DE29613661U1 - Vorrichtung zur kontinuierlichen, elektrolytischen Behandlung von Trink- und Brauchwasser - Google Patents
Vorrichtung zur kontinuierlichen, elektrolytischen Behandlung von Trink- und BrauchwasserInfo
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Description
Vorrichtung zur kontinuierlichen, eiektrolytischen Behandlung von Trink- und Brauchwasser
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur kontinuierlichen elektrolytischen Behandlung,
insbesondere zur Aufbereitung, Entkeimung, Reinigung und Nachbehandlung verschiedenster
kalter und wechselwarmer Trink- und Brauchwässer.
In der Wasseraufbereitung, Wasserreinigung und der Wassernachbehandlung, speziell zur
Entkeimung, der Wasserdesinfektion und der oxidativen Behandlung, z.B. zum Abbau
durch erschöpfende Oxidation, wird aktiver Sauerstoff, in der Regel in der Form von Ozon,
z.B. in 03-Erzeugem nach Siemens, oder als nascierender Sauerstoff oder Peroxid neben
Chlor und Chlordioxid bereits seit Jahrzehnten verwendet.
Die direkte Spaltung in Sauerstoff (und Wasserstoff) selbst ist weniger häufig anzutreffen
und meistens wird Sauerstoff mittels Dosieranlage, aus dem flüssigen oder gasförmigen
Vorrat der Einsatzformulierung selbst, oder als umzuwandelnde Vorläuferverbindung zugegeben.
Vielfach können Anwendungen zur klassischen Entkeimung nicht umstandslos erfolgen, da
Bereitstellung oder Erzeugung von Vorläuferverbindungen oder die Vorratshaltung entweder
gefahrvoll, schwierig oder einfach kostenintensiv ist.
Peroxid ist beispielsweise auf Fremdstoffe und Partikeln in Vorratsgefässen ebenso empfindlich,
wie auf kurzwelliges und UV-Licht. Ozon wird nicht bevorratet, sondern unter Einwirkung
stiller Entladungen bei einigen k-Volt generiert und dem Wasser zugemischt. Sein
Vorteil, bessere Löslichkeit in der Kälte, verkehrt sich schon bei einer Temperaturanhebung
über ca. 3O0C ins Gegenteil und auf der Wasseroberfläche können sich unerwünschte O3-Konzentrationen
bilden (Reizgas). Ozon ist jedoch nirgends einfach handhabbar.
-1 -
Der Chlor- und Chlordioxidanwendung liegen bekanntermassen mehr tra<3Ftionell-gewohnheitsmässige
Anwendungen und Vorkehrungen zugrunde. Die Bildung namentlich stabiler Bioradikale, ebenso das Auftreten leichter, z.T. flüchtiger Halogen-KW-Stoffen (z.B. Haloforme),
sind ebenso unerwünscht wie gesundheitsschädlich, dies ungeachtet der stets ins Feld geführten Akzeptanz durch diverse Gesundheitsämter.
Soweit die direkte Spaltung in O2 und H2 stattfindet oder gewollt ist, kommen regelmässig
Folgereaktionen in Gang, bei denen, mit der intermediär beteiligten Anodenoberfläche in
echter oder quasi-katalytischer Wirkung durch vorübergehende Adduktbildung, die Endprodukte
entweder oxidierte Spaltprodukte oder aber ein Oxidationsmittel selbst darstellen.
Fast regeimässig sind Zwischenstufen jedoch nicht fassbar und nachfolgende Produkte
können nur abgefangen werden, wenn sie kinetisch oder thermodynamisch dazu geeignet,
d.h. die Produkte genügend stabil sind. Ein Produkt, welches bei stark verdünnter wässriger
Lösung, bei entsprechender Fahrweise und geeigneten Zeüanordnung, sowie bei geeigneten
Betriebsparametern in einigermassen quantitativen Mengen entsteht und stabil bieibt,
ist Wasserstoffperoxid.
