DE4430587A1 - Ultrasonic disinfectant treatment for e.g., drinking or bathing water - Google Patents
Ultrasonic disinfectant treatment for e.g., drinking or bathing waterInfo
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Abstract
Description
Das vorgeschlagene Verfahren gemäß dem Hauptanspruch der Erfindung sowie die vorge schlagene Vorrichtung sind anwendbar zur Keimreduzierung von Wasser sowie wäßrigen Lösungen, wie insbesondereThe proposed method according to the main claim of the invention and the pre proposed device are applicable to the microbial reduction of water and aqueous Solutions, in particular
- - Trinkwasser und den daraus hergestellten Lebensmitteln,- drinking water and the food produced from it,
- - Brauchwasser wie auch Badewasser sowie- Hot water as well as bath water as well
- - weitere wäßrige Lösungen,- further aqueous solutions,
bei denen ein verminderter Gehalt an Mikroorganismen erwünscht und bzw. oder vorgeschrieben ist.in which a reduced content of microorganisms desired and / or or is prescribed.
Die vorgeschlagene Vorrichtung kann dabei vollständig oder teilweise fest installiert sein bzw. vollständig oder teilweise als mobile Anlage errichtet werden.The proposed device can be completely or partially permanently installed or be built entirely or partially as a mobile system.
Die Wasseraufbereitung umfaßt Maßnahmen zur Herstellung eines Wassers von nutzungs gerechter Beschaffenheit, insbesondere aus Grund- oder Oberflächenwasser.The water treatment includes measures for producing a water of nutzungs fair condition, in particular from groundwater or surface water.
Entsprechend der Rohwasserbeschaffenheit sowie dem Verwendungszweck der Reinwässer sind zahlreiche physikalische und chemisch-physikalische Aufbereitungsverfahren entwickelt und in der Technik erprobt worden, so daß verschiedene Kombinationen innerhalb der einzelnen Stufen der Grob-, Fein- und Feinstreinigung unter Berücksichtigung des Korrosionsschutzes bei geringem technischen Aufwand, hoher ökonomischer Leistung und optimalem Reinigungseffekt gegeben sind.According to the raw water quality and the purpose of the pure water are numerous physical and chemical-physical treatment processes developed and tested in the art, so that various combinations within the individual stages of coarse, fine and ultrafine cleaning in consideration of the Corrosion protection with little technical effort, high economic performance and optimal cleaning effect are given.
Eine bedeutende Rolle kommt der Trinkwasseraufbereitung zu. Trinkwasser muß hygienisch unbedenklich, trübstofffrei und farblos sein, es soll frisch schmecken und keinen unangenehmen Geruch haben sowie im Kaltwassernetz nicht zu Abscheidungen führen.A significant role is played by drinking water treatment. Drinking water must hygienically harmless, free from trash and colorless, it should taste fresh and not have unpleasant odor and in the cold water network does not lead to deposits.
Gemäß Europäischer Norm soll Trinkwasser bei Abgabe an den Verbraucher folgende mikrobiologischen Parameter aufweisen:According to the European standard, drinking water when dispensed to the consumer is the following have microbiological parameters:
In Anlehnung hieran sind nationale Forderungen wie folgt definiert:Based on this, national requirements are defined as follows:
Weitere Parameter sind analog gefordert.Further parameters are required analogously.
Desinfiziertes Trinkwasser muß nach erfolgter Aufbereitung folgenden Wert erfüllen:Disinfected drinking water must fulfill the following value after processing:
Der Reinwasser-Zulauf für Schwimm- und Badebecken aller Art (einschließlich Meerwasser-, Mineralwasser-, Heilwasser-, Thermalwasserbäder) soll folgende mikrobiologische Qualität aufweisen:The pure water inlet for swimming pools and bathing pools of all kinds (including seawater, Mineral water, medicinal water, thermal water baths) should have the following microbiological quality respectively:
Der Keimreduzierung dienen zahlreiche mechanische Systeme wie z. B. Kerzen-, Kiesbett-, Schichten-, Membran-, Aktivkohlefilter etc. Diese haben den Vorzug, daß sie ohne jegliche chemische Zusätze auskommen. Dabei kommt es jedoch nicht zu einer Abtötung, sondern nur zu einer Abtrennung bzw. Rückhaltung von Mikroorganismen. Bei längeren Standzeiten sowie beispielsweise bei einer hohen Ausgangskeimbelastung können derartige Filtersysteme (Kiesbettfilter, Ionenaustauscher, Aktivkohlefilter u. a.) sogar zu einer erhöhten Keimabgabe führen. Daher geben sie keine Gewährleistung für eine ausreichende mikrobiologische Qualität des in diesen Anlagen aufbereiteten Wassers.The germ reduction serve numerous mechanical systems such. Candle, gravel bed, Layered, membrane, activated carbon filter etc. These have the advantage that they without any get on with chemical additives. However, it does not kill, but only to a separation or retention of microorganisms. For longer lifetimes as well For example, at a high output bacterial load such filter systems (Gravel bed filter, ion exchanger, activated carbon filter, etc.) even to an increased germ release to lead. Therefore they do not guarantee a sufficient microbiological quality of the treated water in these plants.
