AT516360A1 - Transportable Vorrichtung zur Gravitationsfiltration von Wasser durch Austausch von Trink- und Abwasser - Google Patents
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Abstract
1. Es wird eine transportable Vorrichtung zur Gravitationsfiltration von Wasser zwecks Bereitstellung von Wasser vorgeschlagen, die ein eine Filteranordnung auf- weisendes Vorrichtungsgehäuse (G) umfasst. Zur Schaffung vorteilhafter Filterver- hältnisse wird vorgeschlagen, dass die Filteranordnung wenigstens einen Vorfilter, insbesondere einen Nylonvorfilter (3) und einen Kohlefilter (4), umfasst, der in eine erste Kammer (6) im Vorrichtungsgehäuse (G) mündet, welche erste Kammer (6) über einen in der Kammer (6) angeordneten Filter (7), insbesondere aus Ultrafiltrati- onsfaser, verfügt, die über einen Durchlass in einer Trennscheibe (10) an einem ei- ner zweiten Kammer (13) zugeordneten Nanofilter (12) anschließt, und dass der zweiten Kammer (13) ein Auslass (14) für gereinigtes Wasser zugehört, wobei die Volumen der ersten und der zweiten Kammer (6, 13) derart dimensioniert sind, dass von der Filteranordnung zurückgehaltene Verunreinigungen bei einer Umkehr der Strömungsrichtung des Wassers durch die Filteranordnung, insbesondere durch Drehen der Vorrichtung um eine horizontale Achse um 180°, aus der Vorrichtung rückausspülbar sind.
Description
Die Erfindung betrifft eine transportable Vorrichtung zur Gravitationsfiltration vonWasser zwecks Bereitstellung von Trinkwasser, mit einem eine Filteranordnungaufweisenden Vorrichtungsgehäuse, insbesondere eine Vorrichtung, die mit konta¬miniertem Wasser befüllt wird, das in weiterer Folge mithilfe der Gravitation zu rei¬nem Trinkwasser filtriert wird.
Es gibt einige bekannte Lösungen von transportablen Vorrichtungen zur Gravitati¬onsfiltration, meist handelt es sich um geostationierte, d. h. ortsfeste Vorrichtungen.Eine bekannte Lösung zur transportablen Gravitationsfiltration von kontaminiertemWasser zu reinem Trinkwasser, offenbart die US 7,862,720 B2. Gemäß diesem Do¬kument ist die Gravitationsfiltration durch das Gehäuse der Vorrichtung über einenZuflußkanal längs der gesamten Vorrichtung geführt. Im Kanal befinden sich Filter¬einlagen, die ausgetauscht werden, wenn der Wasserdurchfluss durch die Filter re¬duziert ist bzw. wenn die Filter verstopft sind. Die Vorrichtung endet mit einemMundstück bzw. mit einem Auslass für das gereinigte Wasser und kann eine Vorfil¬teranordnung von Einlagen enthalten mit einer Möglichkeit für eine Vorratskammer,die das Filtersystem bildet. Die Vorratskammer kann ein dehnbarer Balg sein, derderart ausgebildet ist, dass er an die transportable Vorrichtung koppelbar ist.
Aus der US 6,625,929 B1 sind Filter bekannt, die ein keramisches Gehäuse aufwei¬sen und im Inneren mit granulierter Aktivkohle gefüllt sind. Sie werden in verschie¬denen Varianten in Filtervorrichtungen eingesetzt.
In der Vorrichtung gemäß der US 7,862,720 B2 ist auch die Anwendung von chemi¬schen Filterelementen mit Chlor bzw. Jod möglich. Normalerweise weist die Pore eines Kohlefilters eine Größe zwischen 0,35 und 0,45 Mikron auf. Die Lösung istvom Gesichtspunkt des Filtertausches unpraktisch, da der Austausch des Filtersys¬tems bzw. eines einzelnen Filters in Form von Filtereinlagen nötig ist, um die Filtra¬tion ungestört bzw. in einer gesicherten Qualität durchführen zu können.
