CH667866A5 - Verfahren und vorrichtung zum aufbereiten von wasser. - Google Patents
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Description
BESCHREIBUNG
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Aufbereiten, insbesondere Entgasen von Wasser gemäss den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 2 sowie 9 und 10.
In vielen Industriezweigen, insbesondere in der pharmazeutischen Produktion und der Mikro-Elektronik, werden grosse Mengen extrem reinen Wassers benötigt. Die Qualitätsanforderungen dieses Wassers sind in verschiedenen Standards festgehalten. Für das in der pharmazeutischen Industrie gebräuchliche sogenannte «Aqua Purificata» ist beispielsweise eine spezifische elektrische Restleitfähigkeit von unter 10 |iS /cm vorgeschrieben, was in der Praxis bedeutet, dass das Wasser extrem entmineralisiert und entgast sein muss.
Die Erzeugung solchen Wassers kann auf verschiedene Weise erfolgen. Bei den in der Praxis benötigten grossen Mengen fallen allerdings wirtschaftliche Überlegungen stark ins Gewicht.
Eine bekannte Wasseraufbereitungsmethode ist beispielsweise in der DE-A-3 243 817 beschrieben. Gemäss diesem Verfahren wird das aufzubereitende Wasser in zwei z.B. nach dem Prinzip der umgekehrten Osmose oder mittels Ionenaustausch arbeitenden Entsalzungsstufen entmineralisiert. Zwischen den beiden Entsalzungsstufen wird das Wasser mittels eines Vakuum-Entgasers entgast.
Mit dieser Methode kann bereits Wasser beachtlicher Qualität und geringer Restgasgehalte erzeugt werden. Allerdings hat sich gezeigt, dass die für viele Anwendungen geforderten extrem niedrigen Rest-Kohlendioxid-Gehalte (< 1 mg/1) und die damit verbundene niedrige Leitfähigkeit ( < fxS/cm) mit dieser Methode nicht gewährleistet sind. Ausserdem ist die Entgasung gemäss dieser Methode vergleichsweise energieaufwendig und damit kostenintensiv.
Durch die Erfindung soll nun dieses Problem behoben und eine Möglichkeit angegeben werden, Wasser möglichst energiesparend und hochgradig zu entgasen. Insbesondere sollen Restkonzentrationen von Kohlendioxid von unter 1 mg/1 erreichbar sein. Auf diese Weise sollen durch die Erfindung die Voraussetzungen für die kostengünstige Herstellung von Reinstwasser mit extrem niedrigen elektrischen Restleitfähigkeiten geschaffen werden.
Die erfindungsgemässen Verfahren und die entsprechende erfindungsgemässe Vorrichtung sind in den Ansprüchen 1, 2 und 9, 10 beschrieben. Bevorzugte Ausführungsformen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Das Grundprinzip der erfindungsgemässen Verfahren liegt also darin, das Wasser nicht im Vakuum zu versprühen bzw. zu verrieseln, sondern mehr oder weniger bei Normaldruck und sogar zusätzlich noch erhebliche Mengen von Druckluft oder dgl. vor dem Versprühen bzw. Vernebeln in das Wasser einzuleiten. Auf diese Weise wird die unerwünschte Gaskomponente viel effizienter aus dem Wasser ausgetrieben und gleichzeitig wesentlich weniger Energie verbraucht, da im wesentlichen bei Normaldruck gearbeitet werden kann. Messungen haben gezeigt, dass die Betriebskosten für die erfindungsgemässe Entgasungsmethode (bezogen auf dieselbe Menge entgasten Wassers) rund um den Faktor 12 niedriger liegen als bei der Vakuum-Entgasung nach der oben angeführten DE-A-3 243 817.
Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert, deren einzige Figur stark schematisiert eine Wasseraufbereitungsvorrichtung für das erfindungsgemässe Verfahren zeigt.
Die dargestellte Wasseraufbereitungsvorrichtung umfasst zwei nach dem Prinzip der umgekehrten Osmose arbeitende Entsalzungsstufen UOl und U02 und eine Entgasungsvorrichtung EG, welche zwischen die beiden Entsalzungsstufen
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U01 und U02 eingeschaltet ist. Das aufzubereitende Wasser gelangt über diverse nicht dargestellte Vorstufen zur ersten Entsalzungsstufe UOl, von dort über eine Leitung 1 zur Entgasungsvorrichtung, von dort über eine Leitung 2 zur zweiten Entsalzungsstufe U02 und von dieser schliesslich fertig entmineralisiert und entgast zu einem Vorratstank oder zum Verbraucher. Mit Ausnahme der Entgasungsvorrichtung EG entspricht die dargestellte Wasseraufbereitungsvorrichtung dem Stand der Technik, wie er zum Beispiel durch die eingangs erwähnte DE-A-3 243 817 repräsentiert ist. Für Details wird daher auf diese und andere einschlägige Druckschriften verwiesen.
