EP1409417A1 - Verfahren und vorrichtung zur desinfektion von wasser - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur desinfektion von wasser

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EP1409417A1
EP1409417A1 EP02740755A EP02740755A EP1409417A1 EP 1409417 A1 EP1409417 A1 EP 1409417A1 EP 02740755 A EP02740755 A EP 02740755A EP 02740755 A EP02740755 A EP 02740755A EP 1409417 A1 EP1409417 A1 EP 1409417A1
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EP
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water
disinfection
ions
term
copper
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Withdrawn
Application number
EP02740755A
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Inventor
Karl-Johann Klein
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    • Y02A20/212—Solar-powered wastewater sewage treatment, e.g. spray evaporation

Definitions

  • the present invention relates to a method for the continuous disinfection of water, including drinking, bathing and industrial water, comprising a filtration step, a short-term disinfection step and a long-term disinfection step with the addition of noble metal ions.
  • the invention further relates to a device suitable for such a method.
  • the water can be disinfected.
  • the most frequently used disinfectant by far is chlorine (chlorine bleach, chlorine gas, chlorine gas).
  • Chlorine bleach, chlorine gas, chlorine gas Disadvantages of these methods are the health impairments when the amount is too high or due to the formation of trihalometanes. Procurement can also be a problem in third countries.
  • UV radiation is also used for disinfection.
  • the advantage of this process is that no substances are dosed into the water.
  • This method does not have a infection, as is the case with the addition of chlorine. Problems occur in piping systems or in storage tanks if the hygienic conditions are not optimal.
  • Another method is the addition of silver or. Copper ions for disinfecting water (oligodynamic effect), which also has a depot effect.
  • JP 9187773 A combination of UV treatment and silver ion addition is described in JP 9187773.
  • an apparatus with a filter with a device that generates silver ions and with a UV sterilization device, with the silver ion generating device lying in the flow direction in front of the UV sterilization device, is used to purify water.
  • the water is circulated, i.e. H. the apparatus is only used to process water with a lower degree of contamination (such as storage tanks and aquariums).
  • a circulatory system for cleaning a pond ie killing algae
  • the water is removed from the pond, treated with ultraviolet radiation in a device provided outside the pond, subsequently mixed with silver or copper ions in order to suppress the formation of algae, and returned to the pond.
  • the quality of the pond water is monitored using a conductivity or turbidity meter. Effective cleaning of heavily soiled water Water, especially those with a high turbidity content, is not possible with the method described here.
  • JP 60178490 describes a method for water purification.
  • the water is electrochemically added to copper, which serves as a flocculant.
  • the water was not adequately disinfected.
  • the object of the present invention was to develop a method and an apparatus which do not have the disadvantages of the above-mentioned prior art.
  • the treatment of the water should, if possible, be without any Fuel, chemicals are made so that it is a possible maintenance-free process.
  • a system for such a process should be developed that is also suitable for use in developing countries.
  • a new process suitable for continuous disinfection has now been developed, which is a combination of flocculation, filtration (including flocculation), UV disinfection and disinfection with silver and or copper ions.
  • a suitable device for this method has also been developed. The present invention thus relates
  • step (c) long-term disinfection of the water obtained in step (b) by adding noble metal ions;
  • a device for the continuous disinfection and preservation of water comprising a filter device for filtering the initial water, a short-term disinfection device downstream of the filter device for short-term disinfection of the filtered water, a long-term disinfection device downstream of the short-term disinfection device, a conveyor Direction for conveying the water through the filter device, the short and long-term disinfection device and a network-independent energy supply device.
  • An essential aspect of the device (2) is that the energy supply device for supplying the short-term and / or long-term disinfection device and / or the conveyor device, which can be a pump, for example, can be network-independent.
  • Such an energy supply device such as a solar module and / or a wind power plant are suitable for generating energy independently of a power grid. It is thus possible to use the device according to the invention in particular in developing countries. This is possible in particular because of the simple and low-maintenance construction of the device.
  • a control device is preferably provided.
  • the individual elements of the device according to the invention if they have to be supplied with energy, are supplied with energy as a function of the water flow rate.
  • This aspect which is essential in this particularly preferred embodiment of the invention, ensures that, for example, sufficient energy is available for the short-term and / or long-term disinfection device to enable the desired disinfection or treatment of the water. It should be taken into account here that the energy supply can fluctuate greatly due to the grid independence of the energy supply device.
  • the pumping device for pumping the water is a pump
  • the flow rate also fluctuates due to the fluctuation in the energy supply.
  • a pump is provided as a delivery device, the speed of the pump can be recorded directly and the water flow rate can be determined on the basis of the pump speed.
  • the pump can be an electrically operated pump, but also one act due to wind powered pump. It is also possible to determine the water flow rate using a flow sensor.
  • the filter device in which impurities are filtered out of the water is preceded by a flocculant addition device, which may also have a flocculation reactor.
  • the addition of flocculants such as mineral salts causes the particles contained in the water to flocculate so that they can be filtered out more easily and more effectively in the filter device.
  • the provision according to the invention of metal electrodes connected to the energy supply device as flocculant addition devices is particularly preferred. These are preferably copper electrodes arranged in the water flow. When current is applied to the copper electrodes, copper ions are generated by electrolytically dissolving the copper electrode, which serve as flocculants.
  • Such a flocculant addition device has the advantage that the amount of flocculant, i.e. H. the amount of ions released can be controlled in a simple manner, since the ion release is directly dependent on the current strength. It is thus possible to supply a current intensity determined as a function of the flow rate to the electrodes.
  • Metal electrodes preferably silver electrodes, are also preferably provided as the long-term definition device and are likewise arranged within the water. Long-term disinfection is therefore carried out by adding silver ions or other suitable metal ions.
  • the electrodes can be regulated in a simple manner depending on the water flow rate, so that an overdosing or underdosing of silver ions is avoided.
  • the amount of copper ions added as a flocculant and the amount of silver ions added for long-term disinfection can thus be easily determined depending on the Flow rate can be controlled.
