CH662108A5

CH662108A5 - Verfahren zur erzeugung von keimarmem reinwasser.

Info

Publication number: CH662108A5
Application number: CH6333/83A
Authority: CH
Inventors: Kurt Marquardt
Original assignee: Hager & Elsaesser
Priority date: 1982-11-26
Filing date: 1983-11-25
Publication date: 1987-09-15
Also published as: CS257768B2; DE3243817C2; DE3243817A1; CS881383A2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung von keimarmem Reinwasser.

Während man in früheren Jahren den Wasserbedarf aus qualitativ hochwertigem Grundwasservorkommen decken konnte, muss heute für die Bedarfsdeckung vermehrt Oberflächenwasser verwendet werden, dessen Qualität durch die Umweltbelastung stark beeinträchtigt ist und welches daher aufbereitet werden muss. Da für bestimmte Anwendungen, z.B. in der Elektronik, der chemisch-phar-mazeutischen und kosmetischen Industrie sowie für Laboratorien und Nahrungsmittelbetriebe wie auch für öffentliche Trinkwasserversorgungsunternehmen, eine hochwertige Qualität verlangt wird, müssen aufwendige und oft komplizierte Verfahren angewendet werden, um Rein- und Reinstwasser mit den geforderten Eigenschaften zu erzeugen.

Rein- und Reinstwasser wird vorwiegend in folgenden Bereichen benötigt:

a) in der Elektronikindustrie zur Herstellung von Mikroprozess-steuerungen,

5 b) in der pharmazeutischen und kosmetischen Industrie zur Herstellung von aqua purificata und aqua pro injectione,

c) für Krankenhäuser, Dialysestationen und Laboratorien,

d) für Trinkwasser, Wasser für die Getränkeindustrie sowie Wasser für die Lebensmittelindustrie.

io Für die vorgenannten Verwendungsarten ist es sehr wichtig, dass das Wasser weitgehend keimfrei ist. Das Trinkwasser muss frei von Krankheitserregern sein. Diese Erfordernisse gelten nach den Richtlinien als nicht erfüllt, wenn in 100 ml Trinkwasser Ecoli enthalten sind. Die Kolonienzahl von koliformen Keimen soll den Richtwert 15 von 100 ml nicht überschreiten. In desinfiziertem Trinkwasser soll der Richtwert des aufbereiteten Wassers unter 20 je ml liegen. In der Elektronikindustrie werden in der Regel 100 Keime pro 100 ml, in Sonderfällen nur 10 Keime pro 100 ml gefordert.

Das Wasser für pharmazeutische Zwecke, insbesondere für In-20 jektionszwecke, muss pyrogenfrei und steril sein.

Es ist bekannt, zur Erzeugung von Reinstwasser Ionenaustauscheranlagen mit nachgeschalteten Feinstfiltern einzusetzen. Um den Anteil von organischen Substanzen, Kolloiden, Bakterien und Keimen klein zu halten, hat man versucht, diese Substanzen in 25 Flockungsreaktoren durch Zugabe von Flockungs- und Desinfektionsmitteln zu verringern. Durch die Zugabe von Fällungsmitteln wurden zwar die kolloidalen Stoffe reduziert, sie wirkten sich jedoch in den nachgeschalteten Anlagen sehr negativ aus. Zur Reduzierung von organischen Substanzen hat man Schlammkontaktreaktoren 30 eingesetzt. Der Erfolg war jedoch nicht zufriedenstellend, so dass man noch Anschwemmfilter einsetzte, durch die eine höhere Beseitigungsrate erzielbar war. Der Bedienungs- und Wartungsaufwand derartiger Anlagen ist ausserordentlich hoch. Zur Beseitigung der kolloidalen Partikel wurden Anschwemmfilter im sauren Bereich 35 mehrschichtig angeschwemmt und mit einer Vollentsalzungsanlage kombiniert, durch die insbesondere organische Substanzen, wie Huminsäuren, beseitigt werden konnten. Die Anschaffungs- und Betriebskosten einer derartigen Anlage sind ebenfalls ausserordentlich hoch. Diesen Anlagen haftet ferner der Nachteil an, dass die 40 Keimzahl in dem aufbereiteten Wasser noch zu hoch ist. Eine Reduzierung des TOC-Wertes ist mit derartigen Anlagen nur bis auf ca. 50 bis 70% möglich (TOC = Total Organic Carbon = Gesamtkohlenstoff).

