DE9106125U1 - Anlage zum Entgasen von Wasser, insbesondere kohlendioxidhaltigem Trinkwasser - Google Patents

Anlage zum Entgasen von Wasser, insbesondere kohlendioxidhaltigem Trinkwasser

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Description

Gesthiiysen &. von Rohr
Die Erfindung betrifft eine Anlage zum Entgasen von Wasser, insbesondere von kohlendioxidhaltigem Trinkwasser, mit einem das zu entgasende Wasser enthaltenden Behälter.
Wasser hat wie andere Flüssigkeiten die Eigenschaft, verschiedene Gase entsprechend ihrem Druck und ihrer Temperatur in unterschiedlichen Konzentrationen zu lösen. Daher sind im Wasser, bedingt durch seine natürliche Herkunft, verschiedene Gase gelöst. Im Wasser, das zur Herstellung von Trinkwasser verwendet wird, ist die Anwesenheit von Gasen, beispielsweise von Sauerstoff, häufig erwünscht. Durch gelöstes Kohlendioxid jedoch erhält das Wasser - insbesondere bei hohen Kohlendioxid-Konzentrationen - aggressive, korrosionsfördernde Eigenschaften. Hierdurch werden nicht nur die Werkstoffe der Behälter, Rohrleitungen und sonstiger Teile von Versorgungsanlagen angegriffen und zerstört. Durch die Korrosionsprodukte kann auch die Qualität des Trinkwassers ästhetisch (Braunfärbung und Trübung durch Rost) und hygienisch (hohe Gehalte an Schwermetallen) beeinträchtigt werden. Um eine Verschlechterung der Trinkwasserqualität zu vermeiden, begrenzen gesetzliche Vorschriften, z. B. die Trinkwasserverordnung, unter Berücksichtigung der anderen Inhaltsstoffe des Wassers die Kohlendioxid-Konzentration auf maximal zulässige Werte.
Die Einstellung einer korrosions-chemisch tolerierbaren Kohlendioxid-Konzentration, auch als Entsäuerung oder Entgasung bezeichnet, geschieht durch prinzipiell unterschiedliche, nämlich durch chemische und physikalische Verfahren.
Bei der chemischen Entsäuerung werden dem Wasser Chemikalien zugesetzt, die das Kohlendioxid als Hydrogenkarbonat oder als Karbonat binden. Die chemischen Verfahren haben stets den Nachteil, daß Reaktionsprodukte in das Trinkwasser gelangen, die teilweise unerwünscht sein können.
Gesthuyseii & von Rohr
Bei der physikalischen Entgasung wird der Austrieb von Kohlendioxid aus dem Wasser beispielsweise dadurch erreicht, daß zunächst die Löslichkeit des Gases im Wasser durch Erhöhen der Temperatur verringert wird. Anschließend wird der Druck vermindert, wodurch heftiges Sieden hervorgerufen wird. Die durch diese Maßnahme frei gewordenen Gase werden durch eine separate Gaspumpe abgesaugt.
Die beiden zuvor erläuterten Verfahren zur Entsäuerung bzw. zur Entgasung von Wasser - Entsäuerung durch chemische Reaktion und Entgasung durch Erhitzung - sind wegen der zuzusetzenden Chemikalien bzw. der aufzubringenden Wärme umweltbelastend bzw. recht teuer.
A Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es nun, eine Anlage zur Entgasung von Wasser, insbesondere zur Entgasung von kohlendioxidhaltigem Trinkwasser, anzugeben, mit der eine einerseits umweltfreundliche und andererseits technisch einfache, also auch preiswerte Entgasung von Wasser möglich ist.
Die erfindungsgemäße Anlage, bei der die zuvor aufgezeigte Aufgabe gelöst ist, ist nun zunächst und im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, daß eine in den Behälter führende Zuführleitung und innerhalb des Behälters mindestens ein Einblaselement mit einer Vielzahl von Einblasöffnungen zum Zuführen und Einblasen von Luft vorgesehen sind. Vorzugsweise ist vor der Zuführleitung, innerhalb der Zuführleitung oder hinter der Zuführleitung ein Verdichter vorgesehen, mit dem ein Luftdruck von etwa 0,2 bis 1,5 m Wassersäule erzielt werden kann. Bei der erfindungsgemäßen Anlage tritt die Luft durch die Einblasöffnungen des Einblaselements bzw. der Einblaselemente in Form von Luftbläschen in das Wasser ein. Dabei entstehen zwischen den Oberflächen der Luftbläschen und dem Wasser Phasengrenzflächen, an denen ein Ausgleich der Kohlendioxid-Konzentration zwischen dem Wasser und der zugeführten Luft stattfindet. Dieser Ausgleich erfolgt durch Diffusion von dem kohlendioxidreichen Wasser hin zu der kohlendioxidarmen Luft. Die so mit
Gesth*üysQn'& von Rohr. ..'-
Kohlendioxid angereicherten Luftbläschen steigen dann an die Oberfläche des Wassers auf und entweichen in die Umgebungsluft.
Ausgestaltungen und Weiterbildung der Lehre der Erfindung ergeben sich aus den nachgeordneten Schutzansprüchen und aus der folgenden Beschreibung von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen. In der Zeichnung zeigt
Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anlage zum Entgasen von Wasser,
Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anlage zum Entgasen von Wasser,
Fig. 3 Einblaselemente der in Fig. 2 dargestellten Anlage und
Fig. 4 ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anlage zum Entgasen von Wasser.
