DE10040566A1

DE10040566A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Aufbereitung eines aquatischen Systems

Info

Publication number: DE10040566A1
Application number: DE2000140566
Authority: DE
Inventors: Rainer Michel
Original assignee: PICHLER KUNSTSTOFFTECHNIK GmbH; ROSWITHA MICHEL HYGIENE und UM
Current assignee: PICHLER KUNSTSTOFFTECHNIK GmbH; ROSWITHA MICHEL HYGIENE und UM
Priority date: 2000-08-15
Filing date: 2000-08-15
Publication date: 2002-03-07

Abstract

Es wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Aufbereitung eines aquatischen Mediums (W) eines aquatischen Systems (1), insbesondere Verfahren zur Desinfektion von Trinkwasser, vorgeschlagen, bei dem bzw. der das Medium einer UV-Strahlung dergestalt ausgesetzt wird, daß das Medium (W) den UV-Strahlungsbereich (S¶1¶, S¶2¶) eines künstlichen UV-Strahlers (2) durchströmt, wobei das Medium den künstlichen UV-Strahler umströmt, und im UV-Strahlungsbereich des UV-Strahlers mittels O¶2¶-Zufuhr gleichzeitig Ozon erzeugt und das Medium (W) auch dem erzeugten Ozon ausgesetzt bzw. Ozon-behandelt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Aufbereitung eines aquatischen Systems, insbesondere ein Ver fahren und eine Vorrichtung zur Desinfektion von Trinkwasser, wobei das Medium einer UV-Strahlung ausgesetzt wird.

Nach dem Stand der Technik wird die Aufbereitung von Wasser unter zwei verschiedenen Gesichtspunkten vorgenommen:

1. Die Gewinnung von hygienisch einwandfreiem Wasser, das heißt frei von Krankheitserregern und Schadstoffen.
2. Beseitigung von technisch störenden Bestandteilen.

Nur wenige Wässer besitzen von Natur aus eine Zusammenset zung, die in jeder Hinsicht den Anforderungen an Trinkwasser gerecht wird. Zur Beseitigung von störenden Inhaltsstoffen (anorganische Verbindungen, anthropogen bedingte organische Verbindungen) werden die Verfahren

a) Belüftung
b) Filtration
c) Aktivkohlebehandlung
d) Ionenaustauscher

angewandt.

Zur Beseitigung von Krankheitserregern werden desinfizierende Verfahren eingesetzt. Ziel einer Desinfektion ist es, die Zahl der Krankheitserreger so zu reduzieren, daß eine Infek tion nicht mehr von dem desinfizierten Gut ausgehen kann bzw. eine Übertragung nicht mehr möglich ist.

Zur Desinfektion werden

1. Physikalische Verfahren
- a) Thermische Verfahren (Erhitzen in Wasser, Behandlung in heißen Wasserdampf)
- b) Strahlenbehandlung (UV, Röntgen)
2. Chemische Verfahren (Gase: Äthylenoxid, Ozon; Alkohole, Aldehyde, Phenole, Ammoniumverbindungen, Peroxide, Schwer metalle, Halogenverbindungen)

eingesetzt.

Wird nach Punkt 2 als Gas Ozon verwendet, so wird dieses vor nehmlich durch stille elektrische Entladung erzeugt. Ozon wird gelegentlich auch durch Elektrolyse aus Wasser gewonnen.

Die Erfindung geht aus von einem Stand der Technik nach vor genanntem Punkt 1b.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und ein Vorrich tung zur Aufbereitung eines aquatischen Systems der eingangs genannten Art bereitzustellen, mit dem bzw. der ein aquati sches Medium mit sehr einfachen Mitteln hoch wirkungsvoll aufbereitet, insbesondere desinfiziert werden kann.

Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Ab sprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen.

Gemäß der Erfindung durchströmt das Medium den UV-Strahlungs bereich eines künstlichen UV-Strahlers, wobei das Medium den künstlichen UV-Strahler umströmt. Im UV-Strahlungsbereich des UV-Strahlers wird gleichzeitig mittels erzwungener O₂-Zufuhr noch Ozon erzeugt, und es wird das UV-behandelte Medium noch gezielt auch dem erzeugten Ozon ausgesetzt, d. h. es wird das Medium zusätzlich noch mit Ozon behandelt. Unter erzwungener O₂-Zufuhr wird nicht nur die Zufuhr von reinem Sauerstoff verstanden, sondern die Zufuhr generell eines Gasgemisches, welches einen Sauerstoffanteil enthält, z. B. atmosphärische Luft. Das aquatische aufzubereitende Medium kann Wasser, vor nehmlich Trinkwasser, sein. Es kann aber auch jede andere wässrige Lösung oder Michung sein, welche z. B. zu medizini schen Zwecken besonders intensiv zu desinfizieren ist.

Insbesondere wird durch die erzwungene O₂-Strömung in einem ersten ringförmigen radial inneren Kompartiment um einen zentralen UV-Strahler Ozon erzeugt, und es wird durch eine erzwungene Strömung des Mediums in einem zweiten ringförmigen radial äußeren Kompartiment das Medium UV-behandelt, wobei das Medium nach der UV-Behandlung durch Zuleitung des erzeug ten Ozons auch Ozon-behandelt wird.

Das sowohl UV-behandelte als auch Ozon-behandelte Medium wird insbesondere einem Verbraucher oder einem Benutzer zugelei tet.

