DE3108159A1 - Vorrichtung zum entfernen von organischen stoffen aus gereinigtem speisewasser - Google Patents
Vorrichtung zum entfernen von organischen stoffen aus gereinigtem speisewasserInfo
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Description
DIPL.-PHYS. F. ENDLICH - germering 4. März 1981 E/m
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DIPL -PHYS. F. ENDLICH. POSTFACH. D<034 GERMERINQ
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Meine Akte: S-4872
Anmelderin: Sybron Corporation, Rochester, N.Y., USA
Vorrichtung zum Entfernen von organischen Stoffen aus gereinigtem Speisewasser
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Entfernen von organischen
Stoffen aus gereinigtem Speisewasser, insbesondere aus de stilliertem
oder entionisiertem Speisewasser.
Für empfindliche analytische Verfahren oder für kritische Prozesse
wird entionisiertes Wasser benötigt, das praktisch keine organischen Kohlenstoffverbindungen enthält. Wasser kann dadurch gereinigt
und entionisiert werden, in dem es durch ein Mischbett aus Ionenaustauscherharzen und Submikron-Filtern geleitet wird oder
in dem es destilliert wird. Keines dieser Verfahren ermöglicht jedoch eine ausreichende Entfernung von organischen Molekülen, die
ursprünglich in dem zu reinigenden Wasser enthalten waren, oder die bei einer derartigen Reinigung freigesetzt werden.
Es ist bereits bekannt, zur Entfernung von organischen Stoffen aus
gereinigtem Speisewasser eine Bestrahlung mit ultraviolettem Licht mit einer Wellenlänge zwischen 2000 und 2400 Ä oder mit einer Wellenlänge
von 2537 A durchzuführen. Es ist ferner bekannt, den Gehalt von Wasser an organischen Kohlenstoffverbindungen dadurch zu
messen, daß das Wasser mit ultraviolettem Licht bestrahlt wird und die Menge des erzeugten Kohlenstoffdioxids gemessen wird (US-PS
3 958 941).
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Bei den bekannten Vorrichtungen zum Entfernen von organischen Stoffen
aus gereinigtem Speisewasser wird als nachteilig angesehen, daß die erforderliche Apparatur entweder verhältnismäßig kompliziert
und teuer in der Herstellung ist, oder daß sich nach der Bestrahlung der spezifische Widerstand des Wasser nicht ändert,
woraus zu entnehmen ist, daß die organischen Stoffe nicht zu CO»
oxidiert werden.
Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, eine möglichst einfache Vorrichtung
zum Entfernen von organischen Stoffen aus gereinigtem Speisewasser zu schaffen, mit der möglichst vollständig organische
Stoffe zersetzt werden können, die in vorgereinigtem Wasser enthalten sind.
Eine Vorrichtung gemäß der Erfindung besteht aus einem zylindrischen
Gehäuse, das eine koaxial angeordnete Lampe für ultraviolettes Licht enthält. Im Bereich der Oberseite des Gehäuses ist eine
Einlaßleitung mit einem Ventil und im Bereich des unteren Endes des Gehäuses eine Auslaßleitung mit einem Ventil vorgesehen. Das
Wasser in dem Gehäuse wird mit Hilfe einer eine Pumpe enthaltenden Rezirkulationsleitung umgewälzt. Durch eine Bestrahlung mit dem
ultravioletten Licht in dem Gehäuse wird der größte Anteil darin enthaltener organischer Stoffe zu CO„ oxidiert. Es ist ein Schaltkreis
vorgesehen, um die Lampe für ultraviolettes Licht, die Pumpe und einen Taktgeber einzuschalten. Am Ende einer vorherbestimmten
Betriebsdauer wird durch den Taktgeber eine Signaleinrichtung betätigt, ohne daß zunächst die Pumpe und die UV-Lampe abgeschaltet
werden.
