DE10336755B4

DE10336755B4 - Vorrichtung und Verfahren zur Karbonisierung von Trinkwasser

Info

Publication number: DE10336755B4
Application number: DE10336755.1A
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Ing. Geisbüsch Rudolf; Dipl.-Ing. Dr.rer.nat. Irmscher Rudolf; Dipl.-Ing. Dr.rer.pol. Oesterwind Dieter
Original assignee: Gruenbeck Wasseraufbereitung GmbH
Current assignee: Gruenbeck Wasseraufbereitung GmbH
Priority date: 2002-08-09
Filing date: 2003-08-08
Publication date: 2014-08-14
Anticipated expiration: 2023-08-09
Also published as: DE10336755A1

Abstract

Verwendung einer Vorrichtung mit mindestens einem Membrankontaktor (5) mit mindestens einem Wasserzulauf (32), mindestens einem Einlass (37) für CO2, mindestens einem Auslass (41) für angereichertes Wasser, mindestens einem Rücklauf (12) von einem Wasserauslass zu einem Wasserzulauf, und mindestens einer Membran, auf deren Feedseite CO2 und auf deren Permeatseite das anzureichernde Wasser geführt wird, zur Karbonisierung von Trinkwasser.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Karbonisierung von Trinkwasser.
Unter Karbonisierung von Trinkwasser wird hier und im folgenden sein Anreichern mit CO₂ verstanden.
Es sind eine Vielzahl von Verfahren und Vorrichtungen zur Karbonisierung von Trinkwasser bekannt. Dabei wird das Wasser in aller Regel gekühlt karbonisiert, da die Löslichkeit von CO₂ bei niedrigeren Temperaturen steigt.
Aus der WO 94/05407 A1 ist eine Vorrichtung zum Bereiten und Ausgeben von Erfrischungsgetränken bekannt, bei der Trinkwasser in einen mit CO₂ gefluteten Behälter gefördert wird. Von dem über dem Trinkwasser befindlichen Gaspolster wird dann CO₂ über eine Umwälzpumpe abgesaugt und in das Wasser eingemischt. Der Behälter wird von außen über eine durch Kühlschlangen erzeugte Eisschicht gekühlt, um die Temperatur des Trinkwassers niedrig zu halten. Ein offensichtlicher Nachteil dieser Vorrichtung besteht darin, daß der gerätetechnische Aufwand hoch und somit teuer ist, so daß sie für den Einsatz im Haushalt nicht geeignet ist.
Demgegenüber wird der CO₂-Eintrag bei für den Haushalt geeigneten, allgemein bekannten Lanzenkarbonisierungsgeräten dadurch bewerkstelligt, daß das CO₂ über die Lanze unter Druck in einen das Trinkwasser enthaltenden Behälter, in der Regel eine Flasche, injiziert wird. Die Handhabung solcher Geräte ist jedoch insofern relativ umständlich, als das Trinkwasser in speziellen Behältern zu karbonisieren ist, wobei das Trinkwasser zuvor separat gekühlt werden muß, insbesondere wenn es mit größeren Mengen CO₂ angereichert werden soll.
Aus der DE 196 14 754 C1 ist ein ebenfalls nach dem Injektorprinzip arbeitendes, von der Anmelderin entwickeltes Verfahren nebst Vorrichtung zum kontinuierlichen Kühlen und Karbonisieren von Trinkwasser bekannt, das dem Verbraucher ein bedienungsfreundliches, becherweises Zapfen von gekühltem, CO₂-haltigen Trinkwasser ermöglicht und aufgrund seiner Bauform im Haushalt verwendbar ist. Hierzu wird aus dem Leitungsnetz entnommenes Trinkwasser im Durchlaufverfahren in einer Kühlanlage gekühlt, in einer der Kühlanlage nachgeschalteten Karbonisierungsstrecke mit CO₂ angereichert und über eine Zapfstelle eines Zapfstrangs, in den die Karbonisierungsstrecke übergeht, entnommen, wobei die Zapfstelle am Ende des Zapfstrangs eine drucksteuernde Funktion hat. Um den CO₂-Eintrag zu verbessern, wird das Trinkwasser der Karbonisierungsstrecke über eine Pumpe mit erhöhtem Druck zugeführt. Die gute Funktionalitat wird durch einen technischen Aufwand erreicht, den es zu verringern gilt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, mit der bei Beibehaltung der sonstigen Vorteile der zuvor erörterten Vorrichtung eine kontinuierliche Anreicherung von Wasser mit Gas, insbesondere eine Karbonisierung, mit geringem technischen Aufwand möglich ist.
