Die meisten Verunreinigungen in Trinkwasser liegen in Form ionisierter anorgani- scher Mineralsalze vor, die dem Wasser einen Leitfähigkeits/Resistivitäts-Grad verleihen und. das Wasser folglich für genaue Messungen seiner Reinheit zugäng- lich machen. Das häufigste Maß ist der spezifische elektrische Widerstand, der typischerweise in der Einheit Ohmcm bei einer Bezugstemperatur von 25 °C ge- messen wird ; absolut reines Wasser hat einen theoretischen spezifischen elektri- schen Widerstand von 18,17 Megohmcm.

Eine Minderheit der Verunreinigungen in Trinkwasser umfaßt organische Schad- stoffe, die typischerweise keine ionischen Ladungen tragen. Dementsprechend sind derartige organische Schadstoffe nicht in derselben Weise wie organische Verunreinigungen meßbar. Ein bevorzugtes Niveau des organischen Gesamtan- teils (TOC) in ultrareinem Wasser mit Laborqualität beträgt nicht mehr als einige Teile auf eine Milliarde (ppb).

Es gibt ein ansteigendes Bedürfnis, ultrareines Wasser mit Laborqualität kurzfri- stig auf Echtzeitbasis vorzugsweise aus einem Anschluß bereitzustellen, der sich in genau dem Labor befindet, in dem die Forschungs-und Analysearbeit durch- geführt wird. Dieses Bedürfnis wird durch die vorliegende Erfindung erfüllt, die nachstehend zusammengefaßt und ausführlich beschrieben wird.

Die vorliegende Erfindung umfaßt ein System für die Herstellung von ultrareinem Wasser mit Laborqualität, das eine einzigartige Kombination von Reinigungsme- dien, die in einer Reihe von Doppelgehäusen enthalten und vorzugsweise mit Ul- traviolett- (UV-) und Ultrafiltrations- (UF-) Behandlung verbunden sind, und einer neuartigen Anordnung der Verteilung, von Magnetventilen, Steuerventilen und Sensorgeräten.

Die Figuren 1 bis 4 sind schematische Darstellungen, die vier beispielhafte Aus- führungsformen der Erfindung zeigen.

Die Figuren 5 bis 7 sind Perspektiv-, Querschnitts-und Explosionsdarstellungen der bevorzugten Gehäuse zur Aufnahme der Reinigungsmedien, die in dem erfin- dungsgemäßen System verwendet werden.

Eintragswasser Das System ist so entworfen, daß es mit Eintragswasser arbeit, daß aus einer si- cheren Trinkwasserquelle stammt, die weiter durch Umkehrosmose (RO), Destil- lation oder elektrische (EDI) oder-herkömmliche Deionisierung (D1) behandelt worden ist. Das Eintragswasser sollte aus einer Quelle stammen, die den US- amerikansichen Environmental Protection Agency National Primary Drinking Wa- ter Regulations oder vergleichbaren Standards der Europäischen Union oder Ja- pans entspricht. Das System kann direkt mit trinkbarem Leitungswasser bei Quellen, die nicht mehr als 500 Teile auf eine Million (ppm) insgesamt gelöster Feststoffe als Calciumcarbonat-Äquivalente enthalten, betrieben werden, wobei dieses Wasser, das Gesamtniveaus an organischem Kohlenstoff (TOC) über 1,5 ppm aufweisen kann, eine zusätzliche Vorbehandelung mit Aktivkohle und/oder Filtration erfordern kann. Um ökonomische Wirkungsgrade von dem Sy- stem zu erreichen, erfordern direkte Quellen an trinkbarem Leitungswasser spezi- elle Anwendungsgrenzen, die aufgrund der sich verändernden Eintragswasser- qualität und dem Volumenbedarf merklich variieren und daher sorgfältig auf indivi- dueller Basis geprüft werden sollten. Der Fachmann wird erkennen, daß vorbe- handelte Eintragsquellen bei der Mehrheit der Installationen bevorzugt werden.

Während der Vorbehandlung werden anorganische, organische und disperse Ar- ten verringert oder beseitigt, was Reinigungs-und ökonomische Effekte liefert.

Mediengehäuse.

Die bevorzugten Gehäuse zur Aufnahme der Reinigungsmedien umfassen zu- mindest zwei Doppelgehäuse, wobei jedes Doppelgehäuse zwei nebeneinander- liegende Kammern aufweist, die durch eine gemeinsame Wand in der Weise ge- trennt sind, daß die Kammern in hintereinander geschalteter Fluidkommunikation miteinander stehen, wobei der Fluß von der Oberseite zum Boden erfolgt. Derarti- ge Doppelgehäuse werden in den Figuren 5 bis 7 gezeigt und ausführlicher in der gemeinsam abgetretenen US-Anmeldung Nr. 09/733.770 offenbart, die am 8. De- zember 2000 eingereicht wurde, wobei deren Offenbarung hierin durch Verweis enthalten ist.

In den Figuren 5 bis 7 ist ein Zweikammer-Mediengehäuse 1 dargestellt, das ei- nen Gehäusekörper 10 mit einer oberen Abschluß-bzw. Endkappe 12 und Bo- denabschluß-bzw. endkappe 14 umfaßt. Die Abschlußkappen 12 und 14 sind vorzugsweise mit Verstärkungsrippen 30 versehen. Die obere Abschlußkappe 12 ist mit Fluideinlaßöffnung 18 und Fluidauslaßöffnung 28 ausgestattet. Die obere Abschlußkappe 12 kann auch mit einer Sperrnabe 13 und Aufnahmenaben 131 zur Sicherung einer Einlaß-und Auslaßventileinheit (nicht gezeigt) versehen sein, wobei diese Einheit der Gegenstand der gemeinsam übertragenen US- Patentanmeldung Nr. 09/733,588 ist, die am 8. Dezember 2000 eingereicht wur- de. Der Gehäusekörper 10 und die Abschlußkappen 12 und 14 können aus jedem geeigneten Material wie 316-oder 316L-Edelstahl oder thermoplastischen Poly- meren hergestellt sein, wobei die letzteren bevorzugt werden ; und die drei Kom- ponenten können durch geeignete Einrichtungen aneinander gesichert werden ; im Falle eines thermoplastischen Polymers sind die drei Komponenten vorzugsweise aneinander geschweißt. Bevorzugte polymere Konstruktionsmaterialien umfassen Polyethylen, Polypropylen, Polytetrafluorethylen, Polyvinylidenfluorid, fluoriertes Ethylen/Perfluoralkylvinylether-Copolymer und Polyetheretherketon.

Der Gehäusekörper 12 umfaßt eine erste Kammer 20 und eine zweite Kam- mer 24, die durch eine gemeinsame Wand 20-24 miteinander verbunden sind.

Beide Enden sowohl der ersten Kammer 20 als auch der zweiten Kammer 24 sind mit porösen Sieben ausgestattet, die sowohl als Vorfilter für große Teilchen als auch dazu dienen, Filtrations-und/oder Adsorptionsmedien zurückzuhalten, wobei die Siebe in diese aufnehmende Ausnehmungen 17 passen, die in die Gehäuse- körperwand 11 und die gemeinsame Wand 30-24 eingelassen sind. Die porösen Siebe bzw. Screens in dem Doppelgehäuse können aus denselben Materialtypen wie das Doppelgehäuse konstruiert werden.

Im Betrieb tritt das Fluid, das mit Medien wie Aktivkohle, lonenaustauschermedien oder anderen Behandlungsmaterialien filtriert oder anderweitig behandelt werden soll, durch die Fluideinlaßöffnung 18 in der oberen Abschlußkappe 12 ein, fließt nach unten durch das poröse Sieb 16 und die erste Kammer 20, dann nach unten durch die Medien, die in der ersten Kammer 20 enthalten sind, durch das untere Sieb 16, trifft dann auf den Flußsammler 21 der ersten Kammer, der das Permeat der ersten Kammer nach oben durch den Sammelraum 22 der ersten Kammer zu der Oberseite der zweiten Kammer 24 führt. An der Oberseite der zweiten Kam- mer 24 trifft das Fluidpermeat aus der ersten Kammer auf den Flußverteiler 23 der zweiten Kammer, der bewirkt, daß der zu verteilende Fluß gleichmäßig nach un- ten durch das poröse Sieb 16 und die Medien der zweiten Kammer 24 verteilt wird. Am Boden der zweiten Kammer 24 fließt das Permeat durch Sieb 16 und trifft auf den Flußsammler 25 der zweiten Kammer, der das Fluidpermeat nach oben durch die Permeatsammelkammer 26 der zweiten Kammer und heraus durch Permeatauslaßöffnung 28 führt.