Das Medium kann vor einem Verbrauch oder Gebrauch in mehreren UV/Ozon-Behandlungszonen behandelt werden.

Nach der Ozonbehandlung des Mediums kann das verbleibende Ozon in einer Ozon-Verweilzone noch abgebaut werden.

Das Medium wird insbesondere in einer oder in mehreren UV/Ozon-Behandlungszonen und in einer oder in mehreren Ozon- Verweilzonen in einem geschlossenen Kreislauf behandelt.

Das in der Ozon-Verweilzone nicht abgebaute Restozon wird zweckmäßigerweise abgesaugt und dem Kreislauf wieder zuge führt.

Dann wird das aufzubereitende Medium vorzugsweise in der Ozon-Verweilzone dem Kreislauf zugeführt, und es wird die Ozon-Verweilzone dem Atmosphärendruck angepaßt.

Das Ozon wird vorzugsweise aus dem ersten ringförmigen Kom partiment abgesaugt und dem Medium wieder zugeführt.

Im besonderen wird das Medium dem radial nach außen gerichte ten UV-Strahlungsbereich eines zentralen geradlinigen UV- Strahlers vorzugsweise in Form eines Quecksilberniederdruck strahlers ausgesetzt.

Durch den UV-Strahler wird vorzugsweise sowohl eine auf das Medium einwirkende erste UV-Strahlung mit der Hauptresonanz linie von 253,7 Nanometer als auch eine auf das Medium ein wirkende zweite Strahlung mit der Spektrallinie von 184,9 Nanometer erzeugt.

Eine den UV-Strahler umgebende Quarzglaswand kann zweckmäßi gerweise für eine Durchlässigkeit der ersten und zweiten UV- Strahlung besonders dotiert werden, um besonders viel Ozon erzeugen zu können. Demgegenüber sind bekannte Quecksilber niederdruckstrahler, z. B. Höhensonnen, so ausgelegt, daß die vorgenannte zweite Strahlung unterdrückt wird, um möglichst wenig störendes, vielfach gesundheitsschädliches Ozon zu pro duzieren.

Die bei der Ozonerzeugung entstehende Wärme wird vorzugsweise durch ein Wärmeabführungs- bzw. Kühlsystem abgeführt, wobei die abgeführte Wärme in einem Wärmesystem weiterverwendet werden kann.

Vorzugsweise wird ein Redoxpotential als Desinfektions- Indikator verwendet, wobei insbesondere dem Medium bzw. Was ser Kohlendioxidgas zudosiert wird.

Eine besondere Vorrichtung zur Durchführung des vorgenannten erfindungsgemäßen Verfahrens gekennzeichnet sich dadurch, daß ein UV/Ozon-Reaktor mit einem UV-Strahler in Form eines ge radlinigen Quecksilberniederdruckstrahlers vorgesehen ist, der in einem zylindrischen ersten Behälter mit einer Luft- bzw. O₂-Zufuhrleitung und einer Ozongemisch- bzw. Ozonabfuhr leitung eingebettet und von einem radial äußeren konzentri schen zweiten zylindrischen Behälter mit einer Wasserzufuhr leitung und einer Wasserabfuhrleitung umgeben ist, in welche die Ozonabfuhrleitung einmündet.

Der Quecksilberniederdruckstrahler sowie der erste und der zweite Behälter sind im besonderen senkrecht angeordnet, wo bei der erste und der zweite Behälter durch einen oberen Dec kel wasserdicht abgedeckt sind, durch welchen sich zentral der Quecksilberniederdruckstrahler mit oberseitigem Stroman schluß sowie dezentral die O₂-Zufuhrleitung mit einem kurzem Rohrabschnitt im Bereich der Deckelunterseite im Behälterin neren und die Ozonabfuhrleitung mit langem Rohrabschnitt im Behälterinneren bis in den Bereich des unteren Endes des er sten Behälters erstreckt, wobei die Wasserzufuhrleitung im Bereich des oberen Deckels mantelseitig in den zweiten Behäl ter einmündet, während die Wasserabfuhrleitung auf der dem Deckel entfernten unteren Seite mantelseitig angeschlossen ist.

Die mantelseitige Einmündung der Wasserzufuhrleitung und der mantelseitige Anschluß der Wasserabfuhrleitung liegen vor nehmlich auf entgegengesetzten Seiten des zweiten Behälters.

Insbesondere sind zumindest zwei UV/Ozon-Reaktoren vorgesehen sind, wobei die Wasserzu- und -abfuhrleitungen hintereinander in Reihe bzw. seriell angeschlossen sind und die O2-Zufuhr- und Ozon-Abfuhrleitungen nebeneinander bzw. parallel ange schlossen sind.

Die vorgenannte Ozon-Verweilzone kann durch zumindest einen Ozon-Verweilzeitbehälter dargestellt sein, wobei zumindest ein UV/Ozon-Reaktor mit zumindest einem Ozon-Verweilzeitbe hälter in einem Wasserkreislauf vorgesehen sein können.

Der Ozon-Verweilzeitbehälter weist dann die Zufuhr für das aufzubereitende Medium, insbesondere Wasser, auf, während zu mindest eine Entnahmestelle für das aufbereitete Medium, ins besondere aufbereitetes Trink- oder Brauchwasser, in der (Wasser-)Abfuhrleitung des UV/Ozon-Reaktors vor der Einlei tungsstelle der Ozonabfuhrleitung vorgesehen ist.

