DE3711407A1

DE3711407A1 - System zur wasseraufbereitung mit ozon

Info

Publication number: DE3711407A1
Application number: DE19873711407
Authority: DE
Inventors: Bruno Bachhofer; Anton Locher
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1987-04-04
Filing date: 1987-04-04
Publication date: 1988-10-20
Also published as: EP0286870A1; DE3863460D1; US4798669A; EP0286870B1; ES2023454B3

Description

Die Erfindung betrifft ein Wasseraufbereitungssystem, mit einer Oxidationseinrichtung, in der das Rohwasser einer intensiven Behandlung mit Ozon unterworfen wird, mit einem anschließenden Filter, bestehend aus einem mit reduzierend wirkenden Filterstoffen teilweise gefüllten Filterbehälter, der von dem vorbehandelten Wasser von oben nach unten durchströmt wird, wobei das in dem Wasser enthaltene restliche Ozon abgebaut wird, und mit einer Einrichtung zur Nachbehandlung des Wassers mit Ozon.

Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet der Erfindung ist die Trinkwasseraufbereitung, insbesondere die Eliminierung von Mangan aus manganhaltigem Rohwasser für Zwecke der Getränkeindustrie.

Bei einem bekannten System wird das Wasser in der Oxidationseinrichtung in einem geschlossenen Kreislauf mehrmals mit stark ozonhaltigem Gas vermischt. Die dadurch hervorgerufenen Reaktionen töten Keime jeder Art ab und wandeln die im Wasser enthaltenen Verunreinigungen in filtrierbare Stoffe um. Im Gegensatz dazu werden Manganoxide allerdings bei hoher Ozonkonzentration zu Permanganaten aufoxidiert, die lösbar sind und daher nicht ausgefiltert werden können. Es ist deshalb weiter bekannt, das Wasser, beispielsweise mittels eines Kohlefilters, einem reduzierenden Milieu zu unterwerfen und das gelöste Permanganat dadurch zu Manganoxiden zu reduzieren, die in den Filterschichten festgehalten werden können. Hierbei wird auch das im Wasser vorhandene Ozon vollkommen beseitigt, so daß chemisch reines Wasser entsteht, das außerordentlich anfällig für eine Neubekeimung ist.

Um diese Gefahr zu beseitigen, ist es bekannt, dem gereinigten Wasser Chlor oder Chlorverbindungen als bleibendes Desinfiziens beizumischen.

Wegen des unangenehmen Geschmacks sowie anderen Beeinträchtigungen und wegen der Umweltschädlichkeit stößt dies jedoch auf zunehmende Bedenken. Speziell in der Getränkeindustrie kommt Chlor allein schon aus Geschmacksgründen nicht in Betracht.

Schließlich ist es bekannt, eine mehrstufige Ozonbehandlung vorzusehen, wobei das in der ersten Stufe vom Mangan befreite Wasser in der zweiten Stufe erneut mit Ozon vermischt wird, welches als kurzzeitige Prophylaxe gegen eine Neubekeimung dient, sofern das Wasser vor seiner Verwendung nicht erneut mit Verunreinigungen belastet und nur kurzzeitig zwischengespeichert wird. Allerdings erfordert die mehrstufige Ozonbehandlung auch entsprechend viele Ozongeneratoren, was sehr aufwendig ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein System zur Wasseraufbereitung vorzuschlagen, bei dem das am Ende der ersten Stufe von restlichem Ozon vollkommen befreite Wasser erneut mit Ozon behandelt wird, das jedoch einfacher ist, als kompakte Baueinheit ausgeführt werden kann und keinen eigenen Ozonerzeuger für die Nachbehandlungsstufe benötigt.

Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Wasseraufbereitungssystem der einleitend bezeichneten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die im oberen Abschnitt des Filterbehälters sich ansammelnde, dem Wasser in der Oxidationseinrichtung beigemischte ozonhaltige Luft mittels einer Leitung entnommen und zur Nachbehandlung des gefilterten Wassers verwendet wird.

Es ist zu bedenken, daß das Wasser im oberen Teil des Filterbehälters verunreinigt ist und deshalb unbedingt vermieden werden muß, daß das zu entnehmende Luft-Ozon- Gemisch Wasser enthält. Aus diesem Grunde wird vorgeschlagen, daß in dem Filterbehälter eine Niveausonde eingebaut ist, welche mittels eines Regelventils die Leitung sperrt, wenn das Wasserniveau über einen bestimmten Grenzwert ansteigt. Dadurch ist sichergestellt, daß ein Gaskissen ausreichender Höhe in dem Filterbehälter aufrechterhalten bleibt und kein Wasser in die Gasleitung eintreten kann.

