AT502451A2 - Durchlauf-generator für keimtötende oxidantien mit depotwirkung für kleine und mittlere wasserführende anlagen - Google Patents

Description

  Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Generierung keimtötender Oxidantien in wasserführenden technischen Kleinanlagen, insbesondere in Haushalten und kleineren Anlagen wie z.B. in Turnhallen, Schwimmbadduschen oder Ähnlichem zur Behandlung von Wasser, insbesondere Trinkwasser.
Das Problem der Infektionsgefahr durch im Wasser vorkommende Keime, insbesondere Legionellen und Pseudomonas Aeruginosa ist bekannt. Durch Einatmen keimbelasteter Aerosole (z.B. unter der Dusche oder bei der Verwendung von sogenannten Luftsprudlern) kann es vor allem bei immungeschwächten Personen zu Infektionen wie insbesondere der sogenannten Legionellose bzw. zu Organschädigungen kommen.
Aus dem Bereich von wasserführenden technischen Grossanlagen ist das Phänomen bekannt, dass sich Keime in Symbiose mit Algen, Pilzen und Amöben auf den Innenoberflächen der wasserführenden Systeme ansiedeln.

   Die Ausscheidungsprodukte der verschiedenen Organismen bilden einen Biofilm, welcher eine dauerhafte Keimquelle für das verwendete Wasser darstellt. Das Wasser unterliegt somit einer kontinuierlichen Keimbelastung und gefährdet die Gesundheit der Endabnehmer.
Zur Verminderung der Keimbelastung in grosstechnischen Wasseranlagen werden in der Literatur verschiedene Methoden benannt. So werden z.B. Einrichtungen mit integrierten Elektroden bekannt, welche in Warmwasserkreisläufen eingesetzt werden, sodass eine ständige Zirkulation des Wassers und damit eine konstante Konzentration von Oxidantien im durchfliessenden Wasser gegeben ist. Die DE 202 04 230 U1 beschreibt eine Vorrichtung, in der zur Behandlung des Kaltwassersystems eine semipermeable Membran die Elektrodenräume voneinander trennt.

   Das mit Oxidanzien angereicherte Wasser des Anodenraumes wird in einem Behälter gespeichert und der Trinkwasserleitung zugeimpft. Das auf der Kathodenseite durchfliessende Wasser wird ständig entsorgt. Des Weiteren sind verschiedene Einrichtungen zur Chlordioxid-Dosierung bekannt. Diese gehen jedoch mit dem Nachteil einher, dass bei falscher Handhabung oder Undichtigkeit das Chlordioxid austritt und Gesundheitsschäden wie Lungenverätzungen hervorrufen kann. Des Weiteren ist allgemein bekannt, dass durch Zusatz von pulverförmigem Calciumchloridhypochlorit, sogenanntem Chlorkalk, keimtötendes Chlor im Wasser erzeugt werden kann.

   Auch hier besteht bei unsachgemässer Handhabung sowie falscher Dosierung ein erhebliches Verletzungsrisiko.
Die Betreiber von Trinkwasserversorgungsanlagen bestimmen häufig die Konzentration an keimtötenden Chlorverbindungen vor dem Einspeisen des Wassers in die Zuleitungen zu den einzelnen Leitungsnetzen, um eine gesundheitsschädliche Keimbelastung des Wassers ausschliessen zu können. So wird unter anderem auch in der neuen, deutschen, verschärften Trinkwasserverordnung der Mindestgehalt an freiem Chlor an den Ausläufen des Endabnehmers bis 0,1 mg/l angegeben.

   Dieser Wert kann in der Praxis häufig nicht eingehalten werden.
Die keimtötende Wirkung von Chlor (CI2) beruht auf seiner Disproportionierung in Salzsäure (HCI) und hypochlorige Säure (HCIO), wie in Gleichung (A) dargestellt.
(A) CI2 + H2O = HCI + HCIO
Hypochlorige Säure (HCIO) ist ein starkes Oxidationsmittel und für die keimtötende Wirkung verantwortlich. Entgegen bisheriger Auffassungen besteht jedoch in kleineren und Kleinstanlagen durchaus eine Verkeimungs- und Infektionsgefahr für die Nutzer.

