DE19745200A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Abtötung von Krankheitserregern in Wasserversorgungsanlagen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abtötung von Krankheitserregern in Wasserversorgungsanlagen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Vorrichtung.

Wasserversorgungsanlagen werden für verschiedenartige Verbraucher benötigt. So sind an Wasserversorgungsanla­ gen Verbraucher, wie Klimaanlagen zur Luftbefeuchtung Duschen oder Wasserhähne angeschlossen. Insbesondere bei lauen Temperaturen ist jedoch die Kontaminationsge­ fahr des Wasser mit Krankheitserregern, insbesondere mit Legionellen besonders hoch. Die Gesundheitsgefähr­ dung steht bei der Versorgung mit erwärmtem Trinkwasser im Zusammenhang mit der Wassertemperatur. Der Tempera­ turbereich, in dem sich bespielsweise Legionellen in Speichern oder Rohrnetzen aufhalten oder vermehren, liegt zwischen 30°C und 45°C. Zur Infektion kommt es in vielen Fällen nur durch Inhalation verseuchter Aeroso­ le, die zum Beispiel beim Duschen entstehen. Es kommt daher darauf an, Voraussetzungen zu schaffen, bei denen es nicht zu einer gesundheitsgefährdenden Verseuchung von Legionellen und anderen Krankheitserregern kommen kann. Es gibt daher Bemühungen, Brauchwasser, welches Wasserversorgungsanlagen entnommen wird, zu sterilisie­ ren. Hierzu sind nach dem Stand der Technik verschiede­ ne Methoden bekannt. So kann eine Sterilisierung bei­ spielsweise chemisch erfolgen. Weiterhin ist eine Me­ thode bekannt, nach der Krankheitserreger mittels UV-Strah­ lung abgetötet werden.

Bei der thermischen Sterilisierung von Wasserversor­ gungsanlagen werden alle Versorgungsleitungen und Was­ serspeicher des Versorgungssystems, sowie die Wasser­ austrittsstellen, die in Form verschiedener Verbrau­ chern wie Duschköpfen, Wasserhähnen oder Befeuchtungs­ anlagen ausgebildet sein können, mit Heißwasser, wel­ ches in der Regel eine Temperatur von < 70°C hat durch­ geheizt. Dies geschieht in der Regel in geschlossenen Kreisläufen mittels Zirkulationspumpen. Erst am Schluß werden die Entnahmestellen nacheinander bei geöffnetem Auslauf thermisch desinfiziert. Für einen entsprechen­ den Verbrühungsschutz während der Desinfektion ist zu sorgen. Somit erhält die Gesamte Wasserversorgungsan­ lage eine für Mikroorganismen tödliche Temperatur, so daß eine Dekontamination gegeben ist.

Die Verfahren nach dem Stand der Technik weisen jedoch einige Nachteile auf. So führt die Verwendung von Che­ mikalien zu ständigen Umweltbelastungen und führt auch zu ständiger Berührung des Menschen mit den desinfizie­ renden Stoffen, welche auf die Dauer aggressiv wirken.

Die Abtötung von Legionellen oder anderen Krankheitser­ regern durch UV-Strahlung ist in der Regel zuverlässig, jedoch ist eine standardmäßige Strahlungsdosis nicht möglich, da die Besiedlungsdichte mit Krankheitserre­ gern nicht bekannt ist. Weiterhin läßt sich die Vermeh­ rung der Organismen auf der Oberfläche von Wasserver­ sorgungssystemen nicht verhindern. Es ist daher im Ein­ zelfall nicht gewährleistet, daß an Entnahmestellen in der Peripherie unverseuchtes Wasser entnommen wird. Die UV-Anlagen müssen für die vorgesehene Betriebstempera­ tur ausgelegt sein und permanent betrieben wären. In ausgedehnten Systemen können gegebenenfalls mehrere UV-An­ lagen erforderlich sein. Der Einbauort für die UV-An­ lagen richtet sich nach den örtlichen Gegebenheiten. Da die Desinfektion so dicht wie möglich vor der Ent­ nahme des Wassers erfolgen soll, ergibt sich die Not­ wendigkeit, die UV-Anlage bei ausgedehnten Systemen zum Beispiel den Steig- oder Stockwerksleitungen zuzuord­ nen. Durch die UV-Strahlung kommt es zur Umwandlung von Nitrat zu Nitrit. Um in Zirkulationsanlagen gegebenen­ falls Überschreitungen des Grenzwertes der Trinkwasser­ verordnung für Nitrat auszuschließen, sind technische Vorkehrungen zu treffen. Um eine einwandfreie Wasserbe­ schaffenheit zu gewährleisten, muß das System in Abhgängigkeit von der Kontamination zusätzlich inter­ mittierend gereinigt, gespült und thermisch oder che­ misch desinfiziert werden.

