EP2646373A1 - Elektrolysezelle zum erzeugen von ozon zur behandlung einer flüssigkeit - Google Patents

Elektrolysezelle zum erzeugen von ozon zur behandlung einer flüssigkeit

Info

Publication number
EP2646373A1
EP2646373A1 EP11799386.5A EP11799386A EP2646373A1 EP 2646373 A1 EP2646373 A1 EP 2646373A1 EP 11799386 A EP11799386 A EP 11799386A EP 2646373 A1 EP2646373 A1 EP 2646373A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
liquid
ozone
electrode
electrodes
cell
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP11799386.5A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Berthold Conradt
Peter Weidner
Ron Kemmer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Brita SE
Original Assignee
Brita SE
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Brita SE filed Critical Brita SE
Publication of EP2646373A1 publication Critical patent/EP2646373A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/72—Treatment of water, waste water, or sewage by oxidation
    • C02F1/78—Treatment of water, waste water, or sewage by oxidation with ozone
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/46—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods
    • C02F1/461—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrolysis
    • C02F1/46104—Devices therefor; Their operating or servicing
    • C02F1/46109—Electrodes
    • C02F1/46114—Electrodes in particulate form or with conductive and/or non conductive particles between them
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/46—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods
    • C02F1/461—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrolysis
    • C02F1/467—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrolysis by electrochemical disinfection; by electrooxydation or by electroreduction
    • C02F1/4672—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrolysis by electrochemical disinfection; by electrooxydation or by electroreduction by electrooxydation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B1/00—Electrolytic production of inorganic compounds or non-metals
    • C25B1/01—Products
    • C25B1/13—Ozone
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/46—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods
    • C02F1/461—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrolysis
    • C02F1/46104—Devices therefor; Their operating or servicing
    • C02F1/46109—Electrodes
    • C02F2001/46133—Electrodes characterised by the material
    • C02F2001/46138—Electrodes comprising a substrate and a coating
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2201/00—Apparatus for treatment of water, waste water or sewage
    • C02F2201/46—Apparatus for electrochemical processes
    • C02F2201/461—Electrolysis apparatus
    • C02F2201/46105—Details relating to the electrolytic devices
    • C02F2201/4612—Controlling or monitoring
    • C02F2201/46125—Electrical variables
    • C02F2201/4613—Inversing polarity
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2201/00—Apparatus for treatment of water, waste water or sewage
    • C02F2201/46—Apparatus for electrochemical processes
    • C02F2201/461—Electrolysis apparatus
    • C02F2201/46105—Details relating to the electrolytic devices
    • C02F2201/4612—Controlling or monitoring
    • C02F2201/46125—Electrical variables
    • C02F2201/46135—Voltage
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2201/00—Apparatus for treatment of water, waste water or sewage
    • C02F2201/46—Apparatus for electrochemical processes
    • C02F2201/461—Electrolysis apparatus
    • C02F2201/46105—Details relating to the electrolytic devices
    • C02F2201/46195—Cells containing solid electrolyte
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2209/00—Controlling or monitoring parameters in water treatment
    • C02F2209/04—Oxidation reduction potential [ORP]
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2209/00—Controlling or monitoring parameters in water treatment
    • C02F2209/05—Conductivity or salinity
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2209/00—Controlling or monitoring parameters in water treatment
    • C02F2209/23—O3
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2301/00—General aspects of water treatment
    • C02F2301/04—Flow arrangements
    • C02F2301/043—Treatment of partial or bypass streams
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2307/00—Location of water treatment or water treatment device
    • C02F2307/10—Location of water treatment or water treatment device as part of a potable water dispenser, e.g. for use in homes or offices