  • the flow rate depends essentially on the delivery rate of the pump, which, for. B. can be selected with an intended network connection, or depends on the sun and / or wind intensity.
  • the control device is preferably additionally connected to a turbidity measuring device such as, for example, a UV or light transmission measuring device.
  • a turbidity measuring device such as, for example, a UV or light transmission measuring device.
  • the degree of turbidity of the initial water can be determined by the turbidity measuring device.
  • the control device then regulates the amount of flocculant added.
  • the energy supply to the metal electrodes in the flocculation addition device is preferably regulated on the basis of the degree of contamination and the water flow rate.
  • Fig. 1 is a schematic view of a preferred embodiment of the invention.
  • Fig. 2 is a schematic view of a preferred embodiment of a combined short and long-term disinfection device.
  • the starting water is first filtered and, after the filtration, a short-term disinfection step, for. B. carried out by a UV disinfection system to achieve immediate disinfection.
  • the filtration step can be supported by adding a flocculant.
  • a flocculant is copper ions such as e.g. B. copper hydroxide, which are generated in a particularly preferred embodiment of the invention by an electrophysical process (ie electrolytic dissolution of soluble copper electrodes).
  • they can also be added to the water by adding an aqueous copper or silver salt solution.
  • the advantage of the electrophysical process is that the balance of the water is not changed (salinity, pH value). In addition, no or only a small amount of chemicals have to be procured.
  • Other suitable flocculants are iron and aluminum salts, e.g. B. iron III chloride, aluminum sulfate and polyaluminium chloride.
  • the amount of flocculant added is - depending on the degree of contamination - 0.3 to 3.0, preferably 0.5 to 0.7 mg / 1 of water to be processed.
  • a preferred short-term disinfection method is UV treatment, with preference
  • the UV treatment is carried out by irradiation with a wavelength of 250 to 280 nm, preferably at a wavelength of 254 nm and / or the water has an irradiation dose of at least 250 J / m 2 , preferably at least 350 J / m 2 and particularly preferably of at least 400 J / m 2 is subjected.
  • the water of a long-term disinfection is treated with heavy metals, e.g. B. copper and / or silver ions exposed.
  • heavy metals e.g. B. copper and / or silver ions exposed.
  • the silver and copper dose can be reduced to a minimum, since the dosage of the silver and copper ions only serves to preserve the water.
  • a copper and / or a silver ion concentration in the treated water of less than 100 ⁇ g / l or less than 10 is preferred ug / l.
  • the legal EU regulations for the maximum copper and silver content in water are not met.
  • step (c) the copper / silver ion metering in step (c) is carried out together with the UV radiation in step (b) in one reactor.
  • the method (1) according to the invention enables "continuous process control", i. that is, it is not necessary for the water to be treated to be recycled. Depending on the nature of the water, different or differently designed process steps are used, in which the degree of contamination or degree of contamination is taken into account. With the method according to the invention one is thus able to treat and disinfect both surface, well, industrial and swimming pool water and for a longer period of time, i. H. for 24-48 h to preserve steps (a) - (c) in a single reaction cycle.
  • the device (2) according to the invention therefore preferably has a flocculant supply device 10, a filter device 12, a short-term disinfection device 14 in the form of a UV radiation device and a long-term disinfection device 16.
  • Water to be treated is pumped by a pump 18 through a pipeline 20 in the direction of an arrow 22.
  • a pump 18 To drive the electric pump 18, it is electrically connected to a solar module 24 having one or more solar cells via a line 26.
  • the volume delivered by the pump 18 depends on the amount of energy generated by the solar module 26. It should be noted here that other elements of the device according to the invention Require energy so that the pump for pumping water has a reduced amount of energy available.
  • the energy generated by the solar modules 24 must be sufficient for all devices of the device according to the invention that require an energy supply.
  • a control device 28 and / or 49 can be used to ensure that the energy available first ensures, for example, the energy supply to the flocculant addition device 10, the short-term metering device 14 and the long-term metering device 16.
  • the flocculant addition device 10, the short-term metering device 14 and the long-term metering device 16 preferably have their own energy supply devices, e.g. B. own solar cells. These are designed and / or switched in such a way that sufficient energy is available at these devices when the pump starts.
  • the flocculant addition device is copper ions, which also have to be supplied with current.
  • the current supplied to the copper electrodes depends on the flow rate of water.
  • the flow rate is recorded by the control 28. This can be done, for example, by a flow meter 30 which measures the flow rate of water to be treated in the pipeline 20. Alternatively, the flow rate can also be taken from the pump 18 with the aid of a speed sensor 32.
  • the control device 28 determines the current intensity, which is supplied to the copper electrodes of the flocculant addition device 10 via a line 35.
  • the turbidity of the water to be treated transported by the pump 18 in the direction of the flocculant adding device 10 can be determined.
  • a turbidity measuring device 34 is provided, which determines the turbidity of the water, for example with the aid of a light and / or UV transmission measurement.
  • the current intensity supplied to the flocculant addition device 10 via the line 35 can be increased or reduced.
  • the turbidity of the water can also be determined by a conductivity test.
  • the turbidity measuring device 34 can thus be a light and / or UV transmission measurement and / or a conductivity measurement.
  • the water provided with flocculant is then transported to the filter device 12 via a pipeline 36.
  • Several fine-meshed sieves and / or a filter with fillings such as sand fillings or the like are arranged in this, for example. These can be arranged in stages, for example, so that the sieves become ever finer in the direction of flow.
  • a UV radiation device is provided as a short-term disinfection device 14.
  • This is an irradiation device which has a UV lamp or another UV radiation source. Irradiation of the water with UV radiation, which is preferably higher than 250 J / m 2 , in particular higher than 350 J / m 2 , results in a reduction in the number of germs in the water. With an energy supply of 400 J / m 2 , a germ reduction of over 99%, in particular over 99.99%, can be achieved.
