DE4028045C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Wasseraufbereitung mit Ozon - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufbereitung von Mine­ ralwasser, bei welchem ein Ozon-zehrende Schwermetallionen, ins­ besondere Fe²⁺- und Mn²⁺-Ionen, enthaltender Rohwasserstrom unter Überführen zumindest eines Teils der Schwermetallionen in eine filtrierbare Form im Durchlauf mit Ozon beaufschlagt und an­ schließend unter Bildung von Reinwasser filtriert wird. Die Er­ findung betrifft weiter eine Vorrichtung zur Aufbereitung von Mi­ neralwasser, in welcher ein Ozon-zehrende Schwermetallionen ent­ haltender Rohwasserstrom über einen Ozoninjektor mit Ozon beauf­ schlagbar und anschließend unter Bildung von Reinwasser in einem Partikelfilter filtrierbar ist.

Mineralwässer enthalten häufig gelöste Schwermetallionen, wie beispielsweise Fe²⁺- und Mn²⁺-Ionen, die durch nachträgliche Aus­ fällung zu einer Beeinträchtigung des Geschmacks und/oder zu ei­ ner Verfärbung des Wassers führen können.

Zur Entfernung der Schwermetalle ist es bekannt (z. B. US-A- 4 780 215), das Rohwasser mit Ozon zu beaufschlagen, um dadurch die gelösten Eisen- und/oder Mangan-Ionen zu oxidieren und in filtrierbare, in Wasser schwer- oder unlösliche Verbindungen überzuführen. Während dabei die Fe²⁺-Ionen unter Ozonzehrung in kolloidales Eisen(III)-oxidhydrat umgewandelt werden und sich in einem nachgeschalteten Kiesfilter als Eisenhydroxid niederschla­ gen, werden die Mn²⁺-Ionen durch das Ozon zumindest teilweise zu löslichem Permanganat(VII) oxidiert, zu dessen Reduzierung in filtrierbares Mangan(IV)-oxid (Braunstein) zusätzlich ein in Strömungsrichtung hinter dem Kiesfilter angeordneter Aktivkohle­ filter erforderlich ist. Der Aktivkohlefilter wird dabei gleich­ zeitig zur Reduktion (Zehrung) von im Wasser enthaltendem Resto­ zon eingesetzt, denn das Rohwasser wird wegen der schlechten Do­ sierbarkeit zumeist überstöchiometrisch mit Ozon beaufschlagt. Um andererseits ein einwandfreies, keimfreies Mineralwasser zu er­ halten, ist es erforderlich, den Aktivkohlefilter von Zeit zu Zeit rückzuspülen und in größeren Zeitabständen die Aktivkohle auszutauschen. Neben dem dadurch bedingten Aufwand wird bei dem bekannten Verfahren als nachteilig angesehen, daß die Ozonanlage für eine Oxidation der Mn²⁺-Ionen zu Permangat(VII) relativ groß ausgelegt werden muß.

Weiter ist es bei einem Verfahren und einer Vorrichtung zu Was­ serbehandlung mittels Ozon an sich bekannt (EP-0 362 164 A2) den zu behandelnden Rohwasserstrom in einen Hauptstrom und in einen Zweigstrom aufzuteilen. Bei dem bekannten Verfahren wird der Zweigstrom mit Ozon versetzt, indem das Ozon an einer Injektions­ stelle in den Zweigstrom zudosiert wird. Der abgezweigte, mit Ozon versetzte Zweigstrom wird dann mit dem zu behandelnden Hauptstrom vermischt und der Gesamtstrom anschließend in einem beispielsweise als Tank ausgebildeten Reaktionsraum unter Einfluß des Ozons gereinigt. Zur vollständigen Ausfällung der Ozon­ zehrenden Inhaltsstoffe ist dort entweder ein hoher Ozonüberschuß im Gesamtstrom erforderlich, der dann allerdings vor Entnahme des Reinwassers nicht mehr nachträglich kompensierbar ist, oder aber es ergibt sich bei geringem Ozonüberschuß eine unerwünscht lange Reaktionszeit, während der kein Reinwasser entnommen werden kann.