Definitions

  • Electrolysis cell for generating ozone for the treatment of a liquid
  • the present invention relates to a Elektrolysezel ⁇ le for generating oxidants, in particular ozone, for treating a liquid, comprising
  • first and the second electrode are arranged at a distance from each other
  • a particulate solid electrolyte is arranged, which is traversed by the liquid.
  • the invention relates to a device for treating a liquid comprising
  • the invention relates to a method for generating ozone for the treatment of a liquid.
  • Liquid or drinking water-donating devices such as coolers, chillers, water bars or vending machines ⁇ , usually have elongated piping systems, which have inlets and outlets, via which the drinking water is supplied to the devices and discharged from them.
  • the risk of retrograde bacterial contamination of the drinking water by undesirable and often harmful to health germs such as bacteria, Pro ⁇ tists, fungi, parasites, viroids, viruses, algae or prions, which are in the piping systems of liquid or drinking water are located and can get stuck there.
  • touching the output Sufficient with the hand of a user to enter germs in the outlet piece which spread against the main flow direction of the drinking water within the device.
  • retrograde germination a hazard, but also of the pipeline system itself, in which also harmful germs can be found and spread.
  • the germs do not necessarily have to be killed.
  • Inactivation of the germs avoids the formation of biofilms.
  • These measures include, for example, the irradiation of the liquid with UV light or the displacement of the liquid with a cleaning agent.
  • the irradiation of the liquid with UV light has the disadvantage that the germs are inactivated only in the radiation range of the UV lamp, so that only a part of the germs are inactivated and the non inactivated ⁇ th germs can spread to other locations of the device on.
  • Oxidizing agents are in particular ozone, chlorine, chlorine dioxide, hydrogen peroxide and hydroxyl radicals (OH radicals).
  • oxidation ⁇ forward has the advantage that its concentration in the
  • Liquid or in drinking water can be controlled so that the germs are safely inactivated and the user is not exposed to health hazards. Furthermore, the Oxidizing agents are conveyed together with the liquid through the entire device, so that all Kirsab ⁇ cuts applied to the oxidizing agent and germs are inactivated everywhere.
  • ozone is generated by means of a so-called Koro ⁇ na-discharge method (corona discharge). With this method, gaseous ozone is generated, which is then introduced into the liquid to be treated. For this purpose, a mixing unit air / water is necessary. A gas separator is needed as residual gases must be destroyed, which are responsible for the
  • the "Fischer cell” known from the prior art, which is suitable for this purpose, comprises areal shaped electrodes which are pressed against a membrane located between the electrodes.
  • the electrodes used are made of lead oxide, which have the disadvantage, especially in the case of non-continuous operation of the device, that they release lead constituents into the liquid to be treated, which is unacceptable in terms of the user's health.
  • DE 10 2004 015 680 A1 discloses an electrolysis cell suitable for treating liquids, in which a solid electrolyte is arranged between the electrodes.
  • the solid electrolyte In order to ensure the stability of the electrolysis cell, the solid electrolyte must be provided in a relatively complex form, whereby a high space requirement is created.
  • the used membranes of a polymer solid electrolyte must be kept permanently moist, so as not to lose their functionality. This is disadvantageous for the storage, the easy transport and the replacement of a spent electrolysis cell.
  • US 6,254,762 discloses a two compartment electrolytic cell for the production of hydrogen peroxide. This system can be released ozone by selecting a suitable catalyst.
  • a main body of the electrolytic cell is divided into an anode chamber and a cathode chamber by means of an ion exchange membrane.
  • the ion exchange membrane has on a side facing the anode chamber on a gas diffusion anode, which is in close contact with her.
  • Cathode chamber is a gas diffusion cathode spaced apart from the Io ⁇ nensolermembran located, so that the cathode is connected to the upper side and the lower side of the main body of the electric ⁇ lysezelle is in contact to the cathode chamber in a
  • the supply and discharge ports each have a plug to prevent the ion exchange resin particles from flowing out.
  • the anode chamber has a hydrogen gas supply port and a gas excess discharge port formed in lower and upper parts of the anode chamber, respectively.
  • the cathode chamber has an oxygen gas supply port and a gas excess discharge port located in lower and upper, respectively Parts of the cathode chamber are formed.
  • Conductivity of the ultrapure water is practically zero. This is due to the fact that the two electrodes are electrically connected to one another via the ion exchange membrane and the ion exchange resin particles, which both have electrical conductivity.
  • Object of the present invention is therefore to provide an electrolytic cell, which is suitable for the treatment of other liquids as ultrapure water.
  • the object is achieved with an electrolytic cell of the type mentioned, in which the solid electrolyte is arranged in a limited by the first and the second electrode space.
  • a particulate solid electrolyte is to be understood as meaning an electrolyte which comprises a large number of solids with small dimensions.
  • the predominant particle size of the solid ⁇ electrolyte should be less than 1 mm.
  • Solid electrolyte can be present as a granulate, a suspension or a powder. Furthermore, the particulate solid electrolytes may also become a larger unit
  • particles with a mean diameter of 1 mm and more can be generated.
  • ozone yield describes the Proportion of ozone in the total amount of oxidants generated.
  • the conductivity of the liquid decreases with increasing purity.
  • a higher voltage is needed to generate the required current density.
  • ozone has the advantage that it decomposes into odorless oxygen and has a higher ef ⁇ fectivity in the inactivation of germs and possibly existing biofilms. Furthermore, the formation of disinfection by-products (DNP) such as chloroform is reduced.
  • DNP disinfection by-products
  • particle ⁇ shaped solid electrolyte may have high current densities are generated, without the two electrodes are short-circuited.
  • the solid electrolyte promotes the conduction of ions through the liquid from the first to the second electrode, so that
  • the electrolyzer ⁇ sezelle can therefore be operated more economically. Since it is possible to work with lower voltages in this embodiment, this contributes to the safety of the electrolysis cell. Furthermore, the electronics can be simplified.
  • the electrodes can be arranged at a very small distance from each other and yet be flowed through with a sufficiently high volume flow. As the distance decreases, the first and second surfaces of the electrodes can be reduced. Furthermore, the space requirement of the electrolytic cell decreases with decreasing distance of the two electrodes, so that they also in areas with low construction can be arranged, for example, directly in the inlet or outlet of a device for the treatment of a liquid.
  • each of the first and second electrodes can act alternately as the anode or cathode.
  • deposits on the electrodes are largely avoided. This is not possible in an electrolytic cell with separate supply ports for different gases without a relatively complex arrangement of automatically controlled valves.
  • the electrolysis cell thus comprises a housing having we ⁇ tendonss an inlet for the liquid to be treated and at least one outlet for the treated liquid, are located where ⁇ at all inlets and outlets between the first of or defined by the second electrode surfaces.
  • the electrolysis cell can be relatively compact, since no chamber has to be arranged on the side of each electrode facing away from the other electrode. In this sense, the electrolysis cell can be symmetrical with respect to an imaginary surface between the electrodes, so that a polarity reversal during operation is easily possible.
  • the particulate solid electrolyte is in one of the powder form, the granulated form, the sintered form and the extruded form.
  • the powder should comprise particles of very small particle size, in particular less than 0.5 mm.
  • the particulate solid electrolyte When sintering, one starts from the particulate solid electrolyte, wherein the grain size can also be chosen so that it corresponds to that of a powder.
  • the particulate solid electrolyte By a Temperaturbe ⁇ treatment and alternatively using a binder, the particulate solid electrolyte is converted into the sintered form. As a result, the particulate solid electrolyte ⁇ takes on a solid shape, so that it is easier to handle.
  • the particulate solid electrolyte can be represented in disk or plate form.
  • the solid electrolyte may be in extruded form. Again, the solid electrolyte after leaving a solid form, which corresponds in cross section to that of Extru ⁇ DERS. This can also be tubular. Again, the handling is improved.
  • the extruded shape can be reduced in size by a further process step in ⁇ example by cutting the extruded form.
  • the free space is completely filled with solid electrolyte.
  • the electrical resistance of the electrolytic cell is relatively constant from the beginning, which simplifies the Be ⁇ operation of the electrolysis cell. Otherwise, the electrical resistance after the first contact with the liquid ⁇ ness would decrease by swelling the particles because the swelling of the particles would cause a better coverage and a firmer contact Zvi ⁇ rule the particles and the electrode surfaces.
  • the distance between the two electrodes using the particulate solid electrolyte is 1.5 to 2.5 mm.
  • the first and second surfaces of the electrodes can be reduced as the distance decreases.
  • the space requirement of the electrolysis cell decreases with decreasing distance between the two electrodes, so that it can also be arranged in areas with a small installation space.
  • the current density between two electrodes increases with the conductivity of the liquid between the electrodes and the applied voltage, but decreases with increasing distance of the two electrodes to each other. If the distance of the electrodes from each other is reduced, the current density increases at the same voltage, whereby the current increases, which increases with the current density and the electrode surface. To return to the original current, the electrode area can be reduced.
  • the smaller the distance between the two electrodes the more compact the electrolytic cell can be configured.
  • the production of oxidants also increases with increasing current. It turned out that with one to the
  • Electrolytic cell applied average current density of more than 0.1 A / cm 2, the amount of ozone generated is sufficient to effectively disinfect liquids with a conductivity of 10 ⁇ / ⁇ or more. In the cell itself, significantly higher current densities can be achieved. This ensures that the majority of the drinking water with the inventive electrolysis cell without ⁇ additional measures such as softening or a full or partial desalination can be treated.
  • electrolytic cells according to the invention are mainly used for the production of ozone, but it can not be avoided that other oxidizing agents in the form of chlorine, chlorine dioxide, hydrogen peroxide and hydroxyl radicals (OH radicals) are formed. Since these also kill or at least inactivate germs, the formation of these is another
  • Oxidizing agent in this respect not disadvantageous. However, they lead to taste adverse changes in the liquid and can produce an unpleasant odor. As mentioned above, the formation of these and other oxidants and their disinfection by-products can not be prevented, however, using an increased current density, the ozone yield compared to the yield of the other oxidizing agents can be increased ge ⁇ .
  • the particulate solid electrolyte may be an ion exchanger, in particular a proton-conducting
  • Ion exchangers more particularly a zeolite or a polymer, still more particularly a tetrafluoroethylene polymer.
  • a sulfonated tetrafluoroethylene polymer such as Nafion has been found to be suitable. It is particularly effective if the ion exchanger is an acidified zeolite or a polymer.
  • Ion exchanger is a cation exchanger that provides protons. Acidified zeolites provide protons available so that a kind of "proton chain" is formed between the two electrodes, which contributes to increasing the conductivity ⁇ ness between the electrodes.
  • proton-conducting ion exchangers are compared with elec- rolysis cells without a proton-conducting solid electrolyte, the current flow and thus the current density at the same ⁇ bender voltage increases.
  • the acidified polymer may be a sulfonated tetrafluoroethylene polymer, such as e.g. Nafion, his.
  • the polymer can be extruded and then particulated.
  • the electrolysis cell can be further developed by a retaining device for retaining the particulate solid electrolyte in the electrolysis cell. This ensures that the particulate solid electrolyte is not flushed out of the space between the electrodes. This is particularly important when the pumbleför ⁇ -shaped solid electrolyte as a powder or powder of small
  • the retaining device can, for example, as a sieve with a particle size to the particle size
  • Electrolytic cell can be penetrated with a large volume flow.
  • the first and second electrodes comprise a carrier core and a diamond coating.
  • a carrier core may be any suitable material and in particular
  • the diamond coating is very durable, giving the electrodes a very long life because the diamond coating protects the electrodes greatly from corrosion by the oxidants such as ozone. Furthermore, it is prevented that components of the electrodes are discharged into the liquid, which may be harmful to the user, as may be the case with lead oxide electrodes, in particular in non-continuous operation of the electrolysis cell. Diamond as such is a very good insulator, so that no current density could be introduced into the liquid to be treated. Therefore, the diamond coating does not consist of pure diamond, but is doped,
  • the diamond coating is elekt ⁇ driven conductive for example with boron.
  • the diamond coating is about 5 to 10 ⁇ and can be applied to the carrier core with a vapor deposition process.
  • both the first and the second electrode have ei ⁇ ne diamond coating, a polarity reversal is possible, which should be done at regular intervals.
  • Umpolung means that not only one electrode always acts as an anode and the other as a cathode.
  • a Be ⁇ lag in particular by limescale, form, which is significantly reduced by the polarity reversal and distributed more uniformly on the two electrodes, so that the life of the electrolysis cell is increased. Otherwise, the electrolysis cell would cease to function after a shorter period of time, when a lime- containing liquid, for example tap water, is supplied to it.
  • the first and second surfaces are arranged planparal ⁇ lel to one another. This can be a
  • one is free to choose the geometrical shape of the electrodes.
  • the geometric shape of the electrodes has an influence on the current densities.
  • it is possible whiltau ⁇ chen rod-shaped electrodes in an ion exchange bed.
  • a different current density can be generated, with which the ozone yield can be controlled. It has been shown that the ozone yield increases with increasing current density in comparison to the other oxidizing agents.
  • the carrier core may be made of ceramic material or more generally comprise the ceramic material.
  • the carrier core can therefore consist exclusively of ceramic material or have other components in addition to the ceramic material and in particular ⁇ sondere be modified with organic components.
  • Ceramic material is particularly resistant to corrosion and therefore increases the life of the electrolysis cell. Furthermore, no harmful substances are released into the liquid flowing around the electrodes. Furthermore, it is possible that the first and the second surface have one or more projections. Peak discharges occur at the projections, so that high current densities are occasionally generated without the voltage having to be increased. The production of oxidants is thus made more efficient. In conjunction with the carrier material of a ceramic material, there is also the effect that the projections can be made very uniform, since the ceramics can be formed very precisely. The punctually high
  • Another aspect of the present invention relates to an apparatus for treating a liquid comprising
  • an electrolysis cell according to the invention for producing oxidizing agents and in particular ozone for the treatment of the liquid.
  • the electrodes can be arranged at a very small distance from each other and yet be flowed through with a sufficiently high volume flow. With decreasing distance, the first and second surfaces of the
  • Electrodes are reduced. Furthermore, the space requirement of the electrolytic cell decreases with decreasing distance of the two electric ⁇ so that it can be arranged in areas with little space, for example, directly in the inlet or outlet of the device.
  • a particulate solid electrolyte is arranged in the free space.
  • the parti ⁇ kelförmige solid electrolyte is good from the liquid to be enriched with the oxidant, fürström- bar.
  • Solid electrolyte promotes the conduction of ions through the liquid from the first to the second electrode, so that to generate the necessary current density lower voltages sufficient than in known electrolysis cells, the no
  • the electrolyzer ⁇ sezelle can therefore be operated more economically.
  • the device is adapted to reverse the polarity of the electrolysis cell so that the first and the second electrode yaw alternately as a cathode and as an anode ⁇ fun.
  • deposit formation is effectively counteracted so that the electrolysis cell remains functional for a reasonable amount of time even when ozone is generated from tap water.
  • the polarity reversal takes place in regular
  • the device is set up to apply a voltage above a threshold value to the electrodes.
  • the threshold value is in a variant at least 8 V / mm, based on the distance between the first and the second electrode, in particular at least
  • An ion exchanger for example a sulfonated fluoropolymer, is suitable for generating ozone from tap water.
  • the current flow can be ⁇ already after a relatively short time to break, so that the
  • Ozone production is greatly reduced.
  • the solid electrolyte is saturated with cations, in particular hardness-forming cations, so that its electrical conductivity decreases sharply.
  • the increase of the voltage above a suitable threshold causes a detachment of the bound cations.
  • the device is configured to detect a drop in current through the electrolytic cell and in response to the detection to increase the voltage at least temporarily to a value above ei ⁇ nes certain threshold value.
  • the device comprises a measuring device for determining at least one variable from the group comprising the conductivity, the ozone content and the oxidation-reduction potential of the liquid.