REINIGUNGSMEDIEN Die Verwendung von fünf Reinigungsmedientypen wird bevorzugt : (1) Redoxme- dien ; (2) mit Säure gewaschene, bituminöse Aktivkohle ; (3) Aktivkohle mit Hochenergie-Bitumenqualität oder mit Säure gewaschene Kokosnußschalen- Aktivkohle ; (4) Mischbett-lonenaustauscherharze mit Halbleiterqualität und (5) katalytische Aktivkohle mit einer maximalen Peroxidzahl von 14. Das Wasser läuft nach unten durch alle Reinigungsmedien, um Fluidisation und Trennung der Me- dien, basierend auf einer unterschiedlichen Teilchendichte, zu verhindern. Basie- rend auf den Volumen jeder Kammer in den Doppelgehäusen kann im allgemei- nen praktisch jeder Prozentsatz jedes dieser Medien verwendet werden, der ge- mäß den Verunreinigungen des Eintragswassers eingestellt wird. Einzelheiten bevorzugter Aspekte dieser Reinigungsmedien, einschließlich bevorzugter Volu- men-Prozentsätze, die mit typischen Einträgen verwendet werden, werden nach- folgend im Zusammenhang mit dem in Fig. 1 dargestellten System erörtert.

Die bevorzugten Redoxmedien umfassen eine granulierte Zn/Cu-Legierung, die kommerziell als KDF 55 von KDF Fluid Treatment, Inc, in Three Rivers, Michigan, erhältlich ist. Derartige Redoxmedien sind dazu bestimmt, freies Chlorid und was- serlösliche Schwermetalle zu entfernen oder zu verringern, während gleichzeitig eine Kontrolle von Bakterien und Algen, die in dem Eintragswasser vorhanden sein können, bereitgestellt wird. Die Redoxreaktion reduziert freie Chloride in dem Eintragswasser zu Chloridionen, die stromabwärts durch das lonenaustauschharz entfernt werden. Bakterien und andere Mikroorganismen werden durch die Her- stellung von Peroxiden und freien Hydroxylradikalen getötet, die gebildet werden, da Wasser durch die Medien strömt. Wie nachstehend angegeben und in den Fi- guren 2 bis 4 gezeigt, wird katalytischer Kohlenstoff stromabwärts von den Re- doxmedien zugesetzt, um die durch die Medien erzeugten Peroxide zu beseitigen.

Die Schwermetallentfernung erfolgt durch elektrochemisches Abscheiden der Schwermetallarten auf den Redoxmedien, während sich die Schwermetallarten in Kontakt mit den Medien befinden.

Die bevorzugte Menge der in den erfindungsgemäßen Doppelkammergehäusen verwendeten Redoxmedien beträgt 1 bis 10 Vol%, besonders bevorzugt 8 Vol% der Inhalte einer Einzelkammer der Doppelkammergehäuse, basierend auf einer Flußrate von bis zu 2,51/min (0,6 gpm), vorzugsweise 1,51/min (0,36 gpm). Derar- tige Redoxmedien ergeben eine Zahl bedeutender Vorteile, insbesondere bei ei- nem Labor-Wasserbehandlungsgerät, gegenüber herkömmlichen Behandlungs- anordnungen. Die Redoxmedien können bis zum 10-bis 20fachen der Kapazität von Aktivkohle, die typischerweise für die Chlorentfernung verwendet wird, wirk- sam entfernen. Ihre Verwendung stromabwärts von der Aktivkohle verlängert die Lebensdauer der Aktivkohle und verbessert die Entfernungseffizienz der Aktiv- kohle für organische Substanzen, hauptsächlich aufgrund der verringerten Chlor- konzentration, die ein größere Oberfläche zur Adsorption von organischen Sub- stanzen wirksam ermöglicht. Einfach gesagt, wird die Oberfläche der Kohle ver- wendet, um organisches Material zu adsorbieren, anstatt mit Chlor zu reagieren.

In einer Reinigungsanordnung mit kleinem Maßstab, bei der das Medienvolumen ziemlich beschränkt ist, bedeutet dies einen wesentlichen Vorteil, der eine höhere Flußrate aufgrund der größeren Effizienz der Behandlung zuläßt.

Wasser, das von RO-Systemen oder Destillationssystemen geliefert wird, nutzt typischerweise einen Vorratsbehälter, um das behandelte Wasser aufzunehmen.

Vorratsbehälter können aufgrund der abgestandenen Natur der Gefäße eine be- deutende Umgebung für die Vermehrung von Bakterien und Algen liefern. Diese Gefäße werden bei der Reinigung und Desinfizierung gewöhnlich vergessen oder ignoriert. Ein zentrales lonenaustauschsystem kann ebenfalls eine Quelle einer bakteriellen Kontamination sein, die zu dem Verwendungsort des Wasserreini- gungssystems transportiert werden kann. Wenn die Redoxmedien als erstes oder eines der ersten Reinigungsmedien, die in Kontakt mit dem Eintragswasser ste- hen, verwendet wird, bilden sie einen bakteriostatischen Schutz am Einlaß zu dem System, so daß das Potential für bakterielles Verschmutzen der anderen, strom- abwärts befindlichen Reinigungsmedien verringert wird. Dies ist ein besonderer Vorteil für ein Wasserprodukt am Verwendungsort, das aus dem Eintragwasser das von einem Vorratsreservoir oder aus einem zentralen lonenaustauschsystem geliefert wird, stammt. Wenn die Bakterienmenge verringert wird, wird auch die Menge an bakteriellen Endotoxinen, die in dem System freigesetzt wurden, verrin- gert. Außerdem werden die Anforderungen an die Ultrafiltrations-und Endfiltrati- onsgeräte des Systems verringert.

Zusätzlich zum elektrochemischen Abscheiden der Schwermetallionen reagieren die Redoxmedien auch mit zweiwertigen Kationen, die in den Eintragswasser- quellen zu finden sind, was die Ausfällung der lonen bewirkt. Schwermetalle wer- den chemisch an den Redoxmedien gebunden. Zweiwertige Kationen werden als Teilchen ausgefällt. In Abhängigkeit von der Größe können die Teilchen suspen- diert bleiben oder aus der Lösung ausfallen. In diesem Fall können sich die Teil- chen physikalisch an den Medien, der Kohle oder den Filtern ansammeln, was den Wasserkontakt verhindert und die Medien oder den Filter verstopft oder ver- schmutzt. Aufgrund des im allgemeinen niedrigen Gehaltes der Mehrheit der oben erwähnten, bevorzugten Eintragswasserquellen an Schwermetallen und zweiwer- tigen Kationen sollte ein periodisches Rückwaschen der Redoxmedien nicht erfor- derlich sein.

In Fällen, in denen die Eintragswasser TOC-Niveaus von 1,5 ppm oder mehr ent- halten, wie beispielsweise in Leitungswasser, entionisiertem Eintragswasser mit schlechter Qualität oder anderen problematischen Eintragsquellen, kann eine kleine Menge"opferungswilliger"Aktivkohle stromaufwärts von den Redoxmedien zugesetzt werden, um die Redoxmedien vor organischer Verschmutzung zu schützen. Derartige Aktivkohle ist in dem Sinne"opferungswillig", daß sie durch organische Substanzen verschmutzt wird, um die Redoxmedien vor organischer Verschmutzung zu schützen. Eine hohe organische Kohlenstoffbelastung in einer Eintragswasserquelle überzieht die Redoxmedien und verhindert den Wasser- kontakt, was die Redoxaktivität verringert ; stromaufwärts befindliche Aktivkohle verhindert dieses Ereignis. Die bevorzugte Aktivkohle zum Schutz der Redoxme- dien besteht aus mit Säure gewaschener, granulärer Aktivkohle mit Bitumenqua- lität, 20 x 50 US-Maschenzahl, die kommerziell von Barnebey & Sutcliffe Corp. in Columbus, Ohio, erhältlich ist. Bitumenqualität und andere kohlenbasierende Ak- tivkohlen enthalten einen höheren Grad an größeren Porengrößen (Makroporen), die besser genutzt werden können, um organische Verbindungen mit größerem Molekulargewicht, die typischerweise in Trinkwasser oder anderen Hoch-TOC- Quellen gefunden werden, zu entfernen.

