DE3309021A1 - Verfahren und vorrichtung zur aufbereitung von wasser - Google Patents
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Description
Verfahren und Vorrichtung zur Aufbereitung von Wasser
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Wasseraufbereitung.
Außerdem betrifft eie eine für die Durchführung des Verfahrens geeignete Vorrichtung.
In dem von den öffentlichen Wasserwerken gelieferten Wasser sind sowohl anorganische als auch häufig organische Substanzen
gelöst, die in den mit diesem Wasser betriebenen Anlagen unerwünschte Ablagerungen (z.B. Kesselstein) oder
Korrosionen verursachen, um die anorganischen aeiastungsstoffe
unschädlich zu machen, ist es bekannt, dem Wasser Zusatzmittel beizugeben (DE-PSen 15 17 540 und 18 11 032)
oder Ionenaustauscher zu verwenden (vgl. DE-PSen 16 42 und 18 10 204). Zur Beseitigung organischer Substanzen
sind mikrobiologische Wege bekannt (DE-PS 24 17 431). Weiterhin wurde bereits vorgeschlagen, organische Substanzen
anodisch zu oxidieren, indem das Wasser durch eine elektrolytische Zelle geleitet wird, welche ein
leitfähiges Schüttgut enthält (DE-PS 24 24 091).
Nachteilig an dem geschilderten Stand der Technik ist, daß die vorgeschlagenen Mittel und Vorrichtungen zur Einflußnahme
auf die Belastungsstoffe entweder nur die organischen
oder die anorganischen im Wasser gelösten Substanzen betreffen.
Weiterhin erfordern die in Ionenaustauschern verwendeten Massen und auch das in der elektrolytischen Zelle
verwende te - Adsorbens Regenerationsphasen, die einen kontinuierlichen Betrieb der jeweiligen Wasseraufbereitungseinrichtung
verhindern bzw. - bei. Verwendung von zwei parallel geschalteten Einrichtungen - kostenaufwendig machen. Schließlich
haben Ionenaustauscher den Nachteil, daß ihr Bett häufig zu einem Herd von Bakterien wird, so daß dem Ionenaustauscher
zwar enthärtetes Wasser entnommen werden kann; die im Wasser enthaltenen Keime können aber in solchen Fällen
eine gefährlich hohe Konzentration haben.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein kontinuierlich anwendbares Verfahren zur Wasseraufbereitung
zu schaffen, mit dem Einfluß sowohl auf anorganische als auch auf organische Belastungsstoffe im Wasser genommen
werden kann.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß während
eines ersten Behandlungsschnittes Einfluß auf die Ionenkonzentration
im Wasser genommen wird,und daß während eines zweiten Behandlungsschnittes ein Überschuß an positiven oder
negativen Ionen erzeugt wird.
COPVJ
3303021
Eine Einflußnahme auf die Ionenkonzentrat ion kann entweder durch Bestrahlen des Wassers mit Laserlicht, UV-Licht,Mikrowellen
,'elektromagnetischen Sfrah1" (Röntgen-, -Strahlen)
oder Elektronenstrahlen vorgenommen werden, wodurch ein Ionisierungsyorgang bewirkt wird. Es entstehen erhöhte
(OH) - und (H_0)-1-Konzentrationen, was einer Erhöhung des
Ionenproduktes entspricht. Auch elektrische Impulse haben eine solche Wirkung. Zur Erzeugung von elektrischen Hochspannungsimpulsen
kann eine Tesla-Spule dienen, die in unmittelbarer Nähe eines isolierten Leitungsabschnittes angeordnet
ist. Das Material dieses Leitungsabschnittes hat zweckmäßig eine hohe relative Permitivität. Als Elektroden
können im Wasser angeordnete Nadelelktroden Verwendung finden.
Ohnsr eine im sich unmittelbar anschließenden Behandlungsschnitt
bewirkte örtliche Trennung der positiven Ionen von den negativen Ionen und Neutralisation einer Ionenart würde eine
Rekombination eintreten, so daß das Wasser letztlich unverändert
gelassen würde. Deshalb erfolgt unmittelbar nach der Erzeugung der Ionen eine örtliche Trennung unterschiedlich
geladener Ionen in einem elektrischen oder magnetischen Feld, wobei die Neutralisation einer Ionenart im Bereich einer
elektrisch leitfähigen Wandung des im elektrischen oder magnetischen Feld angeordneten Leitungsabschnittes stattfindet.