Anhand der Zeichnung soll die Erfindung beispielsweise näher erläutert
werden. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Schnittansicht einer Vorrichtung gemäß
der Erfindung; und
Fig. 2 bzw. Fig. 3 grafische Darstellungen, welche eine Analyse des Wassers vor bzw. nach der Behandlung in einer Vorrichtung gemäß Fig.1 betreffen.
Fig. 2 bzw. Fig. 3 grafische Darstellungen, welche eine Analyse des Wassers vor bzw. nach der Behandlung in einer Vorrichtung gemäß Fig.1 betreffen.
Mit der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung kann ein Reinheitsgrad
hinsichtlich organischer Bestandteile erzielt werden, der vergleichbar oder sogar besser als der Reinheitsgrad ist, der mit bekannten,
wesentlich komplizierteren Vorrichtungen erzielt werden kann.
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Neben wirtschaftlichen Vorteilen ist mit einer derartigen Vorrichtung,
auch eine besonders hohe Zuverlässigkeit erzielbar.
Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung besteht aus einem Gehäuse 1,
an das eine Rezirkulationsleitung 2 angeschlossen ist, die eine
Pumpe 15 enthält. Ein vertikaler Bereich 3 dieser Leitung ist aus einem durchsichtigen Material hergestellt, so daß dieser Bereich
als Schauglas verwendbar ist. Das Gehäuse 1 besteht aus einem Zylinder aus rostfreiem Stahl, der beispielsweise einen Innendurchmesser
von 100 mm aufweist. Die Länge des Zylinders beträgt etwa 250 mm. Entlang der Zylinderachse ist eine Quecksilberlampe
4 koaxial angeordnet. Das obere und das untere Ende des zylindrischen Gehäuses 1 ist mit Endplatten 5,6 aus rostfreiem Stahl verschweißt.
Während der Herstellung wird das Gehäusemetall einer Elektropolitur unterzogen, um mögliche Oberflächen-Verunreinigungen
zu entfernen. Die Achse des Gehäuses ist vertikal angeordnet. Die Enden 7,8 der koaxial angeordneten Quecksilberdampflampe 4 erstrekken
sich durch die Endplatten 5,6. Bei diesem Ausführungsbeispiel
findet eine Quecksilberdampflampe für 14 Watt mit einem Durchmesser
von etwa 17 mm Verwendung.
Die Quecksilberdampflampe 4 ist in einem Quarzrohr 9 mit einem
Innendurchmesser von etwa 25 mm in dem Gehäuse 1 angeordnet. Das Spektrum von Quecksilberdampflampen weist Linien auf, von denen
viele im ultravioletten Bereich liegen. Das Quarzrohr ist aus Quarz Nummer 214 hergestellt, weil dieses Material für die Spektrallinie
bei 184,9 Nanometer sehr gut durchlässig ist. Ultraviolettes Licht mit dieser Wellenlänge ist besonders gut zum Versetzen
von Wasser und der Bildung von Wasserstoff und Hydroxylradikalen geeignet. Das Quarzrohr 9 erstreckt sich durch die Endplatten
5,6, um einen einfachen Austausch der Quecksilberlampe
zu ermöglichen. Ein Gehäuse mit den beschriebenen Abmessungen hat eine Kapazität von 2 Meßeinheiten (two meter capacity), wenn das
Volumen der Lampe abgezogen wird. Die Innenwand des Gehäuses ist glatt und es sind keine Leitbleche erforderlich. Wie bereits erwähnt
wurde, sind das Gehäuse 1 und die Lampe 4 in einer vertikalen Lage angeordnet.