Die in den Fig. 1, 2 und 4 dargestellten Anlagen sind bestimmt zum Entgasen von Wasser, insbesondere von kohlendioxidhaltigem Trinkwasser, und weisen zunächst einen das zu entgasende Wasser enthaltenden bzw. von dem zu entgasenden Wasser durchströmten Behälter 1 auf. Erfindungsgemäß sind eine in den Behälter 1 führende Zuführleitung 3 und innerhalb des Behälters 1 mehrere Einblaselemente 4 mit einer Vielzahl von Einblasöffnungen zum Zuführen und Einblasen von Luft vorgesehen. In den dargestellten Ausführungsbeispielen ist vor der Zuführleitung 3 noch ein Verdichter 2 vorgesehen, mit der die Luft auf einen Druck von vorzugsweise 0,2 bis 1,5 m Wassersäule gebracht wird.
Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Zuführleitung 3 im unteren Bereich des Behälters 1 in den Behälter 1 hineingeführt, so daß
Gesth*i-iysen & von Röhr
die Einblaselemente 4 im Bodenbereich des Behälters 1 liegen. Demgegenüber sind bei den in den Fig. 2 und 3 dargestellten Ausführungsbeispielen die Zuführleitung 3 und die Einblaselemente 4 von oben her in den Behälter 1 hineingehängt. Dabei ist die Zuführleitung 3 verzweigt und sind zwischen der Zuführleitung 3 und den Einblaselementen 4 Anschlußelemente 5 sowie Verbindungselemente 6 und 7 vorgesehen.
Die Gesamtheit von Zuführleitung 3 und Einblaselementen 4 kann durch die Anschlußelemente 5 sowie die Verbindungselemente 6 und 7 ganz unterschiedlich gestaltet werden, wie ein Vergleich der Fig. 2 und 3 zeigt. Insbesondere empfiehlt es sich, die Zuführleitung 3 einerseits und die Einblaselemente 4 andererseits lösbar miteinander zu verbinden.
In allen dargestellten Ausführungsbeispielen sind die Einblaselemente 4 rohrförmig ausgeführt. Denkbar ist jedoch auch eine plattenförmige Ausführung der Einblaselemente.
Die Geschwindigkeit des Gasaustausches zwischen dem Wasser und der durch die Einblaselemente 4 in den Behälter 1 eingeblasenen Luft wird nun im wesentlichen durch zwei Faktoren bestimmt, nämlich zum einen durch das Kohlendioxid-Konzentrationsgefälle zwischen dem Wasser und der Luft und zum anderen durch die Größe der Phasengrenzfläche zwischen dem Wasser und der Luft. Bei einer vorgegebenen Konzentration an Kohlendioxid im Wasser kann der Kohlendioxidaustrieb nur durch die Größe der Phasengrenzfläche zwischen dem Wasser und der Luft beeinflußt werden. Die Größe der Phasengrenzfläche kann einfach durch Erhöhung des Volumenstroms der eingeblasenen Luft erfolgen. Erfindungsgemäß wird jedoch die Phasengrenzfläche dadurch erhöht, daß die Luft in Form besonders feiner Luftbläschen in den Behälter 1 eingeblasen wird. Dabei erhöht sich die Phasengrenzfläche bei gleichbleibendem eingeblasenen Luftvolumen umgekehrt proportional zum Radius der Luftbläschen. Anders ausgedrückt kann die Phasengrenzfläche zwischen dem Wasser und der Luft verfünfzehnfacht werden, wenn der Durchmesser der eingeblasenen Luft-
GestKuysen"& von Rohr ,
bläschen von 3 mm auf 0,2 mm verringert wird. Im hier dargestellten und insoweit bevorzugten Ausführungsbeispiel weisen die Einblaselemente 4 Einblasöffnungen mit einem Durchmesser von 25 bis 250 pm auf. Bevorzugt angewendet werden Einblaselemente 4 mit folgenden mittleren Porendurchmessern (Werte in Klammern: kleinste und größte Porendurchmesser): 80 pm (50 .. 110 pm), 140 pm (100 ... 170 pm) und 200 pm (170 ... 220 pm). Vorteilhafterweise sind die Einblaselemente 4 aus Sintermaterial mit einer entsprechenden Porengröße hergestellt.
Der Druck, mit dem die Luft in das in den Behälter 1 befindliche Wasser eingeblasen wird, hängt davon ab, wie weit unter der Wasseroberfläche die Einblaselemente 4 angeordnet sind. Im hier dargestellten und insoweit bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die Einblaselemente 4 in dem Behälter 1 zwischen 0,20 und 1,50 m, vorzugsweise zwischen 0,20 und 0,30 m unter der Wasseroberfläche angeordnet. Daraus ergeben sich Einblasdrücke von zwischen 0,2 und 1,5 m Wassersäule, auf die die einzublasende Luft vom Verdichter gebracht werden muß.
Im in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Einblaselemente 4 nicht auf einer Höhe unter der Wasseroberfläche angeordnet, so daß sich für die unterschiedlichen Einblaselemente 4 auch unterschiedliche Einblasdrükke ergeben. Entsprechend sind hier Drosseln 8 zur Reduzierung des Luftdrukkes vorgesehen. Die Drosseln 8 sind zwischen der Zuführleitung 3 und den Einblaselementen 4 angeordnet.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird Luft in das kohlendioxidhaltige, zu entgasende Wasser in Form kleiner Luftbläschen eingeblasen. An der Phasengrenzfläche zwischen dem kohlendioxidreichen Wasser und der kohlendioxidarmen Luft diffundiert das Kohlendioxid aufgrund des Konzentrationsgefälles in die Luft hinein, steigt mit den Luftbläschen an die Oberfläche des Wassers auf und entweicht in die Umgebung. Mit der erfindungsgemäßen Anlage ist entsprechend eine preiswerte und umweltgerechte Entgasung von kohlendioxidhaltigem Wasser möglich.
Gesthüysen & von Rohr
Die Entgasung von Wasser mit der zuvor beschriebenen Anlage hat den zusätzlichen vorteilhaften Effekt, daß das Wasser bei der Entgasung auch umgewälzt wird. Das liegt daran, daß das Wasser durch die Diffusion von Kohlendioxid in die Luftbläschen hin eine partielle Dichteänderung erfährt, wobei das Wasser aus Bereichen geringerer Dichte an die Oberfläche aufsteigt, während Wasser aus Bereichen höherer Dichte an den Boden des Behälters 1 absinkt.