Soll z.B. im austretenden Wasser eine erhöhte (H_0) - Ionen-Konzentration
erzeugt werden, dann muß für eine Neutralisation
der (OH) - Ionen gesorgt werden. Das geschieht zunächst durch örtliche Trennung der positiven von den negativen Ionen und
dann z.B. durch Ableitung von Elektronen, und zwar nach der
copy -J1
- ίο - ^
3308021
GIe ichung:
4 (OH)" —*. 0. + 4 e ~+ 2
Im Wasser mit erhöhter (H,O) - Ionen-Konzentration lösen
sich anorganische Salze, z.B. Kesselstein, nach der Gleichung:
Ca CO, + 2 (H-O)+-^ Ca2+ + CO- + HnO
Sollten hingegen organische 3el*5tungss tof f e durch
tion unschädlich gemacht werden, dann ist im Wasser ein Überschuß an (OH) - Ionen zu erzeugen. Das geschieht_in
ähnlicher Weise durch Neutralisation der entstandenen (H_0) - Ionen, die durch Zufuhr von Elektronen über einen
leitenden Wandungsbereich reduziert werden.
Die Einflußnahme auf die Ionenkonzentration im aufzubereitenden
Wasser kann auch durch Aufsäuerung mit einer schwachen Säure, vorzugsweise Kohlensäure, nach der folgenden
Reaktionsgleichung geschehen:
H2O + H2 CO3 ^* (H30)++ <HC0 3)~
Im elektrischen bzw. magnetischen Feld ergibt sich eine Verschiebung des Gleichgewichts nach rechts, so daß bei
COPY
gleichzeitiger Neutralisation von (OH) -Ionen ein Überschuß
von (H-O) -Ionen im austretenden Wasser verbleibt. Dieser Überschuß bewirkt, wie bereits erwähnt, eine Auflösung von
Kesselstein.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sollen anhand von in den Figuren dargestellten Ausfilhrungsbeispielen
für Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens erläutert
werden.
Die Figuren 1 und 2 zeigen im Quer- bzw. Längsschnitt einen Leitungsabschnitt i, aem seitlich davon angeordnete Platten
2 und 3 zugeordnet sind. Diese Platten haben unterschiedliche Potentiale, so daß zwischen ihnen ein elektrisches Feld,
schematisch angedeutet durch die Linien 4, vorhanden ist. Unmittelbar oberhalb der Platten - bezogen auf die Strömungsr
richtung des Wassers (Pfeil-5) - ist dem Leitungsabschnitt
eine nur schematisch angedeutete Vorrichtung 6 zur Beeinflussung der Ionenkonzentration zugeordnet. Dazu kann das zu
behandelnde Wasser durch das Fenster 7 mit UV-Licht oder Laserlicht bestrahlt werden. Auch Mikrowellen mit einer
Wellenlänge von z.B. locmoder durch das Wasser geleitete elektrische Impulse (ca. IkHz, ca. Io V) bewirken eine Ionisierung
von Wassermolekülen. Schließlich kann auch eine Vorrichtung
zur Aufsäuerung des Wassers mit einer schwachen
12 COPY
Säure an dieser Stelle angeordnet sein.
Im sich anschließenden elektrischen Feld wandern die
positiven Ionen auf die Seite der negativen Elektrode 3, während sich die Konzentration von negativen Ionen im
Bereich der positivenElektrode 2 erhöht. Um eine der
Ionenarten neutralisieren zu können, weist der im Querschnitt
rechteckig gestaltete Leitungsabschnitt 1 Wandungsbereiche aus unterschiedlichen Materialien auf. Beim dargestellten
Ausführungsbeispiel ist der zu den Feldlinien 4 senkrechte, der positiven El»Ktrode 2 benachbarte VaneJungsbereich
8 aus leitendem Material (z.3. Aluminium), so daß eine Neutralisation der in diesem Bereich konzentrierenden
(OH) - Ionen erfolgt. Die übrigen Wandungsbereiche 9, 11, 12'bestehen aus nichtleitendem Material
(z.B. Kunststoff), so daß eine Neutralisation der positiven
Ionen nicht stattfindet. Nach dem Durchströmen des elektrischen Feldes enthält deshalb das Wasser einen Überschuß
an positiven Ionen, was eine Auflösung vieler anorganischer Belastungsstoffe bewirkt. Auch Wandungsbereiche, bestehend
aus Metall mit einer Kunststoffeinlage, können Verwendung
finden.
