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DESINFEKTIONSTECHNIK.
Desinfektionstechnik für verschiedenste Branchen und Anwendungen

Desinfektion von Trinkwasser – Die Grundlagen

Durch Trinkwasser können eine Reihe von Erkrankungen übertragen werden. Hierbei handelt es sich vor allem um Typhus, Paratyphus, Cholera und Brechdurchfall sowie Viruserkrankungen wie z. B. Hepatitis und Poliomyelitis. Über Legionellen in Dusch- und Badewasser können zudem Lungenerkrankungen erfolgen.

Typisch für eine Trinkwasserepidemie ist die explosionsartige Ausbreitung der Erkrankungen über das gesamte Versorgungsgebiet im Gegensatz zu chemischen Beeinträchtigungen des Wassers, bei denen üblicherweise die toxischen Werte erst langsam erreicht werden.

Zur Verhütung von Epidemien durch Trinkwasser sollte möglichst immer ein von Hause aus mikrobiologisch einwandfreies, d.h. nicht verunreinigtes Wasser verwendet werden, also vorzugsweise ein Tiefengrundwasser. Leider ist dies nicht überall möglich, sei es aus hydrogeologischen oder aus quantitativen Gründen. Es wird dann auf Oberflächenwasser zurückgegriffen, welches zumeist aufbereitet werden muss. In diesen Fällen gibt es die Möglichkeit, evtl. vorkommende Krankheitserreger aus dem Wasser zu entfernen, oder sie durch Zugabe bestimmter Substanzen zu dem Wasser abzutöten, d.h. das Wasser zu desinfizieren.


Methoden der Trinkwasserdesinfektion mit Chlor

Das in der Trinkwasseraufbereitung am Weitesten verbreitete Desinfektionsmittel ist Chlor, welches in verschiedenen Formen angewendet werden kann. Die Geschichte hat gelehrt, dass die Chlorung des Wassers ein in bakteriologischer Hinsicht relativ sicheres Verfahren zur Trinkwasserentkeimung ist. Schließlich ist es über 75 Jahre her, dass Chlor zum ersten Mal für die Behandlung von Trinkwasser eingesetzt wurde. Die langjährige Erfahrung hat gezeigt, dass bei sachgemäßem Einsatz der Chlorung eine akute Toxizität weitgehend auszuschließen ist.

Der Wirkstoff:
Hypochlorige Säure (HClO)

Die Desinfektionswirkung von Chlor beruht auf der Bildung von hypochloriger Säure (HClO) in wässriger Lösung nach der Reaktionsgleichung
Cl2 + H2O ↔ HCl + HClO und ist stark vom pH-Wert abhängig. Die optimale Wirkung wird bei pH-Werten kleiner 7,5 erzielt.
Formel Hypochlorige Säure


Drei Verfahren der Chlorung für Trink- und Brauchwässer

Üblicherweise werden drei Verfahren der Chlorung für Trink- und Brauchwässer eingesetzt:

Vor allem das dritte Verfahren besitzt viele Vorteile, die sich im Anlagenkonzept der Selcoperm Chlorelektrolyse-Systeme wieder finden.

Dissoziation der unterchlorigen Säure in  Abhängigkeit vom pH-Wert
Dissoziation der unterchlorigen Säure in Abhängigkeit vom pH-Wert

Prinzip der Elektrolyse bei der Grundfos Selcoperm SES

Prinzip der Selcoperm-Elektrolyse

Bei der Elektrolyse wird Chlor direkt aus einer Kochsalzlösung mit Hilfe von elektrischem Strom hergestellt.

Prinzip der Elektrolyse bei der Selcoperm SES


Folgende Reaktionen laufen in der Elektrolysezelle ab:
2NaCl + 2H2O → 2NaOH + Cl2 + H2

Das entstandene Chlor reagiert sofort mit der ebenfalls gebildeten Natronlauge zu einer Hypochloritlösung:

Cl2 + 2NaOH ↔ NaCl + NaClO + H2O

Diese Produktlösung hat einen pH-Wert zwischen 8,5 und 9,5 und eine maximale äquivalente Chlor-Konzentration im Bereich von 6-7 g/l. Sie besitzt eine Halbwertszeit von mehreren Monaten und ist somit ideal zur Lagerung in einem Puffertank geeignet.

Nach der Dosierung der Produktlösung in den Wasserstrom ist keine pH-Wert-Korrektur nötig, wie es z. B. bei der Elektrolyse nach dem Membranverfahren oftmals erforderlich ist. Die Natriumhypochloritlösung reagiert so in einer Gleichgewichtsreaktion zur hypochlorigen Säure, dem wirksamen Desinfektionsmittel:

NaClO + H2O ↔ NaOH + HClO

Die Dosiermengen hängen von der jeweiligen Anwendung und den lokalen Vorschriften ab. Übliche Konzentrationen nach der Impfstelle betragen 0,3 bis 2 ppm Chloräquivalent.