Ein anderes bevorzugtes Reinigungsmedium ist eine granuläre Aktivkohle, die speziell zur Entfernung von Ozon und organischen Verbindungen mit niedrigem Molekulargewicht, einschließlich organischen Säuren, bestimmt ist, vorzugsweise (i) Aktivkohle mit Hochenergie-Bitumenqualität oder (ii) mit Säure gewaschene Kokosnußschalen-Aktivkohle, wobei letztere bevorzugt wird. Ein Beispiel von (i) ist Calgon Fitrasorb 600, das gegenwärtig für Heilzwecke bei der Entfernung von or- ganischem Kohlenstoffen mit niedrigem Molekulargewicht verwendet wird. Bedau- erlicherweise ist das Filtrasorb 600-Produkt nur mit einer Maschenzahl von 12 x 40 erhältlich. Für die vorliegende Erfindung wird ein Material mit einer Ma- schenzahl von 20 x 50 bevorzugt, das am effektivsten wäre. Auf Kokosnußscha- [en basierende Aktivkohle-Medien sind zur Entfernung von Schadstoffen aus or- ganischem Kohlenstoff mit niedrigem Molekulargewicht aus Wasser verwendet worden. Auf Kokosnußschalen basierende Aktivkohlen enthalten einen höheren Anteil kleiner Poren oder Mikroporen, die für die Entfernung organischer Verbin- dungen mit geringem Molekulargewicht und Spurenmengen organischer Verbin- dungen wichtig sind. Ein bevorzugtes Beispiel von (ii) weist eine Maschenzahl von 20 x 50 auf und ist von Barnebey & Sutcliffe Corp. in Columbus, Ohio, kommerzi- ell erhältlich.

Derartige Reinigungsmedien liegen vorzugsweise in einer Menge vor, die zwi- schen 20 und 80 Vol% des Fassungsvermögens einer Einzelkammer des Doppel- kammergehäuse, besonders bevorzugt zwischen 25 und 75 Vol%, basierend auf der oben erwähnten Flußrate, liegt.

Da die Mehrheit der Installationen für die erfindungsgemäßen Wasserreinigungs- systeme eine Quelle mit vorbehandeltem Eintragswasser aufweisen, ist zu erwar- ten, daß das Eintragswasser verringerte Menge an organischem Kohlenstoff mit niedrigem Molekulargewicht enthalten wird. Beispielsweise haben RO-Membranen ein Molekulargewicht-Rückhaltevermögen zwischen 200 und 300 Dalton. Dies zeigt allgemein, daß Produktwasser aus einem RO-System nur etwa 0,1 % der organischen Verbindungen aus der Eintragswasserquelle mit einem Molekularge- wicht von oder über 200 Dalton enthält. Falls vorhanden, wird die Mehrheit der organischen Verbindungen mit einem Molekulargewicht unter 200 Dalton die Membran passieren. Ebenso wird destilliertes Wasser im allgemeinen nur organi- sche Verbindungen mit einem Siedepunkt enthalten, der kleiner oder gleich dem von Wasser (100 °C) ist. Deshalb werden gewöhnlich die Verbindungen mit nied- rigem Molekulargewicht oder flüchtigere Verbindungen in der Eintragsquelle von destilliertem Wasser für das erfindungsgemäße System zu finden sein. DI-Wasser wird aufgrund der Vorbehandlungsanordnungen und der Fähigkeit von lonenaus- tauschharzen, um organische Schadstoffe mit großem Molekulargewicht zu ab- sorbieren, typischerweise auch organische Kohlenstoffverbindungen mit niedri- gem Molekulargewicht enthalten. Jedoch kann DI-Wasser aus großen Zentralsy- stemen oder Service-Austauschsystemen gelegentlich merkliche Mengen an or- ganischem Kohlenstoff mit veränderlichen Molekulargewichten erzeugen und muß daher genauer hinsichtlich organischer Kontamination als Produktwasser aus an- deren Vorbehandlungsverfahren aufgrund der Empfindlichkeit der lonenaus- tauschharze gegen Oxidation und Vorbehandlungsdurchbruch überwacht werden.

Destilliertes, RO-und DI-Wasser enthalten typischerweise Niveaus an organi- schem Kohlenstoff auf ppb-oder mg/I-Niveau. Trinkwasser enthält normalerweise Niveaus an organischem Kohlenstoff auf ppm-oder mg/I-Niveau. DI-Wasser kann, obwohl es normalerweise organische Verbindungen mit niedrigem Molekularge- wicht enthält, problematisch sein. Deshalb ist es bevorzugt, daß opferwilliger Kohlenstoff vor den Redoxmedien bereitgestellt wird, wie z. B. in Fig. 2 gezeigt wird.

Es sollte auch angemerkt werden, daß neu installierte Wasservorbehandlungssy- steme, einschließlich RO, DI, EDI und Destillation, eine Quelle organischer Koh- lenstoffverbindungen mit höherem Molekulargewicht sein können, die in dem Wasserstrom aus der Wasserleitung, die das Wasser liefert, gelöst oder suspen- diert sind. Diese Verbindungen können Trenn-Gleitmittel, Weichmacher, Löffluß- mittel, und Kunststoffpolymere der Leitung sein. Diese potentiellen Schadstoffe in neuen Installationen verringern sich gewöhnlich mit der Betriebszeit. Dieses Ver- schmutzungspotential würde weiterhin die Verwendung von opferwilligem Kohlen- stoff empfehlen, um die Redoxmedien zu schützen.

Andere bevorzugte Medien bestehen aus hochreinem Mischbett- lonenaustauschharz mit Halbleiterqualität. Dieses Harz umfaßt chemisch äquiva- lente Mengen an 40 Vol% Harz von Kationen starker Säuren, proportional ge- mischt mit 60 Vol% Harz von Anionen schwacher Basen. Das bevorzugte Material ist kommerziell als lonac NM60-SG-Mischbett-lonenaustauschharz von Sybron Chemicals in Birmingham, New Jersey, erhältlich. Dieses Medium ist dazu be- stimmt, im wesentlichen alle ionischen Schadstoffe zu entfernen, die aus der Ein- tragswasserquelle und aus den lonen stammen, die von der Aktivkohle und/oder katalytischen Medien freigesetzt werden, die sich stromaufwärts in dem System befinden. Die bevorzugte Menge derartiger Mischbett-Harzmedien beträgt im all- gemeinen zwischen 40 und 100 %, basierend auf dem Gesamtfassungsvermögen einer Einzelkammer des Doppelkammergehäuses und bei der gleichen, oben er- wähnten Flußrate. Ein derartiges lonenaustauschharz kann Wasser mit einem spezifischen Widerstand von 18,2 Megohmcm, korrigiert auf 25 °C, mit Spuren- mengen an leicht extrahierbarem Ausfluß an organischem Kohlenstoff, der sich von dem Harz ablöst, herstellen. Derartige lonenaustauchharz-Medien befinden sich vorzugsweise in der zweiten Kammer des ersten Doppelgehäuses A von Fig. 1 und bildet vorzugsweise 100 % des Volumens in dieser Kammer für die meisten erwarteten Anwendungen. Dieses Bett stellt auch einen wesentlichen Anteil an der Gesamt-lonenaustauschkapazität des Systems bereit.

Der Ausfluß aus dem ersten Doppelkammergehäuse wird dann vorzugsweise mit ultravioletter Strahlung (UV) weiterbehandelt, was nachstehend ausführlicher er- örtert wird.

