DE4325891A1 - Verfahren und Vorrichtung zur automatisierten Entkeimung und/oder Aufbereitung von Trink- und Brauchwasser oder von Abwässern mittels anodischer Oxidation - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur automatisierten Entkeimung und/oder Aufbereitung von Trink- und Brauchwasser oder von Abwässern mittels anodischer Oxidation.

Das Anwendungsgebiet der Erfindung ist die Aufbereitung von Trink- und Brauchwasser sowie von Abwässern.

Es ist seit Jahrzehnten bekannt, mittels anodischer Oxidation die Keimzahl von Wässern zu reduzieren oder andere Effekte zu erreichen, wie Kalkstrukturwandlung, Flotation, Oxidationen von spezifischen Komponenten im Wasser o.a.

Zu diesem Zweck läßt man das zu behandelnde Wasser zwischen parallel angeordneten Flächenelektroden, an die eine konstante Gleichspannung gelegt wird, strömen (WO 92/11209, DE 34 28 582).

Die Wirksamkeit derartiger Anordnungen ist durch die Ausbildung von Raumladungen vor den Elektroden eingeschränkt, so daß sie durch zeitweiliges Unterbrechen oder Umschalten der Polarität der Spannung über den Elektroden oder aber durch geeignete Wahl des Elektrodenmaterials aufrechterhalten bzw. ständig neu generiert werden muß (DE 88 05 841, EP 0074 530).

Dies bringt Nachteile in bezug auf die Steuerbarkeit des Wasserbehandlungsvorganges bei stark veränderlichem Wasserdurchsatz mit sich, was wiederum einer Automatisierung des Behandlungsvorganges erschwerend entgegensteht, insbesondere, was die Behandlungssicherheit und -reproduzierbarkeit bei geringem oder zeitweilig unterbrochenem Wasserdurchsatz betrifft.

Es ist auch bekannt, den Strom zwischen den Elektroden oder die an die Elektroden gelegte Gleichspannung zu takten, d. h. impulsförmig auszuprägen, und sowohl den Spitzenwert des Stromes oder der Spannung als auch die Taktbreite dem Wasseraufbereitungsprozeß gemäß zu variieren (DE 27 41 317, DE 28 46 452).

Dieses Verfahren hat den Nachteil, daß bei Anlagen, für deren Betreiben eine größere elektrische Leistung benötigt wird, die Spannung a priori genügend groß sein muß, was sowohl dem Aspekt der unterbrechungsfreien Stromversorgung bei Netzausfall entgegensteht als auch dem Aspekt des Berührungsschutzes in bezug auf die Höhe der Versorgungsspannung.

Ein weiterer Nachteil bekannter Anordnungen besteht darin, daß die Anode starker Korrosion und damit großem materiellem Verschleiß unterliegt, was sich wiederum nachteilig als nachfolgende Anodenmaterialbelastung des Wassers auswirkt oder aber einen ökonomisch und technisch aufwendigen Anodeneinsatz, z. B. mittels Elektronenstrahl platin- oder titannitridbeschichtete Titanelektroden, erforderlich macht (EP 0 453 706, EP 0 280 926, DE 41 13 911, DE 40 40 694).

Die Erfindung will hier Abhilfe schaffen. Der im Anspruch 1 bis 5 angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, das es ermöglicht, die Reproduzierbarkeit und die Sicherheit der Wasserbehandlung bei stark veränderlichem Wasserdurchsatz zwischen einem Maximum und dem Wert Null zu erhöhen.

Der im Anspruch 6 bis 11 angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, die die Verwendung technisch und ökonomisch günstig verfügbarer und einsetzbarer Elektrodenmaterialien, insbesondere für die Brauch- und Abwasserbehandlung ermöglicht, ohne daß eine unvertretbar schnelle Korrosion der Elektroden oder eine unzulässige Wasserbelastung mit Elektrodenmaterial eintritt.

Diese Probleme werden erfindungsgemäß durch die in den Ansprüchen 1; 6 und 7 aufgeführten Merkmale gelöst, die ihrerseits jeweils durch die folgenden Unteransprüche präzisiert und ergänzt werden.

