DE3632309A1 - Verfahren und vorrichtung zum aufbereiten von wasser - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum
Aufbereiten, insbesondere Entgasen von Wasser gemäss den Oberbegriffen
der Ansprüche 1 und 2 sowie 11 und 12.
In vielen Industriezweigen, insbesondere in der pharmazeutischen
Produktion und der Mikro-Elektronik, werden grosse Mengen extrem
reinen Wassers benötigt. Die Qualitätsanforderungen dieses Wassers
sind in verschiedenen Standards festgehalten. Für das in der
pharmazeutischen Industrie gebräuchliche sogenannte "Aqua
Purificata" ist beispielsweise eine spezifische elektrische Restleitfähigkeit
von unter 10 µS/cm vorgeschrieben, was in der Praxis
bedeutet, dass das Wasser extrem entmineralisiert und entgast sein
muss.
Die Erzeugung solchen Wassers kann auf verschiedene Weise erfolgen.
Bei den in der Praxis benötigten grossen Mengen fallen allerdings
wirtschaftliche Ueberlegungen stark ins Gewicht.
Eine bekannte Wasseraufbereitungsmethode ist beispielsweise in der
DE-A-32 43 817 beschrieben. Gemäss diesem Verfahren wird das aufzubereitende
Wasser in zwei z. B. nach dem Prinzip der umgekehrten
Osmose oder mittels Ionenaustausch arbeitenden Entsalzungsstufen
entmineralisiert. Zwischen den beiden Entsalzungsstufen wird das
Wasser mittels eines Vakuum-Entgasers entgast.
Mit dieser Methode kann bereits Wasser beachtlicher Qualität und
geringer Restgasgehalte erzeugt werden. Allerdings hat sich gezeigt,
dass die für viele Anwendungen geforderten extrem niedrigen Rest-
Kohlendioxid-Gehalte (≦ωτ1 mg/l) und die damit verbundene niedrige
Leitfähigkeit (≦ωτ10 µS/cm) mit dieser Methode nicht gewährleistet
sind. Ausserdem ist die Entgasung gemäss dieser Methode vergleichsweise
energieaufwendig und damit kostenintensiv.
Durch die Erfindung soll nun dieses Problem behoben und eine
Möglichkeit angegeben werden, Wasser möglichst energiesparend und
hochgradig zu entgasen. Insbesondere sollen Restkonzentrationen von
Kohlendioxid von unter 1 mg/l erreichbar sein. Auf diese Weise
sollen durch die Erfindung die Voraussetzungen für die kostengünstige
Herstellung von Reinstwasser mit extrem niedrigen
elektrischen Restleitfähigkeiten geschaffen werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren und die entsprechende erfindungsgemässe
Vorrichtung sind in den Ansprüchen 1, 2 und 11, 12 beschrieben.
Bevorzugte Ausführungsformen ergeben sich aus den
abhängigen Ansprüchen.
Das Grundprinzip des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt also darin,
das Wasser nicht im Vakuum zu versprühen bzw. zu verrieseln, sondern
mehr oder weniger bei Normaldruck und sogar zusätzlich noch erhebliche
Mengen von Druckluft oder dgl. vor dem Versprühen bzw.
Vernebeln in das Wasser einzuleiten. Auf diese Weise wird die
unerwünschte Gaskomponente viel effizienter aus dem Wasser ausgetrieben
und gleichzeitig wesentlich weniger Energie verbraucht, da
im wesentlichen bei Normaldruck gearbeitet werden kann. Messungen
haben gezeigt, dass die Betriebskosten für die erfindungsgemässe
Entgasungsmethode (bezogen auf dieselbe Menge entgasten Wassers)
rund um den Faktor 12 niedriger liegen als bei der Vakuum-Entgasung
nach der oben angeführten DE-A-32 43 817.
Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert,
deren einzige Figur stark schematisiert eine erfindungsgemässe
Wasseraufbereitungsvorrichtung zeigt.
Die dargestellte Wasseraufbreitungsvorrichtung umfasst zwei nach
dem Prinzip der umgekehrten Osmose arbeitende Entsalzungsstufen UO 1
und UO 2 und eine Entgasungsvorrichtung EG, welche zwischen die
beiden Entsalzungsstufen UO 1 und UO 2 eingeschaltet ist. Das aufzubereitende
Wasser gelangt über diverse nicht dargestellte Vorstufen
zur ersten Entsalzungsstufe UO 1, von dort über eine Leitung 1 zur
Entgasungsvorrichtung, von dort über eine Leitung 2 zur zweiten
Entsalzungsstufe UO 2 und von dieser schliesslich fertig entmineralisiert
und entgast zu einem Vorratstank oder zum Verbraucher.
