DE3430616A1 - Verfahren und vorrichtung zum entkeimen von trinkwasser - Google Patents

Description

• Verfahren und Vorrichtung zum Entkeimen von Trinkwasser
• Die Verwendung von Trinkwasser aus dem öffentlichen Leitungsnetz wirft insbesondere im medizinischen Bereich und dort speziell in der zahnärztlichen Praxis gewisse Probleme auf. Das bei zahnärztlichen Behandlungs geräten beispielsweise zur Kühlung der Präparationsstelle benötigte Wasser wird zur Vermeidung von Kältereizen auf etwa Körpertemperatur erwärmt. Bei zahnärztlichen Behandlungsinstrumenten ist es außerdem heute üblich, sogenannte Rücksaugvorrichtungen vorzusehen, um ein Nachtropfen des an den Instrumenten austretenden Wassers zu verhindern. Bei Ausschalten des jeweils benutzten Instrumentes wird ein Teil des im Instrument und in dessen Anschlußschlauch befindlichen Wassers in das Gerät zurückgesaugt. Dieser Rücksaugeffekt hat jedoch zur Folge, daß aus der Mundhöhle, mit der das Instrument während einer Behandlung zwangsläufig in Kontakt kommt, Bakterien angesaugt und in das Geräteinnere gelangen können. Ebenso können Bakterien bereits mit der Zufuhr des Frischwassers aus der Netzleitung in das Gerät gelangen. Da ein überwiegender Teil der Verbindungsleitungen, Armaturen und Schaltmittel innerhalb des Gerätes aus Kunststoff bestehen und, wie erwähnt, das Wasser im Gerät etwa auf Körpertemperatur vorgewärmt werden muß, finden die eindringenden Bakterien im Geräteinneren und in den Leitungen ideale Vermehrungsbedingungen vor. Die Folge davon sind unkontrollierbare Keimverschleppungen.
• Zur Entkeimung von Wasser sind Verfahren bekannt, bei denen das zu behandelnde Wasser durch eine nach dem Prinzip der elektrolytischen Dissoziation arbeitenden Zelle hindurchgeleitet wird, wodurch infolge elektrolytischer Reaktionen das im Wasser vorhandene Chlorid in freies Chlor und Hypochlorid umgewandelt wird. Ein solches Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens sind beispielsweise in EP 00 75 662 (= US 44 22 9i9) sowie DE-OS 27 57 854 beschrieben. Die Anwendung eines solchen Entkeimungsverfahrens unter Verwendung der erwähnten elektrolytischen Zelle wirft gewisse Probleme auf; so muß einerseits eine sichere Entkeimung gewährleistet sein, andererseits darf die maximal zulässige Grenze an freiem Chlor, das bei der elektrolytischen Dissoziation entsteht, nicht überschritten werden.
• Der in den Ansprüchen 1 und 2 angegebenen Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde,ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens anzugeben, die - unter Einhaltung der einschlägigen Bestimmungen, die hinsichtlich des zulässigen Anteils an freiem Chlor bestehen - auf einfache Weise eine zuverlässige Entkeimung des Trinkwassers besonders unter den vorgenannten ungünstigen Bedingungen gestatten.
• Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, daß die Leitfähigkeit des Wassers vom Chloridgehalt abhängig ist und daß man durch Messen der Leitfähigkeit eine Stellgröße erhält, mit der die Stromstärke der Zelle eingestellt werden kann. Die Werte für das freie Chlor und Hypochlorid können so leicht innerhalb der zulässigen Grenzen gehalten werden. Es hat sich gezeigt, daß bereits bei einem Gehalt an freiem Chlor von wenigstens 0,1 mg/l Wasser eine sichere Keimabtötung gewährleistet ist. Die obere Grenze des Gehaltes an freiem Chlor ist auf maximal 0,5 mg/l Wasser zu begrenzen.
• Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen enthalten.
• Zur Sanierung von stehenden Wassern in Leitungen, Armaturen etc. bei längeren Stillstandszeiten ist es vorteilhaft, eine erhöhte Chlorerzeugung anzustreben, was dadurch erreicht werden kann, daß die Zelle mit der zwei- bis z-ehnfachen Stromstärke gegenüber der normalen erforderlichen Betriebsstromstärke betrieben wird. Bei Abschalten der Verbraucher kann vorteilhafterweise durch ein verzögertes Ausschalten der Zelle eine bestimmte Menge an freiem Chlor auf Vorrat erzeugt werden.
