DE4400604C1 - Disinfection for the product water of a reverse osmosis unit - Google Patents
Disinfection for the product water of a reverse osmosis unitInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Kleinstosmoseanlage, die in einem Umkehrosmosemodul aus zu laufendem Rohwasser ca. 10-50 l/d Produktwasser in einem nahezu konstanten Produktwasserstrom herstellen kann.The invention relates to a method for operating a Small osmosis system, which is made in a reverse osmosis module running raw water approx. 10-50 l / d product water in one can produce almost constant product water flow.
Ein solches Verfahren ist bekannt aus der DE-OS 21 34 970. Das Verfahren wird beispielsweise auch bei dem Gerät JUDO- Desalinator verwendet, das aus der "JUDO-Preisliste 1993, Hauswassertechnik, Industriewassertechnik", Seite 3.10 be kannt ist. Such a method is known from DE-OS 21 34 970. The method is also used, for example, with the JUDO- Desalinator used, which from the "JUDO price list 1993, Domestic water technology, industrial water technology ", page 3.10 be is known.
Außer der genannten sind zahlreiche weitere Kleinstosmosean lagen - sogenannte Untertischgeräte - auf dem Markt erhält lich, die an einer Zapfstelle im Haushalt installiert werden und den Tagesbedarf an Trink- und Kochwasser (ca. 10-50 l pro Tag) der Bewohner des Haushalts bereiten.In addition to the above, there are numerous other small osmosis - so-called under-table devices - on the market Lich, which are installed at a tap in the household and the daily requirement of drinking and cooking water (approx. 10-50 l per day) of the residents of the household.
Das zu behandelnde Nicht-Trinkwasser wird mit einem Feinst filter (Porenweite ca. 5 µm) gereinigt und mit Netzdruck oder mittels einer kleinen Druckerhöhungspumpe durch das Um kehrosmosemodul hindurchgeleitet. Beim Durchgang des Wassers durch die Umkehrosmosemembrane werden ein Großteil der im Wasser gelösten Salze sowie organische Stoffe und Keime von der Membrane zurückgehalten. Vor allem die zuletzt genannten Keime führen häufig zu Kritik an derartigen Anlagen, deren Nutzen für die Trinkwasserherstellung im übrigen im Bereich der Eigenwasserversorgung mit Brunnenwasser von häufig zu hohen Nitrat- und Pestizidkonzentrationen unstrittig ist.The non-drinking water to be treated is finest filter (pore size approx. 5 µm) cleaned and with network pressure or by means of a small booster pump through the um reverse osmosis module passed through. At the passage of the water through the reverse osmosis membrane a large part of the Salts dissolved in water as well as organic substances and germs from the membrane retained. Especially the latter Germs often lead to criticism of such systems, their Benefits for drinking water production in the area the own water supply with well water from frequent to high nitrate and pesticide concentrations is undisputed.
Auf der Membrane abgeschiedene Keime können nämlich durch diese hindurchwachsen und das zunächst reine Produktwasser auf unkontrollierbare Weise kontaminieren. Dies ist insbe sondere deshalb relevant, da das Produktwasser aufgrund der geringen Herstellgeschwindigkeit von ca. 10-50 l/d gesam melt und gespeichert werden muß, um einen vernünftigen Ent nahmevolumenstrom z. B. beim Kochen zu ermöglichen. Es ent steht also zwangsläufig Stagnation und somit günstige Bedin gungen für eine nachfolgende Keimvermehrung.Germs deposited on the membrane can pass through these grow through and the initially pure product water contaminate in an uncontrollable manner. This is especially true especially relevant because the product water due to the low production speed of approx. 10-50 l / d overall melt and must be saved to a reasonable ent volume flow z. B. to allow for cooking. It ent stands inevitably stagnation and therefore favorable conditions conditions for a subsequent germination.
Ein aufwendiges Verfahren zur Verhinderung dieser Keimver mehrung ist z. B. in DE 41 08 441 A1 offenbart, wo eine Kühlung des Umkehrosmosemoduls und des Produktwassers beschrieben wird. A complex process to prevent these germs More is z. B. in DE 41 08 441 A1, where a Cooling the reverse osmosis module and the product water is described.