  • a water quality measurement of the water can optionally be carried out after the filter device 12. This can be done, for example, with a turbidity measuring device corresponding to the turbidity measuring device 34.
  • a UV transmission measuring device 40 is provided.
  • the provision of the UV transmission measuring device 40 has the advantage that it is ensured that no badly filtered water enters the short-term disinfection device 14 arrives, because the efficiency of the germ reduction in the short-term disinfection device 14 would be impaired due to a turbidity of the water.
  • the UV transmission measuring device 40 can be connected to a warning signal transmitter, by means of which a warning is given that adequate filtering is no longer guaranteed. This can be the case, for example, due to the wear of the copper electrodes or contamination of the filter.
  • a target value is preferably specified on the UV transmission measuring device. As soon as this falls below, a warning signal is triggered.
  • the short-term disinfection device 14 is connected directly to the solar module 24 via lines 42, 44. This ensures that the short-term disinfection device 14 is always supplied with a predetermined amount of energy, so that uniform UV radiation is always guaranteed. It must be taken into account here that an overdose of UV radiation does not damage the water.
  • the short-term disinfection device 14 is connected to the long-term disinfection device 16 via a pipe 46.
  • Long-term disinfection of the water takes place in the long-term disinfection device 16 with the aid of silver ions.
  • 16 silver electrodes are provided in the long-term disinfection device, which are connected to the solar module 24 via the energy line 48. By applying current to the silver electrodes, the silver is ionized. Since an overdosing of silver can be harmful to the human organism, the long-term dosing device 16 is connected to the control device 49 via a line 48.
  • the silver ions released are thus regulated as a function of the flow rate of the water.
  • the disinfected water discharged via the pipeline 50 can be fed directly to a consumer or a tank for storage over longer periods of time.
  • the combined short-term and long-term metering device shown in FIG. 2 is a container or reactor 52, to which filtered water is supplied via an inlet opening 54, which can be connected, for example, to the pipe 38 (FIG. 1).
  • the water is conveyed upwards in FIG. 2 and discharged again through an outlet opening 56, which can be connected to the pipe 50 (FIG. 1).
  • a UV lamp 58 is arranged within the container 52 and is connected to the solar module 24 or other energy sources via energy connections 60.
  • the UV lamp 48 is used for short-term disinfection of the water.
  • the transmission measuring device 40 is connected to the container 52. After the water has been irradiated with UV light, silver ions are released into the water with the aid of silver electrodes 61.
  • the silver electrodes 61 are connected via line 48 to the solar module 24 and via line 48 to a control device 49 for flow-dependent control.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur kontinuierlichen Des-infektion von Wasser, einschliesslich Trink-, Bade- und Industriewasser umfassend einen Filtrationsschritt, einen Kurzzeitdesinfektionsschritt und einen Langzeitdesinfektionsschritt mit Zugabe von Edelmetallionen. Die Erfindung betrifft weiterhin eine für ein solches Verfahren geeignete Vorrichtung.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Desinfektion von Wasser
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur kontinuierlichen Desinfektion von Wasser, einschließlich Trink-, Bade- und Industriewasser umfassend einen Filtrationsschritt, einen Kurzzeitdesinfektionsschritt und einen Langzeitdesinfektionsschritt mit Zugabe von Edelmetallionen. Die Erfindung betrifft weiterhin eine für ein solches Verfahren geeignete Vorrichtung.
Die Verfügbarkeit von hygienisch einwandfreiem Trinkwasser ist, vor allem in Entwicklungs- und Dritte-Welt-Ländern, ein schwerwiegendes Problem. In vielen Fällen ist die Aufbereitung des Wassers notwendig um einwandfreies Wasser zu erhalten. Um das Wasser keimfrei zu machen, wird es üblicherweise zunächst von Trübstoffen befreit. Hierzu können dem Wasser sogenannte Flockungsmittel zugegeben werden, um eine bessere Abscheidung in der nachfolgenden Aufbereitungsstufen (Sedimentation/-Flotation + Filtration) zu erreichen.
Nach der Trübstoffentfernung kann das Wasser desinfiziert werden. Das mit Abstand auch heute noch am häufigsten angewendete Desinfektionsmittel ist Chlor (Chlorbleichlauge, Chlorgas, Chlorgas). Nachteil dieser Verfahren sind die gesundheitlichen Beeinträchtigungen bei zu hoher Zugabe, bzw. durch die Entstehung von Trihalometanen. Ein weiteres Problem in Drittländern kann die Beschaffung darstellen. Weiterhin wird zur Desinfektion die UV-Bestrahlung eingesetzt. Vorteil dieses Verfahrens ist, dass keine Stoffe ins Wasser dosiert werden. Nachteil ist, dass mit diesem Verfahren keine Depotwirkung der Des- infektion, wie dies bei der Chlorzugabe ist, erreicht wird. Probleme treten auf in Rohrleitungssystemen oder in Speichertanks, wenn die hygienischen Bedingungen nicht optimal sind. Ein weiteres Verfahren ist die Zugabe von Silberbzw. Kupferionen zur Desinfektion des Wassers (oligodynamische Wirkung), das auch Depotwirkung besitzt.
Eine Kombination aus UV-Behandlung und Silberionenzugabe ist in der JP 9187773 beschrieben. Hier wird eine Apparatur mit einem Filter, mit einer Vorrichtung die Silberionen erzeugt und mit einer UV-Sterilisationsvorrichtung, wobei die Silberionen erzeugende Vorrichtung in Flussrichtung vor der UV- Sterilisationsvorrichtung liegt, zum Reinigen von Wasser verwendet. In dieser Apparatur wird das Wasser in einem Kreislauf geführt, d. h. die Apparatur wird nur zur Aufarbeitung von Wasser mit geringerem Verschmutzungsgrad (wie z. B. von Vorratstanks und Aquarien) eingesetzt. Dies bedeutet andererseits, dass diese Apparatur für ein kontinuierliches Desinfektionsverfahren, insbesondere wenn stark belastetes Wasser gereinigt werden soll, nicht anwendbar ist, da eine Primärdesinfektion mittels Silberionen, wie sie in JP 9187773 beschrieben ist, den Nachteil aufweist, dass recht hohe Silberionenkonzentrationen benötigt werden. Dies führt dazu, dass die Silberkonzentrationen im Wasser den Grenzwert überschreiten kann, was bei dauerhafter Einnahme zu gesundheitlichen Problemen führen kann. Weiterhin besteht die Gefahr bei dieser Anordnung, dass die Desinfektion nicht sofort, sondern erst mit einer Verzögerungszeit von bis zu mehreren Stunden eintritt bzw. dass bei hohen Keimzahlen die Desinfektion nicht sichergestellt ist.