• Das erfindungsgemäße Verfahren sowie eine Ausführungs form einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert.
• Es zeigen: Figur 1 das Funktionsprinzip der erfindungsgemäßen Einrichtung, Figur 2 die nach dem Prinzip der elektrolytischen Dissoziation arbeitende Zelle im Längs schnitt, Figur 3 ein Prinzipschaltbild der Einrichtung.
• Die Figur 1 zeigt das Funktionsprinzip der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Aus dem öffentlichen Leitungsnetz wird über eine Leitung 1 in üblicher Weise aufbereitetes Trinkwasser entnommen und zunächst einem elektronischen Strömungsmesser 2 zugeführt. Im Anschluß daran durchfließt das Wasser eine Leitwertmeßeinrichtung 3 und eine elektrolytische Zelle 4, bevor es von diversen Verbrauchern abgenommen wird, die im vorliegenden Falle ein zahnärztliches Bohrinstrument 5 sowie eine mit Mundspülglasfülleinrichtung und einer Speischale ausgestattete Wassereinheit 6 sind.
• Vom elektronischen Strömungsmesser 2 und von der Leitwertmeßeinrichtung 3 führen Steuerleitungen 8, 9 zu einer Kontroll- und Regelelektronik 10. Der elektronische Strömungsmesser 2 signalisiert der Kontroll- und Regelelektronik 10, ob ein Wasserfluß vorhanden ist. Bei fließendem Wasser veranlaßt die Kontroll- und Regelelektronik iO,daß die elektrolytische Zelle 4 an Spannung gelegt wird. Die elektronische Leitwertmeßeinrichtung 3 gibt über die Steuerleitung 9 der Kontroll- und Regelelektronik 10 die notwendige Anpassung der Stromstärke entsprechend dem vorliegenden Leitwert. Einzelheiten werden nachfolgend noch näher erläutert.
• Die Figur 2 zeigt die elektrolytische Zelle 4 im Längsschnitt. Die elektrolytische Zelle 4 besteht aus einem Kunststoffgehäuse ii, in dem zwei plattenförmige Elektroden 12, 13 in einem Abstand von etwa 0,5 bis 2 mm zueinander angeordnet sind. Der dazwischen liegende Raum bildet eine Durchflußkammer 14, die einerseits mit einem Zuflußkanal 15 und andererseits mit einem Abflußkanal 16 in Verbindung steht. Zwischen Zufluß 15 und Durchflußkammer 14 befindet sich ein Verteilerraum 17, der zwei ebenfalls in Abstand zueinander angeordnete Meßelektroden 18, 19 aufnimmt. Diese Meßelektroden stellen praktisch die in Figur i mit 3 bezeichneten Leitwertmeßeinrichtung dar.
• Das Kunststoffgehäuse 11 ist längs geteilt; zwischen den beiden Hälften ila und llb ist in montiertem Zustand eine Dichtung 20 vorgesehen. Die Platten der Elektroden 13 bestehen vorzugsweise aus Platin oder platiniertem Titan. Um eine bessere Durchwirbelung des vom Zufluß 15 über den Verteilerraum 17 und die Durchgangs- kammer 14 zum Abflußkanal 16 fließenden Wassers zu erreichen, ist es vorteilhaft, wenn die Elektroden 12, 13 aus Streckmetall gebildet sind.
• Die Meßelektroden 18, ig, die hier die Leitwertmeßeinrichtung 3 (Figur 1) darstellen, dienen zur Messung der Leitfähigkeit des zu behandelnden Wassers. Es wird davon ausgegangen, daß die Leitfähigkeit des Wassers von dessen Chloridgehalt abhängig ist und daß der Chloridgehalt des Trinkwassers starken Schwankungen unterworfen ist.
• Die Schwankungsbreite kann zwischen 5 und 200 mg/l Wasser liegen. Wie eingangs bereits erwähnt, beruht der Aufbereitungsprozeß darin, daß durch die elektrolytischen Reaktionen das im Trinkwasser vorhandene Chlorid in freies Chlor und Hypochlorid umgewandelt wird und daß durch das freie Chlor eine Keimabtötung erreicht wird.
