DE4428147A1

DE4428147A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Trinkwasseraufbereitung

Info

Publication number: DE4428147A1
Application number: DE19944428147
Authority: DE
Inventors: Peter Ensenauer
Original assignee: BWT Wassertechnik GmbH
Current assignee: BWT Wassertechnik GmbH
Priority date: 1994-08-09
Filing date: 1994-08-09
Publication date: 1996-02-15

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufbereiten von Trinkwasser, insbesondere von Tafel- und Mineral wasser, bei welchem ein ozonzehrende Inhaltsstoffe, wie Schwermetallionen, und gegebenenfalls Halogenidionen enthaltender Rohwasserstrom unter Überführung zumindest eines Teils der Inhaltsstoffe in eine filtrierbare Form ozont und anschließend unter Bildung von Reinwasser filtriert wird. Die Erfindung betrifft weiter eine Vor richtung zur Durchführung des genannten Verfahrens.

Mineralwässer enthalten häufig gelöste Schwermetallio nen, wie beispielsweise Fe²⁺- und Mn²⁺-Ionen, die durch nachträgliche Ausfällung zu einem Beeinträchtigung des Geschmacks und/oder zu einer Verfärbung des Wassers führen können. Zur Entfernung der Schwermetalle ist es bekannt, das Rohwasser zu ozonen, d. h. mit Ozon zu be aufschlagen und dadurch die gelösten Eisen- und/oder Manganionen zu oxidieren und in filtrierbare, in Wasser schwer oder unlösliche Verbindungen überzuführen (DE-A-40 28 045). Auf der Anionenseite enthalten Mineralwäs ser häufig einen relativ hohen Halogenidanteil, wozu erfahrungsgemäß auch Bromidionen mit einem Anteil von 0,1 bis 1% der Chloridionen gehören. Bei Vorhandensein von Ozon kann Bromid in mehreren Reaktionsstufen unter Bildung von Hypobromit zu Bromat oxidiert werden:

Die Bildung von Bromationen hängt im wesentlichen von der Ozonkonzentration und der Reaktionsdauer ab. Bro mationen haben sich im Tierversuch als karzinogen er wiesen, so daß auch für den menschlichen Organismus von einer Krebsbildungsgefahr auszugehen ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu entwickeln, womit die Bromatbildung beim Ozonen von halogenidhaltigem Trink wasser reduziert werden kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe werden die in den Patentan sprüchen 1 und 5 angegebenen Merkmale vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

Der Erfindung liegt einmal die Erkenntnis zugrunde, daß durch eine PH-Reduzierung der vorstehend aufgeführte Reaktionsmechanismus unter Reduzierung der Bromataus beute gesteuert werden kann. Um dies zu ermöglichen, wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, daß dem Rohwas serstrom vor dem und/oder beim Ozonen mit Kohlendioxid beaufschlagt wird, und zwar zweckmäßig in einer solchen Menge, daß sich ein pH-Wert von 5,8 bis 6,5 einstellt. Versuche haben gezeigt, daß beim Ozonen von Trinkwasser allein mit dieser Maßnahme eine Reduzierung der Bromat bildung um etwa 50% erzielt werden kann. Diese Maßnah me reicht aber bei halogenidreichem Wasser unter Berück sichtigung der für die Wasseraufbereitung erforderli chen Ozonkonzentrationen häufig nicht aus, um die Bro matbildung unter den vorgeschriebenen Grenzwerten von 25 bzw. 10 µg/l zu halten.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht dem gemäß vor, daß das Kohlendioxid einem zum Ozonen ver wendeten ozonhaltigen Gasgemisch in Gasform beigemischt und zusammen mit diesem dem Rohwasser zugeführt wird. Es hat sich gezeigt, daß mit dieser Maßnahme die Bro matbildung überraschend auf mit der heutigen Analysen technik nicht mehr meßbare Werte von weniger als 3 µg/l reduziert werden kann, ohne daß es zu einer spürbaren Reduzierung des Ozonungseffekts bei der Oxidation der Schwermetallionen kommt.

Eine weitere Verbesserung in dieser Hinsicht kann da durch erzielt werden, daß dem mit Kohlendioxid ange säuerten und ozonten Rohwasserstrom ozonzehrendes Roh wasser vorzugsweise mit höherem pH-Wert nach Maßgabe eines vor der Filtration einzustellenden Restozonge halts zudosiert wird, wobei der Restozongehalt so ein gestellt werden kann, daß er beim anschließenden Fil trieren vollständig gezehrt wird. Damit wird einmal die Aufenthaltsdauer von Ozon im Rohwasser, die zur Förde rung der Bromatbildung führen könnte, auf ein Minimum reduziert. Zum anderen erhält man dadurch eine natürli che pH-Wertanhebung. Bei Mineralwässern, die ohnehin mit Kohlendioxid versetzt werden, ist dies nicht unbe dingt notwendig, wohl aber bei neutralen Trink- oder Tafelwässern. Vor allem bei weichen Wässern kann eine weitere pH-Werterhöhung dadurch erzielt werden, daß das Reinwasser in einem Filter aus dolomitischem Material, insbesondere in einem Kalkbett, unter pH-Erhöhung auf gehärtet wird.

