专利摘要:
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Aufbereitung von organisch und/oder biologisch verunreinigtem Wasser bzw. verunreinigter Luft durch intensive Behandlung des Wassers bzw. der Luft mit positiven und negativen Sauerstoffionen als Oxidationsmittel, die in einem Ionisator erzeugt werden. DOLLAR A Erfindungsgemäß gelingt das durch ein Verfahren, bei dem DOLLAR A - Luft mittels Gebläse/Kompressor über einen Filter angesaugt, DOLLAR A - in einem rohrförmig konstruierten Ionenerzeuger verwirbelt wird und DOLLAR A - die Sauerstoffmoleküle mit einer Spannung von 2300 V bis 6400 V und Frequenzen von 25 Hz bis 580 Hz bei einer Pulsfrequenz von 4000 bis 15000 Hz ionisiert werden und DOLLAR A - die Luft mit den elektrostatisch aufgeladenen Teilchen über ein Ausströmsystem breitflächig in das aufzubereitende Medium eingeführt und dabei verwirbelt wird, wobei DOLLAR A - der optimale Arbeitsbereich durch Messung der Ionenintensität über einen Ionenmeßfühler und ein daran angepaßtes Regelsystem gesteuert wird. DOLLAR A Der Ionenerzeuger besteht aus zwei ineinander gesteckter Glasröhren mit einem (durch eine der Glasröhren) getrennten Kathoden- und Anodengeflecht aus Edelstahl. DOLLAR A Der Energieverbrauch des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt niedriger als bei bisher bekannten Verfahren. Durch das neu entwickelte Ionisationsverfahren wird eine extrem höhere Oxidationsintensität erreicht.
公开号:DE102004010656A1
申请号:DE200410010656
申请日:2004-03-01
公开日:2005-09-22
发明作者:Friedrich Fischer
申请人:Luwatec Luft und Wasserte GmbH;Luwatec Luft- und Wassertechnik GmbH;
IPC主号:A61L9-22
专利说明:
[0001] DieErfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Aufbereitungvon organisch und/oder biologisch verunreinigtem Wasser bzw. verunreinigterLuft durch intensive Behandlung des Wassers bzw. der Luft mit positivenund negativen Sauerstoffionen als Oxidationsmittel, die in einemIonisator erzeugt werden.
[0002] Gegenwärtig werdeneine Vielzahl an Wasseraufbereitungsmethoden in der Praxis angewandt. Diesebasieren auf sehr unterschiedlichen Methoden, wie beispielsweiseauf Strahlungsenergie insbesondere im UV- und Gamma-Bereich, Zugabevon Chlor oder Chlorgas, Wasserstoffperoxid sowie Natriumchloridzur Elektrolyse und verschiedenster anderer chemischer Hilfsstoffverfahren.
[0003] Allebisherigen Anwendungen haben jedoch eines gemeinsam, die Zugabevon chemischen Substanzen oder beachtlicher Mengen an elektrischer oderStrahlenenergie. Wissenschaft und Technik sind sich darüber einig,dass jede Zugabe von agressiven Chemikalien (besonders zu nennensind hier Chlor, Chloroxid, Ozon, Wasserstoffperoxid, Silber, Kupfer u. ä.) auchRisiken, sowie nachteilige Wirkungen einschließt.
[0004] Nach DE 100 14 833 bzw. WO 01/72637ist es gelungen, die Prozesse der Natur auf elektrochemischer Basismit einem äußerst minimalenEnergieaufwand nachzuvollziehen. Durch die Aufladung der in derLuft vorhandenen Sauerstoffmole küleerzeugt man positiv und negativ geladene Sauerstoffionen. Die geladenenSauerstoffmolekülehaben die Eigenschaft, ihre Ladung schnell mit einem zu oxidierendenPartner (organische und anorganische Substanzen) im Wasser auszutauschen.