Zur Desinfektion des Wassers sind daher nur die nachfolgend genannten Verfahren wie Chlorung, Chlordioxid-Behandlung, UV-Entkeimung, Ozon-Behandlung sowie kombinierte Verfahren geeignet.For disinfecting the water, therefore, only the following methods are as Chlorination, chlorine dioxide treatment, UV sterilization, ozone treatment as well Combined method suitable.
Chlor wird zur Desinfektion von Wasser seit über 50 Jahren erfolgreich eingesetzt. Seine Wirkung beruht darauf, daß es ein starkes Oxidations- bzw. Desinfektionsmittel ist.Chlorine has been successfully used to disinfect water for over 50 years. His Effect is based on the fact that it is a strong oxidizing or disinfecting agent.
Chlorgas ist das einfachste und am häufigsten eingesetzte Mittel zur Aufbereitung im Trink- und Badewasserbereich.Chlorine gas is the simplest and most commonly used preparation for drinking and bathing water area.
Beim Prinzip der indirekten Chlorung wird das Chlorgas in einem Injektor intensiv mit Wasser vermischt und gelöst und bildet hierbei eine hochkonzentrierte Cl₂-Lösung, die dann dem zu behandelnden Wasser zugesetzt wird.In the principle of indirect chlorination, the chlorine gas is intensively involved in an injector Water is mixed and dissolved, forming a highly concentrated Cl₂ solution, which then is added to the water to be treated.
Im Gegensatz hierzu wird gelegentlich auch noch die allerdings nicht mehr dem Stand der Technik entsprechende direkte Chlorung angewendet, wobei Chlor direkt in Gasform und unter Druck dem zu behandelnden Wasser zugesetzt wird. Hierbei besteht jedoch die Gefahr, daß bei einer Havarie sofort Chlorgas in die Anlagenräume ausströmt und somit eine Gefahr für das Bedienpersonal darstellt.In contrast, however, occasionally even that is no longer the state of Technique appropriate direct chlorination applied, with chlorine directly in gaseous form and is added under pressure to the water to be treated. However, there is a risk that in case of an accident immediately chlorine gas flows into the plant rooms and thus a danger represents for the operating personnel.
Bei der Chlorung sind allerdings Reaktionszeiten bis zu 20 min erforderlich. However, chlorination requires reaction times of up to 20 minutes.
Die Chlorung hat den Vorteil einer relativ langen Depotwirkung, wenn das Wasser nicht zu stark mit organischen Substanzen verunreinigt ist.The chlorination has the advantage of a relatively long depot effect, if the water is not too is heavily contaminated with organic substances.
Die Anwendung der Chlorierung ist dann nicht zu empfehlen, wenn das Wasser Phenole enthält, da die gebildeten Reaktionsprodukte (Chlorphenole) einen Geschmacksschwellenwert von 0,001 mg/l haben, und somit das Wasser als Trinkwasser ungeeignet ist. Hier erweist sich eine anschließende Aktivkohlefiltration als notwendig.The application of chlorination is not recommended if the water is phenols contains since the reaction products formed (chlorophenols) a taste threshold of 0.001 mg / l, and thus the water is unsuitable as drinking water. Here it turns out a subsequent activated carbon filtration as necessary.
Zur Chlorung von Trinkwasser sind folgende Zusatzstoffe zugelassen: Chlor, Natrium-, Calcium-, Magnesiumhypochrorit, Chlorkalk mit einer maxinial zulässigen Zugabe von 1,2 mg/l, berechnet als freies Chlor. Dabei darf die Konzentration der Zusatzstoffe nach Aufbereitung nicht mehr als 0,3 mg/l betragen.For the chlorination of drinking water the following additives are permitted: chlorine, sodium, Calcium, magnesium hypochrorite, chlorinated lime with a maximum permissible addition of 1.2 mg / l, calculated as free chlorine. At the same time, the concentration of the additives may decrease Preparation should not exceed 0.3 mg / l.
Bei der Wasseraufbereitung mittels Chlorung können gesundheitlich bedenkliche Trihalogen methane, sogenannte Haloforme (Summe von Chloroform, Monobromdichlormethan, Dibrommonochlormethan, Bromoform) entstehen, wenn das Rohwasser einen entsprechend hohen Gehalt an organischen Substanzen (z. B. Huminstoffe) aufweist.In the treatment of water by means of chlorination, health-threatening Trihalogen methanes, so-called haloforms (sum of chloroform, monobromodichloromethane, Dibromonochloromethane, bromoform) arise when the raw water a corresponding high content of organic substances (eg humic substances).
Nach Aufbereitung des Wassers ist daher ein Grenzwert dieser Reaktionsprodukte von 0,01 mg/l, berechnet als Trihalogenmethane, vorgeschrieben.After treatment of the water is therefore a limit of these reaction products of 0.01 mg / l, calculated as trihalomethanes, prescribed.
Der Einsatz von Chlordioxid gewinnt bei der Wasserentkeimung immer mehr an Bedeutung. Dieses Verfahren ist zwar in der Handhabung etwas aufwendiger, bringt aber keine Probleme bezüglich Chlorphenolbildung, wie bei der zuvor genannten Chlorung.The use of chlorine dioxide is becoming increasingly important in water disinfection. Although this procedure is somewhat more complicated to use, it does not cause any problems concerning chlorophenol formation, as in the aforementioned chlorination.