  • the cell can be activated (too little oxidant or ozone in the liquid) or deactivated (too much oxidant or ozone in the liquid).
  • Other determinable events for activating and deactivating the cell may be a time interval or time, or the delivery of untreated fluid into the device.
  • the device may be operated to produce or maintain a concentration of the oxidizing agent necessary to safely inactivate the germs. Thus that a too high concentration of the means of Oxidationsmit ⁇ is generated is prevented, which would cause unnecessary costs
  • Liquid taste is negatively influenced or limits for liquids (especially drinking water) are exceeded. Furthermore, the formation of disinfection by-products is reduced.
  • the device comprises a measuring device for determining the conductivity of the liquid, the device being set up to set a cell voltage as a function of the conductivity.
  • the device is also better suited for treating tap water whose conductivity may vary within certain limits.
  • the cell resistance can be determined by means of the measuring device, wherein the measuring device comprises a power supply for regulating the voltage as a function of the measured cell resistance.
  • the measuring device comprises a power supply for regulating the voltage as a function of the measured cell resistance.
  • the apparatus further comprises a tank for storing the liquid, and guide means for guiding the liquid in the apparatus, the electrolytic cell in the tank, in the inlet, arranged in the Füh ⁇ agent or in the outlet piece.
  • Inventive electrolysis cell requires little space, it can be arranged in all areas of the device.
  • the location at which the electrolytic cell is located coincides with the introduction of the oxidizing agent into the liquid, so that the electrolysis cell can be arranged at locations of the device which are critical for the microbial contamination, for example at the outlet or at the supply line for untreated liquid.
  • the outlet piece comprises a closable opening for selectively discharging the liquid, a supply element for supplying the liquid to the outlet piece, and a discharge element for discharging the liquid from the outlet piece and for guiding into the tank.
  • the outlet piece can be flushed with the treated liquid even if the liquid is not to be dispensed through the outlet piece.
  • the disinfecting effect of the liquid which is mixed with the oxidizing agent is used to supply the outlet piece
  • the outlet piece is a critical point for retrograde Ver ⁇ germination, as it represents the interface with the environment in which a high number of germs is located.
  • the liquid discharged from the outlet piece can be returned to the tank. Furthermore, it is also possible to operate the device so that the liquid is conveyed in the circuit ⁇ run. In this embodiment, a certain Recirculated volume of fluid within the apparatus, repeated with chert ⁇ oxidant and in particular ozone angerei and are brought to a specific concentration.
  • this embodiment Since on the one hand less or no fresh liquid ⁇ speed must be supplied, this embodiment has the effect that the amount of spent liquid can be reduced and thus also devices can be operated without outflow. On the other hand, the amount to be generated in the cell becomes
  • the cell can be switched on in dependence upon the determined value of the conductance of the oxidation-reduction potential or the ozone content and off, while the liquid ge ⁇ promotes the circulation, so that a certain concentration is never exceeded.
  • the oxidant and ozone concentration generated in the electrolysis cell can be adjusted by adjusting the
  • a conveying device for conveying the liquid within the device.
  • the device can also be operated without a conveyor, wherein the pressure of the supply line or the hydrostatic pressure in the tank cause the conveying of the treated liquid.
  • the liquid can be independent of structural conditions and
  • An embodiment of the device is characterized by a unit for reducing the concentration of the oxidizing agent.
  • This unit can be a UV lamp, activated carbon,
  • Glass fiber or other catalytically active element umfas ⁇ sen and may for example in the area of the outlet
  • This embodiment makes it possible to produce within the device a concentration of the oxidizing agent which is higher than that which is necessary for the use of the
  • Liquid, especially as drinking water, acceptable and zuläs ⁇ sig is. Furthermore, a high concentration of
  • the unit for reducing the concentration of the oxidizing agent may be disposed outside of the circulation circuit. But it can also be ⁇ classified within the circulation circuit. In this case, the liquid removal is in one disclosed embodiment by the user during the Umisselzpro ⁇ zesses not possible, and the unit is switched off for reducing the concentration of the oxidizing agent.
  • the device comprises a bypass with a first section and a second section, wherein the electrolysis cell is arranged in one of the sections.
  • bypass indicates, the first and second sections are fluidically connected in parallel.
  • the bypass allows easy replacement of the electrolysis cell, furthermore, with the choice of volume flows through the first and the second section, the enrichment of the liquid with ozone can be easily adjusted.
  • a treatment unit for example, a filter unit may be arranged to condition the flues ⁇ stechnik upstream of the electrolytic cell.
  • the portion other than the portion which contains the electrolytic cell by passing a portion of the fluid through the portion other than the portion which contains the electrolytic cell, and an after ⁇ following blending of the treated with the electrolytic cell liquid with the gas passing the other portion flues ⁇ stechnik the content of undesired substances such as bromide and iodide are reduced.
  • the ozone content will be sufficient even in the blended liquid for disinfection purposes.
  • the Oxidationsstoff- or ozone concentration does not necessarily have to be chosen so high that almost all germs are killed. Rather, one can speak of a safe disinfection, when the oxidant and ozone concentration at regular intervals by a corresponding activation of the electrolytic cell to a comparatively low value held ⁇ th is sufficient to inactivate the germs in many cases already. A certain number of germs can be tolerated, only it may not come to an increase. Thus, with a low oxidizing agent and ozone concentration and thus low energy consumption, the formation of biofilms can be counteracted.
  • Another aspect of the present invention relates to a process for producing ozone for the treatment of a liquid, comprising the following steps:
  • Liquid-carrying parts are understood as meaning all parts of the device which come into contact with the liquid.
  • the generator for producing oxidizing agents, and in particular ozone is an electrolytic cell according to one of the exemplary embodiments presented above.
  • the determinable event is the exceeding or falling below a certain threshold value of the oxidation rate measured by the measuring device.
  • the oxidation ons-reduction potential varies with the concentration of the oxidizing agent generated, so that for example the Erzeu ⁇ supply of the oxidizing agent and can in particular be started by ozone when a predetermined threshold value can be exceeded, and stopped when a predetermined threshold is exceeded ,
  • concentration of the oxidizing agent, in particular, the ozone in the liquid can be held in raplba ⁇ ren thus limits, so that the device is operated efficiently and economically and permissible Maximalkonzentra ⁇ functions are not exceeded.
  • the determinable event may be the supply of unbehan ⁇ delter liquid in the device.
  • the untreated liquid has a high number of germs, so that the supply of untreated liquid into the device is an event that makes it necessary to increase the concentration of the oxidizing agent, in particular the ozone. So with ⁇ can also be a reliable inactivation caused crossing of germs without a measurement of the oxidation-reduction potential or the ozone concentration.
  • the determinable event may be a time interval or a time. It is thus possible to activate the electrolytic cell regularly for a certain period of time. For example, the electrolytic cell can be activated for a certain duration every two hours. Alternatively, a particular time may be chosen, for example during the night when the device is not usually used to activate the electrolytic cell.
  • the method includes applying a voltage above a threshold to the
  • the threshold is in one variant at least 8 V / mm, based on the distance between the first and second electrodes, especially at least 9 V / mm, more in particular ⁇ sondere 10 V / mm. These values are especially if the
  • Solid electrolyte comprises a strongly acidic ion exchanger, for example a sulfonated fluoropolymer, suitable for generating ozone from tap water.
  • a strongly acidic ion exchanger for example a sulfonated fluoropolymer, suitable for generating ozone from tap water.
  • the current flow can be ⁇ already after a relatively short time to break, so that the
  • Ozone production is greatly reduced.
  • the solid electrolyte is saturated with cations, in particular hardness-forming cations, so that its electrical conductivity decreases sharply.
  • the increase of tension up above a suitable threshold causes detachment of the bound cations.
  • the method includes detecting a decrease in a current through the
  • Electrolysis cell and at least temporarily increase the voltage across the electrodes to a value above a certain threshold value in response to the detection.
  • the Elect ⁇ rolysezelle is reversed, so that the first and second electrodes alternately function as a cathode and anode.
  • the polarity reversal can take place in particular at regular intervals. Ozone production thus remains relative
  • Figure 1 is a schematic representation of an electrolytic cell according to the invention according to a first
  • Figure 2 is a schematic representation of an electrolytic cell according to the invention according to a second
  • Figure 3 is a schematic representation of an electrolytic cell according to the invention according to a third
  • Figure 4 is a schematic representation of an inventive device
  • Figure 5 is a schematic representation of a bypass according to the invention.
  • the electrolytic cell 10i illustrated in Figure 1 to ⁇ holds a first electrode 12 having a first surface Fi and a second electrode 14 having a second area F 2, which face each other and are arranged at a distance A from each other.
  • the Elect ⁇ clear 12,14 each have a carrier core 17 on which a Diamond coating 28 is applied. In order to make the diamond coating 28 electrically conductive, it is doped.
  • the electrolytic cell 10 comprises a measuring device 26 for determining the cell resistance and for
  • the measuring device 26 is connected to a
  • Power supply 18 is connected for controlling the voltage as a function of the precisely measured ⁇ NEN cell resistance.
  • the two electrodes 12, 14 form a free space 15 which can be flowed through by liquid, for example water, and filled with a particulate solid electrolyte 20, which can be embodied as an ion exchanger 22 or as an acidified zeolite 24 or as a polymer 24.
  • a particulate solid electrolyte 20 which can be embodied as an ion exchanger 22 or as an acidified zeolite 24 or as a polymer 24.
  • polymer 24 in particular, a sulfonated tetrafluoroethylene polymer has been found suitable, for example, available under the trade name Nafion ⁇ . It may the example extruded and then ground to the desired particle size ⁇ .
  • Solid electrolyte 20 is selected so that the liquid can flow with a sufficiently large volume flow between the two electrodes 12,14. It can the
  • Particle size diameter in the range of 10 ⁇ to 0.5 mm.
  • a retainer 25 is provided. This can for example be designed as a sieve having a mesh width ent ⁇ speaking or as a nonwoven layer. It is important that the pressure loss generated during the flow through the retaining device 25 or the
  • Flow resistance can be kept low.
  • the electrodes 12, 14 are subjected to a voltage.
  • a current density which ensures that at the anode following the current understanding, the following reactions can take place:
  • ozone is generated as an oxidizing agent, with which the water is enriched in the electrolytic cell 10i.
  • Been oxidant enriched with ozone in particular, it is gereichert with additional oxidizing agent and preferably with ozone at ⁇ .
  • the volume flow through the electrolytic cell 10i and the concentration of the ozone generated are chosen so that the ozone concentration in the entire liquid in the device 30 is sufficient to safely deactivate the germs present in the liquid and liquid-carrying parts without damaging the health limits on ⁇ steps and / or the water taste adversely modified or an unpleasant odor is triggered.
  • a volume flow of about 30 Lh- 1 through the electrolytic cell has proved to be suitable.
  • the average ozone concentration in the electrolytic cell is 50 micrograms ⁇ L ⁇ not exceed 1, otherwise unwanted by-products are generated to an increased extent in ⁇ play as bromate. However, locally in the
  • Electrolysis cell also produces a significantly higher ozone concentration, which in the tank to the maximum
  • FIG. 2 shows a second exemplary embodiment of an electrolytic cell IO 2 .
  • the free space is 15 empty. Otherwise, the electrolytic cell IO 2 corresponds to that shown in FIG.
  • FIG. 3 shows an electrolytic cell 10 3 according to a third exemplary embodiment.
  • a carrier core 17 As a carrier core 17, a ceramic material 29 is provided.
  • the first and the second surface Fi, F 2 have one or, as shown, several cracks before ⁇ 27, on which high current densities can be produced.
  • FIG. 4 shows an inventive device 30 is shown for treating a fluid, comprising a ⁇ genera tor 11 for generating ozone, which in the illustrated
  • Example is formed as an electrolytic cell 10 according to one of the embodiments shown in the Fi ⁇ gures 1 to 3 embodiments.
  • a control device 31 controls the operation of the electrolysis cell 10.
  • the device 30 comprises an inlet 32, with which an untreated liquid, in particular water, can be guided into the device 30.
  • the feed 32 opens into a treatment area 36 in which the liquid, in this case water, is mixed with oxidizing agent and, in particular, ozone.
  • the treatment area 36 comprises a tank 34 in which the water can be stored. Starting from the tank 34, a guide means 37 leads to a
  • Outlet 38 through which the treated water can be discharged, for example, to be drunk by a user. Furthermore, the outlet piece 38 has a closure element 40 with which an opening 42 for selectively discharging the treated water can be opened and closed. The outlet piece 38 has a feed element 39, which serves to bring the treated water up to the opening 42.
  • a discharge element 44 is provided in the outlet piece 38, with which the treated liquid from the outlet ⁇ piece 38 can be removed when the opening 42 is closed.
  • the removal element 44 is designed from ⁇ that the treated liquid is recycled to the tank 34th
  • the device 30 comprises a conveyor 46, for example a pump, with which the liquid can be circulated within the device 30.
  • a unit 48 for reducing the concentration of the oxidizing agent is also present, which is arranged in the region of the outlet piece 38 in the example shown. In the example shown, this is activated when fluid is removed via the outlet piece 38. When circulating the liquid, the unit 48 is normally switched off.
  • the generator 11 or the electrolytic cell 10 is arranged in the guide means 37, but can be mounted at any point of the device 30, for example in the
  • the measuring device 26 for determining the conductivity, the oxidation-reduction potential or the oxidation content of the liquid is not integrated in the illustrated example in the electrolytic cell 10, but disposed upstream of the electrolytic cell 10 and via a line 50 with the Electrolytic cell 10 connected.
  • the conductivity of the water can be measured anywhere on the device 30, for example in the guide means 37, as shown here.
  • Liquid which flows through the electrolytic cell 10, with oxidizing agent, preferably subjected to ozone.
  • the oxidizing agent preferably ozone
  • transported by the fluid within the device 30 is advantage.
  • the conveyor means 46 circulates the fluid in the closed closure member 40 within the Wennsmit ⁇ tel 37 in the direction of the arrows in a way, that the ozone is promoted to the outlet piece 38 and back into the tank 34th
  • the tank 34 and the guide means 36 and in particular the outlet piece 38 are flushed with the ozone-containing water, so that the necessary number of germs are inactivated and in particular a re ⁇ trograde bacterial contamination of the device 30 and the formation of biofilms in the device 30 is prevented.
  • the control device 31 is adapted to a
  • the threshold value depends on the distance A, in particular sondere proportional to this distance A. Further, the STEU ⁇ er worn 31 can monitor the current between the electrodes 12,14. If it is detected that this drops sharply, then the voltage is temporarily increased above a threshold value. Subsequently, the normal operation is again generatenom ⁇ men.
  • the control device is also set up to carry out a regular reversal of polarity of the electrolytic cell 10.
  • the electrode 12,14 which acted as a cathode before the polarity reversal, becomes the anode.
  • the electrode 12,14 which acted as an anode before the polarity reversal, becomes the cathode.
  • FIG. 5 shows a bypass 52 which can be used at any point of the device 26 according to the invention.
  • the bypass 52 is arranged in the inlet 32, which divides into a first section 53 and a second section 55 and then rejoins.
  • the electrolysis cell 10 and a treatment unit 54 are arranged in section 55.
  • the specialistssein ⁇ standardized 54 is in the embodiment example shown in Figure 5
  • the bypass 52 further comprises an adjusting device 56 with which the ratio between the volume flow in the first section 53 and the volume flow in the second section 55 can be adjusted. In this way, the oxidizing agent and ozone concentration in the device 26 can be selected. Furthermore, the bypass 52 allows easy replacement of the
  • Electrolysis cell 10 or the treatment unit 54 may be configured so that all the water flows through the first portion 53. Then, the electrolytic cell 10 or the treatment unit 54 can be replaced without having to shut down the entire device 26. Furthermore, the entire bypass 52 or the second section 55 or the electrolysis cell 10 or the
  • Treatment unit 54 designed as a replaceable unit which can be very easily separated from the adjacent building units and reconnected with them.
  • a first Abklemmech 58i and a second Abklemmein ⁇ unit 58 2 are provided, which can be closed on the one hand to prevent the passage of the liquid and the ⁇ other hand, the assembly and disassembly of lying between them second portion 55 of the bypass 52 together therein angeord ⁇ Neten units, here the treatment unit 54 and the
  • Electrolysis cell 10 simplify.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
  • Water Treatment By Electricity Or Magnetism (AREA)
  • Treatment Of Water By Oxidation Or Reduction (AREA)