Ferner kann der Ozon-Verweilzeitbehälter einen ersten ober seitigen Anschluß für eine Restozon-Abfuhrleitung zurück zum Kreislauf aufweisen, wobei in der Restozon-Abfuhrleitung ein Absauginjektor angeordnet sein kann.

Der Ozon-Verweilzeitbehälter kann auch einen zweiten obersei tigen Anschluß für eine Druckausgleichsverbindung mit der At mosphäre aufweisen, wobei in der Druckausgleichsverbindung ein Kohlefilter angeordnet sein kann.

Im Wasserkreislauf kann zumindest eine Wasserpumpe angeordnet sein, welche vorzugsweise im Rücklauf zwischen dem Ozon-Ver weilzeitbehälter und dem UV/Ozon-Reaktor liegt.

Durch die Erfindung wird also insbesondere eine Ozon-unter stützte UV-Desinfektion zur Desinfektion von aquatischen Sy stemen, insbesondere von Trinkwasser geschaffen, wobei einer seits UV-Strahlen und andererseits gezielt Ozon in einem Kom binationsverfahren erzeugt und bei einem aquatischen Medium ausgenutzt werden. Im besonderen wird bei der UV-Desinfektion durch Quecksilberniederdruckstrahler die neben der Hauptreso nanzlinie 253,7 nm erzeugte Spektrallinie von 184,9 nm zur Ozonproduktion eingesetzt und das erzeugte Gas in einem Kom binationsverfahren zur Verstärkung der desinfizierenden Wir kung des UV-Lichtes verwendet.

1. UV-Stahlung a. Die Erzeugung

Zur Erzeugung von kurzwelligem UV-Licht wird ein Quecksilber niederdruckstrahler eingesetzt, der kurzwellige Strahlung in Form eines Linienspektrums mit den Hauptresonanzlinien 253,7 nm (Nanometer) und 184.9 nm abgibt. Der relative spektrale Strahlenfluß beträgt bei 253.7 nm ca. 60-70%, der bei 184,9 nm ca. 20%.

b. Die desinfizierende Wirkung

Die desinfizierende Wirkung des UV-Lichtes liegt in der Reak tion mit Nukleinsäuren. Die Abtötung von Mikroorganismen be ruht auf der Übereinstimmung des Strahlenmaximums bei 253,7 nm mit der spektralen Wirkungsfunktion der Keimtötung (Thy mindimerisierung). UV-Licht ist ein effektives chemiefreies und umweltschonendes Verfahren zur Entkeimung.

2. Ozon a. Die Erzeugung

Nach dem eingangs genannten Stand der Technik hat sich zur Erzeugung von Ozon die Ozon-Erzeugung durch stille elektri sche Entladung am breitesten durchgesetzt. Daneben kann Ozon durch Elektrolyse von Wasser gewonnen werden.

Die Erfindung nützt demgegenüber gezielt die UV-Bestrahlung eines sauerstoffhaltigen Gases zur Erzeugung von Ozon durch Schaffung einer Zwangsströmung aus.

b. Die desinfizierende Wirkung - chemische Wirkung

Ozon ist das stärkste technisch verwendbare Oxidationsmittel. Bei seiner Herstellung aus Luft oder Sauerstoff mittels Quecksilberniederdruckstrahlern sind keine Chemikalien not wendig.

Seine desinfizierende Wirkung beruht auf der chemischen Ver änderung (Oxidation und Ozonierung) von essentiellen moleku laren Strukturen von Mikroorganismen und ist etwa fünfzig mal stärker als die gängige Desinfektion mit Chlor oder Chlorver bindungen.

Aufgrund seiner großen Reaktionsbereitschaft mit organischen als auch anorganischen Verbindungen können im Wasser gelöste Inhaltsstoffe ausgeflockt und filtrierbar gemacht werden. Durch Oxidation und Ozonierung werden resistente in biolo gisch abbaubare Stoffe umgewandelt. Die Bildung von kanzero gen Substanzen, wie sie bei Anwendung von Chlor und seinen Verbindungen beobachtet wird (Halomethane), ist nicht be kannt. Im Vergleich mit anderen chemischen Desinfektionsmit teln hinterläßt Ozon nach seiner Anwendung keine Rückstände.

3. Nutzung und Vorteile des kombinierten Desinfektionsverfah rens mit UV und Ozon a. Ausnutzung des Energieaufwandes eines speziellen Quecksil berniederdruckstrahlers

Beim erfindungsgemäßen kombinierten Entkeimungsverfahren wird ein spezieller Ozon-bildender UV-Strahler mit einer dotierten Quarzglaswand eingesetzt, bei welchem 30-40% der Leistungsaufnahme in Form von UV-Licht der Wellenlänge 253,7 nm abge geben werden und 10% der Leistungsaufnahme zur Erzeugung von Ozon dienen, das als Additivum zur Desinfektion neben dem UV- Licht eingesetzt wird. Die Ozon-bildende Komponente mit der Wellenlänge von 184,9 nm wird nicht unterdrückt bzw. absor biert, wie dies nach dem Stand der Technik der Fall ist.

