Tutorial Chlordioxid-Generator

Einleitung zum Tutorial über den Chlordioxid-Generator

Filterverkeimung Foto 06 Chlordioxidgenerator

 

 

Chlordioxid wird weltweit als Desinfektionsmittel immer wichtiger. Dieser Erfolg begründet sich in:

  • der toxischen Wirkung auf Organismen,
  • der weitgehenden Unabhängigkeit vom pH-Wert des Wassers und
  • dem Unterschied der Reaktions-Nebenprodukte des Chlordioxides zu den Reaktions-Nebenprodukten des Chlors.

Eine ausführliche Begründung zum Einsatz des Chlordioxides ist im Zeitungs-Artikel zur Filterverkeimung und im Tutorial zu Legionellen zu lesen.

Das Thema der folgenden Zeilen ist die Vor-Ort-Herstellung (in situ) von Chlordioxid in einem Generator gezeigt.

 

Sicherheit

Diagramm Explosionsgefahr

 

Die Konzentration des Chlordioxides im Wasser und die Umgebungstemperatur sind ausschlaggebend für die Konzentration des Chlordioxides in Luft. Bei Werten größer als 10 Volumenprozent besteht die Gefahr des „spontanen Zerfalls“. Deshalb muss die Konzentration vom Chlordioxid im Wasser durch das Verfahren und die Chemikalien begrenzt werden. Chlordioxid darf nicht transportiert werden. Deshalb sind Generatoren zur Herstellung vor Ort meist das Mittel der Wahl.

Weitere Sicherheitsbedingungen werden durch den Verband Deutscher Unfallversicherungen formuliert.

Im unten folgenden Dokument von 1997 sind die wesentlichen Regeln dargestellt. Die scheinbar wichtigen Punkte zur Unterscheidung von anderen Anlagen mit purem Chlor sind gelb gekennzeichnet.

Das Dokument zum Download für registrierte Benutzer:

Richtige Dosierung und Konzentrationen

Dosierung im Trinkwasser

Generator Äthiopien

Die Desinfektion von Trinkwasser soll nur vorgenommen werden, wenn auf Probleme reagiert werden muss. Gründe für die Desinfektion können schlechte Rohwasser-Qualität, Problem im Rohrleitungs-System oder Mikrobiologische Kontaminationen sein.

Eines der nach Trinkwasserverordnung zulässigen Mittel ist Chlordioxid. Diese Verordnung gibt folgende Konzentrationen an:

  • Am Ort der Dosierung maximal 0,4mg/l,
    Am nahesten Ort der Entnahme maximal 0,2mg/l
    Am entferntesten Ort der Entnahme minimal 0,05mg/l.

Weil die theoretische Möglichkeit besteht, dass das Chlordioxid zu Chlorat umgewandelt wird, ist in Deutschland ausschließlich die „proportionale Dosierung“ möglich. Der Volumenstrom Wasser und der Volumenstrom Chlordioxid wird dabei proportional auf die gewünschte Konzentration eingestellt.

Das Signal des Wasser-Volumenstromes liefert meist ein Wasserzähler mit Ausgangs-Signal und die Dosierung erfolgt über eine passende Dosierpumpe. Diese Pumpe muss das Signals des Wasserzählers verstehen können.

Der Verbrauch von Chlordioxid ist ein dynamischer Prozess. Führt anfangs ein hoher Verbrauch zu geringen Konzentrationen an den Entnahmestellen so wird die Konzentration nach einigen Wochen steigen.

Wenn an der Dosierstelle 0,4mg/l eingestellt wurden, dann ist es deshalb erforderlich, die Konzentration an der ersten Entnahmestelle auf Einhaltung des Maximal-Wertes in regelmäßigen Abständen zu prüfen. Zur Kontrolle sollte ein Photometer mit DPD-Methode Chlordioxid benutzt werden. Es ist vorteilhaft, die gemessenen Werte und die resultierenden Handlungen zu protokollieren. Falls die Handlungen nicht bekannt sind, das Tutorial Kalibrierung hilft. In der Zeitung “Das Schwimmbad und sein Personal”, Heft 10/2018, ist das Thema Kalibrierung ebenfalls bearbeitet und demnächst online.

