DE202005015370U1

DE202005015370U1 - Umweltschonende Trinkwasseraufbereitungs- / wasserdesinfektionsvorrichtung

Info

Publication number: DE202005015370U1
Application number: DE202005015370U
Authority: DE
Original assignee: ITA INST fur INNOVATIVE TECHN; Ita Institut fur Innovative Technologien GmbH
Current assignee: ITA INST fur INNOVATIVE TECHN; Ita Institut fur Innovative Technologien GmbH
Priority date: 2005-09-29
Filing date: 2005-09-29
Publication date: 2006-02-02
Anticipated expiration: 2015-09-30

Abstract

Trinkwasseraufbereitungs-/Wasserdesinfektionsvorrichtung 100, auf Basis der Diaphragmalyse zum Bechandeln - Aufbereitung und Desinfektion – von Wasser und/oder wässrigen Lösungen, dadurch gekennzeichnet, dass eine effektive Diaphragmalyse/Desinfektionsmittelproduktion ermöglicht wird, die mit der Anordnung einer Enthärtungsanlage 2, einer Vorfiltereinheit 1 und eines inline – Statikmischers 5 vor den Diaphragmalyse – Reaktoren, realisiert wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine neuartige umweltschonende Trinkwasseraufbereitungs-/wasserdesinfektionsvorrichtung auf Basis der Diaphragmalyse zum Behandeln Aufbereitung und Desinfektion – von Wasser und/oder wässrigen Lösungen.
Auf dem Gebiet der Elektrochemie werden verschiedene Vorrichtungen entweder zur Behandlung von Wasser und/oder wässrigen Lösungen verwendet. Diese Vorrichtungen nach dem Stand der Technik bestehen im wesentlichen aus den Verfahrensstufen Vorbehandlung und Wasserdesinfektion.
Bei der Desinfektion, dem letzten Schritt in der Wasseraufbereitung, soll die Anzahl von Keimen und Krankheitserregern (Koloniezahl erniedrigt werden. Als Desinfektionsmittel dürfen, gemäß Trinkwasser – Aufbereitungs – Verordnung, nur Chlor, Natrium-, Calcium-, und Magnesiumhypochlorit, sowie Chlorkalk, Chlordioxid und Ozon verwendet werden. Eine weitere Möglichkeit Wasser zu entkeimen, ist die Bestrahlung mit energiereichem UV – Licht und die anodische Oxidation.
Die Nachteile dieser bekannten Desinfektionsstrategien bzw. Vorrichtungen stellen sich als sehr erheblich dar. Die meist verwendete Desinfektionsstrategie ist die Verwendung von Chlor. Alle anderen spielen nur eine untergeordnete Rolle. Bei der Desinfektion mit Chlor müssen größere Mengen Gesamtchlor zudosiert werden, da ein Teil durch Oxidation organischer Verschmutzungen verbraucht wird. Es können krebserregende Substanzen (THM – Trihalogenmethan) und gesundheitssehädigende Konzentrationen von anderen Chlorverbindungen entstehen. Bei der Chlorung von Messer können Haloformverbindungen gebildet werden wie CHCl₃, CHCl₂Br, CHClBr₂, CHBr₃ usw.. Als Vorstufe dafür werden u. a. natürliche Huminstoffe angesehen. Hochdosierungen von Natriumhypochlorit und Calciumhypochlorit führen zur nachteiligen Alkalisierung z.b. bei Kreislaufführung von Schwimmbadwasser. Chlor muss zur späteren Verwendung, beispielsweise zur Trinkwasserdesinfektion, vor Ort zwischengelagert werden, dies bedeutet einen erheblichen Platzbedarf. Zur Lagerung von Chlor als Gefahrstoff sind spezielle Lagerbedingungen erforderlich: Chlor wird in speziellen Flaschen (65 l, 100 l) oder Fässern (500 l, 1000 l) gelagert. Zu beachten sind dabei die sicherheitstechnischen Vorschriften DIN 19606 und UVV-Chlorungsanlagen. Überdosierungen können unmittelbar zur Geruchsbelästigung bzw. gesundheitlichen Beeinträchtigungen führen.
Es ist somit Aufgabe der vorliegenden Erfidung, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die es durch verschiedene im weiteren näher erläuterte Anlagenkomponenten ermöglicht, eine effektive, umweltschonende und gefahrlose Wasseraufbereitung/-desinfektion durchzuführen.
Dieses Problem wird mit den in den Schutzansprüchen aufgeführten Merkmalen gelöst.
Die Vorrichtung soll erfindungsgemäß so gestaltet werden, dass aus einem Vorlagebehälter ein Natriumchlorid – Wasser – Gemisch (Sole) von einer Pumpe in die Reaktionseinheit gepumpt wird.
