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B e s c h r e i b u n g
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Die Erfindung betrifft ein Wasseraufbereitungssystem mit einem in
sich geschlossenen, eine Behandlung des Wassers mit Ozon einschließenden Strömungskreis,
in welchen das Rohwasser eingespeist und welchem das Reinwasser über ein Filter
entzogen wird.
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Ein as der deutschen Offenlegungsschrift 21 59 811 bekanntes Wasseraufbereitungssystem
dieser Art ist für insbesondere stationäre Großanlagen bestimmt. Solche Anlagen
werden gewöhnlich für die Aufbereitung eines Rohwassers konzipiert, welches eine
langzeitlich weitgehend konstante Zusammensetzung hat. Die Anlagen werden von geschultem
Fachpersonal bedient und überwacht. Labortechnische Untersuchungen liefern die für
die Betriebsführung wesentlichen Kriterien, Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde,
ein Wasseraufbereitungssystem vorzuschlagen, das die Erstellung einer von der Rohwasserqualität
unabhängigen und vollautomatisch arbeitenden Kompaktanlage ermöglicht.
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Diese Aufgabe rd ausgehend von einem Wasseraufbeeitungs-System der
eirsleitend näher bezeichnenten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daB in dem Strömungskreis
eine Redoxpotential-Meßvorrichtung eingeschaltet ist und die Reinwasserentnahme
in Abhängigkeit von dem gemessenen Wert gesteuert wird Das Redoxpotentia) stellt
einen direkt mit der Wasserqualität in Zusammenhang stehenden Betriebsparameter
dart Hohes Redoxpotential bedeutet, daß zur Xeimtötung im Wasser eine hohe Sauerstoffaktivität
vorhanden ist. Das Steuertystem ist daher so angelegt, daß eine Entnahme von Reinwasser
aus dem Aufbereitungssystem nur ttattfindet, wenn das Redoxpotential eine bestimmte
Mindesthöhe hat. Andernfalls wird die Entnahme gestoppt bis im Verlauf des Aufbereitungsvorgangs
das Redoxpotential wieder die erforderliche Höhe erreicht hat Bekanntlich neigen
die spannungssensorischen Teile von Redoxmeßketten, t*h. insbesondere die Meßelektrode,
zur Verschmutzung infelge von alkalischen Ablagerungen. Dieser Tendenz kann jedoch
durch Maßnahmen zur Elektrodenreinigung, welche verteilhafterweise während der Ruhezeiten
des Aufbereitungssystems anzuwenden sind, wirksam begegnet werden. Hierauf wrd noch
näher eingegangen. Da jedoch die Ablagerungen eine Erhöhung des Quellwiderstandes
der Meß-
vorrichtung und damit eine fAlschliche Verringerung des
Meßwerts bewirken, kann amine verschmtzung der Meßvorrichtung auf jeden Fall nicht
zu einer Entnahme von noch nicht genügend aufbereitetem Wasser führen. Das System
sichert sich vielmehr in diesem Störungsfall selbst an.
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Die Betriebssicherheit kann ferner dadurch gesteigert werden, daß
die Reinwasserentnahme zusätzlich davon abhängig gemacht ist, ob genügend aufzubereitendes
Wasser In dem Strömungskreis vorhanden ist, cb es strömt und ob der Ozonerzeuger
in Betrieb ist. Das Vorhandensein von genügend Wasser wird mittels einer @@veauelektrode
£faßt, der rinschaltzustand der Vermischerpumpe, welche das aufzubereitende Wasser
in dem Strömungskreis umwälzt, gibt den Strömungszustand wider und der Einschaltzustand
des Ozonerzeugers läBt sich ebenfalls elektrisch erfassen.
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Zur langfristigen Aufrechterhaltung der Meßgenauigkeit der Redoxpotential-Meßvorrichtung
wird oorgeschlagen, daß eine flüssige oder gelöste saure chemische Substanz in der
Nähe der spannungssensorischen Teile in den Strömungskreis eingegeben wird und zwar
wenigstens je ein bestimmtes Quantum während der Ruhezeiten des Aufbereitungssystems.
Nun ist es zur Verhinderung von Kalkansatz im Filter und/oder zur Keimprophylaxe
im Reinwasser oft ohnehin erforderlich, bestimmte chemische Substanzen in das strömende
Wasser einzubringen.
