WO2015158770A1

WO2015158770A1 - Verfahren und vorrichtung zum hygienisieren von wasser

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Publication number: WO2015158770A1
Application number: PCT/EP2015/058161
Authority: WO
Inventors: Otto P. Graf
Original assignee: Klaro Gmbh
Priority date: 2014-04-15
Filing date: 2015-04-15
Publication date: 2015-10-22
Also published as: DE102014207224A1

Abstract

Bei einem Verfahren zum Hygienisieren von Wasser wird in einer Charge (2) durch allmähliches Aufdosieren mit einem Desinfiziens (D) der steigende Redoxwert bis zu einem Grenzwert gemessen. In der Vorrichtung ist in einem Desinfektionsbehälter 1 ein Redoxsensor enthalten, mit dem ein Pumpsystem abhängig vom Erreichen eines Redox-Grenzwerts gesteuert wird.

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Hygienisieren von Wasser

Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1 oder 2, sowie eine Vorrichtung gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 8.

Der Schutz der natürlichen Wasserressourcen und der wachsende Bedarf an Brauchwasser, besonders in niederschlagsarmen Regionen der Welt, resultieren in hohen Anforderungen an das Hygieneniveau im Brauchwasser. Biologisch gereinigtes Abwasser ist bekanntlich nicht keimfrei und enthält Bakterien und Viren. Für die Verwendung von aufbereitetem Abwasser als Brauchwasser finden viele nationale und internationale Richtlinien und Vorschriften Anwendung. So ist beispielsweise nach der WHO Richtlinie zur Grünflächenbewässerung bezüglich fäkalcoliformer Keime ein oberer Grenzwert von 200 koloniebildenden Einheiten je 100 ml_ einzuhalten. Viele nationale Vorschriften orientieren sich an dieser Richtlinie bzw. geben vergleichbare Grenzwerte hinsichtlich der Keimbelastung von Brauchwasser vor. Ähnlich strikte Vorschriften sind häufig auch bei der Einleitung behandelten Abwassers in schutzsensible Vorfluter oder den Untergrund, bei der Wiederverwendung von Abwasser im Haushalt und bei der Trinkwasseraufbereitung zu beachten.

Speziell bei biologisch gereinigtem Abwasser aus Kleinkläranlagen haben sich Desinfektionsmethoden durchgesetzt, die mit UV-Desinfektion und/oder Niederdruckfiltration arbeiten. Diese Verfahren sind jedoch teuer, wartungsintensiv und störungsanfällig, was für Betreiber von Kleinkläranlagen einen gravierenden Nachteil bedeutet. Bei Großkläranlagen werden andere Desinfektionsverfahren angewandt, die jedoch unter anderem aus Kosten- und Wartungsgründen, hinsichtlich der Prozessüberwachung und Wirtschaftlichkeit für Kleinkläranlagen nicht akzeptabel sind.

Bei einem aus DE 10 2008 004 663 B4 bekannten Verfahren zur Hygienisierung von biologisch gereinigtem Abwasser auch aus Kleinkläranlagen wird Abwasser im Durchlauf durch einen Modul geführt, in welchem eine Chlor-Elektrolysezelle enthalten ist. Der Prozess wird gesteuert unter Messung freien Chlors durch einen Chlorsensor stromab der Elektrolysezelle, sowie durch einen Leitfähigkeitssensor stromauf der Elektrolysezelle. Auch der pH-Wert wird gemessen. Bei der Desinfektion durch Chlor-Elektrolyse wird im Durchlaufverfahren gearbeitet, wobei jedoch der sich ändernde pH-Wert, der Salzgehalt und Konzentrationen chlorzehrender Verbindungen im Abwasser zu einer nicht voraussagbaren Konzentration und zu einem mit dem pH-Wert schwankenden Desinfektionsvermögen des Chlors führen. Bei einem aus DE 197 17 579 A1 bekannten Verfahren wird in einem Vorratstank desinfiziertes Wasser bereitgestellt, das zuvor einer UV-Desinfektion und nachfolgend einer Desinfektion in einer Chlor-Elektrolysezelle unterworfen wird. Mit mehreren Messgeräten wird die Konzentration von freiem Chlor erfasst, um den Prozess zu steuern.

Die Chlorung ist eine der wirksamsten und meist verbreiteten Desinfektionsmethoden für Abwasser. Das Chlor reagiert mit Inhaltsstoffen des Abwassers und bildet verschiedene Verbindungen. Zunächst werden schwach desinfizierendes Hypochlorit und stark desinfizierende hypochlorige Säure gebildet, die gemeinsam als freies Chlor bezeichnet werden, und deren Mengenverhältnis vom pH-Wert des Abwassers abhängt. Das Chlor bildet mit weiteren Inhaltsstoffen auch gebundenes Chlor, wobei eine dadurch bedingte Minderung der erfassbaren Chlorkonzentration als Chlorzehrung bezeichnet wird. Gängige Praxis zur Steuerung der Desinfektion mittels Chlor sind eine pauschale Zudosierung einer bestimmten Menge pro Volumeneinheit und/oder die Messung der Chlorkonzentration zur gesteuerten Zudosierung. Die pauschale Zudosierung führt zu dem Nachteil, keinen bedarfsgerechten Chloreinsatz sicherstellen zu können, sondern Über- oder Unterschreitungen des gewünschten Restchlorgehalts im Abwasser zu erzeugen. Eine Überdosierung kann zu unerwünschten absorbierbaren organisch gebundenen Halogenen führen, unnötige giftige Chemikalien in die Umwelt einführen und den Salzgehalt erhöhen, abgesehen von vergeudeten Kosten. Eine Unterdosierung führt zu großen gesundheitlichen Risiken. Die Messung der Chlorkonzentration ist kein sehr zuverlässiger Steuerungsparameter.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, mit denen Wasser bzw. Abwasser zuverlässig und mit verringertem Kosten-, Wartungs-, Prozesssteuerungs-Aufwand hygienisiert werden kann.

Die gestellte Aufgabe wird mit dem Verfahren des Patentanspruchs 1 oder des Patentanspruchs 2 sowie mit der Vorrichtung gemäß Patentanspruch 8 gelöst.