Eine andere Lösung zur Filtration von kontaminiertem Wasser zu reinem Wasser istaus der US 7,507,338 B2 bekannt. Die Lösung ermöglicht keine Gravitationsfiltrati¬on, da das Wasser mit einer Druckpumpe einer Serie von Filtern zugeleitet wird.
Aus der US 8,313,644 B2 ist eine Lösung zur Filtration von kontaminiertem Wasserin Form einer Flasche mit einer integrierten Filteranordnung bekannt, die mithilfe ei¬nes Schub- bzw. Zughebels bzw. Stabs betätigt wird. Die Flüssigkeit wird durch ei¬nen Hohlstab eingefüllt, in der komprimierten Flasche wird dann das Wasser durchdas Schieben des Hebels bzw. des Stabs mithilfe der Kompression durch den ge¬schlossenen Flaschenboden derart filtriert, dass das filtrierte Wasser entlang derDoppelinnenwände der Flasche im Rohr hinauf bis zum Benutzer fließt und der Be¬nutzer das gereinigte Wasser trinken kann. Der Druck in der Flasche, der mithilfedes Schub- bzw. Zughebels zugeführt wird, ist die Antriebskraft für die Filtration.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung der eingangs geschilderten Art derartkompakt auszubilden, dass sie einerseits problemlos transportabel ausgestaltbar istund anderseits eine aufwandsarme Selbstreinigungsfunktion aufweist.
Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den kennzeichnenden Merkmalen 1 und 7.Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekenn¬zeichnet.
Mit der Erfindung wird eine Gravitationsfiltervorrichtung geschaffen, die eine Selbst¬reinigungsfunktion aufweist. Die Selbstreinigung erfolgt insbesondere durch einRückausspülen der Vorrichtung mit in der Vorrichtung vorhandenem Wasser. DieVorrichtung zur Gravitationsfiltration des Wassers kann mehrfach eingesetzt wer- den, ohne dass es notwendig wäre, das jeweilige Filtersystem bzw. einzelne Filtermanuell auszutauschen.
Das Problem bei der Gravitationsfiltration von kontaminiertem Wasser zu reinemTrinkwasser ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass ein häufiger Austausch derFilteranordnungen nicht nötig ist, da die Vorrichtung über eine Selbstreinigungsfunk¬tion verfügt, die ebenfalls auf der Gravitationsfiltration basiert, die in einer der Filtra¬tion von kontaminiertem Wasser entgegengesetzter Richtung wirkt.
In der Zeichnung wird die Erfindung an Fland eines Ausführungsbeispiels darge¬stellt. Es zeigen:
Figur 1: eine erfindungsgemäße Vorrichtung im Querschnitt in Filterstellung und
Figur 2: die Vorrichtung aus Fig. 1 in um 180° gedrehter Position zum Ausspü¬ len der Filteranordnung mit rücklaufendem, filtriertem Wasser zurSelbstreinigung der Filteranordnung.
Die Fig. 1 zeigt u. a. das wasserundurchlässige Vorrichtungsgehäuse G. Die Vor¬richtung im Ausführungsbeispiel hat eine Höhe von 560 mm und einen Durchmes¬ser von 110 mm, wobei sie in Form eines Zylinders zusammengebaut ist. Die erfin¬dungsgemäße Vorrichtung umfasst mehrere im inneren Teil des Vorrichtungsge¬häuses G miteinander verbundene Filteranordnungen. Die erste Filteranordnungfungiert als eine Vorfilteranordnung, die nach dem Stand der Technik bekannt ist.
Die zweite Filteranordnung beseitigt die groben großen Teilchen, die dritte Filterano¬rdnung entfernt Kolloidteilchen, Mikroorganismen und Pyrogene, die vierte Filteran¬ordnung entfernt die allerfeinsten Teilchen, die, falls im Wasser noch vorhanden,schädlich sein können.