Der Vorteil der Erfindung besteht darin, daß für die elektrische Einspeisung auch dann eine Niederspannungsquelle verwendet werden kann, wenn die zu behandelnde Wassermenge eine große elektrische Leistung erforderlich macht.

Darüber hinaus kann die Spannungsquelle sowohl eine Gleich- als auch eine Wechselspannungsquelle sein, bei der Notwendigkeit unterbrechungsfreier Stromversorgung auch eine Ersatzspannungsquelle.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist, daß durch die im Anspruch aufgeführten Merkmale der Vorrichtung zur automatisierten Entkeimung und/oder Aufbereitung von Trink- und Brauchwasser oder von Abwässern mittels anodischer Oxidation eine korrekte Energiequantelung und -zuordnung zum Wasserstrom und -volumen ermöglichen, auch, wenn die elektrische Versorgungsspannung nicht konstant ist. Desweiteren ist es möglich, auf kostenintensives Elektrodenmaterial bzw. kostenintensive Elektrodenwartung zu verzichten und gleichzeitig sicher zu sein, daß praktisch keine Belastung des Wassers mit Elektrodenmaterial eintritt.

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 Schaltungsanordnung für die Energiespeicherung und -übertragung,

Fig. 2 Ionisationsraum (Prinzip),

Fig. 3 Ionisationsraum (Ausgestaltung),

Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch 1 bis 5. Aus einer Spannungsquelle 1, die eine Gleich- oder Wechselspannungsquelle sein kann, wird mittels eines elektronischen Schalters 2, der ein Transistor (ggf. in Reihe mit einer Diode) oder ein abschaltbarer Thyristor sein kann, ein Stromkreis über eine Induktivität 3 so lange geschlossen, bis die in der Induktivität 3 gespeicherte magnetische Energie eine solche Menge besitzt, die der Notwendigkeit zur Behandlung des zwischen den Elektroden 5 befindlichen Wasservolumens 6 entspricht. Bei Erreichen dieser Energiemenge in der Induktivität 3 öffnet der Schalter 2, und der elektrische Strom der Induktivität 3 fließt durch die Wasserstrecke 6, wobei die in der Induktivität 3 gespeicherte Energiemenge auf die Wasserstrecke 6 übertragen wird. Ist die Spannungsquelle 1 eine Wechselspannungsquelle, erfolgt die Ansteuerung des Schalters 2 mit der n-fachen Frequenz der Spannung der Quelle 1, wobei n = 1, 2, 3 . . . entsprechend der Strömungsgeschwindigkeit des Wassers ist.

Wahlweise ist in Reihe mit den Elektroden 5 eine Diode 4 vorgesehen, die eine definierte Stromrichtung über die Elektroden 5 erwirkt. Bei Nichtverwendung der Diode 4 fließt durch die Wasserstrecke 6 vor der Energieimpulsaufschaltung ein Strom mit negativem Vorzeichen, sofern dies für den Abbau von Raumladungen zwischen den Elektroden 5 erforderlich ist. Sofern dies nicht erforderlich ist, kann bei Verwendung einer Wechselspannungsquelle als Quelle 1 auch ein in beiden Richtungen steuerbares elektrisches Ventil (z. B. antiparallel geschaltete abschaltbare Thyristoren) als Schalter 2 verwendet werden.

In Fig. 2 ist eine Vorrichtung gemäß Anspruch 7 und 9 zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 5 dargestellt. Sie zeigt den Ionisationsraum 8 zur Behandlung des Wasservolumens 6 zwischen den Elektroden 5, der mittels elektrisch nicht leitenden Materials stark verjüngt ist, wodurch ein solches elektrisches Feld zwischen den Elektroden entsteht, das im verjüngten Raum 8 die höchste, an den Elektroden 5 die niedrigste Dichte der Feldlinien 7 für Feldstärke und Stromdichte besitzt.