Mit Ausnahme der Entgasungsvorrichtung EG entspricht die dargestellte
Wasseraufbereitungsvorrichtung dem Stand der Technik, wie er
zum Beispiel durch die eingangs erwähnte DE-A-32 43 817 repräsentiert
ist. Für Details wird daher auf diese und andere einschlägige
Druckschriften verwiesen.
Die Entgasungsvorrichtung EG umfasst einen Entgasungsbehälter 10,
der durch einen Zwischenboden 11 mit eingesetztem Filter 12 in zwei
Teile geteilt ist. Im oberen Teil 13 ist ein Versprühgerät 14 in
Form einer zylindrischen Filterkerze sowie ein stabförmiger
UV-Strahler 15 angeordnet. Der untere Teil 16 dient als Auffanggefäss
für das entgaste Wasser und enthält ebenfalls einen stabförmigen
UV-Strahler 17. Die Wasserzufuhrleitung 1 mündet in den
oberen Behälterteil 13, die Abfuhrleitung 2 geht vom unteren Teil 16
ab. An den oberen Behälterteil 13 ist ferner noch eine Abführleitung
18 für die bei der Entgasung freigesetzte Luft (bzw.
Gasgemisch) mit einer Rückschlagklappe 19 angeschlossen. Weitere
Rückschlagklappen 19 befinden sich in den Leitungen 1 und 24.
Ferner umfasst die Entgasungsvorrichtung EG eine Einspritzeinrichtung
20 für Druckluft oder Inertgas. Diese Einspritzeinrichtung
20 umfasst ihrerseits eine nicht dargestellte Druckquelle
für Luft oder Inertgas, einen Filter 21, ein Regelventil 22, einen
Durchflußmesser 23 und eine diese Teile verbindende Leitung 24,
welche im Punkt 25 in die Wasserzufuhrleitung 1 einmündet.
Das Versprühgerät 14 ist beispielsweise eine zylindrische Filterkerze,
der das zu versprühende Wasser über die Leitung 1 axial
zugeführt wird und die es in Form feiner Tröpfchen radial nach
aussen abgibt. Die Filterkerze besteht beispielsweise aus feinporigem
Sintermetall oder einem feinmaschigen Drahtsieb, wobei dann
vorzugsweise je ein gröberes Stütz- und Schutzsieb vor- und nachgeschaltet
(koaxial) sind. Die lichten Maschen- bzw. Porenweiten
liegen vorzugsweise im Bereich von etwa 0,5 bis 20 µ, die feinen
Oeffnungsverhältnisse (Verhältnis Summe aller lichten Flächen zur
Gesamtfläche) im Bereich von etwa 5-50%. Selbstverständlich sind
auch abweichende Werte möglich. Besonders praktikable Werte sind für
die lichten Maschen- bzw. Porenweiten rund 5-15µ, für die freien
Oeffnungsverhältnisse rund 5-15%. Als geeignetes Drahtsieb kommt
z. B. ein Quadratmaschengewebe der Firma G. Bopp + Co. AG, Zürich mit
Maschenweiten zwischen 12 und 14 µ und Oeffnungsverhältnis von
8-10% in Frage. Geeignete Filterkerzen aus Sintermetall sind z. B.
die Typen "Micro Sreen" und "Poro-Clean" der Firma AMF Cuno Division
Europa, 62 730 Marck, Frankreich mit Porengrössen um 5-20µ.
Die Abmessungen des Versprühgeräts können beispielsweise 100 mmØ
und 250 mm Höhe sein.
Im Betrieb wird in das in der Leitung 1 der Entgasungseinrichtung
zugeführte Wasser beim Punkt 25 Druckluft injeziert. Das dabei
entstehende Gas/Wassergemisch wird dann im oberen Teil 13 des
Entgasungsbehälters 10 mittels des Versprühgeräts 14 in feinste
Tröpfchen versprüht. Dabei wird das im Wasser enthaltene Gas,
insbesondere auch die Kohlensäure, freigesetzt. Das freigesetzte
Gas(-gemisch) wird dann über die Leitung 18 abgeführt. Das sich
niederschlagende Wasser ist weitestgehend entgast
und fliesst über den zur Strömungsberuhigung dienenden Filter 12 in
den unteren Teil 16 des Entgasungsbehälters, von wo es über die
Leitung 2 entnommen und der nächsten Entsalzungsstufe UO 2 zugeführt
wird. Die beiden UV-Strahler 15 und 17 dienen zur Keimarmhaltung des
entgasten Wassers.