b. Ozon als Mittel zur Verhinderung der Entstehung und Abbau von Biofilmen

Biofilme sind schleimige Substanzen, die von Mikroorganismen als eine Form Resistenzentmechanismus gebildet werden, um sich vor dem Angriff von desinfizierenden Substanzen zu schützen. In diese schützenden Strukturen eingehüllt haften sie an Grenzflächen von aquatischen Systemen (Rohrleitungen etc.). Ca. 99% aller in einem aquatischen System befindli chen Bakterien halten sich in solchen Biofilmen auf. UV-Licht kann, wie Untersuchungen ergeben haben, nur zur Vernichtung der im Wasser vagabundierend vorhandenen Mikroorganismen die nen, d. h. es können nur 1% durch den UV-Mechanismus abgetötet werden. Aufbauend auf dieser Erkenntnis wird erfindungsgemäß bei der Anwendung von UV-Licht eine zusätzliche hochwirksame Desinfektionsmaßnahme geschaffen. Ozon erfaßt aufgrund seiner hohen Oxidationkraft auch Biofilme und die sich darin aufhal tenden Mikroorganismen zuverlässig, und tötet die Mikroorga nismen ab.

c. Restkeimentfernung und Restmengenentfernung durch Ozon

Ozon wirkt nach durchgeführten Untersuchungen im Gegensatz zu anderen Desinfektionsmitteln auch noch dann, wenn die zu er fassenden Organismen in kleinsten Mengen oder aber auch para sitär lebend in anderen Mikroorganismen vorkommen (Legionellen in Amoeben, Kryptosporidien, Lamblien). Die durch Ozon bewirkte "Restkeimentfernung" beruht auf der sehr hohen Affi nität des Ozons zu Verbindungen in lebenden supramolikularen Strukturen. Sein hohes Reaktionspotential bewirkt darüber hinaus auch Reaktionen mit geringsten Mengen organischer und anorganischer Stoffe (Restmengenentfernung). Die Restmengen entfernung durch Ozon erfolgt im Gegensatz zu anderen chemi schen Mitteln stets rückstandsfrei, was in der Herstellung von Reinstwasser besonders wichtig ist.

d. Abbau von kanzerogenen Substanzen - Ozon im Vergleich zu Chlorverbindungen

Ozon reagiert durch Ozonung oder Oxidation mit anthropogenen Wasserinhaltsstoffen zu hydrophileren und dadurch besser bio logisch abbaubaren Substanzen (z. B. Nutzung zu Entgiftungs prozessen). Chlor und seine Verbindungen reagieren dagegen mit anthropogenen Stoffen zu chlorierten Kohlenwasserstoffen, die sich einem biologischen Abbau weitgehendst entziehen. Chlorierte Kohlenwasserstoffe sind Kanzerogene, die durch Ozon weitgehendst in ihrer Wirkung unschädlich gemacht wer den.

Insbesondere durch serielle und parallele Anwendung von UV/Ozon-Reaktoren kann eine Potenzierung der desinfizierenden Wirkung erreicht werden, vorzugsweise durch das Durchströmen von "hintereinander geschalteten Reaktoren" (serielle Anwen dung).

Eine weitere Potenzierung der Desinfektionsmaßnahme kann durch Vervielfachung der Ozonkonzentration erreicht werden. Dazu werden die in Serie angeordneten Reaktoren parallel zueinander mit Gas durchströmt (parallele Anordnungen), und das Gas in das zu desinfizierende Wasser geleitet.

Die Ozonausbeute vervielfacht sich mit der Anzahl der Reakto ren. Ferner kann der Reaktor zur Restozonentfernung genutzt werden. Aus einem mit Ozon behandelten Wasser wird restlich verbliebenes Ozon entfernt, bevor es als Brauchwasser einge setzt wird. UV der Wellenlänge 253,7 nm zerstört Ozon im wässrigen Medium. Durch Kreislaufführung des Wassers wird UV und Ozon behandeltes Wasser erneut durch den Reaktor gelei tet, um es einer weiteren UV-Bestrahlung jetzt zur Ozonver nichtung auszusetzen. Die Abnahme Ozonfreien Wassers erfolgt direkt nach der Bestrahlung mit UV-Licht vor der Ozon-In jektion.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispie len unter Bezugnahme auf beigefügte Zeichnung näher erläu tert; es zeigen:

Fig. 1 eine Vorrichtung zur Aufbereitung eines aquati schen Mediums in Form eines UV/Ozon-Reaktors zur intensiven Desinfektion von Trinkwasser in einem schematischen Vertikalschnitt,

Fig. 2 mehrere UV/Ozon-Reaktoren nach Fig. 1 in einer gemeinsamen seriellen und parallelen Anwendung in schematischer Prinzipdarstellung,

Fig. 3 einen UV/Ozon-Reaktor nach Fig. 1 in einem ge schlossenen Wasserkreislauf zusammen mit einem Ozon-Verweilzeitbehälter für eine Restozonentfer nung in schematischer Prinzipdarstellung, und

Fig. 4 eine schematische Darstellung des Wirkprinzips der Erfindung.

Gemäß Zeichnung umfaßt eine Vorrichtung zur Aufbereitung ei nes aquatischen Mediums W eines aquatischen Systems 1 zwecks Desinfektion von Trinkwasser einen UV/Ozon-Reaktor 10, wobei das Medium Trinkwasser einer UV-Strahlung ausgesetzt wird.

Das Trinkwasser W durchströmt den W-Strahlungsbereich S₁, S₂ eines künstlichen UV-Strahlers 2 in Form eines Quecksilber niederdruckstrahlers, wobei das Medium Trinkwasser den künst lichen UV-Strahler in einer gezielten Zwangsströmung um strömt.

