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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung, mit welcher zum Einen die Konzentration
von festen organischen und anorganischen Bestandteilen im Wasser
minimiert werden, da besonders die festen Bestandteile für den Schutz
und die Vermehrung von pathogenen Keimen verantwortlich sind, und
zum Anderen soll die Kontaminationen reduziert werden, um die Möglichkeit
einer Verkeimung des Wassers zu verringern.
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Nach § 4 der Deutschen
Trinkwasserverordnung 2001 muss Wasser, welches für den menschlichen Gebrauch
bereitgestellt wird, frei von Krankheitserregern, genusstauglich
und rein sein. Insbesondere im Warmwasserbereich genügt das Trinkwasser
nach längeren
Aufenthaltszeiten in haustechnischen Anlagen aber oft nicht mehr
allen Ansprüchen.
Bei Wasseruntersuchungen treten in der Praxis gehäuft Konzentrationen von
mikrobiologischen Parametern auf, die die vorgegebenen Werte überschreiten.
Diese Trinkwasserkontaminationen resultieren aus mikrobiologischen
Verunreinigungen sowie aus organischen und anorganischen Bestandteilen
im Wasser. Somit ist die Gefahr einer Infektion durch das Trinkwasser
gegeben. Mikroorganismen und damit Krankheitserreger, z. B. Bakterien
im Trinkwasser gelangen als Aerosol aus Duschen und Klimaanlagen
in das Bronchialsystem des Menschen. Folgen können schwere Lungenentzündungen
mit hohem Fieber, teilweise mit Todesfolge sein. Deshalb stellen
nicht ausreichend gewartete Warmwassersysteme eine Gefährdung der
menschlichen Gesundheit dar.
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Die
im Zuge einer klassischen Wasseraufbereitung durchgeführten Maßnahmen
sind für
die Vernichtung derartiger Erreger nicht immer ausreichend. Die
eigentliche Problematik einer massenhaften Vermehrung ist ursächlich in
der Hausinstallation gegeben.
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Es
reicht ein einziges Bakterium, um unter Idealbedingungen (Warmwasser, „Kalk/Rost") eine massenhafte
Vermehrung auszulösen.
Ein weiterer Grund ist das Auftreten von Mikroorganismen in einer
inerten Form gegenüber üblichen
Desinfektionsmitteln.
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Die
Erreger sind in der Lage sich an feste Bestandteile (Schutzräume) im
Trinkwasser zu binden, um sich somit einen bedingten Schutz vor
der Desinfektion zu verschaffen. Diese Schutzräume sind z. B. Korrosionsrückstände, Calcium-verbindungen,
Schmutzpartikel oder Zellagglomerate. Bakterien, die durch Aggregation
oder durch umgebende Partikel geschützt sind, sind zuweilen mit
Chlor, Chlordioxid oder Ozon nicht abzutöten.
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Eine
mögliche
Ursache für
das Vorhandensein von festen Verunreinigungen (Kalk, Rost) im Warmwassersystem
ist ein verändertes
Kalk-Kohlensäure-Gleichgewicht.
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Bekannt
sind Verfahren zur Verhinderung/Entfernung fester Verunreinigungen
und zur Desinfektion von Trinkwassersystemen, diese können in
diskontinuierliche und kontinuierliche Verfahren unterschieden werden.
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Zu
den diskontinuierlichen Verfahren sind die thermische Behandlung
des Wassersystems, die Desinfektion mit Chemikalien und die Spülung des
Wassersystems zu rechnen. Zu den kontinuierlichen Verfahren, die
derzeit am Markt angeboten werden, zählen der Einsatz von Filtern
und Ionenaustauschern, die kontinuierliche Zugabe von Härtestabilisatoren,
magnetische und elektromagnetische Verfahren, die Verwendung von UV-Anlagen,
ein Kombinationsverfahren UV/Ultraschall sowie die Elektrolyse.