Die Entgasung des Wassers erfolgt praktisch bei Normaldruck. Der
geringe Ueberdruck von ca. 1-1,5 bar in der Leitung 1 ist durch den
Strömungswiderstand des Versprühgeräts 14 bedingt. Der nochmals
geringfügig höhere Überdruck der Druckluft in der Leitung 24 ist
erforderlich, um die Druckluft überhaupt in die Leitung 1 injizieren
zu können. Im grossen und ganzen kann jedoch in praktisch allen
Fällen mit Ueberdrucken unter 5 bar ausgekommen werden.
Praktische Versuche haben ergeben, dass der Entgasungseffekt optimal
wird, wenn pro m3 Wasser mindestens etwa 5-10 Normal-m3, vorzugsweise
etwa 10-20 Normal-m3 Druckluft bzw. Inertgas zugeführt
werden. Darüberliegende Werte führen zu keiner nennenswerter
Steigerung des Entgasungseffekts.
Bei Verwendung von Druckluft ist der Sauerstoff-Gehalt des entgasten
Wassers grösser als der des Wassers vor der Entgasung. In Fällen, wo
dies unerwünscht ist, kann anstelle von Luft mit irgendeinem
Inertgas gearbeitet werden, Beispielsweise bietet sich Stickstoff
dafür an. In diesem Falle nimmt nicht nur die CO2-Konzentration,
sondern auch die O2-Konzentration bei der Entgasung drastisch ab.
Praktische Versuche haben gezeigt, dass nach dem erfindungsgemässen
Verfahren CO2-Restkonzentrationen von weit unter 1 mg/l und Rest-
Leitfähigkeitswertabsenkungen bis 10 µS/cm erreicht werden
können.
Vorstehend wurde die Erfindung im Zusammenhang mit der Aufbereitung
von Wasser und da speziell mit der Entfernung von Kohlendioxid aus
diesem beschrieben. Es versteht sich, dass das erfindungsgemässe
Prinzip viel genereller ist und sich zur Austreibung beliebiger Gase
aus Wasser und generell auch aus anderen Flüssigkeiten anwenden
lässt. Die Verfahrensparameter und die Art des zugeführten Gases
bzw. Gasgemisches müssen dann natürlich entsprechend angepasst
werden.
Claims (20)
1. Verfahren zur Aufbereitung von Wasser, bei dem dieses entsalzt und
entgast wird, dadurch gekennzeichnet, dass zur Entgasung in einen
Strom des entsalzten oder vorentsalzten Wassers Druckluft oder
Inertgas eingeführt wird, dass das so erzeugte Gas/Wasser-Gemisch
anschliessend in einem geschlossenen Raum versprüht wird, dass das
bei dieser Versprühung freiwerdende Gasgemisch aus dem Raum abgeführt
wird und dass das sich aus der Versprühung niederschlagende
entgaste Wasser aufgefangen und der Speicherung, Verwendung oder
gegebenenfalls weiteren Aufbereitung zugeführt wird.
2. Verfahren zum Entgasen von Wasser, dadurch gekennzeichnet, dass
in einem Strom desselben Druckluft oder Inertgas eingeführt wird,
dass das so erzeugte Gas/Wasser-Gemisch anschliessend in einem
geschlossenen Raum fein versprüht wird, dass das bei dieser
Versprühung freiwerdende Gasgemisch aus dem Raum abgeführt wird und
dass das sich aus dem Sprühnebel niederschlagende, entgaste Wasser
aufgefangen und der Speicherung, Verwendung oder gegebenenfalls
weiteren Aufbereitung zugeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass
die Versprühung unter geringem, vorzugsweise 5 bar nicht überschreitendem
Wasserdruck stattfindet.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck
der dem Wasserstrom zugeführten Druckluft bzw. des Inertgases nicht
wesentlich grösser ist als der Wasserdruck, unter dem die Versprühung
stattfindet.