An den Endplatten 5,6 sind Fittings 10,11,12,13 angeordnet, um
eine Verbindung mit dem Innenraum des Gehäuses herzustellen. Eine
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- y- Io
Leitung 14 ist mit der unteren Endplatte über ein T-Stück 10 verbunden
und führt zu der Pumpe 15. Es können Verdrängerpumpen an
sich beliebiger Konstruktion Verwendung finden, wobei jedoch darauf zu achten ist, daß die dem Wasser ausgesetzten Oberflächen
keine organischen Stoffe abgeben. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel hat die Pumpe 15 eine Förderleistung von etwa 2 1/
min. Die Ausgangsleitung 16 der Pumpe ist an die Rezirkulationsleitung
2 angeschlossen. Die Leitung besteht aus einem lichtdurchlässigen Material wie Polyäthylen. Der vertikale Bereich 3 der
Leitung kann als Schauglas verwendet werden, so daß erkennbar ist, wann das Gehäuse 1 mit Wasser gefüllt ist.
Eine Einlaßleitung 17 für Wasser ist mit einem Fitting 12 auf der Oberseite des Gehäuses über ein Ventil 18 verbunden. Am unteren
Ende des Gehäuses ist an das T-Stück 10 eine Auslaßleitung 19 mit einem Ventil 20 angeschlossen.
Das obere Ende des Gehäuses 1 ist entlüftet. Da die Entlüftung mit der Atmosphäre in Verbindung stent, ist eine Einrichtung zur
Verhinderung von Verunreinigungen des Wassers in dem Gehäuse vorgesehen, da in der Luft Verunreinigungen enthalten sein könnten.
Zu diesem Zweck kann ein Filter mit aktivierter Holzkohle vorgesehen sein, oder wie in dem Ausführungsbeispiel dargestellt ist,
eine mit einem Fitting verbundene Entlüftungsleitung mit einem nach unten weisenden offenen Ende.
Eine Steuerschaltung 22 enthält einen Schalter 23 zum Aktivieren einer Stromversorgungseinrichtung 24 und eines Taktgebers 25,
an dem eine Lampe 26 oder dergleichen Anzeigeeinrichtung angeschlossen ist, um den Ablauf einer Behandlungsperiode anzuzeigen.
Im folgenden soll die Arbeitsweise näher erläutert werden. Nach dem öffnen des Ventils 18 wird das Gehäuse mit vorgereinigtem
Wasser gefüllt. In dem vertikalen Bereich 3 der Rezirkulationsleitung ist erkennbar, wann das Gehäuse 1 mit Wasser gefüllt ist.
Das Speisewasser ist entweder destilliertes Wasser mit einem minimalen Widerstand von 300 000 0hm χ cm oder entionisiertes
Wasser mit einem minimalen spezifischen Widerstand von 1 Megohm pro cm und einem Behandlungswert von 0,22 Mikron. Der Einlaß 17
kann direkt mit dem Wasserreinigungsapparat verbunden sein, oder
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das Speisewasser kann sonstwie dem Einlaß 17 zugeführt werden.
Sobald das Gehäuse 1 gefüllt ist, wird das Ventil 18 geschlossen und der Schalter 23 wird eingeschaltet, um die UV-Lampe 24, die
Pumpe 15 in der Rezirkulationsleitung 2 und den Taktgeber 25 zu aktivieren. Ein gewisser Anteil des in dem Gehäuse bestrahlten
Wassers wird zu H- und OH-Ionen zersetzt. In dem Speisewasser ist ferner bereits eine geringe Menge Sauerstoff gelöst.
Der gelöste Sauerstoff und die Radikale reagieren unter dem Einfluß
der UV-Strahlung auf die meisten in dem Speisewasser enthaltenen organischen Stoffe. Da die Menge des organischen Materials
in dem Speisewasser gering ist, ist die Sauerstoffmenge in dem
Speisewasser größer als die stochxometrische Menge. Das Oxidationsprodukt
des organischen Materials in dem Speisewasser ist CO-, wenn es in der Anwesenheit von Wasser Kohlensäure bildet,
welche den Widerstand des bestrahlten Wasser verringert. Um eine Ydlstäntli ye Bestrahlung zu erzielen, wild das Wasser kontinuierlich
durch die Rezirkulationsleitung 2 umgewälzt.