Diese Aufgabe wird gelöst mit einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 21.
Es wurde überraschend festgestellt, daß Membranen, insbesondere semipermeable Membranen, die in der Regel in Membrantrennverfahren wie der Ultrafiltration, der Umkehrosmose oder der Dialyse verwendet werden, hervorragend auch zur Karbonisierung von Trinkwasser einsetzbar sind. Erfindungsgemäß dient die Membran als Kontaktfläche, wobei die treibenden Kräfte zum Stofftransport des Gases durch die Membran entweder ein unterschiedlicher Druck zu beiden Seiten der Membran oder aber der Unterschied in der Gaskonzentration auf beiden Seiten sein können. Auf diese Weise wird ein optimaler Eintrag von CO₂ in das Wasser ermöglicht.
Unter Permeatseite der Membran wird hier und im folgenden immer die Seite verstanden, auf der das anzureichernde Wasser geführt wird, und unter Feedseite immer die Seite, auf der das Gas geführt wird, und zwar unabhängig von den Durchlässigkeitseigenschaften der Membran.
Die Verwendung einer Membran bietet eine Vielzahl von Vorteilen. Zum einen kann zur Gasanreicherung auf Pumpen oder sonstige motorische Apparate verzichtet werden. Es wurde festgestellt, daß im Gegensatz zu der vorerwähnten, von der Anmelderin zuvor entwickelten Karbonisierungsvorrichtung auf einen Wasserdruck, der größer als der über das Wasserleitungsnetz zur Verfügung gestellte ist, verzichtet werden kann, so daß auch eine vormals benötigte Pumpe entfallen kann. Hieraus ergibt sich zum einen eine wesentliche Vereinfachung des apparatetechnischen Aufbaus, zum anderen eine erhebliche Energieersparnis im Betrieb der Vorrichtung, des weiteren eine wesentlich erhöhte Betriebs- und Ausfallsicherheit ebenso wie eine Vereinfachung der Wartung. Schließlich ist die Geräuschentwicklung während des Betriebs der Vorrichtung gegenüber vorbekannten Geräten erheblich geringer.
Der Aufbau der Membran im Membrankontaktor kann auf verschiedene Weise erfolgen, wobei darauf zu achten ist, daß für eine gewünschte Entnahmemenge von mit Gas angereichertem Wasser die als Kontaktfläche zur Verfügung stehende Fläche der Membran ausreichend groß ist. So kommen beispielsweise Plattenmembranen, insbesondere in mehrschichtiger Ausführung, bei der eine Vielzahl von nebeneinander liegenden, zueinander parallel geschalteten Feedseiten und Permeatseiten durch Membranscheiben voneinander getrennt sind, in Betracht.
Bevorzugt wird der Membrankontaktor mit einer Vielzahl von parallel geschalteten Hohlleitern ausgeführt, wobei innerhalb der Hohlleiter wahlweise die Feedseite und außerhalb der Hohlleiter die Permeatseite ist oder umgekehrt. Gegenüber der Verwendung von Modulen mit mehreren Plattenmembranen besteht hier der konstruktive Vorteil, daß lediglich die Ein- und Auslässe der Hohlleiter parallel geschaltet werden müssen, während der die Hohlleiter umgebende Raum im Membrankontaktor nur einen Ein- und Auslaß benötigt.
