AT516360B1

AT516360B1 - Transportable Vorrichtung zur Gravitationsfiltration von Wasser durch Austausch von Trink- und Abwasser

Info

Publication number: AT516360B1
Application number: ATA50640/2014A
Authority: AT
Original assignee: Deltacore Gmbh
Priority date: 2014-09-15
Filing date: 2014-09-15
Publication date: 2020-09-15
Also published as: WO2016040973A1; AT516360A1

Abstract

Es wird eine transportable Vorrichtung zur Gravitationsfiltration von Wasser zwecks Bereitstellung von Wasser vorgeschlagen, die ein eine Filteranordnung aufweisendes Vorrichtungsgehäuse (G) umfasst. Zur Schaffung vorteilhafter Filterverhältnisse 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 Ultrafiltrationsfaser, verfügt, die über einen Durchlass in einer Trennscheibe (10) an einem einer 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

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine transportable Vorrichtung zur Gravitationsfiltration von Wasser zwecks Bereitstellung von Trinkwasser, mit einem eine Filteranordnung aufweisenden Vorrichtungsgehäuse, insbesondere eine Vorrichtung, die mit kontaminiertem Wasser befüllt wird, das in weiterer Folge mithilfe der Gravitation zu reinem Trinkwasser filtriert wird.

[0002] Es gibt einige bekannte Lösungen von transportablen Vorrichtungen zur Gravitationsfiltration, meist handelt es sich um geostationierte, d. h. ortsfeste Vorrichtungen. Eine bekannte Lösung zur transportablen Gravitationsfiltration von kontaminiertem Wasser zu reinem Trinkwasser, offenbart die US 7,862,720 B2. Gemäß diesem Dokument ist die Gravitationsfiltration durch das Gehäuse der Vorrichtung über einen Zuflusskanal längs der gesamten Vorrichtung geführt. Im Kanal befinden sich Filtereinlagen, die ausgetauscht werden, wenn der Wasserdurchfluss durch die Filter reduziert ist bzw. wenn die Filter verstopft sind. Die Vorrichtung endet mit einem Mundstück bzw. mit einem Auslass für das gereinigte Wasser und kann eine Vorfilteranordnung von Einlagen enthalten mit einer Möglichkeit für eine Vorratskammer, die das Filtersystem bildet. Die Vorratskammer kann ein dehnbarer Balg sein, der derart ausgebildet ist, dass er an die transportable Vorrichtung koppelbar ist.

[0003] Aus der US 625,929 B1 sind Filter bekannt, die ein keramisches Gehäuse aufweisen und im Inneren mit granulierter Aktivkohle gefüllt sind. Sie werden in verschiedenen Varianten in Filtervorrichtungen eingesetzt.

[0004] In der Vorrichtung gemäß der US 7,862,720 B2 ist auch die Anwendung von chemischen Filterelementen mit Chlor bzw. Jod möglich. Normalerweise weist die Pore eines Kohlefilters eine Größe zwischen 0,35 und 0,45 Mikrometer auf. Die Lösung ist vom Gesichtspunkt des Filtertausches unpraktisch, da der Austausch des Filtersystems bzw. eines einzelnen Filters in Form von Filtereinlagen nötig ist, um die Filtration ungestört bzw. in einer gesicherten Qualität durchführen zu können.

[0005] Eine andere Lösung zur Filtration von kontaminiertem Wasser zu reinem Wasser ist aus der US 7,507,338 B2 bekannt. Die Lösung ermöglicht keine Gravitationsfiltration, da das Wasser mit einer Druckpumpe einer Serie von Filtern zugeleitet wird.

[0006] Aus der US 8,313,644 B2 ist eine Lösung zur Filtration von kontaminiertem Wasser in Form einer Flasche mit einer integrierten Filteranordnung bekannt, die mithilfe eines Schub- bzw. Zughebels bzw. Stabs betätigt wird. Die Flüssigkeit wird durch einen Hohlstab eingefüllt, in der komprimierten Flasche wird dann das Wasser durch das Schieben des Hebels bzw. des Stabs mithilfe der Kompression durch den geschlossenen Flaschenboden derart filtriert, dass das filtrierte Wasser entlang der Doppelinnenwände der Flasche im Rohr hinauf bis zum Benutzer fließt und der Benutzer das gereinigte Wasser trinken kann. Der Druck in der Flasche, der mithilfe des Schub- bzw. Zughebels zugeführt wird, ist die Antriebskraft für die Filtration.