Zur einwandfreien Funktion des vorgeschlagenen Systems ist es ferner erforderlich, das von einem Ozongenerator gelieferte Ozon-Luft-Gemisch in den Filterbehälter zu bringen, ohne die Wirkung, Arbeitsweise und Steuerbarkeit der Oxidationseinrichtung zu beeinträchtigen. Dies gelingt zweckmäßigerweise dadurch, daß die Oxidationseinrichtung ein Reaktionsgefäß umfaßt, das im oberen Teil einen Mischer und etwa in halber Höhe einen Auslaß für das zu dem Filter fließende Wasser-Ozon-Luft-Gemisch aufweist, während das nur wenig Gas enthaltende Wasser vom Boden des Reaktionsgefäßes über einen Rückführzweig einer in den Mischer einspeisenden Umwälzpumpe zufließt. Im Betrieb bildet sich in dem Reaktionsgefäß bis zum Auslaßstutzen herunter ein Gaspolster aus und überschüssiges Gas wird von dem ausströmendem Wasser zum Filter mitgerissen.

Es wird vorgeschlagen, daß zur Ozon-Nachbehandlung ein längliches Standgefäß vorgesehen ist, in welches das gefilterte Wasser oben eingeleitet und aus dem es über eine etwa auf die Höhe des Standgefäßes ansteigende Leitung unten entnommen wird, daß die ozonhaltige Luft in das Standgefäß eingeleitet und die Abluft über ein Aktivkohlefilter entnommen wird. Das Standgefäß ist vorzugsweise mit chemisch beständigen, ein geringes Volumen und eine große Oberfläche aufweisenden Füllkörpern gefüllt, die beispielsweise aus nicht rostendem Stahlblech hergestellt sind. Das Wasser rieselt über diese Füllkörper, so daß die Verweilzeit in der ozonhaltigen Luft verlängert wird.

Um den Ozongehalt im Reinwasser auf einen beliebigen vorgegebenen Wert einstellen zu können, wird vorgeschlagen, daß das Wasserniveau in dem Standgefäß mittels wenigstens eines Niveauregelventils (23), welches die Abluftleitung sperrt, auf wenigstens einer bestimmten Höhe gehalten wird. Stellt man ein niedrigeres Wasserniveau ein, so wird die Einwirkungszeit verlängert und umgekehrt. Durch Beeinflussung der erzeugten Ozonmenge am Ozongenerator kann die Ozonkonzentration bei der Nachbehandlung stufenlos eingestellt werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand des in der einzigen Figur dargestellten Schemas eines Wasseraufbereitungssystems für die Getränkeindustrie näher erläutert.

Das Rohwasser wird einem Brunnen (1) entnommen, einer Oxidationseinrichung (2) zugeführt, in einem Mischbettfilter (3) gefiltert, in einer Füllkörpersäule (4) nachbehandelt und dann in einem Lagerbehälter (5) gesammelt.

Die Oxidationseinrichtung (2) enthält einen Ozongenerator und eine Ozon/Wasser-Mischkammer, die zu einem Modul (6) zusammengefaßt sind. Der stufenlos einstellbare Ozongenerator liefert bis zu 55 g Ozon je Stunde. Die erreichbare Ozonkonzentration in der Gasphase vor der Einleitung in das Wasser beträgt bis zu 50 g Ozon je Normalkubikmeter. Der Ozongenerator ist in einer Stapelkonstruktion aus horizontalen Platten ausgeführt und am Deckel des Reaktionsgefäßes aufgehängt. Darunter befindet sich die Mischeinrichtung.

Das Reaktionsgefäß ist zum größten Teil mit Füllkörpern (8) gefüllt, die aus Edelstahl-Blech gestanzt und zu einer kugelförmigen Außenform von etwa 5 cm Durchmesser zusammengeknüllt sind. Etwa in halber Höhe dieser Füllkörperschicht sitzt am Mantel des Reaktionsgefäßes ein Auslaßstutzen, von dem aus eine Leitung zu dem Mischbettfilter (3) führt. Eine Umwälzpumpe (7) drückt das Rohwasser von unten in den Modul (6), an dessen Umfang es wieder austritt. Das Wasser fällt dann durch die Füllkörperschicht (8) nach unten und tritt durch Aussparungen (9) am unteren Rand eines Innenzylinders, von wo es durch einen Rückführzweig (10) wieder zur Umwälzpumpe (7) zurückgeführt wird. Die Förderleistung der Umwälzpumpe (7) bleibt konstant. Der Durchsatz der Oxidationseinrichtung wird bestimmt durch die Förderleistung der Pumpe im Brunnen (1) und durch die Einstellung der Drosselventile, die vor und nach der Oxidationseinrichtung angebracht sind.