Als besonders nachteilig hat sich die Verwendung von Ionen-45 austauschern zur Erzeugung von keimfreiem Wasser herausgestellt. Die Ionenaustauscher vermögen zwar ionogene Stoffe weitgehend aus dem aufbereiteten Wasser herauszunehmen, sie vermögen jedoch organische Substanzen nur teilweise aufzunehmen. Diese können zur irreversiblen Verblockung der Austauscher führen. Auch wurde sc beobachtet, dass je nach Beladungszustand der Austauscher organische Substanzen von den Austauschern wieder abgegeben wurden, so dass im aufbereiteten Reinwasser höhere Werte vorlagen als im Rohwasser. Auch ist die Verkeimungsgefahr von Ionenaustauschern sehr hoch. Insbesondere steigen die Keimzahlen nach Stillstands-55 Zeiten stark an, da das Austauschermaterial infolge seiner grossen Oberfläche ein guter Nährboden für Keimwachstum ist. Insbesondere nach Stillstandszeiten, wie Wochenende, steigen die Keimzahlen, die im Rohwasser z.B. 10 ml/1 betragen, am Montag bis auf 500 000 Keime an. Bei kontinuierlich arbeitenden Ionenaustau-60 Schern kann die Keimzahl konstant gehalten werden. Somit ist die Verwendung von Ionenaustauschern für die Erzeugung von keim-und pyrogenfreiem Wasser ausserordentlich problematisch.

Es ist ferner bekannt, für die Erzeugung von Reinstwasser Umkehrosmosemembranen einzusetzen. Durch die Umkehrosmose 65 werden grossmolekulare Stoffe, wie Huminsäuren, Bakterien,

Keime, Viren usw., besser zurückgehalten als Salze. Bei der Umkehrosmose muss die Membrane von Scaling (Ausfällen von Stoffen) und vom biologischen Fouling geschützt werden. Bei Wässern mit

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hoher Karbonathärte ist eine Säuredosierung notwendig. Durch die Säuredosierung wird Kohlensäure frei, so dass das Wasser einen negativen Sättigungsindex aufweist. Die freiwerdende Kohlensäure wird dann in einem atmosphärischen Kohlensäurerieselentgaser im Gegenstrom auf einen Wert < 10 ml/1 ausgetrieben. Zur Reststabilisierung der Karbonathärte muss Phosphat zudosiert werden. Würde man den Kohlensäurerieselentgaser nicht einbauen, so ergibt sich der Nachteil, dass die Kohlensäure durch die Umkehrosmosemembranen permeiert, so dass dann der C02-Gehalt durch grossdimen-sionierte nachgeschaltete Ionenaustauscher beseitigt werden müsste, was einen hohen Chemikalien- und apparativen Aufwand zur Folge hätte. Der Einsatz solcher Ionenaustauscher und die damit verbundenen niedrigen Betriebsgeschwindigkeiten begünstigen das Keimwachstum.

Untersuchungen haben jedoch ergeben, dass der Einsatz eines Kohlensäurerieselentgasers mit grossen Nachteilen behaftet ist. Durch das Einblasen von Luft im Gegenstrom werden Keime und Partikel eingetragen, so dass eine erhöhte Keimvermehrung eintritt. Ferner bilden sich im Abluftrohr des Rieselentgasers Schwitzwasser, die in den Kohlensäurerieselentgaser zurücklaufen und das Keimwachstum begünstigen. Dieses wird auch durch die hohe Luftfeuchtigkeit im Kohlensäurerieselentgaser gefördert. Nachteilig ist insbesondere auch der Umstand, dass über das Luftgebläse im Kohlensäurerieselentgaser grosse Mengen Sauerstoff eingetragen werden, die gute Lebensbedingungen für Bakterien, Keime und Viren schaffen. Auch die Zudosierung von Phosphat zur Stabilisierung der Restkarbonathärte wirkt für die Keimbildung günstig.

Um bei derartigen Anlagen die Keimbildung zu verringern, hat man UV-Bestrahlungen, Ozonbehandlungen oder laufende Desinfektionen vorgenommen. Auch wurde die Luftzufuhr zum Riesler über Steril-Luftfilter zugeführt. Jedoch hat sich gezeigt, dass dieser hohe apparative Aufwand nur sehr mässigen Erfolg hatte oder dass so hohe Nebenwirkungen, z.B. durch Verwendung zusätzlicher Chemikalien, in Kauf genommen werden mussten, dass ein wirtschaftlicher Betrieb nicht gewährleistet ist. Darüber hinaus konnte das Keimwachstum nicht wirksam unterbunden werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Erzeugung von keimarmem Reinwasser zu schaffen, welches ohne die genannten Nachteile, wie Einsatz von Chemikalien, angewendet wird und bei welchem die Keimfreiheit aufrechterhalten wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass das vorbehandelte Wasser zur Entgasung einem Unterdruck unterworfen und danach ständig im Fluss gehalten wird und bei Unterschreiten eines vorgegebenen Entnahmeminimalwertes oder bei Stillstand in einem Milieu gehalten wird, welches einer Keimbildung entgegenwirkt.