Indem gemäß Patentanspruch 1 eine Charge hygienisiert wird, und nicht im Durchlauf gearbeitet wird, wobei der Redoxwert zur Prozesssteuerung herangezogen wird, sind die Fluktuation des pH-Wertes, der Salzgehalt, Konzentrationen chlorzehrender Verbindungen, und das mit dem pH-Wert schwankende Desinfektionsvermögen des Desinfiziens wie Chlor in Abwasser ignorierbar, weil der Redoxwert äußerst aussagefähige Auskunft über die Gesamtbilanz aller dieser Vorgänge gibt und somit den Prozess als Leitparameter hervorragend steuern lässt. Es eignet sich die naturgegebene Trägheit bei der Messung des Redoxwertes speziell für relativ kleine Abwasserchargen, wie sie aus Kleinkläranlagen typisch sind. Durch die nur langsame Zudosierung des Chlors entstehen keine unerwünscht hohe Konzentrationen freien Chlors, da dieses unter anderem schnell zu Chloraminen weiterreagiert, was die Entstehung unerwünschter absorbierbarer organisch gebundener Halogene vermindert. Die mit dem Redoxwert gesteuerte Hygiensierung gewährleistet eine sichere Keimminderung, wobei der Chemikalieneinsatz auf ein nötiges Minimum reduziert bleibt.

Bei der Oxidation und der Reduktion werden nämlich jeweils Elektronen abgegeben bzw. aufgenommen. Dadurch entsteht ein Elektronenfluss, dessen resultierende elektrische Spannung messbar ist und als Redoxwert bezeichnet wird (ROP = Reduktionsoxidations-Potential). Der Redoxwert ist eine aussagefähige Auskunft zur Gesamtbilanz der dabei ablaufenden Vorgänge, ohne diese Vorgänge einzeln und mit hohem Aufwand überwachen zu müssen.

Alternativ werden gemäß Patentanspruch 2 statt des Redoxwertes der pH-Wert und die Konzentration freien Chlors, in der isolierten Charge, und nicht im Durchlauf, gemessen und zur Prozesssteuerung herangezogen, um so die Hygienisierung zuverlässig zu steuern.

Bei beiden Verfahrensvarianten bleibt der Aufwand an Kosten, Wartung, Prozesssteuerung moderat und ist die Wirtschaftlichkeit hoch.

Vorteile bietet speziell für relativ kleine Chargen der Einsatz einer Chlor-Elektrolysezelle, da in der jeweiligen Charge die Chlorkonzentration langsam und präzise gesteuert angehoben wird, bis eine ausreichende Desinfektionswirkung in der Charge sichergestellt ist. Unter anderem durch die Regulierung der Spannung bzw. Stromstärke an der Elektrolysezelle kann die Geschwindigkeit des Chlorungsvorgangs präzise gesteuert werden, und/oder durch Einstellen der Rate der Dosierströmung durch die Elektrolysezelle. Die jeweils behandelte Charge kann dadurch gebildet werden, dass beispielsweise Abwasser aus einer Kleinkläranlage eines SBR- Systems (Sequence Batch Reactor) verarbeitet wird, wo gereinigtes Abwasser in einzelnen kurzen Stößen abgepumpt wird. Alternativ kann auch Abwasser einer Durchlaufanlage verarbeitet werden, wenn genügend lange zulauffreie Phasen sichergestellt sind. Mit der Elektrolysezelle könnte auch eine Trinkwasser- oder Brunnenwasser-Charge weitestgehend keimfrei gemacht werden.

Die Vorrichtung gemäß Patentanspruch 8 ist baulich einfach, benötigt wenig Platz, geringen Wartungs- und Prozesssteuerungsaufwand, und kann beispielsweise bevorzugt sozusagen eine chargenweise arbeitende, dritte Reinigungsstufe stromab einer biologischen Reinigungsstufe einer Kleinkläranlage bilden. Das hygienisierte Brauchwasser kann aufgrund der bewusst eingestellten Depotwirkung des Desinfiziens ohne Gefahr einer nennenswerten Wiederverkeimung sogar für gewisse Zeit gespeichert werden. Dabei kann es gemäß einem eigenständigen Gedanken der Erfindung zweckmäßig sein, einen vorfertigbaren und vorprüfbaren Modul in den Desinfektionsbehälter einzusetzen, der die wesentlichsten Komponenten zur Hygienisierung und Prozesssteuerung einbaufertig an einem Montageträger aufweist.

Im Hinblick auf eine zeitlich begrenzte Speicherung des hygienisierten Wassers ohne Gefahr der Wiederverkeimung ist es zweckmäßig, dass der jeweilige zu erreichende Grenzwert (zweckmäßig ein Grenzwert-Fenster) (Redoxwert oder freie Chlorkonzentration) so eingestellt wird, dass die abgeführte Charge ein vorbestimmtes Desinfektions-Wirkdepot aufweist, das ein ausreichend abgesenktes Wiederverkeimungspotential gewährleistet. Auch sollte vor dem Abführen eine vorbestimmte Mindest-Kontaktzeit eingehalten werden.

Verfahrenstechnisch einfach wird die Dosierströmung zum Zudosieren des Desinfiziens aus einer zum Durchmischen der Charge beim Hygienisieren erzeugten Zirkulationsströmung abgeleitet. Die Zirkulationsströmung stellt eine intensive Durchmischung der Charge sicher, so dass die Grenzwerte überall in der Charge in etwa gleichzeitig erreicht werden. Die Zirkulationsströmung kann parallel zum Ableiten der Dosierströmung herangezogen werden, so dass eine einzige Zirkulationspumpe ausreicht. Das Ableiten der Dosierströmung aus der Zirkulationsströmung ist besonders zweckmäßig bei Einsatz von Tabletten oder einer Schüttung des Desinfiziens. Dies soll jedoch nicht ausschließen, für die Zirkulationsströmung und die Dosierströmung getrennte Pumpen einzusetzen.