Chlordioxid kann jedoch nicht als Gas gelagert oder transportiert werden. Chlordioxid muß vor Ort hergestellt bzw. in eine wäßrige Lösung gebracht werden.However, chlorine dioxide can not be stored or transported as a gas. Chlorine dioxide must produced locally or brought into an aqueous solution.
Beim Chlorit-Salzsäure-Verfahren sind die Ausgangsprodukte eine Natriumchloritlösung und Salzsäure. Die Komponenten müssen vor der Reaktion verdünnt werden. Es entstehen Chlordioxid und Natriumchlorid. Diese Stammlösung wird weiterhin zur Gebrauchslösung von etwa 2 g/l ClO₂ verdünnt und gelangt zunächst in einen Vorratsbehälter, von dem aus zudosiert wird. Beim Chlorit-Chlor-Verfahren sind die Ausgangsprodukte eine Natriumchloritlösung und eine stark saure Chlorlösung. Hierbei entstehen ebenfalls Chlordioxid und Natriumchlorid.In the chlorite-hydrochloric acid process, the starting materials are a sodium chlorite solution and hydrochloric acid. The components must be diluted before the reaction. It arises Chlorine dioxide and sodium chloride. This stock solution will continue to be used as a working solution about 2 g / l ClO₂ diluted and first passes into a reservoir from which dosed becomes. In the chlorite-chlorine process, the starting materials are a sodium chlorite solution and a strongly acidic chlorine solution. This also produces chlorine dioxide and sodium chloride.
Beim Betrieb von Chlordioxid-Anlagen muß beachtet werden, daß das eingesetzte Natriumchlorit möglichst vollständig zu Chlordioxid umgesetzt wird. Weiterhin ist darauf zu achten, daß die Einsatzmenge von Chlor auf ein Minimum beschränkt wird.When operating chlorine dioxide systems, it must be ensured that the system used Sodium chlorite is converted as completely as possible to chlorine dioxide. Furthermore, it is to Make sure that the amount of chlorine used is kept to a minimum.
Bei der Chlordioxid-Behandlung von Trinkwasser ist Chlordioxid mit einer maximal zulässigen Zugabe von 0,4 mg/l, berechnet als ClOHh, zugelassen.When chlorine dioxide treatment of drinking water is chlorine dioxide with a maximum allowable Addition of 0.4 mg / l, calculated as ClOHh, allowed.
Bei der Wasseraufbereitung mittels Chlordioxid-Behandlung kann gesundheitlich bedenkliches Chlorit (ClO₂) entstehen, wenn das Rohwasser einen entsprechend hohen Gehalt an organischen Substanzen aufweist. Im Vergleich zur Chlorung entstehen jedoch bei der Verwendung von Chlordioxid erheblich kleinere Mengen an organischen Halogenverbindungen.In the treatment of water by means of chlorine dioxide treatment can be harmful to health Chlorite (ClO₂) arise when the raw water to a correspondingly high content having organic substances. Compared to the chlorination, however, arise in the Use of chlorine dioxide significantly smaller amounts of organic Halogen compounds.
Nach Aufbereitung des Wassers ist daher ein Grenzwert dieses Reaktionsproduktes von 0,2 mg/l, berechnet als Chlorit (ClO₂) vorgeschrieben. After treatment of the water is therefore a limit of this reaction product of 0.2 mg / l, calculated as chlorite (ClO₂) prescribed.
Ein weiteres Verfahren zur Desinfektion ist die Ozon-Behandlung. Ozon ist das stärkste Oxidationsmittel, das für die Desinfektion von Wasser zur Verfügung steht. Ozon tötet Mikroorganismen wesentlich schneller ab als Chlor und besitzt ein wesentlich breiteres Wirkungsspektrum.Another method of disinfection is the ozone treatment. Ozone is the strongest Oxidizing agent, which is available for the disinfection of water. Ozone kills Microorganisms much faster than chlorine and has a much wider Spectrum.
Allerdings wirkt Ozon nur während der Zerfallszeit. In der Regel beträgt die Kontaktzeit im Reaktionsbehälter (zumeist als schlangenförmiges Rohrsystem konstruiert) 5 bis 10 min. Eine Depotwirkung wie bei Chlor ist daher nicht gegeben.However, ozone only works during the disintegration time. As a rule, the contact time is in the Reaction vessel (mostly designed as a serpentine tube system) 5 to 10 min. A Depot effect as in chlorine is therefore not given.
Im Schwimmbadbereich wird hin und wieder auch eine Desinfektion mit Ozon durchgeführt. Die gesetzlichen Bestimmungen schreiben jedoch auch in diesem Fall ein Mindestgehalt an freiem Restchlor im aufbereiteten Wasser vor. Daher ist auch bei der Badewasser-Desinfektion mit Ozon ein vollständiger Verzicht auf Chlor nicht möglich.Occasionally disinfection with ozone is also carried out in the swimming pool area. However, the statutory provisions also specify a minimum salary in this case free residual chlorine in the treated water. Therefore, also in the bath water disinfection with ozone a complete renouncement of chlorine not possible.
Neben der entkeimenden Eigenschaft bewirkt Ozon auch eine Entfärbung des Wassers und eine Oxidation organischer Verunreinigungen. Eine derartige Ozonzehrung ist bei der Dosierung zu berücksichtigen (Ozonüberschuß).In addition to the degerming property, ozone also causes discoloration of the water and an oxidation of organic contaminants. Such an ear of the ocean is in the Dosage to take into account (ozone excess).