Um eine Schädigung der sich stromabwärts von der UV-Kammer befindlichen lo- nenaustauschharze zu verhindern, wenn eine UV-Behandlung verwendet wird, wird vorzugsweise ein viertes Bett aus katalytischer Aktivkohle als erstes Medium, das in dem zweiten Doppelkammergehäuse B von Fig. 1 kontaktiert wird, verwen- det. Die katalytische Aktivkohle ist zur Entfernung von Wasserstoffperoxid be- stimmt, wodurch das stromabwärtige lonenaustauschharz vor einer Oxidation ge- schützt wird. Die bevorzugte Form dieses Mediums ist ein auf Bitumenmaterial mit 20 x 50 Maschenzahl, das ein Gemisch aus oxidierter und kalzinierter bituminöser Kohle oder Kohlenteerpech umfaßt, das in US-Patent Nr. 5.356,849 beschrieben wird, dessen Offenbarung hierin durch Verweis enthalten ist. Das Medium ist kommerziell als Centaur von Calgon Carbon Corporation in Pittsburgh, Pennsyl- vania, erhältlich. Aufgrund der sehr viel größeren Peroxidaktivität in bezug auf herkömmliche Aktivkohlen wird ein größerer Schutz der stromabwärtigen lonen- austauschharze erreicht. Das Medium zeigt vorzugsweise eine maximale Per- oxidzahl von 14. Die Peroxidzahl ist ein Maß dafür, wie schnell das Medium Was- serstoffperoxid abbaut. Herkömmliche, auf Bitumen basierende Aktivkohle zeigt zum Vergleich eine Peroxidzahl von 40, während eine auf Braunkohle basierende Aktivkohle eine Peroxidzahl von 60 und Aktivkohle auf Kokosnußbasis eine Per- oxidzahl > 120 zeigen. Die bevorzugte Menge eines derartigen katalytischen Ak- tivkohlemediums beträgt 15 bis 30 Vol%, besonders bevorzugt 16,6 bis 25 Vol%, basierend auf dem Gesamtvolumen einer Einzelkammer der Doppelgehäuse und der gleichen, oben erwähnten Flußrate.

Die Produkte der Reaktion von katalytischem Kohlenstoffmedium und Peroxid sind Wasser und Sauerstoff, wobei die erzeugte Sauerstoffmenge stöchiometrisch zu der Menge an zerstörtem Peroxid ist. Der erzeugte Sauerstoff wird unter dem bevorzugten Betriebsdruck des Systems von 15 psig in Lösung gezwungen, wird aber teilweise durch stromabwärtige Aktivkohlemedien adsorbiert.

UV-Behandlung Aus dem Auslaß des ersten Doppelkammergehäuses A bewegt sich das Wasser zu einer UV-Reaktorkammer 46 aus 316 L-Edelstahl. Die Reaktorkammer 46 ent- hält eine Niederdruck-Hochleistungs-Ultraviolett- (UV-)-Lampe, die mit einem elektronischen Vorschaltgerät verbunden ist. Die Durchmesser der UV-Lampe und der Edelstahikammer sind so gestaltet, daß eine dünne Wasserschicht zwischen der Lampe und der inneren Kammerwand gebildet wird. Dies zwingt das Wasser in engste Nähe zu der UV-Lampe, was eine effiziente Nutzung der Strahlung er- gibt. Die UV-Lampe ist für eine Hochleistungsstrahlung mit 185 nm Wellenlänge zur Reduzierung des gesamten organischen Kohlenstoffs in dem Wasser be- stimmt. Ein wesentlicher Teil der emittierten Strahlung wird auch im 254-nm- Bereich emittiert, der keimabtötende Wirkung in der Reaktionskammer liefert. Dies wird zusätzlich zu der für die KDF-Medien beschriebenen mikrobiellen Kontrolle die Zahl an lebensfähigen Mikroben in dem System weiter verringern. Der UV- Reaktor ist kommerziell vom Trojan Technologies Inc in Ontario, Kanada, erhält- lich.

Wasser aus der UV-Kammer besitzt einen verringerten spezifischen Widerstand aufgrund der Herstellung von Kohlendioxid infolge der Oxidation der organischen Substanzen in der Kammer. Das Wasser aus der Kammer enthält auch Spuren- mengen an Peroxid und Ozon aufgrund der Wirkung der UV-Strahlung auf in Wasser gelösten Sauerstoff. Einige intermediäre organische Säuren können infol- ge einer unvollständigen Oxidation von organischem Material in der Reaktions- kammer auch vorhanden sein.

Peroxide und Ozone schädigen lonenaustauschharze, was einen Austauschkapa- zitätsverlust und eine TOC-Zunahme in dem Wasser verursacht. Der Aus- tauschkapazitätsverlust und die TOC-Zunahme sind eine Folge des Abbaus der Polymerstruktur des lonenaustauschharzes. Austauschstellen werden zerstört, und organische Verbindungen werden in das Wasser von dem sich zersetzenden Harz freigesetzt. Diesen Problemen ist sich typischerweise durch Behandlung mit Aktivkohle auf Kohlebasis, auf Kokosnußschalenbasis oder synthetischer Aktiv- kohle, die nicht speziell zur Entfernung von Peroxiden bestimmt waren, zugewen- det worden. Die Kohle, die Kokosnußschalen und die synthetischen Kohlenstoffe entfernen organische Säuren, die durch die UV-Strahlung erzeugt wurden. Dies ist erwünscht, um zu verhindern, daß organische Säuren durch das Harz strömen und in dem Produktwasser des Gerätes verbleiben. Jedoch variieren diese Aktiv- kohlarten merklich hinsichtlich der Kapazität zur Entfernung der Peroxide, die die strukturelle Unversehrtheit des lonenaustauschharzes gefährden.

Die Oxidationsreaktion von organischen Verbindungen in Wasser durch UV- Strahlung mit Wellenlängen im 185-nm-Bereich ist kompliziert. Äußerste techni- sche Beschreibungen des Verfahrens der organischen Zerstörung durch UV- Oxidation bestätigen, daß die Hauptreaktanten freie Hydroxylradikale sind, die in der Reaktionskammer erzeugt werden. Die Hydroxylradikale reagieren mit organi- schen Verbindungen unter Bildung von Kohlendioxid und Wasser. Kohlendioxid reagiert mit Wasser unter Bildung von Kohlensäure, die durch lonenaustausch entfernt wird. Hydroxylradikale, die während der Reaktion mit organischen Verbin- dungen nicht verbraucht werden, bilden Wasserstoffperoxid.

Betrieb des Systems Die schematischen Darstellungen in Fig. 1 bis 4 stellen vier beispielhafte Systeme dar, wobei die gleichen Buchstaben und Zahlen sich auf gleiche Elemente bezie- hen.

Fig. 1 stellt eine Grundsystemkonfiguration zur Reinigung jedes der bevorzugten, oben erwähnten Eintragswasser dar. Wasser aus der Eintragsquelle 40 tritt in Pumpe 44 über Druckregler 42, der vorzugsweise bei 15 2 psig gehalten wird, ein, tritt dann in die Oberseite von Kammer 1 des ersten Doppelgehäuses A ein, fließt nach unten durch die Medien von Kammer 1 und nach oben durch den Sammelraum a', dann nach unten durch die Medien in Kammer 2, verläßt dann Kammer 2 durch Sammelraum a".

Aus dem ersten Doppelgehäuse A wird das Wasser vorzugsweise zu UV- Reaktor 46, wo es UV-Licht ausgesetzt wird, und dann zu der Oberseite von Kammer 1 des zweiten Doppelgehäuses B geführt, woraufhin es nach unten durch die Medien dieser Kammer 1, hinauf zur Oberseite von Kammer 2 durch Sammelraum b', hinab durch die Medien von Kammer 2 des Doppefgehäuses B fließt und das Gehäuse über Sammelraum b"verläßt.

Die bevorzugten Medien in den Doppelgehäusen A und B in den Figuren 1 bis 4 sind durch die Ziffern 1 bis 5 wie folgt gekennzeichnet : 1 Redoxmedien ; 2 säure-gewaschene bituminöse Aktivkohle ; 3 säure-gewaschene Kokosnußschalen-Aktivkohle ; 4 Mischbett-lonenaustauschharz mit Halbleiterqualität und 5 katalytische Aktivkohle mit einer Peroxidzahl < 14.

Die Figuren 2 bis 4 zeigen ähnliche Fließschemen wie das in Fig. 1 gezeigte, je- doch mit verschiedenen Kombinationen der angegebenen Reinigungsmedien.