Aus JP 06114393 ist ein Kreislaufsystem zur Reinigung eines Teiches (d. h. Abtöten von Algen) bekannt. Hierzu wird das Wasser dem Teich entnommen, in einer außerhalb des Teiches vorgesehenen Vorrichtung mit ultravioletter Strahlung behandelt, nachfolgend mit Silber- oder Kupferionen versetzt, um die Bildung von Algen zu unterdrücken, und in den Teich zurückgeleitet. Die Qualität des Teichwassers wird mittels eines Leitfähigkeits- oder Trübungsmessgeräts verfolgt. Eine wirksame Reinigung von stark verschmutztem Was- ser, insbesondere von solchem mit hohem Trübstoffgehalt ist mit dem hier beschriebenen Verfahren nicht möglich.
In JP 60178490 ist ein Verfahren zur Wasserreinigung beschrieben. Dem Wasser wird dabei elektrochemisch Kupfer zugeführt, das als Flockungsmittel dient. Eine hinreichende Desinfektion des Wasser erfolgte hierbei nicht.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung beruhte darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu entwickeln, das die Nachteile des vorstehend angeführten Standes der Technik nicht aufeist. Die Aufbereitung des Wassers, sollte möglichst ohne Gebrauchsmittel z.B. Treibstoff, Chemikalien erfolgen, so dass es ein möglich wartungsfreies Verfahren ist. Weiterhin sollte eine Anlage für solch ein Verfahren entwickelt werden, die auch zum Einsatz in Entwicklungsländer geeignet ist.
Kurzbeschreibung der Erfindung
Es wurde nun ein neues, zur kontinuierlichen Desinfektion geeignetes Verfahren entwickelt, das eine Kombination aus Flockung, Filtration (einschließlich Flockung), UV-Entkeimung und der Desinfektion mit Silber- und oder Kupferionen ist. Auch wurde eine geeignete Vorrichtung für dieses Verfahren entwickelt. Die vorliegende Erfindung betrifft somit
(1) ein Verfahren zur kontinuierlichen Desinfektion und Haltbarmachung von Wasser umfassend die folgenden, aufeinanderfolgenden Schritte
(a) mechanisches Filtern des Ausgangswassers,
(b) Kurzzeitdesinfektion des gefilterten Wassers und
(c) Langzeitdesinfektion des in Schritt (b) erhaltenen Wassers durch Versetzen mit Edelmetallionen; und
(2) eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Desinfektion und Haltbarmachung von Wasser, die eine Filtereinrichtung zum Filtern des Ausgangswassers, eine der Filtereinrichtung nachgeordnete Kurzzeitdesinfektionseinrichtung zur Kurzzeitdesinfektion des gefilterten Wassers, eine der Kurzzeitdesinfektions- einrichtung nachgeschaltete Langzeitdesinfektionseinrichtung, eine Förderein- richtung zum Fördern des Wassers durch die Filtereinrichtung, die Kurz- und Langzeitdesinfektionseinrichtung sowie eine netzunabhängige Energieversorgungseinrichtung aufweist.
Ein wesentlicher Aspekt der Vorrichtung (2) ist, dass die Energieversorgungseinrichtung zur Versorgung der Kurzzeit- und/oder Langzeitdesinfek- tionseinrichtung und/oder der Fördereinrichtung, bei der es sich beispielsweise um eine Pumpe handeln kann, netzunabhängig sein kann. Eine derartige Energieversorgungseinrichtung wie ein Solarmodul und/oder eine Windkraftanlage sind geeignet, unabhängig von einem Stromnetz Energie zu erzeugen. Es ist somit möglich, die erfindungsgemäße Vorrichtung insbesondere in Entwicklungsländern einzusetzen. Dies ist insbesondere aufgrund des einfachen und wartungsarmen Aufbaus der Vorrichtung möglich.
