DE19949154A1

DE19949154A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Behandeln von Wasser zur Erhöhung der Sauerstofflöslichkeit

Info

Publication number: DE19949154A1
Application number: DE19949154A
Authority: DE
Inventors: Sheng I Leu; Guin I Leu; Guin Te Leu; Shu Ching Huang
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1999-09-25
Filing date: 1999-10-12
Publication date: 2001-05-10
Also published as: GB2354515A; FR2799456A1; GB9922649D0; FR2799456B1

Abstract

Mit Hilfe der neuen Vorrichtung und dem neuen Verfahren soll die Trinkwasserbehandlung wirtschaftlicher durchführbar sein. DOLLAR A Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Wasserbehandlung zum Erhöhen der Sauerstofflöslichkeit in hochreinem Trinkwasser umfaßt eine Hochdruckpumpe (1) zum Fördern hochreinen, durch eine RO-Behandlung oder eine UF-Behandlung oder eine Destillationsbehandlung oder eine Reinheitsbehandlung behandelten Trinkwassers in einen geschlossenen Behälter (3), wobei ein Ozoninjektor (2) Ozon in das durch die Hochdruckpumpe (1) geförderte Trinkwasser injiziert, ein um den Behälter (3) angeordneter Kühler (4) das darin gelagerte Wasser auf einen bestimmten Wert abkühlt und ein Ultraschallvibrator (5) das gelagerte Wasser aufrührt, um dadurch dessen Sauerstofflöslichkeit zu erhöhen und den Zeitraum für eine Sterilisation zu verlängern. DOLLAR A Trinkwasseraufbereitung.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Behandeln von Wasser zur Erhöhung der Sauerstofflöslichkeit von hochreinem Trinkwasser sowie auf ein Verfahren zur Wasserbehand lung. Eine solche Vorrichtung und ein solches Verfahren sind insbesondere in der Lage, die Sauerstofflöslichkeit im Wasser zu erhöhen und den Zeitraum der Sterilisation zu verlängern.

Ein herkömmliches, vergleichsweise aufgebessertes Verfahren zur Trinkwasserbehandhung ist in Fig. 1 gezeigt und umfaßt ein Oxidationsverfahren mittels Ozon zum Durchführen eines er sten Sterilisationsschrittes, Reinigen und Desodorieren, ein Filterverfahren zum Beseitigen oxi dierter Substanzen, ein Verfahren zum Weichmachen des Wassers mittels eines Harzes, ein Desodorierverfahren mittels Aktivkohle und dann ein höherentwickeltes Verfahren zur UF-Be handlung (Ultrafiltration) oder RO-Behandlung (Umkehrosmose) (für hochreines Trinkwasser unverzichtbar), ein Kühlverfahren, ein Verfahren zum Einspeisen von Ozon, um dieses wie derum zum Sterilisieren, Reinigen und Desodorieren mit dem Trinkwasser zu vermischen, La gern, unter Druck setzen und schließlich Liefern an die Verbraucher bzw. Abnehmer.

Bei dem Verfahren zum Einspeisen von Ozon und dem Lagerverfahren wurde jedoch als Nach teil herausgefunden, daß das in das Trinkwasser eingespeiste Ozon aufgrund seines sehr aktiven Verhaltens überaus leicht verdampfen kann, so daß der Effekt des Herbeiführens einer hohen Sauerstofflöslichkeit im Trinkwasser und eines Verlängerns des Zeitraums der Sterilisation des Wassers sehr gering sein kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Behandeln von Wasser zu schaffen, welche besser in der Lage ist, die Sauerstofflöslichkeit im Trinkwasser zu erhöhen und den Zeitraum der Sterilisation auszudehnen. Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Wasserbehandlung anzugeben.

Diese Aufgabe wird vorrichtungsseitig durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patent anspruchs 1 und verfahrensseitig durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 8 gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Behandeln von Wasser und deren Verfahren zum Er höhen des Sauerstoffgehalts umfaßt eine Hochdruckpumpe zum zwangsweisen Fördern zuvor gereinigten, hochreinen Trinkwassers in einen geschlossenen Behälter, einen Ozoninjektor zum Injizieren dichten Ozons in das hochreine Trinkwasser, einen Kühler zum Abkühlen des in dem geschlossenen Behälter gelagerten Trinkwassers und einen Ultraschallvibrator zum Aufrühren des gelagerten Trinkwassers.

Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Fließschaubild eines herkömmlichen Verfahrens zur Trinkwasserbehandlung;

Fig. 2 ein Fließschaubild eines erfindungsgemässen Verfahrens zum Behandeln von Wasser zwecks Erhöhung der Sauerstofflöslichkeit;

Fig. 3 einen Schnitt durch eine erste Ausführungsform einer Vorrichtung zum Behandeln von Wasser zwecks Erhöhung der Sauerstofflöslichkeit;

Fig. 4 einen Schnitt durch eine zweite Ausführungsform der Vorrichtung zum Behandeln von Wasser zwecks Erhöhung der Sauerstofflöslichkeit; und

Fig. 5 ein Schaubild, in dem die Korrelation zwischen der Wasserviskosität und dem Druck gezeigt ist.

Eine erste Ausführungsform einer Vorrichtung zum Behandeln von Wasser zwecks Erhöhung der Sauerstofflöslichkeit ist in Fig. 3 gezeigt und umfaßt eine Hochdruckpumpe 1, einen Ozon injektor 2, einen geschlossenen Behälter 3, einen Kühler 4 und einen Ultraschallvibrator 5, wel che miteinander verbunden sind.

Fig. 2 zeigt Verfahren, welche von der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Behandeln von Wasser durchgeführt werden, nämlich ein erneutes Behandeln des hochreinen Trinkwassers, welches zuvor mittels der oben beschriebenen, konventionellen Trinkwasserbehandlung behan delt worden ist, wobei darin eingeschlossen ist eine Umkehrosmosebehandlung (RO-Behand lung) oder eine Ultrafiltrationsbehandlung (UF-Behandlung) oder eine Destillationsbehandlung oder eine Reinheitsbehandlung etc., um die Sauerstofflöslichkeit in dem hochreinen, durch die konventionellen Verfahren behandelten Trinkwasser zu erhöhen und dieses anschließend mit Druck zu beaufschlagen, so daß das zugeführte Wasser eine hohe Sauerstofflöslichkeit aufweisen kann und der Sterilisationszeitraum verlängert ist. Die RO-Behandlung kann wenig stens 87% der Ionen beseitigen, die Ultrafiltrationsbehandlung kann organische Substanzen be seitigen, und das Reinigungsverfahren kann Kationen oder Anionen beseitigen.

Die Hochdruckpumpe 1 hat ein Leistungsvermögen von 3 kg/cm² bis 200 kg/cm² zum zwangs weisen Fördern hochreinen, zuvor in geeigneter Weise behandelten Trinkwassers.

Der Ozoninjektor 2 hat ein Injektionsvermögen von 5 ppm bis 100 ppm pro Tonne des durch die Hochdruckpumpe 1 geförderten Wassers.

Der geschlossene Behälter 3 hat eine geeignete Größe zum Aufnehmen und Lagern des durch die Hochdruckpumpe 1 geförderten Wassers, einen auf einem festgelegten Spezialdruck gehaltenen Innenraum, einen Einlaß 30 und einen Auslaß 31 zum Einlassen bzw. Ablassen des Wassers.

Der Kühler 4 ist um den geschlossenen Behälter 3 an einer geeigneten Stelle befestigt und weist einen Kompressor 40 sowie einen Kondensator 41 zum Kühlen des in dem geschlossenen Behälter 3 gelagerten Trinkwassers auf eine festgesetzte niedrige Temperatur mittels dessen Kühlfunktion auf.

Der Ultraschallvibrator 5 ist an einer geeigneten Stelle an dem geschlossenen Behälter 3 befe stigt und dazu eingesetzt, das in dem geschlossenen Behälter 3 gelagerte Wasser gleichmäßig derart aufzurühren, daß das Ozon mit den Wasserpartikeln vermischt wird bzw. mit diesen eine Verbindung eingeht, sich diese im emulgierten Zustand befinden und das Ozon dadurch im größtmöglichen Verhältnis zum Wasser steht und einen längstmöglichen Zeitraum aufrecht erhalten werden kann. Zusätzlich kann der Ultraschallvibrator 5 Ozon und Wasser zur Erhöhung der gegenseitigen Perkolationskraft, Eindringkraft, des Dispergierausmaßes und des Kontaktausmaßes zwingen, um Ozon und Wasser tatsächlich gleichmäßig zu verrühren.