[0005] DieErfindung stellt eine Weiterentwicklung des Verfahrens und der Vorrichtunggemäß DE 100 14 833 bzw. WO 01/72637dar. Das betrifft insbesondere die Zufuhr der zu ionisierenden Luft,die Verfahrensbedingungen, die Steuerung und den Aufbau des Ionenerzeugersund die verschiedenen Einsatzgebieten angepassten Ausströmsysteme.
[0006] DieAufgabe der Erfindung bestand darin, ein Verfahren und eine Wasseraufbereitungsanlagezu entwickeln, mit dem das Verfahren der natürlichen Oxidation optimal zurAufbereitung von organisch und/oder biologisch verunreinigtem Wasserbzw. Luft genutzt wird.
[0007] Erfindungsgemäß gelingtdas durch ein Verfahren, bei dem – Luft mittelsGebläse/Kompressor über einenFilter angesaugt, – ineinem rohrförmigkonstruierten Ionenerzeuger verwirbelt wird und – dieSauerstoffmolekülemit einer Spannung von 2.300 V bis 6.400 V und Frequenzen von 25Hz bis 580 Hz bei einer Pulsfrequenz von 4.000 bis 16.000 Hz ionisiertwerden und – dieLuft mit den elektrostatisch aufgeladenen Teilchen über einAusströmsystembreitflächigin das aufzubereitende Medium eingeführt und dabei verteilt wird,wobei – deroptimale Arbeitsbereich durch Messung der Ionenintensität über einenIonenmeßfühler und daranangepaßtesRegelsytem gesteuert wird.
[0008] DiePulsfrequenz oder auch Umpolfrequenz der Elektroden wird unabhängig vonder Frequenz des verwendeten Wechselstroms eingestellt durch Impulsgeber.
[0009] Dadurchsoll die Anzahl der positiven und negativen Sauerstoffionen gelenktwerden.
[0010] Zweckmäßig wirddie Luft mit einem Druck von 0,2 bis 0,6 bar in den Ionenerzeugereingeleitet.
[0011] Vorzugsweisesollte die Spannung am Ionenerzeuger 200 V bis 250 V und die Frequenz50 Hz bis 150 Hz (z. B. Netzspannung) betragen bei einer Pulsfrequenzvon 4.000 bis 6.000 Hz.
[0012] ImIonenerzeuger werden durch elektrostatische Aufladung aus den inaktivenSauerstoffmolekülenSauerstoffionen O2 + undO2 gebildet. Die geladenenSauerstoffionen werden mit der Luft zum Ausströmsystem geleitet.
[0013] DerArbeitsbereich ist auf einen relativ kleinen chemischen Reaktionsenergie-Bereichbeschränkt.Kernpunkt der Entwicklung war, diesen kleinen Bereich zwischen inaktivemSauerstoff und Ozon auf Grund des höheren Oxidationspotentiales vonaktiven Sauerstoffionen fürdie natürlicheOxidation zu nutzen.
[0014] Der Übergangvon aktiven Sauerstoffionen zu Ozon allein erfolgt bei Einflussvon hohen Energiemengen in der Praxis sehr schnell. Da die Abbaueffektedurch Ozon wesent lich geringer sind als durch Ionisation, wurdebei der Entwicklung auf des Verfahrens auf die ausschließliche Erzeugungvon Sauerstoffionen gezielt, um die vermehrte Bildung und Überreaktionenin Richtung Ozon auszuschließen.
[0015] Jedeauch noch so geringe Menge an erzeugten Ozon bedeutet in der PraxisVerlust an aktiv erzeugten Sauerstoffionen. Der primär zur Verfügung stehendeSauerstoffanteil in der Umgebungsluft muss, um ein optimales Oxidationsverhaltenzu erreichen, bestmöglichfür dieErzeugung von Sauerstoffionen genutzt werden. Dieses wurde durchverschiedene technische Parameter wie Spannungsart und Spannungshöhe erzielt.