Zur Desinfektion von Trinkwasser ist Ozon mit einer maximalen Zugabe von 10 mg/l, berechnet als O₃, gestattet. Dabei darf die Konzentration dieses Zusatzstoffes nach Aufbereitung nicht mehr als 0,05 mg/l betragen.For the disinfection of drinking water is ozone with a maximum addition of 10 mg / l, calculated as O₃ allowed. The concentration of this additive may decrease Preparation should not exceed 0.05 mg / l.
Wenn das Rohwasser einen entsprechend hohen Gehalt an organischen Substanzen (oder auch Chlor) enthält, können bei der Ozon-Behandlung ebenfalls gesundheitlich bedenkliche Trihalogenmethane entstehen.If the raw water a correspondingly high content of organic substances (or Chlorine) may also be harmful to health during ozone treatment Trihalomethanes arise.
Nach Aufbereitung des Wassers ist daher ein Grenzwert dieser Reaktionsprodukte von 0,01 mg/l, berechnet als Trihalogenmethane, vorgeschrieben.After treatment of the water is therefore a limit of these reaction products of 0.01 mg / l, calculated as trihalomethanes, prescribed.
Außer den zuvor genannten Verfahren kann eine Desinfektion von Wasser auch durch eine UV-Bestrahlung erreicht werden.In addition to the aforementioned methods, a disinfection of water by a UV irradiation can be achieved.
Die Vorteile einer UV-Bestrahlung liegen darin, daß keine chemischen Zusätze notwendig sind. Im Vergleich zu anderen Verfahren wie Chlorung oder Ozon-Behandlung treten keine unerwünschten Nebenreaktionen im Wasser auf. Reinwasser wird in seiner chemischen Zusammensetzung nicht verändert und ist geschmacks- und geruchsneutral.The advantages of UV irradiation are that no chemical additives are necessary are. There are none compared to other methods like chlorination or ozone treatment unwanted side reactions in the water. Pure water becomes in its chemical Composition unchanged and tasteless and odorless.
Die Abtötung von Mikroorganismen beruht auf der Absorption der UV-Energie durch die DNS bzw. RNS der Mikroorganismen im Bereich einer Wellenlänge von ca. 260 nm.The killing of microorganisms is due to the absorption of UV energy by the DNA or RNA of the microorganisms in the range of a wavelength of about 260 nm.
Zur Erzeugung der UV-Strahlen kommen hauptsächlich Quecksilberdampf-Lampen in Frage. Moderne Hochleistungsstrahler, vorwiegend Niederdruck-Quecksilberdampf-Lampen, setzen etwa 35% der aufgewendeten Leistung in Strahlung der Wellenlänge von 254 nm um, d. h. ganz in der Nähe des maximalen Wirkungsbereiches.For the generation of UV rays are mainly mercury vapor lamps in question. Modern high-power radiators, mainly low-pressure mercury vapor lamps, set about 35% of the power consumed in radiation of wavelength 254 nm um, d. H. very close to the maximum effective range.
Eine Aufbereitung von Trinkwasser mit Hilfe der UV-Bestrahlung ist zulässig. UV-bestrahltes Trinkwasser ist jedoch als desinfiziertes Wasser anzusehen, somit unterliegt es höheren mikrobiologischen Anforderungen, wie z. B. einer geforderten maximalen Keimzahl von 20/ml.A treatment of drinking water by means of UV irradiation is permitted. UV-irradiated Drinking water is to be regarded as disinfected water, thus it is subject to higher microbiological requirements, such. B. a required maximum bacterial count of 20 / ml.
Über die Anforderung an Trinkwasser hinaus wird u. a. in der Getränkeindustrie an die mikrobiologische Beschaffenheit des Wassers bzw. der Produkte die Abwesenheit von Bier- oder getränkeschädlichen Bakterien sowie Hefen gefordert. Hier ist eine UV-Bestrahlung zu empfehlen, jedoch mit einer noch höheren Bestrahlungsdosis als für die Desinfektion von Trinkwasser. In addition to the requirement for drinking water u. a. in the beverage industry to the microbial nature of the water or of the products, the absence of beer or drink-harmful bacteria and yeasts. Here is a UV irradiation too but with an even higher dose than for disinfecting Drinking water.
Sichergestellt muß bei den Systemen der UV-Behandlung, daß das Rohwasser farblos, eisen- und manganarm sowie partikelfrei ist. Bei Vorhandensein von Trubstoffen oder organischen Substanzen besteht die Gefahr, daß die Leistung der Anlage entsprechend herabgesetzt wird. Demzufolge ist eine entsprechende Vorbehandlung (Enteisenung, Entmanganisierung, Filterung) notwendig.It must be ensured in the UV treatment systems that the raw water is colorless, iron-free. and low manganese and particle free. In the presence of trub or organic Substances there is a risk that the performance of the system is reduced accordingly. Accordingly, a corresponding pre-treatment (iron removal, demanganization, Filtering) necessary.
Die nutzbare Lebensdauer der UV-Strahler beträgt etwa 1 Jahr. Nach dieser Zeit vermindert sich der Strahlungsfluß so stark, daß eine ausreichende Desinfektionswirkung nicht mehr gewährleistet ist.The useful life of the UV lamps is about 1 year. Diminished after this time the radiation flux is so strong that a sufficient disinfecting effect is no longer possible is guaranteed.