Die dieser Erfindung zugrundeliegende Aufgabe ist somit, eine Vorrichtung zur Verfügung
zu stellen, in der die Aufbereitung, Reinigung und Entkeimung von verschiedensten Wässern
bei gleichzeitiger Nachbehandlung durch direkt erzeugten Sauerstoff möglich ist.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Vorrichtung für die kontinuierliche elektrolytische Behandlung
von kaltem und wechselwarmen Trink- und Brauchwasser mit den kennzeichnenden
Merkmalen des Anspruchs 1.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung besteht aus einer oder mehreren, elektrolytisch konsekutiv
oder paralell arbeitenden, mit Fremd-Spannung gespeisten Sauerstoff-/Peroxid-Generator-Einheiten,
deren Grundbaumuster aus einer inerten metallischen Spezialanode und einer Kathode aus Metall, einem Halbmetall oder leitenden Kunststoff besteht,
und einer oder mehreren nachgeschalteten Nachbehandlungs-Einheiten.
Bevorzugt ist dabei, dass die Kathode der Sauerstoff-/Peroxid-Generator-Einheit konzentrisch
zu der Spezialanode angeordnet ist.
Die Speziaianode besteht bevorzugt aus Reinst-Titan, einer Titan-Legierung (z.B. zusammen
mit Ta), wobei die Titan- oder titanlegierte Anode vorzugsweise mit einer Mischoxidbeschichtung
versehen ist, die den elektrochemischen Anodenmaterialabtrag möglichst lange verhindert und nur elektrochemische Stelivertreter-Reaktionen zulässt, an der Elektroden-
-2-
reaktion selbst nicht teiinimmt, daher bevorzugt inert bleibt oder aber*statfdessen katalytisch
auf den Prozess einwirkt.
Die Spezialanode hat vorteilhaft einen Durchmesser von 6 bis 20 mm, wobei &dgr; bis 15 mm
bevorzugt sind, und eine Länge von 150 bis 300 mm, wobei 190 bis 230 mm bevorzugt
sind.
Die Kathode der Sauerstoff-/Peroxid-Generator-Einheit ist bevorzugt als Rohr oder Siebkathode
ausgebildet. Sie besteht aus einem beliebigen Metal! der elektrochemischen Spannungreihe,
weiches mindestens das Potential von Stahl, vorzugsweise aber von Edelstahl, sodann generell ein Potential über der Normal-Wasserstoff elektrode (NHE) liegend besitzt
Ihr Durchmesser liegt zwischen 40 und 60 mm, bei einer Länge zwischen 150 und 300 mm.
Als Siebkathode hat sie eine Maschenweite von 60 bis 100 &mgr;&eegr;&eegr;.
In den erfindungsgemässen Vorrichtungen mit zylindrischem Aufbau und konzentrischer
Anordnung der Kathode sind die Zwischendistanzen nicht vorbestimmt, sondern das Resultat
der vorausberechneten, ungleichen Poiarisation zwischen der, bei Sauerstoffgewinnung
in der Regel, stark kathodisch polarisierten Anode, die im einfachsten Falle als Stab
mit kleiner Fläche im Zentrum liegend, von der (viel) grösseren, im einfachsten Falle als
Hohlzylinder ausgebildeten Kathode umgeben wird. Bei gegebenen Flächenverhältnissen
resultiert jede Zwischendistanz eindeutig entweder aus der gewünschten Anoden- oder
Kathodenfläche.
Die zylindrisch oder rohrförmig gestaltete Spezialanode besteht vorteilhaft aus einem Kern
aus einer Ti -Ta-Legierung oder aus Reinst-Titan und aus einer inerten Oberflächenschicht
aus Mischoxiden, bevorzugt aus Verbindungen mit Rutilgitterstruktur, die aus der Gruppe
PbO2, Pt, Mischoxide aus IrO2 und ReO2, SnO2, BaTiO3, BaCuTiO5, Eisenmischoxide aus
Wüstit (FeO) und Magnetit (Fe3O4) und CrO2 ausgewählt sind.
Die die Spezial-Anode konzentrisch umgebende Kathode., die als negativ geschalteter Pol
gegenüber Erde, resp. der Anode durch einen spontan entstehenden, resp. apparativ erzeugten
Elektronenüberschuss gekennzeichnet ist, besteht vorzugsweise aus Edelstahl, wobei Stahl der W.No's. 1.4301; 1.4306; 1.4401; 1.4436 und 1.4571 besonders bevorzugt
ist.
-3-
Vorteilhaft ist dabei ein Flächenverhältnis zwischen Anode und KatrfddeVon im Minimum 1 :
1,2 und 1 : 60 im Maximum.
