DE4400604C1

DE4400604C1 - Desinfektion für das Produktwasser einer Umkehrosmoseanlage

Info

Publication number: DE4400604C1
Application number: DE19944400604
Authority: DE
Inventors: Ralf Dr Soecknick; Hansjoerg Schuler
Original assignee: Judo Wasseraufbereitung GmbH
Current assignee: Judo Wasseraufbereitung GmbH
Priority date: 1994-01-12
Filing date: 1994-01-12
Publication date: 1995-01-26
Anticipated expiration: 2014-01-13

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Kleinstosmoseanlage, die in einem Umkehrosmosemodul aus zu laufendem Rohwasser ca. 10-50 l/d Produktwasser in einem nahezu konstanten Produktwasserstrom herstellen kann.

Ein solches Verfahren ist bekannt aus der DE-OS 21 34 970. Das Verfahren wird beispielsweise auch bei dem Gerät JUDO- Desalinator verwendet, das aus der "JUDO-Preisliste 1993, Hauswassertechnik, Industriewassertechnik", Seite 3.10 be kannt ist.

Außer der genannten sind zahlreiche weitere Kleinstosmosean lagen - sogenannte Untertischgeräte - auf dem Markt erhält lich, die an einer Zapfstelle im Haushalt installiert werden und den Tagesbedarf an Trink- und Kochwasser (ca. 10-50 l pro Tag) der Bewohner des Haushalts bereiten.

Das zu behandelnde Nicht-Trinkwasser wird mit einem Feinst filter (Porenweite ca. 5 µm) gereinigt und mit Netzdruck oder mittels einer kleinen Druckerhöhungspumpe durch das Um kehrosmosemodul hindurchgeleitet. Beim Durchgang des Wassers durch die Umkehrosmosemembrane werden ein Großteil der im Wasser gelösten Salze sowie organische Stoffe und Keime von der Membrane zurückgehalten. Vor allem die zuletzt genannten Keime führen häufig zu Kritik an derartigen Anlagen, deren Nutzen für die Trinkwasserherstellung im übrigen im Bereich der Eigenwasserversorgung mit Brunnenwasser von häufig zu hohen Nitrat- und Pestizidkonzentrationen unstrittig ist.

Auf der Membrane abgeschiedene Keime können nämlich durch diese hindurchwachsen und das zunächst reine Produktwasser auf unkontrollierbare Weise kontaminieren. Dies ist insbe sondere deshalb relevant, da das Produktwasser aufgrund der geringen Herstellgeschwindigkeit von ca. 10-50 l/d gesam melt und gespeichert werden muß, um einen vernünftigen Ent nahmevolumenstrom z. B. beim Kochen zu ermöglichen. Es ent steht also zwangsläufig Stagnation und somit günstige Bedin gungen für eine nachfolgende Keimvermehrung.

Ein aufwendiges Verfahren zur Verhinderung dieser Keimver mehrung ist z. B. in DE 41 08 441 A1 offenbart, wo eine Kühlung des Umkehrosmosemoduls und des Produktwassers beschrieben wird.

Als Abhilfe wird bisher vorgeschlagen, das Produktwasser mit UV-Licht im Durchflußverfahren zu desinfizieren (s. "Mög lichkeiten der Sanierung von Einzeltrinkwasserversorgungsan lagen mit aufbereitungstechnischen Maßnahmen" im Auftrag des Ministeriums für Arbeit, Gesundheit und Soziales des Landes NRW durchgeführt vom IWW, Mühlheim an der Ruhr sowie DE 40 08 458 A1).

Die hierfür erforderliche UV-Anlage verteuert eine derartige Kleinstosmoseanlage jedoch um einen Faktor 2-3! Zusätzlich besteht die Gefahr, daß aus Nitrat, das die Membrane passie ren konnte (der Nitratschlupf liegt immerhin bei ca. 20 bis 40%), mittels des UV-Lichtes im Produktwasser das gefährli che Nitrit gebildet wird.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfah ren der eingangs genannten Art vorzustellen, bei dem auf technisch einfache und dennoch zuverlässige Weise das Pro duktwasser der Kleinstosmoseanlage kostengünstig und ohne gefährliche Nebenprodukte desinfiziert werden kann.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der nahezu konstante Produktwasserstrom auf ca. 70°C-90°C, erwärmt und anschließend wieder abgekühlt wird, wobei die Produktwassertemperatur so lange auf einem keimtötenden Ni veau gehalten wird, bis eine hinreichende Menge an Keimen im Produktwasser thermisch abgetötet ist.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren zur Produktwasserdesin fektion wird das genannte Problem auf ebenso einfache wie überraschende und preiswerte Weise gelöst:
Der bei Kleinstosmoseanlagen nahezu konstante Produktwasser volumenstrom im Bereich von ca. 1-4 l/h wird kontinuier lich, d. h. im Durchlauf auf eine keimtötende Temperatur im Bereich von ca. 70-90°C, erhitzt. Dies ist bei derartig kleinen Volumenströmen mit geringem technischem Aufwand und mit geringem Energie verbrauch ohne weiteres möglich. Da der Volumenstrom kon stant ist, d. h. entweder permanent anfällt oder diskontinu ierlich zwischen 0 und einem konstanten Wert geschaltet wird, kann auch die Heizleistung auf 0 oder einem konstanten Wert gehalten werden, wodurch ein Regelungsaufwand entfällt. Das Konstanthalten der Produktwassertemperatur kann mit Hilfe eines Thermoelements o. ä. bewirkt werden.