Einen etwas anderen Weg geht ein Verfahren zur Entmanganung und Entkeimung von manganhaltigem Wasser mittels Ozon gemäß der CH-PS 481 020, bei welchem dem Wasser in einer ersten Ozonisierungsstu­ fe eine derart geringe Ozonmenge zugeführt wird, daß eine langsa­ me Oxidation der Manganverbindungen im Wasser erfolgt und keine löslichen manganhaltigen Zwischenverbindungen oder Komplexe ent­ stehen. Das hierbei ausgefällte Manganoxid wird durch Filtration vom Wasser getrennt. Anschließend wird dem Filtrat in einer zwei­ ten Ozonisierungsstufe eine größere Ozonmenge zugeführt, die zwar eine sichere Entkeimung gewährleistet, ohne daß dabei jedoch das eingesetzte Ozon vollständig gezehrt wird.

Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs angegebenen Art da­ hingehend zu verbessern, daß eine Aktivkohlefiltration entbehr­ lich ist und daß der für die Reaktion im Durchlaufverfahren er­ forderliche Ozonüberschuß dennoch vollständig gezehrt wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe werden erfindungsgemäß die in den Pa­ tentansprüchen 1 und 9 angegebenen Merkmalskombinationen vorge­ schlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, den Restozongehalt in dem zu filtrierenden Rohwasserstrom unabhängig von der Menge des injizierten Ozons so niedrig zu halten, daß eine vollständige Zehrung während der Filtration auch ohne Reduzierung durch Aktiv­ kohle möglich ist. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß dem mit Ozon beaufschlagten Rohwasserstrom zusätzliches, aus dem Rohwasserstrom vor dessen Ozonbeaufschlagung abgezweigtes Rohwasser nach Maßgabe eines vor der Filtration einzustellenden Restozongehalts zudosiert wird, wobei der Restozongehalt so ein­ gestellt wird, daß er beim anschließenden Filtrieren vollständig gezehrt wird. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird dabei der Restozongehalt vor der Filtration vorzugsweise kontinuierlich gemessen und das zusätzliche Rohwasser nach Maßga­ be der Abweichung des gemessenen Restozongehalts von einem vor­ zugsweise einstellbaren Sollwert dem mit Ozon beaufschlagten Roh­ wasserstrom zudosiert. Die Messung des Restozongehalts kann dabei vor oder nach der Zudosierung des zusätzlichen Rohwassers erfol­ gen.

Die Bestimmung des Restozongehalts erfolgt vorteilhafterweise in­ direkt durch kontinuierliche Messung des Ozongehalts in einem mit Gegenstrom durch das Wasser oder über die Wasseroberfläche ge­ führten Gas- oder Luftstrom, vorzugsweise mittels Spektralanaly­ se. Mit diesem Meßverfahren ist auch bei Anwesenheit von Schwer­ metallen im Wasser eine exakte Ozon-Bestimmung möglich.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß der mit Ozon beaufschlagte Rohwasserstrom und das zudosierte Rohwas­ ser vor der Messung des Restozongehalts vorzugsweise entlang ei­ ner statischen Mischstrecke durchmischt werden, so daß die Ozon­ zehrenden Inhaltsstoffe des zudosierten Rohwassers gleichmäßig im Rohwasserstrom verteilt werden. Zusätzlich oder alternativ dazu kann der mit Ozon beaufschlagte Rohwasserstrom nach Zumischung des Rohwassers zeitverzögert der Filtration zugeführt werden. Das zudosierte Rohwasser wird zweckmäßig aus dem Rohwasserstrom vor dessen Ozonbeaufschlagung als Bypass abgezweigt.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß zur Überwachung der Ozonfreiheit das Redox-Potential des Reinwassers gemessen wird. Bei Auftreten von Ozon im Reinwasser und/oder bei Unter- oder Überschreiten einer vorgegebenen Dosier­ rate des zudosierten Rohwassers kann die Ozonerzeugungsrate nach­ geführt werden.

