Method for charging tap water with ozone by means of a solid electrodes electrolytic cell

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European Patent Office 0 Veröffentlichungsnummer: 0 244 565 Office europeen des brevets AI © EUROPAISCHE PATENTANMELDUNG

Anmeldenummer: 87101607.7

® Prioritat: 11.03.86 CH 995/86 © Anmelder: BBC Brown Boveri AG @ Veroffentlichungstag der Anmeldung: CH-5401 Baden(CH)

© Erfinder: Baumann, Hans, Dr.

© Benannte Vertragsstaaten: Brunnengassli 5

BE CH DE FR GB LI CH-5452 Staretschwil(CH) Erfinder: Christen, Hans-Jorg

Rosenstrasse 6

Erfinder: Klein, Hans-Peter, Dr.

Boldistrasse 84

CH-5415 Rieden b. Nussbaumen(CH)

Erfinder: Stucki, Samuel, Dr.

Sternenstrasse 7

© Verfahren und Vorrichtung zur Beladung von Leitungswasser mit Ozon unter Verwendung einer ozonerzeugenden, mit einem Feststoffelektrolyten ausgestatteten Elektrolysezelle.

Leitungswasser wird unter Verwendung einer mit einem Feststoffelektrolyten ausgerüsteten Elektrolysezelle [5) mit Ozon beladen, indem der Frischwasserstrom (1) zunächst in einen Hauptstrom (2) und einen Nebenstrom [3) aufgeteilt wird und letzterer aliein über eine Wasserenthärtungsanlage (4) der Elektrolysezelle (5) zugeführt wird. Der mit Ozon beladene Nebenstrom (3) wird in einem Mischer (6) wieder mit dem Hauptstrom (2) vereinigt. Vorteilhafter Anteil der Wassermenge des Nebenstroms (3) zu derjenigen des Frischwasserstroms (1) 0,5 bis 3 erox Copy Gentre 2 vertanren una Vorrichtung zur Beladung von Leitungswasser mit Ozon unter Verwendung einer ozonerzeugenden, mit einem Feststoffelektrolyten ausgestatteten Eiektrolysezelle

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Beladung von Leitungswasser mit Ozon nach der Gattung des Oberbegriffs des Anspruchs 1 und von einer Vorrichtung zur Beladung von Leitungswasser mit Ozon nach der Gattung des Oberbegriffs des Anspruchs 3.

Zur Entkeimung von Leitungswasser wird oft von dessen Beladung mit Ozon Gebrauch gemacht. Dabei 5 können die herkömmlichen Verfahren in folgende Teilschritte unterteilt werden:

rLuft-Aufbereitung (Trocknung) -Ozonherstellung durch stille elektrische Entladung -Inberührungbringen des Leitungswassers mit dem ozonhaltigen Luftstrom (z.B. in einer Blasensäule) to -Beseitigung des Restozons

VergL zum Beispiel CM. Robson, "Design Engineering Aspects of Ozonation Systems", Handbook of Ozone Tech noiogy and Applications, R.G.Rice and A.Netzer, Eds., Vol. 1, Ann Arbor, 1982. Die herkömmlichen Verfahren bedingen in der Regel aufwendige und kostspielige Vorrichtungen, 15 insbesondere was die Vermischung des Leitungswassers mit der ozonhaltigen Luft betrifft. Es ist schon vorgeschlagen worden, Ozon auf elektrolytischem Wege unter Zuhilfenahme von sehr reinem Wasser herzustellen (Vergl. H.-P.KIein und S.Stucki, "The Production of Ozone by Elektrolysis and its Application in high purity Water Systems", Conference Proceedings 7th Ozone World Congress, 9-12

20 Für die Dotierung von Leitungswasser mit Ozon sind die oben beschriebenen Verfahren weniger gut geeignet, da grosse Mengen gefördert werden müssen und sich ein beträchtlicher apparativer Aufwand ergibt. Bei direkter Verwendung des elektrolytischen Verfahrens würde die Zeile in verhältnismässig kurzer Zeit durch die im Leitungswasser vorhandenen zweiwertigen Kationen blockiert, so dass deren unmittelbare Verwendung unwirtschaftlich wäre.