In einer einfachen Verfahrensvariante wird in der Desinfiziens-Quelle mit Chlor gearbeitet, vorzugsweise in Form wenigstens einer Tablette oder einer Schüttung. Dies soll nicht ausschließen, alternativ oder additiv auch andere Desinfiziens einzusetzen, wie beispielsweise Chlordioxid, Wasserstoffperoxid, oder dergleichen.

Besonders zweckmäßig wird das Verfahren mit einer Chlor-Elektrolysezelle durchgeführt, die aus im Wasser oder Abwasser enthaltenen Chloriden Chlor erzeugt. Gegebenenfalls, das heißt, falls das Wasser oder Abwasser zu wenig Chloride enthalten sollte, könnte dann Sole oder eine Kochsalzlösung zugegeben werden.

Bei einer baulich einfachen Ausführungsform der Vorrichtung ist die Desinfiziens-Quelle entweder ein Behälter, der Chlortabletten oder eine Chlorschüttung enthält, und/oder wenigstens eine Chlor-Elektrolysezelle. Die Chlor-Elektrolysezelle wird mit Gleichstrom betrieben, wegen Verkalkungsgefahr mit Polumschaltung und entweder mit gleichbleibender Spannung oder Stromstärke oder durch die Prozesssteuerung jeweils entsprechend angepasster Spannung oder Stromstärke. Zum automatischen Betrieb der Vorrichtung ist es zweckmäßig, eine Prozesssteuerung vorzusehen, die zumindest mit dem Pumpsystem und den vorgesehenen Sonden verbunden ist.

Das Pumpsystem in der Vorrichtung enthält bei einer Ausführungsform zweckmäßig wenigstens eine Zirkulationspumpe, und vorzugsweise, wenigstens eine Abführpumpe. Beide Pumpen werden über die Prozesssteuerung ein- und ausgeschaltet, gegebenenfalls geregelt und werden zweckmäßig leicht einsetzbar und herausnehmbar im Desinfektionsbehälter untergebracht.

Bei einer zweckmäßigen Ausführungsform der Vorrichtung ist dem Desinfektionsbehälter für die zu behandelnde Charge wenigstens ein zumindest in etwa gleich großer Brauchwasser- Speicher (beispielsweise mit einer dem Tagesdurchsatz der Vorrichtung entsprechenden Kapazität) zugeordnet. Der Brauchwasser-Speicher kann über die Abführpumpe mit der Charge aus dem Desinfektionsbehälter gespeist werden. Alternativ könnte die gegebenenfalls selbst ansaugende Abführpumpe auch außerhalb des Desinfektionsbehälters platziert werden.

Günstig ist es ferner, wenn die Zirkulationspumpe, vorzugsweise förderseitig, an einen die De- sinfiziens-Quelle umgehenden Zirkulationsschleifen-Rohrstrang im Desinfektionsbehälter angeschlossen ist, und die Desinfiziens-Quelle in einem innerhalb des Zirkulationsschleifen- Rohrstrangs platzierten Dosierströmungs-Rohrstrang untergebracht ist. Um die Rate der Dosierströmung nach Bedarf oder sogar durch die Prozesssteuerung geführt verändern zu können, ist zweckmäßig zumindest im Dosierströmungs-Rohrstrang ein Ventil enthalten. Gegebenenfalls wird über das Ventil die Dosierströmung unterbrochen, wenn das gewünschte Hygienisierungsniveau erreicht ist, während dann die Zirkulationspumpe gegebenenfalls weiterbetrieben wird, um die Charge weiterhin innig zu durchmischen, gegebenenfalls sogar dann, wenn die Abführpumpe eingeschaltet wird.

Zweckmäßig ist ferner im Desinfektionsbehälter wenigstens ein mit der Prozesssteuerung verbundener Füllstandsmelder, vorzugsweise ein Schwimmerschalter, vorgesehen, mit dem beispielsweise der Hygienisierungsprozess eingeleitet wird, sobald ein vorbestimmter Füllstand im Desinfektionsbehälter vorliegt, der nicht notwendigerweise bereits der maximale Füllstand der gesamten behandelten Charge zu sein braucht. Die Sonden können an strategisch günstigen Stellen platziert sein, und nicht notwendigerweise im Ansaugbereich der Zirkulationspumpe anzuordnen.

Bei einer zweckmäßigen Ausführungsform ist im Dosierströmungs-Rohrstrang und im Zirkulationsschleifen-Rohrstrang jeweils ein Ventil vorgesehen, und enthält, vorzugsweise, der Dosierströmungs-Rohrstrang abströmseitig einen Siphon. Das Ventil im Zirkulationsschleifen- Rohrstrang, beispielsweise stromab der Abzweigung zur Desinfiziens-Quelle, ermöglicht es, einen Venturi-Saugeffekt am Abzweig zur Desinfiziens-Quelle zu vermeiden, in dem es abdrosselt und eine Druckdifferenz erzeugt, damit nicht Wasser von unten angesaugt wird und im Behälter das Desinfiziens bewässert wird, weil dies zu einer Überdosierung führen könnte. Der als Option vorgesehene Siphon kann Bruchstücke des Desinfiziens zurückhalten, und vermeidet einen Austritt von Desinfiziens-Gasen, beispielsweise Chlorgas.

Bei einer anderen Ausführungsform weist das Pumpsystem im Desinfektionsbehälter nur eine einzige Pumpe auf, mit der über ein umschaltbares Mehrwege-Ventil zwischen der Zirkulationsschleife und dem Ablauf wahlweise entweder die Zirkulations- und die Dosierströmung oder eine Abführungs-Strömung erzeugbar sind. Dies vereinfacht den apperativen und steuerungstechnischen Aufbau.

Um bei Verwendung der Chlor-Elektrolysezelle lange Standzeiten und eine niedrige Wartungsfrequenz sicherstellen zu können, sollten die Katode und die Anode aus Titan, beispielsweise Titanblech, mit einer Ruthenium/Iridium-Oxidbeschichtung gebildet sein.