Unter Umständen ist es genauso vorteilhaft, die Konzentration des Chlordioxides über einen speziellen Sensor für Chlordioxid DOSASens  permanent zu messen und zu protokollieren.

 

Dosierung im Prozesswasser

Kühlkreislauf Portugal

Beim Prozess-Wasser gelten grundsätzlich die Regeln wie beim Trinkwasser. Trotzdem gilt es, Besonderheiten des Prozesses zu beachten. Die Zielstellung der (Desinfektions-) Maßnahmen sollte formuliert und fixiert werden. Vorteilhaft für das Chlordioxid ist hier, dass die Neigung zur Geruchs-Bildung und Geschmacks-Veränderung wesentlich geringer als beim Chlor ist.

Besonders bei der Desinfektion des Wassers in offenen Kühlkreisläufen muss das Ziel definiert werden. In der Regel ist es das Ziel, Legionellen im Aerosol des Kühlturmes zu verhindern. Somit ist wichtig, dass eine Mindest-Konzentration des Desinfektionsmittels im Sammel-Becken nachweisbar ist.

Da sich Betriebszustände und Umgebungsbedingungen ändern ist die proportionale Dosierung nicht sinnvoll. Stattdessen sollte eine permanente Messung und Regelung, zum Beispiel mit einem guten Regler eingesetzt werden.

Für längere Abschaltungen eines Kühlturmes oder eines Kühlkreises sollte ein permanenter Refresh-Modus eingeplant werden, welcher die Kontamination auch während der Stilllegung verhindert.

 

 

Dosierung in Filterspülung

Filterverkeimung Beitragsbild Filter

Immer häufiger ist zu beobachten, dass Filter verkeimen. Weil sich dort die Legionellen und andere Organismen in Schichten aus Aktivkohle gut vermehren und geschützt sind, muss regelmäßig innerhalb der Spülung auch desinfiziert werden. Die anzuwendende Konzentration ist von der zur Verfügung stehenden Zeit (Kontaktzeit) abhängig.

Hier können keine Grenzwerte genannt werden. Es bleibt nur die Möglichkeit, die Ergebnisse der Maßnahmen zu überprüfen. Eine ausführliche Beschreibung findet sich im Artikel zum Thema Thema Filterverkeimung, veröffentlicht in: Das Schwimmbad und sein Personal, Heft 09/2018.

 

Dimensionierung eines Chlordioxid-Generators

Zum Glück gibt es bei der Dimensionierung eines Chlordioxid-Generators einen einfachen Zusammenhang der Einheiten: ppm = mg/l = g/m³.

Oxidationsverbrauch

Oxidationsverbrauch Chlordioxid

 

Unter Umständen sind Mineralien im Wasser vorhanden, die das Chlordioxid verbrauchen. In der Dimensionierung müssen diese Verbräuche berücksichtigt werden. Links die vier wichtigsten Beispiele:

Innerhalb von Kreislauf-Prozessen ist der Oxidationsverbrauch natürlich nur einmalig zur Befüllung und Nachfüllung zu berücksichtigen. Für offene Kreisläufe wie den Kühlturm sind eingeschleppte Mineralien aus Staub in der Luft zu berücksichtigen. Ebenso kann ein fortgeschrittener Korrosionszustand der Metalle im System oder ein unvollständiger Korrosionsschutz den Oxidationsverbrauch erheblich erhöhen.

Filterverkeimung Foto 11 Füllwasserqualität

Bild Schwimmsportzentrum Saransk, Oxidation durch Luftsauerstoff

 

Berechnungsgang für Volumenströme

Berechnungsgang für Volumenströme

Die Produktionsleistung eines Chlordioxid-Generators wird in Gramm Chlordioxid pro Stunde angegeben. Der Volumenstrom des Wassers in m³/h multipliziert mit der maximalen Konzentration in mg/l = g/m³ ergibt die Leistung des Generators in g/h. In der folgenden Tabelle ist die Zeile der Zeit mit 1 (h) zu belassen.

Berechnungsgang für Volumina

Sollen Volumina, wie der Inhalt eines Wasser-Tankes, mit Chlordioxid versetzt werden, dann fehlt gegenüber dem Volumenstrom die Zeit. Die Zeit muss entsprechend den Erfordernissen in der Einheit „Stunden“ kalkuliert werden. Das Volumen des Wassers in m³/h dividiert durch die Zeit in Stunden multipliziert mit der maximalen Konzentration in mg/l = g/m³ ergibt die Leistung des Generators in g/h.

