DE102022125800A1

DE102022125800A1 - Verfahren sowie Anlage zur Aufbereitung von Schwimmbeckenwasser

Info

Publication number: DE102022125800A1
Application number: DE102022125800.9A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Johann; Anton Mairhofer; Sophia Rodionova; Andrea Pavan
Original assignee: BWT Holding GmbH
Current assignee: BWT Holding GmbH
Priority date: 2022-10-06
Filing date: 2022-10-06
Publication date: 2024-04-11

Abstract

Die Offenbarung betrifft ein Verfahren zur Aufbereitung von Schwimmbeckenwasser, wobei mittels einer Elektrolysezelle ein Hypochlor- oder -bromit, insbesondere Natriumhypochlor- oder - bromit, hergestellt und in das Schwimmbecken eingeleitet wird. Das Wasser aus dem Schwimmbecken wird zunächst über eine Membran zur Salzabtrennung geleitet, so dass ein Konzentrat und ein Eluat entsteht. Das Eluat wird zumindest teilweise zurück in das Schwimmbecken geführt und das Konzentrat wird zumindest teilweise über die Elektrolysezelle geleitet.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Aufbereitung von Schwimmbeckenwasser mittels Erzeugung und Einleitung von Chlor oder Brom. Weiter betrifft die Erfindung ein mit der Vorrichtung ausgestattetes Schwimmbecken.
Hintergrund der Erfindung
Schwimmbadwasser wird meistens mit Chlor desinfiziert. Es ist insbesondere bekannt, mittels einer Elektrolysezelle, durch die das Wasser des Schwimmbeckens geleitet wird, Chlor zu erzeugen. Der Einsatz einer Elektrolysezelle ist ein recht einfaches und robustes Verfahren zur Erzeugung von Chlor im Schwimmbad. Chlor wird nach Bedarf erzeugt, das Handling und die Dosierung von Chlor mittels Dosierpumpen ist nicht mehr nötig.
Alternativ kann Schwimmbeckenwasser auch mit Brom desinfiziert werden. Dies lässt sich ebenfalls aus einer Salzlösung, z.B. mit Natriumbromid, elektrolytisch erzeugen.
Nachteilig jedoch ist, bei geringer Konzentration von Chlor- oder Bromidionen im Beckenwasser, die vielfach recht geringe Effizienz der Elektrolysezelle.
Zur Steigerung der Effizienz der Elektrolyse ist es notwendig das Beckenwasser mit Chloridionen aufzukonzentrieren. Hierzu wird meist NaCl verwendet. Die üblichen Konzentration an NaCl beträgt hierbei 2 bis 10 g/l.
Dies hat allerdings den Nachteil, dass die hohe Konzentration an Chloridionen stark korrosiv wirkt. Im Falle üblicher Elektrolyseverfahren zur in situ Erzeugung von Chlor sind somit solebeständige Schwimmbecken, mit solebeständigen Einbauteilen, notwendig. Ein Süßwasserbecken kann nachträglich nicht mit einer Elektrolysezelle betrieben werden.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, die genannten Nachteile des Standes der Technik zumindest zu reduzieren. Es ist insbesondere eine Aufgabe der Erfindung, ein effizientes Verfahren zur Erzeugung von Chlor oder Brom mittels einer Elektrolysezelle für die Desinfektion eines Schwimmbads bereitzustellen, bei welchem die Salzkonzentration im Schwimmbecken gering gehalten werden kann und welches dennoch effizient arbeitet.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Aufgabe der Erfindung wird bereits durch ein Verfahren zur Aufbereitung von Schwimmbeckenwasser sowie eine hierfür ausgebildete Anlage nach einem der unabhängigen Ansprüche gelöst.