Zweckmäßig ist im Desinfektionsbehälter der vorfertigbare und vorprüfbare und beispielsweise zur Wartung komfortabel entnehmbare Modul installiert, der auf einem Montageträger die wesentlichsten Komponenten zum Ausführen des Hygienisierungsprozesses aufweist. Beispielsweise kann der Modul im Falle einer gewünschten Systemreinigung zuvor entnommen werden, um gezielten Zugang zu allen Bereichen im Desinfektionsbehälter zu erhalten.

Bei einer zweckmäßigen Ausführungsform ist die Desinfiziens-Quelle als Chlor-Elektrolysezelle ausgebildet, die zusammen mit einem Dosierströmungs-Rohrstrang, einem magnetbetätigten Mehrwege-Ventil, der jeweiligen Sonde und einer Prozesssteuerung separiert vom Desinfektionsbehälter platziert ist, zweckmäßig in einem Art Schaltschrank.

Anhang der Zeichnung werden Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Perspektivdarstellung einer Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens,

Fig. 2 eine schematisierte Perspektivdarstellung einer anderen Ausführungsform der Vorrichtung hier in Verbindung mit einer Kleinkläranlage,

Fig. 3 schematisch eine weitere Ausführungsform, Fig. 4 eine schematische Draufsicht auf einen Modul, der zur Installation in der Vorrichtung beispielsweise von Fig. 1 vorgefertigt ist, und

Fig. 5 ein Blockschaltbild einer weiteren Ausführungsform.

Fig. 1 zeigt einen als Kunststoffbehälter oder Zisterne aus anderem Material hergestellten, beispielsweise oben durch eine z. B. zur Wartung abnehmbare Abdeckung verschlossenen Desinfektionsbehälter 1 zum Aufnehmen und Hygienisieren bzw. Desinfizieren einer Charge 2 beispielsweise an Abwasser aus einem Zulauf 3. Aus dem gegebenenfalls im Boden verbauten Desinfektionsbehälter 1 erstreckt sich zum Abführen der hygienisierten Charge ein Ablauf 4 heraus, der beispielsweise zu einem optional vorgesehenen Brauchwasser-Speicher 15 führt. An Stelle eines Brauchwasser-Speichers 15 könnte über den Ablauf 4 die hygienisierte Charge auch auf andere Weise wiederverwendet werden (nicht gezeigt). Dem Desinfektionsbehälter 1 ist eine Prozesssteuerung 5, zweckmäßig eine programmierbare computerrisierte Steuerung, zugeordnet, die über strichpunktiert angedeutete Kabel mit bestimmten Komponenten der Vorrichtung V in Verbindung steht. Eine Entnahme wird z. B. nur freigegeben, wenn kein Zulauf stattfindet und ein Hygienisierungszyklus ordnungsgemäß abgeschlossen wurde.

Im Desinfektionsbehälter 1 ist relativ tiefliegend eine Zirkulationspumpe 6 verbaut, mit der eine Zirkulationsströmung 7 in einer Schleife wieder in die Charge 2 geführt wird, solange die Zirkulationspumpe 6 läuft. An den Ablauf 4 ist eine in dieser Ausführungsform im Desinfektionsbehälter 1 verbaute Abführpumpe 8 angeordnet. Im Desinfektionsbehälter 1 oder oberhalb des Desinfektionsbehälters 1 ist eine Desinfiziens-Quelle Q vorgesehen, beispielsweise ein Behälter 10, in welchem ein Desinfiziens D bevorratet ist, beispielsweise Chlortabletten oder eine Chlor- schüttung 9. Aus der Zirkulationsströmung 7 in der Schleife wird eine Dosierströmung 1 1 abgeleitet, die die Desinfiziens-Quelle Q durchsetzt und entweder direkt in die Charge 2 oder zurück in die Zirkulationsströmungs-Schleife 7 geführt ist. Die Strömungsrate der Dosierströmung 1 1 kann beispielsweise mit einem Ventil 12 eingestellt werden.

Ferner ist, zweckmäßig im Ansaugbereich der Zirkulationspumpe 6, eine Redoxsonde 13 verbaut. Die Redoxsonde 13 könnte alternativ zwischen der Zirkulationspumpe 6 und entweder dem Ventil 12 oder der Quelle Q platziert sein. In entsprechender Höhe kann ferner im Desinfektionsbehälter 1 ein Füllstandsmelder wie ein Schwimmerschalter 14 vorgesehen sein. Die Redoxsonde 13, die Pumpen 6, 8, gegebenenfalls der Schwimmerschalter 14 und gegebenenfalls das Ventil 12 können über Kabel mit der Prozesssteuerung 5 verbunden sein. Die Redoxsonde 13 misst entweder fortwährend den Redoxwert in der Charge 2 oder überwacht das Erreichen eines Grenzwerts des Redoxwertes, der durch allmähliches Zudosieren des De- sinfiziens D (Chlor) in die Charge bei fortwährender Zirkulation langsam angehoben wird. Die Redoxsonde 13 meldet den Messwert (eine Spannung in Millivolt) an die Prozesssteuerung 5, die bei Erreichen des Grenzwerts die Zirkulationspumpe 6 stillsetzt und gegebenenfalls gleich oder nacheilend die Abführpumpe 8 in Betrieb nimmt.

Beim Hygienisierungszyklus der Charge 2 wird über den Zulauf 3 kein weiteres Abwasser zugeführt. Der Desinfiziens-Quelle Q kann ein Melder zugeordnet sein, der anzeigt, wann Desinfi- ziens nachgefüllt werden muss. Die langsam erfolgende Zudosierung von Chlor gewährleistet eine ausreichende Kontaktzeit mit Mikroorganismen, um eine wirksame Desinfektion sicherzustellen. Aufgrund einer bewusst angestrebten Depotwirkung des Chlors in der hygienisierten Charge 2 wird eine rasche Wiederverkeimung selbst im Brauchwasser-Speicher 15 vermieden. Zweckmäßig wird die Entnahme aus dem Desinfektionsbehälter 1 zumindest solange gesperrt, bis der Desinfektionsvorgang ordnungsgemäß abgeschlossen ist.