Die Vorrichtung umfasst einen Wassereinlass 1, an den sich ein Gewindering 2 undein Vorfilter 3 aus Nylon anschließen. Der Gewindering 2 dient zum Festlegen desVorfilters 3 und den Kohlefilter 4 im Gehäuse G. Durch Drehung des Gewinderingsim Uhrzeigersinn bewegt sich der Ring 2 im Gewinde gegen den Vorfilter 3 und den
Kohlefilter 4 und schiebt und presst den Vorfilter 3 und den Kohlefilter 4 gegen eineperforierte Scheibe 5. Der Kohlefilter 4 besteht aus einer höheren Packung Kohle¬schaums. Die perforierte PE-Scheibe 5, hält den Kohlefilter 4 zurück und lässt vor¬gereinigtes Wasser in eine erste Kammer 6 durch. In der ersten Kammer 6 befindetsich ein Filter 7, insbesondere ein Längsfilter, aus Ultrafiltrationsfasern. Am Randam Boden der Wand 8 der ersten Kammer 6 ist ein O-Ring 9 angeordnet, über demsich eine Hülse auf einer Trennscheibe 10 abstützt, welche die erste Kammer 6 voneiner zweiten Kammer 13 trennt. Der Filter 7 ist über einen O-Ring 11 an die Trenn¬scheibe 10 angesetzt, insbesondere mit dieser verschraubt ist. An die Trennscheibe10 ist in der anschließenden Kammer 13 ein weiterer Filter 13, ein Nanofilter, übereinen weiteren O-Ring 11 an die Trennscheibe 10 angesetzt, insbesondere ver¬schraubt. Die zweite Kammer 13 ist mit einem Auslass 14 zum Ablassen gereinigtenWassers einer Vorrichtung ausgestattet. Am Boden der zweiten Kammer 13 könnennoch ein Rückschlagventil bzw. ein Schaltventil od. dgl. zur Durchflussregelungbzw. Steuerung des Reinwassers bzw. zum Verschließen des Auslasses vorgese¬hen sein.
Der Nylonvorfilter 3 ist eine syntetische Grobvorfilteranordnung und besteht aus un¬verformbaren Fasern aus Nylon 6/Nylon 66, der in der Lebensmittelindustrie, Phar¬mazie und Kosmetik eingesetzt wird. Die Porengröße beträgt 300 Mikron, die Bin¬dung des Materials ist einreihig.
Der Kohlefilter 4 besteht aus Kohlenschaum, d. h. Aktivkohle mit Porengrößen von 2bis 50 nm. Durch Adsorption werden alle chemischen Kontaminate aus dem Wasserentfernt, da sich die Moleküle im gasförmigen oder flüssigen Zustand an die Aktiv¬oberfläche anhaften. Dies verläuft derart, dass sich bei dem Makrotransport das or¬ganische Material über die Makroporen von Größen bis zu 50 nm, wohingegen essich beim Mikrotransport über die Meso- und Mikroporen der Aktivkohle bewegt.
Die Mikroporen sind in einer Größenordnung von 2 nm und die Mesoporen von 2-50nm. Bei der Sorption haftet sich das organische Material physisch an die Aktivkoh¬leoberfläche in die Meso- und Mikroporen und das Niveau der Sorptionsaktivität hängt von der Konzentration an Substanzen, d. h. von Verunreinigungen im Was¬ser, der Wassertemperatur und von der Elektronenladung der Moleküle ab.
Der Filter 7 aus Ultrafiltrationsfasern trennt die gelösten Moleküle gemäß ihrer Grö¬ße bzw. Molekulargewicht. Die Ultrafiltrationsfasern im Filter stellen eine harte, dün¬ne und selektiv durchläßige Membran mit Porengrößen von 0,01 Mikron dar, die dieMehrheit der Moleküle, einschließlich Kolloide, Mikroorganismen und Pyrogene zu¬rückhält.
Der Nanofilter 12 mit elektropositiven Ladungen ist ein ausgezeichnetes Filtrations¬medium mit einer einzigartigen Kombination aus hohem Leistungsgrad, Kapazität,Durchfluss und Mindestdruckabfall. Die Fasern halten eine breite Palette der Kon-taminate wie Bakterien, Viren, DNA, Endotoxine, Schwermetalle sowie andere or¬ganische oder anorganische Kontaminate zurück.
