DE60126784T2 - Vorrichtung und Verfahren zur Wasserreinigung - Google Patents
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Description
- HINTERGRUND DER ERFINDUNG
- 1. Gebiet der Erfindung
- Die Erfindung bezieht sich auf eine Wasserreinigungsvorrichtung und ein Verfahren zum Reinigen von Trinkwasser. Insbesondere bezieht sich diese Erfindung auf eine Wasserreinigungsvorrichtung und ein Verfahren, bei dem eine große Menge an Wasser mit Badewasserqualität zu Trinkwasser gereinigt wird, das von ganzen Gemeinden verwendet werden kann.
- 2. Der Stand der Technik
- Verunreinigtes Trinkwasser ist ein großes Problem in Entwicklungsländern und führt zu weit verbreiteten Infektionen und Krankheiten. In Ländern, in denen Wasser knapp ist, ist gereinigtes Trinkwasser oft zu teuer, als dass es der Durchschnittsbürger kaufen kann. Außerdem sind die Mengen an verfügbarem gereinigtem Trinkwasser begrenzt. Diese Situation besteht zeitweise auch in Gebieten, die von Naturkatastrophen wie Orkanen, Erdbeben, Überflutungen etc. betroffen sind.
- In Katastrophengebieten wird das Wasser oft in großen Behältern zum Katastrophenort gebracht. Diese Methode ist extrem treuer und sehr mühsam.
- Es hat viele Versuche gegeben, Wasserreinigungsvorrichtungen zu entwickeln, die in der Lage sind, große Trinkwassermengen zu behandeln. Einige frühere Verfahren beinhalten die Reinigung von Wasser durch Filtration und chemische Desinfektionsmittel wie Chlor. Jedoch können chemische Desinfektionsmittel auch schädliche Nebenwirkungen haben und einige, wie Chlor, können zur Bildung von Karzinogenen führen.
- Ein Lösungsversuch dieses Problems wird im US-Patent Nr. 5,741,416 für Tempest Jr. aufgezeigt. Dieses Patent offenbart eine Wasserreinigungsvorrichtung mit einem Filter, einem Mittel zum Oxidieren von organischen Substanzen im Wasser, einem Desinfektionsmittel und einem antiviralen Mittel, einem Mechanismus zur Gerinnung von kolloidalen Partikeln und einem chemischen Desinfektionsmittel offen. Andere Wasserreinigungsvorrichtungen sind im US-Patent Nr. 5,728,305 für Hawkinson und im US-Patent Nr. 5,512,178 für Dempo offengelegt.
- Wenn es auch viele Vorrichtungen gibt, die verunreinigtes Wasser in Trinkwasser umwandeln können, so nutzen viele dieser Vorrichtungen schädliche Chemikalien oder sind nicht einfach zu Katastrophenstellen zu transportieren. Außerdem bietet keine der aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen eine Methode für Personen, die Wasser benötigen, um das Wasser auf hygienische Weise von der Behandlungsvorrichtung aufzufangen.
- In der französischen Patentanmeldung Nr. 2 780 718 A1 wird eine Vorrichtung zur Reinigung von nicht trinkbarem Wasser in Trinkwasser ohne Zufügung von Chemikalien offenbart. Dabei wird ein Partikelfilter in Verbindung mit einer UV Lampe und einer Karbonfiltereinheit verwendet, um die gewünschte Reinheit zu erreichen.
- Das US-Patent Nr. 5,112,477 für Hamlin und das US-Patent Nr. 5,911,884 für Boulter beschreiben beide münzenbetriebene Automaten zur Reinigung von Wasser unter Verwendung der umgekehrten Osmose. Folglich sind Reinigungsvorrichtungen, die umgekehrte Osmoseeinheiten verwenden, nicht ideal, wenn die Wasserversorgung eingeschränkt ist. Deshalb beschreibt die Internationale Patentanmeldung Nr. WO 00/12435 eine transportable Wasserreinigungsvorrichtung, die eine Reihe von Filtern verwendet, wobei sie das umgekehrte Osmoseverfahren vermeidet.