Bei einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungs gemäßen Verfahrens, in welcher ein ozonzehrende Inhalts stoffe enthaltender Rohwasserstrom an einer Impfstelle über einen Ozonerzeuger mit einem ozonhaltigen Gasge misch beaufschlagbar und anschließend unter Bildung von Reinwasser in einem Filter filtrierbar ist, wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, daß zwischen Ozonerzeuger und Impfstelle eine von dem ozonhaltigen Gasgemisch durchströmte, mit gasförmigem Kohlendioxid beaufschlag bare Mischstrecke angeordnet ist.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vor der Impfstelle ein Bypass vom Rohwas serstrom abgezweigt, der hinter der Impfstelle vorzugs weise über ein motorisch verstellbares Regelventil in den Rohwasserstrom mündet.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung in schematischer Weise dargestellten Ausfüh rungsbeispiels näher erläutert. Die einzige Figur zeigt das Fließschema einer Mineralwasseraufbereitungsanlage.

In der Mineralwasseraufbereitungsanlage wird ein mit tels einer Pumpe 10 durch eine Rohwasserleitung 12 ge förderter Rohwasserstrom an einer Impfstelle 14 mit Ozon aus einem Ozonerzeuger 16 beaufschlagt und an schließend einem Kiesfilter 18 zugeführt, an dessen Auslaß 19 das Reinwasser beispielsweise zur Flaschenab füllung abgezogen wird. Dem ozonhaltigen Gasgemisch aus dem Ozonerzeuger 16 wird in einer Gasmischstrecke 15 gasförmiges Kohlendioxid aus einem Druckbehälter 17 zugemischt, bevor das Gasgemisch über den Injektor 14 dem Rohwasserstrom zugeführt wird. Für eine ausreichen de Durchmischung der an der Injektionsstelle 14 einge brachten Gase mit dem Rohwasser sorgt eine statische Mischstrecke 21. Das beigemischte Kohlendioxid redu ziert die Ozonkonzentration im Gasgemisch und führt zu einer PH-Erniedrigung im Rohwasser mit dem Ergebnis, daß eine unerwünschte Bromatbildung beim Ozonen des gegebenenfalls halogenidhaltigen Wassers weit unter die Zulässigkeitsgrenze reduziert wird.

Vor der Impfstelle 14 zweigt ein an der Stelle 28 wie der in die Rohwasserleitung 12 mündender Bypass 20 ab, durch den ein Teil des ozonfreien Rohwassers gegebenen falls über ein motorisch verstellbares Regelventil 22 dem ozonten Rohwasserteilstrom zudosiert werden kann. Das Regelventil 22 wird über einen Regler 24 angesteu ert, der mit den von einem Meßgerät 26 ermittelten Meß werten des Restozongehalts im Rohwasserstrom vor Ein tritt in den Kiesfilter 18 beaufschlagt wird.

Die Messung des Restozongehalts erfolgt dadurch, daß ein Luftstrom am Rohwasserstrom bzw. an einem an der Meßstelle 30 aus dem Rohwasserstrom abgezweigten Teil strom vorbeigeführt wird, wobei der Luftstrom entspre chend dem Henry′schen Gesetz Ozon aus dem Rohwasser strom aufnimmt. Der zum Ozongehalt im Rohwasserstrom proportionale Ozongehalt des Luftstroms wird kontinuier lich durch Spektralanalyse bestimmt. Durch die Einstel lung eines definierten Restozonwerts wird dafür gesorgt, daß das an dem Kiesfilter 18 austretende Reinwasser ozonfrei ist.

Eine zwischen der Einmündung 28 der Bypassleitung 20 und dem Kiesfilter 18 angeordnete statische Misch strecke 32 sorgt für eine gute Durchmischung der beiden Wasserströme.

Zur Begrenzung und Grobeinstellung der Durchflußmengen sind sowohl in der Rohwasserleitung 12 als auch im By pass 20 Handeinstellventile 34 bzw. 36 vorgesehen. Bei gleichbleibender Rohwasserqualität, beispielsweise bei Mineralwasserquellen, kann auf das Regelventil 22 und den Regler 24 auch verzichtet werden. Es reicht dort aus, wenn die Strömungsverhältnisse im Hauptstrom und im Bypass über die Handeinstellventile 34, 36 anhand der Restozonmessung an der Meßstelle 30 einjustiert werden. In Strömungsrichtung hinter den Handeinstellventilen 34,36 angeordnete Volumenstrommeßgeräte 38 bzw. 40 die nen der Ermittlung der Durchflußmengen im jeweiligen Teilstrom. Ein in Strömungsrichtung hinter dem Ozonin jektor 14 in der Rohwasserleitung 12 angeordneter Aus gasebehälter 42 erlaubt das Abziehen von überschüssigem Ozon. Am Auslaß 19 des Kiesfilters 18 befindet sich ei ne Sonde 44, mit der das Redox-Potential des Reinwas sers und damit dessen Ozonfreiheit überwacht wird.