Die Entgasungsvorrichtung EG umfasst einen Entgasungsbehälter 10, der durch einen Zwischenboden 11 mit eingesetztem Filter 12 in zwei Teile geteilt ist. Im oberen Teil 13 ist ein Versprühgerät 14 in Form einer zylindrischen Filterkerze sowie ein stabförmiger UV-Strahler 15 angeordnet. Der untere Teil 16 dient als Auffanggefäss für das entgaste Wasser und enthält ebenfalls einen stabförmigen UV-Strahler 17. Die Wasserzufuhrleitung 1 mündet in den oberen Behälterteil 13, die Abfuhrleitung 2 geht vom unteren Teil 16 ab. An den oberen Behälterteil 13 ist ferner noch eine Abführleitung 18 für die bei der Entgasung freigesetzte Luft (bzw. Gasgemisch) mit einer Rückschlagklappe 19 angeschlossen. Weitere Rückschlagklappen 19 befinden sich in den Leitungen 1 und 24.
Ferner umfasst die Entgasungsvorrichtung EG eine Einspritzeinrichtung 20 für Druckluft oder Inertgas. Diese Einspritzeinrichtung 20 umfasst ihrerseits eine nicht dargestellte Druckquelle für Luft oder Inertgas, einen Filter 21, ein Regelventil 22, einen Durchflussmesser 23 und eine diese Teile verbindende Leitung 24, welche im Punkt 25 in die Wasserzufuhrleitung 1 einmündet.
Das Versprühgerät 14 ist beispielsweise eine zylindrische Filterkerze, der das zu versprühende Wasser über die Leitung 1 axial zugeführt wird und die es in Form feiner Tröpfchen radial nach aussen abgibt. Die Filterkerze besteht beispielsweise aus feinporigem Sintermetall oder einem feinmaschigen Drahtsieb, wobei dann vorzugsweise je ein gröberes Stütz- und Schutzsieb vor- und nachgeschaltet (koaxial)
sind. Die lichten Maschen- bzw. Porenweiten liegen vorzugsweise im Bereich von etwa 0,5 bis 20 ji, die freien Öffnungsverhältnisse (Verhältnis Summe aller lichten Flächen zur Gesamtfläche) im Bereich von etwa 5-50%. Selbstverständlich sind auch abweichende Werte möglich. Besonders praktikable Werte sind für die lichten Maschen- bzw. Porenweiten rund 5-15 |i, für die freien Öffnungsverhältnisse rund 5-15%. Als geeignetes Drahtsieb kommt z.B. ein Quadratmaschengewebe der Firma G. Bopp + Co.__AG, Zürich mit Maschenweiten zwischen 12 und 14 (i und Öffnungsverhältnis von 8-10% in Frage. Geeignete Filterkerzen aus Sintermetall sind z.B. die Typen «Micro Screen» und «Poro-Clean» der Firma AMF Cuno Division Europe, 62730 Marek, Frankreich mit Porengrössen um 5-20 [i.
Die Abmessungen des Versprühgerätes können beispielsweise 100 mm 0 und 250 mm Höhe sein.
Im Betrieb wird in das in der Leitung 1 der Entgasungseinrichtung zugeführte Wasser beim Punkt 25 Druckluft inji-5 ziert. Das dabei entstehende Gas/Wassergemisch wird dann im oberen Teil 13 des Entgasungsbehälters 10 mittels des Versprühgerätes 14 in feinste Tröpfchen versprüht. Dabei wird das im Wasser enthaltene Gas, insbesondere auch die Kohlensäure, freigesetzt. Das freigesetzte Gas(-gemisch) 10 wird dann über die Leitung 18 abgeführt. Das sich niederschlagende Wasser ist weitestgehend entgast und fliesst über den zur Strömungsberuhigung dienenden Filter 12 in den unteren Teil 16 des Entgasungsbehälters, von wo es über die Leitung 2 entnommen und der nächsten Entsalzungsstufe 15 U02 zugeführt wird. Die beiden UV-Strahler 15 und 17 dienen zur Keimarmhaltung des entgasten Wassers.
Die Entgasung des Wassers erfolgt praktisch bei Normaldruck. Der geringe Überdruck von cä. 1-1,5 • 105 Pa in der 20 Leitung 1 ist durch den Strömungswiderstand des Versprühgerätes 14 bedingt. Der nochmals geringfügig höhere Überdruck der Druckluft in der Leitung 24 ist erforderlich, um die Druckluft überhaupt in die Leitung 1 injizieren zu können. Im grossen und ganzen kann jedoch in praktisch allen 25 Fällen mit Überdrucken unter 5 • 105 Pa ausgekommen werden.
Praktische Versuche haben ergeben, dass der Entgasungseffekt optimal wird, wenn pro m3 Wasser mindestens etwa 5-10 Normal-m3, vorzugsweise etwa 10-20 Druckluft 30 bzw. Inertgas zugeführt werden. Darüberliegende Werte führen zu keiner nennenswerten Steigerung des Entgasungseffekts.