In der folgenden Tabelle können die Werte in Spalte F auf die lokalen Gegebenheiten angepasst werden und ermöglichen eine grobe Dimensionierung des Chlordioxid-Generators.

 

Nach Registrierung kann die Tabelle heruntergeladen werden.

Verbrauch des Chlordioxid-Generators

Zur Produktion nach dem Chlorit-Säure-Verfahren wird 9,0 prozentige Salzsäure HCl und 7,5 prozentiges Natriumchlorit NaClO2 und Wasser und elektrischer Strom verbraucht. Das Chlordioxid hat am Ende eine Konzentration von 2 Gramm Chlordioxid pro 1 Liter Flüssigkeit.

In der folgenden Tabelle können die grünen Werte in Spalte F auf die lokalen Gegebenheiten angepasst werden und ermöglichen eine Schätzung des Verbrauches an Chemikalien und Wasser. Die Darstellung des elektrischen Verbrauches ist nicht enthalten.

Nach Registrierung kann die Tabelle heruntergeladen werden.

Funktionsweise eines Chlordioxid-Generators

Nach der Generierung muss das Chlordioxid in ein vorhandenes Wasser-System dosiert werden. Der Druck des Wasser-Systems ist zu überwinden. Wenn der energetische und anlagentechnische Aufwand gering gehalten werden soll, dann arbeitet nur die Dosierpumpe gegen den hohen Druck. Die chemische Reaktion und ihre Geschwindigkeit sind unabhängig vom Druck. Deshalb sind vor der Dosierpumpe keine besonderen Anforderungen an die Druck-Beständigkeit notwendig.

Mit diesem Generator-Typ lassen sich problemlos weitere Dosier-Stellen versorgen. Die Produktionsleistung des Generators kann auf mehrere Pumpen verteilt werden. Durch die Dimensionierung des Speicher-Tanks ist es möglich, den Bedarf einer Stoßdosierung und die Zeit bis zu einer Reparatur von der Produktionsleistung zu entkoppeln.

Mit diesem Generator-Typ lassen sich problemlos weitere Dosier-Stellen versorgen. Die Produktionsleistung des Generators kann auf mehrere Pumpen verteilt werden. Durch die Dimensionierung des Speicher-Tanks ist es möglich, den Bedarf einer Stoßdosierung und die Zeit bis zu einer Reparatur von der Produktionsleistung zu entkoppeln.

In der folgenden Präsentation wird die Funktionsweise eines solchen Generators gezeigt. Ein Mausklick in die Fläche startet die Darstellung eines Zyklus. Die Präsentation beginnt mit der Darstellung der proportionalen Entnahme. Der Wasserzähler gibt elektrische Signale an eine Dosierpumpe. Die Dosierpumpe befördert das fertige Chlordioxid in das Wasser-Rohr.

Nach einem weiteren Klick beginnt die Produktion des Chlordioxides. Achtung, die Zeiten für die chemische Reaktion sind mit einigen Sekunden simuliert.

 

Ein Chlordioxid-Generator für mehrere Dosierpumpen

Häufig besteht die Aufgabe darin, das Chlordioxid an mehreren Punkten zu dosieren. Für diesen Fall ist es möglich, einmal zu produzieren und mehrfach zu verbrauchen. Die Leistung des Chlordioxid-Generators muss der Summe der Verbräuche entsprechen. Mit dieser Art der Installation kann das Desinfektionsmittel gezielter dosiert werden und der allgemeine Verbrauch kann reduziert werden.

Im zweiten sehr wichtigen Gesichtspunkt kann die Ausfall-Sicherheit der Desinfektion erhöht werden. Obwohl Chlordioxid nicht unbegrenzt haltbar ist, kann man mit einem entsprechend dimensionierten Speicher die Zeit bis zu einer unwahrscheinlich notwendigen Reparatur weiter desinfizieren. Die Größe dieses Speichers kann jederzeit an die Erfordernisse der Anlage angepasst werden.

