Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren sowie auf eine Vorrichtung zur Wasserbehandlung. Ferner bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Verwendung eines solchen Verfahrens oder einer solchen Vorrichtung in einem Prozess zum Spülen von Kunststoffbehältern .

Prozesswasser, z.B. in industriellen Prozessen verwendetes Wasser, wird in vielen Fällen nach der Verwendung im Prozess ungenutzt entsorgt. Insbesondere Prozesswasser, das prozessbedingt besondere Zusätze enthält, erfordert eine Entsorgung, da derartige Zusätze in der Regel schwer aus dem Wasser entfernbar sind. Eine Wiederverwendung des Wassers in einem Prozess wird in der Regel nicht verwirklicht, da eine vollständige Entfernung der im Prozesswasser bzw. Wasser enthaltenen besonderen Zusätze bei herkömmlichen Verfahren zur Wasserbehandlung schwierig oder unmöglich ist. Bisherige Verfahren zur Wasserbehandlung können nicht eine dauerhaft gleichbleibende Wasserqualität so gewährleisten, dass das behandelte Wasser in einem Prozess wiederverwendbar wäre.

Daher ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Wasserbehandlung bereitzustellen, das eine dauerhaft gleichbleibende Wasserqualität gewährleistet.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wurde überraschend festgestellt, dass, wenn ein Verfahren bzw. System zur Wasserbehandlung bestimmte Maßnahmen bzw. Einrichtungen in einer bestimmten Reihenfolge umfasst, im Wasser enthaltene Zusätze unterschiedlichster Art wirksam entfernt werden können. Insbesondere können besonders kritische Zusätze, obwohl sie sehr unterschiedliche Substanzarten umfassen, durch die Kombination der unten näher beschriebenen Maßnahmen und Einrichtungen bei Beachtung der Reihenfolge gemäß der Erfindung äußerst wirksam entfernt werden. Die Vorteile der Erfindung sind vor allem in einem Prozess zum Spülen von Kunststoffbehältern gut realisierbar, da das erfindungsgemäße Verfahren bzw. das erfindungsgemäße System auf dort häufig verwendete, funktionelle Wasserzusätze besonders angepasst ist. Die Aufgabe wird somit gelöst durch ein Verfahren zur Wasserbehandlung nach Anspruch 1 , ein System zur Wasserbehandlung nach Anspruch 8 und eine Verwendung nach Anspruch 14. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen festgelegt.

Fig. 1 zeigt schematisch und beispielhaft eine Anlage zum Spülen bzw. Rinsen von Kunststoffbehältern, auf das das erfindungsgemäße System zur Wasserbehandlung angewendet werden kann;

Fig. 2 zeigt schematisch eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen

Verfahrens bzw. Systems zur Wasserbehandlung;

Fig. 3 zeigt schematisch eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen

Verfahrens bzw. Systems zur Wasserbehandlung, die in eine Anlage zum Spülen bzw. Rinsen von Kunststoffbehältern integriert ist;

Fig. 4 zeigt schematisch eine noch weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. Systems zur Wasserbehandlung, die in eine Anlage zum Spülen bzw. Rinsen von Kunststoffbehältern integriert ist.

