine Gesundheitsgefährdung der Verbraucher zu befürchten ist. Darüber hinaus kann je nach Keimbelastung bzw. zu reinigendem Gut die Dosierung an Wirkstoff beliebig variiert werden. Auch kann die Beimpfung der Reinigungsflüssigkeit mit dem Wirkstoff mehrfach weiderholt werden.The fact that the active substance in the process of the invention is harmless to health and moreover reliable and inexpensive, a significant technical improvement is achieved. For example, water, which is used for the purification of fruit and salads, are repeatedly cleaned by the inventive method, without any risk to the health of consumers is to be feared. In addition, the dose of active ingredient can be varied as desired, depending on the germ load or the material to be cleaned. Also, the inoculation of the cleaning liquid with the active ingredient can be repeated several times.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird dem Wasser vor der Elektrolyse Natriumchlorid zugesetzt. Dieser Zusatz von Natriumchlorid erhöht die Leitfähigkeit und verstärkt den Effekt der Elektrolyse. Je nach dem zu behandelnden Gut können sich bereits in der Lösung genügend Salze befinden.In a preferred embodiment, sodium chloride is added to the water prior to electrolysis. This addition of sodium chloride increases conductivity and enhances the effect of electrolysis. Depending on the product to be treated enough salts may already be in the solution.
Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Behandlung des Prozesswassers über einen Zeitraum von 1 und 180 Sekunden, bevorzugt zwischen 5 und 120 Sekunden, und besonders bevorzugt zwischen 10 und 15 Sekunden benötigt. Dabei bezeichnet die Dauer der Behandlung den Zeitraum, über den der Wirkstoff dem Prozesswasser beigefügt wird.It has proved to be advantageous if the treatment of the process water over a period of 1 and 180 seconds, preferably between 5 and 120 seconds, and more preferably between 10 and 15 seconds needed. The duration of treatment refers to the period over which the active substance is added to the process water.
Von besonderem Vorteil ist es auch, wenn der Wirkstoff im Elektrolyseverfahren herstellbar ist.It is also particularly advantageous if the active substance can be produced in the electrolysis process.
Die Elektrolyse in einer galvanischen Zelle der Reinigungsflüssigkeit erfolgt entweder in einer Zelle, die durch eine Membran in Anoden- und Kathodenraum aufgeteilt ist, oder aber in einer Zelle, deren Reaktionsraum ungeteilt ist – d. h. es fällt kein nicht-verwendetes Produkt, wie etwa ein Katholyt an, sondern lediglich eine aktive Substanz. Durch Durchführung lediglich eines schwachen elektrischen Feldes und dadurch, dass die galvanische Zelle kontinuierlich betrieben wird, ist es möglich, dass nicht die Produktion von Natronlauge bzw. von Chlor-Derivaten im Vordergrund steht, sondern die Bildung von Natriumhypochlorit. Bei Durchlauf einer Natriumchloridlösung durch die Kammer bilden sich demzufolge keine oxidierenden Substanzen wie Chlorit Chlordioxid, und andere Oxidationsmittel, lediglich Natriumhypochlorit entsteht in geringen Mengen. Bei der Untersuchung des desinfizierenden Effekts der galvanisch behandelten Flüssigkeit konnte gezeigt werden, dass die desinfizierende Wirkung gleichwertig oder besser ist als bei anderen durch Elektrolyse gewonnenen Desinfektionsmitteln, oder klassischen chemischen Desinfektionsmitteln.The electrolysis in a galvanic cell of the cleaning liquid takes place either in a cell which is divided by a membrane in the anode and cathode space, or in a cell whose reaction space is undivided - d. H. there is no unused product, such as a catholyte, but only an active substance. By performing only a weak electric field and that the galvanic cell is operated continuously, it is possible that not the production of caustic soda or of chlorine derivatives in the foreground, but the formation of sodium hypochlorite. Consequently, when a sodium chloride solution passes through the chamber, no oxidizing substances such as chlorite are formed, and other oxidizing agents, only sodium hypochlorite, are formed in small amounts. Investigation of the disinfecting effect of the electroplated liquid has shown that the disinfecting effect is equivalent to or better than other disinfectants obtained by electrolysis, or classical chemical disinfectants.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Gesamtkonzentration der bei der galvanisch als Nebenprodukte entstandenen Oxidantien kleiner als 500 ppm, bevorzugt kleiner als 200 ppm, besonders bevorzugt kleiner als 20 ppm, ganz besonders bevorzugt kleiner als 2 ppm und insbesondere besonders bevorzugt kleiner 0,2 ppm. Diese geringen Konzentrationen an Oxidantien gewährleisten, dass die Reinigungsflüssigkeit keinen schädlichen Effekt auf die Lebensmittel ausführt. Von Vorteil ist es, wenn das Prozesswasser aus der Papierherstellung und/oder Lebensmittelverarbeitung und/oder ein im Schwimmbad anfallendes Prozesswasser ist.In a preferred embodiment, the total concentration of the oxidants formed by-products as by-products is less than 500 ppm, preferably less than 200 ppm, especially preferably less than 20 ppm, very particularly preferably less than 2 ppm and in particular particularly preferably less than 0.2 ppm. These low levels of oxidants ensure that the cleaning fluid does not have a deleterious effect on the food. It is advantageous if the process water from papermaking and / or food processing and / or a resulting in the swimming pool process water.
