DE19958751A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Desinfektion von Wässern - Google Patents
Vorrichtung und Verfahren zur Desinfektion von WässernInfo
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Abstract
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, mit denen eine kostengünstige Desinfektion betrieben werden kann und toxische Nebenprodukte vermieden werden. DOLLAR A Erfindungsgemäß gelingt die Lösung der Aufgabe dadurch, daß die zu desinfizierenden Wässer einen Reaktor parallel durchströmen, wobei beim Durchströmen des Reaktors ein Anteil des Gesamtstromes den elektrochemischen Teil und ein weiterer Anteil den UV-Teil durchströmt und in einem rohrförmigen Gehäuse mindestens eine Anode und eine Kathode angeordnet sind, die als konzentrische Rohre ausgebildet sind und koaxial dazu mindestens ein UV-Strahler angeordnet ist. DOLLAR A Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Desinfektion von Wässern, insbesondere zur Desinfektion von Trink- und Abwässern, bei dem sowohl eine Desinfektion durch kurzwellige UV-Strahlung als auch durch eine elektrochemische Reaktion erfolgt.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Desinfektion von
Wässern, insbesondere zur Desinfektion von Trink- und Abwässern, bei dem
sowohl eine Desinfektion durch kurzwellige UV-Strahlung als auch durch eine
elektrochemische Reaktion erfolgt.
Da Abwässer sowohl organische als auch anorganische Stoffe beinhalten,
weisen sie eine elektrische Leitfähigkeit auf. Im Stand der Technik ist deshalb
neben den bisher hauptsächlich verwendeten Verfahren der Desinfektion mit
Chlor oder chlorhaltigen Verbindungen eine Reihe von Verfahren zur Desinfek
tion bekannt, die es gestatten, mittels elektrochemischer Behandlung eine
Dekontamination von Flüssigkeiten im Durchlaufverfahren zu betreiben. Als
Elektroden werden hierbei im allgemeinen Metallplatten verwendet. Für die
elektrochemische Desinfektion werden vorteilhaft Reaktoren verwendet, bei
denen plattenförmige Elektroden zu Paketen zusammengefasst, in das Wasser
eingetaucht werden. Als Elektrodenmaterial wird hauptsächlich Titan mit einer
Titandioxidbeschichtung verwendet.
Nach DE 44 14 264 C1 ist ein Vorrichtung bekannt, die aus drei miteinander
zu verbindenden Teilen, einem als Gehäuse dienenden Rohrabschnitt aus
nichtleitendem Material und zwei Elektroden, die mit den Polen einer Gleich
stromquelle verbunden wird und die jeweils aus einer scheibenförmigen Platte
und daran befestigten konzentrischen Rohren bestehen, wobei die scheibenför
migen Platten Durchbrüche aufweisen, die elektrischen Anschlüsse außen an
den scheibenförmigen Platten angebracht sind und die konzentrischen Rohre so
an den scheibenförmigen Platten befestigt sind, daß im zusammengebauten
Zustand der Vorrichtung jeweils positive und negative Elektroden bei gleichem
Abstand gegenüberliegen.
Es ist danach auch bekannt in Strömungsrichtung gesehen hinter dieser
Vorrichtung eine Anordnung zur UV-Bestrahlung anzuordnen, die zweckmäßi
gerweise ebenfalls rohrförmig ausgebildet ist.
In DE 44 00 308 A1 ist ein weiteres Verfahren und eine zugehörige Anord
nung beschrieben, bei der eine flüssigkeitsdurchlässige Elektrode verwendet
wird, die wahlweise kathodisch oder anodisch geschaltet werden kann. Der
Elektrodenraum wird dabei auf einer Seite von einer, mit einer dünnen chalko
genhaltigen Halbleiterschicht bedeckten Quarzröhre begrenzt, die von innen mit
einer UV-Lampe beleuchtet wird.
Bei diesen Verfahren wird zwar sowohl eine elektrochemische als auch eine
Desinfektion durch UV-Bestrahlung bewirkt, nachteilig ist jedoch, daß das
Betreiben der Anlage einen hohen Energie- und Kostenaufwand erfordert, da
der Flüssigkeitsstrom nacheinander beide Dekontaminationsverfahren durchlau
fen muß.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Verfahren und eine Vorrichtung
der eingangs genannten Art anzugeben, mit denen eine kostengünstige Desin
fektion betrieben werden kann und toxische Nebenprodukte vermieden werden.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit den Merkmalen der Patentansprüche 1
und 3 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Anordnung weisen
gegenüber den im Stand der Technik bekannten Verfahren und Anordnungen
eine Reihe von Vorteilen auf.