Die Abkühlung des Produktwassers geschieht in bevorzugter Weise mit Hilfe des Abwasserkonzentrates der Umkehrosmosean lage. Der Volumenstrom des Abwassers ist ca. 6 mal so groß wie der des Produktwassers. Der erforderliche Wärmetauscher kann hierbei nahezu drucklos betrieben werden.

Eine besonders bevorzugte Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens benutzt den Gesamtvolumenstrom vor dem Osmosemo dul, um das Produktwasser abzukühlen. Der Nachteil, daß der Wärmetauscher druckfest ausgeführt sein muß, wird von den Vorteilen, daß dieser Volumenstrom ca. 7 mal größer als der Produktwasserstrom ist und diesen somit besser abkühlen kann sowie durch den bei höheren Zulauftemperaturen verbesserten Wirkungsgrad der Umkehrosmosemembrane und die - wenn auch geringe - Energierückgewinnung in der Regel mehr als kompen siert.

Bei einer besonders einfachen Verfahrensvariante wird das Produktwasser mit elektrischem Strom erwärmt. Es sind aber auch andere Arten der Erwärmung denkbar, beispielsweise eine Gasbefeuerung nach Art eines Durchlauferhitzers oder eine Erwärmung des Produktwassers in geschwärzten Leitungsab schnitten mit Hilfe von Sonnenenergie.

Bevorzugt wird die Umkehrosmoseanlage permanent betrieben und die zur Erwärmung des Produktwassers erforderliche Heiz leistung ebenfalls im Dauerbetrieb erbracht, so daß ständig konstante Bedingungen herrschen.

Bei einer besonders bevorzugten Variante ist vorgesehen, daß die Heizleistung konstant ist und geringfügige Abweichungen im Produktvolumenstrom durch geringfügige Temperaturschwan kungen kompensiert werden, wobei die Ziel-Temperatur so ge wählt wird, daß sie bei Berücksichtigung aller in Frage kom menden Toleranzen und betriebsbedingten Schwankungen immer im keimtötenden Bereich bleibt.

Der erfindungsgemäße Betrieb der Umkehrosmoseanlage ist aber auch diskontinuierlich möglich, wobei dann gemäß einer be vorzugten Verfahrensvariante die Heizung synchron mit der Umkehrosmoseanlage ein- und ausgeschaltet wird, um eine Überhitzung der Heizvorrichtung in den Aus-Phasen zu vermei den.

In den Rahmen der Erfindung fällt auch eine Kleinstosmosean lage mit einem Umkehrosmosemodul, mit dem aus zulaufendem Rohwasser ca. 10-50 l/d Produktwasser hergestellt werden kann, mit einer Erwärmungsvorrichtung, die den Produktwas serstrom auf auf ca. 70°C-90°C , erwärmen kann, und ei nem in Fließrichtung des Produktwassers der Erwärmungsvor richtung nachgeschalteten Wärmetauscher zur Abkühlung des Produktwasserstromes, wobei zwischen der Erwärmungsvorrich tung und dem Wärmetauscher eine Leitung vorgesehen ist, de ren Volumen so groß dimensioniert ist, daß die Produktwas sertemperatur so lange auf einem keimtötenden Niveau gehal ten wird, bis eine hinreichende Menge an Keimen im Produkt wasser thermisch abgetötet ist.

Wie bereits oben erwähnt, kann das Produktwasser im Wärme austauscher mit dem Konzentratwasser aus dem Umkehrosmosemo dul gekühlt werden. Alternativ dazu und bevorzugt kann das Produktwasser im Wärmeaustauscher mit dem zum Umkehrosmose modul strömenden Rohwasser gekühlt werden.

Bei einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kleinstosmoseanlage kann das Produktwasser im Wärmeaustau scher mit der Umgebungsluft gekühlt werden. Diese Ausfüh rungsform ist technisch besonders einfach, jedoch ist die Kühlleistung entsprechend geringer als bei den anderen Aus führungsformen.