Durch einfaches Umschalten des elektrischen Feldes kann
erreicht werden, daß eine Neutralisation der positiven
Ionen stattfindet. Mit dem dann im Wasser befindlichen
COPV j - 13 -
Überschuß an negativen Ionen findet eine Oxidation organischer
Belastungsstoffe statt.
Die Figuren 3 und 4 entsprechen den Figuren I und 2. Nur anstelle der Elektroden 2 und 3 sind den Leitungsabschnitt I
einschließende Hufeisenmagnete 13, 14 und 15 vorgesehen, so
daß das zu behandelnde Wasser zur Trennung der Ionen durch ein Magnetfeld fließt, angedeutet durch die Feldlinien
Da dieLorentz-kraft senkrecht zu diesen Feldlinien 16 und
zur Strömungsrichtung des Wassers (Pfeil 5) wirkt, muß einer der beiden dazu parallelen Wandungsbereiche aus leitendem
Material bestehen, damit eine der beiden Ionenarten neutralisiert vejdew kann. Das ist beim dargestellten Ausführungsbeispiel
der z.B. aus Aluminium bestehende Wandbereich Die übrigen Wandungsbereiche 9, 11, 12 bestehen wieder zweckmäßig
aus Kunststoff.
Auf Wandungsbereiche mit unterschiedlichen Materialien kann verzichtet werden, wenn eine Anordnung nach Fig.
4a getroffen wird. Die Leitung 1 ragt aus dem Magnetfeld 16 teilweise hervor, so daß in diesem Bereich
das Magnetfeld, damit die Lorentzkraft und damit die Neutralisation der in diesem Bereich vorhandenen ίο-nenart
an der leitenden Rohrleitungswandung schwächer ist. Zusätzliche Eisenplatten und eine Spule sind mit
10 und 20 bezeichnet.
Der Leitunsabschnitt 1 nach den Figuren 1 bis 4 kann
gerade oder gekrümmt ausgebildet sein. Zweckmäßig sind aus Gründen der Platzersparnis dei Kreisform,
Spiralform oder Wendelform.
Figur 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel, dessn Wasserauslaß
über eine Leitung 18 mit einer zu reinigenden Anlage 19 verbunden ist. über die Leitung 21 mit dem
Ventil 22 und der Pumpe
- 14 -
CX)PYJ
- η -- /fs-
23 ist der Wassereinlaß 24 mit dieser Anlage verbunden. Die Pumpe 23 bewirkt einen Kreislauf des Wassers, über
das Ventil 22 kann das Wasser mit den gelösten Belastungsstoffen abgezogen werden. Unmittelbar vor dem Einlaß 24
ist wieder die Vorrichtung 6 angeordnet, in der der erste Behandlungsschnitt, die Einflußnahme auf die Ionen-Konzentration,
erfolgt.
Die zweite Behandlungseinrichtung umfaßt einen zylindrischen
Behälter 25, der stirnseitig mit Deckeln 26 und 27 verschlossen ist. Wassereinlaß 17 und Wasserauslaß 24 sind
tangential angeordnet (,figur 6). Zur wendeiförmigen Zwangsführung des Wassers ist die Innenseite des Zylindermantels
25 mit einem wendelfärmigen Steg 28 ausgerüstet. Weiterhin
ist ein Rotor 29 mit bis vor den Steg 28 reichenden, parallel zur Drehachse 3 1 angeordneten Schaufeln 32 vorgesehen, der
vom Wasser in Drehung versetzt wird. Seine Welle 33 durchsetzt die Deckel 26, 27 und ist in den Stirnseiten des Behälters
25 zugeordneten Polkernen 34 und 35 gelagert, wodurch gleichzeitig eine Halterung des Gefäßes (25) erzielt wird.
Die Polkerne 34 und 35 haben die Form von Pilzen, deren Köpfe dem Gefäß 25 zugewandt sind. Auf ihre Stiele sind
Spulen, in der Art von Helmholzspulen, aufgeschoben, die derart mit Strom zu versorgen sind, daß zwischen den PoI-
COPY J
- 15 -
kernen 34 und 35 ein starkes homogenes Magnetfeld entsteht.
Der zylindrische Behälter 25 mit seinen Deckeln 26 und 27 besteht zweckmäßig aus nichtleitendem, unmagnetischem Material
(z.B. Aluminium), so daß das Magnetfeld nicht behindert wird. Gleiches gilt für die Welle 33, die z.B. aus VA-Stahl besteht.