   Dies beruht auf der Tatsache, dass vor allem in älteren Leitungen das Wasser durch Stagnation verkeimt.
Weiterhin kann das Hypochlorit vor allem während längerer Standzeiten mit im Wasser des Leitungsnetzes mitgeführten Reduktionsmitteln abreagieren, wie in Gleichung (B) dargestellt.
(B) CIO + Reduktionsmittel = Cl<">+ Reduktionsmittel-O
Hinzu kommt, dass die durchschnittliche Anzahl von Bewohnern pro Haushalt in Deutschland deutlich abgenommen hat. Dies bedeutet gerade in älteren Leitungsnetzen längere Standzeiten des Leitungswassers. Wasser, das längere Zeit in einem Leitungsnetz steht, wird auch als Stagnationswasser bezeichnet. Darüber hinaus kann durch schlechte Wärmeisolation die Temperatur des unzureichend desinfizierten Wassers und die Wachstumsrate vorhandener Keime explosionsartig ansteigen.

   Dies gilt es sowohl aus hygienischen, sowie insbesondere medizinischen Gründen zu vermeiden.
Die aus der Literatur bekannten Einrichtungen sind jedoch für Grossanlagen konzipiert und aufgrund ihrer aufwendigen Technik, ihres Volumens sowie der Gefahr für den Betreiber nicht für den Einsatz in Kleinanlagen wie z. B. im Haushaltsbereich geeignet.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, für Leitungsnetze in Kleinanlagen, insbesondere für Haushalte, eine schnell und einfach zu integrierende Vorrichtung bereitzustellen, die eine ausreichende Konzentration an keimtötenden Oxidantien gewährleistet.

   Des Weiteren soll dem möglichen Abreagieren von eventuell vorhandenen geringen Mengen an Oxidantien während längerer Standzeiten des Trinkwassers im Leitungsnetz Rechnung getragen werden.
Diese Aufgabe wird durch einen kompakten, elektrischen Durchlaufgenerator für keimtötende Oxidantien gemäss Schutzanspruch 1 gelöst. Weitere Vorteile der Vorrichtung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung sowie den abhängigen Ansprüchen.
Die Zuleitung (18) des Wasserversorgers reicht bis zur Anschlussstelle an das lokale Leitungsnetz (19). Das Kernstück der erfindungsgemässen Vorrichtung (1) ist eine mehrere Baugruppen umfassende Kammer (2), die zwischen Zuleitung (18) und dem Leitungsnetz (19) in die Leitung integriert wird.

   Im Verbrauchsfall strömt das Wasser aus der Zuleitung (18) über einen Einlass (14) durch das Innere der Kammer (2) hindurch und gelangt über einen Auslass (11) in das Leitungsnetz (19). Im Inneren der Kammer (2) durchströmt das Wasser ein Elektrodenpaket (4), auf dessen Oberfläche die Generierung / Regenerierung der keimtötenden Oxidantien durch anodische Oxidation stattfindet. Das Elektrodenpaket (4) ist über eine wasserdichte Durchführung mit einer Regelelektronik (3) verbunden, die Stromstärke und Spannung der momentanen Durchflussmenge anpasst.

   Die Durchflussmenge wird stromaufwärts am Einlass (14) oder stromabwärts am Auslass (11) mit Hilfe eines Flussmessers (13), der mit der Regelelektronik (3) verbunden ist, gemessen.
In ihrer einfachsten Ausführungsform umfasst die Kammer (2) ein einteiliges Gehäuse (12) aus einem durchgehenden Kunststoffkorpus und ein integriertes Elektrodenpaket (4) und wird zwischen Zuleitung (18) und Leitungsnetz (19) eingesetzt. Die bevorzugte Verwendung von üblichen, preiswerten Kunststoffen geht mit einem verringerten Stückpreis einher. Vorzugsweise weisen Einlass (14) und Auslass (11) einen standardisierten Abstand auf und können über standardisierte Gewinde (21) an Zuleitung (18) und Leitungsnetz (19) angeschlossen werden. Hierbei stimmen Gewinde (21) und Abmessungen vorzugsweise mit üblichen Hausgruppenbauteilen - wie z.B. eines Wassermessbügels - überein.