Fig. 2 stellt ein System, dar, daß besonders für die Behandlung von Leitungswas- ser und Wasser aus Di-und EDI-Quellen geeignet ist, während Fig. 3 ein Sy- stem, daß für die Behandlung von destillierten und RO-Quellen geeignet ist, und Fig. 4 ein System darstellt, daß hauptsächlich lonenaustauschmedien und keine UV-Behandlung verwendet und eine hohe Kapazität oder einen hohen Volumen- durchsatz zuläßt. Die in Fig. 4 dargestellte Kombination an Materialien ergibt das größte lonenaustauschharz-Volumen, was folglich die größte lonenaustauschka- pazität ergibt. Die in Fig. 4 dargestellte Anordnung wird am besten verwendet, wenn eine hohe tonenaustauschkapazität für die Anwendung äußerst erwünscht ist und höhere TOC-Werte in dem Ausfluß von geringem oder ohne Belang sind.

UV wird aufgrund des Fehlens einer Behandlung mit katalytischem Kohlenstoff und Aktivkohle, stromabwärts von der bevorzugten UV-Stelle, nicht verwendet. UV würde bei dieser Behandlungsart das Harz in der zweiten Doppelpatronenpackung aufgrund der Bildung von Peroxiden und/oder Ozon schädigen.

Es ist verständlich, daß die vorliegende Erfindung die Verwendung von mehr als zwei Doppelgehäusen in Erwägung zieht und daß es, wenn dies der Fall ist, be- vorzugt ist, sie in solch einer Weise hinzuzufügen, daß sie sich in Reihe mit den Doppelgehäusen A und B befinden und daß der Fluß stromabwärts durch die zu- sätzlichen, darin enthaltenen Medien erfolgt.

Nach dem Austritt aus Doppelgehäuse B (oder im Falle von mehr als zwei Ge- häusen dem n-ten Doppelgehäuse) wird das behandelte Wasser optional vor- zugsweise durch Ultrafilter- (UF-) Absprerr/Spülventil 48 und Ultrafilter 49 geführt.

Ultrafilter steht in Fluidkommunikation mit UF-Spülventil 50 und Steuerventil 51 durch Rückführleitung 70, um den Rückfluß von unbehandeltem Eintragswasser zu verhindern, und schließlich in Kommunikation mit Druckregler 42 und Pum- pe 44 für einen weiteren Behandlungszyklus, falls erforderlich.

Aus Ultrafilter 49 strömt das behandelte Wasser durch eine Resistivitätszelle 52, wo der spezifische Widerstand des Wassers bestimmt wird. Druckregler42 hat vier Öffnungen, nämlich Eintragseinlaß 40, einen Auslaß zu Pumpe 44 und zwei Einlaßöffnungen für die Rückführleitungen 70 und 80 über Steuerventil 51 bzw.

57. Der Eintragseinlaß 40 liefert eine Druckregulierung für die anderen Öffnungen und läßt nur dann den Eintritt von Wasser zu, wenn ultrareines Wasser aus dem System entnommen wird. Rückgeführtes Wasser aus dem Konzentrat und Per- meat von Ultrafilter 49 versorgt Pumpe 44, wenn kein Wasser aus dem System entnommen wird. Aus der Resistivitätszelle 52 wird das Wasser zu Verteilungs- ventil 54 und dann durch Abschlußfilter 55 und Auslaß 56 geführt. Der Auslaß des Filters ist der Auslaß 56 des Systems. Verteilungsventil 54 ermöglicht es, nicht entnommenes behandeltes Wasser in das System über Rückführleitung 80 zu- rückzuführen, wobei der Rückfluß von unbehandeltem Eintragswasser durch Steuerventil 57 verhindert wird. Die TOC-Niveaus des behandelten Wassers wer- den mittels TOC-Senor 62 überwacht, der in Fluidkommunikation mit einem Vor- filter 60 steht.

Auf das Bett aus katalytischen Aktivkohlemedien folgt vorzugsweise ein weiteres Bett aus säure-gewaschener Kokosnußschalen-Aktivkohle mit 20 x 50 Maschen- zahl (mesh) zur Entfernung von Ozon und organischen Säuren, die in der UV- Reaktionskammer erzeugt werden können. Auf dieses folgt vorzugsweise ein weiteres Bett aus hochreinem Mischbett-lonenaustauschharz mit Halbleiterquali- tät. Dieses Medium bildet das verbliebene Volumen der ersten Kammer in dem zweiten Doppelgehäuse B und versorgt das System mit zusätzlicher lonenaus- tauschkapazität, während gleichzeitig alles Kohlendioxid, das durch die UV- Behandlung erzeugt wurde und auch ionisches Material, das sich von der Aktiv- kohle löst, entfernt wird.

Wasser, das den Boden der ersten Kammer des zweiten Doppelgehäuses B ver- läßt, gelangt nach oben zu der Oberseite der zweiten Kammer in dem zweiten Doppelgehäuse, wo es vorzugsweise auf ein weiteres Bett aus säure- gewaschener Kokosnußschalen-Aktivkohle mit 20 x 50 Maschenzahl trifft, das Spurenmengen an organischen Verbindungen wie sulfoniertes Styrol, Methylami- ne und chlorierte Kohlenwasserstoffe, die aus dem stromaufwärts befindlichen lonenaustauschharz eluiert werden können, entfernt. Ein derartiges Bettmedium verringert die Menge an organischen Schadstoffen, die in dem Eintragswasser zu Beginn und während der Lebensdauer des Systems vorliegen.

Das bevorzugte Abschlußmedienbett besteht aus hochreinem Mischbett- lonenaustauschharz mit Halbleiterqualität. Dieses Bett stellt sicher, daß das Was- ser, das das letzte der Doppelgehäuse verläßt, einen spezifischen Widerstand von zumindest 18,2 Megohm-cm bei 25 °C mit einem äußerst geringem TOC-Gehalt im ppb-Bereich hat.

Für Systeme, die einen Ultrafilter49 verwenden, ist ein Dreiwege-Magnetventil oder-Absperrventil 48 stromabwärts von dem zweiten Doppelgehäuse B und vor dem Ultrafilter 49 angeordnet, das zum anfänglichen Spülen der Doppelgehäuse nach deren Installation verwendet wird. Wasser tritt in Ventil 48 am Einlaß (i) ein und verläßt es über Auslaß (ii) und fließt zu dem Einlaß von Ultrafilter 49 während des normalen Betriebs. Wenn neue Doppelmediengehäuse A und B installiert werden, wird Auslaß (ii) geschlossen und Auslaß (iii) zur Entleerung geöffnet.

Absperrventil 48 ist nur aktiviert, wenn das Spülen eines frisch beladenen Doppel- gehäuses erwünscht ist. Unter normalen Betriebsbedingungen ermöglicht das Ventil, daß Wasser zu Ultrafilter 49 und Systemauslaß 56 gelangt. Der Spülvor- gang ist stromaufwärts von Ultrafilter 49 vorgesehen, um Luft und Anfangsspül- wasser daran zu hindern, in das Ultrafiltergehäuse zu gelangen. Aufgrund des ziemlich niedrigen Molekulargewicht-Rückhaltevermögens (< 30 Dalton) des Ul- trafilters ist es bevorzugt, daß das Anfangsspülwasser und Luft, die anderweitig in das Ultrafiltergehäuse gelangen würden, vor dem Kontaktieren der Ultrafil- termembran beseitigt werden. Einige Ultrafiltermembranen aus Polyethersulfon (PES) werden typischerweise in einem vor-befeuchteten Zustand geliefert, um den Fluidfluß zu erleichtern. Wenn die Membranen trocken werden, wird der Fluß verringert oder endet völlig.