Der Rotor besteht aus nichtleitendem Material, so daß in sein'am Bereich eine Neutralisation von Ionen nicht stattfindet.
Eine umgekehrte Materialauswahl - Rotor leitend, Zylinder
nicht leitend - ist auch möglich.
Figur 7 zeigt ein Ausführungsbeispiel mit sich vom Einlaß
zum Auslaß 24 konisch verjüngendem Rotor 29. Bei einer solchen Einrichtung mit verbesserter Wirkung ist es weiterhin zweckmäßig,
wenn das Wasser im Bereich des Zentrums entnommen wird. Ein solcher Wasserauslauf ist dargestellt und mit
bezeichnet. In Figur 6 ist ein solcher Wasseraustritt gestrichelt
dargestellt.
Der Vorteil der beschriebenen Anlage liegt insbesondere
darin, daß je nach Richtung des die lonentrennung bewirkenden elektrischen oder magnetischen Feldes anorganische oder organische
Belastungsstoffe im Wasser gelöst werden können.
- 16 -
Die Wahl der Richtung ist durch einfaches Umschalten möglich. Im Prinzip ist es denkbar, das elektrische oder
magnetische Feld so stark zu wählen, daß nicht nur die Trennung, sondern auch die Ionisierung der Moleküle dadurch
erzielt, auf eine gesonderte Vorrichtung 6 also "\ verzichtet werden kann. Dazu ist aber z.B. die Erzeugung
eines Magnetfeldes mit einer Feldstärke von mehr als
3
10 Tesla nötig, was z.Zt. mit vertretbarem Aufwand noch nicht möglich ist.
10 Tesla nötig, was z.Zt. mit vertretbarem Aufwand noch nicht möglich ist.
Claims (26)
1) Verfahren zur Wasseraufbereitung, dadurch gekennzeichnet,
daß während eines ersten Behandlungsschnittes Einfluß auf
die Ionenkonzentration im Wasser genommen wird und daß während eines zweiten Behandlungsschnittes ein Überschuß
an positiven oder negativen Ionen erzeugt wird.
2) Veviahren nach Ans-pi-'uch 1>
dadurch gekennzeichnet ,,. während des ersten Behandlungsschnittes im aufzubereitenden
Wasser das Ionenprodukt erhöht wird.
3) Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das aufzubereitende Wasser zur Erhöhung des Ionenproduktes
mit Laserlicht, UV-Licht, Mikrowellen, elektromagnetischen
Strahlen oder Elektronenstrahlen bestrahlt wird.
4) Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhöhung des Ionenprodukts im aufzubereitenden Wasser
mit elektrischen Impulsen erfolgt.
5) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
das aufzubereitende Wasser während des ersten Behandlungsschrittes aufgesäuert wird, vorzugsweise mit H„CO_.
6) Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß während des unmittelbar auf
den ersten Behandlungsschnitt folgenden zweiten Behandlungsschnittes positive und negative Ionen örtlich voneinander getrennt werden und daß zur Erzeugung eines Überschusses von positiven bzw. negativen Ionen eine
Neutralisation negafcivtr bzvJ. positiver' Ionen bewirkt
wird.
den ersten Behandlungsschnitt folgenden zweiten Behandlungsschnittes positive und negative Ionen örtlich voneinander getrennt werden und daß zur Erzeugung eines Überschusses von positiven bzw. negativen Ionen eine
Neutralisation negafcivtr bzvJ. positiver' Ionen bewirkt
wird.
7) Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennung der Ionen und die Neutralisation der einen
Ionenart innerhalb eines elektrostatischen/oder magne-
elektromagneti sehen
tischen Feldes bewirkt wird.
8) Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine erste
Behandlungseinrichtung (6) zur Beeinflussung der lonenkonzentration im Wasser und eine weitere Behandlungseinrichtung (25) zur Trennung von positiven und negativen Ionen sowie zur Neutralisation einer der beiden Ionenarten umfaßt.
Behandlungseinrichtung (6) zur Beeinflussung der lonenkonzentration im Wasser und eine weitere Behandlungseinrichtung (25) zur Trennung von positiven und negativen Ionen sowie zur Neutralisation einer der beiden Ionenarten umfaßt.
COPY
9) Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,
daß die erste Behandlungseinrichtung eine Quelle für
Laserlicht, UV-Licht, Mikrowellen, Röntgenstrahlen, ^-Strahlen oder Elektronen enthält.
10) Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Behandlungseinrichtung eine Vorrichtung
zur Aufsäuerung des aufzubereitenden Wassers ist.
M) Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß zur Trennung der Ionen in
a&r weiteren Behandlungseinricncung Mittel zur Er- "
zeugung eines elektrischen oder magnetischen Feldes
vorgesehen sind.
12) Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein das aufzubereitende Wasser führender Lei/tungsabschnitt
(1) zwischen zwei ein elektrisches Feld erzeugenden Platten (2,3) angeordnet ist.
13) Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Lei^tungsabschnitt (1) aus das elektrische
Feld nicht beeinflussendem Material besteht und daß zwei etwa senkrecht auf den elektrischen Feldlinien
angeordnete Wandungsbereiche (8, 12) vorgesehen sind, von denen der eine (8) aus elektrisch leitendem, der
andere (12) aus elektrisch nicht leitendem Material be-
steht. -L-
3308021
. S-
14) Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein das aufzubereitende Wasser führender Leitungsabschnitt (1) zwischen den Polen eines oder mehrerer
Magneten angeordnet ist.
15) Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß
der Magnet als Hufeisenmagnet (14) ausgebildet ist und
daß der das aufzubereitende Wasser führende Leitungsabschnitt
(1) zwischen seinen Polen angeordnet ist.
t&^ Vorrichtung nach Au&pruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß
der Leitungsabschnitt (1) gerade oder gekrümmt ausgebildet
ist und daß mehrere Hufeisenmagnete (13, 14, 15) nebeneinander angeordnet sind.
17) Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14, 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß der das aufzubereitende
Wasser führende Leitungsabschnitt (1) aus das Magnetfeld nicht beeinflussendem Material besteht und daß zwei
etwa parallel zu den Feldlinien angeordnete Wandungsbereiche vorgesehen sind, von denen der eine aus elektrisch
leitendem, der andere aus elektrisch nicht leitendem Material besteht.
COPY j
r-
18) Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Leitungsabschnitt im Querschnitt rechteckig oder quadratisch
gestaltet ist und daß ein parallel zu den Feldlinien liegender Wandungsbereich aus Aluminium und die übrigen
Wandungsbereiche aus Kunststoff bestehen.
Wandungsbereiche aus Kunststoff bestehen.
19) Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß
der das aufz-ubereitende Wasser führende Leitungsabschnitt
Magneten, vorzugsweise
zwischen den Polen von zwei/Elektromagneten angeordnet ist und daß das Wasser in diesem Bereich wendel- oder spiralförmig geiunrt ist.
zwischen den Polen von zwei/Elektromagneten angeordnet ist und daß das Wasser in diesem Bereich wendel- oder spiralförmig geiunrt ist.
20) Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Polen der Magnete eine zylindrische Kammer (25)
mit einem um eine parallel zu den magnetischen Feldlinien drehbar gelagerten Rotor (29) angeordnet ist, in welchem
das Wasser wendelförmig zwangsgeführt ist.
das Wasser wendelförmig zwangsgeführt ist.
21) Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß
der Mantel der Kammer auf seiner Innenseite mit einem wendelförmig verlaufenden Steg (28) ausgerüstet ist und daß der
Rotor parallel zur Drehachse ausgerichtete bis vor den Steg sich erstreckende Schaufeln (32) aufweist.
303021
22) Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß Wasserzu- und abfluS tangential angeordnet sind.
23) Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Rotor vom Wasserzulauf zum Wasserablauf
konisch verjüngt und daß der Wasserauslaß in der Nähe des Zentrums der Kammer angeordnet ist.
24) Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor eine Welle aufweist, die
axe Stirnseiten uer Kammer durchsetzt und in den Polkernen
(34, 35) der Elektromagnete gelagert ist.
25) Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß den Stirnseiten der Kammer
(25) die Köpfe von etwa pilzförmigen Polkernen zugeordnet sind und daß auf den Stielen Helmholz-Spulen
angeordnet sind.
26) Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
daß zur Erzeugung von elektrischen Hochspannungspulsen eine Tesla-Spule vorgesehen ist, die in unmittelbarer-Nähe
eines elektrisch isolierten Leitungsabschnittes
angeordnet ist.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19833309021 DE3309021A1 (de) | 1983-03-14 | 1983-03-14 | Verfahren und vorrichtung zur aufbereitung von wasser |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19833309021 DE3309021A1 (de) | 1983-03-14 | 1983-03-14 | Verfahren und vorrichtung zur aufbereitung von wasser |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE3309021A1 true DE3309021A1 (de) | 1984-09-20 |
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