- Die Internationale Patentanmeldung Nr. WO 01/05484 A1 beschreibt eine Vorrichtung zum Waschen und Sterilisieren von Trinkwasserbehältern von außen ebenso wie von innen und zur Versorgung mit gereinigtem Wasser in den Behältern. Diese Vorrichtung ist zur Verwendung mit Wasser bestimmt, das bereits vom kommunalen Wassersystem behandelt worden ist. Eine hinreichende Reinheit der gewaschenen und sterilisierten Behälter wird durch Verwendung mehrerer Waschwasser erreicht, wie allgemeines Waschwasser, Chlor enthaltenes Waschwasser, Waschwasser, das durch umgekehrte Osmose erhalten wurde und durch umgekehrte Osmose erhaltenes Waschwasser mit Ozon.
- ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
- Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Wasserreinigungsvorrichtung bereitzustellen, die auf günstige und einfache Weise verschmutztes Wasser in Trinkwasser umwandelt.
- Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, eine Wasserreinigungsvorrichtung bereitzustellen, die dem Wasser keine ggfs. schädlichen Chemikalien beifügt.
- Es ist eine noch weitere Aufgabe der Erfindung, eine Wasserreinigungsvorrichtung bereitzustellen, die über Mittel verfügt, damit die Personen, die das Wasser benötigen, es in einer hygienischen Weise wegtragen können.
- Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Wasserreinigungsvorrichtung bereitzustellen, die auf einfache Weise in ein Bedarfsgebiet transportiert werden kann.
- Diese und weitere Aufgaben der Erfindung werden durch eine Wasserreinigungsvorrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst.
- Die Filtereinrichtungen weisen vorzugsweise eine Makrofiltrationseinheit und eine Mikrofiltrationseinheit auf. Die Makrofiltrationseinheit ist am Eingang der Wasserleitung angeschlossen, bevor das Wasser durch die Zulaufpumpe gepumpt wird. Die Makrofiltrationseinheit ist im Wesentlichen ein Filter, um Sediment und Feststoffpartikel mit einer Größe von mehr als 80 Mikrometern zu entfernen. Vorzugsweise ist diese Einheit von der Außenseite des Gehäuses sichtbar, so dass der Filter zu Wartungszwecken beobachtet werden kann. Eine Makrofiltrationseinheit ist erforderlich, um Pumpen, Ventile und andere Bauteile vor Schäden, Fehlfunktionen und einer verkürzten Lebensdauer zu schützen.
- Die Mikrofiltrationseinheit ist ein Filtereinsatz und entfernt Feststoffpartikel und Sediment von einer Größe zwischen 10 Mikrometern und ggf. 0,35 Mikrometern. Es kann ein Mikrofilter verwendet werden oder es können mehrere in Reihe angeordnet werden. Die Zulaufpumpe ist erforderlich, um das Zulaufwasser bei 414 kPa (60 psi) am Fließen zu halten. Die Zulaufpumpe ist vorzugsweise zwischen der Makrofiltrationseinheit und der Mikrofiltrationseinheit angeordnet.
- Der Mischbett-Multimedia-Filter folgt auf die Mikrofiltrationseinheit und ist ein Filtereinsatz, der granulöses aktiviertes Karbon, Quartz und ein gekörntes Kupfer-Zink-Material enthält. Der Quartz dient als ein Verteilmittel und das Karbon entfernt organische Stoffe, Geschmack, Gerüche und lösliche Partikel aus dem Wasser. Das Material aus Kupfer und Zink wird aufgrund seiner galvanischen Aktivität zur Entfernung von Chlor, Schwermetallen, Bakterien, Algen und Pilzen verwendet. Ein geeignetes Kupfer-Zink Material für die Mischbett-Multimedia-Einheit wird von KDF unter dem Namen KDF55 verkauft. Sowohl die Mikrofiltrationseinheit als auch die Mischbett-Multimedia-Einheit müssen ersetzt werden, wenn der Druckabfall durch den Filter eine vorbestimmte Höhe erreicht.