Die Pumpe ist eine Pumpe zur Förderung dünnflüssiger, nichtexplosiver Medien. Sie ist geeignet zur Förderung von Rein-, Brauchwasser sowie wässrigen Lösungen, Reinigungsmittel, Suspensionen und anderen Medien gleicher Dichte oder Zähigkeit wie Wasser. Die Pumpe ist selbstansaugend für flüssige Medien ausgeführt.
Die Reaktionseinheit ist dadurch gekennzeiehnet, dass ein Diaphragma den Kathoden- und Anodenraum trennt. Die äußere Elektrode besteht aus Material, welches während der Elektrolyse nicht chemisch angegriffen werden kann. Vorzugsweise ist Titan zu verwenden. Für das erfindungsgemäß zu verwendende Diaphragma sind Materialien aus Aluminiumoxid, Zirkonoxid und/oder Yttriumoxid zu verwenden. Es ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Diaphragmaoberfläche nanopartikelbeschichtet ausgeführt werden kann. Dies verhindert eine Anlagerung von Wasserinhaltsstoffen am Diaphragma. Das Diaphragma wird durch elastische, chemikalienbeständige O-Ringe befestigt.
Die innenliegende Elektrode soll ebenfalls aus Titan ausgeführt werden.
Erfindungsgemäß besteht die Möglichkeit die innenliegende Elektrode mit verschiedenen Materialien, vorzugsweise Ruthenium und Iridium, zu beschichten. Dies führt zu einer Verbesserung der Standzeit und der Diaphragmalyseprodukte.
Über den Wasseranschluss und die nachgeschaltete Druckminderung und Durchflussreduzierung wird die für den Reaktionsprozess erforderliche Wassermenge sichergestellt. Sole und Wasser werden vor dem Eintritt in eine oder mehrere Reaktionseinheit/en optimal vermischt. Diese Vermischung wird erfindungsgemäß mit einem speziell angepassten statischen inline-Mischer realisiert.
Das Sole-Wassergemisch gelangt in die Einheiten, in denen der chemische Aktivierungsprozess erfolgt. Die in den Reaktoren produzierten Reaktionsprodukte werden in separate Behälter außerhalb der Anlage für die weitere Verwendung geleitet. Die Anlage soll erfindungsgemäß die Möglichkeit bieten, mehrere Reaktoren, je nach Anwendungsfall, in Reihe oder parallel schalten zu können. Dies soll durch die Verwendung von flexiblen Schläuchen in Verbindung mit geeigneten Armaturen realisiert werden.
In Abhängigkeit von der Wasserhärte, weiteren mineralischen Bestandteilen im Wasser, dem Gehalt an Kohlendioxid, pH - Wert, Leitfähigkeit, Säure-/Basekapazität und Temperatur bilden sich auf wasserkontaktierten Oberflächen mineralische Beläge, vorwiegend aus Calciumcarbonat, Calciumsulfat, Magnesiumcarbonat usw.. Die Folge dieser Vorgänge ist eine kontinuierliche Verschlechterung der Elektronenübergänge am Diaphragma. Diese physikalisch – chemische Ablagerung konnte nach dem Stand der Technik nur durch mechanische Reinigungen im Rahmen regelmäßiger Wartungsarbeiten oder eine auf längere Sicht leistungsminimierende Umpolung der Zellen beseitigt werden.
Erfindungsgemäß ist hier ein Reinigungszyklus mit Säure vorgesehen. Die Säure löst dabei die Beläge. Hierzu ist eine CIP (cleaning in process) -Reinigungsvorrichtung ausgeführt, welche die Reinigungschemikalie in optimaler, vorher ermittelter, Konzentration in die Anlage einspeist.
Verblockungen können vor allem bei Wasserhärten des zugeführten Wassers von mehr als 5 °dH auftreten. Diese prozessintegrierte Reinigung, wird abhängig von den Prozesszuständen vollautomatisch eingeleitet.
Durch die Reinigung werden alle Verblockungen beseitigt und die ursprüngliche Leistung der Anlage wiederhergestellt. Die Reinigung umfasst lediglich eine Dauer von wenigen Minuten.
Bei Anlagen nach dem Stand der Technik ist keine oder nur eine nicht prozessintegrierte, separate Reinigungsmöglichkeit vorgesehen. Es ist daher meist so, dass solche Anlagen nur eine geringe effektive Laufzeit aufweisen.
Für die Füllstandsmessung in den Behältern werden Drucksensoren/Ultraschallsensoren Schwimmerschalter kundenwunschgemäß verwendet. Diese Sensoren erzeugen ein Stromsignal, welches von einer Auswerteinheit als Füllstand für:

1. den/die Rohwasserspeieher und
2. den/die Produktwasserspeicher

Zur Kontrolle des Anlagendruckes werden Standardmanometer verwendet. Die Standardmanometer, geben dem Anlagenbetreiber zusätzliche Informationen über den Anlagendruck auf der Rohwasserseite.
Die vollautomatische Steuerung der Vorrichtung erfolgt über ein SPS/Logik – Steuermodul. Hier werden alle Signale der Mess- und Steuertechnik verarbeitet. Die zeitlichen Abläufe sind im Programm integriert.
Gemäß einer vorteilhaften und - kompakten Ausführung. der Erfindung ist die Anlagengestaltung modulartig. Somit ist sie beliebig erweiterbar und kann so an jede Kapazität angepasst werden. Die Anlage ist für den mobilen aber auch stationären Einsatz zur Behandlung von Wasser und/oder wässrigen Lösungen konzipiert.
Für die Aufbereitung/Desinfektion der Wässer mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist folgender technologischer Ablauf gegeben:

1. Vorfiltration des Rohwassers,
2. Enthärtung bzw. Teilenthärtung des Rohwassers,
3. Einspeisung in die Diaphragmalysevorrichtung,

Das Eindringen der im Rohwasser befindlichen Schmutz- und Schwebstoffe in die Anlage wird durch eine Vorfiltereinheit verhindert bzw. weitgehend eingeschränkt.
Das Bedienfeld – die Steuereinheit – der Vorrichtung ist so konzipiert, dass alle Anlagenparameter übersichtlich angeordnet und leicht erfassbar sind. Neben den Anzeigen über die Betriebsparameter sind in die Fronttafel des Schaltschrankes auch die Schaltelemente für die Steuerung des Prozesses integriert.
Weitere Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels.
Ausführungsbeispiel:
1 zeigt: eine Vorrichtung gemäß der Erfindung mit allen Anlagenkomponenten und peripheren Anlagenbestandteilen, wobei die Vorrichtung als Anlage mit zwei Reaktoren ausgeführt ist.
In der Figur ist eine Trinkwasseraufbereitungs-/Wasserdesinfektionsvorrichtung 100 zum Behandeln – Aufbereitung und Desinfektion – von Wasser und/oder wässrigen Lösungen dargestellt. Der eigentlichen Vorrichtung ist eine Filtereinheit zur Abtrennung von groben Schmutzpartikeln 1 und eine Enthärtungsanlage 2 zur teilweisen oder vollständigen Enthärtung des Eingangswassers vorgeschaltet.
Die Beschickung der Anlage mit Sole erfolgt mittels einer selbstansaugenden Schlauchpumpe 6 zur Förderung dünnflüssiger, nichtexplosiver Medien über ein 3 – Wege – Magnetventil 14. Die Zuführung des Eingangswassers geschieht mittels Schlauchleitung von der Enthärtungsanlage 2, mit einem Eingangsdruck von mindestens 1 bar. In der Zuleitung Eingangswasser befindet sich ein Drückrminderer 3 und ein Magnetventil 4 zur Absperrung der Wasserzufuhr. Dies ist notwendig, sollte der Druck eingangswasserseitig 2 bar übersteigen. Um die Sole und das Eingangswasser optimal zu vermischen, ist in die Zuleitung Eingangswasser eine Störstelle 5 eingebaut, welche die laminare Propfenströmung in der Leitung in eine turbulente Strömung umwandelt. Diese Störstelle ist als statischer inline – Mischer 5 ausgebildet.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel beinhaltet die Vorrichtung zwei zylinderförmige Reaktoren 7. Diese sind als Titanstabelektroden ausgeführt. Die Zylinder sind aus korrosionsbeständigem Titan gefertigt.
An den Stabelektroden befinden sich jeweils 2 Einlässe für das Eingangswasser – Sole – Chemisch 8.
An beiden Zylindern befindet sich jeweils ein Auslass für die Katolyt – Lösung 9 und für die Anolyt – Lösung 10. Die anfallenden Produkt-/Lösungsmengen werden mittels Kugelhähnen 11, 12 reguliert. Diese sind, analog allen Rohrleitungen und Schläuchen, chemikalienbeständig aus PTFE gefertigt. Zur Speicherung der Produkte sind der Anlage chemikalienresistente Sammeltanks 13 mit integrierter Füllstandsregelung beigestellt.
Zur Durchführung der automatisierten CIP – Reinigung der Reaktoren ist ein 3 – Wege – Magnetventil 14 notwendig. Das Magnetventil 14 wird benötigt zum Einschleusen der Reinigungslösung. Das Ventil ist ebenfalls chemikalienbeständig, alle medienberührten Teile sind aus PTFE gefertigt. Alle Verfahrensabläufe und Anzeigen werden vollautomatisch über eine in die Anlage integrierte SPS/Logik – Steuerung 16 realisiert.
Bezugszeichenliste