Abstract

Eine Elektrolysezelle zum Erzeugen von Oxidationsmitteln, insbesondere Ozon, zum Behandeln einer Flüssigkeit, umfasst eine erste Elektrode (12) und eine zweite Elektrode (14). Die erste und die zweite Elektrode (12, 14) sind in einem Abstand (A) zueinander angeordnet. Zwischen der ersten und der zweiten Elektrode (12, 14) ist ein partikelförmiger Feststoffelektrolyt (20) angeordnet, der von der Flüssigkeit durchströmbar ist. Der Feststoffelektrolyt (20) ist in einem von der ersten und der zweiten Elektrode (12, 14) begrenzten Freiraum angeordnet.

Description

Elektrolysezelle zum Erzeugen von Ozon zur Behandlung einer Flüssigkeit
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Elektrolysezel¬ le zum Erzeugen von Oxidationsmitteln, insbesondere Ozon, zum Behandeln einer Flüssigkeit, umfassend
eine erste Elektrode und
- eine zweite Elektrode,
wobei die erste und die zweite Elektrode in einem Abstand zueinander angeordnet sind, und
wobei zwischen der ersten und der zweiten Elektrode ein partikelförmiger Feststoffelektrolyt angeordnet ist, der von der Flüssigkeit durchströmbar ist.
Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Behandeln einer Flüssigkeit, umfassend
einen Zulauf zum Zuführen von Flüssigkeit in die
Vorrichtung,
- ein Auslassstück zum Abgeben der behandelten Flüssigkeit aus der Vorrichtung,
einen mit Wasser beaufschlagbaren Behandlungsbereich zum Behandeln des Wassers.
Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Erzeugen von Ozon zur Behandlung einer Flüssigkeit.
Flüssigkeits- bzw. Trinkwasser-spendende Vorrichtungen, wie beispielsweise Cooler, Chiller, Waterbars oder Verkaufsauto¬ maten, weisen üblicherweise langgestreckte Leitungssysteme auf, die über Zuläufe und Auslassstücke verfügen, über welche das Trinkwasser den Vorrichtungen zugeführt und aus diesen abgegeben wird. Insbesondere von den Auslassstücken geht die Gefahr einer retrograden Verkeimung des Trinkwassers durch unerwünschte und vielfach auch gesundheitsgefährdende Keime wie Bakterien, Pro¬ tisten, Pilze, Parasiten, Viroide, Viren, Algen oder Prionen aus, welche sich in den Leitungssystemen der Flüssigkeits- bzw. Trinkwasser-spendenden Vorrichtungen befinden und sich dort festsetzen können. So kann beispielsweise das Berühren des Aus- lassstückes mit der Hand eines Benutzers ausreichen, um Keime in das Auslassstück einzutragen, die sich gegen die hauptsächliche Strömungsrichtung des Trinkwassers innerhalb der Vorrichtung ausbreiten. Allerdings geht nicht nur von der retrograden Ver- keimung eine Gefahr aus, sondern auch vom Leitungssystem selbst, in welchem sich ebenfalls gesundheitsgefährdende Keime befinden und ausbreiten können.
Zum Verhindern dieser Verkeimung ist es bekannt, die Keime mit Hilfe von verschiedenen Maßnahmen zu inaktivieren. Unter einer Inaktivierung sind Maßnahmen zu verstehen, welche so auf die Keime einwirken, dass sie sich nicht mehr vermehren können. Die Keime müssen dabei nicht notwendigerweise abgetötet werden. Mit der Inaktivierung der Keime wird die Bildung von Biofilmen vermieden. Zu diesen Maßnahmen zählt beispielsweise die Bestrahlung der Flüssigkeit mit UV-Licht oder das Versetzen der Flüssigkeit mit einem Reinigungsmittel. Die Bestrahlung der Flüssigkeit mit UV-Licht hat den Nachteil, dass die Keime nur im Strahlungsbereich der UV-Lampe inaktiviert werden, so dass nur ein Teil der Keime inaktiviert werden und die nicht inaktivier¬ ten Keime an anderen Orten der Vorrichtung weiter ausbreiten können. Die Verwendung eines Reinigungsmittels, welches durch die gesamte Vorrichtung gefördert werden kann, hat den Nachteil, dass dieses im Allgemeinen nicht trinkbar ist und somit aufge¬ fangen und vollständig aus der Vorrichtung entfernt werden muss, bevor die Vorrichtung wieder zum Spenden von Trinkwasser verwendet werden kann. Dies ist insbesondere deshalb nachteilig, weil die Vorrichtung für eine bestimmte Zeit ihren bestimmungsgemäßen Zweck nicht erfüllen kann.
Eine weitere Maßnahme der Inaktivierung der Keime ist das Erzeugen von Oxidationsmitteln, welche in die Flüssigkeit bzw. das Trinkwasser eingeleitet werden. Oxidationsmittel sind insbesondere Ozon, Chlor, Chlordioxid, Wasserstoffperoxid und Hydroxyl-Radikale (OH-Radikale) . Die Erzeugung von Oxidations¬ mitteln hat den Vorteil, dass ihre Konzentration in der
Flüssigkeit bzw. im Trinkwasser so gesteuert werden kann, dass die Keime sicher inaktiviert werden und der Benutzer keinen Gesundheitsgefahren ausgesetzt wird. Weiterhin können die Oxidationsmittel zusammen mit der Flüssigkeit durch die gesamte Vorrichtung gefördert werden, so dass sämtliche Leitungsab¬ schnitte mit dem Oxidationsmittel beaufschlagt und Keime überall inaktiviert werden.
Üblicherweise wird Ozon mittels eines sogenannten Koro¬ na-Entladung-Verfahrens (Corona-Discharge) erzeugt. Mit diesem Verfahren wird gasförmiges Ozon erzeugt, das anschließend in die zu behandelnde Flüssigkeit eingeleitet wird. Hierzu ist eine Mischeinheit Luft/Wasser notwendig. Ein Gasabscheider wird be- nötigt, da Restgase vernichtet werden müssen, die für den
Benutzer giftig sein können.
Diese Nachteile können unter Verwendung einer Elektrolysezelle zum Erzeugen von Oxidationsmitteln und insbesondere von Ozon zur Behandlung einer Flüssigkeit umgangen werden. Die aus dem Stand der Technik bekannte "Fischer-Zelle", die hierzu geeignet ist, umfasst flächig ausgebildete Elektroden, die gegen eine zwischen den Elektroden befindliche Membran gedrückt werden. Die verwendeten Elektroden bestehen aus Bleioxid, die insbesondere bei einem nicht kontinuierlichen Betrieb der Vor- richtung den Nachteil haben, dass sie Bleibestandteile in die zu behandelnde Flüssigkeit abgeben, was bezüglich der Gesundheit des Benutzers unakzeptabel ist.
Aus der DE 103 16 759 sind Elektroden bekannt, die eine Diamantbeschichtung aufweisen. Die darin offenbarten Elektroly- sezellen dienen aber der Behandlung von Gasen, so dass die
Übertragung auf den vorliegenden Fall nicht möglich ist. Insbesondere tritt bei der Behandlung von Flüssigkeiten das Problem auf, dass der Volumenstrom, der maximal durch die Elektrolyse¬ zelle durch geleitet werden kann, aufgrund der
Inkompressibilität von Flüssigkeiten einen limitierenden Faktor darstellt .
Die DE 10 2004 015 680 AI offenbart eine zum Behandeln von Flüssigkeiten geeignete Elektrolysezelle, bei welcher ein Feststoffelektrolyt zwischen den Elektroden angeordnet ist. Um die Stabilität der Elektrolysezelle zu gewährleisten, muss der Feststoffelektrolyt in einer relativ aufwändigen Form bereitgestellt werden, wodurch ein hoher Platzbedarf geschaffen wird. Die verwendeten Membranen aus einem polymeren Festelektrolyten müssen permanent feucht gehalten werden, um ihre Funktionsfähigkeit nicht zu verlieren. Dies ist nachteilig für die Lagerung, den einfachen Transport und den Austausch einer verbrauchten Elektrolysezelle.
Flächig hergestellte Elektroden ohne Öffnungen, bei denen die Flüssigkeit zwischen der ersten und zweiten Elektrode strömt, sind einfacher herzustellen als flächige Elektroden, die von Kanälen durchzogen sind, um die Flüssigkeit an die Membran zu leiten, wie sie in der DE 100 25 167 AI beschrieben werden. Dies gilt auch für die in der DE 10 2004 015680 AI beschriebenen Gitterelektroden .
Die US 6,254,762 offenbart eine Elektrolysezelle mit zwei Kammern für die Produktion von Wasserstoffperoxid. Diese Anlage kann man Ozon abgeben lassen, indem man einen geeigneten Katalysator auswählt. Ein Hauptkörper der Elektrolysezelle ist mittels einer Ionenaustauschmembran in eine Anodenkammer und eine Kathodenkammer unterteilt. Die Ionenaustauschmembran weist an einer der Anodenkammer zugewandten Seite eine Gasdiffusionsanode auf, die mit ihr in engem Kontakt steht. In der
Kathodenkammer ist eine Gasdiffusionskathode beabstandet zur Io¬ nenaustauschermembran gelegen, so dass die Kathode mit der oberen Seite und der unteren Seite des Hauptkörpers der Elektro¬ lysezelle in Kontakt steht, um die Kathodenkammer in eine
Lösungskammer an der der Anodenkammer zugewandten Seite und eine Gaskammer an der gegenüberliegenden Seite zu unterteilen. Die Lösungskammer ist mit Ionenaustauscherharzpartikeln vollständig gefüllt. Die obere und die untere Seite der Lösungskammer wei¬ sen eine Zuführöffnung für ultrareines Wasser bzw. eine
Abgabeöffnung für eine wässrige Wasserstoffperoxidlösung auf. Die Zuführ- und die Abgabeöffnung weisen jeweils einen Stopfen auf, um zu verhindern, dass die Ionenaustauscherharzpartikel ausströmen. Die Anodenkammer weist eine Wasserstoffgaszuführ- öffnung und eine Gasüberschussabgabeöffnung auf, die in unteren bzw. oberen Teilen der Anodenkammer ausgeformt sind. Ferner weist die Kathodenkammer eine Sauerstoffgaszuführöffnung und eine Gasüberschussabgabeöffnung auf, die in unteren bzw. oberen Teilen der Kathodenkammer ausgeformt sind. Wenn eine Spannung an den zwei Elektroden angelegt wird, während Wasserstoffgas der Anodenkammer, ein Sauerstoff enthaltender Gas der Kathodenkammer und ultrareines Wasser der Lösungskammer zugeführt werden, fließt ein elektrischer Strom mit einer relativ hohen Stromdichte durch die Kathode und die Anode, obwohl die elektrische
Leitfähigkeit des ultrareinen Wassers praktische null ist. Dies rührt daher, dass die zwei Elektroden über die Ionenaustausch- membran und die Ionenaustauscherharzpartikel, die beide eine elektrische Leitfähigkeit aufweisen, elektrisch miteinander verbunden sind.
Die bekannte Elekrolysezelle funktioniert jedoch nur mit ultrareinem Wasser. Würde man Leitungswasser verwenden, würde es ziemlich schnell zu Ablagerungen in der Lösungskammer kommen .
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Elektrolysezelle anzugeben, welche zur Behandlung auch von anderen Flüssigkeiten als Reinstwasser geeignet ist.
Gelöst wird die Aufgabe mit einer Elektrolysezelle der eingangs genannten Art, bei der der Feststoffelektrolyt in einem von der ersten und der zweiten Elektrode begrenzten Freiraum angeordnet ist.
Unter einem partikelförmigen Feststoffelektrolyt soll in diesem Zusammenhang ein Elektrolyt verstanden werden, der eine Vielzahl von Festkörpern mit kleinen Abmessungen umfasst. Insbesondere soll die überwiegende Partikelgröße des Feststoff¬ elektrolyts unter 1 mm liegen. Der partikelförmige
Feststoffelektrolyt kann dabei als ein Granulat, eine Suspension oder ein Pulver vorliegen. Weiterhin können die partikelförmigen Feststoffelektrolyte auch zu einer größeren Einheit
beispielsweise unter Verwendung eines Binders verbunden werden. Hierbei können Partikel mit einem mittleren Durchmesser von 1 mm und mehr erzeugt werden.
Für die Erzeugung einer ausreichenden Ozonmenge und insbesondere einer hohen Ozonausbeute im Vergleich zu anderen Oxidationsmitteln wie beispielsweise Chlor ist eine bestimmte Stromdichte erforderlich. Die Ozonausbeute beschreibt dabei den Anteil von Ozon an der Gesamtmenge der erzeugten Oxidationsmit- tel. Mit steigender Stromdichte steigt auch die Ozonausbeute. Die Leitfähigkeit der Flüssigkeit sinkt jedoch mit steigendem Reinheitsgrad. Als Konsequenz daraus wird zur Erzeugung der er- forderlichen Stromdichte eine höhere Spannung benötigt. Im Vergleich zu anderen Oxidationsmitteln hat Ozon den Vorteil, dass es zu geruchlosem Sauerstoff zerfällt und eine höhere Ef¬ fektivität bei der Inaktivierung von Keimen und eventuell bereits vorhandenen Biofilmen hat. Weiterhin wird die Bildung von Desinfektionsnebenprodukten (DNP) wie Chloroform vermindert.
Mittels des von Flüssigkeit durchströmbaren, partikel¬ förmigen Feststoffelektrolyts können hohe Stromdichten erzeugt werden, ohne dass die beiden Elektroden kurzgeschlossen werden. Der Feststoffelektrolyt fördert die Leitung von Ionen durch die Flüssigkeit von der ersten zur zweiten Elektrode, so dass zur
Erzeugung der notwendigen Stromdichte geringere Spannungen ausreichen als bei bekannten Elektrolysezellen, die keinen
partikelförmigen Feststoffelektrolyt aufweisen. Die Elektroly¬ sezelle kann daher kostengünstiger betrieben werden. Da bei dieser Aus führungs form mit geringeren Spannungen gearbeitet werden kann, trägt dies zur Sicherheit der Elektrolysezelle bei. Weiterhin kann die Elektronik vereinfacht ausgeführt werden.
Darüber hinaus garantieren partikelförmige Feststoff- elektrolyte eine gute Durchströmbarkeit des Raums zwischen den Elektroden, so dass ein ausreichend hoher Volumenstrom mit dem Oxidationsmittel versetzt werden kann, ohne dass der Strömungs¬ widerstand oder der Druckverlust in der Elektrolysezelle zu groß wird .
Dadurch, dass der Freiraum bis auf den Feststoffelekt- rolyt leer ist, also im Freiraum zwischen den Elektroden keine weiteren Gegenstände angeordnet sind, können die Elektroden in einem sehr geringen Abstand zueinander angeordnet und dennoch mit einem ausreichend hohen Volumenstrom durchströmt werden. Mit abnehmendem Abstand können die erste und die zweite Fläche der Elektroden reduziert werden. Weiterhin nimmt der Platzbedarf der Elektrolysezelle mit abnehmendem Abstand der beiden Elektroden ab, so dass sie auch in Bereichen mit geringem Bau- räum angeordnet werden kann, beispielsweise direkt im Zu- oder Ablauf einer Vorrichtung zur Behandlung einer Flüssigkeit.
Dadurch, dass der Freiraum nicht in weitere Räume unterteilt ist, kann die Elektrolysezelle im Betrieb umgepolt werden, das heißt, jede der ersten und der zweiten Elektroden kann abwechselnd als Anode oder Kathode fungieren. Dadurch werden Ablagerungen an den Elektroden weitgehend vermieden. Dies ist in einer Elektrolysezelle mit separaten Zuführöffnungen für unterschiedliche Gase nicht ohne eine relativ komplexe Anordnung von automatisch gesteuerten Ventilen möglich.
Die Elektrolysezelle weist somit ein Gehäuse mit we¬ nigstens einem Einlass für die zu behandelnde Flüssigkeit und wenigstens einem Auslass für die behandelte Flüssigkeit auf, wo¬ bei sämtliche Ein- und Auslässe zwischen von der ersten bzw. von der zweiten Elektrode definierten Flächen gelegen sind. Die
Elektrolysezelle kann dadurch relativ kompakt sein, da auf der von der anderen Elektrode abgewandten Seite einer jeden Elektrode keine Kammer angeordnet sein muss. In diesem Sinne kann die Elektrolysezelle in Bezug auf eine gedachte Fläche zwischen den Elektroden symmetrisch sein, so dass ein Umpolen während des Betriebs problemlos möglich ist.
In einer Aus führungs form liegt der partikelförmige Feststoffelektrolyt in einer der Puderform, der granulierten Form, der gesinterten Form und der extrudierten Form vor. Der Puder soll definitionsgemäß Partikel mit sehr kleiner Korngröße umfassen, insbesondere unter 0,5 mm. Hierdurch wird die spezifische Oberfläche vergrößert, so dass die Kontaktfläche mit der Flüssigkeit, die mit Ozon angereichert werden soll, vergrößert wird. Die Anreicherung mit Ozon wird daher effektiver ausge- führt.