Im Rahmen der Erfindung wurde erkannt, dass in Wasser enthaltene Zusätze erst durch Vorausschalten eines Schritts, in dem zu behandelndes Wasser mit elektromagnetischer Strahlung beaufschlagt wird, so behandelt werden, dass sie anschließend wesentlich besser entfernt werden können. Es kann angenommen werden, dass infolge der Einwirkung mit elektromagnetischer Strahlung chemische und/oder physikalische Reaktion(en) oder Mechanismen einzelne oder mehrere der unterschiedlichen Zusätze so aufbereitet oder in einen solchen Zustand versetzt werden, dass eine wirksame substantielle Entfernung im Anschluss daran möglich wird. Handelt es sich bei den im Wasser enthaltenen Zusätzen beispielsweise um Peroxyessigsäure und nichtionische Tenside, so kann die strahlungsinduzierte Zersetzung der Peroxyessigsäure zu Essigsäure und Sauerstoff dazu beitragen, dass nichtionische Tenside umgesetzt werden und/oder agglomerieren und dadurch in eine leichter entfernbare Form umgewandelt werden. Auch die Peroxyessigsäure selbst oder ein Derivat davon wird durch die Zersetzung in eine Form gebracht, die durch die nachfolgenden Verfahrensschritte bzw. Systemeinrichtungen wirksam entfernbar ist. Die Erfindung bietet den Vorteil, dass durch das Zusammenwirken von drei signifikanten Maßnahmen bzw. Einrichtungen in Kombination erreicht wird, sehr verschiedenartige Wasserzusätze insgesamt und merklich so zu entfernen, dass eine Wiederverwendung des Prozesswassers durch gezielte Zudosierung frischer Zusätze realisiert werden kann. Wichtig zur Realisierung der Vorteile und Wirkungsweisen der Erfindung ist es, dass i) in einem ersten Schritt das zu behandelnde Wasser mit elektromagnetischer Strahlung beaufschlagt wird, ii) in einem zweiten Schritt das zu behandelnde Wasser mittels Umkehrosmose behandelt wird, und iii) in einem dritten Schritt das zu behandelnde Wasser mittels

Elektroentionisierung behandelt wird, wobei die Schritte in der Reihenfolge i), ii) und dann iii) durchgeführt werden. Falls gewünscht können wahlweise weitere Schritte vor, zwischen oder nach den oben genannten Schritten durchgeführt werden, müssen es aber nicht. Zum Beispiel benötigt eine solches Verfahren vorteilhafterweise nicht zwangsläufig einen Schritt, in dem zu behandelndes Wasser mittels eines Aktivkohlefilters behandelt wird, um durch Adsorption beispielsweise nichtionische Tenside zu entfernen. Aktivkohlefilter weisen beispielsweise den Nachteil auf, das die Gefahr der Verkeimung relativ groß ist.

Bevorzugt bestehen die aktiven funktionellen Behandlungsschritte nur aus den oben genannten Schritten i) bis iii). Entsprechendes gilt für die jeweiligen Vorrichtungen des erfindungsgemäßen Wasserbehandlungssystems.

Eine Art von Zusätzen, deren Entfernung aus dem zu behandelnden Wasser mit herkömmlichen Wasserbehandlungsverfahren bisher nicht möglich war oder nicht in Betracht gezogen wurde, sind Peroxycarbonsäuren und Derivate davon, insbesondere Peroxyessigsäure. Mögliche Derivate sind dem Fachmann geläufig und können aus entsprechenden Prozesswasserzusätzen ausgewählt werden, z.B.

Peroxycarbonsäureester oder Dicarbonsäureperoxide. Daher wird gemäß der Erfindung in Schritt i) des Verfahrens ein solches zu behandelndes Wasser mit elektromagnetischer Strahlung beaufschlagt, das Peroxycarbonsäure oder ein Derivat davon enthält, insbesondere Peroxyessigsäure. Die elektrische Strahlung ist dabei vorzugsweise so bemessen, dass die in dem zu behandelnden Wasser enthaltene Peroxycarbonsäure bzw. Derivate davon, zersetzt wird. Bei den Zersetzungsprodukten handelt es sich um Carbonsäuren bzw. Derivate davon und deren korrespondierende deprotonierte Form. Beispielsweise sind im Fall von Peroxyessigsäure die Zersetzungsprodukte Essigsäure bzw. Acetat und Sauerstoff. Im Gegensatz zur Peroxycarbonsäure können die Zersetzungsprodukte der Peroxycarbonsäure bwz. Derivate davon gut durch die nachfolgende Umkehrosmose ii) und die Elektroentionisierung iii) entfernt werden.