Im allgemeinen wird das hochreine Trinkwasser durch die Hochdruckpumpe 1 gefördert, durch den Ozoninjektor 2 mit Ozon vermischt, durch den Einlaß 30 in den geschlossenen Behälter 3 gefördert, gekühlt und darin durch den Kühler 4 auf einer festgesetzten, geringen Temperatur gehalten. Ozon und Wasserpartikel werden dann gerüttelt und gerührt, um sich gleichmäßig miteinander zu vermischen unter Ausbildung einer erhöhten gegenseitigen Perkolationskraft, Eindringkraft, eines erhöhten Dispergierausmaßes und eines erhöhten Kontaktausmaßes, um die Funktion einer erhöhten Sauerstofflöslichkeit im Trinkwasser und eines verlängerten Sterilisati onszeitraumes zu erreichen. Dadurch kann saubereres, hochreines Trinkwasser mit erhöhter Sauerstofflöslichkeit erhalten werden.

Der Innendruck des geschlossenen Behälters 3 ist abhängig von dem in dem Trinkwasser ent haltenen Sauerstoff-Prozentsatz und nicht kleiner als 3 kg/cm². Dieser Innendruck ist ständig zu halten, da in das Trinkwasser injiziertes Ozon sonst sehr schnell verdampfen und aus dem ge schlossenen Behälter 3 strömen, somit darin nicht für lange Zeit verbleiben kann, so daß die Umgebung verunreinigt wird und einen schädlichen Einfluß auf sich darin aufhaltenden Per sonen, zum Beispiel Arbeiter, hat. Wenn der Ozongehalt in der Luft 0,1 ppm übersteigt, wird es die Atemorgane von Personen schädigen. Und wenn es 1 ppm übersteigt, wird es diese vergif ten.

Die Frequenz der Ultraschallwelle liegt vorzugsweise im Bereich von 1,5 × 10⁵ bis 6,0 × 10⁵, was die Temperatur des in dem geschlossenen Behälter 3 gelagerten Wassers nicht erhöhen wird.

Der Kühler 4 hat vorzugsweise die Funktion, das Wasser in dem geschlossenen Behälter 3 in dem Temperaturbereich von 10 bis 20°C zu halten, in welchem Ozon sich im höchstmöglichen Grad in Wasser lösen bzw. mit diesem verschmelzen kann.

Was den Einlaß 3 des geschlossenen Behälters 3 betrifft, so ist daran eine Hochdruckdüse 32 mit vielen Löchern zusätzlich befestigt, um die Kontaktfläche zwischen Ozon und Wasser und dessen Emulgierungsprozentsatz höchst effektiv zu erhöhen. Das Durchmesserverhältnis von Einlaß 30 und Auslaß 31 liegt vorzugsweise im Bereich von 4 zu 1, um den Innendruck des ge schlossenen Behälters 3 aufrechtzuerhalten.

Wie soeben geschrieben, gewährleistet die erfindungsgemäße Wasserbehandlungsvorrichtung zum Erhöhen der Sauerstofflöslichkeit die Funktion einer Erhöhung der Sauerstofflöslichkeit im Trinkwasser und einer Verlängerung des die Sterilisation betreffenden Zeitraumes und befriedigt somit die Nachfrage nach hochreinem Trinkwasser sowie einem Schutz der Umwelt vor einer Verschmutzung durch aus dem Trinkwasser während des Abfüllens oder Ablassens entweichendes Ozon. Daneben wird die Qualität der Arbeitsumgebung und die Arbeitssicherheit indirekt verbessert.

Fig. 4 zeigt eine zweite Ausführungsform einer Wasserbehandlungsvorrichtung zum Erhöhen der Sauerstofflöslichkeit mit im wesentlichen demselben Aufbau wie in der ersten bevorzugten Ausführungsform mit der Ausnahme, daß der geschlossene Behälter 3 einen kegelförmigen oberen Abschnitt 33 hat, um das einströmende Trinkwasser zu führen und das Kontaktmaß bzw. die Kontaktfläche von Ozon und Wasser und in dem Trinkwasser gelöstem Sauerstoff zu erhöhen.