Im UV-Strahlungsbereich des UV-Strahlers wird mittels geziel ter O₂-Zufuhr gleichzeitig Ozon erzeugt. Das Medium Trinkwas ser wird auch dem erzeugten Ozon ausgesetzt und mit Ozon be handelt.

Das Medium ist einem radial nach außen gerichteten UV-Strah lungsbereich eines zentralen geradlinigen UV-Strahlers 2 in Form eines Quecksilberniederdruckstrahlers ausgesetzt.

Durch den UV-Strahler 2 wird sowohl eine auf das Medium W einwirkende erste UV-Strahlung S₁ mit der Hauptresonanzlinie von 253,7 Nanometer (2537 Angström) als auch eine auf das Me dium W einwirkende zweite Strahlung S₂ mit der Spektrallinie von 184,9 Nanometer (1849 Angström) erzeugt.

Insbesondere durch die erzwungene O₂-Strömung in einem ersten ringförmigen radial inneren Kompartiment 3 um den zentralen UV-Strahler 2 wird Ozon erzeugt, und es wird durch die er zwungene Strömung des Trinkwassers W in einem zweiten ring förmigen radial äußeren Kompartiment 4 das Medium UV- behandelt, wobei das Medium W nach der UV-Behandlung durch Zuleitung des erzeugten Ozons auch Ozon-behandelt wird.

Das sowohl UV-behandelte als auch Ozon-behandelte Medium W wird einem Verbraucher zugeleitet.

Die bei der Ozonerzeugung entstehende Wärme kann durch ein Wärmeabführungs- bzw. Kühlsystem abgeführt und gegebenenfalls in einem Wärmesystem weiterverwendet werden.

Gemäß Fig. 1 weist insbesondere ein UV-Ozon-Reaktor 10 einen UV-Strahler 2 in Form eines geradlinigen Quecksilbernieder druckstrahlers auf, der in einem zylindrischen ersten Behäl ter 6 mit einer Luft- bzw. O₂-Zufuhrleitung 8 und einer Ozon gemisch- bzw. Ozonabfuhrleitung 9 eingebettet und von einem radial äußeren konzentrischen zweiten zylindrischen Behälter 7 mit einer Wasserzufuhrleitung 11 und einer Wasserabfuhrlei tung 12 umgeben ist, in welche die Ozonabfuhrleitung 9 ein mündet.

Der Quecksilberniederdruckstrahler sowie der erste und der zweite Behälter 6, 7 sind senkrecht angeordnet, wobei der er ste und der zweite Behälter durch einen oberen Deckel 13 mit einem Spannring 24 wasserdicht abgedeckt sind, durch welchen sich zentral der Quecksilberniederdruckstrahler mit obersei tigem Stromanschluß sowie dezentral die O₂-Zufuhrleitung 8 mit einem kurzem Rohrabschnitt 25 im Bereich der Deckelunter seite im Behälterinneren und die Ozonabfuhrleitung 9 mit lan gem Rohrabschnitt 23 in Form eines Tauchrohrs im Behälterin neren bis in den Bereich des unteren Endes des ersten Behäl ters 6 erstreckt, wobei die Wasserzufuhrleitung 11 im Bereich des oberen Deckels 13 mantelseitig in den zweiten Behälter 7 einmündet, während die Wasserabfuhrleitung 12 auf der dem Deckel entfernten unteren Seite mantelseitig angeschlossen ist.

Die mantelseitige Einmündung der Wasserzufuhrleitung 11 und der mantelseitige Anschluß der Wasserabfuhrleitung 12 liegen auf entgegengesetzten Seiten des zweiten Behälters 7.

Der erste Behälter 6 besitzt ein erstes ringförmiges Kompar timent 3 für durchzuströmendes O₂-Gas mit einer UV-Strahlen durchlässigen Quarzglaswand 14, wobei ein unterer Sockel 15 des Quecksilberniederdruckstrahlers in einem verjüngten Be reich des ersten Behälters 6 eingebettet und zentriert ist. Die den UV-Strahler 2 umgebende Quarzglaswand 5 ist für eine Durchlässigkeit der ersten und zweiten UV-Strahlung S₁, S₂ speziell dotiert.

Der zweite Behälter 7 besitzt ein zweites ringförmiges Kom partiment 4 für durchzuströmendes Wasser W mit einer ver schleißfesten Duranglaswand, wobei der untere Boden 16 des zweiten Behälters 7 vom unteren Boden des ersten Behälters 6 beabstandet ist, und somit Wasser W durch den UV/Ozon-Reaktor nicht nur im Ringabschnitt, sondern auch bodenseitig strömen kann.

Die Ozonabfuhrleitung 9 mündet in einem Absauginjektor A.

Gemäß Fig. 2 kann das Trinkwasser W vor einem Verbrauch oder Gebrauch in mehreren UV/Ozon-Behandlungszonen I, II, III be handelt werden. Im Ausführungsbeispiel sind speziell drei UV/Ozon-Reaktoren 10 vorgesehen, deren Wasserzu- und -abfuhr leitungen 11, 12 hintereinander in Reihe bzw. seriell ange schlossen sind und deren O₂-Zufuhr- und Ozon-Abfuhrleitungen 8, 9 nebeneinander bzw. parallel angeschlossen sind.