Bei der rein thermischen Sterilisation der Wasserver­ sorgungsanlage muß die gesamte Anlage regelmäßig mit Wasser einer Temperatur von < 70°C gespült werden, so daß alle Bestandteile desinfiziert werden. Dies hätte jedoch bei kontinuierlicher Desinfektion zur Folge, daß nur 70°C heißes Wasser entnommen werden kann. Zur Kon­ trolle der Auslauftemperatur ist an jeder Entnahmestel­ le ein Thermometer notwendig. In der Regel wird jedoch Wasser einer geringeren Temperatur benötigt. Daher wird nach dem Stand der Technik entweder nur intermittierend mit heißem Wasser desinfiziert und zwischenzeitlich Brauchwasser mit Verbrauchstemperatur gefördert, oder es wird an der Verbrauchsstelle Wasser einer niedrige­ ren Temperatur beigemischt, so daß sich in der letzten Wegstrecke des Wassers eine Mischtemperatur einstellt, die der gewünschten Temperatur entspricht. In beiden Varianten ist jedoch eine Rekontamination möglich, da mit dem kälteren Wasser wiederum Mikroorganismen einge­ tragen werden können, die auch krankheitserregend sind. Die Zuverlässigkeit dieser thermischen Desinfek­ tionsverfahren ist somit lückenhaft und führt auch zu hohen Betriebskosten, da die Gesamte Versorgungsanlage vollständig auf regelmäßig auf hohe Temperaturen aufge­ heizt werden muß. Bei verzinkten Warmwasserleitungen und Trinkwassererwärmern besteht außerdem in den Fäl­ len, in denen die Temperatur des zur Sterilisierung eingesetzten Wassers erheblich über 60°C liegt, die Ge­ fahr einer Zinkumwandlung und nachfolgenden Korrosions­ schäden, deren Auswirkungen überhaupt nicht abgeschätzt werden können. Die Gefahr der Legionellenbesiedlung in Warmwassersystemen und raumlufttechnischen Anlagen kann durch die bisher angewendeten Methoden nicht ausge­ schlossen werden. Besonders gefährdet sind daher Men­ schen mit geschwächter Immunabwehr, zum Beispiel in Me­ dizinischen Instituten und Krankenhäusern.

Es ist daher die Aufgabe der Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, mit denen eine höhere Zuverlässigkeit des Desinfektionsergebnisses erzielt wird und mit denen die Betriebskosten für eine kontinu­ ierlich Desinfektion verringert werden können. Die oben genannten Nachteile sollen vermieden werden.

Ausgehend vom Oberbegriff des Anspruchs 1 wird die Auf­ gabe erfindungsgemäß gelöst mit den im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der Vorrichtung ist es nunmehr möglich, eine kontinuierliche Desinfek­ tion von Wasserversorgungsanlagen bis zum Verbraucher vorzunehmen, die zuverlässig und kostengünstig ist. Die oben genannten Nachteile werden unterbunden. Unter ei­ ner Wasserversorgungsanlage im Sinne der Erfindung ist jede Vorrichtung zu verstehen, die bewirkt, daß einem Verbraucher Wasser zugeführt wird.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Zeichnung zeigt eine für die Durchführung des er­ findungsgemäßen Verfahrens geeignete Vorrichtung in schematischer Form.