Zwischen dem Wasserauslaß eines Membrankontaktors und seinem Wasserzulauf ist ein Rücklauf vorgesehen, so daß zumindest ein Teil des angereicherten Wassers den Anreicherungsprozeß im Membrankontaktor erneut durchlaufen kann, so daß im Ergebnis die Konzentration des Gases im anzureichernden Wasser insgesamt erhöht wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Hohlleiter innerhalb des Membrankontaktors über jeweils ein Sammelanschlußstück mit dem Wasserzulauf und mit dem Wasserauslaß verbunden. Der verbleibende Raum im Membrankontaktor kann dann über den Gaseinlaß mit CO₂ beaufschlagt werden. Durch die gezielte Strömungsführung des Wassers durch den Membrankontaktor und seine geometrische Auslegung kann sichergestellt werden, daß am Wasserauslaß die CO₂-Konzentration der gewünschten Konzentration gleichbleibend entspricht.
Bei dieser Ausführungsform ist es von erheblichem Vorteil, wenn die Hohlleiter einen mittleren Durchmesser von weniger als 300 μm, insbesondere von weniger als 250 μm, aufweisen. Bereits aufgrund des geringen zur Verfügung stehenden Raumes kann die Bildung selbst kleinster makroskopischer Gasblasen im Hohlleiter im Wesentlichen unterbunden werden. Dies spielt insbesondere eine Rolle für den Zeitraum, in dem das Wasser in den Hohlleitern nicht fließt, sondern steht, beispielsweise für den Fall, daß kein angereichertes Wasser am Auslaß des Membrankontaktors abgenommen wird. Gleichzeitig kommt der Gastransport über die Membran bei Stillstand des Wassers sehr schnell zum Erliegen, da die Löslichkeitsgrenze des im Hohlleiter stehenden Wassers schnell erreicht ist.
Neben der Möglichkeit, aufgrund geometrischer Verhältnisse eine Bildung von makroskopischen Gasblasen im aufzubereitenden Wasser zu verhindern, können makroskopische Gasblasen auch dadurch verhindert werden, daß auf der Feedseite ein gegenüber der Permeatseite niedrigerer Gasdruck herrscht. Darüber hinaus ist es auch möglich, daß sich an der Membran bildende Gasblasen bei geeigneter Strömungsgeschwindigkeit frühzeitig abreißen, so daß auch durch die Wahl einer geeigneten Strömungsgeschwindigkeit die sich bildenden Gasblasen vergleichsweise klein bleiben.
Insbesondere bei der Verwendung von Hohlleitern mit sehr geringem Durchmesser ist es von Vorteil, wenn mehr als 5.000, insbesondere mehr als 10.000 Hohlleiter vorgesehen sind, um einen ausreichenden Wasserdurchsatz für die jeweilige Anwendung sicherzustellen.
Eine Länge der dünnen Hohlleiter bis 350 mm, insbesondere eine Länge von in etwa 300 mm, hat sich insofern als vorteilhaft herausgestellt, als der Strömungswiderstand für das durchströmende Wasser in jedem Fall ausreichend gering ist.
Als Hohlleiter kommen in weiterer bevorzugter Ausführung insbesondere solche in Betracht, die aus Polyamid, insbesondere Polyarylethersulfone hergestellt sind. Auch sind Membranen aus Polypropylen bevorzugt verwendbar. Andere verwendbare Membranwerkstoffe sind beispielsweise Zellulose oder Zelluloseacetat. Gerade für die Trinkwasseraufbereitung sollten die Werkstoffe hygienisch praxisoptimal sein, d. h. insbesondere die für ihren Einsatzbereich notwendigen Kriterien hinsichtlich Hygiene, mikrobiologischer Beeinträchtigung und Langzeitstabilität erfüllen.
Grundsätzlich kann es von Vorteil sein, wenn die Membran auf der Permeatseite hydrophob ist. In diesem Fall ist es möglich, auf der Feedseite den Druck auf einen Wert unterhalb des Drucks auf der Permeatseite abzusenken.