[0016] Kohlenwasserstoffeund deren chemisch analoge Verbindungen werden damit schnell undwirkungsvoll aufoxidiert. Durch das hohe Oxidationspotenzial dergeladenen Sauerstoffionen werden Bakterienhüllen gespalten und somit nachhaltigvernichtet.
[0017] InWasser gelösteHuminstoffe gehörenzu den schwer abbaubaren Substanzen in der Trinkwasseraufbereitung.Auch hier werden gute Ergebnisse erzielt. Ein gezielter Einsatzpositiver oder negativer Sauerstoffionen kann den Abbau chemischschwer zu oxidierender Stoffe quantitativ beeinflussen.
[0018] ImGegensatz zur Ozonerzeugung werden zur Sauerstoffionen-Erzeugungwesentlich geringere Energiemengen benötigt. Der Gesamtenergiebedarf liegtbei ca. 0,8 Watt pro Liter mittelschwer belastetem Rohwasser.
[0019] Eskommt darauf an, dass diese ionisierte Luft möglich großflächig in das aufzu-bereitendeMedium (verunreinigtes Wasser und/oder verunreinigte Luft) geleitetwird.
[0020] EinIonenmeßfühler imaustretenden Luftkanal überwachtden Arbeitsbereich des Ionenerzeugers und steuert die Spannung undFrequenz im Ionenerzeuger, je nach Verschmutzungsgrad.
[0021] Dieerfindungsgemäße Vorrichtungbzw. Anlage besteht aus – einem Seitenkanalgebläse/Kompressor(1) mit vorgeschalteten F7-Filter (2) zur Ansaugung/Kompressionvon Luft, – einemIonenerzeuger in Form zweier ineinander gesteckter Glasröhren (10, 11)mit einem (durch eine der Glasröhren(11)) getrennten Kathoden- (12) und Anodengeflecht(13) aus Edelstahl, – einembreitflächigangeordneten und zu Verwirbelungen der ionisierten Luft im aufzubereitenden MediumführendenAusströmsystemund – einemRegelsystem (3), das durch einen Ionenmeßfühler (6)gesteuert wird.
[0022] Untereinem sog. F7-Filter wird ein Feinfilter < 50 μmfür dieFiltrierung der anzusaugenden Außenluft verstanden.
[0023] Besondersgünstigist es, wenn alle Bestandteile der Vorrichtung mit Ausnahme desAusströmsystemskompakt in einer geschlossenen und transportablen Anlage angeordnetsind (1).
[0024] DerIonenerzeuger in Form eines Zylinders (2) bestehtaus einer mit zwei Endkappen (9) versehenen Glasröhre (10),in der eine zweite Glasröhre(11) oben und unten in den Endkappen (9) eingebettetist. Die zweite Glasröhre(11) dient als Isolator zwischen Kathoden- (12)und Anodengeflecht (13). Die Luft wird an einem Enddeckel(9) eingeblasen und durchströmt das innere Glasrohr (11)mit dem Kathoden- (12) und Anodengeflecht (13).
[0025] Beidieser Durchströmungkommt es an den Kathoden- und Anodengeflechten (12 und 13)zu Verwirbelungen und gleichzeitig zur elektrostatischen Aufladungder in der Luft befindlichen Sauerstoffmoleküle. Die nun aktivierten positivenund negativen Sauerstoffionen werden über die andere Endkappe (9)zum Ausströmsystemgeleitet.
[0026] Umeine optimale Verwirbelung zu erreichen, wird die Luft mit einemDruck von 0,2 bis 0,6 bar in den Ionenerzeuger eingeleitet. DasKathodengeflecht (12) besteht aus Edelstahl mit einer Maschenweitevorzugsweise von 0,6 mm bis 1,5 mm und einer Materialstärke vorzugsweisevon 0,2 mm bis 0,5 mm. Das Anodengeflecht (13) bestehtebenfalls aus Edelstahl, jedoch mit einer Maschenweite vorzugsweise von1,4 mm bis 2,6 mm und einer Materialstärke von vorzugsweise 0,5 mmbis 1,2 mm.