Ein weiterer Nachteil der UV-Bestrahlung besteht darin, daß keine Kontrolle der Desinfektionswirkung vor Ort möglich ist, wie z. B. bei der Chlorung durch Restchlor bestimmung. Der Wirkungsgrad kann also nur indirekt über mikrobiologische Untersuchungen von Wasserproben erfolgen. Weiterhin ist ein Schutz vor Wiederverkeimung im Rohrnetz nicht gegeben, d. h. geschädigte Mikroorganismen können durch Licht wieder reaktiviert werden.Another disadvantage of UV irradiation is that no control of the Disinfecting effect is possible on site, such. B. in the chlorination by residual chlorine determination. The efficiency can therefore only indirectly via microbiological examinations of water samples. Furthermore, a protection against recontamination in the pipe network is not given, d. H. Damaged microorganisms can be reactivated by light.
Die Anwendung der UV-Bestrahlung ist auch der jüngeren Patentliteratur zu entnehmen, wie z. B. UV-Behandlung von Reinwasser nach Umkehr-Osmose (DE 40 08 458 A1), UV- Behandlung in Verbindung mit Aktivkohlefiltration (DE 38 28 026 A1) sowie UV- Behandlung, integriert in Trinkwasseraufbereitung für Haushalts-Wasserstellen (DE 40 28 529 A1).The application of UV radiation can also be found in the more recent patent literature, such as z. B. UV treatment of pure water after reverse osmosis (DE 40 08 458 A1), UV Treatment in conjunction with activated carbon filtration (DE 38 28 026 A1) and UV Treatment, integrated in drinking water treatment for household water points (DE 40 28 529 A1).
Ein bislang zulässiger Einsatz von Ammoniak und Ammoniumsalzen zur Desinfektion von Wasser ist nicht mehr erlaubt. Das Chloramin-Verfahren ist also unzulässig.A previously admissible use of ammonia and ammonium salts for the disinfection of Water is no longer allowed. The chloramine process is therefore inadmissible.
Die Verwendung von Silber und Silberverbindungen ist für den systematischen Einsatz zur Aufbereitung von Trinkwasser nicht mehr zugelassen, sondern nur in Ausnahmefällen (Konservierung).The use of silver and silver compounds is for systematic use to Treatment of drinking water is no longer allowed, but only in exceptional cases (Preservative).
Weitere Desinfektionsmittel sind lediglich in Form von Desinfektionstabletten anwendbar, vorgesehen für Katastrophenfälle.Other disinfectants are only applicable in the form of disinfectant tablets, intended for disaster situations.
Die zum Stand der Technik dargestellten Verfahren der Keimreduzierung sowie Desinfektion beinhalten folgende Nachteile:The prior art methods of germ reduction and disinfection include the following disadvantages:
- - Begrenzte Keimrückhaltung bei mechanischen Systemen- Limited germ retention in mechanical systems
- - Erhöhte Keimabgabe bei einigen Filtersystemen- Increased germination in some filter systems
- - Bildung von Trihalogenmethanen bei Chlor- und Ozon-Behandlung- Formation of trihalomethanes in chlorine and ozone treatment
- - Bildung von Chlorphenolen bei Chlorierung- Formation of chlorophenols in chlorination
- - Oxidation bei Ozon-Behandlung- Oxidation during ozone treatment
- - Hoher Energieaufwand bei UV-Bestrahlung.- High energy expenditure with UV irradiation.
Die moderne Gesetzgebung hat daraus entscheidende Konsequenzen für die Aufbereitung von Wasser, insbesondere durch die Einführung sehr niedriger Grenzwerte für Trihalogenmethane abgeleitet.Modern legislation has decisive consequences for the processing of Water, in particular by introducing very low limits for trihalomethanes derived.
Das Ziel der Erfindung besteht darin, daß erfindungsgemäß ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Anwendung gelangen, die bei Trinkwasser und den daraus hergestellten Lebensmitteln, Brauchwasser wie insbesondere Badewasser sowie wäßrigen Lösungen eine völlige bzw. partielle Reduzierung des Gehaltes an Mikroorganismen bewirkt.The aim of the invention is that according to the invention a method and a Device come into application in drinking water and the produced therefrom Food, industrial water, in particular bathing water and aqueous solutions complete or partial reduction of the content of microorganisms causes.
Die dabei erfindungsgemäß zur Anwendung gelangte Verfahrensweise, die zur Anwendung ge langte Vorrichtung besteht zentral aus einer Ultraschall-Beauflagung des Rohwassers.The method according to the invention has been used for the procedure ge The longest device consists of an ultrasound application of the raw water.
Das Wesen der Erfindung besteht darin, daß das zu behandelnde Wasser (Rohwasser) mit Ultraschall derart beauflagt wird, daß es zu einer (vollständigen oder partiellen) Reduzierung des Gehaltes an lebenden Mikroorganismen kommt.The essence of the invention is that the water to be treated (raw water) with Ultrasound is charged such that it leads to a (complete or partial) reduction the content of living microorganisms comes.
Eine Verwendung von Ultraschall in der Medizin, zur Desintegration von Zellen sowie für weitere, insbesondere industrielle Anwendungszwecke , wie z. B.A use of ultrasound in medicine, for the disintegration of cells and for other, especially industrial applications, such. B.