Bei einer Vorrichtung mit den beschriebenen Abmessungen und einer Förderleistung der Pumpe von etwa 2 l/min ist eine Zeitspanne von
etwa 30 Minuten im allgemeinen ausreichend, um den größten Anteil des in dem Speisewasser enthaltenen organischen Materials zu
oxidieren. Nach dem von dem Taktgeber 25 bestimmten Zeitintervall leuchtet die Lampe 26 auf, um die Beendigung eines Zyklus
anzuzeigen. Der Zeitgeber schaltet jedoch weder die UV-Lampe noch die Pumpe aus, so daß diese weiterhin arbeiten bis die Vorrichtung
abgeschaltet wird. Dadurch wird erzielt, daß durch die Entlüftungsleitung
oder einen sonstigen Teil der Vorrichtung in das Wasser gelangende organische Stoffe weiterhin oxidiert werden.
Durch die Rezirkulation des Wassers erfolgt ferner eine Kühlung. Durchgeführte Versuche haben gezeigt, daß bei einer Betriebsdauer
von etwa 12 Stunden die maximale Temperatur 43 C betrug.
Beim öffnen des Ventils 20 kann über die Auslaßleitung 19 Wasser
abgezogen werden, das praktisch keine restlichen organischen Stoffe enthält. Das Wasser enthält eine Menge von CO», welche der
bewirkten Oxidation der organischen Stoffe entspricht. Das CO2
kann in einfacher Weise vor Verwendung des Wassers für ein analytisches Verfahren entfernt werden, beispielsweise bevor eine
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hochempfindliche Flüssigkeitschromatografie erfolgt.
Die Wirksamkeit der beschriebenen Vorrichtung soll in Verbindung mit Fig. 2 und 3 näher erläutert werden. Fig. 2 zeigt das Ergebnis
einer hochempfindlichen Flüssigkeitschromatografie von gereinigtem Speisewasser vor Durchführung einer Behandlung in einer
Vorrichtung gemäß der Erfindung, während Fig. 3 die Meßergebnisse einer unter gleichen Bedingungen durchgeführten Analyse nach Behandlung
in einer Vorrichtung gemäß der Erfindung zeigt. Aus einem Vergleich der beiden Figuren geht hervor, daß eine ganz beträchtliche
Verringerung des Gehalts an organischen Materialien erfolgte.
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Claims (2)
1. Vorrichtung zum Entfernen von organischen Stoffen aus gereinigtem
Speisewasser, bestehend aus einem vertikal angeordneten zylindrischen Gehäuse (1), in dem eine ultraviolette Lampe
(4) koaxial entlang dessen Länge angeordnet ist, aus einem Einlaßventil (18) am oberen Ende und einem Auslaßventil (20)
am unteren Ende des Gehäuses, aus einer dem oberen Ende des Gehäuses (1) zugeordneten Entlüftungseinrichtung (21), aus
einer mit dem oberen und dem unteren Ende des Gehäuses verbundenen Rezirkulationsleitung, die eine Umwälzpumpe (15) enthält
und einen als Schauglas dienenden transparenten vertikalen Abschnitt (3), sowie aus einer Energieversorgungseinrichtung
(24) für die Pumpe und die ultraviolette Lampe, so daß die Füllung des Gehäuses mit Speisewasser erkennbar ist
und das enthaltene Wasser umgewälzt und durch ultraviolettes Licht bestrahlt werden kann, um darin enthaltene organische
Materialien zu CO2 zu oxidieren und den Widerstand des Wassers
zu verringern.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß sie einen Taktgeber (25) und eine daran
angeschlossene Anzeigeeinrichtung (26) enthält, welche an die Energieversorgungseinrichtung (24) angeschlossen sind, und
daß der Taktgeber nach Ablauf einer Behandlungszeit die
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Anzeigeeinrichtung (26) erregt, wonach die ultraviolette Lampe (4) und die Umwälzpumpe (15) weiterhin mit Energie versorgt
werden.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 8130 | Withdrawal |