Es zeigt:

Fig. 1 eine Wasserversorgungsanlage mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Fig. 2 einen Teilausschnitt der Wasserversor­ gungsanlage aus Fig. 1 mit einer kom­ pakten Ausführungsform der erfindungs­ gemäßen Vorrichtung.

Fig. 3 eine weitere Ausführungsform der er­ findungsgemäßen Wasserversorgungsanla­ ge.

Fig. 1 zeigt eine Wasserversorgungsanlage 1, die mit einem Wärmeaustauscher 2, einer Heizung 3, 3a und Zu­ satzheizung 3b, welche sich in einem Heizkessel 4 be­ findet, einen Vorratsbehälter 5 und einer Verbrau­ cherentnahmestelle 6, 6a ausgestattet ist. Der Wärmeaus­ tauscher 2 steht mit seiner Kammer 7 eingangsseitig mit der Versorgungsleitung 8 und ausgangsseitig mit der Leitung 9 in Verbindung, welche in den Heizkessel 4 mündet. Der Heizkessel 4 steht über die Leitung 10 mit der Kammer 11 des Wärmeaustauschers 2 in Verbindung. Aus der Kammer 11 des Wärmeaustauschers 2 tritt die Leitung 12 welche in den Vorratsbehälter 5 mündet. Der Vorratsbehälter 5 ist mit einer Heizung 13 ausgestat­ tet. An der Ausgangsseite des Vorratsbehälters 5 tritt die Leitung 14 mit dem Ventil 15 aus, die in die Ver­ braucherentnahmestelle 6, 6a mündet, welche mit den Ven­ tilen 16 und 16a abgesperrt werden können. Leitung 14 führt sich in einem Kreis in Form von Leitung 17, die mit den Ventilen 18, 19 und 20, sowie einer Pumpe 21 ausgestattet ist, in den Vorratsbehälter 5 fort. Der Wärmeaustauscher 2 hat eine Wärmeaustauscherfläche 22.

In Fig. 2 ist eine kompakte Ausführungsform der erfin­ dungsgemäßen Vorrichtung dargestellt. In ihr führt sich die Leitung 8 in einer Rückführung 23 fort, die das er­ hitze Wasser im Gegenstrom wie bei einem Rückflußkühler leitet und geht in die Leitung 9 über. Im Austrittsbe­ reich der Leitung 8 ist die Heizung 3a positioniert.

Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform der Vorrich­ tung in Fig. 1, bei der an Stelle des Heizkessels 4 mit der Heizung 3 eine andere Heizeinrichtung tritt, die Heizmittel umfaßt, die mit einem weiteren Wärmeaus­ tauscher in Verbindung stehen. Leitung 9 mündet in die Kammer 24 des Wärmeaustauschers 25, von dem die Leitung 10 wieder in den Wärmeaustauscher 2 führt. Der Wärme­ austauscher 25 steht auf der Seite seiner Kammer 26 durch die Leitung 27 mit Heizmitteln in Verbindung, die hier ein Heizkreis 28 oder ein Heizkessel 29 sein kön­ nen. Der Heizkreis 28 sowie der Heizkessel 29 stehen über Leitungen 30, 31 sowohl mit dem Wärmeaustauscher 25 als auch mit dem Vorratsbehälter 5 in Verbindung, wobei sich die Heizungen 30 und 31 in Form der Heizung 13 fortbilden.