Beim Sintern geht man vom partikelförmigen Feststoffelektrolyt aus, wobei die Korngröße auch so gewählt werden kann, dass sie der eines Puders entspricht. Durch eine Temperaturbe¬ handlung und alternativ auch unter Verwendung eines Binders wird der partikelförmige Feststoffelektrolyt in die gesinterte Form überführt. Hierdurch nimmt der partikelförmige Feststoffelekt¬ rolyt eine feste Form an, so dass er einfacher handhabbar ist. So kann der partikelförmige Feststoffelektrolyt in Scheiben¬ oder Plattenform dargestellt werden.
Weiterhin kann der Feststoffelektrolyt in extrudierter Form vorliegen. Auch hier weist der Feststoffelektrolyt nach Verlassen eine feste Form auf, die im Querschnitt der des Extru¬ ders entspricht. Diese kann auch rohrförmig sein. Auch hier wird die Handhabbarkeit verbessert. Die extrudierte Form kann durch einen weiteren Prozessschritt zerkleinert werden, bei¬ spielsweise durch Zerschneiden der extrudierten Form.
In einer Aus führungs form ist der Freiraum vollständig mit Feststoffelektrolyt gefüllt.
Ein Effekt ist, dass der elektrische Widerstand der Elektrolysezelle von Anfang an relativ konstant ist, was den Be¬ trieb der Elektrolysezelle vereinfacht. Anderenfalls würde der elektrische Widerstand nach dem ersten Kontakt mit der Flüssig¬ keit durch Quellen der Partikel abnehmen, da das Quellen der Partikel eine bessere Bedeckung und einen festeren Kontakt zwi¬ schen den Partikeln und den Elektrodenflächen bewirken würde.
In einer Aus führungs form beträgt der Abstand der beiden Elektroden unter Verwendung des partikelförmigen Feststoffelektrolyts 1,5 bis 2,5 mm. Die erste und die zweite Fläche der Elektroden können mit abnehmendem Abstand reduziert werden. Der Platzbedarf der Elektrolysezelle nimmt mit abnehmendem Abstand der beiden Elektroden ab, so dass sie auch in Bereichen mit ge- ringem Bauraum angeordnet werden kann. Die Stromdichte zwischen zwei Elektroden steigt mit der Leitfähigkeit der zwischen den Elektroden befindlichen Flüssigkeit und der angelegten Spannung, sinkt aber mit wachsendem Abstand der beiden Elektroden zueinander. Wird der Abstand der Elektroden zueinander verringert, steigt bei gleicher Spannung die Stromdichte, wodurch die Stromstärke zunimmt, die mit der Stromdichte und der Elektrodenfläche ansteigt. Um wieder zur ursprünglichen Stromstärke zurückzukehren, kann die Elektrodenfläche reduziert werden. Somit kann die Elektrolysezelle umso kompakter ausgestaltet werden, je geringer der Abstand zwischen den beiden Elektroden ist. Die Produktion von Oxidationsmitteln wächst ebenfalls mit steigender Stromstärke . Es hat sich herausgestellt, dass mit einer an die
Elektrolysezelle angelegten mittleren Stromdichte von mehr als 0,1 A/cm2 die erzeugte Ozonmenge ausreicht, um Flüssigkeiten mit einem Leitwert von 10 μΞ/αη oder mehr wirksam zu desinfizieren. In der Zelle selbst können lokal deutlich höhere Stromdichten erreicht werden. Damit ist gewährleistet, dass ein Großteil des Trinkwassers mit der erfindungsgemäßen Elektrolysezelle ohne zu¬ sätzliche Maßnahmen wie eine Enthärtung oder eine Voll- oder Teilentsalzung behandelt werden können.
Die erfindungsgemäßen Elektrolysezellen dienen zwar hauptsächlich der Erzeugung von Ozon, jedoch lässt es sich nicht vermeiden, dass auch andere Oxidationsmittel in Form von Chlor, Chlordioxid, Wasserstoffperoxid und Hydroxyl-Radikale (OH- Radikale) gebildet werden. Da diese auch Keime abtöten oder zu- mindest inaktivieren, ist die Bildung dieser anderen
Oxidationsmittel diesbezüglich nicht von Nachteil. Allerdings führen sie zu geschmacklich nachteiligen Veränderungen der Flüssigkeit und können einen unangenehmen Geruch erzeugen. Wie oben erwähnt, kann die Bildung dieser und anderer Oxidationsmittel und deren Desinfektionsnebenprodukte nicht verhindert werden, jedoch kann mithilfe einer erhöhten Stromdichte die Ozonausbeute im Vergleich zu der Ausbeute der anderen Oxidationsmittel ge¬ steigert werden.
Der partikelförmige Feststoffelektrolyt kann ein Ionen- austauscher, insbesondere ein protonenleitender
Ionenaustauscher, mehr insbesondere ein Zeolith oder ein Polymer, noch mehr insbesondere ein Tetrafluorethylen-Polymer sein. Besonders hat sich ein sulfoniertes Tetrafluorethylen-Polymer wie Nafion als geeignet herausgestellt. Ganz besonders effektiv ist es, wenn der Ionenaustauscher ein sauer eingestelltes Zeolith oder ein Polymer ist. Ein protonenleitender
Ionenaustauscher ist ein Kationenaustauscher, der Protonen zur Verfügung stellt. Sauer eingestellte Zeolithe stellen Protonen zur Verfügung, so dass zwischen den beiden Elektroden eine Art "Protonenkette" gebildet wird, was zur Steigerung der Leitfähig¬ keit zwischen den Elektroden beiträgt. Mit einem
protonenleitenden Ionenaustauscher werden im Vergleich zu Elekt- rolysezellen ohne einen protonenleitenden Feststoffelektrolyt der Stromfluss und damit auch die Stromdichte bei gleich blei¬ bender Spannung vergrößert. Eine besondere Eigenschaft des sulfonierten Tetrafluorethylen-Polymers ist, dass er nicht feucht gehalten werden muss, um seine Funktionsfähigkeit zu be¬ wahren .
Weiterhin weisen sauer eingestellte Zeolithe und Poly¬ mere die Eigenschaft auf, dass sie im Vergleich mit anderen Kationenaustauschern widerstandsfähiger gegenüber Oxidation sind. Neben Kationenaustauschern ist auch die Verwendung von Anionenaustauschern denkbar, jedoch ist die mit ihnen erzeugte Ozonausbeute im Vergleich zu Kationenaustauschern geringer, da mit Protonen die Leitfähigkeit am besten erhöht werden kann.
Das sauer eingestellte Polymer kann ein sulfoniertes Tetrafluorethylen-Polymer, wie z.B. Nafion, sein. Das Polymer kann extrudiert und anschließend partikuliert werden.
Die Elektrolysezelle kann durch eine Rückhalteeinrichtung zum Zurückhalten des partikelförmigen Feststoffelektrolyts in der Elektrolysezelle weitergebildet werden. Hierdurch ist sichergestellt, dass der partikelförmige Feststoffelektrolyt nicht aus dem Freiraum zwischen den Elektroden ausgeschwemmt wird. Dies ist insbesondere dann wichtig, wenn der partikelför¬ mige Feststoffelektrolyt als Puder oder Pulver mit kleiner
Korngröße vorliegt. Die Rückhalteeinrichtung kann beispielswei- se als Sieb mit einer auf die Korngröße des partikelförmigen
Feststoffelektrolyts angepasste Maschenweite oder als Vliesstoff ausgebildet sein. Auch können mit einem Binder zusammengehalte¬ ne Feststoffelektrolyt-Kristallite die Rückhalteeinrichtung bilden. Der Strömungswiderstand oder der Druckverlust der Rück- halteeinrichtung werden somit gering gehalten, so dass die
Elektrolysezelle mit einem großen Volumenstrom durchsetzt werden kann .
In einer Aus führungs form weisen die erste und die zweite Elektrode einen Trägerkern und eine Diamantbeschichtung auf. Als Trägerkern kann jedes geeignete Material und insbesondere
Metall eingesetzt werden. Die Diamantbeschichtung ist sehr beständig, so dass die Elektroden eine sehr lange Lebensdauer aufweisen, da die Diamantbeschichtung die Elektroden in hohem Maße vor Korrosion durch die Oxidationsmittel wie Ozon schützt. Des Weiteren wird verhindert, dass Bestandteile der Elektroden in die Flüssigkeit abgegeben werden, welche schädlich für den Benutzer sein können, wie es bei Bleioxid-Elektroden insbesondere im nicht-kontinuierlichen Betrieb der Elektrolysezelle der Fall sein kann. Diamant als solcher ist ein sehr guter Isolator, so dass keine Stromdichte in die zu behandelnde Flüssigkeit eingebracht werden könnte. Daher besteht die Diamantbeschich¬ tung nicht aus reinem Diamant, sondern ist dotiert,
beispielsweise mit Bor, so dass die Diamantbeschichtung elekt¬ risch leitend wird. Die Diamantbeschichtung beträgt in etwa 5 bis 10 μπι und kann mit einem Dampfabscheide-Verfahren auf den Trägerkern aufgetragen werden.
Wenn sowohl die erste als auch die zweite Elektrode ei¬ ne Diamantbeschichtung aufweisen, wird eine Umpolung ermöglicht, die in regelmäßigen Abständen erfolgen sollte. Die Umpolung bedeutet, dass nicht nur eine Elektrode immer als Anode und die andere als Kathode fungiert. An der Kathode kann sich ein Be¬ lag, insbesondere durch Kalkablagerungen, bilden, der durch die Umpolung deutlich verringert wird und sich gleichmäßiger auf die beiden Elektroden verteilt, so dass die Lebensdauer der Elektrolysezelle erhöht wird. Anderenfalls würde die Elektrolysezelle bereits nach kürzerer Zeit nicht mehr funktionieren, wenn ihr eine kalkhaltige Flüssigkeit, zum Beispiel Leitungswasser, zuge¬ führt wird.
Nicht nur der Belag an den Elektroden kann zu Problemen führen, auch Ablagerungen in dem zwischen der ersten und der zweiten Elektrode angeordneten Feststoffelektrolyt kann die Funktion nachteilig beeinflussen. In diesem Fall kann eine regelmäßige Spülung mit Flüssigkeit, die Substanzen enthält, welche die Ablagerung abbauen, zu einer Erhöhung der Lebensdauer führen. So können z.B. Kalkablagerungen mit CO2 versetzter Flüssigkeit entfernt werden. Derartige Flüssigkeit ist z.B. in vielen Trinkwasser spendenden Vorrichtungen verfügbar. Es werden somit keine zusätzlichen schädlichen Chemikalien eingesetzt. Eine weitere Möglichkeit, Ablagerungen zu vermeiden, ist der Einbau einer Filtereinheit vor der Elektrolysezelle, welche die Ablagerung erzeugende Substanzen aus dem Trinkwasser entfernt. Dies kann beispielsweise mit einem Ionenaustauscher zum Entmineralisieren der zu behandelnden Flüssigkeit geschehen. In einer Aus führungs form umfasst die vor der Elektrolysezelle angeordnete Filtereinheit einen Anionenaustauscher in Sulfat¬ form. Hiermit kann Bromit und Jodid aus der Flüssigkeit
entfernt werden. Infolge dessen kann in der Elektrolyse kein Bromat oder Jodat entstehen.
In einer Ausbildung der Erfindung, in welcher die erste Elektrode eine erste Fläche und die zweite Elektrode eine zweite Fläche aufweist, sind die erste und die zweite Fläche planparal¬ lel zueinander angeordnet. Hierdurch lässt sich eine
gleichmäßige Verteilung der Stromdichte zwischen den Elektroden bewirken. Es wird somit sichergestellt, dass sich die zur Inak- tivierung der Keime erforderliche Stromdichte überall zwischen den Elektroden einstellt.
Grundsätzlich ist man frei in der Wahl der geometri- sehen Form der Elektroden. Die geometrische Form der Elektroden hat einen Einfluss auf die Stromdichten. So ist es möglich, stabförmige Elektroden in ein Ionenaustauscher-Bett einzutau¬ chen. Auch ist es möglich, Elektroden mit unterschiedlichen Formen zu einer Elektrolysezelle zusammenzufassen. Somit kann eine unterschiedliche Stromdichte erzeugt werden, mit der die Ozonausbeute gesteuert werden kann. Dabei hat sich gezeigt, dass die Ozonausbeute im Vergleich zu den anderen Oxidationsmit- teln mit steigender Stromdichte steigt.
Der Trägerkern kann aus Keramikmaterial bestehen oder mehr allgemein das Keramikmaterial umfassen. Der Trägerkern kann also ausschließlich aus Keramikmaterial bestehen oder neben dem Keramikmaterial auch andere Komponenten aufweisen und insbe¬ sondere mit organischen Komponenten modifiziert sein. Das
Keramikmaterial ist besonders korrosionsbeständig und steigert daher die Lebensdauer der Elektrolysezelle. Weiterhin werden keine gesundheitsschädlichen Substanzen in die die Elektroden umspülende Flüssigkeit abgegeben. Weiterhin ist es möglich, dass die erste und die zweite Fläche einen oder mehrere Vorsprünge aufweisen. An den Vorsprüngen kommt es zu Spitzenentladungen, so dass hier punktuell hohe Stromdichten erzeugt werden, ohne dass die Spannung erhöht werden muss. Die Erzeugung von Oxidationsmitteln wird somit effizienter gestaltet. In Verbindung mit dem Trägermaterial aus einem Keramikmaterial ergibt sich weiterhin der Effekt, dass die Vorsprünge sehr gleichmäßig gefertigt werden können, da sich die Keramiken sehr präzise formen lassen. Die punktuell hohen
Stromdichten können sowohl örtlich als auch von ihrer Ausbreitung sehr exakt eingestellt werden.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Behandeln einer Flüssigkeit, umfassend
einen Zulauf zum Zuführen von Flüssigkeit in die
Vorrichtung,
ein Auslassstück zum Abgeben der behandelten Flüssigkeit aus der Vorrichtung,
einen mit Wasser beaufschlagbaren Behandlungsbereich zum Behandeln des Wassers, und
eine erfindungsgemäße Elektrolysezelle zum Erzeugen von Oxidationsmitteln und insbesondere von Ozon zur Behandlung der Flüssigkeit .
Dadurch, dass der Freiraum in diesem Ausführungsbeispiel leer ist bzw. im Freiraum zwischen den Elektroden keine Gegenstände angeordnet sind, können die Elektroden in einem sehr geringen Abstand zueinander angeordnet und dennoch mit einem ausreichend hohen Volumenstrom durchströmt werden. Mit abnehmendem Abstand können die erste und die zweite Fläche der
Elektroden reduziert werden. Weiterhin nimmt der Platzbedarf der Elektrolysezelle mit abnehmendem Abstand der beiden Elektro¬ den ab, so dass sie auch in Bereichen mit geringem Bauraum angeordnet werden kann, beispielsweise direkt im Zu- oder Ablauf der Vorrichtung.
In der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist im Freiraum ein partikelförmiger Feststoffelektrolyt angeordnet. Der parti¬ kelförmige Feststoffelektrolyt ist gut von der Flüssigkeit, die mit dem Oxidationsmittel angereichert werden soll, durchström- bar. Mittels des partikelförmigen Feststoffelektrolyts können hohe Stromdichten erzeugt werden, ohne dass die beiden Elektro¬ den kurzgeschlossen werden. Der partikelförmige
Feststoffelektrolyt fördert die Leitung von Ionen durch die Flüssigkeit von der ersten zur zweiten Elektrode, so dass zur Erzeugung der notwendigen Stromdichte geringere Spannungen ausreichen als bei bekannten Elektrolysezellen, die keinen
partikelförmigen Feststoffelektrolyt aufweisen. Die Elektroly¬ sezelle kann daher kostengünstiger betrieben werden.
In einer Aus führungs form ist die Vorrichtung dazu eingerichtet, die Elektrolysezelle umzupolen, so dass die erste und die zweite Elektrode abwechselnd als Kathode und als Anode fun¬ gieren. Hierdurch wird Belagbildung wirksam entgegengetreten, so dass die Elektrolysezelle auch bei der Erzeugung von Ozon aus Leitungswasser über eine akzeptable Zeit funktionsfähig bleibt.
In einer Variante erfolgt die Umpolung in regelmäßigen
Abständen .
In einer Aus führungs form ist die Vorrichtung dazu eingerichtet, eine Spannung oberhalb eines Schwellenwertes an den Elektroden anzulegen. Der Schwellenwert beträgt in einer Variante wenigstens 8 V/mm, bezogen auf den Abstand zwischen der ersten und der zweiten Elektrode, insbesondere wenigstens
9 V/mm, mehr insbesondere 10 V/mm. Diese Werte sind insbesonde¬ re wenn der Feststoffelektrolyt einen stark sauren
Ionenaustauscher, zum Beispiel einen sulfonierten Fluoropolymer, umfasst, geeignet, aus Leitungswasser Ozon zu erzeugen.