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In einem solchen Falle wird weiter vorgeschlagen, daß die saure Substanz
ein sauer eingestelltes Gemisch flüssiger oder gelöster chemischer Substanzen ist
und daß sie auch während der Betriebszeit des Aufbereitungssystems durch wenigstens
eine Dosierdüse eingebracht wird, welche in unmittelbarer Nähe der zu reinigenden
Teile der Meßvorrichtung angeordnet ist. Während der Betriebszeit des Aufbereitungssystems
wird die zudosierte Substanz schnell fortgeschwemmt. Die kurzzeitigen Störungen
der Redoxpotential-Messungen können durch eine entsprechende Ansprechverzögerung
des Steuersystems leicht ausgeschaltet werden. Bei Strömungsstillstand dagegen wird
die eingebrachte saure Substanz nicht fortgeschwemmt. Sie kann vielmehr während
der ganzen Ruhezeit mit den alkalischen Ablagerungen an der Meßelektrode reagieren
und diese reinigen.
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Insbesondere bei einem System zur Aufbereitung von stark organisch
belasteten Rohwässern zu Trinkwasser wird vorgeschlagen, daß die chemische Substanz
ein Gemisch aus einem Komplexbildner, insbesondere Polyaldehydokarbonsäure, und
aus Bromwasserstoffsäure ist.
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Für die Vermischung des aufzubereitenden Wassers mit einem ozonhaltigen
Gas empfiehlt sich die Verwendung eines Filterbehälters, in dessen oberem Teil ein
in das Wasser eingetauchter und somit von dem Wasser gekühlter Ozonerzeuger
und
ein angebauter Vermischer angeordnet ist. Davon ausgehend wird vorgeschlagen, daß
das aus dem Vermischer austretende Wasser im weiteren Verlauf des Strömungskreises
durch seitliche Öffnungen aus dem Filterbehälter abgezogen wird. Die verhältnismäßig
starke Strömung in dem Strömungskreis berührt somit das Filtermaterial kaum. Eine
noch bessere Abschirmung des Filters von dem Strömungskreis wird dadurch erreicht,
daß eine mit feinen Durchlaßöffnungen versehene Strömungstrennschicht als Oberschicht
des Filters vorgesehen ist. Hierfür eignen sich z.B. grobporige oder mit einer stark
aufgerauhten oder mit Spitzen oder Stacheln besetzten Oberfläche versehene Kunststoffkörper.
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Eine solche Strömungstrtannschicht hat die vorteilhafte Wirkung, daß
das Filtermaterial vom Strömungskreis überhaupt nicht aufgewirbel und daher auch
nicht mitgeschwemmt wird.
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Um zum Spülen des Filters stets Reinwasser zur Verfügung zu haben,
wird dem Filter ein Druckspeicher nachgeschaltet, der beispielsweise ein Hochbehälter
sein kann. Für kompakte und möglichst transportable Aufbereitungssysteme, wie sie
die Erfindung anstrebt, eignet sich jedoch ein Druckspeicher besser, der aus einem
geschlossenen Behälter mit Luftpolster besteht. Bei Verwendung eines solchen Druckspeichers
wird zur Konstanthaltung des Luftpolstervolumens vorgeschlagen, daß ein sich über
einen Teil der
Höhe des Druckspeichers erstreckendes Hohlraumsystem
vorgeschen ist, dessen nden über je ein Umschaltventile wahlweise mit dem Druckspeicher
verbindbar oder belüftbar sind.
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nie @etätigung dar beiden Umschaltventile erfolgt bei dieser Anordnung
stets gemeinsam und in der Weise, daß entweder beide Enden des Hohlwaumsystems mit
dem Druckspeicher verbutzen oder beide belüftet sind. Die Umschaltung kann nach
regelmäßigen Zeitabschnitten erfolgen oder auch mit der Eln- und Ausschaltung der
Reinwasserpuwpe gekoppelt sein, welche das Reinwasser in den Druckspeicher fördert.
Je nach den Wasserstand im Druckspeicher wird im Betrieb bei jeder Belüftung ein
größeres oder kleineres Wasservolumen und ein entsprechend kleines bzw. großes Luftvolumen
aus dem Hohlraumsystem entleert. Hieraus ergibt sich, wie unten anhand des Ausführungsbeispieles
noch näher erläutert wird, eine nieveauregelnde Wirkung dieser Anordnung.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der
Zeichnung, die einen Trinkwasserautomat schematisch darstellt, näher erläutert.