In der folgenden Präsentation wird die Funktionsweise eines solchen Generators gezeigt. Ein Mausklick in die Fläche startet die Darstellung eines Zyklus. Die Präsentation beginnt mit der Darstellung der proportionalen Entnahme durch zwei Pumpen. Der jeweilige Wasserzähler gibt elektrische Signale an eine Dosierpumpe. Die Dosierpumpe befördert das fertige Chlordioxid in das Wasser-Rohr. Die chaotische Abfolge der Pumpenhübe entspricht der zu erwartenden Realität.

Nach einem weiteren Klick beginnt die Produktion des Chlordioxides. Achtung, die Zeiten für die chemische Reaktion sind mit einigen Sekunden simuliert.

Berlin Pumpengruppe

Redundante Systeme

Natürlich ist es auch möglich, je 50% der Leistung mit je einem kleineren Chlordioxid-Generator zu erbringen. Dies bedeutet aber einen finanziellen Aufwand. Wichtiger kann es sein, den Wartungs-Satz und wichtige Reparatur-Teile vor Ort zu haben. So kann der ausgebildete Betriebstechniker die Reparatur kurzfristig selbst vornehmen. Gute Hersteller bieten eine solche Ausbildung zu den Anlagen an.

Verschleiß tritt besonders durch den Einsatz aggressiver Chemikalien an den Dichtungen und den Membranen der Pumpen auf.

Deshalb sind Generatoren, die die Chemikalien im Verhältnis 1:1 verarbeiten, auch bei der Verwendung der Ersatzteile vorteilhaft. Es ist aber zu beachten, dass die verwendeten Chemikalien unterschiedliche Dichtungs-Werkstoffe verlangen.

In der folgenden Tabelle können die grünen Werte in Spalte F auf die lokalen Gegebenheiten angepasst werden und ermöglichen eine Schätzung der Größe des Speicherbehälters für Chlordioxid.

Nach Registrierung kann die Tabelle heruntergeladen werden.

Chlordioxid-Generator mit Direkt-Dosierung

 

Eine andere Art der Produktion arbeitet vollständig gegen den Systemdruck der Rohrleitungen. Die Chemikalien und das Wasser werden im Reaktor unter diesem Druck zusammen-gebracht. Die Reaktion entsteht durch Verwirbelung der Komponenten im unteren Bereich des Reaktors. Das fertige Chlordioxid wird im oberen Bereich in die Rohrleitung dosiert.

 

Dieses System kann natürlich zur Produktion in einen Speicher umgerüstet werden. Die Dimensionierung der Pumpen muss dann aber den niedrigeren Druck berücksichtigen.

Chlordioxid-Generator ohne Wasserverdünnung im Reaktor

Generator Äthiopien

Wie bereits im Abschnitt „Sicherheit“ beschrieben besteht ein Zusammenhang zwischen Konzentration des Chlordioxides im Wasser und der Explosionsgefahr. Aus diesem Grund ist in den Regeln des DVGW die Konzentration der genutzten Chemikalien auf 9,0% für HCl und auf 7,5% für NaClO2 begrenzt. Haben die Chemikalien in dieser Konzentration Kontakt, ohne das Wasser zur Verdünnung eingesetzt wird, dann besteht ein sehr geringes Risiko der Explosion bei Luftkontakt.

Für diesen Generator-Typ wird eine separate Zufuhr des Wassers installiert und der Durchfluss überwacht. Der Weg zwischen Reaktor und Rohrleitung wird extrem kurz gestaltet. Bei Bedarf wird ein Bypass zur Hauptleitung betrieben.

Chlordioxid-Generator mit konzentrierten Chemikalien

Wie bereits im Abschnitt „Sicherheit“ beschrieben besteht ein Zusammenhang zwischen Konzentration des Chlordioxides im Wasser und der Explosionsgefahr. Bei sogenannten konzentrierten Chemikalien besteht diese Gefahr besonders. Deshalb wird versucht, mit zusätzlichen Sicherheits- und Überwachungsfunktionen dieses Risiko zu begrenzen.

Im Vordergrund für die Entscheidung pro konzentrierte Chemikalien steht der verringerte Transport-Aufwand. Wasser ist in der Regel preiswert verfügbar. Bei der Abwägung von Risiken und Vorteilen sollte der Faktor Mensch nicht außer Acht gelassen werden. Der Bildungsstand des Personals vor Ort sollte berücksichtigt und gegebenenfalls angepasst werden.


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