Es wurde gefunden, dass bei einer Entgasung des zu behandelnden Wassers im Unterdruck die Kohlensäure ausgerieselt und der Sauerstoffanteil erheblich reduziert wird, wodurch die mikrobiellen Lebensbedingungen verschlechtert werden. Dem Anstieg der Keimzahlen wird wirksam entgegengetreten, weil für Aerobier der Sauerstoff fehlt, während für Anaerobier die lebenswichtige Kohlensäure entzogen ist. Durch die Entgasung im Vakuumverfahren werden die im Wasser vorhandenen Mikroorganismen, wie Bakterien, Pilze, Viren, Pyrogene sowie organische Stoffe mit hohem Molekulargewicht über 200 bis 300 und ausserdem Kolloide verringert. Je nach Verwendungszweck werden die Betriebstemperaturen und damit die Absaugleistungen des Vakuumentgasers festgelegt. Wird eine relativ hohe Betriebstemperatur, z.B. oberhalb 50° C, verwendet, wie dies z.B. in der Elektronikindustrie der Fall ist, dann ist es zweckmässig, wenn das entgaste Wasser vor der Entnahme, vorzugsweise im Gegenstrom, rückgekühlt wird. Zur Erhöhung der Wirtschaftlichkeit des Verfahrens wird bevorzugt, dass man mittels des im Unterdruck entgasten Wassers durch Wärmetausch das zu behandelnde Rohwasser aufwärmt.

Zur Aufrechterhaltung einer erforderlichen Karbonathärte bzw. zur Verhinderung des Ausfällens von Karbonatverbindungen wird zweckmässig die Entgasung so eingestellt, dass eine Restkohlensäure verbleibt. Hierdurch ist sichergestellt, dass Ausfällungen auf nachgeschaltete Ionenaustauscher und Umkehrosmoseanlagen vermieden werden.

Bei solchen Aufbereitungsschaltungen, in denen grössere Eigenwassermengen notwendig sind, z.B. bei Betrieb mit Ionenaustauschern im Batch-Prozess, ist es zur Aufrechterhaltung der Keimfreiheit des Wassers zweckmässig, der Vakuumentgasung einen unter Unterdruck stehenden, laufend durchflossenen Speicher nachzuschalten. Hierdurch wird einer Keimvermehrung entgegengewirkt Das zum Vakuumentgaser fliessende Wasser kann, um jeder weiteren Keimvermehrung vorzubeugen, noch zusätzlich mittels UV-Lampen bestrahlt oder mit Ozon behandelt werden.

Das erfindungsgemässe Verfahren hat gegenüber dem bisher bekannten Verfahren zur Aufbereitung von Reinwasser erhebliche Vorteile. Zum einen wird, wie ausgeführt, eine Keimvermehrung vermieden. Wenn eine Nachbehandlung des aufbereiteten Wassers mit Ionenaustauschern erforderlich ist, können diese mit dem keimarmen, im Unterdruck entgasten Wasser betrieben werden. Zum andern ergibt sich folgender Vorteil:

Der Einsatz von Chemikalien und damit die Umweltbelastung werden vermieden, da ausser den Konditionierungschemikalien, wie Salzsäure oder Schwefelsäure, keine Chemikalien für die laufende Desinfektion verwendet werden müssen. Die Kohlensäure wird durch die Entgasung auf mechanischem Wege entzogen, ohne dass ein Chemikalieneinsatz erforderlich ist.

Durch die Entgasung im Vakuum wird auch weitgehend Kohlensäure entfernt mit Ausnahme des Restanteils, der für die Aufrechterhaltung der Karbonathärte gewünscht wird. Der geringe Anteil von Kohlensäure hat den Vorteil, dass keine Karbonathärte ausfällt, die bei nachgeschalteten Ionenaustauschern zu Verbackungen führen kann. Dieses gilt auch für die Nachschaltung von Umkehrosmoseanlagen, die durch die Ausfällung einem irreversiblen Scaling unterzogen werden.