Eine Zahl potentieller Schadstoffe in Ultrafilter 49 kann die Zeit erhöhen, die erfor- derlich ist, damit das Wasser das gewünschte Reinheitsniveau von 18,2 Me- gohm'cm erreicht. Derartige potentielle Schadstoffe umfassen eingeschlossene Luft, Teilchen organische Kohlenstoffverbindungen und geladene lonenaus- tauschteilchen. Organische Kohlenstoffverbindungen können an den Membranen haften und einen vorzeitigen Durchbruch der Schadstoffe bewirken, der den TOC des Produktwassers erhöht. Geladene lonenaustauschteilchen können auch an den Membranen kleben. Wasser mit schlechter Qualität aus dem Ausgangswas- servolumen, das das letzte Doppelkammergehäuse verläßt, kann ionische Schad- stoffe in das Ultrafiltergehäuse, Membranen und Membranabstandshalter einfüh- ren, was auch die Zeit zum Erreichen eines Reinheitsniveaus von 18,2 Me- gohmcm erhöht. Obwohl Hohlfasermembranen nicht so empfindlich wie spiral- förmig gewundene Membranen gegen Probleme sind, die mit dem Luftkontakt aufgrund der Benetzungsmittel, die typischerweise verwendet werden, um die Wasserpermeation zu starten, verbunden sind, sind sie nichtsdestotrotz noch im- mer von dem obengenannten Potential für Teilchen, organische und ionische Schadstoffe, die typischerweise während der anfänglichen Inbetriebnahme des Reinigungssystems festgestellt werden, abhängig.

Aus all diesen Gründen ist es erwünscht, diese potentiellen Schadstoffe zu ent- fernen, bevor sie in den Ultrafilter49 gelangen. Um diesen Zweck zu erreichen, wird das Dreiwege-Magnet-oder-Absperrventil 48 vorzugsweise aus einem iner- ten Material wie Polyvinylidenfluorid (PVDF), Polypropylen (PP) oder Polytetrafluo- rethylen (PTFE) gebildet. Ein bevorzugtes Absperrventil 48 ist Nr. AS2036-S36, das von Precision Dynamics in New Britain, Connecticut, erhältlich ist. Als Alter- native würde ein Zweiwege-Ventil, das aus den gleichen Materialien gebildet wur- de und an einer in dem Fließweg eingebauten T-Kupplung befestigt ist, auch ge- nügen, solange das durch die Kupplung geschaffene Totvolumen minimiert wird, vorzugsweise auf nicht mehr als das sechsfache des Innendurchmessers der Fließwegleitung. Bevorzugte Ventile sind die magnet-aktivierten Ventile, die nor- malerweise geschlossen sind, wie die, worin eine Öffnung normalerweise offen ist, während eine zweite Öffnung normalerweise geschlossen ist (Dreiweg), oder die, worin das Ventil normalerweise geschlossen ist (Zweiweg). Alle derartigen Ventile werden vorzugsweise nicht eingeschaltet, bevor sie geöffnet werden, was die Wärme minimiert, die von der Energie erzeugt wird, die erforderlich ist, um das Ventil zu öffnen. Im Gegensatz dazu würde eine bedeutende Wärmemenge in dem System erzeugt, wenn das Ventil kontinuierlich mit Energie versorgt würde.

Ultrafilter 49 ist stromabwärts von dem Absperr/Spülventil 48 angeordnet und wird verwendet, um Gram-negative bakterielle Endotoxine (Lipopolysaccharide) und andere organische Moleküle abzutrennen. Wie oben erwähnt, kann Ultrafilter 49 aus Hohlfasermembranen oder spiralförmig gewundenen Membranen bestehen, die gewöhnlich in der Wasserreinigungsindustrie verwendet werden. Ultrafilter werden typischerweise als Querstromfilter betrieben, wobei Eintragswasser ent- lang der stromaufwärtigen Seite der Membranoberfläche zu einer Konzentrat- oder Abführöffnung gelangt, wo es schließlich aus dem Ultrafiltergehäuse als Konzentratstrom ausströmt. In einer spiralförmig gewundenen Ultrafiltrations- membran wird Wasser, das tangential durch die Spiralmembran strömt, in einem Zentralrohr gesammelt, und es verläßt das Gehäuse als Produktwasser, das ge- wöhnlich als Permeat bezeichnet wird.

Hohlfaser-Ultrafilter enthalten viele Hohlfasern, die es ermöglichen, daß das Was- ser von dem Einlaß des Gehäuses zu dem Konzentratauslaß gelangt, typischer- weise aus dem Lumen oder der Innenseite der Fasern zu der Außenseite und parallel zu den Fasern. Wasser wird tangential aus jeder Faser heraus zu der Permeatseite der Membran gezwungen. Sowohl in spiralförmig gewundenen als auch Hohlfaser-Ultrafiltrationsgeräten, wird der Konzentratfluß typischerweise ge- drosselt, um einen Druckunterschied zu erzeugen, der das Wasser zu der Per- meatseite der Membran zwingt. Diese Drosselung kann mit Steuerventil 51 mit einem Berstdruck"cracking pressure"von 5 psig oder größer erreicht werden, der einen Gegendruck auf den Fluß des Wassers durch Ultrafilter 49 ausübt. Typi- scherweise entspricht der Konzentratstrom etwa 10 % des gesamten Wasservo- lumens, das dem Filter zugeführt wird.

In dem erfindungsgemäßen System werden sowohl Konzentrat-als auch Per- meatströme in das System über die Leitungen 70 bzw. 80 im Kreislauf geführt.

Der Konzenträtfluß kann mittels Steuerventil 51 oder durch ein Überdruckventil oder eine Drossel (nicht gezeigt, aber in derselben Relativposition angeordnet) geregelt werden. Konzentratwasser wird zu der Saugseite der Systempumpe 44 über Druckregler42 zur Zirkulation zurückgeführt. Ein magnet-aktiviertes UF- Konzentrat-Spülventil 50 ist vorzugsweise in dem Konzentratstrom 70 angeordnet, das ein periodisches Hochflußspülen des Konzentratstromes zum Ablassen be- rücksichtigt. Dies wird einmal in 24 bis 48 Stunden vorgenommen, um die Reini- gung der oberstromigen Seite der Membranen des Ultrafilters zu unterstützen. Ein bevorzugtes Spülventil 50 ist Nr. B20371-S2 von Precision Dynamics in New Bri- tain, Connecticut.

Stromabwärts von Ultrafilter 49 gibt es vorzugsweise eine Resistivitätszelle 52, die vorzugsweise aus demselben obenerwähnten inerten Material besteht. Ein Sensor in der Resistivitätszelle 52 wird verwendet, um den spezifischen Widerstand und/oder die elektrische Leitfähigkeit des Wasser zu überwachen, wobei die Temperatur auf 25 °C standardisiert ist. Die Resistivitätszelle 52 ist mit einer Meßgerät-Steuervorrichtung verbunden, die den spezifischen Widerstand oder die Leitfähigkeit des Wassers in dem System anzeigt. Vorzugsweise ist der Sensor mit der Fähigkeit ausgestattet, die Temperaturkorrektureigenschaft abzustellen, um die direkte Überwachung des spezifischen Widerstands oder der Leitfähigkeit über die elektronische Steuerung des Systems zu ermöglichen. Die Temperatur wird wahlweise angezeigt.

Wasser, das die Resistivitätszelle 52 verläßt, legt eine kurze Strecke zu einem Entnahme-oder Verteilungsventil 54 zur Entnahme des gereinigten Wassers mit einem spezifischen Widerstand von zumindest 18,2 Megohmcm bei 25 °C und mit einem geringen TOC-Gehalt zurück. Das Verteilungsventil 54 ist vorzugsweise ein Dreiwege-Ventil, das den Fluß stromabwärts von dem Ventil schließt oder drosselt, wenn es zur Entnahme von gereinigtem Wasser geöffnet wird, wodurch ein Einweg-Pfad für das Wasser geschaffen wird, der verhindert, daß es zurück in das System fließt. Ein bevorzugtes Verteilungsventil 54 ist Nr. PCT42-14-2 von Entegris Inc. in Chaska, Minnesota.

Am Auslaß ist ein Abschlußfilter 55 angeordnet, der vorzugsweise eine Polyether- sulfon-Membran (PES-Membran) umfaßt, die sich in einem Polypropylen- Gehäuse (PP-Gehäuse) befindet. Ein derartiger Abschlußfilter 55 ist von der Sartorius AG in Göttingen, Deutschland, als Sartopore@SP2-150 erhältlich. Aus- laß 56 deckt sich mit dem Auslaß des Abschlußfilters 55 und enthält vorzugsweise ein Glockengehäuse, um eine durch Luft übertragene Verschmutzung zu verhin- dern.