[0007] Die US 2012 267 314 A1 beschreibt einen drucklos arbeitenden Nanofilter zur Trinkwassererzeugung. Nicht in einem Gehäuse untergebrachte und mit Druck betriebene Filteranordnungen aus Kohle-, Ultra- und Nanofilter zur Trinkwasseraufbereitung sind aus der CN 202164153 U und der CN 202988862 U bekannt.

[0008] Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung der eingangs geschilderten Art derart kompakt auszubilden, dass sie einerseits problemlos transportabel ausgestaltbar ist und anderseits eine aufwandsarme Selbstreinigungsfunktion aufweist.

[0009] Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den kennzeichnenden Merkmalen 1 und 7. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

[0010] Mit der Erfindung wird eine Gravitationsfiltervorrichtung geschaffen, die eine Selbstreinigungsfunktion aufweist. Die Selbstreinigung erfolgt insbesondere durch ein Rückausspülen der Vorrichtung mit in der Vorrichtung vorhandenem Wasser. Die Vorrichtung zur Gravitationsfiltration des Wassers kann mehrfach eingesetzt werden, ohne dass es notwendig wäre, das jeweilige

Filtersystem bzw. einzelne Filter manuell auszutauschen.

[0011] Das Problem bei der Gravitationsfiltration von kontaminiertem Wasser zu reinem Trinkwasser ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass ein häufiger Austausch der Filteranordnungen nicht nötig ist, da die Vorrichtung über eine Selbstreinigungsfunktion verfügt, die ebenfalls auf der Gravitationsfiltration basiert, die in einer der Filtration von kontaminiertem Wasser entgegengesetzter Richtung wirkt.

[0012] In der Zeichnung wird die Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispiels dargestellt. Es zeigen:

[0013] Figur 1: eine erfindungsgemäße Vorrichtung im Querschnitt in Filterstellung und

[0014] Figur 2: die Vorrichtung aus Fig. 1 in um 180° gedrehter Position zum Ausspülen der Filteranordnung mit rücklaufendem, filtriertem Wasser zur Selbstreinigung der Filteranordnung.

[0015] Die Fig. 1 zeigt u. a. das wasserundurchlässige Vorrichtungsgehäuse G. Die Vorrichtung im Ausführungsbeispiel hat eine Höhe von 560 mm und einen Durchmesser von 110 mm, wobei sie in Form eines Zylinders zusammengebaut ist. Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst mehrere im inneren Teil des Vorrichtungsgehäuses G miteinander verbundene Filteranordnungen. Die erste Filteranordnung fungiert als eine Vorfilteranordnung, die nach dem Stand der Technik bekannt ist. Die zweite Filteranordnung beseitigt die groben großen Teilchen, die dritte Filteranordnung entfernt Kolloidteilchen, Mikroorganismen und Pyrogene, die vierte Filteranordnung entfernt die allerfeinsten Teilchen, die, falls im Wasser noch vorhanden, schädlich sein können.

[0016] Die Vorrichtung umfasst einen Wassereinlass 1, an den sich ein Gewindering 2 und ein Vorfilter 3 aus Nylon anschließen. Der Gewindering 2 dient zum Festlegen des Vorfilters 3 und den Kohlefilter 4 im Gehäuse G. Durch Drehung des Gewinderings im 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 eine perforierte Scheibe 5. Der Kohlefilter 4 besteht aus einer höheren Packung Kohleschaums. Die perforierte PE-Scheibe 5, hält den Kohlefilter 4 zurück und lässt vorgereinigtes Wasser in eine erste Kammer 6 durch. In der ersten Kammer 6 befindet sich ein Filter 7, insbesondere ein Längsfilter, aus Ultrafiltrationsfasern. Am Rand am Boden der Wand 8 der ersten Kammer 6 ist ein O-Ring 9 angeordnet, über dem sich eine Hülse auf einer Trennscheibe 10 abstützt, welche die erste Kammer 6 von einer zweiten Kammer 13 trennt. Der Filter 7 ist über einen O-Ring 11 an die Trennscheibe 10 angesetzt, insbesondere mit dieser verschraubt ist. An die Trennscheibe 10 ist in der anschließenden Kammer 13 ein weiterer Filter 13, ein Nanofilter, über einen weiteren O-Ring 11 an die Trennscheibe 10 angesetzt, insbesondere verschraubt. Die zweite Kammer 13 ist mit einem Auslass 14 zum Ablassen gereinigten Wassers einer Vorrichtung ausgestattet. Am Boden der zweiten Kammer 13 können noch ein Rückschlagventil bzw. ein Schaltventil od. dgl. zur Durchflussregelung bzw. Steuerung des Reinwassers bzw. zum Verschließen des Auslasses vorgesehen sein.