Um mit Hilfe einer netzunabhängigen Energieversorgungseinrichtung Wasser aufbereiten zu können, das beispielsweise Trinkwasserqualität haben soll, ist vorzugsweise eine Regeleinrichtung vorgesehen. Durch die Regeleinrichtung werden die einzelnen Elemente der erfindungsgemäßen Vorrichtung, sofern sie mit Energie versorgt werden müssen, in Abhängigkeit der Wasserdurchflussmenge mit Energie versorgt. Durch diesen bei dieser besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wesentlichen Aspekt wird sichergestellt, dass beispielsweise für die Kurzzeit- und/oder die Langzeitdesinfektions- einrichtung ausreichend Energie zur Verfügung steht, um die gewünschte Desinfektion bzw. Aufbereitung des Wassers ermöglichen zu können. Hierbei ist zu berücksichtigen, dass die Energieversorgung aufgrund der Netzunabhängigkeit der Energieversorgungseinrichtung stark schwanken kann. Handelt es sich bei der Fördereinrichtung zur Förderung des Wassers um eine Pumpe, so schwankt aufgrund der Schwankung der Energieversorgung auch die Durchflussmenge. Beim Vorsehen einer Pumpe als Fördereinrichtung kann die Drehzahl der Pumpe unmittelbar erfasst werden und auf Grundlage der Pumpendrehzahl die Wasser-Durchflussmenge ermittelt werden. Hierbei kann es sich bei der Pumpe um eine elektrisch betriebene Pumpe aber auch um eine aufgrund von Windkraft betriebene Pumpe handeln. Ferner ist es möglich, die Wasser-Durchflussmenge mit Hilfe eines Durchflusssensors zu ermitteln.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung (2) ist der Filtereinrichtung, in der Verunreinigungen aus dem Wasser gefiltert werden, eine Flockungsmittel-Zugabeeinrichtung, die gegebenenfalls noch einen Reaktor zur Flockungsbildung aufweist, vorgeschaltet. Durch die Zugabe von Flockungsmittel wie beispielsweise Mineralsalzen erfolgt eine Flockung der in dem Wasser enthaltenen Partikel, so dass diese in der Filtereinrichtung leichter und effektiver ausgefiltert werden können. Besonders bevorzugt ist das erfindungsgemäße Vorsehen von mit der Energieversorgungseinrichtung verbundenen Metallelektroden als Flockungsmittel-Zugabeeinrichtungen. Hierbei handelt es sich vorzugsweise um in dem Wasserstrom angeordnete Kupferelektroden. Durch Anlegung von Strom an die Kupferelektroden werden durch elektrolytisches Auflösen der Kupferelektrode Kupferionen erzeugt, die als Flockungsmittel dienen. Eine derartige Flockungsmittel-Zugabeeinrichtung weist den Vorteil auf, dass die Menge an Flockungsmittel, d. h. die Menge an abgegebenen Ionen auf einfache Weise gesteuert werden kann, da die Ionenabgabe direkt von der Stromstärke abhängig ist. Es ist somit möglich, eine in Abhängigkeit der Durchflussmenge ermittelte Stromstärke den Elektroden zuzuführen.
Vorzugsweise sind als Langzeitdefinitionseinrichtung ebenfalls Metallelektroden, vorzugsweise Silberelektroden vorgesehen, die ebenfalls innerhalb des Wassers angeordnet sind. Die Langzeitdesinfektion erfolgt somit durch Zugabe von Silberionen oder anderen geeigneten Metallionen. Die Elektroden sind auf einfache Weise in Abhängigkeit der Wasser-Durchflussmenge regelbar, so dass eine Über- oder Unterdosierung an Silberionen vermieden ist.
Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann somit die Menge an zugeführten Kupferionen als Flockungsmittel und die Menge an zugeführten Silberionen zur Langzeitdesinfektion auf einfache Weise in Abhängigkeit der Durchflussmenge gesteuert werden. Hierbei hängt die Durchflussmenge im Wesentlichen von der Förderleistung der Pumpe ab, die z. B. bei einem vorgesehenen Netzanschluss wählbar sein kann, oder von der Sonnen- und/oder Windintensität abhängt.
Vorzugsweise ist die Regelungseinrichtung zusätzlich mit einer Trübungs- Messeinrichtung wie beispielsweise einer UV- oder Licht-Transmissions-Mess- einrichtung verbunden. Durch die Trübungs-Messeinrichtung kann der Trübungsgrad des Ausgangswassers bestimmt werden. In Abhängigkeit des Trübungsgrades regelt die Regeleinrichtung sodann die Zugabemenge an Flockungsmittel. Vorzugsweise erfolgt die Regelung der Energiezufuhr zu den Metallelektroden in der Flockungs-Zugabeeinrichtung anhand des Verschmutzungsgrades und der Wasser-Durchflussmenge.
Kurzbeschreibung der Figuren
Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Ansicht einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung und
Fig. 2 eine schematische Ansicht einer bevorzugten Ausführungsform einer kombinierten Kurz- und Langzeitdesinfektionseinrichtung.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
In dem erfindungsgemäßen Verfahren (1) wird das Ausgangswasser zunächst filtriert und nach der Filtration ein Kurzzeitdesinfektionsschritt z. B. durch eine UV-Entkeimungsanlage durchgeführt, um eine sofortige Desinfektion zu erreichen.
Falls die Menge an Trübstoffen es erfordert, kann der Filtrationsschritt durch Zugabe eines Flockungsmittels unterstützt werden. Bei solch einer Verfah- rensführung erfolgt nach Zugabe des Flockungsmittels eine Trübstoffentfernung durch das anschließende mechanische Filtern. Die bevorzugten Flockungsmittel sind Kupferionen wie z. B. Kupferhydroxid, die in einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung durch einen elektrophysika- lischen Prozess (d. h. elektrolytisches Auflösen löslicher Kupferelektroden) erzeugt werden. Alternativ können sie auch durch Zuführung einer wässrigen Kupfer- oder Silbersalzlösung dem Wasser zugegeben werden. Vorteil des elektrophysikalischen Prozesses ist, dass die Bilanz des Wassers nicht verändert (Salzgehalt, pH-Wert) wird. Außerdem müssen keine, oder nur eine geringere Menge an Chemikalien, beschafft werden. Andere geeignete Flockungsmittel sind Eisen- und Aluminiumsalze, z. B. Eisen-III-chlorid, Aluminiumsulfat und Polyaluminiumchlorid.
Die Menge des zugefügten Flockungsmittels beträgt - in Abhängigkeit von dem Verschmutzungsgrad - 0,3 bis 3,0, vorzugsweise 0,5 bis 0,7 mg/1 aufzuarbeitendes Wasser.
Ein bevorzugtes Kurzzeitdesinfektionsverfahren ist eine UV-Behandlung, wobei vorzugsweise
- die UV-Behandlung durch Bestrahlung mit einer Wellenlänge von 250 bis 280 nm, vorzugsweise bei einer Wellenlänge von 254 nm erfolgt und/oder — das Wasser eine Bestrahlungsdosis von wenigstens 250 J/m2, vorzugsweise wenigstens 350 J/m2 und besonders bevorzugt von wenigstens 400 J/m2 unterworfen wird.