Alternativ oder in Ergänzung zu im Membrankontaktor verwendeten semipermeablen Membranen können auch poröse technische Membranen verwendet werden, sofern sie einen geeigneten Durchflußwiderstand für das durch die Membran zu transportierende CO₂ haben, wobei dann im Betrieb auf der Feedseite gegenüber der Permeatseite ein Überdruck herrschen muß.
Die Vorrichtung kann mindestens eine Kühleinheit aufweisen, die dem Membrankontaktor zwar nachgeschaltet sein kann, diesem bevorzugt aber vorgeschaltet ist, da bei gekühltem Wasser die Löslichkeit von CO₂ wesentlich erhöht ist. Anstatt oder in Ergänzung zu einer dem Membrankontaktor vorgeschalteten oder nachgeschalteten Kühleinheit kann auch eine Kühleinheit in einen Rücklauf zwischengeschaltet sein.
Um einen Überdruck auf der Feedseite des Membrankontaktors auszuschließen oder um die Feedseite vollständig zu ent- bzw. zu belüften, kann ein Überdruck- bzw. Entlüftungsventil auf der Feedseite des Membrankontaktors vorgesehen sein.
Nach einer weiteren Ausführungsform weist die erfindungsgemäße Vorrichtung eine manuell einstellbare Regelung für den Gasdruck auf der Feedseite des Membrankontaktors und/oder den Wasserdruck auf der Permeatseite des Membrankontaktors auf, damit die Konzentration des Gases im angereicherten Wasser eingestellt werden kann.
Ebenso bevorzugt weist die erfindungsgemäße Vorrichtung Anschlüsse zum Anschluß des Wasserzulaufs an ein Trinkwasserversorgungsnetz auf, damit sie auf einfache Weise im Haushalt oder in anderen Bereichen, in denen das angereicherte Wasser in vergleichsweise kleinen Portionen zur Verfügung gestellt werden soll, verwendbar ist. Selbstverständlich kann die Vorrichtung aber auch über andere Wasserquellen und daran angepaßte Anschlüsse versorgt werden.
Der Wasserauslaß der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann mit einem Sammelbehälter für das aufbereitete Wasser verbunden sein, wobei der Wasserauslaß gegebenenfalls über ein Ventil, das von einer Füllstandsregelung im Sammelbehälter gesteuert wird, bei Bedarf geschlossen werden kann. Insbesondere für die Anwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung im Haushalt kann sie auch eine dem Wasserauslaß nachgeordnete Zapfstelle mit einem Zapfhahn aufweisen, über die das angereicherte Wasser portionsweise entnommen werden kann.
Ein modularer Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist insofern von Vorteil, als einzelne Elemente wie Kühleinheit, Membrankontaktor oder Zapfstelle bei Defekten einzeln ausgetauscht werden können. Auch ergeben sich Vorteile bei der Produktion der Einzelkomponenten sowie deren Montage.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird bevorzugt mit einer Durchflussrate des Trinkwassers durch den Membrankontaktor von mindestens 1,2 l/min, insbesondere von mindestens 1,5 l/min, betrieben. Vorzugsweise sollte je nach Art der im Membrankontaktor verwendeten Membran ein permeatseitiger Druck von 2,5 bar nicht unterschritten und von 3,5 bar nicht überschritten werden. Wird eine hydrophile Membran verwendet, kann es von Vorteil sein, wenn ein feedseitiger Druck von 2,9 bar nicht unterschritten und von 4,1 bar nicht überschritten wird, wobei die obere Grenze insbesondere durch den Transmembrandruck der verwendeten Membran bestimmt wird. Wird eine hydrophobe Membran verwendet, kann es vorteilhaft sein, wenn der Mindestdruck auf der Feedseite 2,5 bar und der Maximaldruck 3,5 bar beträgt.
Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung und dem zugehörigen Verfahren sind Anreicherungsraten von CO₂ in Trinkwasser von weit mehr als 500 mg_CO2/l möglich, wobei die Anreicherung bevorzugt in-line, also zu dem Zeitpunkt, zu dem das Trinkwasser an der Zapfstelle entnommen wird, erfolgt.
Im folgenden wird die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen, in denen bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt wird, näher erläutert. Es zeigen:
1 ein Fließschema für eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
2 eine Schnittdarstellung eines Ausführungsbeispiels des Membrankontaktors; und
3 das Ausführungsbeispiel aus 2 in Draufsicht.
Die im Fließschema in 1 dargestellte beispielhafte Ausführungsform ist über eine Absperrarmatur 1 an eine nicht dargestellte Trinkwasserquelle, insbesondere an ein Trinkwasserleitungsnetz angebunden. In der durch den Pfeil A angezeigten Fließrichtung folgen ein Rückflußverhinderer 2 und ein Druckminderer 3, der den Wasserdruck auf einen definierten Eingangsdruck, beispielsweise 3 bar, reduziert. Nachfolgend ist eine Kühleinheit 4 angeordnet, die beispielsweise als Kompressionskühlanlage oder als Peltierkühlanlage ausgeführt sein kann, wobei eine Peltierkühlanlage insbesondere den Vorteil besitzt, daß sie gegenüber einer Kompressionskühlanlage geräuscharm ist.
Der Kühlanlage nachgeschaltet ist ein Membrankontaktor 5, der eingangsseitig auch mit einer Gasquelle 6, beispielsweise einem CO₂-Vorratsbehälter handelsüblicher Größe, über eine Leitung 7 verbunden ist. In der Leitung 7 ist ein Druckminderer 8 vorgesehen, der das CO₂ auf beispielsweise 3,5 bar Arbeitsdruck entspannt. Darüber hinaus ist in der Leitung 7 zwischen dem Druckminderer 8 und dem Membrankontaktor 5 ein Durchflußbegrenzer 9, beispielsweise ein Nadelventil, angeordnet, mit dem sich die zugeführte Gasmenge einstellen läßt, so daß das mit CO₂ angereicherte Wasser zwischen ”still” und ”prickelnd” variiert werden kann, wobei ihm weit über 1000 mg_CO2/l, bei einer mittleren Karbonisierung etwa 4000 mg_CO2/l, zugesetzt werden können. Ausgangsseitig schließt sich an den Membrankontaktor 5 eine Zapfstrecke 10 mit einem Zapfhahn 11 an.
Das Trinkwasser wird bei einer in 1 dargestellten erfindungsgemäßen Vorrichtung demnach zunächst gekühlt und anschließend im Membrankontaktor mit CO₂ angereichert. Die Anreicherung erfolgt in-line, also genau zu dem Zeitpunkt, wenn der Zapfhahn 8 geöffnet wird und Wasser vom Leitungsnetz über die Kühlanlage, den Membrankontaktor und die Zapfstrecke zum Zapfhahn fließt.
Grundsätzlich kann die Menge des im Wasser anzureichernden CO₂ durch Variation des Wasserdrucks, der Strömungsgeschwindigkeit des Wassers und der Druckdifferenz zwischen der Feed- und der Permeatseite der Membran beeinflußt werden.
Zwischen dem Wasserauslaß des Membrankontaktors 5 und seinem Wassereinlaß ist ein Rücklauf 12 vorgesehen, so daß zumindest ein Teil des aus dem Membrankontaktor 5 austretenden, angereicherten Wassers erneut den Anreicherungsprozeß durchlaufen und damit die Konzentration des im Wasser gelösten CO₂ weiter erhöht werden kann. Über ein Dreiwegeventil 13 kann die dem Rücklauf zugeführte Wassermenge eingestellt und somit der Anreicherungsgrad vom Verbraucher variiert werden.
In den Rücklauf 12 ist eine Kühleinheit 14 zwischengeschaltet, die hier als zweite Kühleinheit ausgebildet ist. Der Rücklauf kann aber auch durch eine dem Membrankontaktor vorgeschaltete Kühleinheit geführt werden, oder aber es kann je nach Anwendung nur diese eine Kühleinheit in der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorgesehen sein.