Aus Fig. 5 ist zu ersehen, daß die Wasserviskosität dem Druck direkt proportional ist. Dies be deutet physikalisch, daß die Viskosität des Wassers mit dem Druck zunimmt, d. h. die Was serkohäsion wird höher. Nachdem das Wasser durch den Ultraschallvibrator gerührt worden ist, wobei dessen Partikel getrennt worden sind, können die Wasserpartikel das Ozon deshalb immer kraftvoll mittels ihrer hohen Kohäsion einklemmen und dadurch einen Emulgierungs zustand erzeugen. Dadurch kann der durch das Ozon herbeigeführte Sterilisierungszeitraum verlängert werden. Das ist der Grund nachzuweisen, daß diese Erfindung sowohl theoretisch als auch in der Praxis brauchbar ist.

Mit Bezug auf die Fig. 1 bis 4 umfaßt das Verfahren zum Behandeln von Wasser zwecks Erhö hung der Sauerstofflöslichkeit ein Behandeln hochreinen, zuvor bereits einer RO-Behandlung oder einer UF-Behandlung oder einer Destillationsbehandlung oder einer Reinheitsbehandlung unterzogenen Trinkwassers mit den folgenden Schritten:
Einleiten von Wasser und Ozon unter Druck in einen geschlossenen Behälter 3, wobei der ge schlossene Behälter 3 auf einem Druck von wenigstens 3 kg/cm² gehalten wird;
Kühlen des unter Druck stehenden Wassers und Ozons durch den Kühler 4 in dem Behälter 3, um dadurch die Viskosität des Wassers zu erhöhen; und
in Schwingungen Versetzen oder Rütteln von gekühltem Wasser und Ozon mittels eines Ultra schallvibrators 5, um Ozon und Wasser zu vermischen, dessen Viskosität erhöht worden ist.

Das Verfahren umfaßt ferner ein periodisches Abziehen wenigstens eines Teils von vermisch tem Wasser und Ozon aus dem Behälter 3 und Ersetzen des aus dem Behälter 3 abgezogenen Wassers und Ozons durch Einleiten weiteren Wassers und Ozons unter Druck in den Behälter 3 unter Aufrechterhaltung eines Druckes von wenigstens 3 kg/cm² in dem Innenraum des Behäl ters; Kühlen der Inhalte des Behälters 3 und Versetzen der Inhalte in Schwingungen mittels des Ultraschallvibrators 5, um das Ozon im Wasser zu lösen bzw. Ozon und Wasser miteinander zu vermischen.

Die Erfindung wurde vorstehend anhand bevorzugter Ausführungsformen beschrieben. Es wird darauf hingewiesen, daß zahlreiche Abänderungen an dem Erfindungsgegenstand vorge nommen werden können und daß die beigefügten Patentansprüche sämtliche Abänderungen mit umfassen, die in den Schutzumfang der Erfindung fallen.

Claims

1. Vorrichtung zur Wasserbehandlung zum Erhöhen der Sauerstofflöslichkeit zum Behan deln hochreinen, zuvor bereits einer RO-Behandlung oder einer UF-Behandlung oder einer Destillationsbehandlung oder einer Reinheitsbehandlung unterzogenen Trink wassers, umfassend:
eine Hochdruckpumpe (1) mit einem Leistungsvermögen im Bereich von 3 kg/cm² bis 200 kg/cm² zum zwangsweisen Fördern von Trinkwasser in einen geschlossenen Behäl ter (3);
einen Ozoninjektor (2) zum Einspeisen von 5 ppm bis 100 ppm Ozon pro Tonne des durch die Hochdruckpumpe (1) geförderten Trinkwassers;
den geschlossenen Behälter (3), welcher das Trinkwasser aufnimmt, das mit durch den Ozoninjektor (2) eingespeistem Ozon angereichert ist, einen Innenraum, der auf einem festgesetzten Druck gehalten ist, einen Einlaß (30) zum Führen des Trinkwassers in den Innenraum des Behälters (3) und einen Auslaß (31) zum Ablassen des darin gelagerten Trinkwassers aufweist;
einen Kühler (4), welcher um den geschlossenen Behälter (3) befestigt ist und einen Kompressor (40) sowie einen Kondensator (41) zum Kühlen und Halten der Temperatur des in dem geschlossenen Behälter (3) gelagerten Trinkwassers auf einer festgelegten, niedrigen Temperatur aufweist;
einen Ultraschallvibrator (5), welcher an dem geschlossenen Behälter (3) zum Aufrühren des in dem geschlossenen Behälter (3) gelagerten Trinkwassers in einen gleichmäßigen Zustand angebracht ist;
wobei die Hochdruckpumpe (1) das im voraus behandelte Trinkwasser in den geschlosse nen Behälter (3) fördert, der Ozoninjektor (2) Ozon dem Trinkwasser zugibt, das mit Ozon angereicherte Trinkwasser in den geschlossenen Behälter (3) gefördert wird, durch den Kühler (4) abgekühlt und auf der festgelegten, geringen Temperatur gehalten und schließlich durch den Ultraschallvibrator (5) gleichmäßig gerührt wird, um die gegensei tige Perkolationskraft, Eindringkraft, das Ausmaß der Dispersion und des Kontaktes des Ozons mit Wasser zu erhöhen und dadurch die Sauerstofflöslichkeit in dem Trinkwasser zu erhöhen und den Zeitraum betreffend die Sterilisation des Trinkwassers auszudehnen.