Der Grenzwert ist eigentlich ein Grenzwert-Fenster, das einen vorbestimmten Grenzwertbereich umfasst. Der Grenzwert bzw. eine Verweilzeit bis zur Abführung werden so gewählt, dass eine ordnungsgemäße Desinfektion und gegebenenfalls ein Desinfektions-Wirkdepot sichergestellt sind.

Die Ausführungsform der Vorrichtung V in Fig. 2 unterscheidet sich von der der Fig. 1 hauptsächlich dadurch, dass zum Speisen des Zulaufs 3 eine Kleinkläranlage 16 angedeutet ist, die mit beispielsweise häuslichem Abwasser 17 beschickt wird. Zweckmäßig handelt es sich um eine SBR-Kleinkläranlage, die biologisch gereinigtes Abwasser jeweils mit einer zeitlichen Unterbrechung abgibt, deren Dauer ausreicht, den Hygienisierungsprozess im Desinfektionsbehälter 1 ordnungsgemäß auszuführen und die hygienisierte Charge 2 abzuführen. Als weiterer Unterschied ist in Fig. 2 als Desinfiziens-Quelle Q eine Chlor-Elektrolyszelle 18 vorgesehen, die an einem Gleichstromeingang 21 beispielsweise über die Prozesssteuerung 5 geführt wird und eine Katode 19 sowie eine Anode 20 enthält, aus im Abwasser enthaltenen Chloriden Chlor herstellt und nur über die durch die Chlor-Elektrolysezelle 18 durchgehende Zirkulationsströ- mungs-Schleife 7, 1 1 eine allmähliche Chlorzugabe in die Charge 2 ermöglicht. Auch in Fig. 2 wird das Verfahren mit der Redoxsonde 13 betrieben, die den Redoxwert oder dessen Grenzwert in der Charge 2 misst und gegebenenfalls auf das Erreichen des vorbestimmten Grenzwerts anspricht.

Als Alternative (gestrichelt) sind in Fig. 2 eine Messsonde 22 für freies Chlor in der Charge 2 und eine Messsonde 23 für den pH-Wert verbaut, die an Stelle der Redoxsonde 13 mit der Prozesssteuerung 5 verbunden zur Prozesssteuerung herangezogen werden. Die Messsonde 23 befindet sich gegebenenfalls in der Nähe des oder im Zulauf 3. Die Messsonde 22 könnte alternativ in der Zirkulationsströmungs-Schleife 7, 1 1 platziert sein.

Die Kleinkläranlage 16 könnte bei Einsatz der Tabletten oder Schüttung aus Chlor sogar eine Durchlaufanlage sein, sofern sichergestellt ist, dass zulauffreie Phasen mindestens 30 Minuten auftreten, die zum Hygienisieren einer Charge 2 ausreichen. Die behandelten Chargen 2 müssen übrigens nicht notwendigerweise gleichen Volumina entsprechen.

Solange in Fig. 2 die Prozesssteuerung 5 die Zirkulationspumpe 6 eingeschaltet hält, wird gleichzeitig die Elektrolysezelle 18b mit Gleichspannung versorgt, um im Durchlauf aus Chloriden Chlor zu erzeugen. Nachdem der Grenzwert des Redoxwertes von der Redoxsonde 13 festgestellt wurde, wird z. B. mit Zeitverzögerung von der Zirkulationspumpe 6 auf die Abführpumpe 8 umgeschaltet. Dieser Umschaltpunkt wird durch den Redox-Grenzwert definiert, oder durch das Abwägen der Messwerte der Messsonden 22, 23 für den pH-Wert und die Konzentration zumindest des freien Chlors.

Die Vorrichtung V in Fig. 2 wird beispielsweise wie folgt betrieben:

Biologisch gereinigtes Abwasser wird in einem Stoß in den Desinfektionsbehälter 1 gefördert. Sobald ausreichend Wasser im Desinfektionsbehälter 1 vorhanden ist, wird dies vom Schwimmerschalter 14 registriert, woraufhin die Prozesssteuerung 5 aktiviert wird. Dadurch fördert die Zirkulationspumpe 6 durch die Schleife 7, 1 1 und die noch spannungsfreie Elektrolysezelle 18 zurück in den Desinfektionsbehälter 1 . Die Abführpumpe 8 ist außer Betrieb. In dieser Zeit kann sich die Redoxsonde 13 langsam an den existenten Redoxwert im zugelaufenen Abwasser anpassen. Sobald diese Einstellzeit der Redoxsonde 13 verstrichen ist, wird überprüft, ob ein zur Desinfektion des Abwassers ausreichender Redoxwert vorliegt, beispielsweise repräsentiert durch einen Spannungswert von 450 mV. Liegt der überprüfte Redoxwert unterhalb dieses Grenzwerts, wird die Elektrolysezelle 18 unter Spannung gesetzt, wobei die Zirkulationspumpe 6 weiterhin betrieben ist. Aus Chloriden im Abwasser wird elektrolytisch Chlor erzeugt, das mit Wasserinhaltsstoffen reagiert. Das Abwasser wird aus der Elektrolysezelle 18 in die Charge 2 zurückgeführt und durchmischt sich mit dieser. Der Redoxwert des von der Zirkulationspumpe 6 angesaugten Abwassers nimmt zu. Dabei wird die Elektrolysezelle 18 in regelmäßigen Zeitabständen umgepolt, um eine Verkalkung zu verhindern. Zwischen den Umpolungen wird jeweils beispielsweise für kurze Zeit die Spannungsversorgung der Elektrolysezelle 18 abgeschaltet, um unzweckmäßigen Verschleiß aufgrund von Stromspitzen zu verhindern.

Ist der vorbestimmte Redox-Grenzwert (eigentlich ein Redox-Grenzwertfenster) erreicht, wird die Elektrolysezelle 18 abgeschaltet, wohingegen die Zirkulationspumpe 6 weiterläuft. Für eini- ge Minuten wird die Charge im Desinfektionsbehälter 1 durchmischt, so dass eine ausreichende Kontaktzeit des Desinfiziens D mit Mikroorganismen sichergestellt ist. Wenn der vorbestimmte Redox-Grenzwert nach Ablauf dieser Kontaktzeit nicht wieder unterschritten wurde, kann die Abführpumpe 8 eingeschaltet werden, um den Brauchwasserspeicher 15 zu speisen, oder das Brauchwasser auf andere Weise abzuführen. Sollte hingegen während der Kontaktzeit der vorbestimmte Redox-Grenzwert unterschritten werden, wird die Elektrolysezelle 18 erneut unter Spannung gesetzt, und wird die Chlorierung verlängert.