Bei der Vorrichtung zur Aufbereitung von Wasser ist ein vor dem Ozoninjektor vom Rohwasserstrom abgezweigter Bypass vorgesehen, der hinter dem Ozoninjektor über ein nach Maßgabe ei­ nes vor dem Partikelfilter einzustellenden Restozongehalts ver­ stellbares Regelventil in den Rohwasserstrom mündet. Der Parti­ kelfilter ist beispielsweise als Kiesfilter ausgebildet, an des­ sen Kiesfüllung sich nach einer gewissen Einlaufzeit die in schwer- oder unlösliche Verbindungen übergeführten Inhaltsstoffe niederschlagen. Grundsätzlich kann auch ein Mehrschichtfilter verwendet werden.

Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht einen vor dem Ozonerzeuger vom Rohwasserstrom abgezweigten Bypass vor, der hinter dem Ozonerzeuger über ein motorisch verstellbares Re­ gelventil in den Rohwasserstrom mündet. Das Regelventil ist dabei vorteilhaft über einen vorzugweise als PID-Regler ausgebildeten Regler nach Maßgabe der Abweichung des gemessenen Rest­ ozongehalts von einem einstellbaren Sollwert ansteuer­ bar.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung in schematischer Weise dargestellten Ausfüh­ rungsbeispiels näher erläutert.

Die einzige Figur zeigt dabei das Fließschema einer Mi­ neralwasseraufbereitungsanlage.

In der Mineralwasseraufbereitungsanlage wird ein mit­ tels einer Pumpe 10 durch eine Rohwasserleitung 12 ge­ förderter Rohwasserstrom über einen Ozon-Injektor 14 mit Ozon aus einem Ozon-Erzeuger 16 beaufschlagt und anschließend einem Kiesfilter 18 zugeführt, an dessen Auslaß 19 das Reinwasser beispielsweise zur Flaschenab­ füllung abgezogen wird. Vor dem Ozon-Injektor 14 zweigt ein an der Stelle 28 wieder in die Rohwasserleitung 12 mündender Bypass 20 ab, durch den ein Teil des ozon­ freien Rohwassers über ein motorisch verstellbares Re­ gelventil 22 dem mit Ozon beaufschlagten Rohwasserteil­ strom zudosiert werden kann. Das Regelventil 22 wird über einen PID-Regler 24 angesteuert, der mit den von einem Meßgerät 26 ermittelten Meßwerten des Restozonge­ halts im Rohwasserstrom vor Eintritt in den Kiesfilter 18 beaufschlagt wird.

Die Messung des Restozongehalts erfolgt dadurch, daß ein Luftstrom am Rohwasserstrom bzw. an einem an der Meßstelle 30 aus dem Rohwasserstrom abgezweigten Teil­ strom vorbeigeführt wird, wobei der Luftstrom entspre­ chend dem Henry'schen Gesetz Ozon aus dem Rohwasser­ strom aufnimmt. Der zum Ozongehalt im Rohwasserstrom proportionale Ozongehalt des Luftstroms wird kontinuier­ lich durch Spektralanalyse bestimmt. Durch die Einstel­ lung eines definierten Restozonwerts wird dafür ge­ sorgt, daß das an dem Kiesfilter 18 austretende Rein­ wasser ozonfrei ist.

Eine zwischen der Einmündung 28 der Bypassleitung 20 und der Ozonmeßstelle 30 angeordnete statische Misch­ strecke 32 sorgt für eine gute Durchmischung der beiden Wasserströme.

Zur Begrenzung und Grobeinstellung der Durchflußmengen sind sowohl in der Rohwasserleitung 12 als auch im By­ pass 20 Handeinstellventile 34 bzw. 36 vorgesehen. In Strömungsrichtung hinter den Handeinstellventilen 34, 36 angeordnete Volumenstrommeßgeräte 38 bzw. 40 dienen der Ermittlung der Durchflußmengen im jeweiligen Teil­ strom. Ein in Strömungsrichtung hinter dem Ozon-Injek­ tor 14 in der Rohwasserleitung 12 angeordneter Ausgase­ behälter 42 erlaubt das Abziehen von überschüssigem Ozon. Am Auslaß 19 des Kiesfilters 18 befindet sich eine Son­ de 44, mit der das Redox-Potential des Reinwassers und damit dessen Ozonfreiheit überwacht wird.