Bevorzugte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind dem Gegenstand der abhängigen Ansprüche, der Beschreibung sowie den Zeichnungen zu entnehmen.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufbereitung von Schwimmbeckenwasser. Unter einem Schwimmbecken wird sowohl ein Pool, also ein Kaltwasserbecken, als auch ein Warmwasserbecken, wie beispielsweise ein Whirlpool, verstanden.
Zur Desinfektion des Beckenwassers wird dieses vorzugsweise im Umwälzbetrieb über eine Elektrolysezelle geführt. Mittels der Elektrolysezelle wird freies Chlor oder Brom, insbesondere hypochlorige Säure HClO oder Hypochlorit ClO^-, bzw. hypobromige Säure oder Hypobromit erzeugt. Hierfür wird das im Wasser vorhandene Salz, insbesondere Natriumsalz, gemäß einer anderen Ausführungsform Kaliumsalz und/oder Magnesiumsalz, umgesetzt.
Das Verhältnis an hypochloriger Säure und Hypochlorit, bzw. hypobromiger Säure und Hypobromit und gelösten Brom oder Chlor hängt vor allem vom pH-Wert des Wassers ab.
Die Elektrolyse kann zur inline Chlor- oder Bromerzeugung auch in Süßwasserbecken eingesetzt werden. Es ist daher nicht erforderlich, dass sämtliche Einbauteile wie z.B. Einlaufdüsen, Massagedüsen, Scheinwerfer, salzwasserresistent ausgeführt werden müssen.
Unter Süßwasser wird Wasser verstanden, welches einen Salzgehalt von weniger als 1 %, insbesondere weniger als 0,1 % (Massenanteil) hat.
Es versteht sich, dass sich je nach pH- Wert Hypochlorit oder hypochlorige Säure bzw. Hypobromit oder hypobromige Säure bildet. Da hypochlorige Säure wesentlich wirksamer (ca. Faktor 30) ist wird der pH-Wert im Beckenwasser vorzugsweise auf 6 bis 7,5, besonders bevorzugt auf zwischen 6,8 und 7,2 eingestellt.
Gemäß der Erfindung wird das Wasser aus dem Schwimmbecken zunächst also bezogen auf die Strömungsrichtung vor der Elektrolysezelle über eine Aufkonzentrierungsstufe zur Salzabtrennung geleitet. Insbesondere kann das Wasser über eine Umkehrosmoseanlage oder eine Elektrodialyseanlage geleitet werden.
Eine derartige Anlage trennt auf physikalischem Wege Salze ab, so dass sich eine Konzentrat- und eine Permeatseite bzw. im Falle der Elektrodialyse eine Diluatseite bildet.
Gemäß der Erfindung wird das salzarme Wasser, also das Permeat oder Diluat, zumindest teilweise, insbesondere vollständig, zurück in das Schwimmbecken geführt.
Das Konzentrat dagegen wird zumindest teilweise, insbesondere vollständig, über die Elektrolysezelle geleitet.
Diese Vorgehensweise hat den Vorteil, dass die Salzkonzentration in der Elektrolysezelle hoch ist. Das salzarme Wasser wird dagegen zurückgeleitet und hält die Salzkonzentration im Schwimmbecken niedrig.
Auf diese Weise kann in einem salzarmen Beckenwasser durch Auftrennung desselben, mittels eines Membranverfahrens, in ein salzhaltiges Wasser (Konzentrat) und ein salzarmes Wasser (Permeat, Diluat) eine Elektrolyse zur Erzeugung von Chlor oder Brom betrieben werden.
Bei dem System kann insbesondere auf die Verwendung einer Salzlösung verzichtet werden oder aber der Salzgehalt im Schwimmbeckenwasser kann gering gehalten werden. Insbesondere beträgt dieser weniger als 3 g/l, vorzugsweise weniger als 2 g/l, insbesondere 0,3 g/l bis 2 g/l, vorzugsweise 0,5 bis 1,0 g/l.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung wird dem Wasser aus dem Schwimmbecken vor dem Leiten über die Aufkonzentrierungsstufe Chlor oder Brom entzogen.
