DE19926159A1

DE19926159A1 - Mini-Elektrolysezelle

Info

Publication number: DE19926159A1
Application number: DE1999126159
Authority: DE
Original assignee: ROEMER AZIZA
Current assignee: ROEMER, HEINZ G., 40789 MONHEIM, DE
Priority date: 1999-05-15
Filing date: 1999-05-15
Publication date: 2000-11-16
Anticipated expiration: 2019-05-16
Also published as: DE19926159B4

Abstract

Die Mini-Elektrolysezelle kann sowohl in von Natur vorliegender schwacher Natriumchloridlösung als auch in Fällen, in denen keine oder zu geringe Natriumchloridlösung in Wasseraufbereitungssystemen vorliegt, als wirkungsvolles Kleingerät gegen die Nachverkeimung von Leitungen, Filtern aller Art und Ionentauschern integriert werden. Die Entkeimung (Desinfektion) erfolgt durch die Erzeugung von Natriumhypochlorit (NaClO) aus Kochsalz (NaCl), welches im Wasser zu freiem Chlor (Cl) dissoziiert, und atomaren Sauerstoff (O), der im "status nascendi" vorliegt. Da die Funktion nicht während des Durchflusses, sondern im Stillstand bei geschlossenen Leitungs-Ausläufen abläuft, verweilt das so erzeugte Desinfektionsmittel im Leitungssystem, und bildet somit eine wirkungsvolle Sperre gegen das Eindringen von Keimen und Mikroorganismen über die Entnahmestellen. Eine Nachverkeimung wird dadurch verhindert.

Description

Die Erfindung betrifft eine Mini-Chlor-Elektrolysezelle, die gelöstes Kochsalz (NaCl), welches in sehr schwachen Konzen trationen in geschlossenen Wassersystemen vorliegt, bei Anlegen einer Gleichspannung, in Natriumhypochlorit (NaClO) umwandelt, und dieses dem Wassersystem kontinuierlich zuführt. Das so erzeugte Oxydationsmittel NaClO dient zur Desinfektion einer definierten, stehenden Wassersäule in einem geschlossenen Leitungssystem.

Bei der Aufbereitung von Trink- und Brauchwasser werden oftmals zur Verbesserung der Wasserqualität Aktivkohlefilter, Mikro- und Nanofilter, sowie auch verschiedene Arten von Ionenaustauschern in das Wasserleitungs-System integriert. Hierbei stellt die sogenannte Nachverkeimung dieser integrierten Komponenten ein großes Problem dar. Über die Entnahmestellen gelangen unvermeidlich Keime über die Luft oder andere Kontakte in das Leitungs-System, und vermehren sich dort, je nach Beschaffenheit des Rohrleitungs-Materials und der Wassertemperatur, entsprechend schnell. Nach belegten Studien namhafter deutscher Hygiene-Institute, wuchsen so in relativ kurzer Zeit sogenannte "Rasen" an Mikroorganismen in den Ausgangsleitungen, die anschließend rückwärts in die vorgenannten Filter und Ionentauscher wuchsen, um dort bei dem vorliegenden Material, welches Mikroorganismen als Nahrungsgrundlage dient, noch größere Populationen zu bilden.

Diese Vorgänge machen den Einsatz von Aktivkohlefilter, Mikro- und Nanofilter, sowie auch Ionenaustauscher, nach Ansicht vieler Wasserwerker sehr zweifelhaft, da sie Brutstätten für Krankheitserreger wie Bakterien, Keime und sonstige Mikro organismen darstellen und somit zu einem Gesundheitsrisiko werden können. Mikrobiologische Untersuchungen ergaben Keimdichten von 7,0 × 10³/ml und mehr. Nach den Richtlinien der Gesundheitsämter und der Trinkwasser-Verordnung TVO, § 1, liegt der Grenzwert für E-coli und Coliforme Keime bei 0/ml Wasser.