   Diese standardisierte Bauweise ermöglicht das unproblematische Nachrüsten älterer Wasserleitungsnetze. In einer weiteren Ausführungsform können Einlass (14) und Auslass (11) über eine Zugentlastung (10) stabilisiert werden. Vorzugsweise ist die Zugentlastung (10) in Form eines variabel einstellbaren Montagebügels ausgeführt, der in einer Wand fest verankert wird, so dass Einlass (14) und Auslass (11) ohne zusätzliche, seitliche Verspannung durch das Eigengewicht der Anlage an Zuleitung (18) und Leitungsnetz (19) angeschlossen werden können.
Im Elektrodenpaket (4) findet die Regenerierung der keimtötenden Oxidantien durch anodische Oxidation statt. Unter Standardgleichgewichtsbedingungen ist für die
Erzeugung von elementaren Chlor (Cl2) aus Chloridionen (Cl ) ein Potential von etwa
1,4 Volt nötig.

   Unter Berücksichtigung der üblichen Überspannungseffekte ist somit bei ausreichend grosser Elektrodenfläche die hinreichende Bildung von Chlor zum Abtöten von Keimen mit einer Spannung von wenigen Volt möglich. Je grösser die angelegte Stromstärke ist, desto grösser ist der Anteil der elektrisch erzwungenen Oxidation. Einige hierbei zusätzlich gebildete Oxidantien, wie zum Beispiel Chloroxide, verfügen im Gegensatz zu elementarem Chlor über eine sehr viel längere Haltbarkeit. Diese Depotwirkung ist gerade im Hinblick auf die längeren Standzeiten innerhalb des Leitungsnetzes von Vorteil und wünschenswert. Hinzu kommt, dass bei höherer Betriebsspannung die Elektrodenfläche bei gleichbleibendem Wirkungsgrad entsprechend verkleinert werden kann. Dadurch wird das Elektrodenpaket (4) kompakter und die Anlage als solche deutlich preiswerter.

   Vorzugsweise liegt die Spannung zur Generation der keimtötenden Oxidantien daher zwischen 5 und 15 Volt. Die Grösse des Elektrodenpaketes (4) wird hauptsächlich durch die maximal mögliche Durchflussmenge bei gleichzeitigem und vollständigem öffnen aller Ausläufe im Leitungsnetz vorgegeben. Während der Generierung der keimtötenden Oxidantien bilden sich auf den Elektroden durch Nebenreaktionen Ablagerungen wie zum Beispiel Kalk, die zu einer Verschlechterung des Elektrodenkontakts zur Flüssigkeit und einem Ansteigen des Widerstandes führen. Um einem vollständigem Verkalken bzw. raschem Anstieg des elektrischen Widerstands vorzubeugen, wird die Richtung des Generatorstroms in regelmässigen Zeitabständen umgekehrt.

   Oxidativ abgeschiedene Ablagerungen gehen dann durch entsprechende Reduktion erneut in Lösung, während reduktiv abgeschiedene Ablagerungen durch Oxidation entfernt werden. Generatorstrom in Abhängigkeit des momentanen Verbrauchs sowie Zeit bis zur nächsten Umpolung können auf einem Bedienfeld der Regelelektronik (3) abgelesen werden. Die Regelelektronik (3) ist in einer einfachen Ausführungsform über zwei in das Innere der Kammer (2) durchgeführte Gewindestangen (7) mit dem Elektrodenpaket (4) fest verbunden.
Bei extrem hartem Wasser sowie hohem Wasserverbrauch ist die Verschlechterung des Elektrodenkontakts zur Flüssigkeit durch Ablagerungen auf der Elektrodenoberfläche entsprechend ausgeprägt. Das Elektrodenpaket (4) muss dann zusätzlich manuell entkalkt werden.

   Vorteilhafterweise ist die Kammer (2) für solche Betriebsbedingungen so ausgeführt, dass ein einfacher Wechsel des Elektrodenpakets (4) ohne Demontage der gesamten Anlage möglich ist: Ein separater Gehäuseteil (5), welcher das Elektrodenpaket (4) umschliesst, ist z. B. als Kunststoff- oder Glastasse gefertigt und über eine wasserdichte, mechanische Verbindung (22) - z. B. eine Schraub- oder Flansch-Verbindung - als Teil der Kammer (2) integriert. Dabei kann auf bereits etablierte Systeme aus dem Bereich der Filtertechnik zurückgegriffen werden.