Die Entgasung von Flüssigkeiten im Unterdruck ist für andere Zwecke bekannt geworden. So kennt man die Aufbereitung von Trinkwasser und Kesselspeisewasser mittels Vakuumentgasern zur Entfernung von Schwefelwasserstoff und Methan. Es ist weiterhin das «Strippen» von Gasen bekannt, das heisst, das Austreiben von flüchtigen Stoffen entsprechend ihrem Dampfdruck bei normaler oder höherer Temperatur mit Hilfe eines Trägergases oder gleichzeitiger Verschiebung des Partialdruckes. Man kennt auch ein Verfahren zur Entgasung von Flüssigkeiten mit nachfolgender Zentrifugie-rung zum Zwecke der Austreibung von Gasblasen bei photographischen Verfahren. Es soll dadurch eine blasenfreie Flüssigkeit geschaffen werden. Diese Verwendungsarten konnten jedoch keinerlei Anregung für das vorliegende Verfahren geben, da hier eine völlig andere Aufgabenstellung zugrunde liegt und man bisher völlig andere Wege beschritten hat, um die vorgenannte Aufgabe zu lösen.

Die Erfindung sei nachfolgend anhand von verschiedenen Einsatzmöglichkeiten, die in der beiliegenden Zeichnung schematisch wiedergegeben sind, näher erläutert. Hierin zeigen:

Figur 1 eine vollständige Anlage zur Erzeugung von Reinwasser nach der Erfindung, schematisch im Fliessschema dargestellt;

Figur 2 die schematische Wiedergabe einer Anlage für die Aufbereitung von Reinwasser, bei welcher der Vakuumentgaser einer Entsalzungsanlage vorgeschaltet ist;

Figur 3 die schematische Wiedergabe einer Anlage für die Aufbereitung von Reinwasser, bei welcher die Entsalzungsanlage dem Vakuumentgaser vorgeschaltet ist und bei welcher das entgaste Wasser in einer Nachentsalzungsstufe weiterbehandelt wird;

Figur 4 eine Anlage schematisch, bei welcher der Vakuumentgaser vor eine Mischbettentsalzungsanlage geschaltet ist und weitere Mischbettanlagen nachgeschaltet sind, wobei das aufbereitete Wasser im Kreislauf gefahren und dabei evtl. über eine Ultrafiltrationsstufe geführt wird;

Figur 5 eine Aufbereitungsanlage gemäss Fig. 4, die einer Ionenaustauscheranlage gesamt nachgeschaltet und in einem nachgeschalteten Kreislauf eine Ultrafiltrationsanlage eingeschaltet ist.

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Mit der in Fig. 1 schematisch wiedergegebenen Anlage wird gemäss der Erfindung këimarmes Reinwasser erzeugt. Das Rohwasser fliesst über eine Leitung 12 zu einer Vorwärmstufe 14, in welcher es auf eine Temperatur von ca. 20-30° C erwärmt wird. Zur Konditionierung des Rohwassers wird dann über die Leitung 16 Säure zugeführt und das Rohwasser anschliessend mittels eines Filters 18 filtriert. Eine Hochdruckpumpe 20 fördert bei einem Druck von wahlweise 28 bar oder 70 bar das konditionierte Rohwasser in eine Umkehrosmoseeinheit 22. Das Permeat wird aus der Umkehrosmoseeinheit 22 über eine Leitung 23 und ein Ventil 25 einem Vakuumentgaser 24 zugeleitet und in diesem entgast. Das • Konzentrat aus der Umkehrosmoseeinheit 22 wird über eine Leitung 26 der Vakuumpumpe 28 des Vakuumentgasers 24 zugeführt und dient als Sperrwasser für die Vakuumpumpe. Das Wasser fliesst anschliessend über eine Leitung 30 zum Kanal.

Damit der Vakuumentgaser 24 zur Aussenluft abgeschlossen ist, wird in einem Behälter 32 die abgezogene Luft 33 an die Atmosphäre abgegeben. Dem Vakuumentgaser 24 ist ein Vorlagebehälter (Speicher) 24a angegliedert, in welchem das entgaste Wasser zwischengespeichert ist. Vom Vakuumentgaser 24 wird über eine Druckerhöhungspumpe 34 das entgaste Wasser über die Leitung 23 einer zweiten Umkehrosmoseanlage 36 zugeleitet. Der Betriebsdruck dieser Einheit 36 beträgt wahlweise 28 bar oder 70 bar. Die Auslegung des Vakuumentgasers 24 wird zweckmässig so gewählt, dass

Die Versuche wurden bei Temperaturen von 20 oder 30° C durchgeführt.