Um die durch einen Mehrfachdurchlauf des Wassers durch den Membrankontaktor bedingten Druckverluste zu kompensieren, ist zwischen der Kühleinheit 4 und dem Membrankontaktor 5 eine Pumpe 15 vorgesehen, mit der der Wasserdruck am Eingang des Membrankontaktors 5 bei Bedarf erhöht werden kann. Zur Steuerung der Pumpe 12 ist ein Druckschalter 13 vorgesehen, der die Pumpe einschaltet, wenn ein vorbestimmter Mindestdruck in der Zapfstrecke unterschritten wird, und wieder ausschaltet, wenn ein vorbestimmter Maximaldruck in der Zapfstrecke erreicht wird.
2 und 3 zeigen ein Beispiel eines Membrankontaktors 20, der in der erfindungsgemäßen Vorrichtung verwendet werden kann. Der Membrankontaktor 20 weist eine einen Hohlzylinder bildende Behälterwand 21 auf. Der Hohlzylinder wird unten mit einem Fußstück 22 und oben mit einem Kopfstück 23 abgeschlossen.
Zwischen dem Fußstück 22 und dem Kopfstück 23 ist ein Membraneinsatz 24 eingesetzt, der kopf- und fußseitig mit Anschlußstücken 25, 26 in hierfür vorgesehenen Aufnahmen 27, 28 im Fußstück 22 bzw. im Kopfstück 23 sitzt. Der Membraneinsatz 24 besitzt an seinem Kopfende und an seinem Fußende jeweils ein Sammelanschlußstück 29, 30, über das eine Vielzahl von Hohlleitern 31 mit den kopf- bzw. fußseitigen Anschlußstücken in Verbindung stehen. Werden aus Fasern, insbesondere aus Polyarylethersulfone oder einem anderen Polyamid, Zellulose oder Zelluloseacetat aufgebaute Hohlleiter verwendet, haben diese typischerweise einen Innendurchmesser von ca. 225 μm und eine Wanddicke von 30 μm.
Im Fußstück 22 ist ein Wassereinlaß 32 mit einem ein Rückschlagventil 33 aufnehmenden Ventilsitz 34 vorgesehen, der über eine Bohrung 35 mit der Aufnahme 27 für das Anschlußstück 25 des Membraneinsatzes 24 verbunden ist. Darüber hinaus weist das Fußstück 23 einen Gaseinlaß 37 mit einem ein Rückschlagventil 38 aufnehmenden Ventilsitz 39 auf, der über eine Bohrung 40 mit dem den Membraneinsatz 24 umgebenden Hohlraum im Hohlzylinder verbunden ist.
Das Kopfstück 23 weist einen Auslaß 41 für das angereicherte Wasser mit einer herkömmlichen Anschlußarmatur 42 zum Anschluß der Zapfstrecke auf, die mit der Aufnahme 28 für das Anschlußstück 26 des Membraneinsatzes 24 in Verbindung steht. Schließlich ist im Kopfstück ein Überdruck- bzw. Entlüftungsventil 43 für den den Membraneinsatz 24 umgebenden Raum im Hohlzylinder vorgesehen.
Ein bevorzugt verwendbarer Membraneinsatz wird beispielsweise zu Dialysezwecken unter der Bezeichnung Ultrafilter U 8000 S von der Gambro Dialysatoren GmbH & Co. KG angeboten. Dieser Membraneinsatz weist eine mehrschichtige Ultrafiltrations-Hohlfasermembran mit ca. 18.000 Hohlfasern auf. Die Hohlfasern sind dreischichtig aus Polyamid mit einer inneren Trägerschicht, einer darüberliegenden, geschäumten Zwischenschicht und einer darauf liegenden, sehr dünnen Außenhaut aufgebaut. Die effektive Membranoberfläche des Membraneinsatzes beträgt ca. 2,2 qm². Die Membranen sind von einem Hohlzylinder umschlossen, der kopf- und fußseitig mit Sammelanschluss-Stücken verschlossen ist. Die Feedseite des Membraneinsatzes steht in eingebautem Zustand über eine seitliche Bohrung in einem der Sammelanschlüsse mit dem den Membraneinsatz umgebenden Raum innerhalb der Behälterwand 21 in Verbindung.