- Die Ultraviolett-Behandlungseinheit folgt auf die Mischbett-Multimedia-Einheit und weist eine Ultraviolett-Glühlampe auf, die intensives ultraviolettes Licht emittiert. Die ultraviolette Strahlung zerstört alle Mikroorganismen und Bakterien, die im Wasser vorhanden sein können.
- Die Ozonbehandlung folgt auf die UV-Behandlung und wird über einen koronaförmigen Bogen durch einen Luftstrom verursacht. Die ozongeladene Luft wird dann durch eine Spraydüse in das Wasser eingebracht. Das Ozon entfernt die organischen Stoffe und Mikroorganismen im Wasser. Es ist ein kraftvolles Oxidationsmittel, das dem Wasser eine Desinfektionsbehandlung zukommen lässt. Ozon zerstört Bakterien und Viren, oxidiert Schwermetalle und beseitigt unangenehme Gerüche. Ozon wird nach wenigen Stunden wieder zu Sauerstoff. Wenn das Wasser unmittelbar nach der Ozonbehandlung verwendet werden soll, muss das Ozon aus dem Wasser entfernt werden, da es bei einigen Menschen Übelkeit verursacht.
- Das Wasser wird aus dem Gehäuse mittels einer Abgabepumpe ausgegeben, um einen konstanten Druck an den Ablass-Abgabeköpfen sicherzustellen. Es gibt vorzugsweise mehrere Köpfe zur Abgabe des Wassers innerhalb eines jeden Gehäuses.
- Die Karbonblockfiltrationseinheit weist einen Karbonblockfiltereinsatz auf, der irgendwelche verbleibende Partikel und aufgelöste organische Verbindungen als Endreinigung zurückhält. Dieser Schritt entfernt auch jedes restliche Ozon. Diese Filtrationseinheit ist vorzugsweise nach der Abgabepumpe unmittelbar vor den Abgabeköpfen angeordnet.
- Ebenso mit der Abgabepumpe verbunden ist ein paralleler Rohrleitungskreis, der zu einer oder mehreren Flaschenwaschstationen führt. Die Flaschenwaschstationen sind ausgelegt, um Flaschen mit einem Öffnungsdurchmesser von 2,54 cm (1'') bis 6,35 cm (2,5'') zu waschen. Dazu ist eine Spraydüse für Reinigungsflüssigkeit vorhanden, die ein Reinigungsmittel nach oben in eine auf dem Kopf stehende Flasche sprüht. Das Reinigungsmittel läuft dann aus der Flasche in einen im Gehäuse befindlichen Ablauf. Die Flasche wird dann mit gereinigtem Wasser entweder manuell oder ebenfalls mit einer automatischen auf dem Kopf stehenden Düse ausgespült. Dieser Waschvorgang kann automatisch eingeleitet werden, indem man eine Flasche auf die Düse platziert oder er kann per Knopfdruck gestartet werden. Der Waschzyklus beinhaltet einen Wasch-, Ablauf- und Spülzyklus, der in 10 bis 30 Sekunden beendet ist, zu diesem Zeitpunkt wird die Flasche von der Wascheinrichtung entfernt und ist zur Abfüllung mit Wasser an der Abgabestation bereit. Um den örtlichen Bestimmungen zu entsprechen wird der Ablauf in eine Abwasserleitung zur Nachbehandlung geleitet.
- Es gibt vorzugsweise ein Notstromaggregat innerhalb des Gehäuses, das mit der Zulaufpumpe, der Abgabepumpe, der UV-Behandlung, Ozonbehandlung und dem Reinigungsmittelmischer verbunden ist, um Strom während eines Stromausfalls bereitzustellen.
- Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird mit Wasser mit Badewasserqualität versorgt und reinigt es in einfacher und wirtschaftlicher Weise zu Trinkwasser. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann kostengünstig und mit geringem Wartungsaufwand einem ganzen Dorf ungefährliches Trinkwasser liefern. Die Vorrichtung kann einfach mit einem Anhänger oder Hubschrauber zum gewünschten Ort transportiert werden. Es gibt vorzugsweise zwei Flaschenwaschstationen und vier Abgabeköpfe, so dass mehrere Menschen gleichzeitig Wasser erhalten können. Die Vorrichtung ist ausgelegt, um ungefähr 19.000 l–75.000 l (5.000–20.000 Gallonen) Trinkwasser täglich zu liefern, wobei die Ausführung, die 15.000 l täglich (5.000 Gallonen täglich) liefert, in der Lage ist, den täglichen Trinkwasserbedarf von ca. 2.000–3.000 Menschen zu decken. Um eine optimale Menge an gereinigtem Wasser zu erhalten, können verschiedene Wasserzulaufanordnungen durch Änderung der Kapazitätsbemessungen der einzelnen Bauteile angepasst werden.
- KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
- Andere Ziele und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung ersichtlich, die im Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen berücksichtigt worden ist. Es versteht sich jedoch, dass die Zeichnungen nur zur Veranschaulichung und nicht als Begrenzung der Erfindung zu verstehen sind.
- In den Zeichnungen, in denen ähnliche Bezugszeichen ähnliche Elemente in mehreren Ansichten darstellen, zeigt:
-
1 ein Blockdiagramm von Bauteilen der erfindungsgemäßen Wasserreinigungsvorrichtung; -
2 eine Frontansicht der erfindungsgemäßen Wasserreinigungsvorrichtung; und -
3 einen Querschnitt von oben der erfindungsgemäßen Wasserreinigungsvorrichtung. - DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
- Nachfolgend wird im Detail auf die Zeichnungen Bezug genommen und insbesondere zeigt
1 ein Blockdiagramm aller Bauteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung10 . Wasser wird von einer örtlichen Quelle, wie beispielsweise einem Brunnen, in die Vorrichtung10 durch den Zulauf11 gepumpt und dann durch den Makrofilter12 , um Sediment und große Partikel auszufiltern. Ein geeigneter Makrofilter ist die R30BB Ametek 30μ Einheit. Das Wasser fließt dann durch eine Zulaufpumpe13 , die das Wasser in der Vorrichtung bei 414 kPa (60 psi) hält, bei dem es sich um den optimalen Druck für die erfindungsgemäße Wasserreinigungsvorrichtung handelt. Die Zulaufpumpe13 ist vorzugsweise eine 2 PS 517 kPa (75 psi) Pumpe. Nach der Pumpe13 fließt das Wasser durch einen Mikrofilter14 , um die kleineren Partikel auszufiltern. Ein zu diesem Zweck geeigneter Mikrofilter ist der CPSBB Ametek Filter. Das Wasser fließt dann vom Mikrofilter14 zum Mischbett-Multimedia-Filter15 , der aus einer Mischung aus Karbon, Quarz und granularem Kupfer-Zink-Material besteht, wie beispielsweise KDF55. Nach dem Mischbett-Multimedia-Filter15 wird das Wasser ultravioletter Strahlung durch UV-Behandlung16 unterworfen, die aus einer Ultraviolett-Glühlampe, beispielsweise eine von Pur Guard, besteht. Dann wird das Wasser zur weiteren Reinigung einer Ozonbehandlung17 unterworfen. Das Wasser durchläuft dann die Abgabepumpe18 , die vorzugsweise eine 1 PS 345 kPa (50 psi)-Pumpe ist. Makrofilter12 , Zulaufpumpe13 , Mikrofilter14 , Mischbett-Multimedia-Filter15 , UV-Behandlungseinheit16 , Ozonbehandlungseinheit17 und Abgabepumpe18 sind alle im Handel erhältlich und bekannt und werden hier nicht im Detail beschrieben. - Nach der Abgabepumpe