Um eine besonders effektive Zersetzung bestimmter Wasserzusätze wie Peroxycarbonsäure bzw. Derivate davon zu gewährleisten, wird die elektromagnetische Strahlung in Schritt i) so eingestellt, dass die Peak-Wellenlänge in einem Bereich von etwa 275 bis etwa 145 nm, bevorzugt 254 bis 178 und weiter bevorzugt 248 bis 164 liegt. Eine eher niederwellige elektromagnetische Strahlung in Schritt i) kann zu einer noch effizienteren Zersetzung beitragen. Zweckmäßig wird der Peak der Wellenlänge spezifisch auf die zu zersetzende Substanz eingestellt.

Des Weiteren können auch andere Zusätze oder Auswaschungsprodukte wirksam entfernt werden. Beispielsweise können in Prozessen zur Reinigung von Kunststoffgegenständen, denen produktionsbedingt - z.B. durch Herstellung in einem Spritzgussverfahren - Hilfsstoffe wie Trennmittel an der Oberfläche anhaften, solche Hilfsstoffe als Auswaschungsprodukte in dem zu behandelnden Wasser enthalten sein, die durch das erfindungsgemäße Verfahren wirksam entfernt werden. In Prozessen zur Reinigung von Mehrweg-Kunststoffbehältern für Nahrungsmittel, wie zum Beispiel Getränke-Pfandflaschen aus Kunststoff, können als Auswaschungsprodukte zum Beispiel Getränkerückstände enthalten sein, die durch das erfindungsgemäße Verfahren ebenfalls wirksam entfernt werden.

Darüber hinaus wird die Strahlung in Schritt i) bevorzugt so eingestellt, dass die Bestrahlungsstärke etwa 600 bis 1400 J/m ² , weiter bevorzugt 800 bis 1395 J/m ² und besonders 1280 bis 1390 J/m ² beträgt. Je höher die Bestrahlungsstärke, umso effizienter ist die Zersetzung der Zielsubstanz wie der Peroxycarbonsäure bzw. den Derivaten davon.

Neben den oben genannten bevorzugten Einstellungen bezüglich Peak-Wellenlänge und Bestrahlungsstärke kann die Zersetzung der in dem zu behandelnden Wasser enthaltenen Zusätze gegebenenfalls auch durch Einstellung der Verweilzeit oder Strömungsgeschwindigkeit des zu behandelnden Wassers in einer Vorrichtung zur elektromagnetische Bestrahlung und/oder durch geeignete Wahl des Durchmessers der Leitungen in einer Vorrichtung zur elektromagnetische Bestrahlung beeinflusst werden.

Eine weitere Art von Zusatz, die in dem zu behandelnden Wasser enthalten sein kann, sind Tenside, die durch die Kombination der Verfahrensschritte i) bis iii) noch wirksamer entfernt werden als in Fällen, bei denen mindestens einer der Schritte bzw. Einrichtungen fehlt. Insbesondere die Entfernung nichtionischer Tenside ist ohne Beachtung der erfindungsgemäßen Kombination problematisch.

Eine erfindungsgemäß wirksam funktionierende Umkehrosmose ist bevorzugt dann gewährleistet, wenn nach Schritt ii) die Restleitfähigkeit eines Permeats < 5 μS/cm, weiter bevorzugt < 2 μS/cm beträgt. Die Einstellung der Restleitfähigkeit in Schritt ii) hängt von der Leistungsfähigkeit der nachfolgenden Elektroentionisierung in Schritt iii) sowie von der nach der Wasserbehandlung erforderlichen Wasserqualität ab.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird das zu behandelnde Wasser vor, während oder nach der Umkehrosmose in Schritt ii) permanent oder temporär auf 80 bis 85 ⁰ C erhitzt. Dadurch wird eine thermische Abtötung von unter Umständen im Wasser enthaltenen Keimen ermöglicht.