Es ergibt sich aus der vorstehenden Aufstellung, dass im Punkt B durch die Säuredosierung eine Erhöhung des Salzgehalts erfolgt.

Infolge der Zumischung des Rohwassers mit dem Konzentrat aus der Umkehrosmoseeinheit 36 ergibt sich in Punkt B eine Zulaufmenge von 16621/h. Aus Punkt C kann man erkennen, dass der Salzgehalt reduziert wurde auf nur 76,6 mg/kg. Die Permeatmenge beträgt 1247 1/h, was der Differenz aus 415 1/h in Punkt B und der Permeatmenge in Punkt C + Zulauf in Punkt D entspricht. Die Zusammensetzung bei D zeigt eine beträchtliche Erhöhung des Salzgehalts durch die Aufkonzentrierung in der Umkehrosmosestufe 22. Das Konzentrat steht ausserdem unter einem Druck von ca. 22 bar bzw. ca. 60 bar, in Abhängigkeit vom Zulaufdruck. Das Wasser hinter dem Vakuumentgaser 24 bei Punkt E ist in der Zusammensetzung dem Permeat gleich. Die Rest-C02-Menge beträgt hinter dem Vakuumentgaser ca. 5-30 mg/1, je nach vorhandener Karbonathärte. Das Wasser ist praktisch sauerstofffrei.

Die Messergebnisse in Punkt F betreffen das Permeat hinter der Umkehrosmoseeinheit 36. Es fällt hier der besonders niedrige Salzgehalt von 4,2 mg/kg auf, im Vergleich zum Salzgehalt des Rohwassers von 708 mg/kg bei Punkt A bzw. des Mischwassers in Punkt B von 581,6 mg/kg. Das Permeat in Punkt F entspricht den Anforderungen der pharmazeutischen Industrie bezüglich der Restionenkonzentration.

Es ist ferner im Permeat eine beträchtliche Abnahme der Keimzahlen gemessen worden. Während bei einer angenommenen Keimzahl im Zulauf zur Umkehrosmoseeinheit 22 von ca. 1430 Keimen pro 100 ml ausgegangen werden kann, beträgt die Keimzahl im Reinwasser nur noch etwa 10 Keime pro 100 ml. Das gleiche Verhalten zeigt sich beim TOC-Wert, der von 4,8 mg/kg auf 1,5 mg/kg reduziert wird.

Das gezeigte Beispiel lässt erkennen, dass auf Chemikalien weitgehend verzichtet werden konnte. Dieses hat zum einen den Vorteil einer erheblichen Kosteneinsparung sowie einer geringeren Umwelteine bestimmte Rest-C02-Konzentration vorhanden ist, um ein Ausfällen von Karbonathärte in der Umkehrosmoseeinheit 36 zu vermeiden.

Das Konzentrat aus der Umkehrosmoseeinheit 36 wird über eine 5 Leitung 40 in den Rohwasserzulauf 12 zurückgeführt, da es eine bessere Qualität als das Rohwasser hat und damit zu einer Verbesserung der Einspeisewasserqualität führt. Diese Schaltung ist besonders wirtschaftlich, wie das nachfolgende Beispiel zeigt:

Bei einem durchgeführten Versuch hatte das Konzentrat aus der io Umkehrosmoseeinheit 36 (Menge: 4911) einen Salzgehalt von 167,9 mg/kg, das Rohwasser einen Salzgehalt von 708 mg/kg bei einer Rohwassermenge von 1171 1/h. Durch die Zumischung des Konzentrats aus der Umkehrosmoseeinheit 36 wird der Rohwassersalzgehalt um ca. Va reduziert, wobei die damit verbundene Salz-15 passage ebenfalls um diesen Wert niedriger angesetzt werden kann. Es fallt dadurch kein Abwasser an.

Das so erzeugte Permeat (Reinwasser) kann über eine Leitung 42 den Verbrauchern, zweckmässig in einer Ringleitung, die einen ständigen Durchfluss im Kreislauf gewährleistet, zugeführt werden. Bei 20 Nichtgebrauch kann das Reinwasser über die Ringleitung dem Zwischenspeicher 24a wieder zugeführt werden.