   Nach Verriegelung eines stromaufwärts und eines stromabwärts befindlichen Absperrhahnes kann die Kammer (2) mit Hilfe eines Entleerungshahnes (9) druckentlastet werden und das Elektrodenpaket (4) ist nach dem Entfernen des separaten Gehäuseteils (5) zugänglich und kann ausgetauscht werden.
Geeigneterweise kann die Kammer (2) mit einer Strömungsführung (6) versehen sein. Besagte Strömungsführung (6) umfasst zum Beispiel ein Rohr, in dessen Mitte das Elektrodenpaket (4) angebracht ist. Dabei wird in geeigneter Weise das durch die Vorrichtung durchzuleitende Wasser dergestalt zwangsgeführt, dass es das Elektrodenpaket in seiner Gänze durchlaufen muss.

   In der in Figur 1 dargestellten Ausführungsform wird das durch den Einfluss (14) einfliessende Wasser mittels Strömungsführung (6) in den unteren Bereich des separaten Gehäuseteils (5) geleitet, von dem es dann in entgegengesetzter Strömungsrichtung durch das Elektrodenpaket (4) in Richtung Auslass (11) strömt. Rohrdurchmesser und Anordnung der Elektroden gewährleisten hierbei einen innigen, homogenen Kontakt aller durchströmenden Volumina. Optional kann die Strömungsführung durch statische Mischer (17) ergänzt werden.

   Zusätzlich kann zum Beispiel durch zusätzliches Durchmischen des abfliessenden Wassers mit einem statischen Mischer (17) eine gleichmässig verteilte, konstante, mittlere Konzentration an Oxidantien gewährleistet werden.
Handelt es sich bei den Endabnehmern um eine besondere Risikogruppe wie beispielsweise Personen mit geschwächtem Immunsystem, so ist eine stete Kontrolle der Konzentration an keimtötenden Oxidantien im Leitungssystem wünschenswert. Zu diesem Zweck können mit der Regelelektronik (3) Sensoren für freies Chlor (15) bzw. keimtötende Oxidantien (16) über eine dafür vorgesehene Buchse (8) verbunden werden. Die Sensoren (15) (16) werden stromaufwärts direkt nach der Zuleitung (18) und/oder stromabwärts innerhalb des Leitungsnetzes (19) in die Leitungen integriert.

   Gegebenenfalls kann die erfindungsgemässe Vorrichtung mit nur einem stromabwärts angeordneten Sensor betrieben werden.
Beim Übersteigen einer vorbestimmten und eingestellten maximalen Konzentration an keimtötenden Oxidantien wird die Leistung des Elektrodenpaketes (4) und Wirkung der Regelelektronik (3) heruntergefahren oder gänzlich abgeschaltet.

   Nach Abfallen der Konzentration an keimtötenden Oxidantien unter eine Konzentration, die unterhalb der zuvor genannten Maximalkonzentration liegt, wird umgekehrt das Elektrodenpaket (4) unter Wirkung der Regelelektronik (3) wieder in Betrieb genommen.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst die anspruchsgemässe Vorrichtung ein Elektrodenpaket (4) welches zugänglich unter einem separat lösbaren Regelgerät der Kammer (1) angebracht ist, ein Strömungsrohr als Strömungsführung (6), einen statischen Mischer (17), einen Durchflussmesser (13) sowie mehrere Sensoren für freies Chlor (15) und keimtötende Oxidantien (16).
Gegebenenfalls kann die erfindungsgemässe Vorrichtung mit einem an sich bekannten Ionenaustauscher zur Entkalkung des zugeleiteten Wassers kombiniert werden.