- - Ultraschallreinigung,- ultrasonic cleaning,
- - Entgasung von Flüssigkeiten,- degassing of liquids,
- - Extraktion von Zellinhaltsstoffen,- extraction of cell contents,
- - Bildung von Emulsionen,- formation of emulsions,
- - Zerstäubung von Flüssigkeiten,- atomization of liquids,
- - Beschallung von Metallen,- sonication of metals,
- - mechanische Schaumzerstörung u. a.- Mechanical foam destruction u. a.
ist in der Literatur beschrieben.is described in the literature.
Eine spezifische Anwendung für die mikrobiologische Aufbereitung von Trink- und Brauchwasser ist jedoch bislang nicht bekannt.A specific application for the microbiological preparation of drinking and However, service water is not yet known.
Die mit der Ultraschallwirkung verbundenen Effekte sind vielfältiger Natur und haben ihre Ursache in der Komplexität der Schallausbreitung und Wechselwirkung mit dem Medium. Man unterscheidet Primär- und Sekundäreffekte von Ultraschallwirkungen.The effects associated with the ultrasound effect are manifold and have their own Cause in the complexity of sound propagation and interaction with the medium. A distinction is made between primary and secondary effects of ultrasonic effects.
Aus physikalischer Sicht ist die Primärwirkung der Wechseldruck sowie der Strahlungsdruck. Die weiteren Sekundäreffekte treten als Wirkungskomponenten davon aus.From a physical point of view, the primary effect is the alternating pressure and the radiation pressure. The other secondary effects emerge as the effect components thereof.
Zu den Sekundärwirkungen zählenAmong the secondary effects count
- - Kavitation- cavitation
- - Grenzflächenreibung- boundary friction
- - Absorption- absorption
- - Wärmeeffekte u. a.- Heat effects u. a.
In biologischen Medien werden als Folge physikalischer und chemischer Wirkungen der Kavitation irreversible Veränderungen festgestellt, die zur Zerstörung biologischer Strukturen führen können. Die Freisetzung von intracellulärem Protein der vorhandenen Mikroorganismen ist dabei direkt proportional der eingetragenen Schalleistung. In biological media, as a result of physical and chemical effects of Cavitation detected irreversible changes leading to the destruction of biological structures being able to lead. The release of intracellular protein of the existing microorganisms is directly proportional to the registered sound power.
Die mittels piezoelektrischer Wandler erzeugbaren mechanischen Schwingungsenergien liegen im Frequenzbereich von 20 kHz bis 1 MHz. Die an das Medium abgegebene Ultraschall intensität ist dabei proportional zur elektrischen Anregungsleistung und zur Schallimpedanz des Mediums.The generated by means of piezoelectric transducer mechanical vibration energies are in the frequency range from 20 kHz to 1 MHz. The ultrasound emitted to the medium intensity is proportional to the electrical excitation power and the acoustic impedance of the medium.
Die eingesetzten Ultraschalleistungen liegen zwischen 10 W und einigen kW.The ultrasonic power used is between 10 W and several kW.
Die Ultraschalleistung wird (mit Amplitudentransformation) über eine Sonotrode in das Medium eingebracht.The ultrasonic power is (with amplitude transformation) via a sonotrode in the Medium introduced.
Bei der vorgeschlagenen Art der Wasseraufbereitung wird das Wasser (Rohwasser) entsprechend seiner Beschaffenheit und seines Verwendungszwecks vorbehandelt. Die Vorbehandlung erfolgt mit Hilfe von bekannten physikalischen und oder chemischen Aufbereitungsverfahren.In the proposed type of water treatment, the water (raw water) pretreated according to its nature and intended use. The Pretreatment is done with the help of known physical and or chemical Treatment processes.
Weiterhin erfolgt zwecks Erhöhung der Effektivität der nachfolgenden Behandlungsschritte erfindungsgemäß eine Partikelfiltration, sofern sich diese als notwendig erweist.Furthermore, in order to increase the effectiveness of the subsequent treatment steps According to the invention, a particle filtration, if this proves necessary.
Das Wasser wird dann einem Ultraschallmodul zugeleitet, worin es erfindungsgemäß mit Ultraschall beauflagt wird. Das Ultraschallmodul wird vorzugsweise in Form einer Durchflußzelle konstruiert und wahlweise mit einer Kühlvorrichtung ausgestattet. Im Ultraschallmodul erfolgt erfindungsgemäß eine Behandlung des Wassers mit Ultraschall über eine sogenannte Sonotrode. Dabei kommen hochleistungsfahige Sonotroden zum Einsatz, deren Schallenergie bzw. Amplitude von einem Generator gesteuert wird. Die Schalleistung pro Volumeneinheit Wasser ist von Frequenz, Anregungsleistung und Sonotrodendurchmesser sowie Durchflußmenge des Wassers abhängig. Die einzutragende Schalleistung wird erfindungsgemäß so gewählt, daß es bei minimaler Leistung zu einer maximal gewünschten Keimreduzierung kommt, je nach Ausgangskeimbelastung. Als Energieanschluß des Generators ist eine übliche Wechselspannung möglich. Für mobile Aufbereitungsanlagen sind auch weitere Energieträger (wie z. B. Solarenergie) möglich, wobei die elektrische Energie vor Ort erzeugt werden kann.The water is then fed to an ultrasound module, wherein according to the invention with Ultrasound is charged. The ultrasound module is preferably in the form of a Flow cell designed and optionally equipped with a cooling device. in the Ultrasonic module according to the invention is a treatment of the water with ultrasound a so-called sonotrode. High-performance sonotrodes are used whose sound energy or amplitude is controlled by a generator. The sound power per unit volume of water is of frequency, excitation power and sonotrode diameter and flow rate of the water dependent. The recorded sound power is According to the invention chosen so that it is at maximum power to a maximum desired Germ reduction occurs, depending on the initial bacterial load. As an energy connection of the Generator is a common AC voltage possible. For mobile treatment plants are Also, other energy sources (such as solar energy) possible, with the electrical energy before Place can be generated.