[0027] DerArbeitsbereich liegt bei einer Spannung von 2.300 V bis 6.400 Vund einer Frequenz von 25 Hz bis 580 Hz. Zweckmäßig wird Wechselstrom von 200V bis 250 V (Netzspannung) und eine Frequenz von 50 Hz und über 50 Hzverwendet.
[0028] Dieerfindungsgemäßen Ausströmsysteme sindbreitflächig,aber unterschiedlich gestaltet in Abhängigkeit von dem zu behandelndenMedium, und zwar – bei der Aufbereitung vonLuft als Ausströmdüse (3), – beider Aufbereitung von Wasser als Ausströmplatte (4)und – beider Aufbereitung gleichzeitig von Wasser und Luft als rohrförmiges System(5).
[0029] Inden Luftleitsystemen erfolgt dies durch die Ausströmdüse, bestehendaus einem runden Eingang (14) mit Durchmesser von 30 mmbis 80 mm und einem elliptischen Ausgang (15) von 80 mmbis 250 mm sowie einem 100 mm bis 150 mm entfernten Drallblech (16).Dadurch wird eine optimale Verteilung, Verwirbelung und Vermischungder Sauerstoffionen mit der zu behandelnden Luft gewährleistet.
[0030] Beider Aufbereitung von Trink-, Prozess- und Abwasser erfolgt die Verteilungdurch die Ausströmplatte.Diese Platte besteht aus einer geschlossenen Unterplatte, einerdarauf befestigten Luftverteilungsspirale (17) mit einerHöhe von8 mm bis 14 mm und einer Abdeckplatte mit Bohrungen (5)von 0,6 mm bis 1,3 mm, durch die die ionisierte Luft mit einer Luftbläschengröße von 0,3mm bis 1,6 mm in das Wasser entweichen und es durchströmen kann.
[0031] Beider Aufbereitung von Wasser und Luft, bevorzugt in raumlufttechnischenAnlagen, erfolgt die Verteilung durch das rohrförmige Ausströmsystem. Derionisierte Sauerstoff wird zum Luftverteiler (7) geführt. Dieangeschlossenen und miteinander verbundenen perforierten Rohrsysteme(8) haben einen Durchmesser von je 8 mm bis 48 mm, unddie in das Rohr eingebrachten Luftaustrittsöffnungen (5) von 0,8mm bis 2,9 mm gewährleisteneine Luftbläschengröße von 1mm bis 3,2 mm zur optimalen Durchströmung des Wassers und nachfolgendenVerwirbelung mit der zu reinigenden Luft.
[0032] Dieerfindungsgemäße Vorrichtungmit ihren Varianten wird beispielhaft schematisch durch die Figuren
[0033] 1 Kompaktanlage(ohne Ausströmsystem)
[0034] 2 Ionisator
[0035] 3 Ausströmdüse für Luft
[0036] 4 Ausströmsystemfür Wasserund
[0037] 5 rohrförmiges Ausströmsystemfür Wasserund Luft dargestellt.
[0038] Darinbedeuten:
[0039] DerIonenmessfühlerwird in den Kanal eingebaut, um die Ionenintensität zu messen. Über ein Regelsystemwerden insbesondere die Spannung und die Pulsfrequenz im Ionisatorgeregelt. Auch die Zulaufmenge des unbehandelten Wassers könnte gesteuertwerden.
[0040] DerEnergieverbrauch des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt mit 0,1bis 1,5 Watt/Liter Wasser niedriger als bei bisher bekannten Verfahren,im Durchschnitt bei 0,8 Watt/Liter.
[0041] Durchdas neu entwickelte Ionisationsverfahren ist eine extrem höhere Oxidationsintensität erreichtworden. Bisher wurde Ozon als bestmöglicher Oxidator angesehen.Somit ist die Wirksamkeit entschieden höher als bei der herkömmlichenOzonbehandlung, die derzeitig in allen Bereichen praktiziert wird.