Ausserdem ist dem pH-Gefälle von Anode zu Kathode so zu begegnen, dass die an der
Kathode ggf. durch erhöhte Wandaikalität entstehende mögliche Inkrustationen keine unzulässige
elektr. Widerstandserhöhung bewirken.
Es ist erfahrungsgemäss von erheblichem Vorteil, wenn die inerte Kathode eine möglichst
homogene Oberfläche aufweist und besonders vorteilhaft auf der der Anode zugewandten
Seite feingeschliffen ist.
Als eine spezielle Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung für die Wasserentkalkung
ist die unmittelbare Hintereinanderschaltung der Nachbehandiungs-Einheit als Entkalkungsstufe nach der Sauerstoff-/ Peroxid-Generator-Einheit bevorzugt.
In einer anderen bevorzugten Ausführung wird durch die Magnesiumanode der Nachbehandlungs-Einheit
ein Korrosionsschutz im nachgeschaiteten Leitungssystem bewirkt.
Die Abmessungen der Kathode der Nachbehandlungs-Einheit sind denen der Sauerstoff-/
Peroxid-Generator-Einheit gleich, während der Durchmesser der Magne,siumanode vorteilhaft
zwischen 20 und 35 mm liegt. Die Kathoden sind vorzugsweise aus den gleichen Stahlsorten ausgeführt.
In Ausführungsformen der Vorrichtung für einen Durchsatz von maximal 4 m3 pro Std. sind
bei etwa 0,5 bar Druckabfall Anschlüsse von R 1" vorteilhaft, während für maximal 8 m3 pro
Std. R 1,5" Anschlüsse von Vorteil sind.
Die Figur 1 zeigt ein schematisches Bild der erfindungsgemässen Vorrichtung aus einer
Sauerstoff-/Peroxid-Generator-Einheit (15) mit einer Wassereintrittszuführung (1), einer
Spezialanode (2), einer Rohrkathode (3), einer Wasseraustrittsführung (4), einer Entlüftung
(7) und einer Entleerung (8),
und einer zusätzlichen Nachbehandlungs-Einheit (16; mit einer Wassereintrittsführung (9),
einer Magnesiumanode (10), einer Rohrkathode (11), einer Wasseraustrittsführung (12)
und einer (14) Entleerung. Das Schema zeigt weiterhin einen Strömungs-Schalter oder
Flußwächter (5) und einen elektronischen Steuer- und Speiseteil (6) mit Trafo, Spannungsanzeige,
Spannungsregelung für ca. 15 Volt Gleichstrom (DC) und etwa 3 Ampere Stromstärke.
-A-
Die Anordnung von Wassereintritt, Anode, Kathode und Wasseraustritt in der Sauerstoff-/Peroxid-Generator-Einheit
ist so gestaltet, dass der Wasserfluss zuerst über die Anode und hernach über die Kathode führt und dass die unterschiedliche Polarisation von Anode
und Kathode eine möglichst hohe Ausbeute an vorgeneriertem Sauerstoff ermöglicht.
In diesem Zusammenhang ist auch die Anodenbeschichtung durch Oxide mit Rutilgitterstruktur
von besonderem Vorteil.
Durch den auftretenden Elektronenüberschuss, durch den Wasser reduziert wird und die
Wasserstoffüberspannung relativ gering bleibt, wird in 2 konsekutiven Schritten Hydroxid
rasch gebildet und entweder Wasserstoff freigesetzt oder der anwesende Sauerstoff, nun
ohne wesentliche Wasserstoffbildung, verbraucht.
Diese Reaktionsfolgen erzeugen die für eine Kaikfällung nötige Wandalkalität entweder
bereits in der vorgelagerten Sauerstoff-/ Peroxidbildung Generatoreinheit oder bevorzugt in
der nachgeschalteten Nachbehandiungs-Einheit.
Die Auslegung des elektronischen Steuer- und Speiseteils auf die verwendete Fremdspannung
liegt bevorzugt bei maximal 15 Volt (DC), wobei vorteilhaft für die durch Wasserhärte,
Anodenoberfläche und Wasserleitwert bestimmte Abgabe von Stromstärke an die Sauerstoff-/Peroxid-Generator-Einheit
auf Werte zwischen 0,5 und 3 Ampere ausgelegt ist. Der verwendete Spannungsregler beeinflusst die abgegebene Menge an Fremdspannung
durch die aktuell Leitfähigkeit des zu behandelnden Wassers.