Insbesondere kann hierfür ein Aktivkohlefilter verwendet werden. Durch das Anordnen einer Chlor- oder Bromentfernungsstufe vor der Elektrolysezelle wird die Membran vor einer Oxidation durch Chlor oder Brom geschützt.
Der pH-Wert im Schwimmbeckenwasser wird vorzugsweise auf einen etwa neutralen Wert, insbesondere auf 6 bis 8, vorzugsweise 6,8 bis 7,2 eingestellt werden.
Mittels der Membran können insbesondere 50 bis 95, vorzugsweise 80 bis 90% des Salzes abgetrennt werden. Eine Membran, insbesondere die einer Umkehrosmoseanlage oder Elektrodialysezelle, hat eine hohe Ausbeute. Es wird so eine entsprechend erhöhte Salzkonzentration in der Elektrolysezelle erreicht.
Die Konzentration an freiem Chlor im Schwimmbecken wird vorzugsweise auf 0,2 bis 1 mg/l, insbesondere auf 0,3 bis 0,7 mg/l eingestellt. Bei Verwendung von Brom kann die Konzentration an freiem Brom auf 0,3 bis 7 mg/l, insbesondere auf 0,5 - 1,5 mg/l, eingestellt werden.
Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Anlage zur Aufbereitung von Schwimmbeckenwasser. Diese ist insbesondere zur Durchführung vorstehend beschriebenen Verfahrens ausgebildet.
Die Anlage umfasst einen Eingang für aufzubereitendes Schwimmbeckenwasser, wobei bezogen auf eine Strömungsrichtung nach dem Eingang eine Aufkonzentrierungsstufe zur Salzabtrennung angeordnet ist. Die Anlage zur Salzabtrennung umfasst einen Ausgang mit salzarmen Wasser, welcher mit dem Schwimmbecken verbunden ist.
Weiter umfasst die Anlage zur Salzabtrennung einen Konzentratausgang. Hinter dem Konzentratausgang ist eine Elektrolysezelle zur Erzeugung von Chlor oder Brom angeordnet, über die mit Chlor oder Brom angereichertes Wasser über einen Ausgang der Anlage in das Schwimmbecken leitbar ist.
Zum Schutz der Membran und auch zu Schutz der Elektrolyseanlage vor Ablagerungen auf der Membran bzw. auf den Elektroden wird gemäß einer Ausführungsform der Erfindung vor der Umkehroseanlage eine Säure dosiert.
Beispielsweise kann HCl zudosiert werden. Es können jedoch auch andere Säuren, wie zum Beispiel H₂SO₄, zudosiert werden.
Wird die Säuredosierung vor der Umkehrosmose durchgeführt, so wird vorzugsweise max. soviel Säure dosiert, dass der pH- Wert nicht unter 2 fällt. Insbesondere wird der pH-Wert auf 2 bis 6, vorzugsweise 2 bis eingestellt. So wird die Membran z.B. einer Umkehrosmose geschützt und gleichzeitig werden Ablagerungen auf den Elektroden der Elektrolysezelle reduziert.
Erfolgt die Säuredosierung im Konzentratstrom der Umkehrosmose, so kann, je nach Anwendung die Dosierung der Säure zum Beispiel in Abhängigkeit der Wasserhärte ausgeführt werden. Mit steigender Wasserhärte kann mehr Säure zudosiert werden.
Wie vorstehend beschrieben, kann insbesondere zwischen dem Eingang der Anlage und der Membran eine Vorrichtung zur Chlor oder Bromabtrennung, insbesondere ein Aktivkohlefilter, angeordnet sein.
Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Schwimmbecken, welches die vorstehend beschriebene Anlage umfasst.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Der Gegenstand der Erfindung soll im Folgenden bezugnehmend auf ein Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnungen 1 bis 4 näher erläutert werden.

