Desinfektionsverfahren in der Badewasseraufbereitung
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- Jasper Lehmann
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1 Gegenstand der Betrachtung Desinfektionsverfahren in der Badewasseraufbereitung Grundlagen, Kosten, Nutzen, Leistungsvergleich Februar 2014 SBF, Ulrich Klatte 1
2 gesetzliche Grundlage 37 Satz 2 Infektionsschutzgesetz: Schwimm- oder Badebeckenwasser in Gewerbebetrieben, öffentlichen Bädern sowie in sonstigen nicht ausschließlich privat genutzten Einrichtungen muss so beschaffen sein, dass durch seinen Gebrauch eine Schädigung der menschlichen Gesundheit, insbesondere durch Krankheitserreger, nicht zu besorgen ist. Daher muss das Badewasser aufbereitet und desinfiziert werden; die technische Regelung erfolgt durch die DIN-Norm "Aufbereitung und Desinfektion von Schwimm- und Badebeckenwasser". Februar 2014 SBF, Ulrich Klatte 2
3 Herstellung von Chlor mittels Elektrolyse Februar 2014 SBF, Ulrich Klatte 3
4 Herstellung von Chlor mittels Elektrolyse 2NaCl Cl 2 + 2Na Natriumchlorid = Chlor + Natrium Nebenreaktionen: 2Na + 2H 2 O 2NaOH + H 2 Natrium + Wasser = Natriumhydroxid + Wasserstoff Cl 2 + 2NaOH 2NaClO + H 2 O Chlor + Natriumhydroxid = Natriumhypochlorit + Wasser Februar 2014 SBF, Ulrich Klatte 4
5 Unterchlorige Säure, Entstehung und Dissoziation Entstehung von unterchloriger Säure Cl 2 + H 2 O HClO + HCl Chlor + Wasser = Unterchlorige Säure + Salzsäure Dissoziation von unterchloriger Säure saueralkalisch HClO ClO - + H + Februar 2014 SBF, Ulrich Klatte 5
6 Unterchlorige Säure, Dissoziationsgleichgewicht Februar 2014 SBF, Ulrich Klatte 6
7 Grundgleichungen der Desinfektion HClO HCl + O Oxidation durch atomaren (nascierenden) Sauerstoff Oder so genannter Singulet Sauerstoff sowie M(embran)-R-H + HClO M-R-Cl + H 2 O M(embran)-R-H + Cl 2 M-R-Cl + ½ H2 durch direkte Chlorierung Keimabtötung Februar 2014 SBF, Ulrich Klatte 7
8 Übersicht der Desinfektionsverfahren 1.1 Chlorgas 1.2 Chlorbleichlauge 1.3 Chlorgranulat 1.4 Elektrolyse 1.5 nicht zugelassene Verfahren Februar 2014 SBF, Ulrich Klatte 8
9 Übersicht der Desinfektionsverfahren 1.1 Chlorgas Februar 2014 SBF, Ulrich Klatte 9
10 1.1 Desinfektionsverfahren mit Chlorgas Februar 2014 SBF, Ulrich Klatte 10
11 1.1 Desinfektionsverfahren mit Chlorgas Februar 2014 SBF, Ulrich Klatte 11
12 1.1 Desinfektionsverfahren mit Chlorgas Entstehung von unterchloriger Säure Cl 2 + H 2 O HClO + HCl Dissoziation von unterchloriger Säure saueralkalisch HClO ClO - + H + Februar 2014 SBF, Ulrich Klatte 12
13 1.1 Desinfektionsverfahren mit Chlorgas, Marmorkies Entstehung der Salzsäure Cl 2 + H 2 O HClO + HCl Chlor + Wasser = Unterchlorige Säure + Salzsäure Permanente Reduzierung der Säurekapazität 2HCl + Ca(HCO 3 ) 2 CaCl 2 + 2CO 2 +2H 2 O Salzsäure + Calciumhydrogencarbonat = Calciumchlorit + Kohlendioxid + Wasser Marmorkiesreaktor 2HCl + CaCO 3 CaCl 2 + CO 2 + H 2 O Salzsäure + Calciumcarbonat (Marmorkies) = Calciumchlorid + Kohlendioxid + Wasser CO 2 + CaCO 3 + H 2 O Ca(HCO 3 ) 2 Kohlendioxid + Calciumcarbonat + Wasser = Calciumhydrogencarbonat Februar 2014 SBF, Ulrich Klatte 13