Vorzugsweise weist die Erwärmungsvorrichtung eine elektri sche Heizeinrichtung auf. Bei einer besonders einfachen Aus führungsform ist in der elektrischen Heizeinrichtung ein me tallischer Heizdraht vorgesehen, der direkt vom zu erwärmen den Produktwasser umströmt wird.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist als Ge häuse für den Wärmeaustauscher ein Standardfiltergehäuse vorgesehen, wie es z. B. auch für einen 5 µm-Feinfilter er forderlich ist. Damit ist der Wärmetauscher besonders preis günstig aus bereits vorhandenen Standardteilen herstellbar.

Bei einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kleinstosmo seanlage ist eine Schlauchleitung im Inneren des vom Rohwas ser bzw. Konzentratwasser durchströmten Wärmetauscherbehäl ters vorgesehen, durch die das Produktwasser fließt und hierbei abgekühlt wird.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung anhand der Zeichnung, die erfindungswesentliche Einzelheiten zeigt, und aus den Ansprüchen. Die einzelnen Merkmale können jeweils für sich oder zu mehreren in belie bigen Kombinationen bei Ausführungsformen der Erfindung ver wirklicht sein. Es zeigen:

Fig. 1 ein Funktionsschema einer Ausführungsform der er findungsgemäßen Vorrichtung mit Produktwasserküh lung durch konzentriertes Abwasser;

Fig. 2 ein Funktionsschema einer weiteren Ausführungsform mit Produktwasserkühlung durch zulaufendes Rohwas ser;

Fig. 3 einen schematischen Längsschnitt durch die Erwär mungsvorrichtung; und

Fig. 4 einen schematischen Längsschnitt mit Strömungssche ma eines Wärmetauschers unter Verwendung eines Standard-Filtergehäuses.

Beispiel 1

Fig. 1 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungs gemäßen Kleinstosmoseanlage. Über eine Zuleitung 1 gelangt Rohwasser in ein Umkehrosmosemodul 2. Das Produktwasser aus dem Umkehrosmosemodul 2 strömt über eine Leitung 3 in eine Erwärmungsvorrichtung 4, in der das Produktwasser von z. B. 10°C auf ca. 70-80°C erwärmt wird. Über eine weitere Leitung 5 fließt das erwärmte Produktwasser in einen Wärme tauscher 6, in dem es vom Konzentratwasser aus dem Umkehros mosemodul 2 auf ca. 16-18°C abgekühlt wird. Das desinfi zierte und abgekühlte Produktwasser fließt über eine Abfluß leitung 7 zum Verbraucher bzw. zu einem nicht dargestellten Speicherbehälter. Über eine Leitung 8 und ein Druckhalteven til 10 fließt das Konzentrat in den Wärmetauscher 6 und zum Kanal 9. Ein solches Druckhalteventil 10 ist aber nicht unbedingt erforderlich.

Beispiel 2

Fig. 2 zeigt eine besonders bevorzugte Ausführungsform. Über die Leitung 1 gelangt das Rohwasser in den Wärmetauscher 6 und wird durch das Produktwasser erwärmt. Dieses erwärmte Rohwasser strömt über eine Leitung 11 in das Umkehrosmosemo dul 2. Das Konzentrat verläßt das Modul 2 über die Leitung 8, das Druckhalteventil 10 und fließt in den Kanal 9. Das Produktwasser fließt über eine Leitung 12 zur Erwärmungsvor richtung 4, in der es von ca. 10°C auf ca. 70°C erwärmt wird und über die Leitung 5 im erwärmten Zustand zum Wärme tauscher 6. Hier wird ein Teil der in der Erwärmungsvorrich tung 4 zugeführten Energie zurückgewonnen. Das abgekühlte Produktwasser fließt über die Leitung 7 zum Verbraucher bzw. zum nicht dargestellten Speicherbehälter. Der Wärmetauscher 6 kann in Fließrichtung des Rohwassers sowohl vor als auch nach einem (in Fig. 2 nicht dargestellten) 5 µm-Feinfilter angeordnet sein.

Beispiel 3

Bevorzugt arbeitet die Erwärmungsvorrichtung 4 mit elektri schem Strom und besonders bevorzugt wird ein metallischer Heizdraht 14 direkt vom zu erwärmenden Produktwasser, das von einer Vorrichtungsgehäusewand 13 umschlossen ist, um strömt (Fig. 3).

Beispiel 4

Als Gehäuse für den Wärmetauscher wird insbesondere, wenn dieser druckfest sein muß, ein Standard-Filtergehäuse 15 verwendet, wie es z. B. auch für einen 5 µm-Feinfilter erfor derlich ist (Fig. 4). Das Produktwasser strömt durch eine Schlauchleitung 16 und wird von dem die Schlauchleitung 16 umströmenden Rohwasser bzw. Konzentratwasser abgekühlt.