Als Abhilfe wird bisher vorgeschlagen, das Produktwasser mit UV-Licht im Durchflußverfahren zu desinfizieren (s. "Mög lichkeiten der Sanierung von Einzeltrinkwasserversorgungsan lagen mit aufbereitungstechnischen Maßnahmen" im Auftrag des Ministeriums für Arbeit, Gesundheit und Soziales des Landes NRW durchgeführt vom IWW, Mühlheim an der Ruhr sowie DE 40 08 458 A1).As a remedy, it has been proposed to use the product water Disinfect UV light using the flow method (see "Mög Possibilities of rehabilitation of individual drinking water supply were involved in processing technology measures "on behalf of the Ministry of Labor, Health and Social Affairs of the country NRW carried out by IWW, Mühlheim an der Ruhr and DE 40 08 458 A1).
Die hierfür erforderliche UV-Anlage verteuert eine derartige Kleinstosmoseanlage jedoch um einen Faktor 2-3! Zusätzlich besteht die Gefahr, daß aus Nitrat, das die Membrane passie ren konnte (der Nitratschlupf liegt immerhin bei ca. 20 bis 40%), mittels des UV-Lichtes im Produktwasser das gefährli che Nitrit gebildet wird.The UV system required for this makes such a system more expensive Small-scale osmosis system, however, by a factor of 2-3! In addition there is a risk of nitrate passing through the membrane could (the nitrate slip is at least 20 to 40%), by means of the UV light in the product water che nitrite is formed.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfah ren der eingangs genannten Art vorzustellen, bei dem auf technisch einfache und dennoch zuverlässige Weise das Pro duktwasser der Kleinstosmoseanlage kostengünstig und ohne gefährliche Nebenprodukte desinfiziert werden kann.The object of the present invention is therefore a method of the type mentioned at the beginning technically simple yet reliable way the pro duct water of the small-dose system inexpensively and without dangerous by-products can be disinfected.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der nahezu konstante Produktwasserstrom auf ca. 70°C-90°C, erwärmt und anschließend wieder abgekühlt wird, wobei die Produktwassertemperatur so lange auf einem keimtötenden Ni veau gehalten wird, bis eine hinreichende Menge an Keimen im Produktwasser thermisch abgetötet ist.According to the invention this object is achieved in that the almost constant product water flow to approx. 70 ° C-90 ° C, is heated and then cooled again, the Product water temperature so long on a germicidal Ni veau is held until a sufficient amount of germs in the Product water is thermally killed.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren zur Produktwasserdesin
fektion wird das genannte Problem auf ebenso einfache wie
überraschende und preiswerte Weise gelöst:
Der bei Kleinstosmoseanlagen nahezu konstante Produktwasser
volumenstrom im Bereich von ca. 1-4 l/h wird kontinuier
lich, d. h. im Durchlauf auf eine keimtötende Temperatur im
Bereich von ca. 70-90°C,
erhitzt. Dies ist bei derartig kleinen Volumenströmen
mit geringem technischem Aufwand und mit geringem Energie
verbrauch ohne weiteres möglich. Da der Volumenstrom kon
stant ist, d. h. entweder permanent anfällt oder diskontinu
ierlich zwischen 0 und einem konstanten Wert geschaltet
wird, kann auch die Heizleistung auf 0 oder einem konstanten
Wert gehalten werden, wodurch ein Regelungsaufwand entfällt.
Das Konstanthalten der Produktwassertemperatur kann mit
Hilfe eines Thermoelements o. ä. bewirkt werden.The process according to the invention for product water disinfection solves the problem mentioned in a simple, surprising and inexpensive manner:
The product water volume flow in the range of approx. 1-4 l / h, which is almost constant in the case of small-scale osmosis systems, is continuously heated, ie in the course of a pass to a germicidal temperature in the range of approx. With such small volume flows, this is easily possible with little technical effort and with low energy consumption. Since the volume flow is constant, ie either occurs permanently or is switched discontinuously between 0 and a constant value, the heating output can also be kept at 0 or a constant value, which eliminates the need for regulation. The product water temperature can be kept constant with the help of a thermocouple or similar.
Die Abkühlung des Produktwassers geschieht in bevorzugter Weise mit Hilfe des Abwasserkonzentrates der Umkehrosmosean lage. Der Volumenstrom des Abwassers ist ca. 6 mal so groß wie der des Produktwassers. Der erforderliche Wärmetauscher kann hierbei nahezu drucklos betrieben werden.The cooling of the product water is done in a preferred manner Way with the help of the sewage concentrate of the reverse osmosis location. The volume flow of the wastewater is about 6 times as large like that of product water. The required heat exchanger can be operated almost without pressure.