14 Chlorgas Vorteile und Nachteile Vorteile: Technische Reife (ca. 100 Jahre alt) Standardverfahren mit bekannten Kosten und Risiken Reinheit des Desinfektionsmittel Keine unerwünschten Nebenprodukte (kein Chlorat!) In Kombination mit Marmorkies effizient Hohe Reaktionsgeschwindigkeit bei starker Belastung Senkt den ph-wert sofort Februar 2014 SBF, Ulrich Klatte 14
15 Chlorgas Vorteile und Nachteile Nachteile: Gefahrstofftransport zum Einsatzort Bevorratung giftiger Stoffe Hoher Aufwand für Sicherheits-Einrichtung und Technik Beherrschung der Technik nur durch sachkundiges, geschultes Personal möglich Februar 2014 SBF, Ulrich Klatte 15
16 Übersicht der Desinfektionsverfahren 1.2 Chlorbleichlauge Natriumhypochloritlösung(12-13%) mit ca g/l freies Chlor Februar 2014 SBF, Ulrich Klatte 16
17 1.2 Desinfektion mit Chlorbleichlauge Natriumhypochloritlösung mit g/l freiem Chlor) NaClO + H 2 O = HClO + NaOH Natriumhypochlorit + Wasser = Unterchlorige Säure + Natronlauge Ist: ph 14!! Neutralisation mit ph minus 2NaOH + H 2 SO 4 = Na 2 SO 4 + 2H 2 O Soll: ph 7!! Februar 2014 SBF, Ulrich Klatte 17
18 1.2 Desinfektion mit Chlorbleichlauge Achtung: Bildung von Chlorat 3NaClO NaClO 3 + 2NaCl Natriumhypochlorit = Natriumchlorat + Natriumchlorid Spontane Freisetzung von Chlor bei ph <4 HClO + H + Cl 2 + H 2 O Unterchlorige Säure + Säure (Proton) = Chlorgas + Wasser Februar 2014 SBF, Ulrich Klatte 18
19 1.2 Desinfektion mit Chlorbleichlauge Achtung: Bildung von Sauerstoff (Zersetzung) 2NaClO O 2 + 2NaCl Natriumhypochlorit = Sauerstoff + Natriumchlorid Zersetzung durch Sonneneinstrahlung oder Verunreinigung Februar 2014 SBF, Ulrich Klatte 19
20 Chlorbleichlauge Vorteile und Nachteile Vorteile: Problemlose Verfügbarkeit Geringe Investitionskosten Geringer apparativer Aufwand Februar 2014 SBF, Ulrich Klatte 20
21 Chlorbleichlauge Vorteile und Nachteile Nachteile: *Spontane Chlorbildung bei Verwechslung *Es wird ca. 85% Wasser transportiert *Ca. 8 mal ineffizienter als Chlorgas *Erhebliche Verunreinigungen *Bildet Chlorat und ggf. Perchlorat *Begrenzte Lagerfähigkeit durch Verarmung an Wirkstoff bei gleichzeitiger Sauerstoffbildung *Starke Aufsalzung des Beckenwassers durch hohen Chemikalieneintrag (CBL + Schwefelsäure) Februar 2014 SBF, Ulrich Klatte 21
22 Übersicht der Desinfektionsverfahren 1.3 Chlorgranulat Caliumhypochlorit (65% Aktivchlor) Februar 2014 SBF, Ulrich Klatte 22
23 Calciumhypochlorit-Dosieranlage Februar 2014 SBF, Ulrich Klatte 23
24 1.3 Desinfektion mit Calciumhypochlorit (65%) CaClO + H 2 O = HClO + Ca(OH) 2 Calciumhypochlrit + Wasser = Unterchlorige Säure + Calciumhydroxid Bildung von Gips Ca(OH) 2 + H 2 SO 4 = CaSO 4 + 2H 2 O Calciumhydroxid + Schwefelsäure = Calciumsulfat + Wasser Februar 2014 SBF, Ulrich Klatte 24
25 Chlorgranulat Vorteile und Nachteile Vorteile: *Festprodukt, dadurch einfacheres Handling Februar 2014 SBF, Ulrich Klatte 25