Bevorzugt wird dieser Membrankontaktor bei einem Wassereingangsdruck von mindestens 2,5 bar mit einer Durchströmrate von mindestens 1,5 l/min betrieben. Die Druckdifferenz zwischen Feed- und Permeatseite soll bevorzugt mindestens 0,4 bar betragen, so dass das Gas zur Anreicherung des Wassers den Hohlleitern von außen mit einem Mindestdruck von 2,9 bar zugeführt wird. Der Transmembrandruck, der bei diesem Membrankontaktor 0,6 bar beträgt, soll aber nicht überschritten werden, um Gaspolster in den Hohlleitern, die durch einen unbeabsichtigten Stoffübergang von der Feed- zur Permeatseite bei Überschreiten des Transmembrandrucks entstehen, zu vermeiden. Eine entsprechende Druckregelung erfolgt über den Druckminderer 8.
Besondere Vorteile dieses Membrankontaktors liegen unter anderem darin, daß er aufgrund seiner Verwendung in der Medizintechnik grundsätzlich unter sterilen Bedingungen hergestellt wird und die Membran keimdicht ist, so daß insbesondere keine Keime von der Permeatseite zur Feedseite gelangen können.
Ein anderes Beispiel eines bevorzugt einsetzbaren Membrankontaktors ist der als Industrie-Membran X40 von der Membrana GmbH angebotene. In diesem Membrankontaktor wird eine hydrophobe, einschichtige Membran aus Polypropylen eingesetzt. Dieser Membrankontaktor weist ca. 3.700 Kapillaren und eine effektive Membranoberfläche von 0,76 qm² auf.
Aufgrund seiner hydrophoben Membran kann er mit einem Gasdruck unterhalb des Wasserdrucks betrieben werden, da kein Wasser von der Permeatseite auf die Feedseite gelangen kann. Bevorzugt wird dieser Membrankontaktor bei einem Trinkwassereingangsdruck von 2,5 bar bis 3,5 bar und einer Durchflussrate von 1,2 l/min bis 2,0 l/min betrieben. Der feedseitige Gasdruck sollte mindestens 2,5 bar und maximal 3,5 bar betragen.
Die besonderen Vorteile dieses Membrankontaktors liegen darin, daß er kompakt gebaut und der Gaseintrag in das Trinkwasser sehr effektiv ist.
Unabhängig von der Art des Membrankonzentrators sollte die Temperatur des angereicherten Trinkwassers zwischen 5°C und 30°C liegen, wobei insbesondere karbonisiertes Trinkwasser bis zu einer Temperatur von 18°C subjektiv als erfrischend empfunden wird.

Claims

Verwendung einer Vorrichtung mit mindestens einem Membrankontaktor (5) mit mindestens einem Wasserzulauf (32), mindestens einem Einlass (37) für CO₂, mindestens einem Auslass (41) für angereichertes Wasser, mindestens einem Rücklauf (12) von einem Wasserauslass zu einem Wasserzulauf, und mindestens einer Membran, auf deren Feedseite CO₂ und auf deren Permeatseite das anzureichernde Wasser geführt wird, zur Karbonisierung von Trinkwasser.