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Diskontinuierliche
Verfahren
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Das
am meisten praktizierte diskontinuierliche Verfahren zur Beseitigung
von Ablagerungen stellt die Reinigung der Rohrleitungen durch Spülung dar.
Diese Vorgehensweise ist allgemein sehr problematisch. Aufgrund
der Vielzahl an Rohren und Verzweigungen ist ein enormer Arbeitsaufwand
notwendig. Die Spülung
mit einem möglichen
Zusatz an Chemikalien erfordert einen hohen Wasserbedarf und ist
außerdem
mit Akzeptanzproblemen verbunden.
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Für die Reinigung
von haustechnischen Anlagen kommt eine Druckluft-Wasserspülung zum Einsatz, bei der das
Gesamtsystem außer
Betrieb gesetzt wird. Diese Spülungen
laufen diskontinuierlich ab, wobei Demontagen z. B. von Eckventilen
erforderlich sind. Der Reinigungsvorgang kann bei stark korrodierten
Leitungen zu deren Zerstörung
führen.
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In
extremen Fällen
von Korrosion bzw. Ablagerungen müssen ganze Rohrleitungssysteme
ausgewechselt werden.
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Diskontinuierliche
Verfahren, besonders auch zur Desinfektion, werden vor allem dann
eingesetzt, wenn eine große
Verschmutzung vorliegt oder eine schnelle und direkte Gefahrenabwehr
bei Vorliegen hoher Kontaminationen erforderlich ist. Ein entscheidender
Nachteil, der für
alle diskontinuierlichen Maßnahmen
gilt, ist die Wirkungsdauer dieser Verfahren, da insbesondere bedingt
durch bautechnische und betriebstechnische Vorgaben nachfolgende
neue Ablagerungen in Rohrleitungen oder Rekontamination nicht ausgeschlossen werden
können.
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Kontinuierliche
Verfahren
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Kontinuierliche
Maßnahmen
kommen neben bau- und betriebstechnischen Maßnahmen vor allem als Nachfolge
eines diskontinuierlichen Verfahrens (das diskontinuierliche Verfahren
als erste Reaktion und Gefahrenabwehr) beziehungsweise als präventive
Maßnahmen
in Frage.
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Dabei
stellt der Einsatz von Ionenaustauschern zur Enthärtung des
Wassers den Stand der Technik dar. Der Ionenaustausch ist ein stöchiometrisch
ablaufender Verteilungsvorgang, bei dem Ionen aus einer Lösung gegen
solche, die an einem Feststoff fixiert sind, ausgetauscht werden.
Zum Ionenaustausch befähigte Stoffe
sind Festelektrolyte mit elektrisch geladenen Gruppen (Festionen)
und entgegengesetzt geladene Gegenionen. Das Austauschprinzip beruht
darauf, dass die Gegenionen durch andere gleichsinnig geladene Teilchen
(aus dem Wasser zu entfernende Härte
verursachende Ionen) ersetzt werden. Dies ist ein endlicher Prozess,
da nur eine bestimmte Menge an Gegenionen vorhanden ist. Nach Erreichen
der Austauschkapazität muss
eine Regeneration erfolgen. Daraus resultiert ein ständiger Verbrauch
an Chemikalien. Für
einen kontinuierlichen Betrieb mit Ionenaustauschern sind mindestens
zwei parallel geschaltete Anlagen notwendig, da ein Austauscher
während
der Regenerierungsphase kein Produktwasser erzeugen kann. Zur Aufbereitung
von Zusatzwasser für
Warmwassersysteme, speziell zur Beseitigung Härte verursachender Ionen, finden
Ionenaustauscher aus Kostengründen
wenig Anwendung.