Um bei einer nicht dargestellten alternativen Ausführungsform der Vorrichtung V Energie bzw. Chemikalien einzusparen, und zwar unabhängig davon, ob mit Chlortabletten gearbeitet oder eine Elektrolysezelle 18 eingesetzt wird, kann im Brauchwasserspeicher 15 ebenfalls eine Füllstandsüberwachung beispielsweise in Form eines Schwimmerschalters vorgesehen sein, der mit der Prozesssteuerung 5 verbunden ist. Ein Hygienisierungszyklus wird dann nur aktiviert, wenn einerseits der Desinfektionsbehälter 1 genügend Abwasser enthält und gleichzeitig im Brauchwasserspeicher 15 ein vorbestimmter Minimalfüllstand unterschritten wird. Wird hingegen aus dem Brauchwasserspeicher 15 kein Brauchwasser entnommen und somit der Minimalfüllstand nicht unterschritten, wird auch kein Abwasser im Desinfektionsbehälter 1 hygienisiert, sondern das im Desinfektionsbehälter 1 enthaltene Abwasser wird bei neuerlichem Zulauf über einen Notüberlauf des Desinfektionsbehälters abgelassen.

Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform der Vorrichtung, beispielsweise ähnlich der der Fig. 1 . In Fig. 3 wird die Zirkulationsströmung 7, von der die Dosierströmung 1 1 durch den Behälter 10 abgeleitet wird, durch ein weiteres Ventil 12' gesteuert, z. B. nach Bedarf abgedrosselt. Die Dosierströmung 1 1 wird, wie in Fig. 1 , über das Ventil 12 nach Bedarf eingestellt. Das weitere Ventil 12' lässt so einen Venturi-Saugeffekt am stromauf liegenden Abzweig der Dosierströmung 1 1 unterdrücken, der gegebenenfalls zum Zurücksaugen von Wasser in dem Behälter 10 führen und die Schüttung oder Tabletten im Behälter 10 unter Wasser setzen würde, was zu einer Überchlorierung führen könnte. In der Ausführungsform in Fig. 2 mit der Elektrolysezelle 18 ist dieses weitere Ventil 12' der Fig. 3 nicht unbedingt erforderlich, weil dort die Zirkulationspumpe 6 ohnedies nur die kombinierte Zirkulationsschleifen-Strömung und -Dosierströmung 7, 1 1 durch die Elektrolysezelle 18 erzeugt.

Fig. 4 zeigt einen Modul M, der beispielsweise in der Vorrichtung der Fig. 3 verbaut werden kann und separat hergestellt und vorprüfbar ist. Der Modul M weist auf einen Montageträger 24 zumindest die wesentlichsten Komponenten zum Durchführen des Verfahrens auf. So ist für die Zirkulationsströmung 7 ein Zirkulationsströmungs-Strang 7', z. B. ein Kunststoffrohr, installiert, von welchem für die Dosierströmung 1 1 bypassartig ein Dosierströmungs-Rohrstrang 1 1 ' ab- zweigt, in welchem der die Desinfiziens-Quelle Q definierende Behälter 10 für Chlortabletten oder die Chlorschüttung enthalten ist, die über einen seitlichen Abzweigstrang 10' zu ergänzen sind. Im Dosierströmungs-Rohrstrang 1 1 ' befindet sich auch das Ventil 12 (entweder, wie gezeigt, zuströmseitig, oder, nicht gezeigt, abströmseitig des Behälters 10). Der Dosierströmungs- Rohrstrang 1 1 ' wird in den Zirkulationsschleifen-Strang 7' zurückgeführt, könnte aber auch frei direkt in die Charge 2 münden. Als weiteres kann ein Rohrstrang 26 am Montageträger 24 fixiert sein, der Kabel für die Pumpen enthält. Der Zulauf 3 ist ein nicht gezeigtes Rohr oberhalb des maximalen Wasserstands im Desinfektionsbehälter, vorzugsweise nahe der Redoxsonde 13. Ferner ist ein Rohr 25 vorgesehen, an dem beispielsweise unten die Redoxsonde 13 angeordnet ist, und das Kabel für der die Redoxsonde 13 enthält. Das Rohr 25 dient z. B. als Eintaucharmatur der Redoxsonde 13. Dabei ragt eine nicht gezeigte Messeinheit aus dem Rohr 25, und ist der Rest der Redoxsonde 13 mit einem Kabel trocken im Rohr 25 untergebracht (wasserdichte Durchführung).

Die Prozesssteuerung 5 kann getrennt vom Montageträger 24 vorgesehen sein. Die Zirkulationspumpe 6 ist zweckmäßig unten entweder am Montageträger 24 befestigt, oder wird nur in den Desinfektionsbehälter 1 gemäß Fig. 1 gestellt und mit dem Zirkulationsströmungs-Strang 7' verbunden. Auch der Schwimmerschalter 14 kann am Montageträger 14 fixiert sein. Schließlich ist ein Ablaufrohrstrang 4' am Montageträger 24 verbaut, der mit dem Ablauf 4 (nicht gezeigt) verbunden ist, und an dessen unterem Ende sich hier die Abführpumpe 8 befindet, die beispielsweise einen eigenen Schwimmerschalter 27 aufweisen kann. Die Abführpumpe 8 kann gegebenenfalls am Montageträger 24 fixiert sein, oder wird nur in den Desinfektionsbehälter 1 eingesetzt und mit dem Rohrstrang 4' verbunden.