Eine besonders bevorzugte Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens benutzt den Gesamtvolumenstrom vor dem Osmosemo dul, um das Produktwasser abzukühlen. Der Nachteil, daß der Wärmetauscher druckfest ausgeführt sein muß, wird von den Vorteilen, daß dieser Volumenstrom ca. 7 mal größer als der Produktwasserstrom ist und diesen somit besser abkühlen kann sowie durch den bei höheren Zulauftemperaturen verbesserten Wirkungsgrad der Umkehrosmosemembrane und die - wenn auch geringe - Energierückgewinnung in der Regel mehr als kompen siert. A particularly preferred variant of the invention The process uses the total volume flow before the Osmosemo dul to cool the product water. The disadvantage that the The heat exchanger must be designed to be pressure-resistant Advantages that this volume flow is about 7 times larger than that Product water flow and can therefore cool it better as well as the improved at higher inlet temperatures Efficiency of the reverse osmosis membrane and the - albeit low - energy recovery usually more than compensate siert.
Bei einer besonders einfachen Verfahrensvariante wird das Produktwasser mit elektrischem Strom erwärmt. Es sind aber auch andere Arten der Erwärmung denkbar, beispielsweise eine Gasbefeuerung nach Art eines Durchlauferhitzers oder eine Erwärmung des Produktwassers in geschwärzten Leitungsab schnitten mit Hilfe von Sonnenenergie.In a particularly simple process variant, this is Product water heated with electric current. But there are other types of heating are also conceivable, for example one Gas firing in the manner of a water heater or a Heating of the product water in blackened pipes cut with the help of solar energy.
Bevorzugt wird die Umkehrosmoseanlage permanent betrieben und die zur Erwärmung des Produktwassers erforderliche Heiz leistung ebenfalls im Dauerbetrieb erbracht, so daß ständig konstante Bedingungen herrschen.The reverse osmosis system is preferably operated permanently and the heating required to heat the product water performance also provided in continuous operation, so that constantly constant conditions prevail.
Bei einer besonders bevorzugten Variante ist vorgesehen, daß die Heizleistung konstant ist und geringfügige Abweichungen im Produktvolumenstrom durch geringfügige Temperaturschwan kungen kompensiert werden, wobei die Ziel-Temperatur so ge wählt wird, daß sie bei Berücksichtigung aller in Frage kom menden Toleranzen und betriebsbedingten Schwankungen immer im keimtötenden Bereich bleibt.In a particularly preferred variant it is provided that the heating output is constant and slight deviations in the product volume flow due to slight temperature fluctuations kungen be compensated, the target temperature so ge is chosen that they come into consideration considering all tolerances and operational fluctuations remains in the germicidal area.
Der erfindungsgemäße Betrieb der Umkehrosmoseanlage ist aber auch diskontinuierlich möglich, wobei dann gemäß einer be vorzugten Verfahrensvariante die Heizung synchron mit der Umkehrosmoseanlage ein- und ausgeschaltet wird, um eine Überhitzung der Heizvorrichtung in den Aus-Phasen zu vermei den.However, the operation of the reverse osmosis system according to the invention is also possible discontinuously, then according to a preferred process variant, the heating in sync with the Reverse osmosis system is switched on and off to a Avoid overheating the heater in the off phases the.
In den Rahmen der Erfindung fällt auch eine Kleinstosmosean lage mit einem Umkehrosmosemodul, mit dem aus zulaufendem Rohwasser ca. 10-50 l/d Produktwasser hergestellt werden kann, mit einer Erwärmungsvorrichtung, die den Produktwas serstrom auf auf ca. 70°C-90°C , erwärmen kann, und ei nem in Fließrichtung des Produktwassers der Erwärmungsvor richtung nachgeschalteten Wärmetauscher zur Abkühlung des Produktwasserstromes, wobei zwischen der Erwärmungsvorrich tung und dem Wärmetauscher eine Leitung vorgesehen ist, de ren Volumen so groß dimensioniert ist, daß die Produktwas sertemperatur so lange auf einem keimtötenden Niveau gehal ten wird, bis eine hinreichende Menge an Keimen im Produkt wasser thermisch abgetötet ist.A small osmosis falls within the scope of the invention with a reverse osmosis module, with the one coming from Raw water approx. 10-50 l / d product water can be produced can, with a heater that warms the product water current to about 70 ° C-90 ° C, and egg in the direction of flow of the product water direction downstream heat exchanger for cooling the Product water flow, being between the heating device device and the heat exchanger a line is provided, de volume is so large that the product was temperature at a germicidal level for so long until there is a sufficient amount of germs in the product water is thermally killed.