Um eine Depotwirkung der Desinfektion zu erreichen, wird das Wasser einer Langzeitdesinfektion durch Versetzen mit Schwermetallen, z. B. Kupfer- und/oder Silberionen, ausgesetzt. Durch die Desinfektion des Wassers mit UV- Strahlen, kann die Silber- und Kupferdosis auf ein Minimum reduziert werden, da die Dosierung der Silber- und Kupferionen nur der Haltbarmachung des Wassers dient. Bevorzugt ist eine Kupfer- und/oder eine Silberionenkonzentration in dem aufbereiteten Wasser von kleiner 100 μg/l bzw. von kleiner 10 μg/l. Dadurch werden die gesetzlichen EU-Vorschriften des maximalen Kupfer- und Silbergehaltes im Wasser unterschritten. Bevorzugt sind jedoch weitaus geringere Konzentrationen von Kupfer- und Silberionen zur Gewährleistung der Bakteriostatik des aufgearbeiteten Wassers, nämlich 0,3 bis 3,0, vorzugsweise 0,5 bis 0,7 ppm Cu2+ und/oder 1 bis 50, vorzugsweise 1 - 10 ppb Ag+.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens (1) erfolgt die Kupfer-/ Silberionen-Dosierung gemäß Schritt (c) mit der UV-Bestrahlung gemäß Schritt (b) gemeinsam in einem Reaktor.
Das erfindungsgemäße Verfahren (1) ermöglicht eine "kontinuierliche Prozessführung", d. h., es ist nicht notwendig, dass das aufzuarbeitende Wasser in einen Kreislauf geführt wird. Je nach Beschaffenheit des Wassers, werden verschiedene bzw. verschieden ausgestaltete Verfahrensschritte angewendet, bei denen der Verschmutzungsgrad bzw. Kontaminationsgrad Rechnung getragen wird. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist man somit in der Lage, sowohl Oberflächen-, Brunnen-, Industrie- und Schwimmbeckenwasser zu Behandeln und zu Desinfizieren und für einen längeren Zeitraum, d. h. für 24 - 48. h, in einem einzigen Reaktionszyklus der Schritte (a) - (c) haltbar zu machen.
Um das Wasser zuverlässig Desinfizieren zu können, muss es frei von Feststoffen sein. Die erfindungsgemäße Vorrichtung (2) weist daher vorzugsweise eine Flockmittelzuführeinrichtung 10, eine Filtereinrichtung 12, eine Kurzzeit- desinfektionseinrichtung 14 in Form einer UV-Bestrahlungseinrichtung und eine Langzeitdesinfektionseinrichtung 16 auf. Von einer Pumpe 18 wird aufzubereitendes Wasser durch eine Rohrleitung 20 in Richtung eines Pfeils 22 gepumpt. Zum Antrieb der elektrischen Pumpe 18 ist diese mit einem eine oder mehrere Solarzellen aufweisenden Solarmodule 24 über eine Leitung 26 elektrisch verbunden. Das von der Pumpe 18 geförderte Volumen ist von der durch das Solarmodul 26 erzeugten Energiemenge abhängig. Hierbei ist zu berücksichtigen, dass auch andere Elemente der erfindungsgemäßen Vorrichtung Energie benötigen, so dass der Pumpe zum Fördern von Wasser eine verringerte Energiemenge zur Verfügung steht. Mit anderen Worten: Die von den Solarmodulen 24 erzeugte Energie muss für sämtliche eine Energieversorgung benötigenden Einrichtungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung ausreichen. Hierbei kann über eine Regelungseinrichtung 28 und/oder 49 geregelt werden, dass von der zur Verfügung stehenden Energie zuerst beispielsweise die Energieversorgung der Flockungsmittel-Zugabeeinrichtung 10, der Kurz- zeitdosiereinrichtung 14 und der Langzeitdosiereinrichtung 16 sichergestellt wird. Vorzugsweise weisen die Flockungsmittel-Zugabeeinrichtung 10, die Kurzzeitdosierungseinrichtung 14 und die Langzeitdosiereinrichtung 16 eigene Energieversorgungseinrichtungen, z. B. eigene Solarzellen, auf. Diese sind derart ausgelegt und/oder geschaltet, dass beim Anlauf der Pumpe ausreichend Energie an diesen Einrichtungen vorhanden ist.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel (Fig. 1) handelt es sich bei der Flockungsmittel-Zugabeeinrichtung um Kupferionen, die ebenfalls mit Strom versorgt werden müssen. Die den Kupferelektroden zugeführte Stromstärke ist von der Durchflussmenge an Wasser abhängig. Hierzu wird von der Regelung 28 die Durchflussmenge erfasst. Dies kann beispielsweise durch einen Durchflussmesser 30 erfolgen, der in der Rohrleitung 20 die Durchflussmenge an zu behandelndem Wasser misst. Alternativ kann die Durchflussmenge mit Hilfe eines Drehzahlsensors 32 auch an der Pumpe 18 abgenommen werden. Auf Grundlage der Durchflussmenge wird von der Regelungseinrichtung 28 die Stromstärke bestimmt, die über eine Leitung 35 den Kupferelektroden der Flockungsmittel-Zugabeeinrichtung 10 zugeführt wird.
Zusätzlich kann zur Bestimmung der erforderlichen Menge an Flockungsmittel, d. h. der erforderlichen Menge an Kupferionen die Trübung des von der Pumpe 18 in Richtung der Flockungsmittel-Zugabeeinrichtung 10 transportierten zu behandelnden Wassers bestimmt werden. Hierzu ist eine Trübungsmesseinrichtung 34 vorgesehen, die beispielsweise mit Hilfe einer Licht- und/oder UV-Transmissionsmessung die Trübung des Wassers bestimmt. Auf Grundlage dieses Messwertes kann die der Flockungsmittel-Zugabeeinrichtung 10 über die Leitung 35 zugeführte Stromstärke erhöht oder reduziert werden. Die Trübung des Wassers kann auch durch ein Leitfähigkeitsprüfung ermittelt werden. Bei der Trübungsmesseinrichtung 34 kann es sich somit um eine Licht- und/oder UV-Transmissionsmessung und/oder eine Leitfähigkeitsmessung handeln.