1 ist eine schematische Ansicht eines Schwimmbeckens nebst einer erfindungsgemäßen Anlage.
2 und 3 zeigen jeweils eine Ausführungsform der Anlage mit zusätzlicher Säuredosierung.
4 ist ein Flussdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens.

Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt in einer schematischen Darstellung ein Schwimmbecken 1, welches mit einer erfindungsgemäßen Anlage zur Aufbereitung von Schwimmbeckenwasser versehen ist. Das Wasser im Schwimmbecken 1 wird im Umwälzbetrieb aufbereitet.
Hierzu wird über einen Ausgang über die Leitung 2 Wasser aus dem Becken gepumpt.
Das Wasser wird über die Leitung 2 zunächst über einen Filter zur Chlorentfernung zum Beispiel Aktivkohlefilter 3 geleitet.
Sodann passiert das Wasser eine Umkehrosmoseanlage 10, die als Aufkonzentrierungsstufe dient.
Die Umkehrosmoseanlage 10 umfasst eine Membran 11, welche die Anlage in eine Diluatseite 12 und eine Konzentratseite 13 unterteilt.
Das salzarme Wasser der Diluatseite 12 wird über die Leitung 4 über einen Eingang des Schwimmbeckens 1 zurück in das Schwimmbecken 1 geführt.
Das Wasser der Konzentratseite 13 wird dagegen über eine Elektrolysezelle 20 geführt.
Die Elektrolysezelle 20 umfasst zwei gegenüberliegende Elektroden 21, 22. In einer bipolaren oder parallel aufgebauten Zelle können auch weitere Elektroden dazwischen angeordnet sein. Durch Anlagen einer Spannung wird Natriumhypochlorit erzeugt.
Die Elektroden 21, 22 werden vorzugsweise mit Gleichspannung betrieben und regelmäßig umgepolt. So wird die Bildung von Ablagerungen auf den Elektroden reduziert.
Das nunmehr mit Chlor angereicherte Wasser wird über die Leitung 5 zurück in das Schwimmbecken 1 geführt.
Alternativ kann dieses Wasser auch über die Leitung 5a mit dem salzarmen Wasser 4 gemischt werden. Die Leitung 5a führt so zur Leitung 4. So werden lokale Konzentrationsmaxima an freiem Chlor im Schwimmbecken 1 vermieden.
In einem Versuchslauf wurde im Beckenwasser eine NaCl Konzentration von 0,5 g/l eingestellt. Aus dem Beckenwasser wurde ein Teilstrom von 200 l/h über einen Aktivkohlefilter 3 geleitet. Bei einer Chlorkonzentration von 0,3 ppm wurden somit 60 mg/h durch den Aktivkohlefilter 3 entfernt.
In der nachfolgenden Umkehrosmose wurde eine Ausbeute, Permeatstrom/Feedstrom von 80 % eingestellt. Im Konzentrat betrug die NaCl Konzentration somit ca. 2,5 g/l. Der Permeatstrom wurde zurück in das Beckenwasser geleitet. Der Konzentratstrom aus der Umkehrosmose wurde in die Elektrolysezelle 20 zur Erzeugung von Chlor eingeleitet. Die Chlorerzeugung betrug in diesem Fall ca. 15 g/h bei einer Ausbeute größer 80 %. Betrachtet man das Verhältnis der Chlorentfernung durch die Aktivkohle, in diesem Beispiel ca. 60 mg/h, zur erzeugten Chlormenge in der Elektrolyse ca. 15 g/h, so werden lediglich 0,4 % Chlor durch den Aktivkohlefilter 3 entfernt, bzw. sind verloren.
2 zeigt die Anordnung von 1 mit einer Säuredosierung vor der Umkehrosmose. Die Säure befindet sich im Behälter 30 und wird über die Dosierleitung 31 vor der Umkehrosmose 10 dosiert.
Durch die Einleitung von Säure wird vorzugsweise der pH-Wert zwischen 2 und 4 eingestellt. Die Membran 11 wird so vor zu niedrigen pH-Werten geschützt. Gleichzeitig wird die Bildung von Ablagerungen wie z.B. CaO oder MgO auf den Elektroden 21, 22 deutlich reduziert.
3 zeigt die Anordnung von 1 mit einer Dosierleitung 32 zur Säuredosierung vor der Elektrolysezelle 20.
Bei dieser Ausführungsform kann der pH-Wert stärker gesenkt werden, also auch unter 2 betragen, insbesondere kann der pH-Wert auf 0 bis 4 eingestellt werden.
4 ist ein Flussdiagramm eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens. Das Schwimmbeckenwasser wird zunächst über Aktivkohle geleitet und sodann einer Umkehrosmoseanlage zugeführt.
In der Umkehrosmoseanlage wird das Wasser in ein Permeat und ein Konzentrat unterteilt. Das Verhältnis von Konzentrat zu Permeat kann dabei insbesondere zwischen 1:3 und 1:8 liegen. Entsprechend beträgt die Konzentration im Konzentrat der Umkehrosmose das ca. 4 bis 10-fache der Konzentration des Beckenwassers.
Das Permaet wird zurück ins Schwimmbecken geleitet.
Das Konzentrat dagegen wird in die Elektrolysezelle geleitet und mit Chlor, insbesondere Natriumhypochlorit, angereichert.
Das so entstandene Chlorkonzentrat wird zu Desinfektionszwecken zurück ins Schwimmbecken geleitet.
Durch die Erfindung konnte ein effizientes Verfahren zur Desinfektion von Schwimmbeckenwasser bereitgestellt werden.
Bezugszeichenliste