• Es wurde herausgefunden, daß eine sichere Keimabtötung aber nur dann gewährleistet ist, wenn der Gehalt an freiem Chlor mindestens 0,1 mg/l Wasser beträgt. Die obere Grenze des zulässigen Chlorgehaltes ist auf maximal 0,5 mg/l begrenzt. Infolge der Schwankungen des Chloridgehaltes im Trinkwasser schwankt - bei gleicher Stromdichte an den Elektroden 12, 13 - demzufolge auch der Gehalt an freiem Chlor und Hypochlorid in dem zu behandelnden Wasser.
• Mit Hilfe der an Wechselspannung anliegenden Meßelektroden 18, 19 wird zunächst die Leitfähigkeit des zu behandelnden Wassers und damit dessen Chloridgehalt ermittelt, sodann in Abhängigkeit von der Leitfähigkeit die Stromstärke,mit der die Zelle betrieben wird, eingestellt. Auf diese Weise läßt sich der Gehalt an freiem Chlor und Hypochlorid in den vorgenannten notwendigen bzw. zulässigen Grenzen halten.
• Die Figur 3 zeigt das Prinzipschaltbild der Entkeimungsanlage, insbesondere Details der Kontroll- und Regelelektronik 10.
• Kernstück der Kontroll- und Regelelektronik 10 ist eine Konstantstromquelle 21, welche die Elektroden 12, 13 der elektrolytischen Zelle 4 mit Spannung versorgt. Auf die Konstantstromquelle 21 wirken vier Stell- bzw.
• Regelgrößen ein: t. Aus dem elektronischen Strömungsmesser 2 wird über eine Anpassungselektronik 22 die Konstantstromquelle dann, wenn eine Strömung vorhanden ist, eingeschaltet.
• 2. Aus der Leitwertmeßeinrichtung 3 mit den Elektroden 18, 19 (Figur 1) wird über eine Anpaßelektronik 23 der Konstantstromquelle 21 entsprechend dem vorliegenden Leitwert die Stromstärke und damit die Elektrodenspannung vorgegeben.
• 3. Ein Timer 24 bewirkt eine Ausschaltverzögerung der Konstantstromquelle bei Abschalten der Wasserverbraucher. Damit läßt sich in der Zelle freies Chlor auf Vorrat erzeugen, das bei erneutem Einschalten dann sofort zur Verfügung steht.
• 4. Mittels einer mit 25 bezeichneten Sanierungssteuereinrichtung, die durch einen Schalter oder Taster 26 in Funktion gesetzt wird, kann eine doppelt bis zehnfach höhere Stromdichte als die eigentlich erforderliche Betriebsstromstärke an den Elektroden 12, 13 gelegt werden. Demzufolge ist bei Aktivierung dieser Sanierungseinrichtung auch die Chlorproduktion um den vorgegebenen Faktor höher. Dieser Sanierungsvorgang ist immer dann notwendig, wenn längere Stillstandszeiten bei den Verbrauchern vorliegen und sich dann in den Leitungen neue Keimkolonien gebildet haben. Nach solch einer Sanierungssteuerung ist es notwendig, die jeweiligen Wasserverbraucher in Betrieb zu nehmen und nach einer gewissen Einwirkungszeit mit normal dosiertem Wasser zu durchspülen.
• Anstelle der manuell betätigbaren bzw. aktivierbaren Sanierungssteuerung ist es auch denkbar, die Sanierung halb automatisch erfolgen zu lassen, indem beispielsweise eine elektronische Uhr die Stillstandszeiten der elektrolytischen Zelle 4 erfaßt und dann über einen optischen oder akustischen Indikator den Anwender auf die notwendige Sanierung hinweist.
• Mit 27 ist ein weiterer Timer bezeichnet, der die Betriebszeit der Konstantstromquelle registriert und nach Erreichen einer bestimmten Betriebszeit, die vorzugsweise bei 60 min liegen kann, die Polarität der Zellelektroden umpolt. Hierzu ist ein entsprechendes Umschaltwerk 28 vorgesehen. Mit diesem Umpolen wird eine Regenerierung der Zellelektroden erreicht bzw.
• vermieden, daß sich im Laufe der Zeit an der als Kathode geschalteten Elektrode die im Wasser enthaltenen Härtebildner (Kalziumkarbonat) abscheiden können.
• Die Umschaltzeiten können durch ein Stellglied der jeweils vorliegenden Wasserhärte angepaßt werden.
• Bei hoher Härte sind geringere, bei kleinerer Härte größere Umschaltzeiten notwendig.