Beispiel 5

Damit das Produktwasser lange genug auf der keimtötenden Temperatur gehalten werden kann, wird die Leitung 5 entspre chend großvolumig dimensioniert und gegebenenfalls zusätz lich isoliert.

Claims

1. Verfahren zum Betrieb einer Kleinstosmoseanlage, die in einem Umkehrosmosemodul aus zulaufendem Rohwasser ca. 10-50 l/d Produktwasser in einem nahezu konstan ten Produktwasserstrom herstellen kann, dadurch gekennzeichnet, daß der nahezu konstante Produktwasserstrom auf ca. 70°C- 90°C erwärmt und anschließend wieder abgekühlt wird, wobei die Produktwassertemperatur so lange auf einem keimtötenden Niveau gehalten wird, bis eine hin reichende Menge an Keimen im Produktwasser thermisch abgetötet ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erwärmte Produktwasser vom konzentrierten Abwasser aus der Kleinstosmoseanlage abgekühlt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erwärmte Produktwasser von dem dem Umkehrosmosemo dul (2) zulaufenden Rohwasser abgekühlt wird, wobei dieses gleichzeitig erwärmt wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß das Produktwasser mit elek trischem Strom erwärmt wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß die Kleinstosmoseanlage per manent betrieben wird und die zur Erwärmung des Pro duktwassers erforderliche Heizleistung ebenfalls im Dauerbetrieb erbracht wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß die Heizleistung konstant ist und geringfügige Abweichungen im Produktvolumen strom durch geringfügige Temperaturschwankungen kom pensiert werden, wobei die Ziel-Temperatur so gewählt wird, daß sie bei Berücksichtigung aller in Frage kom menden Toleranzen und betriebsbedingten Schwankungen immer im keimtötenden Bereich bleibt.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei diskontinuierlichem Betrieb der Kleinstosmoseanlage die Heizung synchron mit dem Umkehrosmosemodul (2) ein- und ausgeschaltet wird.

8. Kleinstosmoseanlage, mit einem Umkehrosmosemodul (2) mit dem aus zulaufendem Rohwasser ca. 10-50 l/d Pro duktwasser hergestellt werden kann, mit einer Erwär mungsvorrichtung (4), die den Produktwasserstrom auf ca. 70°C-90°C, erwärmen kann, und einem der Erwär mungsvorrichtung (4) in Fließrichtung des Produktwas sers nachgeschalteten Wärmetauscher (6) zur Abkühlung des Produktwasserstromes, wobei zwischen der Erwär mungsvorrichtung (4) und dem Wärmetauscher (6) eine Leitung (5) vorgesehen ist, deren Volumen so groß di mensioniert ist, daß die Produktwassertemperatur so lange auf einem keimtötenden Niveau gehalten wird, bis eine hinreichende Menge an Keimen im Produktwasser thermisch abgetötet ist.

9. Kleinstosmoseanlage nach Anspruch 8, dadurch gekenn zeichnet, daß der Produktwasserstrom im Wärmetauscher (6) mit dem zum Umkehrosmosemodul (2) strömenden Roh wasser gekühlt werden kann.

10. Kleinstosmoseanlage nach Anspruch 8, dadurch gekenn zeichnet, daß der Produktwasserstrom im Wärmetauscher (6) mit dem Konzentratabwasser aus dem Umkehrosmosemo dul (2) gekühlt werden kann.

11. Kleinstosmoseanlage nach Anspruch 9, dadurch gekenn zeichnet, daß der Produktwasserstrom im Wärmetauscher (6) mit der Umgebungsluft gekühlt werden kann.

12. Kleinstosmoseanlage nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Erwärmungsvorrichtung (4) eine elektrische Heizeinrichtung aufweist.

13. Kleinstosmosevorrichtung nach Anspruch 12, dadurch ge kennzeichnet, daß die elektrische Heizeinrichtung ei nen metallischen Heizdraht (14) aufweist, der direkt vom zu erwärmenden Produktwasser umströmt wird.

14. Kleinstosmoseanlage nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß als Gehäuse für den Wärme tauscher (6) ein Standardfiltergehäuse (15), wie es z. B. auch für einen 5 µm-Feinfilter erforderlich ist, vorgesehen ist.

15. Kleinstosmoseanlage nach einem der Ansprüche 8 bis 10 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schlauchlei tung (16) im Inneren des vom Rohwasser bzw. Konzen tratwasser durchströmten Wärmetauschers (6) vorgesehen ist, durch die das Produktwasser fließt und hierbei abgekühlt wird.