Nachfolgend werden zum besseren Verständnis dieser Anlage Messergebnisse wiedergegeben, die jeweils den Punkten A-G (vgl. Fig. 1) entnommen wurden und zwar wie folgt:

belastung. Ausser einem elektrischen Stromverbrauch sind praktisch 35 keine weiteren Betriebsmittel erforderlich. Die Rückführung des Konzentrats aus der Umkehrosmoseeinheit 36 bzw. die Nutzung des Konzentrats aus der Umkehrosmoseeinheit 22 als Sperrwasser in der Vakuumpumpe 28 vervollständigt das Gesamtsystem derart, dass kein Abwasser anfällt.

40 Der vorstehend beschriebene Vakuumentgaser kann je nach Verwendungszweck und Rohwasserzusammensetzung mit verschiedenen Nachreinigungs- und Vorreinigungsstufen kombiniert werden, in denen Mikroorganismen entfernt werden bzw. einer Keimvermehrung entgegengewirkt wird. Dies zeigen die weiteren Ausführungs-45 beispiele.

Beim Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 2 ist ein Vakuumentgaser 50 einer mit 62 bezeichneten Entsalzungsstufe vorgeschaltet. Die Entsalzungsstufe kann entweder aus einer Umkehrosmoseanlage oder einer Ionenaustauscheranlage bestehen. Aus wirtschaftlichen so oder betriebstechnischen Gründen kann der Vakuumentgaser mit höheren Temperaturen bis zu 60° betrieben werden. Dieses heisse Wasser ist insbesondere in Betrieben der Elektronik erwünscht. Das über die Leitung 53 eingespeiste Rohwasser wird einer Vorwärmstufe 54 zugeführt und kühlt dabei das aus dem Vakuumentgaser 50 55 über eine Leitung 55 mittels einer Pumpe 52 zugeführte warme, entgaste Wasser auf ca. 20° C ab. Reicht die Temperatur des über die Leitung 51 dem Vakuumentgaser zugeführten Zulaufwassers nicht aus, so wird Heissdampf über eine Leitung 56 und über Dampfregler 58 zugeführt. Das Kondensat läuft über die Leitung 57 ab. 60 Das abgekühlte, entgaste Wasser aus dem Vakuumentgaser 50 wird über eine Leitung 59 einer Entsalzungsstufe 62 zugeführt, der für den Fall, dass es sich um eine Umkehrosmoseeinheit handelt, eine Hochdruckpumpe 61 vorgeschaltet ist. Sie wird wahlweise mit einem Druck von 28 oder 70 bar betrieben.

65 Handelt es sich um eine Ionenaustauscheranlage, so beträgt der Betriebsdruck der Druckerhöhungspumpe 61 nur 3-4 bar. Das Permeat (Reinwasser) wird der Leitung 63 entnommen. Die aus dem Vakuumentgaser 50 über die Leitung 48 ausströmenden Gase,

A

B

C

D

E

F

Permeat

G

Druck (bar)

2

max. 3

22

Vakuum max. 3

max. 60

Wassermenge (1/h)

1171

1662

1247

415

1246

755

491

Salzgehalt (mg/kg)

708

581,6

76,6

2100

76,6

4,2

167,9

nämlich C02 und 02, werden über eine Vakuumpumpe 49 abgeführt. Bei Nichtgebrauch kann das Reinwasser über eine Ringleitung dem Zwischenspeicher 50a zugeführt werden.

In der Fig. 3 ist eine Reinwasseranlage dargestellt, bei welcher dem Vakuumentgaser eine Vorbehandlungsanlage vorgeschaltet ist und bei welcher das entgaste Wasser dann in einer Nachbehandlungsstufe, die aus einer Umkehrosmoseeinheit oder aus Ionenaustauschern bestehen kann, weiterbehandelt wird.

Gemäss Fig. 3 wird das durch die Leitung 71 eingespeiste Rohwasser zunächst in einer Umkehrosmoseeinheit 69, vor der eine Druckerhöhungspumpe 68 liegt, vorbehandelt zur Entfernung von organischen Substanzen, wie Mikroorganismen, und gelangt dann in einen Wärmetauscher 77/79. In einer Wärmestufe 77 wird das Wasser in der vorstehend beschriebenen Weise aufgewärmt, indem das aus dem Vakuumentgaser 70 durch die Leitung 73 einfliessende Wasser (bei 79) rückgekühlt wird. Mittels Zuleitung von Heizdampf über die Leitung 76 und die Dampfregelung 74 wird das zu behandelnde Wasser auf die Betriebstemperatur für den Vakuumentgaser aufgewärmt. Etwaiges Kondensat wird über die Leitung 75 abgeführt.