Um diesem Risiko zu begegnen, wurden in vielen Anwendungsfällen teilweise UV-Lampen nachgeschaltet, die die Keime beim Passieren abtöten sollen. Der Nachteil dieser Verfahren ist, daß bei kurzen Auslaufstrecken und hoher Fließgeschwindigkeit, kaum genügend Zeit gegeben ist, um durch die UV-Bestrahlung Bakterien und Keime wirksam abzutöten. Auch das sogenannte "Ausschwemmen", indem man mehrere Liter Wasser ungenutzt abfließen läßt, beseitigt nicht das Grundproblem der Filter-Nachverkeimung, weil die Mikroorganismen sich dort sozusagen "verankert" haben.

Ein wirksamer Schutz gegen das Eindringen von Mikroorga nismen von der Entnahmestelle her, und somit das Verkeimen der Auslaufleitungen, Aktivkohlefilter, Mikro- und Nanofilter, sowie auch verschiedene Arten von Ionenaustauschern, bietet eine sogenannte "Desinfektions-Schleuse", die wie ein Sicher heits-Rückschlagventil wirkt. Durch die Erzeugung von NaClO mittels der Mini-Elektrolysezelle, welches im Wasser zu freiem Chlor und atomaren Sauerstoff dissoziiert, und in der Ausgangs- Wassersäule somit eine wirkungsvolle Sperre gegen von außen rückwärts eindringende Mikroorganismen darstellt, ist eine "Nachverkeimung" somit nahezu ausgeschlossen.

Die Erfindung bezweckt eine automatische, kontinuierliche und sichere Lösung der vorgenannten und bekannten Probleme, die vom Betreiber keine besonderen Fachkenntnisse erfordert.

Diese Aufgabe wird mit der Mini-Elektrolysezelle erfindungs gemäß dadurch gelöst, daß bei Anliegen einer Gleichspannung im Bereich von 6-12 V, und bei Vorliegen einer schwachen Solekonzentration und einem Leitwert von < 1500 µS/cm in der Auslaufstrecke bis zur Entnahme (Zapfstelle), zwischen Anode und Kathode ein elektrolytischer Prozeß abläuft, wobei aus

Na⁺ → Cl^-

eine Natriumhypochloritlösung (NaClO) + H entsteht. Bei gleichzeitiger Erzeugung von Wasserstoff und der damit verbundenen Turbulenzen ergibt sich eine gleichmäßige Vermischung und Ausbreitung des wirksamen freien Chlors in der stehenden Wassersäule. Sauerstoff (O), der im "status nascendi" vorliegt, verstärkt noch die Oxydationswirkung. Damit ist eine sehr wirksame Desinfektion gewährleistet. Nach Ablauf einer definierten einstellbaren Zeit schaltet sich die Mini-Elektro lysezelle selbsttätig wieder ab.

Fig. 1 zeigt den Aufbau der erfindungsgemäßen Mini- Elektrolysezelle bei der Anwendung zu einer hohen Salzaus beute mit der Rundstab-Titan-Anode (1) mit Spezialbeschich tung im medienberührten Teil, und Anschluß-Gewinde zur Verbindung der positiven Stromversorgung, der Titan-Rohr- Kathode (2) mit Anschlußfahne zur Verbindung der negativen Stromversorgung, einem O-Ring (3) zur Abdichtung des Innen rohrs (2), einem weiteren O-Ring (4) zur Abdichtung des Außen rohrs (2) zu dem Durchfluß-T-Verbinder (5) für Rohre verschie dener Außendurchmesser.

Fig. 2 zeigt ein Beispiel für den Aufbau einer Kombinations- und Erweiterungsmöglichkeit der Mini-Elektrolysezelle Fig. 1 mit einem Durchfluß-T-Verbinder (6) für Rohre verschiedener Außendurchmesser, passend zu (5) der Fig. 1, einem Lippen- Rückschlagventil (7), einer variablen Durchfluß-Stauscheibe (8), einem Niveau-Ausgleichsrohr (9), und einem Vorrats- Druckbehälter mit Schraubdeckel (10), zur Aufnahme von Spezial-Salztabletten (11). Diese Kombination erlaubt den Einsatz der Mini-Elektrolysezelle in solchen Fällen, in denen die Solekonzentration/Leitfähigkeit zu gering ist, oder eine höhere Stromausbeute bzw. größere Chlorproduktion erwünscht ist.