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Auch
bekannt ist die Dosierung Härte
stabilisierender Substanzen, dies dient der Verhinderung der Bildung
wasserunlöslicher
Calcium- und Magnesiumverbindungen. Dazu sind nach der Liste der
Aufbereitungsstoffe und Desinfektionsverfahren gemäß § 11 Trinkwasserverordnung
2001 u. a. phosphathaltige Verbindungen zugelassen. Korrosionsprodukte
wie Rost oder andere eisenhaltige Stoffe werden mit diesen Substanzen nicht
in Lösung
gebracht.
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Die
Dosierung von Chemikalien in das Wasser ist jedoch z. T. mit Akzeptanzproblemen
verbunden.
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Filtrationsverfahren
als rein physikalische Trennverfahren werden seit langem in der
Wasseraufbereitung eingesetzt.
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Durch
Ausfiltrierung von Rostteilchen, Schmutzpartikeln, Sandkörnchen,
Kalk- und Installationsrückständen werden
Kontaktkorrosionen im Rohrleitungssystem sowie Funktionsstörungen an
Ventilen, Durchflusserhitzern etc. vermieden. Außerdem können dabei Bakterien, die an
den Verunreinigungen anlagern, entfernt werden.
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Durch
die Größe bestimmter
Bakterien (bis zu 5 μm)
und von Schwebstoffen sind die in vielen haustechnischen Systemen
verwendeten Filter (Kerzen- und Rückspülfilter) nach DIN 1988 mit
Filtrationsfeinheiten > 80 μm zu grob
um feinste Feststoffpartikel zu entfernen und können keine ausreichende seuchenhygienische Sicherheit
des Wassers gewährleisten.
Verfügbare
Kerzenfilter mit 5 μm
Trenngrenze verblocken in kürzester Zeit
und würden
die Hydraulik des Warmwassersystems zum Erliegen bringen. Technisch
möglich
ist die Filtration mit Membranfiltern und kompakten Mikrofiltrationssystemen
aus Keramik oder Aktivkohle.
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Als
Alternativverfahren zur Enthärtung
werden auf dem Markt u. a. Magnet- und Elektrofeldsysteme, elektrochemische
Verfahren, elektrogalvanische Systeme und Katalysatortechnologie
angeboten. Die einheitlichen Wirkprinzipien dieser Technologien
beruhen auf der Erzeugung von Kristallkeimen aus Calciumkarbonat im
Wasserkörper
und/oder der Beeinflussung des Kristallwachstums. Verhindert werden
soll damit die Anlagerung von Kalk an Oberflächen.
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Nachteil
aller dieser vorgenannten Verfahren ist, dass die gebildeten Feststoffe
nur über
die Verbraucherzapfstellen aus dem System ausgeschleust werden und
sich so auf ein hohes Konzentrationsniveau im Wasser anreichern
(Problem der Aufkonzentration von Wasserinhaltstoffen in Kreislaufsystemen).
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Zur
Abtrennung der gebildeten Schwebstoffe sind nachteiligerweise zusätzliche
Einrichtungen notwendig.
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Aufgabe
ist die Reinigung des Warmwassersystems von gebildeten Feststoffen
bei Minimierung des notwendigen Filterdurchflusses.
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Dabei
soll zum Einen die Konzentration von festen organischen und anorganischen
Bestandteilen im Wasser minimiert werden, da besonders die festen
Bestandteile für
den Schutz und die Vermehrung von pathogenen Keimen verantwortlich
sind, und zum Anderen soll die Kontaminationen reduziert werden,
um die Möglichkeit
einer Verkeimung des Wassers zu verringern.
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Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe durch eine Anlage gelöst,
die sich in Warmwasseranlagen einfügen lässt und anhand der 1 bis 3 näher erläutert werden
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1 zeigt
eine bekannte Vorrichtung zur Minimierung des notwendigen Filterdurchflusses
in kreislaufgefilterten Warmwasserkreisläufen. Diese besteht aus einem
Speicher mit Wärmezufuhr
und Frischwasserspeisung, einem Vorlauf, welcher mit den Zapfstellen
verbunden ist und einer Zirkulationsleitung, welche von den Zapfstellen
zurück
zum Speicher führt.