Eine Kühlung erfolgt dann, wenn es in Abhängigkeit des Energieeintrags zu einer Erwärmung des Wassers kommt. Eine Kühlung kann auch in einem gesonderten, dem Ultraschallmodul nachgeschalteten Behälter erfolgen.Cooling takes place when it heats up depending on the energy input the water comes. Cooling can also be done in a separate, the ultrasonic module downstream container done.
Das Ultraschallmodul kann erfindungsgemäß aus mehreren parallel oder in Reihe geschalteten Einzelmodulen bestehen.The ultrasound module can according to the invention of several parallel or series connected Single modules exist.
Die Wasseraufbereitung mit Hilfe von Ultraschall wird erfindungsgemäß kontinuierlich oder diskontionierlich betrieben.The water treatment by means of ultrasound is inventively continuous or operated discontinuously.
Die Sonotrode ist im Modul fest integriert oder auch beweglich installiert. Hier bietet sich aufgrund des Materialverschleißes eine leicht durchführbare Auswechselbarkeit an.The sonotrode is permanently integrated in the module or also movably installed. Here offers itself due to the material wear on an easy to carry out interchangeability.
Im Anschluß an die Ultraschallbeauflagung des Wassers erfolgt erfindungsgemäß je nach Wasserbeschaffenheit und Intensität der Behandlung mit Ultraschall eine Entgasung. Vorzugsweise ist ein Entgasungsbehälter nachgeschaltet, der es erlaubt, freigesetzte Gase aus dem Wasser-Gas-Gemisch zu entfernen. Eine Entgasungsvorrichtung kann dabei auch mit dem Ultraschallmodul kombiniert werden. Sollte die nachgeschaltete Entgasungsvorrichtung zu einer Druckverminderung beitragen, kann anschließend eine Druckerhöhung zur beschleunigten Weiterbeförderung des auf bereiteten Wassers erfolgen. Ein Sammelbehälter kann zwischengeschaltet werden. Entgasungsvorrichtung und Sammelbehälter können auch miteinander in einem Behälter kombiniert werden.Following the Ultraschallbeauflagung the water is according to the invention depending on Water quality and intensity of treatment with ultrasound a degassing. Preferably, a degassing tank downstream, which allows released gases from to remove the water-gas mixture. A degassing device can also with the Ultrasonic module can be combined. Should the downstream degassing to A pressure increase can contribute to the pressure reduction accelerated onward transport prepared water done. A collection container can be interposed. Degassing device and collecting container can also be together in a container be combined.
Sollte es während der Ultraschallbehandlung des Wassers infolge der Behälter- und oder Wasserbeschaffenheit (z. B. bei ungenügender Vorfiltration) eine Partikelabscheidung auftreten, wird erfindungsgemäß ein Feinfilter nachgeschaltet. Dieser Feinfilter trennt auch abgetötete Zellbestandteile vom aufbereiteten Wasser.Should it be during the ultrasonic treatment of the water due to the container and or Water quality (eg in the case of insufficient prefiltration) a particle separation occurs, According to the invention, a fine filter is connected downstream. This fine filter also separates killed Cell components from recycled water.
Die vorgeschlagene Vorrichtung zur Wasseraufbereitung ist erfindungsgemäß entweder zum Teil oder vollständig als mobile Anlage ausgelegt.The proposed device for water treatment according to the invention either Part or completely designed as a mobile system.
Die Vorrichtungen/Behälter nach dem Ultraschallmodul sollten so beschaffen sein oder behandelt werden, daß eine Rekontamination mit Mikroorganismen verhindert oder zumindestens eingeschränkt wird.The devices / containers after the ultrasound module should be such or be treated that prevents recontamination with microorganisms or is at least limited.
Die Erfindung ist nachstehend anhand einer Zeichnung beispielsweise erläutert. Diese zeigt in einem vereinfachten Verfahrensfließbild ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung (Fig. 1).The invention is explained below with reference to a drawing, for example. This shows in a simplified process flow diagram an embodiment of the method according to the invention and of the device according to the invention ( FIG. 1).