Fig. 3 zeigt ein Beispiel einer Steuerschaltung im Schalt gehäuse (17) für die Mini-Elektrolysezelle (13) mit Strom versorgung (12), (netzbetrieben oder netzunabhängig, mit fester oder einstell- bzw. regelbarer Spannung und Strombe grenzung), potentialfreiem Schaltgerät (14) für den Zellenstrom, gesteuert über externen Kontakt (16). Die Steuerung geschieht in der Weise, daß nach Eintreffen des Signals vom Geber (16) die Elektrolyse für eine (einstellbare) Zeitspanne t_x, erzeugt vom Nachlauf-Zeitgeber (15), betrieben wird.

Claims

1. Mini-Elektrolysezelle (Fig. 1) zur Erzeugung von Natrium hypochlorit, ausgehend von einer sehr schwachen Natrium chloridlösung, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrkathode (2) in der nach oben offenen Anordnung, das Eindringen von Natriumchloridlösung und Wasser zuläßt, und bei Anlegen einer Gleichspannung an Anode (1) und Kathode (2), während der ablaufenden Reaktion, Natriumhypochlorit und Wasserstoff erzeugt.

2. Verfahren zur Erzeugung von Natriumhypochlorit, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die ringförmig angeordneten Flächen der Rohrkathode (2) und der runden Stabanode (1) in einem definierten Abstand gegenüberstehen, und in der dargestellten Anordnung einen nach oben offenen Zylinder ergibt, in dessen Innenraum die Elektrolyse bei Anlegen einer Gleichspannung an Anode (1) und Kathode (2), abläuft, und das gleichzeitig erzeugte Wasserstoffgas einen sich wiederholenden Pumpeneffekt bewirkt, der das entstehende Natriumhypochlorit mit einem leichten Überdruck in die Rohrleitung transportiert, und somit eine Sperre gegen Verkeimung bildet.

3. Mini-Elektrolysezelle (Fig. 2) zur Erzeugung von Natrium hypochlorit, in Kombination mit einer Dosiereinrichtung für Natriumchloridlösung, nach Anspruch 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß aus einem Salztabletten-Druck- Vorratsbehälter (10), in dem durch eine Niveau- Ausgleichsleitung (9) für einen gleichmäßigen, festgelegten Wasserstand gesorgt wird, eine durch eine selektierte Stauscheibe (8) definierte Menge Natriumchloridlösung proportional zum Wasserdurchfluß beimischt wird, und den Elektrolysevorgang bewirkt.

4. Kombinierte Mini-Elektrolysezelle (Fig. 2) zur Erzeugung von Natriumhypochlorit, nach Anspruch 1, 2 und 3, da durch gekennzeichnet, daß alle einzelnen Bauteile über ein selbsttätig dichtendes Stecksystem miteinander verbunden und wieder gelöst werden können.

5. Mini-Elektrolysezelle (Fig. 1) oder (Fig. 2) zur Erzeugung von Natriumhypochlorit, nach Anspruch 1, oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Lippen-Rückschlagventil (7), verhindert, daß Wasserstoff sich entgegen der Fließrichtung ausbreiten kann, und somit in Verbindung mit dem erzeugten Natriumhypochlorit, eine Sperre gegen von außen rückwärts eindringende Mikroorganismen und Keime bildet.

6. Verfahren zur Erzeugung von Natriumhypochlorit, nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuerschaltung (Fig. 3), netzbetrieben (12) oder netzunabhängig, von einem externen Signal über Kontakt (16) aktiviert, mittels eines Nachlauf-Zeitgebers (15), für eine einstellbare Zeit t_x eine regelbare Spannung zwischen 6 bis 12 V DC über ein potentialfreies Schaltgerät (14) auf die Zelle (13) schaltet, und somit für einen Stromfluß definierter Stärke und Dauer zwischen Anode (+) und Kathode (-) in der Natriumchloridlösung sorgt.