Fig. 4 zeigt auch stromab der Abzweigung der Dosierströmung 1 1 vom Zirkulationsschleifen- Strang 7' das weitere Ventil 12", dessen Funktion anhand Fig. 3 erläutert wurde. Ferner wird der Dosierströmungs-Rohrstrang 1 1 ' nach Durchsetzen des Behälters 10 über einen Siphon 1 1 " in den Zirkulationsschleifen-Rohrstrang 7' zurückgeführt. Alternativ könnte der Siphon 1 1 " auch frei enden. Zweck des Siphons 1 1 " ist es, Tablettenbruchstücke oder Desinfiziens- Bruchstücke zurückzuhalten und den Austritt von Desinfiziens-Gasen zu verhindern.

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann auch Brunnenwasser, anderes Wasser oder sogar Trinkwasser (mit Diamant beschichtete Elektroden in der Elektrolysezelle (18)) hygienisiert werden.

Die Ausführungsform der Vorrichtung V in Fig. 5 mit der Chlor-Elektrolysezelle 18 entspricht funktionell der der Fig. 2, unterscheidet sich aber hinsichtlich des Pumpsystems im Desinfekti- onsbehälter 1 und der Platzierung und Verschaltung bestimmter Komponenten von der der Fig. 2.

In Fig. 5 ist nämlich, beispielsweise wie in Fig. 4 an einem Montageträger, nicht nur die Chlor- Elektrolysezelle 18 mit der Prozesssteuerung 5 vom Desinfektionsbehälter 1 separiert, sondern in einem Behältnis 30 wie beispielsweise einem Schaltschrank untergebracht, in welchem auch ein Teil der Zirkulations- und Dosierströmung 7,1 1 abläuft und an welchen der Ablauf 4 angeschlossen ist. Im Desinfektionsbehälter 1 befindet sich nur eine einzige Zirkulationspumpe 6, die wahlweise auch für die Abführung der Charge beispielsweise in den Brauchwasserspeicher 15 verantwortlich ist. Die Zirkulations- und Dosierströmung 7, 1 1 durchsetzt zunächst einen Filter 28 und wird dann über die Redoxsonde 13 (oder alternativ die Sonde 22 für freies Chlor) und im Behältnis 30 weiter zu einem Mehrwege-Ventil 29, beispielsweise einem Dreiwege- Ventil mit Magnetbetätigung, geleitet. Von dem Mehrwege-Ventil 29 zweigt ein Weg für die Zirkulations- und Dosierströmung 1 1 , 7 durch die Chlor-Elektrolysezelle 18 und zurück in den Desinfektionsbehälter 1 ab, während einer weiterer Weg der Ablauf 4 in den Brauchwasserspeicher 15 ist. Durch Umschalten des Mehrwege-Ventils 29 zwischen den beiden zuletzt erwähnten Wegen wird der einzigen Zirkulationspumpe 6 im Desinfektionsbehälter 1 entweder die Zirkulations- und Dosierströmungsfunktion zugewiesen, oder die Abführungsfunktion. Im Desinfektionsbehälter 1 braucht demzufolge nur die einzige Zirkulationspumpe 6, gegebenenfalls auch der Füllstandsmelder 14, untergebracht zu werden, was hinsichtlich der Wartung und Reinigung im Desinfektionsbehälter 1 einerseits und der Wartung der anderen Komponenten im Behältnis 30 andererseits zweckmäßig ist.

Das Konzept der Fig. 5 kann auch bei den Vorrichtungen der Fig. 1 und 3 verwendet werden.

Claims

Patentansprüche

1 . Verfahren zum Hygienisieren von keimbefrachtetem Wasser, insbesondere biologisch gereinigtem Abwasser einer Kleinkläranlage (16), durch Zugabe wenigstens eines Desinfiziens (D) aus einer Desinfiziens-Quelle (Q), gekennzeichnet durch folgende Schritte: a) Bereitstellen einer Charge (2) an Wasser oder Abwasser, b) Erzeugen einer die Desinfiziens-Quelle (Q) durchsetzenden Dosierströmung (1 1 ) mit geregelter Strömungsrate aus der Charge (2) zum allmählichen Aufdosieren des Desinfiziens (D) zwecks nur allmählicher Anhebung des Redoxwertes in der Charge (2), c) Messen des steigenden Redoxwertes in der Charge (2) bis oder zumindest bei Erreichen eines vorbestimmten Grenzwerts, d) Übermitteln zumindest des den Grenzwert repräsentierenden Messwertes an eine Prozesssteuerung (5), e) Abbrechen des Aufdosierens und/oder der Dosierströmung (1 1 ) bei Erreichen des Grenzwerts, und f) Abführen der Charge (2) nun hygienisierten Wassers zur Weiterverwendung und/oder Speicherung.

2. Verfahren zum Hygienisieren von keimbefrachtetem Wasser, insbesondere biologisch gereinigtem Abwasser aus einer Kleinkläranlage durch Zugabe wenigstens von Chlor aus einer Desinfiziens-Quelle (Q), gekennzeichnet durch folgende Schritte: a) Bereitstellen einer Charge (2) aus Wasser, b) Erzeugen einer die Desinfiziens-Quelle (Q) durchsetzenden Dosierströmung (1 1 ) mit geregelter Strömungsrate aus der Charge (2) zum Aufdosieren des Chlors zwecks nur allmählicher Anhebung einer Konzentration freien Chlors in der Charge, c1 ) Messen des mit dem Aufdosieren steigenden Werts der Konzentration an freiem Chlor bis oder zumindest bei Erreichen eines vorbestimmten Grenzwerts, c2) Messen des pH-Wertes in der Charge (2), d1 ) Übermitteln der Messwerte an eine Prozesssteuerung (5), d2) gegenseitiges Abwägen der Messwerte in der Prozesssteuerung (5), e) Abbrechen des Aufdosierens und/oder der Dosierströmung (1 1 ) bei Erreichen des vorbestimmten Grenzwerts freien Chlors, und f) Abführen der Charge (2) nun hygienisierten Wassers zur Weiterverwendung und/oder Speicherung.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass vor Abführen der Charge (2) eine vorbestimmte Mindest-Kontaktzeit des Desinfiziens (D) mit dem Wasser eingehalten wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige Grenzwert, vorzugsweise ein Grenzwert-Fenster, so eingestellt und, vorzugsweise, die Mindest-Kontaktzeit so gewählt werden, dass die abgeführte Charge (2) ein durch abgesenktes Wiederverkeimungspotenzial vorbestimmtes Desinfektions-Wirkdepot aufweist.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dosierströmung (1 1 ) aus einer zum Durchmischen der Charge (2) beim Hygienisieren erzeugten Zirkulationsströmung (7) abgeleitet wird.

6. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Desinfiziens-Quelle Chlor bevorratet wird, vorzugsweise in Form wenigstens einer Tablette oder einer Schüttung.

7. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in der Desinfiziens-Quelle (Q) Chlor aus im Wasser enthaltenen Chloriden durch Elektrolyse in einer Elektrolysezelle (18) hergestellt wird.

8. Vorrichtung zum Hygienisieren von keimbefrachtetem Wasser, insbesondere biologisch gereinigtem Abwasser aus einer Kleinkläranlage (16) durch Zugabe wenigstens eines Desinfiziens (D), dadurch gekennzeichnet, dass zum isolierten Hygienisieren jeweils einer Charge (2) ein Desinfektionsbehälter (1 ) vorgesehen ist, dem ein Pumpsystem (6, 8) zumindest zum Erzeugen einer Zirkulationsströmung (7) in der Charge und/oder einer Dosierströmung (1 1 ) durch eine Desinfiziens-Quelle (Q) und entweder wenigstens eine Redoxsonde (13) oder eine pH-Messsonde (23) und eine Messsonde (22) für freies Chlor zum Steuern zumindest des Pumpsystems in Abhängigkeit vom Erreichen eines durch nur allmähliche aufdosierende Zugabe des Desinfiziens (D) vorbestimmten Hygiene-Niveaus in der Charge (2) zugeordnet sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Desinfiziens-Quelle (Q) ein Chlor-Tabletten- oder Chlor-Schüttungs-Behälter (10) und/oder eine Chlor-Elektrolyse- Zelle (18) ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Prozesssteuerung (5) vorgesehen und zumindest mit dem Pumpsystem (6, 8) und den Sonden (13, 22, 23) verbunden ist.

1 1. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Pumpsystem (6, 8) eine Zirkulationspumpe und, vorzugsweise, wenigstens eine Abführpumpe umfasst.

12. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 8 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass dem Desinfektionsbehälter (1 ) wenigstens ein zumindest in etwa gleichgroßer Brauchwasser-Speicher (15) zugeordnet ist, der, vorzugsweise, über die Abführpumpe (8) aus dem Desinfektionsbehälter (2) speisbar ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Zirkulationspumpe (6), vorzugsweise förderseitig, zumindest an einen die Desinfiziens-Quelle (Q) umgehenden Zirkulations-Schleifen-Rohrstrang (7')angeschlossen ist, und dass die Desinfiziens-Quelle (Q) in einem Dosierströmungs-Rohrstrang (1 1 '), vorzugsweise innerhalb des Zirkulationsschleifen-Rohrstrangs (7'), angeordnet ist, wobei der Dosierströmungs-Rohrstrang (1 1 ') ein, vorzugsweise einstellbares, Ventil (12) enthält.

H. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Desinfektionsbehälter (1 ) wenigstens einen mit der Prozesssteuerung (5) verbundenen Füllstandsmelder

(14), vorzugsweise einen Schwimmerschalter, aufweist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass im Dosierströmungs- Rohrstrang (1 1 ') und im Zirkulationsschleifen-Rohrstrang (7') jeweils ein Ventil (12, 12') vorgesehen ist, und dass, vorzugsweise, der Dosierströmungs-Rohrstrang (1 1 ') abströmseitig einen Siphon (1 1 ") enthält.

16. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Pumpsystem im Desinfektionsbehälter (1 ) eine einzige Zirkulationspumpe (6) aufweist, mit der über ein umschaltbares Mehrwege-Ventil (29) wahlweise die Zirkulations- und die Dosierströmung (7, 1 1 ) oder eine Abführungs-Strömung aus dem Desinfektionsbehälter (1 ) durchführbar sind.

17. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Chlor-Elektrolyse-Zelle (18) eine Anode (19) und eine Katode (20) aus Titanblech mit Ruthenium/Iridium-Oxid- Beschichtung aufweist.

18. Vorrichtung, insbesondere nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein als vorfer- tigbare Baueinheit in den Desinfektionsbehälter (1 ) einsetzbarer Modul (M) vorgesehen ist, der an einem Montageträger (24) einen an die Zirkulationspumpe (6) angeschlossenen Zirkulationsschleifen-Rohrstrang (7'), vorzugsweise mit einem Ventil (12"), einen in den Zirkulationsschleifen-Rohrstrang (7') eingegliederten Dosierströmungs-Rohrstrang (1 1 ') mit einem Ventil (12) und der Desinfiziens-Quelle (Q) in Form eines Behälters (10) oder einer Chlor-Elektrolyse-Zelle (18), einen Rohrstrang (25) mit daran angeordneter Redoxsonde (13), vorzugsweise ein Kabel-Rohr (26), einen Schwimmerschalter (14), und einen mit der Abführpumpe (8) verbundenen Abführrohrstrang (4') trägt, und in welchem Modul (M) mit der vom Montageträger (24) separierten Prozesssteuerung (5) verbindbare Kabel zumindest zur Redoxsonde (13), zur Zirkulationspumpe (6), zur Abführpumpe (8), und zum Schwimmerschalter (14) installiert sind.

19. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Desinfiziens-Quelle (Q) als wenigstens eine Chlor-Elektrolysezelle (18) ausgebildet ist, die zusammen mit einem Dosierströmungs-Rohrstrang (1 1 '), einem magnetbetätigten Mehrwege-Ventil (12'), der Sonde (13; 22) und einer Prozesssteuerung (5) in einem vom Desinfektionsbehälter (1 ) separierten Behältnis (30), vorzugsweise einem Schaltschrank, untergebracht ist.