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Die gezeigte Anlage umfaßt eine Zentraleinheit 1, welche in einem
schrankähnlichen Gehause untergebracht ist, eine Rohwasserpumpe 2 und einen Reinwasserspeicher
3. Statt das Rohwasser aus einen Gewässer oder Bohrbrunnen anzupumpen, könnte es
auch von einer höher liegenden Quelle zugeleitet werden.
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In der Zentraleinheit 1 befindet sich ein Filterbehälter 4 der ein
Michbettfilter 5 aue Quarzsand und einem speziell behandelten mineralischen Kohlegranulat
enthält. Durch einen von einer Stützschicht aus gröberes Sand umgebenen Filterstern
6 wird das Reinwasser am Boden des Filterbehälters 4 abgesaugt.
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An der Innenseite des flachen Deckels des Filterbehälters 4 ist ein
Ozonerzeuger 7 und unter diesem ein Vermischer 8 befestigt. Der Hochspannungstransformator
9 des Ozonerzeugers sitzt auf dem erwähnten Deckel. Ein Ringkanal 10, der eine Vielzahl
radial nach innen gerichteter Öffnungen aufweist, erstreckt sich dem oberen Rand
des Filterbehälters entlang.
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Ein in sich geschlossener Strömungskreis 11 enthält, am Ringkanal
10 beginnend, eine Redoxpotential-Meßvorrichtung 12, eine Rückschlagklappe 13 und
eine Umwälzpumpe 14 und mündet in den Vermischer 8. In diesem wird die vom Ozonerzeuger
7 abgegebene stark ozonhaltige Luft mit dem umgewälzten Wasser innig vermischt.
Dieses Wasser tritt radial am Vermischer aus und gelangt in einer radialen Strömung
zu den inneren Öffnungen des Ringkanals 10. Zur Abschirmung dieser radialen Strömung
gegenüber dem Mischbettfilter 5 ist der obere Teil des Filterbehälters bis zu den
öffnungen des Ringkanals 10 herauf mit klettenähnlichen Kunststoffkörpern gefüllt,
welche im übrigen Gasbläschen anlagern und damit die Reaktion des Ozons mit dem
Wasser unterstützen. Zur Erfassung des Wasserstandes im Filterbehälter ist an dessen
Deckel eine Niveauelektrode 15 angeordnet.
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Ein Vorratsbehälter 16 enthält ein Gemisch aus Polyaldehydokarbonsäure
und Bromwasserstoffsäure. Diese Dosierflüssigkeit wird mittels einer Dosierpumpe
17 in unmittelbarer Nähe der Meßelektrode der Redoxpotential-Meßvorrichtung in den
Strömungskreis 11 eingegeben. Polyaldehydokarbonsäure ist ein Härtestabilisierungsmittel,
welches die Bildung von Kesselstein verhindert. Die Bromwasserstoffsäure hat verschiedene
Aufgaben zu erfüllen.
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Sie dient einmal zur Absäuerung der Meßelektrode während
der
Ruhezeit der Aufbereitungsanlage, worauf unten noch näher eingegangen wird. Zum
anderen wird durch das in den Wasserkreislauf eingebrachte Bromid während des Filtervorgangs
überschüssiges Ozon abgebaut unter Bildung von Sauerstoff und Hypobromit. Letzteres
geht zum größten Teil als sauerstoffaktive Substanz durch den Filter und sorgt als
Prophylaktikum im Reinwasser für weitergehende Keimfreiheit.
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An den Filterbehälter 4 schließt sich eine Reinwasserpumpe 18 und
eine Rückschlagklappe 19 an. Parallel dazu liegt ein Rückspülventil 20. Ein weiteres
Rückspülventil 21 ist in einer an dem Ringkanal 10 angeschlossenen Ablaufleitung
angeornet.
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Von der Zentraleinheit 1, welche alle vorerwähnten Anlagenteile enthält,
führt eine Reinwasserleitung 22 zu dem als Druckspeicher ausgebildeten Reinwasserspeicher
3. Er enthält ein Luftpolster 23, dessen Druck mittels eines Druckschalters 24 erfaßt
wird. Der Bodeneinlauf des Reinwasserspeichers ist mittels eines Luftsperrventils
25 abgeschlossen. Die Reinwasserentnahme erfolgt über eine Verbraucherleitung 26
mit einem Entnahmeventil 27.