[0017] Der Nylonvorfilter 3 ist eine synthetische Grobvorfilteranordnung und besteht aus unverformbaren Fasern aus Nylon 6/Nylon 66, der in der Lebensmittelindustrie, Pharmazie und Kosmetik eingesetzt wird. Die Porengröße beträgt 300 Mikrometer, die Bindung des Materials ist einreihig.

[0018] Der Kohlefilter 4 besteht aus Kohlenschaum, d. h. Aktivkohle mit Porengrößen von 2 bis 50 nm. Durch Adsorption werden alle chemischen Kontaminate aus dem Wasser entfernt, da sich die Moleküle im gasförmigen oder flüssigen Zustand an die Aktivoberfläche anhaften. Dies verläuft derart, dass sich bei dem Makrotransport das organische Material über die Makroporen von Größen bis zu 50 nm, wohingegen es sich beim Mikrotransport über die Meso- und Mikroporen der Aktivkohle bewegt. Die Mikroporen sind in einer Größenordnung von 2 nm und die Mesoporen von 2-50 nm. Bei der Sorption haftet sich das organische Material physisch an die Aktivkohleoberfläche in die Meso- und Mikroporen und das Niveau der Sorptionsaktivität hängt von der Konzentration an Substanzen, d. h. von Verunreinigungen im Wasser, der Wassertemperatur und von der Elektronenladung der Moleküle ab.

[0019] Der Filter 7 aus Ultrafiltrationsfasern trennt die gelösten Moleküle gemäß ihrer Größe bzw. Molekulargewicht. Die Ultrafiltrationsfasern im Filter stellen eine harte, dünne und selektiv durchlässige Membran mit Porengrößen von 0,01 Mikrometer dar, die die Mehrheit der Moleküle, einschließlich Kolloide, Mikroorganismen und Pyrogene zurückhält.

[0020] Der Nanofilter 12 mit elektropositiven Ladungen ist ein ausgezeichnetes Filtrationsmedium mit einer einzigartigen Kombination aus hohem Leistungsgrad, Kapazität, Durchfluss und Mindestdruckabfall. Die Fasern halten eine breite Palette der Kontaminate wie Bakterien, Viren, DNA, Endotoxine, Schwermetalle sowie andere organische oder anorganische Kontaminate zurück.

[0021] Fig. 1 stellt den Prozess der Gravitationsfiltration von kontaminiertem Wasser zu reinem Wasser dar. Das Wasser fließt durch den Wassereinlass 1 durch den Nylonvorfilter 3, der ein Netzgewebe ist, wobei größere Teilchen zurückgehalten werden. In Folge der Gravitionskraft fließt das Wasser weiter durch den Filter 4, der aus Aktivkohleschaum besteht, wobei die chemischen Kontaminate durch Absorption aus dem Wasser entfernt werden. Das Wasser fließt dann in die erste Kammer 6 und von dort durch den aus Ultrafiltrationsfasern zusammengesetzten Filter 7, dessen Ultrafiltrationsfasern wie ein Molekularsieb wirken. In der ersten Kammer 6 werden alle Teilchen, die größer als 0,01 Mikrometer sind, zurückgehalten, womit aus dem Wasser Mikroorganismen einschließlich Kolloidteilchen und Pyrogene entfernt werden. Das derart gereinigte Wasser dringt dann weiter durch den Nanofilter 12, der aus, eine hohe elektropositive Ladung aufweisenden, Nanofasern zusammengesetzt ist und landet im Anschluss in der zweiten Kammer 13. In dieser Phase werden Schwermetalle, Endotoxine, Viren sowie andere organische oder anorganische Kontaminate entfernt.