Ferner ist eine erfindungsgemäß wirksam funktionierende Elektroentionisierung bevorzugt dann gewährleistet, wenn nach Schritt iii) die Restleitfähigkeit eines Deionats < 0,5 μS/cm, weiter bevorzugt < 0,1 μS/cm beträgt. Die Einstellung der Restleitfähigkeit in Schritt iii) hängt von der nach der Wasserbehandlung erforderlichen Wasserqualität ab.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird das erfindungsgemäße Verfahren in einem Prozess zum Spülen von Kunststoffbehältern verwendet. Ein derartiger Prozess wird im Folgenden näher erläutert.

Kunststoffbehälter, insbesondere solche, die als Verpackungsmaterial für Nahrungsmittel dienen, werden vor dem Abfüllen des Inhalts, z.B. eines Nahrungsmittels oder Getränks, sterilisiert. Die Sterilisation erfolgt meist durch Spülen bzw. Rinsen des Kunststoffbehälters mit einem Peroxyessigsäure enthaltenden Spülwasser bzw. Rinserwasser. Fig. 1 zeigt beispielhaft eine Anlage zum Spülen bzw. Rinsen von Kunststoffbehältern 1 , die als Verpackungsmaterial für Nahrungsmittel dienen. Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, wird das System über eine Leitung 2 mit Wasser, z.B. Trinkwasser aus einem kommunalen Leitungsnetz oder Brunnenwasser aus einem firmeneigenen Leitungsnetz, versorgt. Der Pfeil in Leitung 2 zeigt die Flussrichtung des Wassers an. Dieses Wasser wird mit einem Wasserbehandlungssystem 3 aufbereitet. Ein derartiges Wasserbehandlungssystem umfasst, abhängig von der Qualität des über die Leitung 2 erhaltenen Wassers, eine oder mehrere Vorrichtungen zur Behandlung des Wassers. Beispielsweise kann ein derartiges Wasserbehandlungssystem 3 eine Umkehrosmoseanlage und gegebenenfalls eine Elektroentionisierungsanlage enthalten, der wahlweise ein Aktivkohlefilter und/oder eine Enthärtungsanlage vorgeschaltet sein kann. Nachdem das Wasser durch das Wasserbehandlungssystem 3 behandelt wurde, weist es definierte Werte bezüglich Wasserhärte, Leitfähigkeit, pH-Wert und Oberflächenspannung auf. Das behandelte Wasser wird über eine Leitung 4 einer Spülvorrichtung bzw. Rinservorrichtung 5 zugeführt. In oder vor der Spülvorrichtung 5 wird das Wasser mit einer chemischen Formulierung versetzt, die aus mindestens einem geeigneten Desinfektionsmittel, wie z.B. Wasserstoffperoxid oder Peroxyessigsäure, sowie mindestens einem Tensid besteht. Das mit der chemischen Formulierung versetzte Wasser wird innerhalb der Spülvorrichtung 5 zur Desinfektion zum Spülen von Kunststoffbehältern, insbesondere Getränkeflaschen aus Kunststoff, wie z.B. PET-Flaschen, verwendet. In der Vergangenheit wurde nach dem Spülvorgang das Spülwasser bzw. Rinserwasser normalerweise über eine Leitung 6 in die Kanalisation geleitet. Der Pfeil am Ende der Leitung 6 zeigt die Ableitung des Wassers in die Kanalisation an.

Demgegenüber können durch Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Wasserbehandlung in dem oben genannten Prozess zum Spülen bzw. Rinsen von Kunststoffbehältern die im Wasser enthaltenen Zusätze, die von der zugesetzten chemischen Formulierung stammen, vollständig entfernt werden. Dadurch wird eine dauerhafte gleich bleibende Wasserqualität gewährleistet. Das Spülwasser bzw. Rinsingwasser kann sogar wieder verwendet werden, da mit kontrollierten Dosierungen von frischen Zusätzen wieder reproduzierbare Wasserqualitäten ohne unakzeptable Mengenschwankungen bezüglich der Zusätze erreicht werden können. Wichtig zur Realisierung der oben genannten Vorteile und Wirkungsweisen der Erfindung ist es, dass das erfindungsgemäße System zur Wasserbehandlung stromabwärts folgende Vorrichtungen in der genannten Reihenfolge i) bis iii): i) eine Vorrichtung zur elektromagnetischen Bestrahlung, ii) eine Umkehrosmosevorrichtung, und iii) eine Elektroentionisierungsvorrichtung umfasst. Falls gewünscht können wahlweise weitere Schritte vor, zwischen oder nach den oben genannten Schritten durchgeführt werden, müssen es aber nicht. Das erfindungsgemäße System wird so eingestellt, dass die bereits für das Verfahren beschriebenen Einstellungen und bevorzugten Ausführungsformen erreicht werden.