26 Chlorgranulat Vorteile und Nachteile Nachteile: *Spontane Chlorbildung bei Verwechslung *Ca. 1,5 mal ineffizienter als Chlorgas *Verschlammung der Dosieranlage *Entsorgungsproblem durch Löserückstand *Erhöhter Calciumeintrag kann zur Gipsbildung führen *Begrenzte Lagermenge (Einstufung als selbstentzündlich) *Produkt unterliegt den verschärften Bestimmungen der Chemikalienverbotsverordnung *Gefährlicher, ätzender Staub fordert ggf. Absaugungsvorrichtung *Bildet Chlorat und ggf. Perchlorat *Starke Aufsalzung des Beckenwassers durch hohen Chemikalieneintrag (CHC + Schwefelsäure, Salzsäure) Februar 2014 SBF, Ulrich Klatte 26
27 Transportunfall auf Hoher See ausgelöst durch Chlorgranulat Februar 2014 SBF, Ulrich Klatte 27
28 Übersicht der Desinfektionsverfahren 1.4 Elektrolyse Februar 2014 SBF, Ulrich Klatte 28
29 Chlorelektrolyse-Anlagen OSEC-NT OSEC-B OSEC-A Membran-Elektrolyse mit Sole c = 25g/l M = 6400 g/h Rohrzellen-Elektrolyse mit Sole oder Meerwasser c = 6 g/l m = 2670 g/h in Standardausführung Membran-Elektrolyse mit Salzsäure c = 0,12 / 0,25 g/l m = 12 / 25 / 50 g/h Februar 2014 SBF, Ulrich Klatte 29
30 Rohrzellen-Elektrolyse H 2 NaCl H 2 O - Kathode NaClO NaOH Cl 2 H + H 2 O OH - Na + NaCl Cl - NaClO NaCl + H 2 O + Anode Produkt Konzentration c = 6 g/l Chlor Februar 2014 SBF, Ulrich Klatte 30
31 Membranzellen-Elektrolyse NaClO + NaCl + H 2 O H 2 NaOH Cl 2 NaCl+ H 2 O - Kathode Na + + OH - = NaOH + Anode Na + H 2 O NaCl + H 2 O Februar 2014 SBF, Ulrich Klatte 31
32 Membranzellen-Elektrolyse Niveausonde zur Ansteuerung der Solepumpe Chlorseparator Verdünnungsluft Chlorgas Ventilator Verdünnungsluft + Wasserstoff Zulauf Betriebswasser enthärtetes Wasser gesättigte Sole Solepumpe M Anode Anolyt Anolyt + - Natronlauge + Wasserstoff Kathode Reaktor Elektrolysezelle Wärmetauscher Wärmetauscher Natriumhypochlorit enthärtetes Wasser Enthärtungsanlage Salzlösebehälter Februar 2014 SBF, Ulrich Klatte 32
33 Vorteile von Chlorelektrolyse-Anlagen gem. Angaben des Herstellers aus Werbebroschüre Sichere Desinfektion, Minimierung von Gesundheitsrisiken Kein Gefahrenpotential durch Chlorgas Kein Umgang mit gefährlichen Chemikalien Wirtschaftliche Produktion entsprechend des aktuellen Bedarfs Hypochlorit-Lösung in einer gleichbleibenden Konzentration immer verfügbar Herstellung von Bleichlauge zum Zeitpunkt günstiger Stromtarife (Off-Peak-Production) Chlorkonzentration ist geringer als bei handelsüblichen Bleichlaugen, daraus resultierend ein geringer Zerfall an aktivem Chlor im Vorratsbehälter Bevorratung einer geringen Menge an Bleichlauge; etwa für einen Tagesbedarf Februar 2014 SBF, Ulrich Klatte 33
34 Membramelektrolyse (Typ CBL) Vorteile und Nachteile Nachteile: *Erhebliche Investitionskosten *Technisch neues Verfahren *Hoher apparativer Aufwand *Betriebskosten abhängig von der Qualität der Membramen *Chemikalienproduktionsanlage im Keller u. a. Herstellung von Wasserstoffgas und Chlorgas *Entsorgungsproblem der nicht verwendeten Natronlauge *Bildung von Chlorat und ggf. Perchlorat *Starke Aufsalzung des Beckenwassers durch hohen Chemikalieneintrag (CBL + Schwefelsäure) *Chloridanreicherung Februar 2014 SBF, Ulrich Klatte 34