Das in der Wärmestufe 77 vorgewärmte Wasser gelangt über die Leitung 80 in den Vakuumentgaser 70. Dieser speichert entgastes Wasser 70a bis zu einem bestimmten Füllungsgrad. Dabei ist vorgesehen, dass mittels einer Zulaufregelung über eine Leitung 81 und ein Regelventil 82 ein bestimmter Füllungsgrad aufrechterhalten wird.

Das entgaste Wasser wird über eine Druckerhöhungspumpe 84 aus dem Vakuumentgaser 70 über eine Leitung 73 und die Rückkühlstufe 79 über eine Leitung 83 einer Nachentsalzungsstufe 86 zugeführt. Diese kann aus einer Umkehrosmoseeinheit oder aus Ionenaustauschern bestehen. Dabei erzeugt die Druckerhöhungspumpe 67 bei einer Umkehrosmoseeinheit wahlweise 28 oder 70 bar, beim Ionenaustauscher einen Betriebsdruck von 3-4 bar. Werden Ionenaustauscher eingesetzt, so darf die Temperatur des entgasten Wassers in der Leitung 83 zweckmässig 20° C nicht überschreiten, da der Ionenaustausch sonst beeinträchtigt wird. Verwendet man Umkehrosmoseanlagen, so wird die Betriebstemperatur auf höchstens 40 C eingestellt. Dadurch wird ein höherer Flux in der Umkehrosmoseanlage erreicht, wodurch kleinere Membranflächen erforderlich sind.

Das aus der Nachentsalzungsstufe 86 kommende Wasser wird über die Leitung 88 den mit 89 schematisch wiedergegebenen Verbraucherstellen zugeführt. Dabei wird die Fördermenge in der Ringleitung 88 über ein Druckhalteventil 66 so geregelt, dass immer eine bestimmte Fliessgeschwindigkeit in der Ringleitung aufrechterhalten wird. Diese Fliessgeschwindigkeit sollte mindestens 1 m/s betragen, damit keine Ablagerungen und Keimbildungen in der Ringleitung auftreten können.

Das unverbrauchte Reinwasser wird über eine Leitung 88a in die Vorlage 70a des Vakuumentgasers 70 zurückgeführt. Zur Verhinderung der Keimbildung kann die Nachentsalzungsstufe noch mit einer Ultrafiltrationsanlage ergänzt werden. Die aus dem Vakuumentgaser 70 ausströmenden Gase, nämlich C02 und 02, werden mittels einer Vakuumpumpe 78 über eine Leitung 65 abgeführt.

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Auch bei dieser Schaltung kann, wie angedeutet, vorgesehen sein, dass das Konzentrat aus der Umkehrosmoseeinheit 69 als Sperrwasser über eine Leitung 63 in die Vakuumpumpe 78 geleitet und über einen Entspannungsbehälter 64 abgeführt wird.

In der Fig. 4 ist eine weitere vorteilhafte Schaltung wiedergegeben, bei welcher ein Vakuumentgaser 102 mit einer Vollentsalzungsanlage, die aus Kationen- und Anionen-Austauscherstufen besteht, kombiniert ist. Das durch die Leitung 90 eintretende Rohwasser wird über eine UV-Bestrahlungsanlage geleitet und einem Kationen-und Anionen-Austauscher 92, 93 zugeführt. Das im Vakuumentgaser 102 entgaste Wasser wird über eine Druckerhöhungspumpe 105 einer Mischbett-Ionenaustauscherstufe 104 zugeführt. Das entionisierte Wasser gelangt von dort in eine Ringleitung 106, in der ebenfalls wieder eine Ultrafiltrationsanlage 107 eingeschaltet sein kann. Das Reinwasser wird Verbraucherstellen 95 zugeführt.

Das nicht verbrauchte Reinwasser gelangt über die Ringleitung 106 zurück in den Vorlagebehälter 102a des Vakuumentgasers 102. Über das Ventil 108 wird eine Druckregelung je nach Entnahme vorgenommen, so dass auch bei Nichtabnahme das Wasser ständig im Fluss gehalten wird.

Auch bei dieser Schaltung ist ein Mindestwert der Geschwindigkeit in der Ringleitung 106 von ca. 1 m s vorzuschreiben, die zwecks Aufrechterhaltung der Keimfreiheit des Wassers nicht unterschritten werden sollte.