Fig. 2 zeigt schematisch ein erfindungsgemäßes System zur Wasserbehandlung 7. Zu behandelndes Wasser wird über Leitung 8 (der in Leitung 8 dargestellte Pfeil zeigt die Flussrichtung des zu behandelnden Wassers an) einer Vorrichtung zur elektromagnetischen Bestrahlung 9 zugeführt. Anschließend wird das zu behandelnde Wasser über Leitung 10 einer Umkehrosmosevorrichtung zugeführt. Das resultierende Permeat wird über Leitung 12 der Elektroentionisierungsvorrichtung 13 zugführt. Das resultierende Deionat kann beispielsweise über eine Leitung 14 (der in Leitung 14 dargestellte Pfeil zeigt die Flussrichtung des behandelten Wassers an)wieder einem Prozess zugefügt werden. Leitungen zur Abführung bzw. Entsorgung des aus der Umkehrosmose resultierenden Konzentrats und des aus der Elektroentioninisierung resultierenden Eluats sind nicht dargestellt.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in Fig. 3 dargestellt. Wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, umfasst eine Anlage zum Spülen bzw. Rinsen von Kunststoffbehältern 15 eine Anlage zum Spülen bzw. Rinsen von Kunststoffbehältern 1 (vergleiche Fig. 1), die die mit den Bezugsziffern 2 bis 6 gekennzeichneten Vorrichtungen umfasst, und das erfindungsgemäße System zur Wasserbehandlung 7 (vergleiche Fig. 2), das die mit den Bezugsziffern 8 bis 14 gekennzeichneten Vorrichtungen umfasst. Das erfindungsgemäße System zur Wasserbehandlung 7 ist bei dieser Ausführungsform so in eine Anlage zum Spülen bzw. Rinsen von Kunststoffbehältern 15 integriert, dass das bestimmte Zusätze, wie z.B. Peressigsäure und Tenside, enthaltende Spülwasser aus Leitung 6 ganz oder teilweise der Leitung 8 zugeführt wird. Die im Wasser enthaltenen Zusätze werden mittels der Vorrichtungen 9 (UV-Vorrichtung), 11 (Umkehrosmosevorrichtung) und 13

(Elektroentionisierungsvorrichtung ) wie oben beschrieben entfernt. Somit weist das aus Leitung 14 austretende, erfindungsgemäß behandelte Wasser eine definierte Wasserqualität auf, d.h. die Werte für Leitfähigkeit, pH-Wert und Oberflächenspannung können reproduzierbar eingestellt werden. Das behandelte Wasser wird über Leitung 14 in Leitung 4 eingespeist. Leitung 4 kann ganz oder teilweise über Leitung 14 eingespeistes Wasser enthalten. Somit kann das im Spülprozess verwendete Wasser in einem Kreislauf zirkulieren. Da die Menge des behandelten Wasser, das aus Leitung 14 austritt, aufgrund der bei der Umkehrosmosevorrichtung 11 und der Elektroentionisierungsvorrichtung 13 jeweils notwendigen Abführung von Konzentrat und Eluat stets geringer ist als die ursprünglich über Leitung 8 zugeführte zu behandelnde Menge an Wasser, wird dem Kreislauf Frischwasser zugeführt. Frischwasser ist Wasser, das mittels des Wasserbehandlungssystems 3 behandelt wurde und über Leitung 4 eingespeist wird. Falls erforderlich, kann auch ein Teil oder die Gesamtmenge des im Kreislauf enthaltenen Wassers über die Leitung 6 in die Kanalisation entsorgt werden (die mögliche Flussrichtung des Wassers wird durch die Pfeile in Leitungen 6 und 8 angezeigt) und die durch die Entsorgung entstehende Fehlmenge an Wasser durch Zufügen von Frischwasser ausgeglichen werden.