Das mit Flockungsmittel versehene Wasser wird sodann über eine Rohrleitung 36 zu der Filtereinrichtung 12 transportiert. In dieser sind beispielsweise mehrere feinmaschige Siebe und/oder ein Filter mit Schüttungen wie Sand- schüttungen oder dergleichen angeordnet. Diese können beispielsweise stufenweise angeordnet sein, sodass die Siebe in Flussrichtung immer feiner werden.
Anschließend wird das gefilterte Wasser über eine Rohrleitung 38 zu der Kurz- zeitdesinfektionseinrichtung 14 transportiert. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist als Kurzzeitdesinfektionseinrichtung 14 eine UV-Bestrahlungseinrichtung vorgesehen. Hierbei handelt es sich um eine eine UV-Lampe oder eine andere UV-Strahlungsquelle aufweisende Bestrahlungseinrichtung. Durch die Bestrahlung des Wassers mit UV-Strahlung, die vorzugsweise höher als 250 J/m2 , insbesondere höher als 350 J/m2 ist, folgt eine Keimreduzierung in dem Wasser. Bei einer Energiezufuhr von 400 J/m2 kann eine Keimreduzierung von über 99 %, insbesondere über 99,99 %, erzielt werden.
Optional kann nach der Filtereinrichtung 12 eine Wasserqualitätsmessung des Wassers durchgeführt werden. Dies kann beispielsweise mit einer Trübungsmesseinrichtung entsprechend der Trübungsmesseinrichtung 34 erfolgen.
Um sicherzustellen, dass die Filtereinrichtung 12 zuverlässig arbeitet, ist eine UV-Transmissions-Messeinrichtung 40 vorgesehen. Das Vorsehen der UV- Transmisssions-Messeinrichtung 40 hat den Vorteil, dass sichergestellt ist, dass kein schlecht gefiltertes Wasser in die Kurzzeitdesinfektionseinrichtung 14 gelangt, da aufgrund einer Trübung des Wassers der Wirkungsgrad der Keimreduzierung in der Kurzzeitdesinfektionseinrichtung 14 beeinträchtigt würde. Ferner kann die UV-Transmissions-Messeinrichtung 40 mit einem Warnsignal-Geber verbunden sein, durch den eine Warnung erfolgt, dass keine ausreichende Filterung mehr gewährleistet ist. Dies kann beispielsweise auf Grund der Abnutzung der Kupferelektroden oder Verschmutzung des Filters der Fall sein. Vorzugsweise wird an der UV-Transmissions-Messeinrichtung ein Soll-Wert vorgegeben. Sobald dies unterschritten wird, erfolgt das Auslösen eines Warnsignals.
In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Kurzzeitdesinfektionsein- richtung 14 über Leitungen 42, 44 unmittelbar mit dem Solarmodul 24 verbunden. Hierbei ist sichergestellt, dass die Kurzzeitdesinfektionseinrichtung 14 stets mit einer vorgegebenen Energiemenge gespeist wird, so dass stets eine gleichmäßige UV-Bestrahlung gewährleistet ist. Hierbei ist zu berücksichtigen, dass eine Überdosierung einer UV-Strahlung keine Schädigung des Wassers hervorruft.
Die Kurzzeitdesinfektionseinrichtung 14 ist über ein Rohr 46 mit der Langzeit- desinfektionseinrichtung 16 verbunden. In der Langzeitdesinfektionseinrich- tung 16 erfolgt eine Langzeitdesinfektion des Wassers mit Hilfe von Silberionen. Hierzu sind in der Langzeitdesinfektionseinrichtung 16 Silberelektroden vorgesehen, die über die Energieleitung 48 mit dem Solarmodul 24 verbunden sind. Durch das Anlegen von Strom an die Silber-Elektroden erfolgt eine Ionisierung des Silbers. Da eine Überdosierung an Silber schädlich für den menschlichen Organismus sein kann, ist die Langzeitdosiereinrichtung 16 über eine Leitung 48 mit der Regelungseinrichtung 49 verbunden. Es erfolgt somit eine Regelung der abgegebenen Silberionen in Abhängigkeit der Durchflussmenge des Wassers. Das über die Rohrleitung 50 abgeführte desinfizierte Wasser kann unmittelbar einem Verbraucher oder auch einem Tank zur Aufbewahrung über längere Zeiträume zugeführt werden.
Bei der in Fig. 2 dargestellten kombinierten Kurzzeit- und Langzeitdosiereinrichtung handelt es sich um einen Behälter oder Reaktor 52, dem über eine Einlassöffnung 54, die beispielsweise mit dem Rohr 38 (Fig. 1) verbunden sein kann, gefiltertes Wasser zugeführt wird. Das Wasser wird in Fig. 2 nach oben gefördert und durch eine Austrittsöffnung 56, die mit dem Rohr 50 (Fig. 1) verbunden sein kann, wieder abgeführt. Innerhalb des Behälters 52 ist eine UV-Lampe 58 angeordnet, die über Energieanschlüsse 60 mit dem Solarmodul 24 oder anderen Energiequellen verbunden ist. Durch die UV-Lampe 48 erfolgt die Kurzzeitdesinfektion des Wassers. Ferner ist mit dem Behälter 52 die Transmission-Messeinrichtung 40 verbunden. Nach der Bestrahlung des Wassers mit UV-Licht erfolgt die Abgabe von Silberionen an das Wasser mit Hilfe von Silberelektroden 61. Die Silberelektroden 61 sind über die Leitung 48 mit dem Solarmodul 24 sowie über die Leitung 48 mit einer Regelungseinrichtung 49 zur durchflussabhängigen Regelung verbunden.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur kontinuierlichen Desinfektion und Haltbarmachung von Wasser umfassend die folgenden, aufeinanderfolgenden Schritte
(a) Zugabe eines Flockungsmittels zum Ausgangswasser und nachfolgendes mechanisches Filtern,
(b) Kurzzeitdesinfektion des gefilterten Wassers und
(c) Langzeitdesinfektion des in Schritt (b) erhaltenen Wassers durch Versetzen mit Edelmetallionen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Flockungsmittel Kupferionen aufweist.