Bei Verwendung von Druckluft ist der Sauerstoff-Gehalt des entgasten Wassers grösser als der des Wassers vor der 35 Entgasung. In Fällen, wo dies unerwünscht ist, kann anstelle von Luft mit irgendeinem Inertgas gearbeitet werden, beispielsweise bietet sich Stickstoff dafür an. In diesem Falle nimmt nicht nur die C02-Konzentration, sondern auch die 02-Konzentration bei der Entgasung drastisch ab. Prakti-40 sehe Versuche haben gezeigt, dass nach dem erfindungsgemässen Verfahren C02-Restkonzentrationen von weit unter 1 mg/1 und Rest-Leitfähigkeitswertabsenkungen bis 10 (J.S/ cm erreicht werden können.
45 Vorstehend wurde die Erfindung im Zusammenhang mit der Aufbereitung von Wasser und da speziell mit der Entfernung von Kohlendioxid aus diesem beschrieben. Es versteht sich, dass das erfindungsgemässe Prinzip viel genereller ist und sich zur Austreibung beliebiger Gase aus Wasser und 50 generell auch aus anderen Flüssigkeiten anwenden lässt. Die Verfahrensparameter und die Art des zugeführten Gases bzw. Gasgemisches müssen dann natürlich entsprechend an-gepasst werden.
C
1 Blatt Zeichnungen
Claims (10)
1. Verfahren zur Aufbereitung von Wasser, bei dem dieses entsalzt und entgast wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Wasser wenigstens teilweise entsalzt wird und zur Entgasung in einen Strom des entsalzten oder teilweise entsalzten Wassers Druckluft oder Inertgas eingeführt wird, dass das so erzeugte Gas Wasser-Gemisch anschliessend in einem geschlossenen Raum versprüht wird, dass das bei dieser Versprühung freiwerdende Gasgemisch aus dem Raum abgeführt wird und dass das sich aus der Versprühung niederschlagende entgaste Wasser aufgefangen und gegebenenfalls weiter entsalzt wird.
2. Verfahren zum Entgasen von Wasser, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Strom desselben Druckluft oder Inertgas eingeführt wird, dass das so erzeugte Gas/Wasser-Gemisch anschliessend in einem geschlossenen Raum fein versprüht wird, dass das bei dieser Versprühung freiwerdende Gasgemisch aus dem Raum abgeführt wird und dass das sich aus dem Sprühnebel niederschlagende, entgaste Wasser aufgefangen wird.
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PATENTAN SPRÜCHE
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Versprühung unter geringem, vorzugsweise 5 1(P Pa nicht überschreitendem Wasserdruck stattfindet.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck der dem Wasserstrom zugeführten Druckluft bzw. des Inertgases nicht wesentlich grösser ist als der Wasserdruck, unter dem die Versprühung stattfindet.
5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass pro m3 Wasser mindestens 5-10 Normal-m3, vorzugsweise 10-20 Normal-m3 Druckluft bzw. Inertgas zugeführt werden.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, dass die Versprühung des Gas/Wasser-Gemisches mittels eines feinporigen oder feinmaschigen Siebs mit Poren- bzw. Maschenweiten im Bereich von 0,5 |i bis 20 n und freien Öffnungsverhältnissen im Bereich von 5 bis 50% erfolgt.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Poren- bzw. Maschenweiten im Bereich um 10 ^ liegen.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, dass das versprühte und entgaste Wasser im geschlossenen Raum mit UV-Licht behandelt wird.
9. Vorrichtung zum Entgasen von Wasser nach Anspruch 2, mit einem Entgasungsbehälter, einer Zufuhrleitung für das zu entgasende Wasser in den Behälter und einer Abfuhrleitung zur Entnahme des entgasten Wassers, gekennzeichnet durch eine Einspritzeinrichtung für Druckluft oder Inertgas in die Wasserzufuhrleitung und durch eine Versprü-hungseinrichtung innerhalb des Entgasungsbehälters für das durch die Druckluft- bzw. Inertgaszufuhr entstandene Gas/ Wasser-Gemisch sowie durch eine Abführeinrichtung für das bei der Versprühung frei werdende Gasgemisch aus dem Entgasungsbehälter.
10. Vorrichtung zum Aufbereiten von Wasser nach Anspruch 1, mit einer Entsalzungsstufe und einer Entgasungsstufe, welch letztere mit einem Entgasungsbehälter, einer Zufuhrleitung für das zu entgasende Wasser in den Behälter und einer Abfuhrleitung zur Entnahme des entgasten Wassers ausgestattet ist, gekennzeichnet durch eine Einspritzeinrichtung für Druckluft oder Inertgas in die Wasserzufuhrleitung und durch eine Versprühungseinrichtung innerhalb des Entgasungsbehälters für das durch die Druckluft- bzw. Inertgaszufuhr entstandene Gas/Wasser-Gemisch sowie durch eine Abführeinrichtung für das bei der Vernebelung frei werdende Gasgemisch aus dem Entgasungsbehälter.
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Date | Code | Title | Description |
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PL | Patent ceased |