Gemäß Fig. 3 kann nach der Ozonbehandlung des Trinkwassers das verbleibende Ozon in einer Ozon-Verweilzone IV abgebaut werden. Das Trinkwasser W wird in einer UV/Ozon-Behandlungs zone I und in einer Ozon-Verweilzone IV in einem geschlosse nen Kreislauf K behandelt. Das in der Ozon-Verweilzone IV nicht abgebaute Restozon wird durch einen Abgasinjektor A ab gesaugt und dem Kreislauf K wieder zugeführt. Das aufzuberei tende Medium W wird in der Ozon-Verweilzone IV dem Kreislauf K zugeführt. Die Ozon-Verweilzone IV ist dem Atmosphärendruck p angepaßt.

Im besonderen ist gemäß Fig. 3 ein einziger VV/Ozon-Reaktor 10 mit einem einzigen Ozon-Verweilzeitbehälter B in einem ge meinsamen Wasserkreislauf K vorgesehen. Der Ozon-Verweilzeit behälter B weist eine Wasserzufuhr für aufzubereitendes Was ser W auf, während eine Entnahmestelle 17 für aufbereitetes Trink- oder Brauchwasser in der Wasserabfuhrleitung 9 des UV/Ozon-Reaktors 10 vor der Einleitungsstelle 18 der Ozonab fuhrleitung 9 vorgesehen ist. Der Ozon-Verweilzeitbehälter B hat einen ersten oberseitigen Anschluß 19 für eine Restozon- Abfuhrleitung 20 zurück zum Kreislauf K, wobei in der Resto zon-Abfuhrleitung 20 der bereits erwähnte Absauginjektor A angeordnet ist. Der Ozon-Verweilzeitbehälter B hat ferner ei nen zweiten oberseitigen Anschluß 21 für eine Druckaus gleichsverbindung 22 mit der Atmosphäre p, wobei in der Druckausgleichsverbindung 22 ein Kohlefilter F angeordnet ist. Im Wasserkreislauf K ist schließlich noch eine Wasser pumpe P angeordnet ist, welche zwischen dem Ozon-Verweil zeitbehälter B und dem UV/Ozon-Reaktor 10 liegt.

In Fig. 4 ist das Schema des Prinzips der Erfindung darge stellt, aus dem der Strahlengang S₁ und S₂ durch den UV- /Ozon-Reaktor 10 mit den einhergehenden Reaktionen E₁, E₂ und E₃ der Strömungsmedien Wasser und Sauerstoff O₂ und O₃ er sichtlich sind.

Im einzelnen stellen dar:
UV-Strahler 2 (Quecksilberniederdruckstrahler)
UV-Strahlung S₁ der Wellenlänge 253,7 nm
UV-Strahlung S₂ der Wellenlänge 184,9 nm
Quarzglaswand 5 des UV-Strahlers 2
inneres Kompartiment 3 (Luft/Sauerstoff)
Wand 14 des Quarzglaszylinders
äußeres Kompartiment 4 (Wasser)
Reaktion E₁: O₂ + 184,9 nm → O₃ + Wärme + Licht
Reaktion E₂: H₂O + 184,9 nm → H₂O₂
Reaktion E₃: Lebende Mikroorganismen + 253,7 nm → → Tote Mikroorganismen

In Zusammenfassung wird also im wesentlichen die bei der UV- Desinfektion durch Quecksilberniederdruckstrahler neben der Hauptresonanzlinie 253,7 nm erzeugte Spektrallinie von 184,9 nm zur Ozonproduktion eingesetzt und das erzeugte Gas in ei nem Kombinationsverfahren zur Verstärkung der desinfizieren den Wirkung des UV-Lichtes verwendet.

Die von einem Quecksilberniederdruckstrahler erzeugte Strah lung mit den Hauptresonanzlinien 184,9 nm und 253,7 nm wird zunächst durch ein strömendes sauerstoffhaltiges Gas oder durch reinen Sauerstoff geleitet. Der kurzwelligere Anteil der Strahlung bei einer Spektrallinie von 184,9 nm erzeugt hier in einem photochemischen Vorgang Ozon. Ein beträchtli cher Anteil der dafür aufgewandten Energie wird dabei in Form von Wärme frei, die abgeführt wird, um die Ausbeute an Ozon nicht zu mindern. Das Ozon-Gasgemisch wird in das zu desin fizierende Medium (Wasser) eingeleitet. Durch ein besonders dotiertes Quarzglas, welches durchlässig für Strahlen der Wellenlänge 253,7 nm und 184,9 nm ist, trifft die Strahlung auf das fließende zu desinfizierende flüssige Medium (Was ser). Die kurzwelligere Komponente erzeugt hier in einem zur Desinfektion nicht brauchbaren Ausmaß Wasserstoffperoxid, während die langwelligere Komponente die im Wasser vorhande nen Mikroorganismen abtötet.

Der in Fig. 1 gezeigte und bereits im Grundsatz beschriebene Reaktor besteht aus Duran-Glas, ist ein Zylinder mit 10 cm Durchmesser und einer Höhe von 40 cm. Ein in den Deckel des Zylinders druckfest eingearbeiteter Quarzglaszylinder, der zentral montiert den Quecksilberniederdruckstrahler enthält, unterteilt den Reaktorraum in zwei voneinander getrennte und gegenüber der Umgebung druckfest abgedichtete Kompartimente. Das innere Kompartiment 3 wird von dem sauerstoffhaltigen Gas oder von Sauerstoff durchströmt. Eingeleitet wird das Gas am Kopf des Kompartiments 3. Ausgeleitet wird das Ozon-Gasge misch über ein Tauchrohr. Der Luft- bzw. Gasstrom wird durch den im Wasserstrom installierten Absauginjektor A erzeugt. Das äußere Kompartiment 4 wird von der zu bestrahlenden Flüs sigkeit durchströmt, die hier auf einer Länge von 40 cm der Bestrahlung ausgesetzt ist. Die Flüssigkeit dient dem Ab transport der im inneren Kompartiment entstehenden Reaktions wärme. Die Ein- und Ausströmöffnungen des Reaktors sind in Normgrößen gefertigt.