3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Zugabe der Kupferionen durch einen elektrophysikalischen Prozess, insbesondere einen elektrolytischen Prozess erfolgt.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, wobei die Menge der zur Flockung zugefügten Kupferionen 0,3 bis 3,0 mg/1 Wasser, vorzugsweise 0,5 bis 0,7 mg/1 Ausgangswasser beträgt.
5. Verfahren nach einem oder mehrere der Ansprüche 1 bis 4, wobei in Schritt (b) die Kurzzeitdesinfektion durch eine UV-Behandlung erfolgt, wobei vorzugsweise
- die UV-Behandlung durch Bestrahlung mit einer Wellenlänge von 250 bis 280 nm, vorzugsweise bei einer Wellenlänge von 254 nm erfolgt und/oder
- das Wasser eine Bestrahlungsdosis von wenigstens 250 J/m2, vorzugsweise von wenigstens 350 J/m2 und besonders bevorzugt von wenigstens 400 J/m2 unterworfen wird.
6. Verfahren nach einem oder mehrere der Ansprüche 1 bis 5, wobei die in Schritt (c) zugefügten Edelmetallionen Kupfer- und/oder Silberionen sind, die insbesondere durch einen elektrophysikalischen Prozess dem Wasser zugegeben werden.
7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei nach dem Entkeimungsschritt (c) das Wasser eine Kupfer- und/oder Silberionenkonzentration von kleiner 100 μg/l Kupferionen und/oder von kleiner 10 μg/l Silberionen, vorzugsweise 0,5 - 0,7 ppm Kupferionen und/oder 1 - 10 ppb Silberionen, aufweist.
8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Kupfer-/ Silberionen-Dosierung gemäß Schritt (c) mit der UV-Bestrahlung gemäß Schritt (b) gemeinsam in einem Reaktor erfolgt.
9. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, das nicht im Kreislauf geführt wird und das insbesondere zur Desinfektion und Haltbarmachung von Oberflächen-, Brunnen-, Bade- und Industriewasser geeignet ist.
10. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, wobei alle Verfahrensschritte mit Gleichstrom erfolgen und vorzugsweise als Stromquelle Solarstromzellen oder Windkraft dient.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei welchem in Abhängigkeit der Förderleistung die Kupferionenmenge zur Flockung des Wassers und/oder die Silberionenmenge zur Entkeimung verändert wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei welchem die Zugabe der Kupferionen in Abhängigkeit von der Wasserqualität und/oder der Förderleistung geregelt wird.
13. Vorrichtung zur kontinuierlichen Desinfektion und Haltbarmachung von Wasser, mit
einer Filtereinrichtung (12) zum Filtern von Ausgangswasser,
einer der Filtereinrichtung (12) nachgeschalteten Kurzzeitdesinfektions- einrichtung (14) zur Desinfektion des gefilterten Wassers,
einer der Kurzzeitdesinfektionseinrichtung (14) nachgeordneten Lang- zeitdesinfektionseinrichtung (16),
einer Fördereinrichtung (18) zum Fördern des Wassers durch die Filtereinrichtung (12), die Kurz- (14) und die Langzeitdesinfektionseinrichtung (16) und
einer Energieversorgungseinrichtung (24) zur Energieversorgung der Kurzzeitdesinfektionseinrichtung (14) und/oder der Langzeitdesinfek- tionseinrichtung (16) und/oder der Fördereinrichtung (18).
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch eine der Filtereinrichtung (12) vorgeschalteten Flockungsmittel-Zugabeeinrichtung (10).
15. Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, gekennzeichnet durch eine Regelungseinrichtung (28) zur Regelung der Langzeitdesinfektionseinrichtung (16) und/oder der Flockungsmittel-Zugabeeinrichtung (10) in Abhängigkeit der Wasser-Durchflussmenge.
16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Fördereinrichtung (18) eine mit der Energieversorgungseinrichtung (24) verbundene Pumpe ist und die Regelungseinrichtung (28) zur Erfassung der Pumpendrehzahl mit der Pumpe verbunden ist.
17. Vorrichtung nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelungseinrichtung (28) mit einem Durchflusssensor (30) zur Ermittlung der Wasser-Durchflussmenge verbunden ist.
18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Flockungsmittel-Zugabeeinrichtung (10) mit der Energieversorgungseinrichtung (24) verbundene Metallelektroden, insbesondere Kupferelektroden, zur Erzeugung von Metallionen als Flockungsmittel aufweist.
19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelungseinrichtung (28) mit den Metallelektroden verbunden ist und die Energiezufuhr in Abhängigkeit der Wasser-Durchflussmenge regelt.
20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Langzeitdesinfektionseinrichtung (16) mit der Energieversorgungseinrichtung (24) verbundene Metallelektroden, insbesondere Silberelektroden, zur Erzeugung von Ionen zur Langzeitdesinfektion aufweist.
21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelungseinrichtung (49) mit den Metallelektroden (61) verbunden ist und die Energiezufuhr in Abhängigkeit der Wasser-Durchflussmenge regelt.
22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelungseinrichtung (28) mit einer Trübungs- und/oder UV-Transmissions-Messeinrichtung (34) verbunden ist und die Flockungsmittel-Zugabeeinrichtung (10) in Abhängigkeit des Trübungsgrades und/oder der UV-Transmission des Wassers regelt.
23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurzzeitdesinfektionseinrichtung (14) eine innerhalb eines Durchflussreaktors (52) angeordnete UV-Bestrahlungseinrichtung (58) aufweist und die Metallelektroden (61) der Langzeitdesinfektionseinrich- tung (16) innerhalb des Durchflussreaktors (52) angeordnet sind.
24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass der Filtereinrichtung (12) zur Überprüfung der Filterwirkung eine UV-Transmissions-Messeinrichtung (40) nachgeschaltet ist.
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