[0042] Beider Aufbereitung von Luft wird durch die LuftgebläseeinheitenLuft angesaugt und in die Ionenerzeuger geleitet. Die Luft wirddurch elektrische Ladung ionisiert und über den kurzmöglichstenWeg zur Ioneninduzierung transportiert. Über diese gelangen die elektrischgeladenen Ionen in den Kanal des Luftleitungssystems, treffen aufdie zu entkeimende Abluft, reagieren mit den in der Luft befindlichenKeimen und eliminieren sie.
[0043] InFolge des Oxidationsprozesses werden auch auftretende Geruchsbelästigungenneutralisiert.
[0044] Eserfolgt eine Entkeimung des gesamten Luftleitungssystems. Befreitvon umweltschädlichen Stoffenwie Keimen und Bakterien sowie von Geruchsemissionen, kann die behandelteAbluft unbedenklich in die Atmosphäre abgegeben werden.
[0045] AlsBeispiele fürdie Aufbereitung von organisch und/oder biologisch verunreinigtemWasser seien folgende Einsatzgebiete genannt: – Entkeimungvon Salzlaken, Entkeimung von Brauchwasser und Entkeimung von Bearbeitungsräumen beider Fleischverarbeitung, – Entkeimungvon Wasser zur Flaschenspülungin der Getränkeindustrie, – Entkeimungvon Wasser in Fischaufzuchtbecken, – Entkeimungvon Prozesswasser zur Rückführung inProduktionsprozess oder zur Rückführung in öffentlicheGewässer.
[0046] Einaktuelles Thema der Trinkwasseraufbereitung sind Pestizidrückstände (ausder Landwirtschaft), zumal in den nächsten Jahren der Anteil von Herbizidenund anderer Pestizide im Rohwasser steigen wird. Pflanzenschutzmittelund Insektizide sind seit 1970 in weitem Umfang eingesetzt worden.Da die Natur diese Stoffe meist nur sehr schwer oder gar nicht abzubauenvermag, sind diese durch das Erdreich bis in wasserführende Schichtengelangt. Als einer der Hauptvertreter der Herbizide ist das Atrazin genannt.Dabei handelt es sich um den prominentesten Vertreter der Triazin-Herbizide.Das Abbauvermögenin der Natur beträgtfaktisch null. Demgegenüberbestätigendie erfindungsgemäßen Ergebnisse diehohe Oxidationsaktivitätder Sauerstoffionen.
[0047] Umdie Effektivitätder Keimabtötungzu überprüfen, wurdedie erfindungsgemäße Vorrichtungzur Aufbereitung von Wasser eingesetzt, das mit einer definiertenMenge des Bakteriums Legionella pneumophila beeimpft wurde. Dazuwurde eine Ausgangskonzentration gewählt, die einer massiven (in Ausnahmefällen vorkommenden)Belastung in wasserführendenSystemen entspricht.
[0048] Nachdemeine erste Beprobung zur Bestimmung der vorhandenen Bakterienkonzentrationerfolgte (Nullwert), wurde die Vorrichtung in Betrieb genommen undin vorher festgelegten zeitlichen Intervallen Wasserproben entnomnmenund mikrobiologisch untersucht.
[0049] Dieerste Probenahme zeigte eine Ausgangskonzentration von 140.000 KBE/mlan Legionellen (Nullwert). Nach erfolgter Probenahme wurde die Vorrichtungzugeschaltet. Bereits nach einer Stunde Laufzeit zeigte sich eineReduktion des eingesetzten Bakterienstammes Legionella pneumophilavon 140.000 KBE/ml auf eine nicht mehr nachweisbare Konzentration(KBE = Koloniebildende Einheit).