Claims

Trinkwasseraufbereitungs-/Wasserdesinfektionsvorrichtung 100, auf Basis der Diaphragmalyse zum Bechandeln - Aufbereitung und Desinfektion – von Wasser und/oder wässrigen Lösungen, dadurch gekennzeichnet, dass eine effektive Diaphragmalyse/Desinfektionsmittelproduktion ermöglicht wird, die mit der Anordnung einer Enthärtungsanlage 2, einer Vorfiltereinheit 1 und eines inline – Statikmischers 5 vor den Diaphragmalyse – Reaktoren, realisiert wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Anlage ein Vorfilter 1 und eine Enthärtungsanlage 2, zum Enthärten des Rohwassers vorzugsweise auf eine Wasserhärte < 5°dH, vorgeschaltet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Beschickung der Anlage mit Sole eine spezielle Dosierpumpe 5 zur Förderung dünnflüssiger, nichtexplosiver Medien eingesetzt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur Diaphragmalyse spezielle Diaphragmalyse – Reaktoren/Elektroden 7 eingesetzt werden, in denen vorzugsweise keramische behandelte oder unbehandelte Diaphragmen, zur Trennung der Anoden- und Kathodenräume eingesetzt werden.
Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zur Vermischung des Eingangswassers mit der Sole eine spezieller inline – Statikmischer 5 verwendet wird. Dabei wird die laminare Propfenströmung in der Leitung in eine turbulente Strömung umgewandelt.
Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur Durchführung der Reinigung der Reaktoren und Gesamtanlage keine Aus- und Umbauten an der Anlage notwendig sind und die Reinigung mit den in der Anlage integrierten Elementen als Cleaning in Process (CIP) stattfinden kann.
Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die abgeleiteten Produkte in Sammeltanks 13 gespeichert werden.
Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlagegestaltung modulartig ist und jederzeit durch Hinzuschaltung von Reaktoren 7 an unterschiedliche Kapazität angepasst werden kann.
Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass gemäß ihrer vorteilhaften und kompakten Gestaltung die Anlage für den mobilen aber auch stationären Einsatz zur Behandlung von Wasser und/oder wässrigen Lösungen konzipiert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zur Herstellung von hochwirksamer Desinfektionslösung lediglich ein Messeranschluss, Sole (NaCl – Masser – Gemisch) und elektrischer Strom benötigt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Produktmengen und -qualitäten mittels Einstellung der Produktstrenge 11, 12 variiert werden können.
Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass bei der umweltfreundlichen Desinfektionsmittelherstellung keinerlei Abfallprodukte entstehen. Die Lösungen werden vorzugsweise zur Desinfektion und zur pH Wert Einstellung oder als hochwirksames Reinigungsmittel verwendet.