Alternativ kann das behandelte Wasser nach der Elektroentionisierungsvorrichtung 13 ganz oder teilweise aus dem Kreislauf entnommen werden (nicht dargestellt), um gegebenenfalls einem anderen Verwendungszweck zugeführt zu werden.

Eine solche Ausführungsform hat den Vorteil, dass der Kreislauf zur Behandlung des Zusätze enthaltenden Wassers in sich geschlossen ist, wobei Frischwasser je nach Bedarf eingespeist werden kann.

Eine noch weitere bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in Fig. 4 dargestellt. Wie aus Fig. 4 ersichtlich ist, umfasst eine Anlage zum Spülen bzw. Rinsen von Kunststoffbehältern 16 eine Anlage zum Spülen bzw. Rinsen von Kunststoffbehältern 1 (vergleiche Fig. 1), die die mit den Bezugsziffern 2 bis 6 gekennzeichneten Vorrichtungen umfasst und eine Vorrichtung zur elektromagnetischen Bestrahlung 9, die über die Leitungen 8 und 10 in die Anlage 16 integriert ist. Das Wasserbehandlungssystem 3 umfasst eine Umkehrosmosevorrichtung 11 und eine Elektroentionisierungsanlage 13, die miteinander durch die Leitung 12 verbunden sind. Die Vorrichtung zur elektromagnetischen Bestrahlung 9 ist so in eine Anlage zum Spülen bzw. Rinsen von Kunststoffbehältern 16 integriert, dass das bestimmte Zusätze, wie z.B. Peroxyessigsäure und Tenside, enthaltende Spülwasser aus Leitung 6 ganz oder teilweise der Leitung 8 zugeführt wird. Nach Behandlung des Spülwassers mittels der Vorrichtung zur elektromagnetischen Bestrahlung 9 wird das bereits mit Strahlung beaufschlagte Wasser über die Leitung 10 in die Leitung 2 eingespeist. Nach Passieren der Umkehrosmosevorrichtung 11 und der Elektroentionisierungsvorrichtung 13 wird das behandelte Wasser in Leitung 4 eingespeist. Das im Spülprozess verwendete Wasser zirkuliert in einem Kreislauf. Da die Menge des behandelten Wasser, das aus Leitung 4 austritt, aufgrund der bei der Umkehrosmosevorrichtung 11 und der Elektorentionisierungsvorrichtung 13 jeweils notwendigen Abführung des Konzentrats und Eluats stets geringer ist als die ursprünglich über Leitung 8 zugeführte Menge an zu behandelndem Wasser, wird dem Kreislauf Frischwasser zugeführt. Frischwasser ist Wasser, das über Leitung 2 in den Kreislauf eingespeist wird, z.B. Leitungswasser. Falls erforderlich, kann auch ein Teil oder die Gesamtmenge des im Kreislauf enthaltenen Wassers über die Leitung 6 in die Kanalisation entsorgt werden (die mögliche Flussrichtung des Wassers wird durch die Pfeile in Leitungen 6 und 8 angezeigt) und die durch die Entsorgung entstehende Fehlmenge an Wasser durch Zufügen von Frischwasser ausgeglichen werden.

Eine solche Ausführungsform hat den Vorteil, dass ein bereits bestehendes Wasserbehandlungssystem 3, das eine geeignete Umkehrosmoseanlage 11 und eine geeignete Elektroentionisierungsanlage 13 umfasst, in Kombination mit einer z.B. nachträglich eingebauten Vorrichtung zur elektromagnetischen Bestrahlung 9 ein erfindungsgemäßes System zur Wasserbehandlung bildet.