Wie bereits oben erwähnt, kann das Produktwasser im Wärme austauscher mit dem Konzentratwasser aus dem Umkehrosmosemo dul gekühlt werden. Alternativ dazu und bevorzugt kann das Produktwasser im Wärmeaustauscher mit dem zum Umkehrosmose modul strömenden Rohwasser gekühlt werden.As mentioned above, the product water can be in the heat Exchanger with the concentrate water from the reverse osmosis memo can be cooled. Alternatively, and preferably, that can Product water in the heat exchanger with the reverse osmosis module flowing raw water can be cooled.
Bei einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kleinstosmoseanlage kann das Produktwasser im Wärmeaustau scher mit der Umgebungsluft gekühlt werden. Diese Ausfüh rungsform ist technisch besonders einfach, jedoch ist die Kühlleistung entsprechend geringer als bei den anderen Aus führungsformen.In a further embodiment of the invention Small-scale osmosis system can heat the product water be cooled with the ambient air. This execution The form is technically particularly simple, but it is Cooling capacity correspondingly lower than the other off management forms.
Vorzugsweise weist die Erwärmungsvorrichtung eine elektri sche Heizeinrichtung auf. Bei einer besonders einfachen Aus führungsform ist in der elektrischen Heizeinrichtung ein me tallischer Heizdraht vorgesehen, der direkt vom zu erwärmen den Produktwasser umströmt wird.Preferably, the heating device has an electri heating device. With a particularly simple off The management form is a me in the electrical heating device metallic heating wire provided, which can be heated directly from the the product water flows around.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist als Ge häuse für den Wärmeaustauscher ein Standardfiltergehäuse vorgesehen, wie es z. B. auch für einen 5 µm-Feinfilter er forderlich ist. Damit ist der Wärmetauscher besonders preis günstig aus bereits vorhandenen Standardteilen herstellbar.In a further preferred embodiment, as Ge a standard filter housing for the heat exchanger provided as z. B. he also for a 5 micron fine filter is required. This makes the heat exchanger particularly affordable inexpensive to manufacture from existing standard parts.
Bei einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kleinstosmo seanlage ist eine Schlauchleitung im Inneren des vom Rohwas ser bzw. Konzentratwasser durchströmten Wärmetauscherbehäl ters vorgesehen, durch die das Produktwasser fließt und hierbei abgekühlt wird.In one embodiment of the small osmosis according to the invention The plant is a hose line inside the raw water water or concentrate water flowing through the heat exchanger container ters through which the product water flows and is cooled here.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung anhand der Zeichnung, die erfindungswesentliche Einzelheiten zeigt, und aus den Ansprüchen. Die einzelnen Merkmale können jeweils für sich oder zu mehreren in belie bigen Kombinationen bei Ausführungsformen der Erfindung ver wirklicht sein. Es zeigen:Further features and advantages of the invention result from the following description of exemplary embodiments of the Invention with reference to the drawing, the essential to the invention Shows details, and from the claims. The single ones Characteristics can be used individually or in groups bige combinations in embodiments of the invention be real. Show it:
Fig. 1 ein Funktionsschema einer Ausführungsform der er findungsgemäßen Vorrichtung mit Produktwasserküh lung durch konzentriertes Abwasser; Figure 1 is a functional diagram of an embodiment of the device according to the invention with product water cooling by concentrated waste water.
Fig. 2 ein Funktionsschema einer weiteren Ausführungsform mit Produktwasserkühlung durch zulaufendes Rohwas ser; Figure 2 is a functional diagram of another embodiment with product water cooling by incoming Rohwas water.
Fig. 3 einen schematischen Längsschnitt durch die Erwär mungsvorrichtung; und Fig. 3 is a schematic longitudinal section through the heating device; and
Fig. 4 einen schematischen Längsschnitt mit Strömungssche ma eines Wärmetauschers unter Verwendung eines Standard-Filtergehäuses. Fig. 4 is a schematic longitudinal section with a flow diagram of a heat exchanger using a standard filter housing.