35 Übersicht der Desinfektionsverfahren 1.5 nicht zugelassene Verfahren Februar 2014 SBF, Ulrich Klatte 35
36 1.5 Nichtzugelassene Desinfektionsverfahren Trichlorisocyanursäure (organisches Chlor) 1,3,5-Trichlor-1,3,5-triazin-2,4,6-trion Chlordioxid Kupfersulfat Quarternäre Ammoniumverbindungen Februar 2014 SBF, Ulrich Klatte 36
37 Verfahrensvergleich copyright by Dipl.-Ing. (FH) Simon Schnitzler, Evoqua Water Technologies, Günzburg Desinfektionsverfahren im Vergleich Chlorgas Calciumhypochlorit (CHC) Elektrolyse copyright by Dipl.-Ing. (FH) Simon Schnitzler, Evoqua Water Technologies, Günzburg Februar 2014 SBF, Ulrich Klatte 37
38 Verfahrensvergleich copyright by Dipl.-Ing. (FH) Simon Schnitzler, Evoqua Water Technologies, Günzburg Februar 2014 SBF, Ulrich Klatte 38
39 Verfahrensvergleich copyright by Dipl.-Ing. (FH) Simon Schnitzler, Evoqua Water Technologies, Günzburg Danke, dass Sie mir zugehört haben Februar 2014 SBF, Ulrich Klatte 39
40 copyright by Dipl.-Ing. (FH) Simon Schnitzler, Evoqua Water Technologies, Günzburg Danke, dass Sie mir zugehört haben Februar 2014 SBF, Ulrich Klatte 40
41 Verfahrensvergleich Freibad 55kg/Tag Chlor copyright by Dipl.-Ing. (FH) Simon Schnitzler, Evoqua Water Technologies, Günzburg Danke, dass Sie mir zugehört haben Februar 2014 SBF, Ulrich Klatte 41
42 Verfahrensvergleich Freibad 55kg/Tag Chlor copyright by Dipl.-Ing. (FH) Simon Schnitzler, Evoqua Water Technologies, Günzburg Danke, dass Sie mir zugehört haben Februar 2014 SBF, Ulrich Klatte 42
43 Verfahrensvergleich Freibad 25 kg/tag Chlor copyright by Dipl.-Ing. (FH) Simon Schnitzler, Evoqua Water Technologies, Günzburg Februar 2014 SBF, Ulrich Klatte 43
44 Verfahrensvergleich Hallenbad 6 kg/tag Chlor copyright by Dipl.-Ing. (FH) Simon Schnitzler, Evoqua Water Technologies, Günzburg Februar 2014 SBF, Ulrich Klatte 44
45 Verfahrensvergleich Hallenbad 6 kg/tag Chlor copyright by Dipl.-Ing. (FH) Simon Schnitzler, Evoqua Water Technologies, Günzburg Februar 2014 SBF, Ulrich Klatte 45
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47 Verfahrensvergleich Freizeitbad 22 kg/tag Chlor copyright by Dipl.-Ing. (FH) Simon Schnitzler, Evoqua Water Technologies, Günzburg Februar 2014 SBF, Ulrich Klatte 47
48 Verfahrensvergleich Freizeitbad 22 kg/tag Chlor copyright by Dipl.-Ing. (FH) Simon Schnitzler, Evoqua Water Technologies, Günzburg Februar 2014 SBF, Ulrich Klatte 48
49 Verfahrensvergleich Freizeitbad 12 kg/tag Chlor copyright by Dipl.-Ing. (FH) Simon Schnitzler, Evoqua Water Technologies, Günzburg Februar 2014 SBF, Ulrich Klatte 49
50 Verfahrensvergleich Zusammenfassung copyright by Dipl.-Ing. (FH) Simon Schnitzler, Evoqua Water Technologies, Günzburg Februar 2014 SBF, Ulrich Klatte 50
51 Danke, dass Sie mir zugehört haben Februar 2014 SBF, Ulrich Klatte 51
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