18 fließt das Wasser durch einen abschließenden Karbonblockfilter19 und dann nach außen zu einer oder mehreren Abgabestationen20 . Auch nach der Pumpe18 gibt es eine parallele Wasserleitung, die zu einem Mixer21 führt, der ein Reinigungsmittel aufnimmt, das durch eine Reinigungsmittelpumpe22 zum Waschen der Flaschen in einer Flaschenwaschstation23 gepumpt wird, bevor das gereinigte Wasser von der Abgabestation20 aufgenommen wird. - Der technische Aufbau der Vorrichtung
10 ist in den2 und3 dargestellt. Die Vorrichtung10 wird von einem Gehäuse30 umschlossen, zu dem Nutzer kommen, wenn sie gereinigtes Wasser benötigen. Abgabeköpfe32 geben in Flaschen31 an der Abgabestation20 gereinigtes Wasser durch Drücken eines Knopfes34 ab. Es gibt in der Bodenplatte unterhalb eines jeden Abgabekopfes zum Auffangen von Tropfen und Überläufen einen Abfluss35 . Im Gehäuse30 sind zwei Flaschenwaschstationen23 angeordnet. Wie dargestellt, wird die Flasche31 kopfüber über der Reinigungsmittelpumpe25 angeordnet, die eine vorher festgelegte Menge eines Reinigungsmittelgemisches in die Flasche31 sprüht, um diese zu reinigen. Das Reinigungsmittelgemisch fließt dann aus der Flasche31 . Danach wird die Flasche31 über der Wasserpumpe26 platziert, die in gleicher Weise ozonhaltiges Wasser in die Flasche31 sprüht, um Reinigungsmittel aus der Flasche31 zu spülen. Nach dem Waschen sind die Flaschen bereit, gereinigtes Wasser aus den Abgabeköpfen32 aufzunehmen. - Die Bauteile der Vorrichtung
10 sind in3 dargestellt, mit Ausnahme der UV-Behandlungseinheit16 und dem Karbonblockfilter19 , die sich direkt unterhalb der Ozonbehandlungseinheit befinden. Im allgemeinen wird die Vorrichtung10 durch die örtliche Stromversorgung gespeist. Wie in3 dargestellt, gibt es jedoch ein Notstromaggregat40 , das die Vorrichtung10 bei einem regulären lokalen Stromausfall mit Strom versorgen kann. Der Generator40 ist im Handel erhältlich, bei dem es sich um irgendeinen geeigneten Generator handeln kann. Ein Beispiel für einen zulässigen Generator ist ein benzinbetriebener 220 Volt 5 Kilowatt Generator von John Deere.
Claims (11)
- Vorrichtung (
10 ) zur Reinigung von Wasser mit: einem Gehäuse (30 ); einem Wasserzulauf (11 ), um zu reinigendes Wasser in das Gehäuse (30 ) aufzunehmen; Filtereinrichtungen (12 ,14 ), die mit dem Wasserzulauf (11 ) verbunden sind, um Sedimente und Feststoffpartikel aus dem Wasser zu filtern; einer Zulaufpumpe (13 ), die innerhalb des Gehäuses (30 ) mit den Filtereinrichtungen (12 ,14 ) verbunden ist, wobei die Pumpe (13 ) angepasst ist, damit das Wasser bei einem vorgegebenen Druck durch das Gehäuse fließen kann; einer Mischbett-Multimedia-Einheit (15 ), die innerhalb des Gehäuses (30 ) mit den Filtereinrichtungen (12 ,14 ) verbunden ist, um Schadstoffe aus dem Wasser zu entfernen und organisches Wachstum zu steuern, wobei die Mischbett-Multimedia-Einheit (15 ) granulöses aktiviertes Karbon, hochgradiges Quarz und ein Granulat aus Kupfer und Zink aufweist; Ultraviolett-Behandlungseinrichtung (16 ), die innerhalb des Gehäuses (30 ) mit der Mischbett-Multimedia-Einheit (15 ) verbunden ist, um das Wasser in der Vorrichtung einer ultravioletten Strahlung auszusetzen; Ozonbehandlungssystem (17 ), das mit der ultravioletten Behandlungseinrichtung (16 ) verbunden ist, um im Wasser befindliche Bakterien und Viren