• Vorteilhaft ist es, wenn man mittels des Strömungsmessers 2 und der zugehörigen Elektronik 22 nicht nur eine Aussage über das Vorhandensein von Strömung erhält, sondern gleichzeitig auch die Durchflußmenge erfaßt, und mit dieser Meßgröße, also in Abhängigkeit von der Durchflußmenge, die Konstantstromquelle 21 ansteuert und so die Stromdichte der Zelle 4 regelt.
• li Patentansprüche 3 Figuren

Claims (11)

1. Patentansprüche 1. Verfahren zum Entkeimen von Trinkwasser, bei dem das zu behandelnde Wasser durch eine nach dem Prinzip der elektrolytischen Dissoziation arbeitenden Zelle (4) hindurchgeleitet wird, wodurch infolge elektrolytischer Reaktionen das im Wasser vorhandene Chlorid in freies Chlor und Hypochlorid umgewandelt wird, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß vor dem Durchleiten des Wassers dessen Leitfähigkeit gemessen wird und daß mit dieser Meßgröße als Stellgröße die Stromdichte an den Elektroden (12, 13) der Zelle (4) eingestellt wird.
2. 2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h -n e t , daß die elektrolytische Zelle (4) zwei in Abstand zueinander in einer Durchflußkammer (14) angeordnete, an eine Gleichspannungsquelle (21) anschließbare Elektroden (12, 13) enthält, daß im Zuflußbereich des Wassers eine Leitwertmeßeinrichtung (18, 19) vorgesehen ist, welche die Leitfähigkeit des zugeführten Wassers erfaßt und daß eine Kontroll-und Regelelektronik (10) vorhanden ist, welche bei fließendem Wasser die elektrolytische Zelle (4) an Spannung legt und die Stromstärke entsprechend dem jeweils vorliegenden Leitwert auf einen vorgegebenen Wert regelt.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n ze i c h n e t , daß die Kontroll- und Regelelektronik (10) eine Konstantstromquelle (21) enthält, an die die Elektroden (12, 13) der elektrolytischen Zelle (4) anschaltbar sind, und daß auf die Konstantstromquelle (21) einerseits aus dem Strömung messer (2) und andererseits aus der Leitwertmeßeinrichtung (3) gewonnene Stell- und Regelgrößen einwirken.
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Kontroll-und Regelelektronik (10) einen ersten Timer (24) enthält, welcher eine Ausschaltverzögerung der Konstantstromquelle (21) bei Abschalten der Wasserzufuhr bewirkt.
5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß ein zweiter Timer (27) vorhanden ist,der die Betriebszeit der Konstantstromquelle (21) erfaßt und nach Erreichen einer bestimmten Betriebszeit, vorzugsweise 60 min, die Spannungspolarität der Zelle (4) umpolt.
6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß eine Einstellvorrichtung vorhanden ist, welche die Umschaltzeit in Abhängigkeit von der Wasserhärte einstellt.
7. 7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, d a d u r e h g e k e n n z e i c h n e t , daß ein durch einen Willensakt betätigbares Stellglied (26) vorhanden ist, welches nach Betätigen zumindest die gegenüber der durch die Leitwerteinrichtung (3) vorgegebenen Stromdichte zwischen dem Zwei- und Zehnfachen erhöht, vorzugsweise verdoppelt.
8. 8. Vorrichtung nach Anspruch 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n.e t , daß mittels eines weiteren Timers die Stillstandszeiten der Konstantstromquelle (21) erfaßt werden und daß ein Indikator vorhanden ist, der bei Erreichen einer festgelegten Zeit ein optisches und/oder akustisches Signal auslöst.
9. 9. Vorrichtung nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß als Leitwertmeßeinrichtung ein in einem zwischen Zuleitung (15) und Durchflußkammer (i4) liegenden Verteilerraum (i7) angeordnetes Meßelektrodenpaar (18, 19) vorgesehen ist.
10. 10. Vorrichtung nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß mittels eines Strömungsmessers (2) die Durchflußmenge des zu behandelnden Wassers erfaßt wird und daß mit dieser Meßgröße die Kontroll- und Regelelektronik (10) im Sinne einer Anpassung der Stromdichte der Zelle (4) in Abhängigkeit von der durchströmenden Wassermenge beaufschlagt wird.
11. 11. Vorrichtung nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Elektroden (12, 13) in einem länglichen, in Längsrichtung teilbaren Kunststoffgehäuse (11) angeordnet sind.