Vorrichtung zur Karbonisierung von Trinkwasser, gekennzeichnet durch mindestens einen Membrankontaktor (5) mit mindestens einem Wasserzulauf (32), Anschlüsse für den Wasserzulauf an ein Trinkwasserversorgungsnetz, mindestens einem Einlass (37) für CO₂, mindestens einem Auslass (41) für das angereicherte Wasser, mindestens einem Rücklauf (12) von einem Wasserauslass zu einem Wasserzulauf, und mindestens einer Membran, auf deren Feedseite CO₂ und auf deren Permeatseite das anzureichernde Wasser geführt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran eine semipermeable Membran, insbesondere eine für Ultrafiltration geeignete Membran ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Membrankontaktor (5) mindestens eine Plattenmembran, insbesondere eine mehrschichtige Plattenmembran aufweist, bei der eine Vielzahl von nebeneinander liegenden, zueinander parallel geschalteten Feedseiten und Permeatseiten durch Membranscheiben voneinander getrennt sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Membrankontaktor (5) eine Vielzahl von parallel geschalteten Hohlleitern (31) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlleiter (31) innerhalb des Membrankontaktors (5) über jeweils ein Sammelanschlussstück (29, 30) mit dem Wasserzulauf (32) und mit dem Wasserauslass (41) verbunden sind, und der verbleibende Raum im Membrankontaktor (5) über den Gaseinlass (37) mit CO₂ beaufschlagt werden kann.
Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlleiter (31) einen mittleren Durchmesser von weniger als 300 μm, insbesondere von weniger als 250 μm, aufweisen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass mehr als 5.000, insbesondere mehr als 10.000 Hohlleiter (31), vorgesehen sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlleiter (31) eine Länge bis 350 mm, insbesondere von in etwa 300 mm aufweisen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Membranen (31) aus einem Polyamidwerkstoff, insbesondere aus Polyarylethersulfone aufgebaut sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Membranen (31) aus einem Polypropylenwerkstoff hergestellt sind.
Vorrichtung nach Anspruch 3 oder einem der darauf rückbezogenen Ansprüche 4 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran auf der Permeatseite hydrophob ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran eine poröse technische Membran ist, wobei im Betrieb auf der Feedseite gegenüber der Permeatseite ein Überdruck herrscht.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 13, gekennzeichnet durch mindestens eine Kühleinheit (4, 14).
Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Kühleinheit (4) dem Membrankontaktor (5) in Flussrichtung des Trinkwassers vorgeschaltet ist.
Vorrichtung nach dem auf Ansprüche 14 oder 15 rückbezogenen Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Kühleinheit (14) in den Rücklauf (12) zwischengeschaltet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 16, gekennzeichnet durch ein Überdruck- bzw. Entlüftungsventil (43) auf der Feedseite des Membrankontaktors (5).
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 17, gekennzeichnet durch eine manuell einstellbare Regelung für den Gasdruck auf der Feedseite des Membrankontaktors (5) und/oder für den Wasserdruck auf der Permeatseite des Membrankontaktors (5).
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 18, gekennzeichnet durch eine dem Wasserauslass nachgeordnete Zapfstelle (11).
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 19, gekennzeichnet durch einen modularen Aufbau.
Verfahren zur Karbonisierung von Trinkwasser mit einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 20, gekennzeichnet durch eine Durchflussrate des Trinkwassers durch den Membrankontaktor von mindestens 1,2 l/min, insbesondere von mindestens 1,5 l/min und einem feedseitigen Gasdruck von mindestens 2,5 bar.
Verfahren nach Anspruch 21, gekennzeichnet durch einen permeatseitigen Druck von mindestens 2,5 bar.
Verfahren nach Anspruch 21 oder 22, gekennzeichnet durch einen permeatseitigen Druck von höchstens 3,5 bar.
Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 23, gekennzeichnet durch einen feedseitigen Druck von mindestens 2,9 bar bei Verwendung einer hydrophilen Membran.
Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 24, gekennzeichnet durch einen feedseitigen Druck von höchstens 4,1 bar bei Verwendung einer hydrophilen Membran und höchstens 3,5 bar bei Verwendung einer hydrophoben Membran.
Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens 500 mg/l CO₂ in das Trinkwasser eingetragen werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Anreicherung von CO₂ im Trinkwasser in-line erfolgt.