Die in dem Modul (6) dem umgewälzten Wasser beigemischte ozonhaltige Luft läßt den Wasserstand im Reaktionsgefäß während des Betriebes etwa auf die Höhe des Auslaßstutzens sinken. Weiteres Gas wird durch die Auslaßleitung zum Filter (3) mitgerissen, was für die weitere Verwendung des überschüssigen Ozons von größter Bedeutung ist. Der Durchsatz der Oxidationseinrichtung und die Ozonleistung wird so eingestellt, daß unter Berücksichtigung der vorhandenen Rohwasserqualität die gewünschte Reinwasserqualität erreicht wird.

Zur Qualitätssicherung wird die erzeugte und injizierte Ozonmenge allerdings größer gewählt, als es für den Oxidationsprozeß tatsächlich erforderlich ist. In dem Mischbettfilter (3) werden die durch die Oxidation entstandenen Schwebestoffe zurückgehalten und es wird die überschüssige Ozonmenge entfernt. Eine obere Filterschicht (11) besteht aus einem Gemisch von Granulaten verschiedener verkokter Kohlesorten mit einer Körnung von 0,8 bis 1,6 mm. Die mittlere Filterschicht (12) besteht aus Quarzsand mit einer Körnung von 0,3 bis 0,8 mm und über dem Filterboden ist noch eine Grobkiesschicht (13) angebracht.

Der Einschluß von Kokskohle schafft das erforderliche reduzierende Milieu, um Ozon und Sauerstoff restlos zu entfernen. Dies ist unumgänglich, wenn das Rohwasser Mangan enthält. Durch die vorhergehende überstöchiometrische Oxidation entstehen daraus lösliche Permanganate, die nur dann ausgefiltert werden können, wenn sie im Filter wieder zurückreduziert werden. Durch das Mischungsverhältnis der verschiedenen Kohlesorten und eine Mischzone zwischen den Filterschichten (11 und 12) ist die Adsorptionskapazität in Abhängigkeit von der Eindringtiefe fein abgestimmt. Dadurch wird erreicht, daß praktisch kein restliches Ozon mehr die unteren Bereiche dieser Kiesschichten passiert, so daß die bakteriologische Reinheit des gesamten Mischbettfilters aufrecht erhalten bleibt. Andererseits ist die Reduktionswirkung nicht so stark, als daß eine Verstopfung der Filteroberschicht zu befürchten wäre.

Nach dem Filtern gelangt das Wasser über eine Leitung (14) in die Füllkörpersäule (4). Es rieselt hier über eine Schicht (15) aus Füllkörpern gleicher Art wie die Füllkörper (8) der Oxidationseinrichtung (2). Aus dem unteren Teil der Füllkörpersäule (4) wird das Wasser über ein Steigrohr (16) hochgedrückt und dann dem Lagerbehälter (5) zugeführt.

Infolge der geringeren Strömungsgeschwindigkeit im Mischbettfilter (3) bildet sich in dessen oberem Teil ein Polster aus überschüssigem Ozon-Luft-Gemisch (17). Über eine Verbindungsleitung (18) wird dieses Gas in den oberen Teil der Füllkörpersäule (4) eingeleitet. Durch Beeinflussung eines in dieser Leitung enthaltenen Regelventils (19) mittels einer Niveausonde (20) wird der Wasserspiegel im Mischbettfilter (3) konstant gehalten, so daß kein (verunreinigtes) Wasser in die Leitung (18) eindringen kann.

Das Abgas aus der Füllkörpersäule (4) wird über ein Aktivkohlefilter (21) geführt, welches das im Gas enthaltene Ozon teils durch Oberflächenkatalyse und teils durch direkten Verbrauch der Kohle unter Bildung von Kohlendioxid restlos entfernt. Mit Hilfe von zwei Schwimmerventilen (22 und 23) kann der Gasabfluß so geregelt werden, daß das Wasserniveau (24) in der Füllkörpersäule (4) entweder auf der gezeichneten Höhe oder in Höhe des oberen Schwimmerventils (23) konstant gehalten wird. Bei dem niedrigen Wasserstand ist die Rieselstrecke und dementsprechend die Kontaktzeit zwischen Wasser und Ozon länger. Man kann dadurch den Effekt der Ozon-Nachbehandlung grob einstellen. Die Feineinstellung erfolgt am Ozonerzeuger. Z. B. ist es zweckmäßig,wenn dem Reinwasser, das etwa zwei Tage gebunkert werden soll, so viel Ozon beigegeben wird, daß sich über der Wasseroberfläche im Lagerbehälter (5) eine dünne Ozonschicht ausbildet, welche verhindert, daß von der Behälterdecke abtropfendes Kondenswasser den Reinwasservorrat wieder bekeimt.