1: Schwimmbecken
2: Leitung zur Umkehrosmoseanlage
3: Aktivkohlefilter
4: Leitung Eluat zum Becken
5: Leitung zum Becken
5a: alternative Leitung zum Becken
10: Umkehrosmoseanlage
11: Membran
12: Eluatseite
13: Konzentratseite
20: Elektrolysezelle
21: Elektrode
22: Elektrode
30: Säurebehälter
31: Dosierleitung vor der Umkehrosmose
32: Dosierleitung vor der Elektrolyse

Claims

Verfahren zur Aufbereitung von Schwimmbeckenwasser, wobei mittels einer Elektrolysezelle Chlor oder Brom insbesondere Hypochlorit und hypochlorige Säure bzw. Hypobromit und hypobromige Säure, hergestellt und in das Schwimmbecken eingeleitet wird, dadurch gekennzeichnet das Wasser aus dem Schwimmbecken zunächst über eine Aufkonzentrierungsstufe, insbesondere eine Membran, zur Salzabtrennung geleitet wird, so dass ein Konzentrat und salzarmes Wasser entsteht, wobei sodann das salzarme Wasser zumindest teilweise zurück in das Schwimmbecken geführt wird und wobei das Konzentrat ganz oder teilweise über die Elektrolysezelle geleitet wird.
Verfahren nach dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Aufkonzentrierungsstufe eine Säure zudosiert wird.
Verfahren nach dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in das Konzentrat nach der Aufkonzentrierungsstufe und vor der Elektrolysezelle eine Säure zudosiert wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Wasser aus dem Schwimmbecken vor dem Leiten in die Elektrolysezelle Chlor oder Brom entzogen wird, insbesondere mittels eines Aktivkohlefilters.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Salzgehalt im Schwimmbeckenwasser auf unter 3 g/l, vorzugsweise unter 2 g/l, insbesondere auf 0,3 bis 3 g/l, vorzugsweise 0,5 bis 1,0 g/l, eingestellt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der pH-Wert im Schwimmbeckenwasser auf 6 bis 8, vorzugsweise auf 6,8 bis 7,2 eingestellt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Aufkonzentrierungsstufe eine Umkehrosmoseanlage oder eine Elektrodialyseanlage verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Membran 50 bis 95%, insbesondere 80 bis 90%, des Salzes abgetrennt werden.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Konzentration an freiem Chlor im Schwimmbecken auf 0,2 bis 5,0 mg/l, insbesondere 0,3 bis 0,7 mg/l, bzw. an freiem Brom auf 0,3 bis 7 mg/l, insbesondere 0,5 - 1,5 mg/l, eingestellt wird.
Anlage, insbesondere ausgebildet zur Ausführung eines Verfahrens nach einem der vorstehenden Ansprüche, umfassend einen Eingang für auszubereitendes Schwimmbeckenwasser, wobei, bezogen auf eine Strömungsrichtung, nach dem Eingang eine Aufkonzentrierungsstufe, insbesondere mit einer Membran, zur Salzabtrennung angeordnet ist, wobei die Aufkonzentrierungsstufe einen Ausgang für salzarmes Wasser, insbesondere einen Permeat- oder Diluatausgang, umfasst, der mit dem Schwimmbecken verbunden ist, und wobei nach einem Konzentratausgang hinter der Aufkonzentrierungsstufe eine Elektrolysezelle zur Erzeugung von freiem Chlor oder Brom angeordnet ist, über die mit Chlor oder Brom angereichertes Wasser über einen Ausgang der Anlage in das Schwimmbecken leitbar ist.
Anlage nach dem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Eingang der Anlage und der Aufkonzentrierungsstufe eine Vorrichtung zur Chlor oder Bromabtrennung, insbesondere ein Aktivkohlefilter, angeordnet ist.
Schwimmbecken mit einer Anlage nach einem der vorstehenden Ansprüche.