   In dieser Ausführungsform ist der lonentauscher in Strömungsrichtung vor der erfindungsgemässen Vorrichtung angeordnet. Durch den Kunstgriff der Kombination der erfindungsgemässen Vorrichtung mit einem Ionenaustauscher ergeben sich gleich mehrere Vorteile. Zum Einen wird das Wasser entkalkt, wodurch die Gefahr der Verkalkung des Elektrodenpaketes verringert wird, bzw. Wartungsintervalle vergrössert werden, die ihre Ursache in einer Verkalkung der erfindungsgemässen Vorrichtung haben. Darüber hinaus werden durch den Ionenaustauscher auch Chloridionen bereitgestellt, die zur Bildung von Chlor mittels der erfindungsgemässen Entkeimungsvorrichtung genutzt werden können. Der Wirkungsgrad der erfindungsgemässen Vorrichtung wird damit verbessert.

   Alternativ, und unabhängig von der Kombination mit einem Ionenaustauscher, können in einer weiteren Ausführungsform dem Wasser vor dem Eintritt in die erfindungsgemässe Vorrichtung Chloridionen gesondert zugeführt werden. Beispielsweise kann dies durch eine zusätzliche Einspeisung von Chloridionen in Form von Salzen, wie Natriumchlorid geschehen.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung eignet sich auch zur Installation in einer sogenannten Hauswasserstation. Unter Hauswasserstation im Sinne der vorliegenden Beschreibung wird die Integration unterschiedlichster Baugruppen, nötig für einen üblichen Gebäudewasseranschluss, wie Wasserzähler, Filter, Rückschlagventil und andere optionale Baugruppen wie beispielsweise Ionenaustauscher, in eine gemeinsame Installationseinheit verstanden. Derartige Hauswasserstationen sind im Grundsatz bekannt.

Claims (12)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Generierung keimtötender Oxidantien kleiner und mittlerer Leitungsnetze, insbesondere Trinkwasserleitungsnetze, umfassend eine aus mehreren Teilen bestehende Kammer, eine aufgesetzte Regelelektronik sowie ein mit dieser Regelelektronik elektrisch verbundenes, im Inneren der Kammer angeordnetes Elektrodenpaket, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammer (2) über einen Einlass (14) und einen Auslass (11) zwischen Zuleitung (18) und Leitungsnetz (19) in die Wasserversorgung integriert ist und die Vorrichtung mindestens einen mit der Regelelektronik (2) verbundenen Flussmesser (13) umfasst, wobei der Flussmesser (13) stromaufwärts nach dem Einlass (14) oder stromabwärts vor dem Auslass (11) angebracht ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Einlass (14) und Auslass (11) jeweils ein Gewinde (21) sowie Abmessungen aufweisen, die mit den standardisierten Spezifikationen eines üblichen Hausgruppenbauteils übereinstimmen.

3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Zugentlastung (10) für Einlass (14) und Auslass (11), vorzugsweise einen verstellbaren Montagebügel (10), umfasst.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der das Elektrodenpaket (4) umschliessende Teil der Kammer als separates Gehäuseteil (5) mit lösbarer, wasserdichter, mechanischer Verbindung (22), vorzugsweise einer Schraubverbindung, ausgeführt ist.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammer (2) Mittel zur Strömungsführung (6) des durch das Elektrodenpaket (4) hindurchfliessenden Wassers aufweist.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammer (2) stromabwärts zum Elektrodenpaket (4) Mittel (17) zur Homogenisierung des abfliessenden Wassers aufweist.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Elektrodenpaket (4) über durch die Aussenwand der Kammer (2) hindurchgeführte Gewindestangen (7) mit der Regelelektronik (3) verbunden ist.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelelektronik (3) über eine Buchse (8) mit mindestens einem stromaufwärts oder stromabwärts im Leitungssystem angebrachten Sensor (15) für freies Chlor verbunden ist.

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelelektronik (3) über eine Buchse (8) mit mindestens einem stromaufwärts oder stromabwärts im Leitungssystem angebrachten Sensor (16) für keimtötende Oxidantien verbunden ist.

10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Elektrodenpaket (4) seitlich aus der Vorrichtung ausziehbar ist.

11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass hier weiterhin eine zusätzliche Einrichtung zur Einspeisung von Chloridionen aufweist, wobei die Einrichtung zur Einspeisung von Chloridionen strömungsseitig vor der Vorrichtung zur Generierung keimtötender Oxidantien angeordnet ist.

12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung in einer Hauswasserstation angeordnet ist.

STRELE Wolfgang

vertreten durch

Dr. <EMI ID=9.1>