Claims (16)

1. Verfahren zur Aufbereitung von Mineralwasser, bei welchem ein Ozon-zehrende Schwermetallionen, insbe­ sondere Fe²⁺- und Mn²⁺-Ionen enthaltener Rohwasser­ strom unter Überführen zumindest eines Teils der Schwermetallionen in eine filtrierbare Form im Durchlauf mit Ozon beaufschlagt und anschließend unter Bildung von Reinwasser in einem Partikelfil­ ter filtriert wird, dadurch gekennzeichnet, daß dem mit Ozon beaufschlagten Rohwasserstrom zusätzli­ ches, aus dem Rohwasserstrom vor dessen Ozonbeauf­ schlagung abgezweigtes Rohwasser nach Maßgabe eines vor der Filtration einzustellenden Restozongehalts zudosiert wird, wobei der Restozongehalt so einge­ stellt wird, daß er beim anschließenden Filtrieren vollständig gezehrt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Restozongehalt vor der Filtration vorzugs­ weise kontinuierlich gemessen wird und daß das zu­ sätzliche Rohwasser nach Maßgabe der Abweichung des gemessenen Restozongehalts von einem vorzugsweise einstellbaren Sollwert dem mit Ozon beaufschlagten Rohwasserstrom zudosiert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Restozongehalt nach der Zudosierung des zu­ sätzlichen Rohwassers gemessen wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Restozongehalt indirekt durch kontinuierliche Messung des Ozongehalts in einem im Gegenstrom durch das Wasser oder über die Wasser­ oberfläche geführten Gas- oder Luftstrom gemessen wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der mit Ozon beaufschlagte Roh­ wasserstrom und das zudosierte Rohwasser vor der Messung des Restozongehalts vorzugsweise entlang einer statischen Mischstrecke durchmischt werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der mit Ozon beaufschlagte Roh­ wasserstrom nach Zumischung des Rohwassers zeitver­ zögert filtriert wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Überwachung der Ozonfrei­ heit das Redox-Potential des Reinwassers gemessen wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, da­ durch gekennzeichnet, daß die Ozonerzeugungsrate bei Unter- oder Überschreiten einer vorgegebenen Dosierrate des zudosierten Rohwassers und/oder beim Auftreten von Ozon im Reinwasser nachgeführt wird.

9. Vorrichtung zur Aufbereitung von Mineralwasser, in welcher ein Ozon-zehrende Schwermetallionen enthal­ tender Rohwasserstrom über einen Ozoninjektor (14) mit Ozon beaufschlagbar und anschließend unter Bil­ dung von Reinwasser in einem Partikelfilter fil­ trierbar ist, gekennzeichnet durch einen vor dem Ozoninjektor (14) vom Rohwasserstrom abgezweigten Bypass (20), der hinter dem Ozoninjektor (14) über ein nach Maßgabe eines vor dem Partikelfilter (18) einzustellenden Restozongehalts verstellbares Re­ gelventil (22) in den Rohwasserstrom mündet.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeich­ net, daß der Partikelfilter (18) als Kiesfilter oder Mehrschichtfilter ausgebildet ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, gekennzeich­ net durch ein in Strömungsrichtung vor dem Parti­ kelfilter (18) angeordnetes Meßgerät (26) zur Be­ stimmung des Restozongehalts.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeich­ net, daß das Regelventil (22) über einen vorzugs­ weise als PID-Regler ausgebildeten Regler (24) nach Maßgabe der Abweichung eines Meßsignals des Meßge­ räts (26) von einem einstellbaren Sollwert ver­ stellbar ist.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, ge­ kennzeichnet durch eine im Rohwasserstrom (12) zwi­ schen Regelventil (22) und Partikelfilter (18) an­ geordnete, vorzugsweise statische Mischstrecke (32).

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 13, ge­ kennzeichnet durch eine im Reinwasser hinter dem Filter (18) geordnete Redoxpotential-Sonde (44).

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 14, ge­ kennzeichnet durch ein im Rohwasserstrom (12) und/­ oder im Bypass (20) angeordnetes einstellbares Men­ genventil (34, 36).

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 15, ge­ kennzeichnet durch einen in dem mit Ozon beauf­ schlagten Rohwasserstrom (12) angeordneten Ausgase­ behälter (42) für Ozon.