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Seitlich an dem Reinwasserspeicher 3 ist ein Standrohr 28 angeordnet,
dessen Enden mit zwei Dreiwegeventilen 29 verbunden sind. Dadurch können die Enden
des Standrohres entweder
geöffnet oder mit der Reinwasserleitung
22 bzw. mit einem Leitungsstück 30 verbunden werden, das in der oberen Hälfte des
Reinwasserspeichers 3 in diesen mündet.
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Der Verfahrensablauf ist im Prinzip folgender. Der Druckschalter 24
am Reinwasserspeicher gibt den Einschaltbefehl für die Aufbereitungsanlage, sobald
infolge von Reinwasserentnahme der Druck im Luftpolster 23 auf einen bestimmten
Mindestwert sinkt. Mit eingehendem Befehl geht der Ozonerzeuger 7 in Betrieb und
bildet im oberen Teil des Filterbehälters 4 ein starkes Ozonmilieu. Nach einer Vorozonisierungszeit
von ca. 30 Sekunden wird die Wasseranforderung an die Rohwasserpumpe 2 weitergegeben.
Das Rohwasser wird über ein in die Umwälzpumpe 14 eingebautes Grobfilter dem Vermischer
8 zugeleitet. Die im oberen Teil des Filterbehälters 4 vorhandene Luft entweicht
infolge des Rohwasserspeisedruckes durch ein nicht dargestelltes schwimmerbetätigtes
Entgasungsventil. Mit der Benetzung der Niveauelektrode 15 ist die Luft weitgehend
aus dem Filterbehälter entfernt und nunmehr wird die Umwälzpumpe 14 in Betrieb gesetzt.
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Innerhalb des Strömungskreises 11 wird das Wasser bei jedem Umlauf
mit Ozon kontaktiert, wodurch nicht nur die im Rohwasser enthaltenen Keime abgetötet,
sondern auch alle anderen organischen Substanzen weitgehend durch Oxydation
abgebaut
werden. Das Ozon bewirkt bei seinem Zerfall auch eine Flockung der im Wasser gelösten
Kolloide. Mit diesen Reaktionen geht eine ständige Erhöhung des Redoxpotentials
des umgewälzten Wassers einher.
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Sobald der durch die Redoxpotential-Meßvorrichtung 12 erfaßte Wert
auf zum Beispiel 700 mV angestiegen ist, wird die Reinwasserpumpe 18 in Betrieb
gesetzt. Sie entzieht dem Strömungskreis Wasser über das Mischbettfilter 5 und fördert
es in den Reinwasserspeicher 3. Die von der Reinwasserpumpe 18 entnommene Wassermenge
wird automatisch von der Rohwasserpumpe 2 nachgespeist. Die überschüssige Fördermenge
der Rohwasserpumpe 2 fließt über ein nicht dargestelltes Uberströmventil in die
Rohwasserfassung zurück.
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Das Mischbettfilter 5 ist so bemessen, daß bei der Reinwasserentnahme
eine Filtergeschwindigkeit von 5 m/Stunde nicht überschritten wird. Dadurch werden
alle Schmutzstoffe im Filter zurückgehalten und überschüssiges Ozon durch die Kohlebestandteile
des Filters und das im Wasser enthaltene Bromid reduziert.
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Mit Erreichung des Ausschaltdruckes im Luftpolster 23 werden sämtliche
bislnag in Betrieb befindlichen Komponenten stillgesetzt.
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Der Reinwasserspeicher 3 dient auch zur Filterrückspülung. Diese wird
von Zeit zu Zeit durchgeführt, wozu die Rückspülventile 20 und 21 geöffnet werden.
Das Luftpolster 23 drückt jetzt das Reinwasser von unten nach oben durch den Filterbehälter
4, wodurch die darin zurückgehaltene Schmutzfracht durch das Rückspülventil 21 in
einen Ablauf ausgespült wird.
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Während des Betriebes der Aufbereitungsanlage fördert die Dosierpumpe
17 das im Vorratsbehälter 16 enthaltene Dosiermittel in regelmäßigen Stößen in den
Strömungskreis 11.