Fig. 1 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungs gemäßen Kleinstosmoseanlage. Über eine Zuleitung 1 gelangt Rohwasser in ein Umkehrosmosemodul 2. Das Produktwasser aus dem Umkehrosmosemodul 2 strömt über eine Leitung 3 in eine Erwärmungsvorrichtung 4, in der das Produktwasser von z. B. 10°C auf ca. 70-80°C erwärmt wird. Über eine weitere Leitung 5 fließt das erwärmte Produktwasser in einen Wärme tauscher 6, in dem es vom Konzentratwasser aus dem Umkehros mosemodul 2 auf ca. 16-18°C abgekühlt wird. Das desinfi zierte und abgekühlte Produktwasser fließt über eine Abfluß leitung 7 zum Verbraucher bzw. zu einem nicht dargestellten Speicherbehälter. Über eine Leitung 8 und ein Druckhalteven til 10 fließt das Konzentrat in den Wärmetauscher 6 und zum Kanal 9. Ein solches Druckhalteventil 10 ist aber nicht unbedingt erforderlich. Fig. 1 shows a preferred embodiment of the small-dose system according to the Invention. Raw water reaches a reverse osmosis module 2 via a feed line 1 . The product water from the reverse osmosis module 2 flows via a line 3 into a heating device 4 , in which the product water from e.g. B. 10 ° C to about 70-80 ° C. Via a further line 5 , the heated product water flows into a heat exchanger 6 , in which it is cooled to about 16-18 ° C. by the concentrate water from the reverse mosemodule 2 . The disinfected and cooled product water flows through a drain line 7 to the consumer or to a storage tank, not shown. Via a line 8 and a pressure holding valve 10 , the concentrate flows into the heat exchanger 6 and to the channel 9 . Such a pressure maintaining valve 10 is not absolutely necessary.
Fig. 2 zeigt eine besonders bevorzugte Ausführungsform. Über die Leitung 1 gelangt das Rohwasser in den Wärmetauscher 6 und wird durch das Produktwasser erwärmt. Dieses erwärmte Rohwasser strömt über eine Leitung 11 in das Umkehrosmosemo dul 2. Das Konzentrat verläßt das Modul 2 über die Leitung 8, das Druckhalteventil 10 und fließt in den Kanal 9. Das Produktwasser fließt über eine Leitung 12 zur Erwärmungsvor richtung 4, in der es von ca. 10°C auf ca. 70°C erwärmt wird und über die Leitung 5 im erwärmten Zustand zum Wärme tauscher 6. Hier wird ein Teil der in der Erwärmungsvorrich tung 4 zugeführten Energie zurückgewonnen. Das abgekühlte Produktwasser fließt über die Leitung 7 zum Verbraucher bzw. zum nicht dargestellten Speicherbehälter. Der Wärmetauscher 6 kann in Fließrichtung des Rohwassers sowohl vor als auch nach einem (in Fig. 2 nicht dargestellten) 5 µm-Feinfilter angeordnet sein. Fig. 2 shows a particularly preferred embodiment. The raw water reaches the heat exchanger 6 via the line 1 and is heated by the product water. This heated raw water flows through a line 11 into the reverse osmosis module 2 . The concentrate leaves the module 2 via the line 8 , the pressure control valve 10 and flows into the channel 9 . The product water flows via a line 12 to the heating element 4 , in which it is heated from approximately 10 ° C. to approximately 70 ° C. and via the line 5 in the heated state to the heat exchanger 6 . Here, part of the energy supplied in the heating device 4 is recovered. The cooled product water flows via line 7 to the consumer or to the storage tank, not shown. The heat exchanger 6 can be arranged in the flow direction of the raw water both before and after a 5 μm fine filter (not shown in FIG. 2).
Bevorzugt arbeitet die Erwärmungsvorrichtung 4 mit elektri schem Strom und besonders bevorzugt wird ein metallischer Heizdraht 14 direkt vom zu erwärmenden Produktwasser, das von einer Vorrichtungsgehäusewand 13 umschlossen ist, um strömt (Fig. 3).Preferably, the heating device 4 works with electrical current and particularly preferably a metallic heating wire 14 flows directly from the product water to be heated, which is enclosed by a device housing wall 13 ( FIG. 3).
Als Gehäuse für den Wärmetauscher wird insbesondere, wenn dieser druckfest sein muß, ein Standard-Filtergehäuse 15 verwendet, wie es z. B. auch für einen 5 µm-Feinfilter erfor derlich ist (Fig. 4). Das Produktwasser strömt durch eine Schlauchleitung 16 und wird von dem die Schlauchleitung 16 umströmenden Rohwasser bzw. Konzentratwasser abgekühlt. As a housing for the heat exchanger, a standard filter housing 15 is used, in particular if this must be pressure-resistant, as is the case for B. is also necessary for a 5 micron fine filter ( Fig. 4). The product water flows through a hose line 16 and is cooled by the raw water or concentrate water flowing around the hose line 16 .
Damit das Produktwasser lange genug auf der keimtötenden Temperatur gehalten werden kann, wird die Leitung 5 entspre chend großvolumig dimensioniert und gegebenenfalls zusätz lich isoliert.So that the product water can be kept long enough at the germicidal temperature, the line 5 is dimensioned accordingly large volume and if necessary additionally insulated.
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