Insbesondere ist vorteilhaft, daß keinerlei Chemikalien in das zu behandelnde
Wasser eingetragen werden müssen und die Bildung von toxischen Nebenpro
dukten aus der Reaktion von Chlor mit organischen Wasserinhaltsstoffen
vermieden wird. Geruch und Geschmack des Wassers werden dadurch nicht
negativ beeinflusst. Durch die parallele Desinfektion mit zwei verschiedenen
Verfahren können die Vorzüge dieser beiden Methoden vereinigt werden,
wobei der überwiegende Anteil durch die kostengünstige UV-Bestrahlung und
nur ein verhältnismäßig geringer Anteil durch Behandeln mit elektrochemischer
Reaktion desinfiziert wird. Die Aufteilung erfolgt dabei so, daß mindestens
75%, vorzugsweise 90%, durch UV-Bestrahlung behandelt wird.
Durch eine geeignete Anlagenauslegung und -steuerung werden die zu tätigen
den Betriebskosten auf einem sehr niedrigen Niveau gehalten, wobei die laufen
den Betriebskosten mit Hilfe einer Online-Prozeßführung minimiert werden
können. Das Verfahren kann dadurch kostengünstig betrieben und leicht über
wacht werden. Es zeichnet sich außerdem durch eine hohe Betriebsstabilität
aus.
Die Verfahrenskombination ermöglicht es, Wässer mit sehr unterschiedlicher
chemischer und bakteriologischer Belastung zu desinfizieren. Vorteilhaft ist
ferner, daß neben der sofort wirkenden Inaktivierung der Keime eine Depotwir
kung durch Erzeugung von oxidativ wirkenden Spezies erreicht wird.
Die desinfizierende Wirkung der UV-Strahlen beruht im wesentlichen auf einer
direkten Wechselwirkung der UV-Strahlen mit den Nukleinsäuren im Zellkern.
Diese führt zu einer Schädigung der DNA und damit zur Inaktivierung der
Zelle. Eine besondere Empfindlichkeit der Mikroorganismen gegenüber der
UV-Bestrahlung besteht im Wellenlängenbereich um 250 nm, da hier die
Nukleinsäuren am stärksten absorbieren und reagieren. Hierfür sind Wellenlän
genbereiche unter 250 nm besonders geeignet.
Bei dem Verfahren der elektrochemischen Desinfektion wird der elektrische
Strom zur Erzeugung von Oxidationsmitteln direkt in das zu behandelnden
Wasser eingetragen. In der Regel wird hierfür Gleichspannung im Niedervoltbe
reich an in das zu behandelnde Wasser eingetauchte Elektroden angelegt. Die
während der Elektrolyse gebildeten Radikale bewirken eine sehr gute Desinfek
tion. Daneben werden durch Folgereaktionen auch Substanzen gebildet, deren
Oxidationspotential über längere Zeit erhalten bleibt. Damit kann die Desinfek
tionswirkung über mehrere Stunden bis zu einigen Tagen erhalten bleiben. Die
Bildung solcher aktiver Oxidationsmittel ist nach neueren Erkenntnissen nicht
an das Vorhandensein von Chlor im zu behandelnden Wasser gebunden. Nach
teilig wirkt sich bei diesem Verfahren gegenüber der Desinfektion durch
UV-Bestrahlung der deutlich erhöhte Energieeintrag in das System aus.
Während der Energieeintrag bei einer Keimreduzierung um 4 log-Stufen für die
UV-Desinfektion ca. 30 bis 40 W/m3 benötigt, beträgt dieser bei elektrochemi
scher Desinfektion ca. 130 W/m3.
Die für die Einzelverfahren bestehenden Nachteile werden durch eine Parallel
schaltung der UV- und elektrochemischen Behandlung überwunden, wobei der
überwiegende Teil des Wassers 75 bis 95% ökonomisch günstiger mit der
UV-Strahlung desinfiziert wird und ein kleiner Teil bei der elektrochemischen
Desinfektion mit "aktiven" Substanzen angereichert wird. Nach der Zusammen
führung der beiden Stoffströme wird mit diesen eine Wiederverkeimung des
gesamten Stromes sicher verhindert.