25 Es besteht daher ein Bedürfnis nach Verbesserung und Vereinfachung der bekannten Methoden und Vorrichtungen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren anzugeben, mit dessen Hilfe Leitungswasser auf einfache und wirtschaftliche Weise und ohne grossen apparativen Aufwand mit Ozon dotiert werden kann.

30 Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 und des Anspruchs 3 angegebenen Merkmale gelöst.

Die Erfindung wird anhand des nachfolgenden, durch eine Figur näher erläuterten Ausführungsbeispiels beschrieben.

Dabei zeigt die Figur ein Fliessbild des Verfahrens bzw. den schematischen Aufbau der Vorrichtung. 1 35 ist der der Vorrichtung zugeführte Frischwasserstrom, welcher im Eintritt in den Hauptstrom 2 und den Nebenstrom 3 aufgeteilt wird. 4 ist eine über zwei Absperrhahnen mit 3 verbundene zweiteilige Wasserenthärtungsanlage deren einzelne Kammern (4a, 4b) abwechslungsweise betrieben werden. Die intermittierende Zufuhr von NaCI als Regeneriersalz ist durch Pfeile angedeutet. 5 stellt eine Elektrolysezelle mit Feststoffelektrolyt dar, welche den entsalzten Nebenstrom 3 mit Ozon dotiert. Die beiden Ströme 2 und 3 to werden im Mischer 6 wieder zusammengeführt und innig vermischt.

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Ausführungsbeispiel:

Eine Anlage gemäss Figur wies die nachfolgenden Betriebsparameter auf:

Systemdruck des Leitungswassers: 10 bar

(Frischwasserstrom)

Frischwassermenge (1): 2 m^/h io Wassermenge im Hauptstrom (2): 1,97 m^/h

Wassermenge im Nebenstrom (3): 0,03 m^/h

Bet r i ebs s t rom der 0, - Z e l l e (5): 40 A

Entsprechende Stromdichte: 1,33 A/cm

Elektrodenfläche der O^-Zelle: 30 cm

Zellenspannung: 4,1 V

0, - K o n z e n t r a t i o n hinter der Zelle (5): 60 g/m

0 ^ - K o n z e n t r at i on hinter dem Mischer (6): 0,9 g/m

Als Wasserenthärtungsanlage 4 wurden zwei Kationenaustauschersäulen benutzt, welche periodisch mit NaCI-Lösung regeneriert wurden. Dieser Tandembetrieb gestattete eine kontinuierliche Arbeitsweise. Von der Wasserenthärtungsanlage 4 wurde der Nebenstrom 3 in den Anodenraum einer Elektrolysezelle geleitet. Letztere war mit einem Feststoffelektrolyten in Form einer perfluorierten lonenaustauschermembran 30 (Handelsname "Nation" von Du Pont) ausgerüstet. Beidseits der Membran befanden sich poröse Elektroden, welche mit einer Flächenpressung von 400 N/cm2 gegeneinander gedrückt wurden. Die positive Elektrode (Anode) bestand aus einer 1 mm dicken, mit Pb02 überzogenen porösen Titanplatte, während als negative Elektrode (Kathode) ein poröser Verbundkörper aus Graphit und Polytetrafluoräthylen diente. Zwischen der Kathode und dem Feststoffelektrolyt war eine dünne, als Elektrokatalysator wirkende Platinschicht 35 angeordnet.