Erfindungsgemäß wird das aufzubereitende Wasser (Rohwasser) in einem Vorbehandlungssystem (1), welches aus einem oder mehreren physikalischen und oder chemischen Wasseraufbereitungsverfahren besteht, vorbehandelt, um für die folgenden Prozeßabläufe in einer physikalisch sowie chemisch ausreichenden Qualität eingesetzt werden zu können. Anschließend oder bei Nichtvorhandensein des Vorbehandlungssystems (1) erfolgt eine Partikelfiltration (2), beispielsweise in Form eines (z. B. rückspülbaren) Feinfilters. Hiernach wird das Wasser dem Ultraschallmodul (3) zugeleitet. In diesem wird das Wasser durch eine Ultraschall erzeugende Sonde (4) mit Ultraschall beauflagt. Derartiges Gerät bzw. dessen Eintragsenergie wird von einem Generator (5) gesteuert. Das Ultraschallmodul (3) ist in Form einer Durchlaufzelle gestaltet. Es kann wahlweise aus mehreren parallel oder in Reihe geschalteten Modulen bestehen. Die Wasseraufbereitung kann dabei kontinuierlich erfolgen bzw. je nach Bedarf chargenweise vorgenommen werden. Die Ultraschall erzeugende Sonde (4) ist vorzugsweise fest im Ultraschallmodul (3) integriert, sie kann jedoch auch beweglich installiert sein. Das Ultraschallmodul (3) wird vorzugsweise temperiert, indem es während des Betriebes von einem geeigneten Kühlmittel kontinuierlich über ein Thermostat (6) umströmt wird. Es kann jedoch auch im Bedarfsfall eine anschließende Temperierung erfolgen. Im Anschluß an die Behandlung des Wassers im Ultraschallmodul (3) erfolgt je nach Wasserbeschaffenheit eine Entgasung. Vorzugsweise ist eine Entgasungsvorrichtung (7) nachgeschaltet. Sollte die Entgasungsvorrichtung (7) zu einer Druckverminderung beitragen, wird dieser im Anschluß an einen Sammelbehälter (8) eine Druckerhöhungsstation (9) nachgeschaltet. Entgasungsvorrichtung (7) und Sammelbehälter (8) können auch miteinander kombiniert werden. Soweit erforderlich, wird zur Absicherung der Abtrennung von Partikeln (z. B. restlichen mikrobiellen Zellbestandteilen) ein Feinfilter (10) nachgeschaltet. Von diesem aus kann das aufbereitete Wasser seinem Verwendungszweck über eine Entnahmevorrichtung (11) entnommen werden. Die einzelnen Vorrichtungen (7) bis (11) sollten so beschaffen sein bzw. behandelt werden, daß eine Rekontamination mit Mikroorganismen nicht möglich ist bzw. eingeschränkt wird.According to the invention, the water to be treated (raw water) is pretreated in a pretreatment system ( 1 ), which consists of one or more physical and / or chemical water treatment processes, in order to be used for the following processes in a physically and chemically sufficient quality. Subsequently or in the absence of the pretreatment system ( 1 ), particle filtration ( 2 ) takes place, for example in the form of a (eg backwashable) fine filter. Thereafter, the water is supplied to the ultrasonic module ( 3 ). In this, the water is ultrasonically charged by an ultrasound generating probe ( 4 ). Such device or its entry energy is controlled by a generator ( 5 ). The ultrasound module ( 3 ) is designed in the form of a flow cell. It can optionally consist of several modules connected in parallel or in series. The water treatment can be carried out continuously or be made batchwise as needed. The ultrasound generating probe ( 4 ) is preferably firmly integrated in the ultrasound module ( 3 ), but it can also be installed movably. The ultrasonic module ( 3 ) is preferably tempered by being continuously circulated during operation by a suitable coolant through a thermostat ( 6 ). However, it can also be done in case of need, a subsequent tempering. Following the treatment of the water in the ultrasonic module ( 3 ) takes place depending on the water quality degassing. Preferably, a degassing device ( 7 ) is connected downstream. If the degassing ( 7 ) contribute to a reduction in pressure, this is followed by a pressure booster station ( 9 ) downstream of a collecting container ( 8 ). Degassing device ( 7 ) and collecting container ( 8 ) can also be combined. If necessary, a fine filter ( 10 ) is connected downstream to secure the separation of particles (eg residual microbial cell constituents). From this, the treated water can its purpose of use via a removal device ( 11 ) are removed. The individual devices ( 7 ) to ( 11 ) should be such or treated that a recontamination with microorganisms is not possible or is limited.
Erfindungsgemäß ist bei der beschriebenen Vorrichtung entweder das Ultraschallmodul (3), weitere Teile oder auch die gesamte Anlage mobil ausgelegt.According to the invention, either the ultrasound module ( 3 ), further parts or even the entire system is designed to be mobile in the described device.
Erfindungsgemäß kann die beschriebene Vorrichtung ein Ultraschallmodul für die häusliche Trinkwasserversorgung, anschließbar an die vorhandene Wasserentnahmevorrichtung, sein.According to the invention, the device described can be an ultrasonic module for domestic Drinking water supply, can be connected to the existing water removal device.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
(1) Vorbehandlungssystem
(2) Partikelfiltration
(3) Ultraschallmodul
(4) Sonde
(5) Generator
(6) Thermostat
(7) Entgasungsvorrichtung
(8) Sammelbehälter
(9) Druckerhöhungsstation
(10) Feinfilter
(11) Entnahmevorrichtung( 1 ) pretreatment system
( 2 ) particle filtration
( 3 ) Ultrasonic module
( 4 ) probe
( 5 ) generator
( 6 ) Thermostat
( 7 ) Degassing device
( 8 ) collection container
( 9 ) booster station
( 10 ) fine filter
( 11 ) removal device
Claims (8)
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| DE19944430587 DE4430587A1 (en) | 1994-08-19 | 1994-08-19 | Ultrasonic disinfectant treatment for e.g., drinking or bathing water |
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