Schließlich sei erwähnt, daß eine verbesserte Erfindungsvari ante durch Einleitung von Kohlendioxid erzielt wird. Hierbei wird das Redoxpotential als Desinfektions- bzw. Sterilisa tions-Indikator verwendet.

Wie ausgiebige Versuche gezeigt haben, ist ein Überleben von Krankheitserregern bei einem Redoxpotential von mehr als 700 mV (Quecksilber/Quecksilberchlorid-Elektrode, pH = 7,2) nicht mehr möglich.

Oxidationsreaktionen mit Ozon laufen im schwach alkalischen Milieu effektiver ab als im sauren Bereich. Diese Tatsache beruht auf der katalytischen Zersetzung von Ozon durch Hy droxylionen. Es bilden sich OH-Radikale, die sehr reaktionsfreudig sind und mit fast allen Wasserinhaltstoffen sehr schnell reagieren. Auf diese Weise reagieren OH-Radikale auch mit Hydrogencarbonationen. In harten Wässern (die Carbonat härte eines Wassers wird von der Menge der Hydrogencarbonat ionen gegenüber anderen oxidierbaren Wasserinhaltsstoffen be stimmt) mit einem relativen Überschuß an Hydrogencarbonat ionen gegenüber anderen oxidierbaren Wasserinhaltsstoffen werden OH-Radikale abgefangen. Da die OH-Radikale unter der katalytischen Wirkung von Hydroxylionen auch zum Ozonzerfall beitragen, ist demnach das Ozonmolekül in harten Wässern be ständiger, d. h. langlebiger.

Zum Ersatz der durch Ozonreaktionen verbrauchten Wasserhärte und zum Schutz des Ozonmoleküls sowie der Konstanthaltung der Wasserstoffionenkonzentration (pH-Wert) in einem aquatischen System ohne Beeinflussung der Leitfähigkeit des Systems (eine Erhöhung der Leitfähigkeit hat einen negativen Einfluß auf die durch Ozon erzeugte Redoxspannung) wird in vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung Kohlendioxidgas dem Wasser zudo siert. Durch diese Verfahrensweise können in einem aquati schen System mit wesentlich geringeren Ozonmengen ausreichen de Redoxpotentiale erzielt werden, die über 700 mV liegen.

Claims

1. Verfahren zur Aufbereitung eines aquatischen Mediums (W) eines aquatischen Systems (1), insbesondere Verfahren zur Desinfektion von Trinkwasser, wobei das Medium einer UV- Strahlung ausgesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Medium (W) den UV-Strahlungsbereich (S₁, S₂) eines künstlichen UV-Strahlers (2) durchströmt, wobei das Medi um den künstlichen UV-Strahler umströmt, und im UV- Strahlungsbereich des UV-Strahlers mittels O₂-Zufuhr gleichzeitig Ozon erzeugt und das Medium (W) auch dem er zeugten Ozon ausgesetzt bzw. Ozon-behandelt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch eine O₂-Strömung in einem ersten ringförmigen radial inneren Kompartiment (3) um den zentralen UV- Strahler (2) Ozon erzeugt und durch eine Strömung des Me diums (W) in einem zweiten ringförmigen radial äußeren Kompartiment (4) das Medium UV-behandelt wird, wobei das Medium (W) nach der UV-Behandlung durch Zuleitung des er zeugten Ozons auch Ozon-behandelt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das sowohl UV-behandelte als auch Ozon-behandelte Me dium (W) einem Verbraucher zugeleitet wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Medium (W) vor einem Verbrauch oder Gebrauch in mehreren UV/Ozon-Behandlungszonen (I, II, III) behandelt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Ozonbehandlung des Mediums (W) das verblei bende Ozon in einer Ozon-Verweilzone (IV) abgebaut wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Medium (W) in UV/Ozon-Behandlungszone(n) (I, II, III) und Ozon-Verweilzone(n) (IV) in einem geschlossenen Kreislauf (K) behandelt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das in der Ozon-Verweilzone (IV) nicht abgebaute Restozon abgesaugt und dem Kreislauf (K) wieder zugeführt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß das aufzubereitende Medium (W) in der Ozon-Verweil zone (IV) dem Kreislauf (K) zugeführt wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Ozon-Verweilzone (IV) dem Atmosphärendruck (p) angepaßt wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Ozon aus dem ersten ringförmigen Kompartiment (3) abgesaugt und dem Medium wieder zugeführt wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Medium dem radial nach außen gerichteten UV- Strahlungsbereich eines zentralen geradlinigen UV-Strah lers (2) vorzugsweise in Form eines Quecksilberniederdruckstrahlers ausgesetzt wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß durch den UV-Strahler (2) sowohl eine auf das Medium (W) einwirkende erste UV-Strahlung (S₁) mit der Hauptreso nanzlinie von 253, 7 Nanometer als auch eine auf das Medi um (W) einwirkende zweite Strahlung (S₂) mit der Spektral linie von 184, 9 Nanometer erzeugt wird.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß eine den UV-Strahler (2) umgebende Quarzglaswand (5) für eine Durchlässigkeit der erste und zweiten UV-Strah lung (S₁, S₂) dotiert wird.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die bei der Ozonerzeugung entstehende Wärme durch ein Wärmeabführungs- bzw. Kühlsystem abgeführt wird.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die abgeführte Wärme in einem Wärmesystem weiterver wendet wird.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß ein Redoxpotential als Desinfektions-Indikator ver wendet wird.