Unterhalb des Schwellenwerts kann der Stromfluss be¬ reits nach relativ kurzer Zeit einbrechen, so dass die
Ozonerzeugung stark reduziert wird. Eine mögliche Erklärung ist, dass der Feststoffelektrolyt mit Kationen, insbesondere härtebildenden Kationen, gesättigt wird, so dass seine elektrische Leitfähigkeit stark abnimmt. Die Erhöhung der Spannung bis oberhalb eines geeigneten Schwellenwertes bewirkt ein Ablösen der gebundenen Kationen.
In einer Aus führungs form ist die Vorrichtung deshalb dazu eingerichtet, ein Abfallen einer Stromstärke durch die Elektrolysezelle zu erkennen und in Reaktion auf die Erkennung die Spannung zumindest vorübergehend auf einen Wert oberhalb ei¬ nes bestimmten Schwellenwertes zu erhöhen.
In einer Aus führungs form umfasst die Vorrichtung eine Messeinrichtung zum Bestimmen wenigstens einer Größe aus der Gruppe umfassend die Leitfähigkeit, den Ozongehalt und das Oxi- dations-Reduktions-Potential der Flüssigkeit. Mithilfe der Bestimmung der Leitfähigkeit, des Ozongehalts oder des Oxidati- ons-Reduktions-Potentials kann die Zelle aktiviert (zu wenig Oxidationsmittel bzw. Ozon in der Flüssigkeit) oder deaktiviert werden (zu viel Oxidationsmittel bzw. Ozon in der Flüssigkeit) . Weitere bestimmbare Ereignisse zur Aktivierung und Deaktivierung der Zelle können ein Zeitintervall oder ein Zeitpunkt oder die Zufuhr von unbehandelter Flüssigkeit in die Vorrichtung sein. Die Vorrichtung kann so betrieben werden, dass eine Konzentration des Oxidationsmittels erzeugt oder aufrechterhalten wird, die zur sicheren Inaktivierung der Keime notwendig ist. Somit wird verhindert, dass eine zu hohe Konzentration des Oxidationsmit¬ tels erzeugt wird, was unnötige Kosten verursacht, die
Flüssigkeit geschmacklich negativ beeinflusst oder Grenzwerte für Flüssigkeiten (insbesondere Trinkwasser) überschritten werden. Ferner wird die Bildung von Desinfektionsnebenprodukten verringert .
In einer Aus führungs form umfasst die Vorrichtung eine Messeinrichtung zum Bestimmen der Leitfähigkeit der Flüssigkeit, wobei die Vorrichtung dazu eingerichtet ist, eine Zellenspannung in Abhängigkeit von der Leitfähigkeit einzustellen.
Somit kann eine ausreichende Produktion von Oxidations- mitteln gewährleistet werden. Die Vorrichtung ist in dieser Aus führungs form auch besser dazu geeignet, Leitungswasser, deren Leitfähigkeit in gewissen Grenzen schwanken kann, zu behandeln.
In einer Aus führungs form ist der Zellwiderstand mittels der Messeinrichtung bestimmbar, wobei die Messeinrichtung ein Netzteil zum Regeln der Spannung in Abhängigkeit des gemessenen Zellwiderstandes umfasst. In dieser Ausgestaltung ist die
Stromdichte in der Elektrolysezelle anhand der gemessenen Leit¬ fähigkeit, des Ozongehalts oder des Oxidations-Reduktions- Potentials der Flüssigkeit änderbar. Hierzu dient das Strom- Spannungs-geregeltes Netzteil, mit welchem die Stromstärke kon¬ stant gehalten und die Spannung in Abhängigkeit der gemessenen Leitfähigkeit der Flüssigkeit geändert werden kann. Mit dem Netzteil sind die Oxidationsmittelerzeugung und der Ozonanteil an den Oxidationsmitteln an die Leitfähigkeit der Flüssigkeit anpassbar. Es ist keine separate Messeinrichtung notwendig, so dass die Anzahl der Bauteile und damit die Komplexität der Vor¬ richtung sowie der benötigte Bauraum reduziert werden kann.
In einer Ausgestaltung der Erfindung, in welcher die Vorrichtung weiterhin einen Tank zum Speichern der Flüssigkeit und Führungsmittel zum Führen der Flüssigkeit in der Vorrichtung umfasst, ist die Elektrolysezelle im Tank, im Zulauf, im Füh¬ rungsmittel oder im Auslassstück angeordnet. Da die
erfindungsgemäße Elektrolysezelle wenig Bauraum benötigt, kann sie in allen Bereichen der Vorrichtung angeordnet werden. Der Ort, an dem die Elektrolysezelle angeordnet ist, fällt mit der Einleitung des Oxidationsmittels in die Flüssigkeit zusammen, so dass die Elektrolysezelle an für die Verkeimung kritischen Orten der Vorrichtung angeordnet werden kann, beispielsweise am Aus- lassstück oder an der Zuleitung für unbehandelte Flüssigkeit.
In einer Aus führungs form umfasst das Auslassstück eine verschließbare Öffnung zum wahlweisen Abgeben der Flüssigkeit, ein Zuführelement zum Zuführen der Flüssigkeit zum Auslassstück und ein Abführelement zum Abführen der Flüssigkeit aus dem Aus- lassstück und zum Leiten in den Tank. Das Auslassstück kann auch dann mit der behandelten Flüssigkeit umspült werden, wenn die Flüssigkeit nicht über das Auslassstück abgegeben werden soll. Die desinfizierende Wirkung der mit Oxidationsmittel ver¬ setzten Flüssigkeit wird genutzt, um das Auslassstück zu
desinfizieren. Dies ist insbesondere deshalb effektiv, als dass das Auslassstück eine kritische Stelle für eine retrograde Ver¬ keimung darstellt, da es die Schnittstelle mit der Umgebung darstellt, in der sich eine hohe Anzahl von Keimen befindet.
Die aus dem Auslassstück abgeführte Flüssigkeit kann in den Tank zurückgeführt werden. Weiterhin ist es auch möglich, die Vorrichtung so zu betreiben, dass die Flüssigkeit im Kreis¬ lauf gefördert wird. In dieser Ausgestaltung kann ein gewisses Volumen der Flüssigkeit innerhalb der Vorrichtung umgewälzt, wiederholt mit Oxidationsmittel und insbesondere Ozon angerei¬ chert und auf eine bestimmte Konzentration gebracht werden.
Da einerseits weniger oder gar keine frische Flüssig¬ keit zugeführt werden muss, hat diese Ausgestaltung den Effekt, dass die Menge verbrauchter Flüssigkeit verringert werden kann und damit auch Geräte ohne Abfluss betrieben werden können. Andererseits wird die in der Zelle zu generierende Menge an
Oxidationsmitteln gesenkt, was wiederum zu einer Verringerung der Kosten für die Versorgungselektronik führt. Weiterhin kann die Zelle in Abhängigkeit vom bestimmten Wert des Leitwerts, des Oxidations-Reduktions-Potentials oder des Ozongehalts ein- und ausgeschaltet werden, während die Flüssigkeit im Kreislauf ge¬ fördert wird, so dass eine bestimmte Konzentration nie unter- oder überschritten wird.
Weiterhin kann man die in der Elektrolysezelle erzeugte Oxidationsmittel- und Ozonkonzentration durch Anpassen der
Stromdichte entweder so wählen, dass sehr viel Oxidationsmittel und insbesondere Ozon erzeugt und die Flüssigkeit nicht oder nur in geringem Umfang umgewälzt wird, oder man kann nur wenig Ozon in der Elektrolysezelle erzeugen und die Flüssigkeit mehrere Ma¬ le umwälzen, so dass die Ozonkonzentration in der Vorrichtung allmählich erhöht und auf den gewünschten Wert gebracht wird. Die Zerfallszeit des Ozons ist dabei zu berücksichtigen. Wie bereits erwähnt, kann mittels der Stromdichte auch die Ozonaus¬ beute gezielt verändert werden, wobei eine steigende Stromdichte zu einer steigenden Ozonausbeute führt.
In einer Aus führungs form ist eine Fördereinrichtung zum Fördern der Flüssigkeit innerhalb der Vorrichtung vorgesehen. Je nach Ausgestaltung der Vorrichtung kann die Vorrichtung jedoch auch ohne Fördereinrichtung betrieben werden, wobei der Druck der Zuleitung oder der hydrostatische Druck im Tank das Fördern der aufbereiteten Flüssigkeit bewirken.
Weiterhin wird die Anreicherung der sich in der Vorrichtung befindlichen Flüssigkeit mit Oxidationsmitteln,
insbesondere mit Ozon mit der Fördereinrichtung erleichtert, da die Umwälzgeschwindigkeit unabhängig vom Leitungsdruck verändert werden kann. Wie bereits oben erwähnt, zerfällt das Ozon nach einiger Zeit selbständig. Um dennoch eine Erhöhung der Ozonkonzentration zu erreichen, muss folglich die Umwälzgeschwindigkeit entsprechend auf die Zerfallszeit angepasst werden, was mittels der Fördereinrichtung problemlos realisiert werden kann.
Neben der Förderung im Kreislauf bietet das Vorsehen einer Fördereinrichtung jedoch weitere Möglichkeiten: Die Flüssigkeit kann unabhängig von baulichen Begebenheiten und
vorhandenem Leitungsdruck innerhalb der Vorrichtung betrieben werden. Es ist ferner möglich, die Förderung in regelmäßigen zeitlichen Abständen und/oder in Abhängigkeit von der durch den Benutzer entnommenen Flüssigkeitsmenge durchzuführen und die Förderleistung und damit den Druck innerhalb der Vorrichtung zu verändern .
Eine Ausgestaltung der Vorrichtung zeichnet sich durch eine Einheit zum Reduzieren der Konzentration des Oxidationsmit- tels aus. Diese Einheit kann eine UV-Lampe, Aktivkohle,
Glasfaser oder ein anderes katalytisch wirkendes Element umfas¬ sen und kann zum Beispiel im Bereich des Auslassstücks
angeordnet sein. Diese Ausgestaltung ermöglicht es, innerhalb der Vorrichtung eine Konzentration des Oxidationsmittels zu erzeugen, die höher ist als diejenige, die zum Gebrauch der
Flüssigkeit, insbesondere als Trinkwasser, akzeptabel und zuläs¬ sig ist. Weiterhin kann eine hohe Konzentration an
Oxidationsmittel eine unerwünschte Geruchsentwicklung verursa¬ chen und den Geschmack des Trinkwassers negativ beeinflussen.
Die Einheit zum Reduzieren der Konzentration des Oxidationsmittels kann außerhalb des Umwälzkreislaufes angeordnet sein. Sie kann aber auch innerhalb des Umwälzkreislaufes ange¬ ordnet werden. In diesem Fall ist in einer Aus führungs form die Flüssigkeitsentnahme durch den Benutzer während des Umwälzpro¬ zesses nicht möglich, und wird die Einheit zum Reduzieren der Konzentration des Oxidationsmittels abgeschaltet.
Es ist somit möglich, innerhalb der Vorrichtung eine Konzentration des Oxidationsmittels zu erzeugen, die höher ist als diejenige, die über das Auslassstück abgegeben wird, so dass innerhalb der Vorrichtung eine sehr sichere und nachhaltige In- aktivierung der Keime bewirkt werden kann.
In einer Aus führungs form umfasst die Vorrichtung einen Bypass mit einem ersten Abschnitt und einem zweiten Abschnitt, wobei die Elektrolysezelle in einem der Abschnitte angeordnet ist. Wie der Begriff Bypass andeutet, sind der erste und der zweite Abschnitt strömungstechnisch parallel geschaltet. Der Bypass ermöglicht den einfachen Austausch der Elektrolysezelle, weiterhin kann mit der Wahl der Volumenströme durch den ersten und den zweiten Abschnitt die Anreicherung der Flüssigkeit mit Ozon auf einfache Weise eingestellt werden. Weiterhin kann in den Bypass eine Behandlungseinheit zur Konditionierung der Flüs¬ sigkeit stromaufwärts der Elektrolysezelle angeordnet werden, beispielsweise eine Filtereinheit. Außerdem kann durch Leiten eines Anteils der Flüssigkeit durch den anderen Abschnitt als den Abschnitt, der die Elektrolysezelle enthält, und ein nach¬ folgendes Verschneiden der mit der Elektrolysezelle behandelten Flüssigkeit mit der durch den anderen Abschnitt geleiteten Flüs¬ sigkeit der Gehalt an unerwünschten Substanzen wie Bromid und Jodid verringert werden. In der Regel wird der Ozongehalt auch in der verschnittenen Flüssigkeit zu Desinfektionszwecken ausreichend sein.
Bei oben beschrieben Möglichkeiten zur Optimierung des Entkeimungsvorgangs der Flüssigkeit und der flüssigkeitsführen¬ den Teile ist nämlich zu beachten, dass die Oxidationsmittel- bzw. Ozonkonzentration nicht notwendigerweise so hoch gewählt werden muss, dass nahezu alle Keime abgetötet werden. Vielmehr kann man in vielen Fällen schon von einer sicheren Entkeimung sprechen, wenn die Oxidationsmittel- und Ozonkonzentration in regelmäßigen Abständen durch eine entsprechende Aktivierung der Elektrolysezelle auf einen vergleichsweise geringen Wert gehal¬ ten wird, der ausreicht, die Keime zu inaktivieren. Eine gewisse Anzahl von Keimen kann toleriert werden, nur darf es nicht zu einer Vermehrung kommen. Somit kann mit einer geringen Oxidationsmittel- und Ozonkonzentration und damit einem geringen Energieverbrauch auch der Bildung von Biofilmen entgegengewirkt werden . Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen von Ozon zur Behandlung einer Flüssigkeit, umfassend folgende Schritte:
Bestimmen der Leitfähigkeit, des Oxidations- Reduktions-Potentials oder der Ozonkonzentration einer in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung befindlichen Flüssigkeit mittels einer Messeinrichtung,
Aktivieren eines Generators zum Erzeugen eines Oxidationsmittels, insbesondere von Ozon, in Abhängigkeit der bestimmten Leitfähigkeit, des Oxidations-Reduktions-Potentials , der Ozonkonzentration oder eines bestimmbaren Ereignisses mittels der Messeinrichtung, und
Behandeln der Flüssigkeit und der flüssigkeitsführenden Teile der Vorrichtung mit dem Oxidationsmittel ,
insbesondere von Ozon.
Unter flüssigkeitsführenden Teilen sind alle Teile der Vorrichtung zu verstehen, die mit der Flüssigkeit in Kontakt kommen .
Der Generator zum Erzeugen von Oxidationsmitteln und insbesondere Ozon ist eine Elektrolysezelle nach einem der oben dargestellten Ausführungsbeispiele .
Die für die erfindungsgemäße Vorrichtung und die erfin¬ dungsgemäße Elektrolysezelle diskutierten Vorteile gelten somit für das erfindungsgemäße Verfahren gleichermaßen. Die angegebe- ne Abfolge der Verfahrensschritte ist nicht als Festlegung hierauf zu verstehen, vielmehr ist auch eine abweichende Abfolge denkbar .
In einer Aus führungs form ist das bestimmbare Ereignis die Über- oder Unterschreitung eines bestimmten Schwellenwertes des mittels der Messeinrichtung gemessenen Oxidations-
Reduktions-Potentials oder der Ozonkonzentration. Das Oxidati- ons-Reduktions-Potential ändert sich mit der Konzentration des erzeugten Oxidationsmittels, so dass beispielsweise die Erzeu¬ gung des Oxidationsmittels und insbesondere von Ozon gestartet werden kann, wenn ein vorbestimmter Schwellenwert unterschritten und gestoppt werden kann, wenn ein vorbestimmter Schwellenwert überschritten wird. Die Konzentration des Oxidationsmittels, insbesondere des Ozons in der Flüssigkeit kann somit in wählba¬ ren Grenzen gehalten werden, so dass die Vorrichtung effizient und kostengünstig betrieben wird und zulässige Maximalkonzentra¬ tionen nicht überschritten werden.
Das bestimmbare Ereignis kann die Zufuhr von unbehan¬ delter Flüssigkeit in die Vorrichtung sein. Üblicherweise weist die unbehandelte Flüssigkeit eine hohe Anzahl von Keimen auf, so dass die Zufuhr von unbehandelter Flüssigkeit in die Vorrichtung ein Ereignis darstellt, das eine Erhöhung der Konzentration des Oxidationsmittels , insbesondere des Ozons notwendig macht. So¬ mit kann auch ohne eine Messung des Oxidations-Reduktions- Potentials oder der Ozonkonzentration eine zuverlässige Inakti- vierung der Keime bewirkt werden.
Das bestimmbare Ereignis kann ein Zeitintervall oder ein Zeitpunkt sein. Es ist somit möglich, die Elektrolysezelle regelmäßig für eine bestimmte Zeitdauer zu aktivieren. So kann beispielsweise alle zwei Stunden die Elektrolysezelle für eine bestimmte Dauer aktiviert werden. Alternativ kann ein bestimmter Zeitpunkt gewählt werden, beispielsweise während der Nacht, in der die Vorrichtung üblicherweise nicht genutzt wird, um die Elektrolysezelle zu aktivieren.