Diese Schaltung kann dann mit Vorteil eingesetzt werden, wenn der DOC-Wert im Zulauf gering ist, z.B. = 1 mg, kg beträgt. Das Wasser weist somit nur einen geringen Gehalt an Nährstoffen für die Keimbildung auf. Bestehende Anlagen dieser Art können auf einfache Weise umgerüstet werden, indem der bisher vorhandene Kohlensäure-Rieselentgaser durch den beschriebenen Vakuumentgaser 102 ersetzt wird, so dass mit den bestehenden Anlagen nunmehr die Erzeugung von keimfreiem Reinwasser bester Qualität möglich ist. Der Einsatz von Desinfektionschemikalien, verbunden mit störenden Betriebsunterbrechungen während der Desinfektion, werden vermieden.

Eine weitere vorteilhafte Anlage gemäss Fig. 5 zeigt einen Vakuumentgaser 120, der einer insgesamt mit 121 bezeichneten Vorbehandlungsstufe nachgeschaltet ist. Die Vorbehandlungsstufe 121 kann, je nach Rohwasserverhältnissen, aus einer Kationen- oder Anionen- oder Mischbettanlage bestehen.

Das im Vakuumentgaser 120 entgaste Reinwasser gelangt über eine Leitung 124 zu den Verbraucherstellen 126. wobei in die Ringleitung eine Ultrafiltrationsstufe 125 eingeschaltet sein kann, um Restpartikel, die von Ionenaustauschern abgegeben sein könnten, zu beseitigen. In der Ringleitung 127 befindet sich ein Regelventil 128, welches die Fliessgeschwindigkeit derart regelt, dass sie nicht unter den vorgegebenen Wert von ca. 1 m/s absinkt.

Das nicht verbrauchte Reinwasser wird über die Leitung 127 in die Vorlage 120a des Vakuumentgasers 120 zurückgeführt. Es ist somit ein ständiger Kreislauf vorhanden, der einer möglichen Keimbildung entgegenwirkt.

Auch in diesem Falle können bestehende Anlagen, in denen Ionenaustauscher in Betrieb sind, auf einfache Weise durch Nachschaltung eines Vakuumentgasers in vorteilhafter Weise erweitert werden, um ein möglichst keimfreies Wasser zu erhalten.

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5 Blätter Zeichnungen

Claims

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1. Verfahren zur Erzeugung von keimarmem Reinwasser durch Entzug von Sauerstoff, insbesondere zur Verwendung im pharmazeutischen und elektronischen Bereich, dadurch gekennzeichnet,

dass das vorbehandelte Wasser zur Entgasung einem Unterdruck unterworfen und danach ständig in Fluss gehalten wird und bei Unterschreiten einer vorgegebenen Entnahmeminimalmenge oder bei Stillstand in einem Milieu gehalten wird, welches einer Keimbildung entgegenwirkt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das im Unterdruck entgaste, nicht verbrauchte Wasser in einem stehenden, laufend durchflossenen Speicher zwischengespeichert wird.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das entgaste Wasser im Kreislauf zum Vakuumentgaser zurückgeführt wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das entgaste Wasser einer salzfreien Desinfektion z.B. mittels UV- oder Ozon-Behandlung unterzogen wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das im Unterdruck entgaste Wasser durch Wärmetausch das zu behandelnde Rohwasser aufwärmt bzw. das warme entgaste Wasser durch das Rohwasser rückgekühlt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Entgasung so eingestellt wird, dass zur Aufrechterhaltung der Karbonathärte eine Restkohlensäure verbleibt.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das im Unterdruck entgaste Wasser zur Spülung und Regeneration der dem Vakuumentgaser vor- und/ oder nachgeschalteten Ionenaustauscher verwendet wird.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass man das aufzubereitende Wasser in einer Membranentrennstufe vorbehandelt und deren Konzentrat der Vakuumpumpe des Vakuumentgasers als Sperrwasser zuführt.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass man das aufzubereitende Wasser in einer ersten Membranentrennstufe vorbehandelt, in einem nachfolgenden Vakuumentgaser entgast, in einer zweiten Membranentrennstufe weiter vorbehandelt, das Konzentrat der ersten Membranentrennstufe der Vakuumpumpe des Vakuumentgasers einspeist und das Konzentrat der zweiten Membranentrennstufe dem Zulauf der ersten Membranentrennstufe wieder zuführt.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass man dem Vakuumentgaser Vorrichtungen zur Entfernung von organischen Substanzen und Mikroorganismen, wie Filter, Ultrafiltrationsstufen, Umkehrosmosestufen, UV-Entkeimungsanlagen, vor- und/oder nachschaltet.