Mit dem System in Normalbetrieb und mit geschlossenem Verteilungsventil 54 fließt das Wasser durch Ventil 54 zu dessen stromabwärtiger Seite und von da an über Rückführleitung 80 zurück zu der Ansaugseite von Pumpe 44 durch Druck- regler 42. Ein Steuerventil 57 ist zwischen dem Verteilungsventil 54 und der An- saugseite von Pumpe 44 angeordnet, um zu verhindern, das eine Eintragswas- serkontamination das Verteilungsventil 54 erreicht. Die Steuerventile 51 und 57 liefern auch einen Überdruck in dem System, um die Laminarströmung zu fördern.

Wenn Verteilungsventil 54 geöffnet wird, um Wasser abzugeben, wird die Rück- führleitung 80 geschlossen oder gedrosselt, um das Wasser zu dem Abschlußfil- ter 55 und Auslaß 56 zu zwingen.

Stromabwärts von dem Verteilungsventil 54 ist ein TOC-Sensor zur Online-TOC- Analyse vorgesehen. Dies ermöglicht es dem Anwender, TOC und/oder die TOC- Entwicklung in dem gereinigtem Wasser, das durch das System hergestellt wurde, zu überwachen. Durch Bereitstellen einer Verbindung zu einem TOC-Meßgerät an dieser Stelle, kann erwartet werden, daß TOC basierend auf dem schlimmsten Fall für das System überwacht wird, da es der engste Punkt an dem Verwen- dungsort ist und das gereinigte Wasser den größten Oberflächenbereich der Sy- stemkomponenten vor der Entnahme kontaktiert hat. Außerdem kann durch An- ordnung des TOC-Sensors an dieser Stelle, das Produktwasser an einer Kontamination durch das Analysegerät gehindert werden, wenn ein Versagen stattfinden sollte. Jedes Totstreckenvolumen, selbst das kleinste, wird stromauf- wärts von dem Entnahmepunkt beseitigt.

Die TOC-Probe wird durch einen Probennahme-Mechanismus vorzugsweise in Form eines Dreiwege-T-Ventils erhalten, das es ermöglicht, daß kleine Wasser- mengen zu dem TOC-Sensor 62 zur Analyse strömen, und das vorzugsweise aus PVDF oder PTFE besteht. Ein bevorzugtes Dreiwege-T-Ventil für diesen Zweck ist Nr. F4TU4 von Parker Hannifin Corp. in Ravenna, Ohio. Ein Verbindungsstück ist vorgesehen, das die Verbindung mit einem kleinen spritzenartigen Filter 60 er- möglicht. Ohne die Verwendung von Filter 60 ist der TOC-Sensor 62 einer be- triebsbedingten Störung durch Teilchen und Bakterien in dem Wasserbehand- lungssystem ausgesetzt. Filter 60 wird vorzugsweise mit bis zu 0,45 Mikrometer Porendurchmesser angesetzt und so gestaltet, daß Teilchen und Bakterien aus dem Wasser vor dem Wassereintritt in den TOC-Sensor 62 abgetrennt werden.

Der Filter besteht vorzugsweise aus PP und PES. Es ist jedoch gezeigt worden, daß auch Filter aus Polycarbonat und PES oder Polymade, PVDF und PES oder PP und Celluloseacetat (CA) akzeptabel sind. (Es sollte angemerkt werden, daß CA-Filtermaterial dazu neigen könnte, mehr Teilchen und Benetzungsmittel zu verlieren, wenn es installiert wird, und daß es folglich zusätzlicher Spülung vor der Installation und während der Nutzungsdauer bedarf.) Außerdem sind Glasfaser- Filtrationsgeräte gut verwendbar. Wenn Filter 60 von ähnlicher Bauweise wie Fil- ter 55 ist, der vor Auslaß 56 angeordert ist, geben die TOC-Analyseergebnisse das besser wider, was von dem Auslaß des Systems zu erwarten ist.

Ein bevorzugter Typ von Filter 60 ist der Luer-Lock-Spritzentyp. Jedoch sind ähn- liche kleine Filter ausreichend, die den National Pip Thread- (NPT-), Schlauch- Widerhaken-oder einen anderen Sanitärverbindungsmechanismus nutzen. Der- artige Filter müssen nicht auf 0,2 oder 0,45 Mikrometer Porengröße beschränkt sein, wenn eine größere Porengröße gezeigt hat, daß sie für die beabsichtigte Anwendung ausreichend ist.

BEISPIEL Ein Wasserreinigungssystem mit im wesentlichen derselben, in Fig. 2 gezeigten Anordnung wurde errichtet und unter Verwendung von RO-Eintragswasser be- wertet. Das RO-System bestand aus einer Doppelmembraneinheit mit Aktivkohle- und Faltenfilter-Vorbehandlung. Das RO-Produktwasser hat einen spezifischen Widerstand von 85 bis 150 Kohm'cm bei 25 °C und einen TOC-Gehalt von 0,5 bis 0,8 ppm und war in einem 40-Liter-Druckgefäß enthalten, das dem Reinigungssy- stem Wasser bei etwa 55 psig über Polyethylen-Rohre lieferte.

Das Leitungswassersystem bestand aus einer Trojan Technologies-UV- - Reaktionskammer46 und einem Hohlfaser-Ultrafilter 49, der ein Polycarbonatge- häuse, eine Polyurethan-Einbettung und Polyamid-S-Hohlfasermembranen um- faßt.

Zwei Doppelgehäuse A und B, jeweils mit zwei Kammern mit 1.400 cm3 Volumen für 5.600 cm3 Gesamtvolumen wurden mit den bevorzugten, in Fig. 2 angegebe- nen Arten von Reinigungsmedien in der folgenden Reihenfolge des Kontakts und den folgenden Volumenprozentsätzen gefüllt : Gehäuse A, Kammer 1 16,6 % Me- dium 2,8,3 % Medium 1,16,6 % Medium 5 und 58, 5 % Medium 3 ; Gehäuse A, Kammer 2 100 % Medium 4 ; Gehäuse B, Kammer 1 20,8 % Medium 5,25 % Me- dium 3 und 54,2 % Medium 4 ; und Gehäuse B, Kammer 2 20,8 % Medium 3 and 79,2 % Medium 4. Nach der Installation der Doppelgehäuse A und B wurde die Eintragswasserleitung zu dem System geöffnet, das System mit Energie versorgt, und ein Spülzyklus begann. Wasser, das in das System eintrat, strömte durch ei- nen Druckregler42, der auf 15 2 psig eingestellt war, zu einer Membranpum- pe 44, die das Eintragswasser unter einen Druck von 35 psig zur Lieferung an das System setzte. Wasser, das Pumpe 44 verließt, trat in das erste Doppelgehäu- se A zur Behandlung ein, bevor es zur UV-Reaktorkammer 46 floß. Wasser, das UV-Reaktorkammer 46 verließt, trat in das zweite Doppelgehäuse B zur Behand- lung ein. Wasser, das aus dem zweiten Doppelgehäuse B austrat, wurde etwa 20 min zum Spülen über Absperr/Spülventil 48 (Precision Dynamics Nr.

AS2036-536), das stromaufwärts von Ultrafilter 49 angeordnet ist, abgelassen, was sich auf eine 5-Bettvolumen-Spülung der Doppelgehäuse A und B oder knapp über ein 10-Bettvolumen der Spülung für das lonenaustauschharz in den Doppelgehäusen belief. Dies benetzte alle Systemkomponenten stromaufwärts von Ultrafilter49 und spülte alle feinen Teilchen und die Mehrheit der Oberflä- chenverunreinigungen aus der Leitung und aus dem lonenaustauschharz heraus.

Nach dem 20minütigen Spülzyklus wurde Absperr/Spülventil 48 geschlossen und UF-Spülventil 50 (Precision Dynamics Nr. B20371-52) an der Konzentratseite von Ultrafilter 49 geöffnet. Verteilungsventil 54 (Entegris Nr. PCT4-2-14-2) und UF- Spülventil 50 wurden auch gleichzeitig geöffnet, damit Wasser 15 Minuten zur Spülung sowohl über die Konzentrat-als auch die Permeatseite von Ultrafilter 49 abgelassen werden konnte, um Luft und Benetzungsmittel daraus zu entfernen.