In einer Aus führungs form umfasst das Verfahren ein Anlegen einer Spannung oberhalb eines Schwellenwertes an den
Elektroden. Der Schwellenwert beträgt in einer Variante wenigs- tens 8 V/mm, bezogen auf den Abstand zwischen der ersten und der zweiten Elektrode, insbesondere wenigstens 9 V/mm, mehr insbe¬ sondere 10 V/mm. Diese Werte sind insbesondere wenn der
Feststoffelektrolyt einen stark sauren Ionenaustauscher, zum Beispiel einen sulfonierten Fluoropolymer, umfasst, geeignet, um ausgehend von Leitungswasser Ozon zu erzeugen.
Unterhalb des Schwellenwerts kann der Stromfluss be¬ reits nach relativ kurzer Zeit einbrechen, so dass die
Ozonerzeugung stark reduziert wird. Eine mögliche Erklärung ist, dass der Feststoffelektrolyt mit Kationen, insbesondere härtebildenden Kationen, gesättigt wird, so dass seine elektrische Leitfähigkeit stark abnimmt. Die Erhöhung der Spannung bis oberhalb eines geeigneten Schwellenwertes bewirkt ein Ablösen der gebundenen Kationen.
In einer Aus führungs form umfasst das Verfahren ein Erkennen eines Abfallens einer Stromstärke durch die
Elektrolysezelle und ein zumindest vorübergehend Erhöhen der Spannung an den Elektroden auf einen Wert oberhalb eines bestimmten Schwellenwertes in Reaktion auf die Erkennung.
In einer Aus führungs form des Verfahrens wird die Elekt¬ rolysezelle umgepolt, so dass die erste und die zweite Elektrode abwechselnd als Kathode und Anode fungieren.
Dies erhöht die Eignung des Verfahrens zur Erzeugung von Ozon aus anderen Flüssigkeiten als ultrareinem Wasser, wie zum Beispiel Leitungswasser. Der Bildung von Ablagerungen an den Elektroden wird entgegengewirkt.
Die Umpolung kann insbesondere in regelmäßigen Abständen erfolgen. Die Ozonerzeugung bleibt dadurch relativ
konstant .
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der anhängenden Zeichnungen im Detail erläutert. Es zeigen
Figur 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Elektrolysezelle gemäß einer ersten
Aus führungs form,
Figur 2 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Elektrolysezelle gemäß einer zweiten
Ausführungsform,
Figur 3 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Elektrolysezelle gemäß einer dritten
Aus führungs form,
Figur 4 eine schematische Darstellung einer erfin- dungsgemäßen Vorrichtung, und
Figur 5 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Bypasses.
Die in Figur 1 dargestellte Elektrolysezelle 10i um¬ fasst eine erste Elektrode 12 mit einer ersten Fläche Fi und eine zweite Elektrode 14 mit einer zweiten Fläche F2, die zueinander weisen und im Abstand A voneinander angeordnet sind. Die Elekt¬ roden 12,14 weisen je einen Trägerkern 17 auf, auf welchen eine Diamantbeschichtung 28 aufgetragen ist. Um die Diamantbeschich- tung 28 elektrisch leitend ausgestalten zu können, ist diese dotiert. Weiterhin umfasst die Elektrolysezelle 10 eine Mess¬ einrichtung 26 zum Bestimmen des Zellwiderstandes und zum
Aktivieren der Elektrolysezelle 10 in Abhängigkeit eines be¬ stimmbaren Ereignisses. Die Messeinrichtung 26 ist an ein
Netzteil 18 zum Regeln der Spannung in Abhängigkeit des gemesse¬ nen Zellwiderstandes angeschlossen.
Die beiden Elektroden 12,14 bilden einen Freiraum 15, der von Flüssigkeit, beispielsweise von Wasser, durchströmbar und mit einem partikelförmigen Feststoffelektrolyt 20 gefüllt ist, der als Ionenaustauscher 22 oder als sauer eingestelltes Zeolith 24 oder als Polymer 24 ausgeführt sein kann. Als Polymer 24 hat sich insbesondere ein sulfoniertes Tetrafluorethylen- Polymer als geeignet erwiesen, beispielsweise unter dem Handels¬ namen Nafion erhältlich. Es kann beispielsweise extrudiert und anschließend auf die gewünschte Partikelgröße zerkleinert wer¬ den. Der mittlere Partikelgrößendurchmesser des
Feststoffelektrolyts 20 ist so gewählt, dass die Flüssigkeit mit einem ausreichend großen Volumenstrom zwischen den beiden Elektroden 12,14 hindurch strömen kann. Dabei kann der
Partikelgrößendurchmesser im Bereich von 10 μπι bis 0,5 mm liegen. Um zu verhindern, dass der partikelförmige
Feststoffelektrolyt von der durchströmenden Flüssigkeit aus dem Freiraum ausgeschwemmt wird, ist eine Rückhalteeinrichtung 25 vorgesehen. Diese kann beispielsweise als Sieb mit einer ent¬ sprechenden Maschenweite oder als eine Vliesschicht ausgestaltet sein. Wichtig hierbei ist, dass der beim Durchströmen der Rückhalteeinrichtung 25 erzeugte Druckverlust bzw. der
Strömungswiderstand gering gehalten werden.
Zum Erzeugen eines Oxidationsmittels werden die Elekt¬ roden 12,14 mit einer Spannung beaufschlagt. Im Wasser, das sich zwischen der ersten und der zweiten Elektrode 12,14 befindet, stellt sich eine Stromdichte ein, die dafür sorgt, dass an der Anode nach derzeitigem Verständnis folgende Reaktionen ablaufen können:
6H20^6H+ +60H (1) βΟΗ -» βΟΗ* + 6e~ (2)
wobei mit OH* OH-Radikale bezeichnet werden.
Entsprechend wird Ozon als Oxidationsmittel erzeugt, mit welchem das Wasser in der Elektrolysezelle 10i angereichert wird. Beim erstmaligen Durchströmen der Elektrolysezelle 10i vermischen sich die Oxidationsmittel und insbesondere das Ozon anschließend mit dem übrigen Wasser, welches die Elektrolysezel¬ le 10i nicht durchströmt hat. Ist das Wasser bereits mit
Oxidationsmittel, insbesondere mit Ozon angereichert worden, so wird es mit weiterem Oxidationsmittel und bevorzugt mit Ozon an¬ gereichert. Der Volumenstrom durch die Elektrolysezelle 10i und die Konzentration des erzeugten Ozons werden so gewählt, dass die Ozonkonzentration in der gesamten in der Vorrichtung 30 be- findlichen Flüssigkeit ausreicht, die sich in der Flüssigkeit und an Flüssigkeitsführenden Teile befindenden Keime sicher zu deaktivieren, ohne dass gesundheitsschädliche Grenzwerte über¬ schritten und/oder das Wasser geschmacklich nachteilig verändert oder eine unangenehme Geruchsentwicklung ausgelöst wird. Ein Volumenstrom von etwa 30 L-h-1 durch die Elektrolysezelle hat sich dabei als geeignet erwiesen. Die gemittelte Ozonkonzentration in der Elektrolysezelle soll 50 μg■L~1 nicht übersteigen, da sonst unerwünschte Nebenprodukte in erhöhtem Maße erzeugt werden, bei¬ spielsweise Bromate. Allerdings kann lokal in der
Elektrolysezelle auch eine deutlich höhere Ozonkonzentration erzeugt werden, die im Tank entsprechend auf die maximal
gewünschte Ozonkonzentration verdünnt wird. Die bei der Oxida¬ tionsmittel- und Ozonerzeugung gebildeten Nebenprodukte sind stark von der Zusammensetzung des zu behandelnden Wassers abhän- gig, die je nach geologischem Umfeld, aus dem das Wasser
entnommen wird, merklich variieren kann. Bei einer Ozonkonzentration von 50 μg■L~1 oder weniger bleibt die Bildung von
Nebenprodukten für das üblicherweise von den Trinkwassernetzen gelieferte Wasser in einem akzeptablen Rahmen. Gleichzeitig wird die Ausbreitung von Keimen in der Flüssigkeit verhindert.
In Figur 2 ist ein zweites Ausführungsbeispiel einer Elektrolysezelle IO2 gezeigt. In diesem Fall ist der Freiraum 15 leer. Ansonsten entspricht die Elektrolysezelle IO2 derjenigen, die in Figur 1 dargestellt ist.
In Figur 3 ist eine Elektrolysezelle 103 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel dargestellt. Als Trägerkern 17 ist ein Keramikmaterial 29 vorgesehen. Die erste und die zweite Fläche Fi, F2 weisen einen oder, wie dargestellt, mehrere Vor¬ sprünge 27 auf, an denen hohe Stromdichten erzeugt werden können .
In Figur 4 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung 30 zum Behandeln einer Flüssigkeit dargestellt, welche einen Genera¬ tor 11 zum Erzeugen von Ozon umfasst, der im dargestellten
Beispiel als eine Elektrolysezelle 10 nach einem der in den Fi¬ guren 1 bis 3 gezeigten Ausführungsbeispiele ausgebildet ist. Eine Steuereinrichtung 31 steuert den Betrieb der Elektrolyse- zelle 10. Weiterhin umfasst die Vorrichtung 30 einen Zulauf 32, mit dem eine unbehandelte Flüssigkeit, insbesondere Wasser in die Vorrichtung 30 geführt werden kann. Im dargestellten Beispiel mündet der Zulauf 32 in einen Behandlungsbereich 36, in dem die Flüssigkeit, hier Wasser, mit Oxidationsmittel und ins- besondere Ozon versetzt wird. Der Behandlungsbereich 36 umfasst einen Tank 34, in dem das Wasser gespeichert werden kann. Ausgehend vom Tank 34 führt ein Führungsmittel 37 zu einem
Auslassstück 38, über welche das behandelte Wasser abgegeben werden kann, um beispielsweise von einem Benutzer getrunken zu werden. Weiterhin weist das Auslassstück 38 ein Verschlusselement 40 auf, mit welchem eine Öffnung 42 zum wahlweisen Abgeben des aufbereiteten Wassers geöffnet und geschlossen werden kann. Das Auslassstück 38 weist ein Zuführelement 39 auf, welches dazu dient, das aufbereitete Wasser bis an die Öffnung 42 zu bringen.
Weiterhin ist im Auslassstück 38 ein Abführelement 44 vorgesehen, mit dem die behandelte Flüssigkeit aus dem Auslass¬ stück 38 abgeführt werden kann, wenn die Öffnung 42 verschlossen ist. Im dargestellten Beispiel ist das Abführelement 44 so aus¬ gestaltet, dass die behandelte Flüssigkeit in den Tank 34 zurückgeführt wird.
Ferner umfasst die Vorrichtung 30 eine Fördereinrichtung 46, beispielsweise eine Pumpe, mit welcher die Flüssigkeit innerhalb der Vorrichtung 30 umgewälzt werden kann. Eine Einheit 48 zum Reduzieren der Konzentration des Oxidationsmittels ist ebenfalls vorhanden, die im dargestellten Beispiel im Bereich des Auslassstücks 38 angeordnet ist. Diese wird im gezeigten Beispiel dann aktiviert, wenn über das Auslassstück 38 Flüssigkeit entnommen wird. Beim Umwälzen der Flüssigkeit ist die Einheit 48 normalerweise abgeschaltet.
Der Generator 11 bzw. die Elektrolysezelle 10 ist im Führungsmittel 37 angeordnet, kann aber an einer beliebigen Stelle der Vorrichtung 30 angebracht werden, beispielsweise im
Tank 32 oder im Auslassstück 38. Die Messeinrichtung 26 zum Bestimmen der Leitfähigkeit, des Oxidations-Reduktions-Potentials oder des Oxidationsgehalts der Flüssigkeit ist im dargestellten Beispiel nicht in der Elektrolysezelle 10 integriert, sondern stromaufwärts der Elektrolysezelle 10 angeordnet und über eine Leitung 50 mit der Elektrolysezelle 10 verbunden. Somit kann die Leitfähigkeit des Wassers an einer beliebigen Stelle der Vorrichtung 30 gemessen werden, beispielsweise im Führungsmittel 37, wie hier gezeigt.
Wird nun die Elektrolysezelle 10 aktiviert, wird die
Flüssigkeit, welches die Elektrolysezelle 10 durchströmt, mit Oxidationsmittel, bevorzugt mit Ozon beaufschlagt. Nach Verlas¬ sen der Elektrolysezelle 10 wird das Oxidationsmittel, bevorzugt Ozon, von der Flüssigkeit innerhalb der Vorrichtung 30 transpor- tiert. Dazu wälzt die Fördereinrichtung 46 die Flüssigkeit bei geschlossenem Verschlusselement 40 innerhalb der Führungsmit¬ tel 37 in Richtung der Pfeile um, so dass das Ozon auch zum Auslassstück 38 und zurück in den Tank 34 gefördert wird. Somit wird gewährleistet, dass sowohl der Tank 34 als auch die Füh- rungsmittel 36 und insbesondere das Auslassstück 38 mit dem ozonhaltigen Wasser durchspült werden, so dass die notwendige Anzahl von Keimen inaktiviert werden und insbesondere eine re¬ trograde Verkeimung der Vorrichtung 30 sowie die Bildung von Biofilmen in der Vorrichtung 30 verhindert wird.
Die Steuereinrichtung 31 ist dazu eingerichtet, eine
Spannung oberhalb eines Schwellenwertes an den Elektroden 12,14 anzulegen. Der Schwellenwert ist vom Abstand A abhängig, insbe- sondere proportional zu diesem Abstand A. Ferner kann die Steu¬ ereinrichtung 31 die Stromstärke zwischen den Elektroden 12,14 überwachen. Wird erkannt, dass diese stark abfällt, dann wird die Spannung vorübergehend bis oberhalb eines Schwellenwertes erhöht. Darauffolgend wird der normale Betrieb wieder aufgenom¬ men .
Die Steuereinrichtung ist auch dazu eingerichtet, eine regelmäßige Umpolung der Elektrolysezelle 10 vorzunehmen. Die Elektrode 12,14, die vor der Umpolung als Kathode fungierte, wird zur Anode. Die Elektrode 12,14, die vor der Umpolung als Anode fungierte, wird zur Kathode.
In Figur 5 ist ein Bypass 52 gezeigt, der an einer beliebigen Stelle der erfindungsgemäßen Einrichtung 26 eingesetzt werden kann. Im dargestellten Beispiel ist der Bypass 52 im Zu- lauf 32 angeordnet, der sich in einen ersten Abschnitt 53 und einen zweiten Abschnitt 55 aufteilt und sich anschließend wieder vereinigt. Im Abschnitt 55 sind die Elektrolysezelle 10 sowie eine Behandlungseinheit 54 angeordnet. Die Behandlungsein¬ heit 54 ist im Ausführungsbeispiel, welches in Figur 5
dargestellt ist, stromaufwärts der Elektrolysezelle 10 angeord¬ net. Mittels der Behandlungseinheit 54 kann die Flüssigkeit konditioniert werden, beispielsweise enthärtet sowie teil- oder vollentsalzt oder mechanisch gefiltert werden. Der Bypass 52 umfasst weiterhin eine Versteileinrichtung 56, mit welcher das Verhältnis zwischen dem Volumenstrom im ersten Abschnitt 53 und dem Volumenstrom im zweiten Abschnitt 55 eingestellt werden kann. Hierdurch kann auch die Oxidationsmittel- und Ozonkonzentration in der Einrichtung 26 gewählt werden. Weiterhin ermöglicht der Bypass 52 die einfache Austauschbarkeit der
Elektrolysezelle 10 oder der Behandlungseinheit 54. Die Ver¬ steileinrichtung 56 kann so ausgestaltet sein, dass das gesamte Wasser durch den ersten Abschnitt 53 strömt. Dann kann die Elektrolysezelle 10 oder die Behandlungseinheit 54 ausgetauscht werden, ohne die gesamte Einrichtung 26 stilllegen zu müssen. Weiterhin kann der gesamte Bypass 52 oder der zweite Abschnitt 55 oder die Elektrolysezelle 10 oder der
Behandlungseinheit 54 als austauschbare Einheit ausgestaltet sein, die besonders einfach von den angrenzenden Baueinheiten getrennt und wieder mit ihnen verbunden werden kann. Hierzu sind eine erste Abklemmeinheit 58i und eine zweite Abklemmein¬ heit 582 vorgesehen, die einerseits geschlossen werden können, um den Durchtritt der Flüssigkeit zu verhindern und die anderer¬ seits die Montage und die Demontage des zwischen ihnen liegenden zweiten Abschnitts 55 des Bypasses 52 mitsamt der darin angeord¬ neten Einheiten, hier die Behandlungseinheit 54 und die
Elektrolysezelle 10, vereinfachen.
BEZUGSZEICHENLISTE
10 Elektrolysezelle
11 Generator
12 Erste Elektrode
14 Zweite Elektrode
15 Freiraum
17 Trägerkern
18 Netzteil
20 Partikel förmiger Feststoffelektrolyt
22 Ionenaustauscher
24 Zeolith, Polymer
25 Rückhalteeinrichtung
26 Messeinrichtung
27 Vorsprung
28 DiamantbeSchichtung
29 Keramikmaterial
30 Vorrichtung
31 Steuereinrichtung
32 Zulauf
34 Tank
36 Behandlungsbereich
37 Führungsmittel
38 Auslassstück
39 Zuführelernent
40 Verschlusselement
42 Öffnung
44 Abführelernent
46 Fördereinrichtung
48 Einheit
50 Leitung
52 Bypass
53 Erster Abschnitt
54 Filter
55 Zweiter Abschnitt
56 VerStelleinrichtung
58 Abklemmeinheit