Zur Rückspülung des Mischbettfilters (3) wird Reinwasser aus dem Lagerbehälter (5) entnommen und mittels einer Rückspülpumpe (27) von unten nach oben durch den Filterbehälter gedrückt. Dazu wird das Ventil (25) in einer vom oberen Anschluß des Mischbettfilters (3) zum Kanal führenden Leitung (26) geöffnet und eine Rückspülpumpe (27) in Betrieb gesetzt. Dadurch schaltet ein 3-Wege-Ventil (28) in der Leitung (14) selbsttätig um. Eine Rückschlagklappe (29) in der Verbindungsleitung von der Oxidationseinrichtung (2) zum Mischbettfilter (3) schließt. Dadurch können die aus der Filtermasse ausgelösten Verunreinigungen durch die Leitung (26) in den Kanal abfließen.

1 Brunnen
2 Oxidationseinrichtung
3 Mischbettfilter
4 Füllkörpersäule
5 Lagerbehälter
6 Modul
7 Umwälzpumpe
8 Füllkörperschicht
9 Aussparung
10 Rückführzweig
11 Kohleschicht
12 Feinkiesschicht
13 Grobkiesschicht
14 Leitung
15 Füllkörperschicht
16 Steigrohr
17 Gaspolster
18 Verbindungsleitung
19 Regelventil
20 Niveausonde
21 Aktivkohlefilter
22 Schwimmerventil
23 Schwimmerventil
24 Wasserstand
25 Ventil
26 Leitung
27 Rückspülpumpe
28 3-Wege-Ventil
29 Rückschlagklappe

Claims

1. Wasseraufbereitungssystem, mit einer Oxidationseinrichtung, in der das Rohwasser einer intensiven Behandlung mit Ozon unterworfen wird, mit einem anschließenden Filter, bestehend aus einem mit reduzierend wirkenden Filterstoffen teilweise gefüllten Filterbehälter, der von dem vorbehandelten Wasser von oben nach unten durchströmt wird, wobei das in dem Wasser enthaltene restliche Ozon abgebaut wird, und mit einer Einrichtung zur Nachbehandlung des Wassers mit Ozon, dadurch gekennzeichnet, daß die im oberen Abschnitt (17) des Filterbehälters sich ansammelnde, dem Wasser in der Oxidationseinrichtung (2) beigemischte ozonhaltige Luft mittels einer Leitung (18) entnommen und zur Nachbehandlung des gefilterten Wassers verwendet wird.

2. Wasseraufbereitungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Filterbehälter eine Niveausonde (20) eingebaut ist, welche mittels eines Regelventils (19) die Leitung (18) sperrt, wenn das Wasserniveau über einen bestimmten Grenzwert ansteigt.

3. Wasseraufbereitungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Oxidationseinreichtung (2) ein Reaktionsgefäß umfaßt, das im oberen Teil einen Mischer und etwa in halber Höhe einen Auslaß für das zu dem Filter (3) fließende Wasser-Ozon-Luft-Gemisch aufweist, während das Wasser vom Boden des Reaktionsgefäßes über einen Rückführzweig (10) einer in den Mischer einspeisenden Umwälzpumpe (7) zufließt.

4. Wasseraufbereitungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Nachbehandlung des gefilterten Wassers ein längliches Standgefäß (4) vorgesehen ist, in welches dieses Wasser oben eingeleitet und aus dem es über eine etwa auf die Höhe des Standgefäßes ansteigende Leitung (16) unten entnommen wird und daß die ozonhaltige Luft in das Standgefäß (4) eingeleitet und die Abluft über ein Aktivkohlefilter (21) ausgeleitet wird.

5. Wasseraufbereitungssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Standgefäß (4) mit chemisch beständigen, ein geringes Volumen und eine große Oberfläche aufweisenden Füllkörpern (15) gefüllt ist.

6. Wasseraufbereitungssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Wasserniveau (24) in dem Standgefäß (4) mittels wenigstens eines Niveauregelventils (23), welches die Abluftleitung sperrt, auf wenigstens einer bestimmten Höhe gehalten wird.