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Daß als Einmündungsstelle für die Dosierleitung die Umgebung der Meßelektrode
der Redoxpotential-Meßvorrichtung 12 gewählt ist, hat hierbei zunächst keine Bedeutung.
Während des Dosierstoßes schlägt zwar das Meßinstrument kurz nach oben aus. In der
Steuerschaltung ist jedoch eine Zeitverzögerung eingebaut und das eingebrachte saure
Dosierquantum wird vom Strömungskreis schnell fortgeschwemmt. Schaltet die Aufbereitungsanlage
jedoch ab und kommt der Strömungskreis zur Ruhe, so wird während der Ruhezeit wenigstens
einmal ein bestimmtes Quantum des Dosiermittels eingebracht, welches die Meßelektrode
mit einem sauren Milieu umgibt und diese daher reinigt. Der erwähnte Dosiermittelstoß
kann durch eine geeignete elektrische Schaltung der Dosierpumpe oder durch eine
andere diesem Zweck dienende Vorrichtung herbeigeführt werden. Im vorliegenden Beispiel
bewirkt
insbesondere die Bromwasserstoffsäure im Dosiermittel die Elektrodenreinigung. Selbstverständlich
kann aber hierzu auch eine andere saure Substanz verwendet werden.
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Das Standrohr 28 mit den anschließenden Dreiwegeventilen 29 dient
zur Konstanthaltung des Luftpolsters 23. Dies ist erforderlich, weil das eingepumpte
Reinwasser mit Gas übersättigt sein kann, wodurch das Luftpolster unzulässig anwachsen
würde. Andererseits wird Luft bei hohem Druck vom Wasser absorbiert oder das Luftpolster
kann infolge eines Lecks unzulässig zurückgehen.
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Die Regulierung des Luftpolsters erfolgt dadurch, daß bei stillstehender
Reinwasserpumpe 18 das Standrohr 28 an beiden Enden mit dem Reinwasserspeicher 3
verbunden und bei laufender Reinwasserpumpe 18 an beiden Enden geöffnet ist.
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Ist der Wasserstand sehr niedrig, so füllt sich das Standrohr 28 während
seines Anschlusses an den Reinwasserspei-.
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cher 3 vorwiegend mit Luft. Diese entspannt sich beim Offnen des Standrohrs
28 ins Freie. Es wird also mit jeder Wiederholung dieses Vorganges ein Teil der
Luft aus dem Reinwasserspeicher 3 ausgetragen. Ist der Wasserstand dagegen hoch,
so füllt sich das Standrohr 28 während seines Anschlusses an den Reinwasserspeicher
3 vorwiegend mit Wasser. Beim Öffnen wird dieses Wasser entleert und das
Standrohr
28 mit Luft gefüllt. Diese gelangt dann anschließend und bei jedem weiteren Schaltspiel
durch Niveauausgleich in den Reinwasserspeicher 3 hinein.
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Die in jeder Hinsicht vollautomatische Arbeitsweise der beschriebenen
Aufbereitungsanlage ermöglicht ihren Einsatz als kompakter und leicht transportabler
Trinkwasserautomat. Das Rohwasser kann je nach der geographischen Lage die verschiedensten
chemischen Zusammensetzungen haben. Da die Umwälzmenge im Strömungskreis 11 etwa
das 10-fache der als Reinwasser dem Strömungskreis entzogenen Menge beträgt, ist
die Ozonbehandlung außerordentlich intensiv, so daß ein Reinwasser erstklassiger
Qualität gewonnen wird Bei sich verschlechternder Rohwasserqualität führt das Absinken
des Redoxpotentials im Strömungskreis 11 zwangsläufig zu einer Unterschreitung des
Sollwertes und damit zur Sperrung der Reinwasserförderung. Im übrigen bleibt das
Reinwasser wie erwähnt auch während der anschließenden Speicherung unter der Wirkung
des enthaltenen Hypobromits keimfrei.
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Viele andere Anwendungsgebiete für die beschriebene Aufbereitungsanlage
sind denkbar, beispielsweise die Reinigung von schwer belasteten Abwässern, insbesondere
Färbereiabwässern, die anschließend dem Produktionsprozeß wieder zugeführt werden
können.