Fliesst ein Gleichstrom durch die Elektrolysezelle, so wird an der Anode eine Mischung aus Sauerstoff und Ozon entwickelt. Das Verhältnis 02 zu 03 beträgt im Durchschnitt wie 85 Gew.-% zu 15 Gew.-%. Unmittelbar hinter der Elektrolysezelle 5 war eine Sonde zur Messung der im Wasser des Nebenstroms 3 gelösten prozentualer Ozonmenge angebracht. Im Mischer 6 wurde der ozonhaltige Nebenstrom 3 mit 40 dem Hauptstrom 2 vereinigt. Der Mischer 6 war als statischer Mischer ausgeführt. Die Vorteile dieses Verfahrens bestehen darin, dass die Wasserenthärtungsanlage 4 und die Elektrolysezelle 5 nur für die Wassermenge des Nebenstroms 3 dimensioniert werden müssen und eine Vergiftung der Eiektrolysezelle durch zweiwertige, im Leitungswasser enthaltene Kationen (vor allem Kalzium) unterbleibt.

45 Vorzugsweise kann der Mengenanteil des Nebenstromes 3 0,5 bis 3 Vol.-% der Menge des Frischwasserstroms 1 betragen, wobei seiner Ozonkonzentration nach der Elektrolysezelle 5 vorteilhafterweise

Ansprüche

1. Verfahren zur Beladung von Leitungswasser mit Ozon nach der Methode der Wasserelektrolyse mittels Feststoffelektrolyt, dadurch gekennzeichnet, dass der Frischwasserstrom (1) in einen Hauptstrom (2) und einen Nebenstrom (3) aufgeteilt wird, dass das Wasser des Nebenstroms (3) in einer Wasserenthärtungsanlage (4) enthärtet und einer Eiektrolysezelle (5) zugeführt und mit Ozon beladen wird und dass der auf diese Weise dotierte Nebenstrom mit dem Hauptstrom (2) in einem Mischer (6) vereinigt wird.

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<c. verranren nacn ansparen l , aaaurcn gekennzeichnet, dass der Nebenstrom (3) 0,5 bis 3 Voi.-% der Menge des Frischwasserstromes (1 ) ausmacht und dass seine Ozonkonzentration nach der Eiektrolysezelle

3. Vorrichtung zur Beladung von Leitungswasser mit Ozon unter Verwendung einer ozonerzeugenden, mit einem Feststoffelektrolyten ausgestatteten Eiektrolysezelle, dadurch gekennzeichnet, dass eine ankommende Leitung für den Frischwasserstrom (1), eine solche für den Hauptstrom (2), ferner eine Leitung für den Nebenstrom (3), in welchem sich eine Wasserenthärtungsanlage (4) und, letzterer nachgeschaltet, eine Elektrolysezelle (5) befindet, und ausserdem am Ort des Zusammenflusses von Haupt-(2) und Neben-(3) Strom ein Mischer (6) vorgesehen ist.

Drawings

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Europäisches Nummer der Anmeldung

Europäischer r e c h e r c h e n b e r i c h t

Patentamt

Einschlägige dokumente

Kennzeichnung des Dokuments mit Angabe, soweit erforderlich, Betrifft KLASSIFIKATION DER Kategorie der maßgeblichen Teile Anspruch ANMELDUNG (Int. Cl.4j

E P - A - 0 068 5 2 2 (BBC) 1-3 * Insgesamt * C 02 F 1/78

U S - A - 4 316 7 8 7 (CD. THEMY) 1-3 * Insgesamt *

Recherchierte

SACHGEBIETE (Int. CI.4)

Der vorliegende Recherchenbericht wurde für alle Patentansprüche erstellt.

Recherchenort AbschluBdatum der Recherche Prüfer

Den haag 03-07-1987 van akoleyen h.t.m

KATEGORIE DER GENANNTEN DOKUMENTE E älteres Patentdokument, das jedoch erst am oder X : von besonderer Bedeutung allein betrachtet nach dem Anmeldedatum veröffentlicht worden ist Y: von besonderer Bedeutung in Verbindung mit- einer D in der Anmeldung angeführtes Dokument • anderen Veröffentlichung derselben Kategorie L aus andern Gründen angeführtes Dokument A : technologischer Hintergrund

O nichtschriftliche Offenbarung

P : Zwischenliteratur & Mitglied der gleichen Patentfamilie, überein- T : der Erfindung zugrunde liegende Theorien oder Grundsätze stimmendes Dokument