Das Wasser der Versorgungsleitung 8 hat in der Regel Umgebungstemperatur. Bei Betrieb einer Vorrichtung nach Fig. 1 wird das Wasser der Versorgungsleitung 8 mit einer Temperatur von 10°C entnommen und der Kammer 7 des Wärmeaustauschers 2 zugeführt. Es verläßt die Kam­ mer 7 des Wärmeaustauschers 2 in vorgewärmten Zustand und gelangt durch die Leitung 9 in den Heizkessel 4 in dem es mittels der Heizung 3 auf 80°C aufgeheizt wird. Bei großen Entnahmemengen kann die Zusatzheizung 3b ak­ tiviert werden um bei Verbrauchsspitzen eine ausrei­ chende Temperatur zu gewährleisten. Es verläßt den Heizkessel 4 durch die Leitung 10, und tritt in die Kammer 11 des Wärmeaustauschers 2 ein, wo es in Kontakt mit der Wärmeaustauscherfläche 22 unter Aufheizung des in Kammer 7 einströmenden Wassers auf eine Temperatur von 40°C abgekühlt wird. Es verläßt die Kammer 11 durch die Leitung 12 und tritt in den Vorratsbehälter 5 ein, in dem es bei 40°C temperiert gelagert wird. Die Tempe­ rierung erfolgt durch die Heizung 13. Bei Entnahme durch den Verbraucher verläßt das Wasser den Vorratsbe­ hälter 5 durch die Leitung 14 bei geöffnetem Ventil 15 und tritt durch die Verbraucherentnahmestelle 6, 6a bei geöffneten Ventilen 16, 16a aus. Sind die Ventile 16, 16a geschlossen, so rezirkuliert das Wasser durch die Lei­ tung 17 bei geöffneten Ventilen 18, 19 und 20 in den Vorratsbehälter 5. Die Zirkulation wird durch die Pumpe 21 bewirkt.

In der im Beispiel vorgegebenen Weise kann dann wir­ kungsvoll verfahren werden, wenn die gesamte Anlage vor ihrer Inbetriebnahme einmalig desinfiziert worden ist. Dies kann durch chemische Methoden oder thermisch ge­ schehen, indem die gesamte Anlage auf eine für Desin­ fektionen ausreichende Temperatur aufgeheizt wird. Die Verbraucherentnahmestellen 6, 6a müssen dabei ausrei­ chend durchspült werden. Danach reicht es für eine wir­ kungsvolle Vorbeugung gegen Krankheitserregern, insbe­ sondere Legionellen, aus, in der oben beschriebenen Weise vorzugehen. Erfindungsgemäß kommt es darauf an, daß das gesamte zu verbrauchende Wasser entlang seine Wegstrecke zur Verbraucherentnahmestelle 6, 6a permanent und in einem räumlich begrenzten Abschnitt lokal auf eine Temperatur erhitzt wird, die für Krankheitserreger tödlich ist. Diese Temperatur ist von Krankheitserreger zu Krankheitserreger verschieden. In der Regel reicht eine Temperatur von 70°C aus um alle Erreger zu töten. Jedoch sind alle Temperaturen < 70°C geeignet, eine Desinfektion hervorzurufen. Diese Temperaturen werden durch die Heizung 3 lokal erzeugt und werden vorzugs­ weise zwischen 80-100°C liegen um eine sichere Desin­ fektion zu bewirken. Unter einer lokalen Erhitzung im Sinne der Erfindung ist im weiteren Sinne jede Erhit­ zung zu verstehen, die durch eine Heizung erfolgt, wel­ che das Wasser auf eine für Krankheitserreger abtötende Temperatur erhöht, wobei eine Abkühlung auf die Ver­ brauchstemperatur spätestens an der Verbraucherentnah­ mestelle 6, 6a durch Wärmeaustausch erfolgt. Jedoch ist eine Ausführungsform bevorzugt, bei der eine Heizung 3 und ein Wärmeaustauscher 2 direkt benachbart angeordnet sind, wobei das erhitzte Volumen im wesentlichen auf den Heizungsbereich, wie den Heizkessel 4 und den angren­ zenden Wärmeaustauscher begrenzt ist. Hierdurch wird Heizenergie eingespart und eine Wärmeisolierung der An­ lage muß weniger aufwendig erfolgen. Durch die erfin­ dungsgemäße Verfahrensweise und die Vorrichtung wird jedes Volumenelement des zu entnehmenden Wasserstromes über einen definierten Zeitraum auf die zur Desinfekti­ on notwendige Temperatur aufgeheizt. Der Zeitraum er­ gibt sich im wesentlichen durch die Verweilzeit im Heizkessel 4. Nach Verlassen der Kammer 11 des Wärme­ austauschers 2 durchläuft das Wasser die restliche An­ lage in sterilem Zustand. Somit ist eine Rekontaminati­ on der wasserführenden Teile und der Verbraucherentnah­ mestelle 6, 6a durch das Wasser nicht mehr möglich, zu­ mal dieses auch eine Ausspülung bewirkt, wodurch auch von außen keine Organismen mehr eintreten können. Durch die Verwendung eines Wärmeaustauschers 2 und der Hei­ zung 3 kann auch die gewünschte Temperatur für den Ver­ braucher eingestellt werden, so daß kein Zusatz von Kaltwasser zur Temperaturregulierung mehr notwendig ist. Das hat die Folge, daß mit dem Eintrag von nicht sterilem Kaltwasser auch keine Rekontamination mehr er­ folgen kann, wie sie nach dem Stand der Technik gegeben ist. In einer vorteilhaften Ausführungsform wird die Arbeitsweise der Heizung 3 und des Wärmeaustauschers 2 derart ausgelegt, daß die Temperatur des die Leitung 12 verlassenden Wassers der Verbrauchstemperatur ent­ spricht mit der das Wasser im Vorratsbehälter 5 gela­ gert wird. Unter einer Heizung im Sinne der Erfindung ist jedes Mittel zu verstehen, das bewirkt, daß eine Temperatur erhöht wird.