Die Erfindung wird im Folgenden an zwei Ausführungsbeispielen näher erläu
tert. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 eine Vorrichtung mit zentraler Anordnung der UV-Strahler
und
Fig. 2 eine Vorrichtung mit Anordnung der stabförmigen UV-Strahler
außerhalb des Strömungsrohres.
Bei der in Fig. 1 in zwei Ansichten dargestellten Anordnung sind zwei stabför
mige UV-Strahler 2 in einem Schutzrohr 1 angebracht, das sich im Zentrum des
rohrförmigen Gehäuses 7 befindet. Um die UV-Strahler 2 sind rohrförmige
Elektrodenpaare konzentrisch angeordnet, die aus Kathode 3 und Anode 4
bestehen. Die zu desinfizierende Flüssigkeit tritt am Einlauf 5 in das rohrför
mige Gehäuse 7 ein durchläuft diese von unten nach oben und verlässt die
Vorrichtung am Auslauf 6.
Bei der in den Fig. 2a und 2b dargestellten Ausführung sind die
UV-Strahler (2) um das vom zu bestrahlenden Medium durchströmte rohrför
mige Gehäuse 7 angeordnet. Ein rohrförmiges Elektrodenpaar befindet sich im
Innern des aus UV-durchlässigem Quarzglas bestehenden Gehäuses 7.
Für die UV-Desinfektion kommen vorzugsweise Quecksilberdampfstrahler zum
Einsatz. Dabei werden für die verschiedenen Reaktor-Bauarten in der Regel
stabförmige Niederdruckstrahlern verwendet, die sich vor allem in der Anord
nung derselben unterscheiden. Diese Anlagen werden entsprechend der erfor
derlichen Strahlungsdosis bei der vorgegebenen UV-Transmission der zu
behandelnden Wässer ausgelegt.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung enthält in einer konzentrischen, rohrförmi
gen Anordnung sowohl eine im kurzwelligen UV-Bereich strahlende UV-Quel
le, als auch mindestens ein Paar Elektroden eines elektrochemischen Reaktors,
der mindestens eine Anode 3 und eine Kathode 4 enthält. Die Elemente des
elektrochemischen und des UV-Reaktors sind dabei so miteinander verbunden,
daß bei einer Durchströmung des Reaktors Anteile des Gesamtstromes den
elektrochemischen Teil und andere Anteile den UV-Teil durchströmen.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Desinfektion von Wässern verwirklicht
eine Parallelschaltung einer elektrochemischen und einer UV-Desinfektion,
wobei mindestens 75% des Gesamtstromes UV-desinfiziert werden.
1
Schutzrohr
2
UV-Strahler
3
Kathode
4
Anode
5
Einlauf
6
Auslauf
7
Gehäuse
Claims (5)
1. Verfahren zur Desinfektion von Wässern, insbesondere zur Desinfektion von
Trink- und Abwässern, bei dem sowohl eine Desinfektion durch kurzwellige
UV-Strahlung als auch durch eine elektrochemische Reaktion erfolgt, dadurch
gekennzeichnet, dass die zu desinfizierenden Wässer einen Reaktor parallel
durchströmen, wobei beim Durchströmen des Reaktors ein Anteil des
Gesamtstromes den elektrochemischen Teil und ein weiterer Anteil den
UV-Teil durchströmt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens
75% des Gesamtstromes durch UV-Strahlung desinfiziert werden.
3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1
oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in einem rohrförmigen Gehäuse (7)
mindestens eine Anode (4) und eine Kathode (3) angeordnet sind, die als
konzentrische Rohre ausgebildet sind und koaxial dazu mindestens ein
UV-Strahler (2) angeordnet ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in der Nähe
der Symmetrieachse des rohrförmigen Gehäuse (7) mindestens ein stabförmiger
UV-Strahler (2) angebracht ist und darum mindestens ein rohrförmiges Elektro
denpaar, bestehend aus Anode (4) und Kathode (3) angeordnet ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich im
Innern des Rohres mindestens ein rohrförmiges Elektrodenpaar (3, 4) befindet
und mehrere UV-Strahler (2) um das vom zu bestrahlenden Medium durch
strömten rohrförmigen Gehäuse (7) angeordnet.
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