Fig. 1 stellt den Prozess der Gravitationsfiltration von kontaminiertem Wasser zureinem Wasser dar. Das Wasser fließt durch den Wassereinlass 1 durch den Nylon-vorfilter 3, der ein Polypropylennetzgewege ist, wobei größere Teilchen zurückge¬halten werden. In Folge der Gravitionskraft fließt das Wasser weiter durch den Filter4, der aus Aktivkohleschaum besteht, wobei die chemischen Kontaminate durchAbsorption aus dem Wasser entfernt werden. Das Wasser fließt dann in die ersteKammer 6 und von dort durch den aus Ultrafiltrationsfasern zusammengesetztenFilter 7, dessen Ultrafiltrationsfasern wie ein Molekularsieb wirken. In der erstenKammer 6 werden alle Teilchen, die größer als 0,01 Mikron sind, zurückgehalten,womit aus dem Wasser Mikroorganismen einschließlich Kolloidteilchen und Pyroge¬ne entfernt werden. Das derart gereinigte Wasser dringt dann weiter durch den Na¬nofilter 12, der aus, eine hohe elektropositive Ladung aufweisenden, Nanofasernzusammengesetzt ist und landet im Anschluss in der zweiten Kammer 13. In dieserPhase werden Schwermetalle, Endotoxine, Viren sowie andere organische oder an¬organische Kontaminate entfernt.
Zur Selbstreinigung der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird die Vorrichtung um180° um eine horizontale Achse gedreht, wonach das in der Vorrichtung vorhande¬ne Wasser die Filteranordnung mithilfe der Gravitationskraft rückspült. Das in derVorrichtung verbliebene Wasser fließt durch die Gravitationskraft in umgekehrterRichtung durch die Filteranordnungen in der Vorrichtung und durch die Öffnung,durch die vorher das kontaminierte Wasser eingefüllt wurde, hinaus. Bei diesemSchritt wird die Filteranordnung in der Vorrichtung automatisch rückausgespült, wo¬nach die Vorrichtung für eine weitere Filtration bereit ist. Wenn das zu reinigendeAbwasser durch die Vorrichtung fließt, fließt es durch verschiedene Schichten bzw.verschiedene Filtrationsmedien; das bedeutet, dass das Wasser in der Vorrichtungin verschiedenen Stufen gleichzeitig unterschiedlich gereinigt wird. Wenn die Vor¬richtung um 180° gedreht wird, fließen die verschieden gereinigten Wässer durchdie Filter und reinigen sie. An der Spitze der Vorrichtung bzw. hinter dem Nanofilter12 befindet sich bei der Selbstreinigung das am gründlichsten gereinigte Wasser,das zuletzt alle Filteranordnungen ausspült. Hinter dem Kohlefilter 4 befindet sichdas Wasser, das nur mit dem Kohlefilter 4 gereinigt wurde und dieses Wasser kehrtals erstes durch den Kohlefilter 4 in entgegengesetzte Richtung zurück. Danachläuft das Wasser aus der ersten Kammer 6 und danach das Wasser aus der zwei¬ten Kammer 13 durch den Kohlefilter 4 aus der Vorrichtung aus. Es ist wesentlich,dass jeder Filter bzw. jede Filteranordnung unabhängig von den Poren, rückläufigmit Wasser auf diese Gravitationsweise ausgespült wird.
Die transportable Vorrichtung funktioniert auf Gravitations- und Flygroskopiebasisund benötigt keine zusätzliche Energie zum Betrieb. Das derart gereinigte Wasserübertrifft die anspruchsvollsten Gesundheitsstandards der Welt. Die Vorrichtungkann eine mikrobiologisch und chemisch kontaminierte Wasserquelle in reinesTrinkwasser umwandeln.