In einer weniger bevorzugten Ausführungsform treten an Stelle des Wärmeaustauschers 2 zwei unabhängige Wärme­ austauscher, von denen der eine das Wasser aus Leitung 8 vorwärmt und der andere das Wasser aus Leitung 10 abkühlt. In diesem Fall werden die Wärmeaustauscher un­ abhängig voneinander betrieben, jedoch ist eine Vor­ richtung mit einem Wärmeaustauscher 2 weitaus günsti­ ger. In einer kompakten Anlage kann der Heizkessel 4 entfallen und anstelle dessen eine besonders leistungs­ fähige Heizung 3 treten, die das Wasser in einem kurzen Teilstück der Leitung 8 extrem überhitzt. Bei einer solchen Konstruktion kann der Wärmeaustausch anstelle Mittels des Wärmeaustauschers 2 durch eine Rückführung 23 des erhitzten Wassers im Gegenstrom entlang einer Ummantelung der Leitung 8 führen, die die Leitung 8 über einen Teilbereich wie ein Rückflußkühler umhüllt. Das mittels der Rückführung 23 umhüllte Teilstück der Leitung 8 dient in diesem Fall als Wärmeaustauscher. Die Variante soll erfindungsgemäß von den Begriffen Wärme­ austausch und Wärmeaustauscher mitumfaßt werden.

Unter einem Wärmeaustauscher im Sinne der Erfindung ist jedoch jede Vorrichtung zu verstehen, die einen Wärme­ fluß bewirkt.

Die Heizmittel 28 und 29 mit dem Wärmeaustauscher 25 der Fig. 3 können unter dem Begriff Heizung zusammen­ gefaßt werden.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung, insbesondere jedoch die Leitung 10 sollten vorzugsweise aus korrosionsbe­ ständigem Material ausgebildet sein um Zinkumwandlungen zu verhindern.

Die Heizung 13 des Vorratsbehälters 5 ist in ihrer An­ wendung nicht auf die Temperierung des Wassers auf die Verbrauchstemperatur beschränkt, vielmehr kann sie auch als Energiequelle zur thermischen Desinfektion herange­ zogen werden.