Claims (20)

Gesth'tiysen & von Rohr Schutzansprüche:
1. Anlage zum Entgasen von Wasser, insbesondere von kohlendioxidhaltigem Trinkwasser, mit einem das zu entgasende Wasser enthaltenden Behälter, dadurch gekennzeichnet, daß eine in dem Behälter (1) führende Zuführleitung (3) und innerhalb des Behälters (1) mindestens ein Einblaselement (4) mit einer Vielzahl von Einblasöffnungen zum Zuführen und Einblasen von Luft vorgesehen sind.
2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Zuführleitung (3), innerhalb der Zuführleitung oder hinter der Zuführleitung ein Verdichter (2) vorgesehen ist.
3. Anlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführleitung (3) im unteren Bereich des Behälters (1) in den Behälter (1) hineingeführt ist.
4. Anlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführleitung (3) und die Einblaselemente (4) von oben her in den Behälter (1) hineingehängt sind.
5. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführleitung (3) und die Einblaselemente (4) miteinander lösbar verbunden sind.
6. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einblaselemente (4) rohrförmig ausgeführt sind.
7. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einblaselemente plattenförmig ausgebildet sind.
Gesthuysen & von Rohr
8. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Einblaselemente (4) durch Verbindungsstücke (7) miteinander verbunden sind.
9. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Einblaselemente (4) endseitig geschlossen sind.
10. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Einblasöffnungen der Einblaselemente (4) einen Durchmesser von 25 bis 250 um aufweisen.
11. Anlage nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Einblasöffnungen der Einblaselemente (4) Durchmesser von 50 bis 110 pm aufweisen.
12. Anlage nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Einblasöffnungen der Einblaselemente (4) einen mittleren Durchmesser von 80 pm aufweisen.
13. Anlage nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Einblasöffnungen der Einblaselemente (4) Durchmesser von 100 bis 170 pm aufweisen.
14. Anlage nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Einblasöffnungen der Einblaselemente (4) einen mitteleren Durchmesser von 140 Mm aufweisen.
15. Anlage nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Einblasöffnungen der Einblaselemente (4) einen Durchmesser von 170 bis 220 um aufweisen.
16. Anlage nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Einblasöffnungen der Einblaselemente (4) einen mittleren Durchmesser von 200 um aufweisen.
Gesthuyseri & von Rohr
17. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Einblaselemente (4) zwischen 0,20 und 1,50 m unter der Wasseroberfläche angeordnet sind.
18. Anlage nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Einblaselemente (4) zwischen 0,20 und 0,30 m unter der Wasseroberfläche angeordnet sind.
19. Anlage nach einem der Ansprüche 2 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß Drosseln (8) zur Reduzierung des Luftdruckes vorgesehen sind.
20. Anlage nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosseln (8) zwischen der Zuführleitung (3) und den Einblaselementen (4) vorgesehen sind.
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