Vorteile der Wasseraufbereitung mittels Elektrolyse

  • Sichere und zuverlässige Methode zur Produktion von Chlor vor Ort

  • Kein Umgang mit gasförmigen, flüssigen, festen Chlorprodukten

  • Als Ausgangschemikalie wird das ungiftige Kochsalz eingesetzt

  • Für die Elektrolyse braucht es nur Wasser, Salz und Strom

  • kein Zerfall der Desinfektionslösung wie bei handelsüblichen Hypochloritlösungen

  • Zugelassenes Desinfektionsverfahren nach der deutschen Trinkwasserverordnung


Anwendungen

1. Anwendung der Selcoperm Elektrolyseanlage
bei der Trinkwasser-Aufbereitung

Trinkwasser-Aufbereitung mit Elektrolyse-Anlage Selcoperm
Schema: Trinkwasser-Aufbereitung mit Elektrolyse-Anlage Selcoperm

1 Grundwasser
2 Messsystem
3 Selcoperm Elektrolyseanlage
4 Chemikalienbehälter
5 Oxidation
6 Filtration
7 Chemische Konditionierung

Salz bringt Sicherheit - Neue Desinfektionslösung in chinesischen Wasserwerken. Die altmodische Chlorgasdesinfektion brachte Risiken für die Arbeiter und die nahe gelegene Gemeinde der Haiyan County Sandi Tap Water Company in China mit sich. Das Werk wollte eine sichere, zuverlässige Alternative. Sie entschied sich für Grundfos Selcoperm, das nur Wasser, Kochsalz und Strom zur Herstellung von Hypochlorit verwendet.

2. Anwendung der Selcoperm Elektrolyseanlage
bei der Schwimmbadwasser-Aufbereitung

Schwimmbadwasser Aufbereitung mit Selcoperm Elektrolyse
Schema: Schwimmbadwasser-Aufbereitung mit Selcoperm
1 Schwimmbecken
2 Fernwartung, Datenerfassung per PC
3 DIP Kompaktmess- und Regelsystem
4 DIT Photometer
5 Selcoperm Elektrolyseanlage
6 Dosierstation für Flockungsmittel (PAC)
7 Dosierstation für Hypochlorit
8 Dosierstation für pH-Korrektur
9 Impfstellen
10 Schwallwasserbehälter
11 Filter
12 Umwälzpumpe
13 Messwasserzulauf
14 Rückführung des Messwassers


Die fünf Schritte der industriellen Wasseraufbereitung

1. Die Belüftung

Sie entfernt flüchtige Bestandteile wie z. B. Schwefelwasserstoff, Ammoniak oder Kohlenstoffdioxid durch das Einleiten von Sauerstoff.

Die Belüftung bewirkt ebenfalls eine Oxidation von Eisen oder anderen Bestandteilen und scheidet sie aus dem Wasser ab.

  • Es gibt verschiedene Belüftungsverfahren. Die gängigsten Lösungen, um Luft in das Wasser einzubringen sind:
  • Kaskaden
  • Rührwerke
  • rotierende Scheiben aus porösen Werkstoffen

2. Die Flockung

Die Flockung dient dazu, kleine Partikel und gelöste Stoffe in Form von Flocken auszufällen. Diese lassen sich dann im nächsten Schritt herausfiltern.

Zum Ausfällen werden zwei Arten von Chemikalien eingesetzt:
  • primäre Flockungsmittel, wie Eisen- und Aluminiumsalze
  • sekundäre Flockungsmittel in Form von langen organischen Polymeren.

3. Die Filtration

Die Feststoffe werden hier aus dem Wasser entfernt. Dazu müssen Wasser und Partikel voneinander getrennt werden.

Das geschieht mithilfe von Sandfiltern oder einer Membrantechnik für die Mikro- bzw. Ultrafiltration.

Sämtliche gelösten Stoffe lassen sich im folgenden Sorptionsschritt entfernen. Dazu wird Aktivkohle als Pulver hinzugegeben.
Dann wird das Wasser durch einen Sandfilter gefiltert.

4. Die Desinfektion

Wenn alle Partikel und Stoffe aus dem Wasser entfernt wurden, werden bei der Desinfektion Bestandteile hinzugegeben.

Die Desinfektion erfolgt durch physikalische Verfahren, z. B. durch Einsetzen von UV-Licht oder Dosieren eines Desinfektionsmittels.

Das Desinfektionsverfahren hängt von der jeweiligen Anwendung und der Wasserqualität ab. Wasser mit einem pH-Wert von 8 oder höher lässt sich nicht mit Chlor behandeln. Denn dieses Desinfektionsmittel ist in diesem pH-Bereich nicht wirksam.

UV-Licht bei Wasser mit einer starken Trübung verspricht wenig Erfolg, da das UV-Licht das Wasser nicht durchdringen kann.

5. Die Stabilisierung

Ein Stabilisierungsschritt bringt die Wasserchemie in ein Gleichgewicht, nachdem Bestandteile bei der Aufbereitung entfernt und hinzugegeben wurden.

Dieser Schritt umfasst meist das Anpassen des pH-Werts und das Hinzufügen von Mineralien wie Kalzium oder Magnesium, aber auch das Entfernen von Ionen. Die Wasserchemie wird ausgeglichen, um Korrosion in den Rohrleitungen und anderen Komponenten im Industrieprozess zu vermeiden.

Bei der Stabilisierung wird auch sichergestellt, dass das Wasser geltenden Normen und Vorschriften entspricht. Das gilt z. B. bei der Abwasseraufbereitung. Dieser Schritt ist äußerst wichtig. Denn er ist der letzte, bevor das Wasser zu den Industrieprozessen geleitet wird.

    Während der gesamten Aufbereitung sorgen verschiedene Mess- und Regelverfahren dafür, dass in jedem Schritt die gewünschten Ergebnisse erzielt und alle Werte eingehalten werden.

    Verschiedenen Pumpen- und Desinfektionslösungen sind für eine erfolgreiche Wasseraufbereitung erforderlich – von Kreiselpumpen und Blockpumpen über digitale Dosierlösungen bis hin zu Überwachungseinrichtungen.

    Die Schritte der Wasseraufbereitung im Video anschaulich gemacht.

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