Claims (7)
- Patentansprüche 1. Transportable Vorrichtung zur Gravitationsfiltration von Wasser zwecks Be¬reitstellung von Trinkwasser, mit einem eine Filteranordnung aufweisenden Vorrich¬tungsgehäuse (G), dadurch gekennzeichnet, dass die Filteranordnung wenigstenseinen Vorfilter, insbesondere einen Nylonvorfilter (3) und einen Kohlefilter (4), um¬fasst, der in eine erste Kammer (6) im Vorrichtungsgehäuse (G) ausmündet, welcheerste Kammer (6) über einen in der Kammer (6) angeordneten Filter (7), insbeson¬dere aus Ultrafiltrationsfaser, verfügt, der über einen Durchlass in einer Trennschei¬be (10) an einen, einer zweiten Kammer (13) zugeordneten, Nanofilter (12) an¬schließt, und dass der zweiten Kammer (13) ein Auslass (14) für gereinigtes Wasserzugehört, wobei die Volumen der ersten und der zweiten Kammer (6,13) derart di¬mensioniert sind, dass von der Filteranordnung zurückgehaltene Verunreinigungenbei einer Umkehr der Strömungsrichtung des Wassers durch die Filteranordnung,insbesondere durch Drehen der Vorrichtung um eine horizontale Achse um 180°,aus der Vorrichtung rückausspülbar sind.
- 2. Transportable Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dassdie erste Kammer (6) und die zweite Kammer (13), durch eine Trennscheibe (10)getrennt sind, an die in der ersten Kammer (6) der Filter (7) und in der zweitenKammer (13) der Nanofilter (12) angesetzt ist, wobei die Filter (7,12) insbesondereüber Gewindeansätze miteinander bzw. mit der Trennscheibe (10) verschraubt sind.
- 3. Transportable Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet,dass der Nylonvorfilter (3) aus unverformbaren Fasern aus Nylon 6/Nylon 66 be¬steht, die ein Polypropylennetz mit einer Porengröße von 300 Mikron bilden.
- 4. Transportable Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge¬kennzeichnet, dass der Kohlefilter (4) aus Kohlenschaum besteht, nämlich aus Ak¬tivkohle mit Porengrößen von 2 bis 50 nm.
- 5. Transportable Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge¬kennzeichnet, dass die Ultrafiltrationsfasern im Filter (7) eine harte, dünne und se¬lektiv durchlässige Membran mit Porengrößen von 0,01 Mikron bilden.
- 6. Transportable Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge¬kennzeichnet, dass der Nanofilter (12) aus Nanofasern besteht, die eine hohe elekt-ropositive Ladung aufweisen.
- 7. Verfahren zur Gravitationsfiltration von Wasser mit einer Filteranordnung,dadurch gekennzeichnet, dass das kontaminierte Wasser über einen Einlass (1)durch einen Nylonvorfilter (3) geleitet wird, der größere Teilchen zurückhält, wonachdas Wasser schwerkraftbedingt durch einen Kohlefilter (4) geleitet wird, der chemi¬sche Kontaminante aus dem Wasser absorbiert, wonach das Wasser durch einenFilter (7) geleitet wird, der alle Teilchen, die größer als 0,01 Mikron sind, zurückge-hält und aus dem Wasser Mikroorganismen, einschließlich Kolloidteilchen und Py¬rogene, entfernt, wonach das derart vorgereinigte Wasser durch einen Nanofilter(12) dringt, in dem Schwermetalle, Endotoxine, Viren sowie verschiedene organi¬sche und anorganische Kontaminante zurückgehalten werden, und dass die Vor¬richtung zur Selbstreinigung der Filteranordnung in der Vorrichtung um 180° um ei¬ne horizontale Achse gedreht wird und die Filteranordnung mithilfe der Gravitations¬kraft durch Rückausspülen bereits gefilterten Wassers durch die Filteranordnungund durch den Einlass (1) entleert werden, wobei das in der Vorrichtung in ver¬schiedenen Reinigungsstufen vorhandenen Wasser zurück durch die Filter (12, 7, 4,3) fließt und diese reinigt, wobei das am gründlichsten gereinigte Wasser, das sichbei der Selbstreinigung in der letzten Kammer (13) der Vorrichtung befindet, alle Fil¬teranordnungen (12, 7, 4, 3) ausspült.
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