5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass
pro m3 Wasser zumindestens etwa 5-10 Normal-m3, vorzugsweise etwa
10-20 Normal-m3 Druckluft bzw. Inertgas zugeführt werden.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet,
dass die Versprühung des Gas/Wasser-Gemisches mittels eines feinporigen
oder feinmaschigen Siebs mit Poren- bzw. Maschenweiten im
Bereich von etwa 0,5 µ bis 20 µ und freien Oeffnungsverhältnissen im
Bereich von etwa 5 bis 50% erfolgt.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die
Poren- bzw. Maschenweiten im Bereich um ca. 10 µ liegen.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet,
dass das versprühte und entgaste Wasser im geschlossenen Raum mit
UV-Licht behandelt wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet,
dass das aus dem Wasser zu entfernende Gas Kohlendioxid und das dem
Wasser zugeführte Gas(gemisch) Druckluft oder Stickstoff ist.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-9, dadurch gekennzeichnet,
dass das niedergeschlagene entgaste Wasser durch ein
Strömungsberuhigungsfilter in ein im unteren Teil des Raums vorgesehenes
Auffangbehältnis geleitet wird.
11. Vorrichtung zum Entgasen von Wasser, mit einem Entgasungsbehälter,
einer Zufuhrleitung für das zu entgasende Wasser in den
Behälter und einer Abfuhrleitung zur Entnahme des entgasten Wassers,
gekennzeichnet durch eine Einspritzeinrichtung für Druckluft oder
Inertgas in die Wasserzufuhrleitung und durch eine Versprühungseinrichtung
innerhalb des Entgasungsbehälters für das durch die
Druckluft- bzw. Inertgaszufuhr entstandene Gas/Wasser-Gemisch sowie
durch eine Abführeinrichtung für das bei der Versprühung frei
werdende Gasgemisch aus dem Entgasungsbehälter.
12. Vorrichtung zum Aufbereiten von Wasser, mit einer Entsalzungsstufe
und einer Entgasungsstufe, welch letztere mit einem Entgasungsbehälter,
einer Zufuhrleitung für das zu entgasende Wasser in
den Behälter und einer Abfuhrleitung zur Entnahme des entgasten
Wassers ausgestattet ist, gekennzeichnet durch eine Einspritzeinrichtung
für Druckluft oder Inertgas in die Wasserzufuhrleitung und
durch eine Versprühungseinrichtung innerhalb des Entgasungsbehälters
für das durch die Druckluft- bzw. Inertgaszufuhr entstandene
Gas/Wasser-Gemisch sowie durch eine Abführeinrichtung für das bei
der Vernebelung frei werdende Gasgemisch aus dem Entgasungsbehälter.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass zwei
Entsalzungsstufen vorgesehen sind, wobei die Entgasungsstufe
zwischen diese beiden eingefügt ist, und dass die Entsalzungsstufen
vorzugsweise nach dem Prinzip der umgekehrten Osmose arbeiten.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11-13, dadurch gekennzeichnet,
dass die Versprühungseinrichtung ein feinporiges oder
feinmaschiges Poren- bzw. Maschensieb umfasst mit Poren- bzw.
Maschenweiten im Bereich von ca. 0,5 bis 20 µ und freien Oeffnungsverhältnissen
im Bereich von etwa 5-50%.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die
Versprühungseinrichtung als im wesentlichen zylindrische, von innen
radial nach aussen durchströmte Filterkerze ausgebildet ist.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet,
dass das Porensieb aus Sintermetall besteht.
17. Vorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet,
dass das Maschensieb ein Drahtsieb ist.
18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11-17, dadurch gekennzeichnet,
dass der Entgasungsbehälter mittels eines Strömungsberuhigungsfilters
in zwei Teile geteilt ist, wovon der obere die
Versprühungseinrichtung enthält und der untere als Auffangbehälter
für das entgaste Wasser dient.
19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11-18, dadurch gekennzeichnet,
dass im Entgasungsbehälter wenigstens ein UV-Strahler
angeordnet ist.
20. Verwendung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11-19 zur
Herstellung von entmineralisiertem Wasser mit einer spezifischen
elektrischen Restleitfähigkeit von unter 10 µS/cm.
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| FR2962726A1 (fr) * | 2010-07-13 | 2012-01-20 | C T E Tech De L Eau | Procede de production d'eau adoucie et dispositif de mise en oeuvre. |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CH667866A5 (de) | 1988-11-15 |
| JPS6274413A (ja) | 1987-04-06 |
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