Von besonderem Vorteil ist es auch, wenn der Wirkstoff eine desinfizierende Wirkung auf Bakterien und/oder Bakteriensporen und/oder Pilzen und/oder Pilzsporen und/oder Viren. Die Wirkungen auf solche Mikroorganismen und Viren sichern ein besonders breites Wirkungsspektrum und somit eine besonders umfassende mikrobiologische Sicherheit.It is also particularly advantageous if the active substance has a disinfecting action on bacteria and / or bacterial spores and / or fungi and / or fungal spores and / or viruses. The effects on such microorganisms and viruses ensure a particularly broad spectrum of activity and thus a particularly comprehensive microbiological safety.
Es hat sich auch als vorteilhaft erwiesen, wenn das Prozesswasser zusätzlich mit Druckluft und/oder Heißluft und/oder UV-Licht und/oder einem Tensid beaufschlagt wird. Diese zusätzlichen Reinigungsmittel können in Abhängigkeit von dem zu reinigenden Gut bzw. von der zu erwartenden mikrobiologischen Belastung ausgewählt werden.It has also proved to be advantageous if the process water is additionally subjected to compressed air and / or hot air and / or UV light and / or a surfactant. These additional cleaning agents can be selected depending on the material to be cleaned or on the expected microbiological load.
Von besonderem Vorteil ist es dabei, wenn der Wirkstoff einen pH-Wert von 2,0 bis 9,5 und/oder ein Redoxpotential von +300 bis +1200 mV aufweist.It is particularly advantageous if the active ingredient has a pH of 2.0 to 9.5 and / or a redox potential of +300 to +1200 mV.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Wirkstoff einen pH-Wert von 7,0 aufweist.It is particularly advantageous if the active ingredient has a pH of 7.0.
Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn der Wirkstoff Anolyten, ausgewählt aus der Gruppe von NaOCl, Cl2, HOCl und OCl– umfasst.It has proved to be particularly advantageous if the active substance comprises anolyte selected from the group of NaOCl, Cl 2 , HOCl and OCl - .
Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn der Wirkstoff und/oder das Prozesswasser einen Anolytgehalt von höchstens 100 bis 600 ppm aufweist. Dies sichert eine zuverlässige mikrobiologische Reinigung, gewährleistet aber zugleich auch eine wirtschaftliche und Ressourcen sparende Reinigung.It has proved to be advantageous if the active ingredient and / or the process water has an anolyte content of at most 100 to 600 ppm. This ensures a reliable microbiological cleaning, but at the same time ensures economic and resource-saving cleaning.
Die Erfindung stellt auch einen Wirkstoff zur Behandlung von Prozesswasser zur Verfügung, wobei der Wirkstoff durch Elektrolyse erhältlich ist.The invention also provides an active ingredient for the treatment of process water, wherein the active ingredient is obtainable by electrolysis.
Die vorliegende Erfindung bietet ein sicheres, zuverlässig und ökonomisch vorteilhaftes Verfahren zur Behandlung von Prozesswasser.The present invention provides a safe, reliable and economically advantageous method for treating process water.
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