Ausführungsbeispiele:

Ein Rohwasser (Mineralwasser) mit den in der nachste henden Tabelle aufgeführten Analysenwerten wird in ei ner Versuchsanlage gemäß Zeichnung nach verschiedenen Methoden ozont und anschließend in einem Sandfilter mit einer Schichthöhe von 1,4 m und Sand nach DIN 19623 mit einer Korngröße von 0,7 bis 1,2 mm bei einem Durchsatz von 15 m³/hm² gefiltert:

Versuch I

Das Rohwasser wurde bei geschlossenem Bypass ventil 36 mit Ozon ohne CO₂-Zusatz behandelt.

Versuch II

Durch entsprechende Einstellung der Ventile 34, 36 wurden 40% des Rohwasser-Volumenstroms mit Ozon ohne CO₂-Zusatz behandelt und mit 60% des nichtozonten Rohwassers vermischt.

Versuch III

40% des Volumenstroms wurden mit CO₂ be handelt und auf pH 6,0 bis 6,1 gestellt, danach mit ozonhaltiger Luft versetzt und anschließend mit 60% des nichtozonten Rohwassers vermischt.

Versuch IV

40% des Volumenstroms wurden mit einem Gasgemisch aus CO₂ und ozonhaltiger Luft behandelt und auf pH 6,0 bis 6,1 gestellt und anschließend mit 60% des nichtozonten Rohwassers vermischt.

Die wichtigsten Analysenwerte des Rohwassers und der Reinwässer nach den Versuchen I bis IV sind in der nachstehenden Tabelle aufgelistet:

Die Analysenwerte zeigen, daß bei der Ozonbehandlung des bromidhaltigen Rohwassers die Bromatbildung durch gasförmigen CO₂-Zusatz in die ozonhaltige Luft (Versuch IV) weit unter die vorgeschriebenen Grenzwerte redu ziert werden konnte.

Zusammenfassend ist folgendes festzustellen: Die Erfin dung bezieht sich auf ein Verfahren zur Aufbereitung von Trinkwasser, insbesondere von Tafel- oder Mineral wasser, bei welchem ein ozonzehrende Inhaltstoffe ent haltender Rohwasserstrom unter Überführen zumindest ei nes Teils der Inhaltstoffe in eine filtrierbare Form mit Ozon beaufschlagt und anschließend unter Bildung von Reinwasser filtriert wird. Um eine unerwünschte Bromatbildung bei halogenidhaltigen Rohwässern zu ver meiden, wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, daß dem Rohwasserstrom beim Ozonen zusätzlich Kohlendioxid zu gemischt wird.

Claims

1. Verfahren zur Aufbereitung von Trinkwasser, insbe sondere von Tafel- und Mineralwasser, bei welchem ein ozonzehrende Inhaltstoffe, wie Schwermetallio nen, und gegebenenfalls Halogenidionen enthaltender Rohwasserstrom unter Überführen zumindest eines Teils der Inhaltsstoffe in eine filtrierbare Form ozont und anschließend unter Bildung von Reinwasser filtriert wird, dadurch gekennzeichnet, daß dem Rohwasserstrom vor dem und/oder beim Ozonen Koh lendioxid beigemischt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kohlendioxid einem zum Ozonen verwendeten ozonhaltigen Gasgemisch in Gasform beigemischt und zusammen mit diesem dem Rohwasser zugeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß Kohlendioxid in einer solchen Menge dem Rohwasserstrom zugeführt wird, daß sich dort ein pH-Wert von 5,8 bis 6,5 einstellt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem mit Kohlendioxid angesäuer ten und ozonten Rohwasserstrom ozonzehrendes Roh wasser vorzugsweise mit höherem pH-Wert nach Maßga be eines vor der Filtration einzustellenden Rest ozongehalts zudosiert wird, wobei der Restozonge halt so eingestellt wird, daß er beim anschließen den Filtrieren vollständig gezehrt wird.

5. Vorrichtung zur Aufbereitung von Trinkwasser, ins besondere von Tafel- und Mineralwasser, in welcher ein ozonzehrende Inhaltstoffe enthaltender Rohwas serstrom an einer Impfstelle (14) über einen Ozon erzeuger (16) mit einem ozonhaltigen Gasgemisch be aufschlagbar und anschließend unter Bildung von Reinwasser in einem Filter (18) filtrierbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Ozonerzeuger (16) und Impfstelle (14) eine von dem ozonhaltigen Gasgemisch durchströmte, mit gasförmigem Kohlendio xid beaufschlagte Mischstrecke (15) angeordnet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch einen vor der Impfstelle (14) vom Rohwasserstrom (12) abgezweigten Bypass (20), der hinter der Impf stelle (14) vor dem Filter (18), vorzugsweise über ein Regelventil (22), in den ozonten Rohwasserstrom (12) mündet.