Nach Fig. 3 erfolgt die Verjüngung 8 durch einen oder mehrere Stäbe 9 (mit zylindrisch, oval, rechteckig oder anders geformtem Querschnitt) oder andere Körper (z. B. Kugel) aus elektrisch nicht leitendem und nicht oxidierbarem Werkstoff. Durch die so erwirkte Feldverteilung wird erreicht, daß lediglich das Wasser im Ionisationsraum 8 ionisiert wird und nicht jenes an den Elektroden. Das zu behandelnde Wasser fließt zweckmäßig aus den Räumen vor den Elektronen 5 über die Ionisationsräume 8 zur Mittelachse 10 der Anordnung und wird von dort abgeführt.

Claims (11)

1. Verfahren zur automatisierten Entkeimung und/oder Aufbereitung von Trink- und Brauchwasser oder von Abwässern mittels anodischer Oxidation, dadurch gekennzeichnet, daß über Elektroden (5) dem Wasser (6) zwischen den Elektroden periodisch ein Energieimpuls nach vorheriger Zwischenspeicherung in einer Induktivität (3) aufgeprägt wird, wobei die Gesamtheit der elektrischen Einrichtung aus einer Niederspannungsquelle (1) gespeist wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Niederspannungsquelle (1) eine mittels Akkumulatorenbatterie gepufferte Gleichrichteranordnung oder eine Wechselspannungsquelle ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Energieimpuls eine konstante Menge hat, die dem zu ionisierenden Wasservolumen (6) zwischen den Elektroden (5) angepaßt ist, und mit einer Frequenz, die der Strömungsgeschwindigkeit des Wassers proportional ist, dem Wasser (6) zwischen den Elektroden (5) aufgeprägt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung der Energiemenge und/oder der Impulsfrequenz so erfolgt, daß das Produkt aus Energiemenge dW pro Impuls und Impulsfrequenz f dem pro Zeiteinheit dt zu behandelnden Wasservolumen 6 dV proportional ist: dW _* f ^∼ dV/dt

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß Wasserbehandlungsanlagen gleicher oder unterschiedlicher Größe zum Zwecke der Anpassung an stark variierenden Volumendurchsatz des Wassers in Abhängigkeit von diesem parallel betrieben werden.

6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Induktivität (3) in Reihe mit einem elektronischen Schalter (2) und einer Niederspannungsquelle (1) angeordnet ist und daß parallel zur Induktivität (3) die Elektroden (5) angeordnet sind, zwischen denen sich das zu behandelnde Wasservolumen (6) befindet.

7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Ionisationsraum (8) zwischen den Elektroden (5) mittels elektrisch nicht leitenden Materials so stark verjüngt ist, daß an den Elektroden die elektrische Feldstärke sowie die elektrische Stromdichte so gering sind, daß die Ionisierungsprozesse nicht in unmittelbarer Nähe der Elektroden (5) stattfinden, sondern in dem verjüngten Raum (8) zwischen den Elektroden (5).

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannung oder der Strom zwischen den Elektroden (5) eine zeitliche Wechselgröße ist, deren Amplitude und/oder Frequenz dem zu ionisierenden Wasservolumen (6) zwischen den Elektroden (5) und der Strömungsgeschwindigkeit zugeordnet sind oder die periodisch ein- und ausgeschaltet wird, wobei die Einschaltdauer dem Wasservolumen (6) und die Ausschaltdauer der Strömungsgeschwindigkeit des Wassers proportional ist.

9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (5) koaxial zylindrisch, d. h. vollzylindrisch oder sektorzylindrisch, angeordnet werden, wobei die Anode den größeren Durchmesser hat.

10. Vorrichtung nach Anspruch 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Elektroden (5) eine oder mehrere elektrisch leitende nichtmetallische Schicht(en) jeweils parallel zu den Elektroden oder senkrecht zu den Feldlinien (7) der elektrischen Feldstärke angeordnet sind.

11. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Ionisationsraum (8) als einfach oder doppelt oder mehrfach angeordneter Verjüngungsraum (8) ausgebildet ist, durch den das Wasser entweder von der Anode zur Katode oder von beiden Elektroden (5) zur Mittelachse (10) der Anordnung gelenkt wird.