In speziellen Ausführungsformen ist es selbstverständlich mögiich, die Vorrichtungen aus
einzelnen oder mehreren der beiden Einheiten, parallel oder in Reihe geschaltet, zu gestalten.
Der besondere Vorteil der erfindungsgermässen Vorrichtung liegt somit in der doppelten
Wirkung der nachgeschalteten Nachbehandlungseinheit, in der nicht nur die Verhinderung
von Verkrustungen möglich ist, sondern durch die im nachgeschalteten Rohrleitungssystem
bereits abgelagerter Kalk schrittweise abgebaut werden kann und ausserdem eine Korosionsschutzwirkung
bewirkt wird.
-5-
Claims (13)
1. Vorrichtung für die kontinuierliche elektrolytische Behandlung von kaltem u. wechselwarmen
Trink- und Brauchwasser, bestehend aus:
a) mindestens einer Sauerstof^/Peroxid-Generator-Einheit, zusammengesetzt aus:
- einer Wassereintrittsführung (1),
- einer inerten, stark poiarisierbaren metallischen Spezialanode (2),
- einer Rohr- oder Siebkathode (3),
- einer Wasseraustrittsführung (4),
- einer Entlüftung (7) und einer Entleerung (8),
wobei die Speziaianode wahlweise aus einem Reinst-Titan-Kem oder einem Kern
aus einer Titanlegierung mit einer Oberflächenbeschichtung besteht
und wahlweise
b) mindestens einer zusätzlichen Nachbehandlungs-Einheit, die zusammengesetzt ist
aus:
- einer Wassereintrittsführung (9),
- einer Magnesiumanode (10),
- einer Rohrkathode (11),
- einer Wasseraustrittsführung (12)
- und einer (14) Entleerung,
wobei ein Strömungs-Schalter oder Fiußwächter (5) und
- ein elektronischer Steuer- und Speiseteil (6) mit Trafo, Spannungsanzeige, Spannungsregelung
für ca. 15 Volt Gleichstrom (DC) und etwa 3 Ampere Stromstärke
wahlweise der Sauerstoff-/Peroxid-Einheit oder der Nachbehandlungs-Einheit zugeordnet
ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohr- oder Sieb
kathode konzentrisch zu der mindesten einen Spezialanode angeordnet ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spezialanode
einen Durchmesser von 6 bis 20 mm und eine Länge von 150 bis zu 300 mm
hat.
-6-
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß die Speziaianode einen Durchmesser von 6 bis 15 mm und eine Länge von wenigstens
190 bis 230 mm aufweist.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß die Rohr oder Siebkathode aus Metall, Halbmetall oder leitendem Kunststoff besteht.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß die Rohr- oder Siebkathode aus Edelstahl der Werkstoffnummern 1.4301,1.4306,
1.4401, 1.4436 oder 1.4571 besteht, einen Durchmesserzwischen 40 und 60 mm und
eine Länge zwischen 150 u. 300 mm besitzt, wobei die Siebkathode eine Maschenweite
von 60-100 pm aufweist.
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,dadurch gekennzeichnet,
daß die Kathode mindestens das Potential von Stahl aufweist.
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß die der Spezialanode zugewande Oberfläche der Kathode feingeschliffen ist.
9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß die Oberflächenschicht der mindestens einen Spezialanode aus der Gruppe PbO2,
IrO2, RuO2, SnO2, BaTiO3, BaCuTiO5, CrO2, FeO (Wüstit) u./ od. Fe-3O4 (Magnetit) besteht.
10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass der Durchmesser der Magnesiumanode 20 bis 35 mm und die Länge 150 bis 300
mm beträgt.
11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass die Abmessungen und die Materialien der Kathode der Nachbehandlungs-Einheit
denen der Rohr- und Siebkathode gleichen.
12. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurchgekennzeichnet,
dass mehrere Einheiten jeweils durch elektrische Widerstände, die wahlweise verstellbar
sind, untereinander verbunden sind.
-7-
13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurciVgekennzeächnet,
dass sie aus mehreren in Reihe oder parallel geschalteten unterschiedlichen Einheiten
oder ganzen Vorrichtuneg besteht.
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-
1996
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Cited By (3)
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| GB2385060B (en) * | 2002-01-14 | 2005-09-21 | T P Technology Plc | Water purification system |
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