Die Temperaturregelung im Heizkessel 4 kann beispiels­ weise durch einen Thermostaten erfolgen. Je nach ge­ wünscht er Heiztemperatur im Heizkessel 4 können auch die Wärmeaustauscher ausgelegt werden. So erfordert die Desinfektion bei einer Temperatur von 100°C im Heizkes­ sel größere Wärmeaustauschflächen als eine Temperatur von 80°C bei der selben Austrittstemperatur. Durch der­ artige Mittel kann die Austrittstemperatur des Wassers aus der Leitung 12 auf Brauchwassertemperatur geregelt werden.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der Vorrichtung können alle Krankheitserreger auf bakterieller Basis wirkungsvoll bekämpft werden. Insbesondere Legionellen, welche an feuchtwarmen Stellen, wie Austritten von Duschköpfen besonders gut gedeihen und im Aerosol zu Infektionen führen können, bekämpft werden.

Die Vorrichtung und das Verfahren können in weiten technischen Gebieten zum Einsatz kommen. So können alle Wasserentnahmestellen in Krankenhäusern, sowie Duschen, insbesondere im öffentlichen Betrieb, aber auch Klima­ anlagen und Luftbefeuchter bzw. Luftwäscher, Ver­ brauchsstellen in Küchen, Kantinen beim Spülen und in Bädern mit Wasser aus der erfindungsgemäßen Vorrichtung versorgt werden.

Claims (12)

1. Verfahren zur Abtötung von Krankheitserregern in Wasserversorgungsanlagen (1) für Verbraucher bei dem das Wasser dem Verbraucher durch eine Leitung (8, 9, 10, 14) zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Wasser beim Durchlauf durch die Leitung (8, 9, 10, 14) entlang seiner Wegstrecke mindestens einmal lokal aufgeheizt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufheizung auf eine Temperatur von < 70 °C erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufheizung mit einer Heizung (3) erfolgt, die mit einem Wärmeaustauscher (2) gekoppelt ist.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das zu entkeimende Wasser entlang seiner Weg­ strecke in den Wärmeaustauscher (2) eintritt und da­ bei vorgeheizt wird, danach den Wärmeaustauscher (2) verläßt und einer Heizung (3) zugeführt wird, die Heizung (3) in aufgeheiztem Zustand verläßt, dem Wärmeaustauscher (2) wieder zugeführt wird um das vorher in den Wärmeaustauscher (2) eintretende, kal­ te Wasser aufzuheizen, und anschließend über die Leitung (12, 14) dem Verbraucher zugeführt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das in der Heizung (3) aufgeheizte Wasser nach dem Austritt aus dem Wärmeaustauscher (2) einem Vor­ ratsbehälter (5) zugeführt wird, der das Wasser in der Brauchtemperatur bevorratet.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, das die Durchflußgeschwindigkeit im Wärmeaustauscher (2) und in der Heizung (3) sowie die Heizleistung der Heizung (3) derart ausgelegt sind, daß die Aus­ trittstemperatur des Wassers nach dem Austritt aus dem Wärmeaustauscher (2) einer Solltemperatur im Vorratsbehälter (5) entspricht.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet, daß die Krankheitserreger Legionellen sind.

8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach An­ spruch 1, umfassend eine Leitung (8, 9, 10, 12, 14) so­ wie eine Verbraucherentnahmestelle (6, 6a), dadurch gekennzeichnet, daß sie Mittel zum lokalen Erhitzen des Wassers (3, 2) entlang seiner Wegstrecke zur Verbraucherent­ nahmestelle (6.6a) aufweist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel zum lokalen Erhitzen des Wassers eine Heizung (3) und ein Wärmeaustauscher (2) ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizung (3) in einem Heizkessel (4) unterge­ bracht ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß sie vor der Verbrauerentnahmestelle (6, 6a) einen Vorratsbehälter (5) aufweist, der das Wasser mit der Austrittstemperatur des Wassers aus dem Mittel zur lokalen Erhitzung (3, 4) bevorratet.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel zur lokalen Erhitzung (3, 4) eine Re­ geleinheit umfaßt, die bewirkt, daß das Wasser das Mittel zur lokalen Erhitzung (3, 4) mit Brauchwasser­ temperatur verläßt.