Claims

ANSPRÜCHE
1. Elektrolysezelle zum Erzeugen von Oxidationsmit- teln, insbesondere Ozon, zum Behandeln einer Flüssigkeit, umfassend
eine erste Elektrode (12) und
- eine zweite Elektrode (14),
wobei die erste und die zweite Elektrode (12,14) in einem Abstand (A) zueinander angeordnet sind, und
wobei zwischen der ersten und der zweiten Elektrode (12,14) ein partikelförmiger Feststoffelektrolyt (20)
angeordnet ist, der von der Flüssigkeit durchströmbar ist, da¬ durch gekennzeichnet, dass
der Feststoffelektrolyt (20) in einem von der ersten und der zweiten Elektrode (12,14) begrenzten Freiraum angeordnet ist .
2. Elektrolysezelle nach Anspruch 1,
wobei die erste und die zweite Elektrode (12,14) einen Trägerkern (17) und eine Diamantbeschichtung (28) aufweisen.
3. Elektrolysezelle nach Anspruch 1 oder 2, wobei die erste Elektrode (12) eine erste Fläche (Fl) und die zweite Elektrode (14) eine zweite Fläche (F2) aufweist, die mit dem partikelförmigen Feststoffelektrolyt (20) in Kontakt stehen, und wobei die erste und die zweite Fläche (F1,F2) plan¬ parallel zueinander angeordnet sind.
4. Elektrolysezelle nach einem der vorangehenden An- sprüche,
wobei die erste und die zweite Fläche ( Fi,F2) einen o- der mehrere Vorsprünge (27) aufweisen.
5. Vorrichtung zum Behandeln einer Flüssigkeit, umfassend
- einen Zulauf (32) zum Zuführen von Flüssigkeit in die Vorrichtung,
ein Auslassstück (38) zum Abgeben der behandelten Flüssigkeit aus der Vorrichtung,
einen mit Wasser beaufschlagbaren Behandlungsbe- reich (36) zum Behandeln des Wassers, und eine Elektrolysezelle (10) zum Erzeugen von Oxidations- mitteln und insbesondere von Ozon zur Behandlung der
Flüssigkeit, nach einem der vorangehenden Ansprüche.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5,
wobei die Vorrichtung dazu eingerichtet ist, die Elekt¬ rolysezelle umzupolen, so dass die erste und die zweite
Elektrode (12,14) abwechselnd als Kathode und als Anode fungie¬ ren .
7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6,
ferner umfassend eine Messeinrichtung (26) zum Bestimmen wenigstens einer Größe aus der Gruppe umfassend die
Leitfähigkeit, das Oxidations-Reduktions-Potential und den Ozon¬ gehalt der Flüssigkeit,
wobei die Vorrichtung dazu eingerichtet ist, die Elekt- rolysezelle (10) in Abhängigkeit eines bestimmbaren Ereignisses zu aktivieren.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5-7, wobei die Vorrichtung eine Messeinrichtung (26) zum Bestimmen der Leitfähigkeit der Flüssigkeit umfasst, und
wobei die Vorrichtung dazu eingerichtet ist, eine Zel¬ lenspannung in Abhängigkeit von der Leitfähigkeit einzustellen.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8,
wobei ein Zellwiderstand mittels der Messeinrich¬ tung (26) bestimmbar ist, und wobei die Messeinrichtung (26) ein Netzteil (18) zum Regeln der Spannung in Abhängigkeit des gemes¬ senen Zellwiderstandes umfasst.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5-9, wobei das Auslassstück (38)
eine verschließbare Öffnung (42) zum wahlweisen Abgeben der Flüssigkeit,
ein Zuführelement (44) zum Zuführen der Flüssig¬ keit zum Auslassstück (38) und
ein Abführelement (44) zum Abführen der Flüssig¬ keit aus dem Auslassstück (38) und zum Leiten in den Tank (34) umfasst.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5-10, ferner umfassend eine Einheit (48) zum Reduzieren der Konzentration des Oxidationsmittels .
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5-11,
ferner umfassend einen Bypass (52) mit einem ersten Abschnitt (53) und einem zweiten Abschnitt (55), wobei die
Elektrolysezelle (10) in einem der Abschnitte (53,55) angeordnet ist .
13. Verfahren zum Erzeugen von Ozon zur Behandlung einer Flüssigkeit, umfassend folgende Schritte:
Bestimmen der Leitfähigkeit, des Oxidations- Reduktions-Potentials oder der Ozonkonzentration einer in einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5-12 befindlichen Flüssigkeit mittels einer Messeinrichtung (26),
Aktivieren eines Generators (11) zum Erzeugen ei¬ nes Oxidationsmittels, insbesondere von Ozon, in Abhängigkeit der bestimmten Leitfähigkeit, des Oxidations-Reduktions- Potentials, der Ozonkonzentration oder eines bestimmbaren Ereignisses mittels der Messeinrichtung (26), und
Behandeln der Flüssigkeit und der flüssigkeitsführenden Teile der Vorrichtung mit dem Oxidationsmittel,
insbesondere von Ozon.
14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei die Elektrolysezelle (10) umgepolt wird, so dass die erste und die zweite
Elektrode (12,14) abwechselnd als Kathode und Anode fungieren.
15. Verfahren nach Anspruch 14, wobei die Umpolung in regelmäßigen Abständen erfolgt.
EP11799386.5A 2010-12-03 2011-12-02 Elektrolysezelle zum erzeugen von ozon zur behandlung einer flüssigkeit Withdrawn EP2646373A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102010062433 2010-12-03
PCT/EP2011/071586 WO2012072784A1 (de) 2010-12-03 2011-12-02 Elektrolysezelle zum erzeugen von ozon zur behandlung einer flüssigkeit

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP2646373A1 true EP2646373A1 (de) 2013-10-09

Family

ID=45390070

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP11799386.5A Withdrawn EP2646373A1 (de) 2010-12-03 2011-12-02 Elektrolysezelle zum erzeugen von ozon zur behandlung einer flüssigkeit

Country Status (3)

Country Link
US (1) US20130240458A1 (de)
EP (1) EP2646373A1 (de)
WO (1) WO2012072784A1 (de)

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2697730A4 (de) 2011-04-15 2015-04-15 Advanced Diamond Technologies Inc Elektrochemisches system und verfahren zur vor-ort-erzeugung von oxidationsmitteln bei hoher stromdichte
US10239772B2 (en) * 2015-05-28 2019-03-26 Advanced Diamond Technologies, Inc. Recycling loop method for preparation of high concentration ozone
WO2018075920A1 (en) 2016-10-20 2018-04-26 Advanced Diamond Technologies, Inc. Ozone generators, methods of making ozone generators, and methods of generating ozone
GB2556949A (en) * 2016-11-29 2018-06-13 Roseland Holdings Ltd Electrochemical cell assembly and method for operation of the same
GB2557185A (en) * 2016-11-29 2018-06-20 Roseland Holdings Ltd Electrochemical cell assembly and method for operation of the same
KR102602769B1 (ko) * 2017-07-12 2023-11-15 악신 워터 테크놀로지스 아이엔씨. 폐수 처리 시스템을 동작시키는 방법
CN109626679A (zh) * 2019-02-27 2019-04-16 陆鑫 一种工业废水处理设备及其工业废水的处理方法
FR3094711B1 (fr) * 2019-04-03 2021-10-29 Waterdiam France Système d’amélioration et distribution d’eau
WO2021226654A1 (en) * 2020-05-12 2021-11-18 Microheat Technologies Pty Ltd System and method for electrochemical disinfection
CN116031757A (zh) * 2021-10-27 2023-04-28 无锡小天鹅电器有限公司 一种离子发生装置及洗涤装置

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000104189A (ja) 1998-09-28 2000-04-11 Permelec Electrode Ltd 過酸化水素の製造方法及び製造用電解槽
DE10025167B4 (de) 2000-05-24 2004-08-19 Dirk Schulze Elektrode für die elektrolytische Erzeugung von Ozon und/oder Sauerstoff, diese enthaltende Elektrolysezelle sowie Verfahren zur Herstellung einer solchen Elektrode
EP1461474B1 (de) * 2001-12-05 2011-11-30 Oculus Innovative Sciences, Inc. Verfahren und vorrichtung zur erzeugung von wasser mit negativem und positivem redoxpotential (orp)
AU2002320608A1 (en) * 2002-07-17 2004-02-09 Halox Technologies, Inc. Electrolytic process and apparatus
DE10316759B4 (de) 2003-04-10 2010-04-29 Condias Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur oxidativen Beseitigung von unerwünschten Bestandteilen in einem Gasstrom, insbesondere Luftstrom
DE102004015680A1 (de) 2004-03-26 2005-11-03 Condias Gmbh Elektrodenanordnung für eine elektrochemische Behandlung von Flüssigkeiten mit einer geringen Leitfähigkeit
JP4410155B2 (ja) * 2005-06-16 2010-02-03 ペルメレック電極株式会社 電解水噴出装置
US20090127128A1 (en) * 2007-11-15 2009-05-21 Permelec Electrode Ltd. Membrane-electrode assembly, electrolytic cell employing the same, electrolytic-water sprayer, and method of sterilization

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See references of WO2012072784A1 *

Also Published As

Publication number Publication date
US20130240458A1 (en) 2013-09-19
WO2012072784A1 (de) 2012-06-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2012072784A1 (de) Elektrolysezelle zum erzeugen von ozon zur behandlung einer flüssigkeit
DE69619138T2 (de) Vorrichtung zur sterilisation von flüssigkeiten
DE112013000327B4 (de) Elektrolysebad zur Herstellung von saurem Wasser und dessen Verwendung
DE2442078A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur entkeimung und entgiftung von fluessigkeiten mittels anodischer oxydation unter zusatz von silber
DE69318693T2 (de) Magnetischer Konditionierer zur Behandlung von Flüssigkeiten
DE2531850A1 (de) Elektrolysezelle fuer die behandlung von wasser
DE60008931T2 (de) Automatisierte vorrichtung zur reinigung von trinkwasser
WO1998016477A1 (de) Verfahren zur reduzierung bzw. verhinderung der steinbildung
WO2006092125A1 (de) System zur desinfektion von flüssigkeiten mit einer geringen leitfähigkeit
DE102019217413A1 (de) Interkalations-basierte materialien und verfahren zur wasserenthärtung
WO2008061546A1 (de) Generatorzelle und elektrochemischer generator mit der generatorzelle
EP3016912A1 (de) Verfahren zur abwasserbehandlung und einrichtung zur durchführung dieses verfahrens
EP2706042B1 (de) Leitungsgebundener Wasserspender und Verfahren zum Betreiben des Wasserspenders
EP0862538B1 (de) Verfahren und vorrichtung zur behandlung von mit mikroorganismen und/oder schadstoffen belastetem wasser
DE102012208778A1 (de) Verfahren und Anlage zur Aufbereitung von Wasser
WO2016005174A1 (de) Brennstoffzellenaggregat mit wechselbarer entionisierungseinrichtung sowie fahrzeug mit einem solchen
AT519236B1 (de) Reinigungsverfahren für eine Elektrolytflüssigkeit einer Redox-Durchflussbatterie
CH698955B1 (de) Anlage zur Desinfektion von Luft in Klimaanlagen.
EP2374762B1 (de) Anlage und Verfahren zur Erzeugung einer elektrochemisch aktivierten Lösung
DE102017108427A1 (de) Elektrochemievorrichtung und Verfahren zum Betrieb einer Elektrochemievorrichtung
DE102014010901A1 (de) ECA Reaktor zur Erzeugung eines aktivierten hypochlorithaltigen Desinfektionsmittels
DE2640218A1 (de) Verfahren und einrichtung zum entkeimen von wasser
EP1178553A2 (de) Vorrichtung zur Aufbereitung eines Kraftstoff-Kühlmittel-Gemisches in einem Brennstoffzellensystem
DE2052974A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Reinigen von wässrigen Flüssigkeiten
EP2477951B1 (de) Vorrichtung zur wasserentkeimung durch anodische oxidation

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

17P Request for examination filed

Effective date: 20130617

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

DAX Request for extension of the european patent (deleted)
17Q First examination report despatched

Effective date: 20161209

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION IS DEEMED TO BE WITHDRAWN

18D Application deemed to be withdrawn

Effective date: 20170420