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Bekannt
ist es, das im Vorlauf dieses Systems das Filtrationssystem angeordnet
ist, welche somit die gesamte Wassermenge, welche zu den Zapfstellen
fließt
filtrieren muss.
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2 zeigt
eine erfindungsgemäße Vorrichtung,
bei welcher erfindungsgemäß im Kreislauf
nach den den Vorlaufvolumenstrom vorrangig beeinflussenden Zapfstellen
in der Zirkulationsleitung mindestens ein Filter angeordnet ist, 3 zeigt
die erfindungsgemäße Lösung mit
Anordnung des Filtrationssystems in einem nach den den Vorlaufvolumenstrom
vorrangig beeinflussenden Zapfstellen angeordneten Bypass parallel
zur Zirkulationsleitung.
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Bei
Einsatz der erfindungsgemäßen Lösung wird
nicht der gesamte Warmwasserstrom im Vorlauf zu den Verbrauchern
filtriert, sondern die Filtration erfolgt im Rücklauf, im so genannten Zirkulationsstrom
des Warmwassers.
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In
einer besonderen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lösung wird bei Installation
des Filtrationssystems im Bypass eine zusätzliche Pumpe zum Ausgleich
der Druckverluste des Filters angeordnet.
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Bei
Gebäudeobjekten
mit Warmwasserinstallationssystemen, die über Nacht und an Wochenenden kein
oder wenig Wasser verbrauchen, kann somit die notwendige Filtrationsleistung
gesenkt werden.
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Mit
dem Einsatz der erfindungsgemäßen Lösung können viele
der genannten Probleme der Verfahren gemäß des Standes der Technik kompensiert
werden, so dass sich für
den Anwender folgende Vorteile ergeben:
- – rein physikalisches
Verfahren (ohne Chemikalienzugabe im laufenden Betrieb) bei geringen
Trenngrößen
- – wesentliche
Erhöhung
der Effizienz von Desinfektionsverfahren (Entfernung von Schutzräumen der
Mikroorganismen)
- – geringe
Betriebskosten
- – lange
Standzeiten bei Membranverfahren
- – keine
Unterbrechungszeiten der Warmwasserversorgung
- – vollautomatischer
Betrieb möglich,
d.h. geringer Arbeitsaufwand
- – geringer
Reinigungsaufwand und geringes Abwasseraufkommen
- – keine
Einschränkung
der Durchflussmengen im haustechnischen Betrieb
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Um
anhand eines Ausführungsbeispieles
die Wirkung der Filtration in der Zirkulation des Warmwassersystems
nachzuweisen, wurden drei Varianten über einen längeren Zeitraum untersucht:
- – Nullversuch
ohne Filter,
- – ununterbrochene
Filtration von 37 l/h im Bypass bei einem Gesamtzirkulationsstrom
von 70 l/h,
- – ununterbrochene
Filtration eines gesamten Zirkulationsstromes von 325 l/h.
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In
Tabelle 1 die Auswirkungen der Filtration in der Zirkulation des
Warmwassersystems auf den Eisengehalt im Warmwasser dargestellt.
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Die
Auswirkungen der Filtration in der Zirkulation des Warmwassersystems
auf die Keimbelastung im Warmwasser sind in Tabelle 2 dargestellt.
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Schon
durch die Filtration eines sehr kleinen Warmwasserstromes im Bypass
zur Zirkulation konnte eine Reduzierung des Eisengehaltes des Warmwassers
um ca. 30 % erreicht werden. Wird der gesamte Zirkulationsstrom
gefiltert, gelingt es, eisenhaltige Schwebstoffe fast vollständig aus
dem Warmwassersystem zu entfernen. Auch die Keimbelastung der bei
20 °C wachsenden
Keime wurde bei dieser Variante tendenziell reduziert.
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