2. Vorrichtung zur Wasserbehandlung zum Erhöhen der Sauerstofflöslichkeit nach An spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der festgesetzte Druck im Innern des geschlossenen Behälters (3) mehr als 3 kg/cm² beträgt.

3. Vorrichtung zur Wasserbehandlung zum Erhöhen der Sauerstofflöslichkeit nach An spruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die durch den Ultraschallvibrator (5) er zeugte Frequenz im Bereich zwischen 1,5 × 10⁵ bis 6,0 × 10⁵ liegt.

4. Vorrichtung zur Wasserbehandlung zum Erhöhen der Sauerstofflöslichkeit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühler (4) eine Einrichtung zum Halten des in dem geschlossenen Behälter (3) gelagerten Trinkwassers im Bereich von 1 bis 20°C aufweist.

5. Vorrichtung zur Wasserbehandlung zum Erhöhen der Sauerstofflöslichkeit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaß (30) des ge schlossenen Behälters (3) vorzugsweise an seinem Ende eine Hochdruckdüse (32) mit vielen kleinen Löchern zum Erhöhen des Kontaktes zwischen Ozon und Wasser und zum Verbessern der Sauerstofflöslichkeit aufweist.

6. Vorrichtung zur Wasserbehandlung zum Erhöhen der Sauerstofflöslichkeit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der geschlossene Behäl ter (3) einen oberen, kegelartig ausgebildeten Abschnitt (33) zum Vergrößern des Kontaktes zwischen Ozon und Wasser und zum Erhöhen der Sauerstofflöslichkeit aufweist.

7. Vorrichtung zur Wasserbehandlung zum Erhöhen der Sauerstofflöslichkeit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Durchmesserver hältnis von Einlaß (30) zu Auslaß (31) des geschlossenen Behälters (3) zum kontinuierli chen Aufrechterhalten des festgelegten Druckes im Inneren des Behälters 4 zu 1 beträgt.

8. Verfahren zum Behandeln von Wasser zwecks Erhöhung der Sauerstofflöslichkeit, wobei hochreines, zuvor bereits mittels einer RO-Behandlung oder einer UF-Behandlung oder einer Destillationsbehandlung oder einer Reinheitsbehandlung behandeltes Trinkwasser behandelt wird, umfassend die folgenden Schritte:
Einleiten von Wasser und Ozon unter Druck in einen geschlossenen Behälter, wobei der geschlossene Behälter auf einem Druck von wenigstens 3 kg/cm² gehalten wird;
Kühlen des unter Druck stehenden Wassers und Ozons in dem Behälter zum Erhöhen der Viskosität des Wassers; und
in Schwingungen Versetzen des gekühlten Wassers und Ozons mittels eines Ultra schallvibrators zum Mischen des Ozons in dem Wasser, dessen Viskosität erhöht worden ist.

9. Verfahren nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch die weiteren Schritte: periodisches Abziehen wenigstens eines Teils des vermischten Wassers und Ozons aus dem Behälter und Ersetzen des aus dem Behälter abgezogenen Wassers und Ozons durch Einleiten zusätzlichen Wassers und Ozons unter Druck in den Behälter unter Aufrechterhaltung eines Druckes von wenigstens 3 kg/cm² in der Behälterkammer; Kühlen des Inhalts des Behälters und in Schwingung Versetzen der Inhaltsstoffe mittels eines Ultraschallvibrators zum Vermischen bzw. Lösen des Ozons in dem Wasser.