17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß dem Medium (W) Kohlendioxidgas zudosiert wird.

18. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß ein UV-Ozon-Reaktor (10) mit einem UV-Strahler (2) in Form eines geradlinigen Quecksilberniederdruckstrahlers vorgesehen ist, der in einem zylindrischen ersten Behäl ter (6) mit einer Luft- bzw. O₂-Zufuhrleitung (8) und ei ner Ozongemisch- bzw. Ozonabfuhrleitung (9) eingebettet und von einem radial äußeren konzentrischen zweiten zy lindrischen Behälter (7) mit einer Wasserzufuhrleitung (11) und einer Wasserabfuhrleitung (12) umgeben ist, in welche die Ozonabfuhrleitung (9) einmündet.

19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Quecksilberniederdruckstrahler sowie der erste und der zweitem Behälter (6, 7) senkrecht angeordnet sind, wobei der erste und der zweite Behälter durch einen oberen Deckel (13) wasserdicht abgedeckt sind, durch wel chen sich zentral der Quecksilberniederdruckstrahler mit oberseitigem Stromanschluß sowie dezentral die O₂-Zufuhr leitung (8) mit einem kurzem Rohrabschnitt (25) im Be reich der Deckelunterseite im Behälterinneren und die Ozonabfuhrleitung (9) mit langem Rohrabschnitt (23) im Behälterinneren bis in den Bereich des unteren Endes des ersten Behälters (6) erstreckt, wobei die Wasserzufuhr leitung (11) im Bereich des oberen Deckels (13) mantel seitig in den zweiten Behälter (7) einmündet, während die Wasserabfuhrleitung (12) auf der dem Deckel entfernten unteren Seite mantelseitig angeschlossen ist.

20. Vorrichtung nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß die mantelseitige Einmündung der Wasserzufuhrleitung (11) und der mantelseitige Anschluß der Wasserabfuhrlei tung (12) auf entgegengesetzten Seiten des zweiten Behäl ters (7) liegen.

21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Quecksilberniederdruckstrahler eine dotierte Quarzglaswand (5) besitzt, die sowohl eine erste UV- Strahlung (S₁) mit der Hauptresonanzlinie von 184, 9 Nano meter als auch eine zweite Strahlung (S₂) mit der Spek trallinie von 184, 9 Nanometer zuläßt.

22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Behälter (6) ein erstes ringförmiges Kom partiment (3) für durchzuströmendes O₂-Gas ausbildet und eine UV-Strahlen-durchlässige Quarzglaswand (14) besitzt, wobei ein unterer Sockel (15) des Quecksilberniederdruck strahlers in einem verjüngten Bereich des ersten Behäl ters (6) eingebettet oder zentriert ist.

23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Behälter (7) ein zweites ringförmiges Kom partiment (4) für durchzuströmendes Wasser (W) ausbildet und eine verschleißfeste Duranglaswand besitzt, wobei der untere Boden (16) des zweiten Behälters (7) vom unteren Boden des ersten Behälters (6) beabstandet ist.

24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Ozonabfuhrleitung (9) einen Absauginjektor (A) besitzt.

25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest zwei UV/Ozon-Reaktoren (10) vorgesehen sind, wobei die Wasserzu- und -abfuhrleitungen (11, 12) hintereinander in Reihe bzw. seriell angeschlossen sind und die O2-Zufuhr- und Ozon-Abfuhrleitungen (8, 9) nebeneinander bzw. parallel angeschlossen sind.

26. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein UV/Ozon-Reaktor (10) mit zumindest einem Ozon-Verweilzeitbehälter (B) in einem Wasserkreislauf (K) vorgesehen sind.

27. Vorrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß der Ozon-Verweilzeitbehälter (B) eine Wasserzufuhr für aufzubereitendes Wasser (W) aufweist, während zumin dest eine Entnahmestelle (17) für aufbereitetes Trink- oder Brauchwasser in der Wasserabfuhrleitung (9) des UV/Ozon-Reaktors (10) vor der Einleitungsstelle (18) der Ozonabfuhrleitung (9) vorgesehen ist.

28. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß der Ozon-Verweilzeitbehälter (B) einen ersten ober seitigen Anschluß (19) für eine Restozon-Abfuhrleitung (20) zurück zum Kreislauf (K) aufweist, wobei in der Restozon-Abfuhrleitung (20) ein Absauginjektor (A) ange ordnet ist.

29. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß der Ozon-Verweilzeitbehälter (B) einen zweiten ober seitigen Anschluß (21) für eine Druckausgleichsverbindung (22) mit der Atmosphäre aufweist, wobei in der Druckaus gleichsverbindung (22) ein Kohlefilter (F) angeordnet ist.

30. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 26 bis 29, dadurch gekennzeichnet, daß im Wasserkreislauf (K) zumindest eine Wasserpumpe (P) angeordnet ist, welche vorzugsweise zwischen dem Ozon- Verweilzeitbehälter (B) und dem UV/Ozon-Reaktor (10) liegt.