zu entfernen; Karbonblockfiltrationseinrichtung (19 ), die innerhalb des Gehäuses (30 ) angeordnet ist, um organisches Material aus dem Wasser zu filtern; Abgabeeinrichtung (20 ), die innerhalb des Gehäuses mit der Karbonblockeinrichtung (19 ) verbunden ist, um gereinigtes Wasser in den ausgewaschenen Behälter abzugeben; und wenigstens einer Wascheinrichtung (23 ), die innerhalb des Gehäuses (30 ) mit der Ozonbehandlung (17 ) verbunden ist, um einen Wasserbehälter (31 ) mit ozonhaltigem Wasser auszuwaschen; - Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Einrichtung (
23 ) zum Auswaschen einer Wasserflasche (31 ) besteht aus: einem Reinigungsmittelsprühgerät (25 ), das eine vorgegebene Menge an Reinigungsmittel nach oben in eine auf dem Kopf stehende Flasche sprüht; und einem Ausspülspraygerät (26 ), das eine vorgegebene Menge Spülwasser nach oben in eine auf dem Kopf stehende Flasche (31 ) sprüht, um in der Flasche befindliches Reinigungsmittel auszuspülen. - Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei das Spray zum Ausspülen ozonhaltiges Wasser ist.
- Vorrichtung nach Anspruch 1, das ferner ein Notstromaggregat (
40 ) innerhalb des Gehäuses (30 ) aufweist, um die Vorrichtung während eines Stromausfalls mit Strom zu versorgen. - Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Abgabeeinrichtung (
20 ) eine Abgabepumpe (18 ) und mindestens einen Abgabekopf (32 ) aufweist. - Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Abgabeeinrichtung (
20 ) vier Abgabeköpfe (32 ) aufweist. - Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Filtrationseinrichtung einen Makrofilter (
12 ) aufweist, der zwischen dem Zulauf (11 ) und der Zulaufpumpe (13 ) angeordnet ist, um Sediment und große Partikel auszufiltern, und einen Mikrofilter (14 ), der zwischen der Zulaufpumpe (13 ) und der Mischbett-Multimedia-Einheit (15 ) angeordnet ist, um gelöste Feststoffe auszufiltern. - Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Zulaufpumpe (
13 ) das Wasser bei 414 kPa (60 psi) am Fließen hält. - Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei der Makrofilter (
12 ) ein Schmutzfilter ist, der Sediment und Partikel mit einer Größe von mehr als 80 Mikrometern entfernt. - Verfahren zur Reinigung und Verteilung von Trinkwasser durch Verwendung der Vorrichtung nach Anspruch 1 mit folgenden Verfahrensschritten: Wasser durch einen Makrofilter pumpen, um Sediment und Partikel zu entfernen; Wasser durch einen Mikrofilter pumpen, um gelöste Feststoffe zu filtern; Wasser durch eine Mischbett-Multimedia-Einheit pumpen, die besteht aus granular aktiviertem Karbon, hochgradigem Quarz und einem granularen Material bestehend aus Kupfer und Zink, um Chlor, organische Stoffe, Geschmack, Gerüche, Schwermetalle, Schadstoffe, Bakterien, Algen und Pilze zu entfernen; Wasser einer ultravioletten Strahlung aussetzen, um Mikroorganismen und Bakterien zu zerstören; ozonhaltige Luft durch das Wasser pumpen, um Mikroorganismen weiter zu vernichten; Wasser durch einen Karbonfilter pumpen, um etwaige gelöste organische Verbindungen und Feststoffe zu entfernen; und Wasser in Flaschen ausgeben, nachdem diese, wo es erforderlich ist, zuvor mittels der Waschstation (
23 ) ausgewaschen worden sind. - Verfahren nach Anspruch 10, das weiterhin das Reinigen der Flaschen mit einem automatischen Flaschenreiniger vor der Ausgabe des Wassers umfasst.
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