权利要求:
Claims (9)
[1] Verfahren zur Aufbereitung von organisch und/oderbiologisch verunreinigtem Wasser bzw. verunreinigter Luft durchintensive Behandlung des Wassers bzw. der Luft mit positiven undnegativen Sauerstoffionen als Oxidationsmittel, die in einem Ionisatorerzeugt werden, dadurch gekennzeichnet, dass – Luft mittelsGebläse/Kompressor über einenFilter angesaugt, – ineinem rohrförmigkonstruierten Ionenerzeuger verwirbelt und – die Sauerstoffmoleküle dabeimit Wechselstrom einer Spannung von 2.300 V bis 6.400 V und Frequenzenvon 25 Hz bis 580 Hz bei einer Pulzfrequenz von 4.000 bis 16.000Hz ionisiert werden und – dieLuft mit den elektrostatisch aufgeladenen Teilchen über einAusströmsystembreitflächigin das aufzubereitende Medium eingeführt und dabei verteilt wird,wobei – deroptimale Arbeitsbereich durch Messung der Ionenintensität über einenIonenmessfühlerund daran angepasstes Regelsystem gesteuert wird.
[2] Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,dass die Luft mit einem Druck von 0,2 bis 0,6 bar in den Ionenerzeugereingeleitet wird.
[3] Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet,dass die Spannung am Ionenerzeuger 200 V bis 250 V und die Frequenz50 Hz bis 150 Hz und Pulsfrequenz von 4.000 bis 6.000 Hz betragen.
[4] Vorrichtung zur Aufbereitung von organisch und/oderbiologisch verunreinigtem Wasser bzw. verunreinigter Luft durchintensive Behandlung des Wassers bzw. der Luft mit positiven undnegativen Sauerstoffionen als Oxidationsmittel, die in einem Ionisatorerzeugt werden, bestehend aus – einem Seitenkanalgebläse/Kompressor(1) mit vorgeschalteten F7-Filter (2) zur Ansaugung/Kompressionvon Luft, – einemIonenerzeuger (4) in Form zweier ineinander gesteckterGlasröhren(10, 11) mit einem (durch eine der Glasröhren (11))getrennten Kathoden- (12)und Anodengeflecht (13) aus Edelstahl, – einembreitflächigangeordneten und zu Verwirbelungen der ionisierten Luft im – aufzubereitendenMedium führendenAusströmsystemund – einemRegelsystem (3) das durch einen Ionenmeßfühler (6) gesteuertwird.
[5] Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,dass alle Bestandteile der Vorrichtung kompakt in einer geschlossenenAnlage angeordnet sind, mit Ausnahme des Ausströmsystems, das über Rohrleitungenbzw. Schläucheangeschlossen ist.
[6] Vorrichtung nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet,dass beim Ionen-Erzeuger das Kathodengeflecht eine Maschenweitevon 0,6 bis 1,5 mm und eine Materialstärke von 0,2 bis 0,8 mm und dasAn odengeflecht eine Maschenweite von 1,4 bis 2,6 mm und eine Materialstärke von0,5 bis 1,2 mm haben.
[7] Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 4 bis6, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausströmsystem zur Aufbereitung vonLuft eine Ausströmdüse ist,aus einem runden Eingang (14) mit Durchmesser von 30 mmbis 80 mm und einem elliptischen Ausgang (15) von 80 mmbis 250 mm sowie einem 100 mm bis 150 mm entfernten Drallblech (16)besteht.
[8] Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 4 bis6, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausströmsystem zur Aufbereitung vonWasser eine Ausströmplatteist, die aus einer geschlossenen Unterplatte, einer darauf befestigtenLuftverteilungsspirale (17) mit einer Höhe von 8 mm bis 14 mm und einerAbdeckplatte mit Bohrungen (5) von 0,6 mm bis 1,3 mm besteht.
[9] Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 4 bis6, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausströmsystem zur Aufbereitung vonWasser und Luft ein rohrförmigesAusströmsystemist mit einem Luftverteiler (7) und angeschlossenen undmiteinander verbundenen perforierten Rohrsystemen (8) miteinem Durchmesser von je 8 mm bis 48 mm und in das Rohr eingebrachtenLuftaustrittsöffnungen (5)von 0,8 mm bis 2,9 mm.
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