Nach diesem 15minütigen Spülungszyklus wurde Spülventil 50 geschlossen und Wasser weitere 5 Minuten zur Spülung über Verteilungsventil 54 abgelassen, um das System unter Druck für die normale Betriebsweise zu setzen und das Spülen von verbliebener Luft aus dem System zu unterstützen. Wasser, das zu Vertei- lungsventil 54 strömte, gelangte auch durch einen Zellbehälter, der eine Leitfähig- keits/Resistivitätszelle 52 enthielt, die mit einem Meßgerät verbunden war.

Wasser an der Konzentratseite von Ultrafilter 49 ließ man zu Druckregier 42 zu- rückströmen. Ein 10-psi-Steuerventil 51, das im Konzentratstrom 70 angeordnet war, lieferte einen Gegendruck gegen Ultrafilter 49, wodurch es ermöglicht wurde, das Wasser bei Systemdruck zu dem Ultrafiltrationsmodul für die Abschlußspü- lung strömte. Nach der fünfminütigen Spülung wurde Verteilungsventil 54 ge- schlossen, was es ermöglichte, daß Wasser zu Druckregler 42 über Leitung 80 in den Kreislauf zurückzuführen. Verteilungsventil 54 stellte den Wasserfluß in Lei- tung 80 stromabwärts von Ventil 54 ab, wenn Ventil 54 zur Entnahme von gerei- nigtem Wasser geöffnet wurde, wodurch verhindert wird, das Produktwasser wäh- rend der Entnahme umgeleitet wird. Die Umlaufleitung 80 enthielt ein Steuerven- til 57, das auf 0,5 psig bemessen war, was dabei hilft, den Systemfluß während der Rückführung auszugleichen, und dem System etwas Gegendruck liefert, um die Laminarströmung zu fördern.

Nach der Systemspülung wurde ein mit Detergens vorbenetzter 0,2-Mikrometer- PES-Membranfilter 55 (Sartorius Sartopore@SP2-150) an Verteilungsventil54 mittels 1/4-inch-NPT angebracht. Dieser Filter wurde mit 8 bis 10 Liter System- wasser gespült, um die Benetzungsmittel zu entfernen. An diesem Punkt ließ man eine Stunde behandeltes Wasser in das System zurückkehren, während die Resi- stivität des Wassers mit einem Thornton 200CR-Meßgerät und einer 0,1 kon- stanten Zelle überwacht wurden, die auf die Standards des National Institute of Standards und Technology kalibriert wurden. Nach etwa 20 min Zirkulation betrug der spezifische Widerstand des gereinigten Wassers 18, 03 bis 18,12 Me- gohmscm, korrigiert auf 25°C. Verschiede kurze zwischenzeitliche Abfälle unter 18,0 Megohm'cm wurden beobachtet. Nach einer Stunde Zirkulation stabilisiert sich die Resistivität auf etwa 18,0 Megohmcm.

Nach dieser Stabilisierung der Resistivität wurde der Auslaß desselben 0,2-Mikrometer PES-Filters, der mit Verteilungsventil 54 verwendet wurde, über Teflonrohre an einem Sievers Modell800-TOV-Analysegerät zur Online-TOC- Analyse angebracht und das Analysegerät mit Wasser bei etwa 3 psig versorgt.

Die TOC-Analyse wurde über mehrere Stunden entsprechend den Gerätevor- schriften durchgeführt und lag zwischen 13,0 und 18, 0 ppb. An diesem Punkt wurde das System in einen Bereitschaftsmodus versetzt, wodurch das System 45 Minuten abgestellt und Wasser 15 Minuten in jeder Stunde im Kreislauf geführt wurde.

Am nächsten Morgen schaltet man das System ein und ließ es 30 Minuten vor dem Starten des TOC-Analysegerätes zirkulieren. Der TOC lag zwischen 8, 9 und 4,5 ppb über mehrere Stunden. Das TOC-Analysegerät wurde von dem System zur Probennahme für die Hochleistungsflüssigchromatographie-Analyse (HPLC- Analyse) des Gehaltes organischer Verbindungen in dem gereinigten Wasser ge- trennt.

Ein Erlenmeyerkolben wurde drei Stunden auf 400 °C erwärmt, um alle anhaften- den organischen Kohlenstoffverbindungen zu entfernen, dann eine Stunde mit einem Aluminiumfolie-Abdeckung abgekühlt, dann eine 125 ml-Probe von Sy- stemproduktwasser in dem Kolben gesammelt. Die Probe wurde durch Umkehr- phasen-Hochleistungsflüssigchromatographie (HPLC) unter Verwendung einer Beckmann Ultrasphere C-18,5-Mikrometer-Säule mit einer C-18-Guardsäule analysiert. Dieses HPLC-System bestand aus dem Lösungsmittel-Modul Mo- dell 126 und dem Detektor Modell 168 unter Verwendung der Software System Gold 32. Der Ausgangseinstellung wurde mit 100 % Acetonitril bei 2,0 ml/min durchgeführt. Zum Zeitpunkt Null wurde der Chromatograph auf 100 % Wasser- probe als mobile Phase umgeschaltet. Eine 60 ml Wasserprobe wurde durch die Säule mit 2,0 ml/min gepumpt. Am Ende der 60-ml-Probenanreicherung wurde ein Gradient zurück zu 100 % Acetonitril mit 2,0 ml/min über die nächsten 30 min mit Probenergänzung bei 65 min der Laufzeit durchgeführt. Das 210-nm- Chromatogramm ist für den Nachweis potentiell störender organischer Verbindun- gen das kritischste. Kein signifikanter Peak wurde bei der Probe bei 210 nm oder bei 254 nm wahrgenommen, was die Abwesenheit störender organischer Verbin- dungen zeigte.

Nach der HPLC-Analyse wurde das System etwa 8 Stunden während der näch- sten 4 Tage betrieben und jede Nacht wider in den Bereitschaftsmodus versetzt.

Bis zu 10 1 Wasser wurden aus dem System jeden Tag entnommen. TOC lag so niedrig wie 0,28 bis 0,62 ppb. Ein TOC-Bereich von 1,5 bis 2,5 ppb wurde nach längerer Probennahme festgestellt, die eine kontinuierliche zweistündige Online- Analyse umfaßte. Der spezifische Widerstand blieb bei rund 18,0 Megohm'cm für die gesamte 4-Tage-Periode. Der Betrieb dieses Systems wurde bei einem Rein- heitsniveau von 18,2 Megohm'cm mit weniger als 1,0 ppb TOC mehrere Monate fortgesetzt, bevor Anschlußfilter 55 ersetzt wurde.

Der Wassereintrag in das System wurde auf kommunales Leitungswasser umge- schaltet. Etwa 10 I Wasser strömten zum Ablassen aus dem System durch, um sicherzustellen, daß das Systemhaltevolumen durch Leitungswasser ersetzt wur- de. Das Leitungseintragswasser wies einen spezifischen Widerstand von 4,1 bis 4,6 Kohm-cm auf. Die Leitungswasser-TOC-Niveaus lagen zwischen 1,3 und 1,8 ppm. Die Niveaus an freiem Chlor lagen zwischen 0,20 und 0,28 ppm. Das System lief mehrere Tage mit dem Leitungswassereintrag, und es wurde festge- stellt, daß der spezifische Widerstand des gereinigten Produktwassers des Sy- stems im Bereich von 18,0 bis 18,2 Megohmcm, der TOC bei weniger als 5,0 ppb lag, und kein nachweisbares freies Chlor gefunden wurde.

Die in der vorstehenden Beschreibung gebrauchten Bezeichnungen und Ausdrük- ke werden hierin im Sinne der Beschreibung und nicht der Beschränkung verwen- det, und es ist bei der Verwendung derartiger Bezeichnungen und Ausdrücke nicht beabsichtigt, Äquivalente der gezeigten oder beschriebenen Merkmale oder Teile davon auszuschließen, wobei anzuerkennen ist, daß der Umfang der Erfin- dung nur durch die folgenden Ansprüche bestimmt und beschränkt wird.