[0022] Zur Selbstreinigung der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird die Vorrichtung um 180° um eine horizontale Achse gedreht, wonach das in der Vorrichtung vorhandene Wasser die Filteranordnung mithilfe der Gravitationskraft rückspült. Das in der Vorrichtung verbliebene Wasser fließt durch die Gravitationskraft in umgekehrter Richtung durch die Filteranordnungen in der Vorrichtung und durch die Öffnung, durch die vorher das kontaminierte Wasser eingefüllt wurde, hinaus. Bei diesem Schritt wird die Filteranordnung in der Vorrichtung automatisch rückausgespült, wonach die Vorrichtung für eine weitere Filtration bereit ist. Wenn das zu reinigende Abwasser durch die Vorrichtung fließt, fließt es durch verschiedene Schichten bzw. verschiedene Filtrationsmedien; das bedeutet, dass das Wasser in der Vorrichtung in verschiedenen Stufen gleichzeitig unterschiedlich gereinigt wird. Wenn die Vorrichtung um 180° gedreht wird, fließen die verschieden gereinigten Wässer durch die Filter und reinigen sie. An der Spitze der Vorrichtung bzw. hinter dem Nanofilter 12 befindet sich bei der Selbstreinigung das am gründlichsten gereinigte Wasser, das zuletzt alle Filteranordnungen ausspült. Hinter dem Kohlefilter 4 befindet sich das Wasser, das nur mit dem Kohlefilter 4 gereinigt wurde und dieses Wasser kehrt als erstes durch den Kohlefilter 4 in entgegengesetzte Richtung zurück. Danach läuft das Wasser aus der ersten Kammer 6 und danach das Wasser aus der zweiten Kammer 13 durch den Kohlefilter 4 aus der Vorrichtung aus. Es ist wesentlich, dass jeder Filter bzw. jede Filteranordnung unabhängig von den Poren, rückläufig mit Wasser auf diese Gravitationsweise ausgespült wird.

[0023] Die transportable Vorrichtung funktioniert auf Gravitations- und Hygroskopiebasis und benötigt keine zusätzliche Energie zum Betrieb. Das derart gereinigte Wasser übertrifft die anspruchsvollsten Gesundheitsstandards der Welt. Die Vorrichtung kann eine mikrobiologisch und chemisch kontaminierte Wasserquelle in reines Trinkwasser umwandeln.

Claims

Patentansprüche

1. Transportable Vorrichtung zur Gravitationsfiltration von Wasser zwecks Bereitstellung von Trinkwasser, mit einem eine Filteranordnung aufweisenden Vorrichtungsgehäuse (G), dadurch gekennzeichnet, dass die Filteranordnung wenigstens einen Vorfilter, insbesondere einen Nylonvorfilter (3) und einen Kohlefilter (4), umfasst, der in eine erste Kammer (6) im Vorrichtungsgehäuse (G) ausmündet, welche erste Kammer (6) über einen in der Kammer (6) angeordneten Filter (7), insbesondere aus Ultrafiltrationsfaser, verfügt, der über einen Durchlass in einer Trennscheibe (10) an einen, einer 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.

2. Transportable Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die 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 zweiten Kammer (13) der Nanofilter (12) angesetzt ist, wobei die Filter (7, 12) insbesondere über 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 besteht, die ein Netz mit einer Porengröße von 300 Mikrometer bilden.

4. Transportable Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kohlefilter (4) aus Kohlenschaum besteht, nämlich aus Aktivkohle mit Porengrößen von 2 bis 50 nm.

5. Transportable Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ultrafiltrationsfasern im Filter (7) eine harte, dünne und selektiv durchlässige Membran mit Porengrößen von 0,01 Mikrometer bilden.

6. Transportable Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Nanofilter (12) aus Nanofasern besteht, die eine hohe elektropositive 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, wonach das Wasser schwerkraftbedingt durch einen Kohlefilter (4) geleitet wird, der chemische Kontaminante aus dem Wasser absorbiert, wonach das Wasser durch einen Filter (7) geleitet wird, der alle Teilchen, die größer als 0,01 Mikrometer sind, zurückgehält und aus dem Wasser Mikroorganismen, einschließlich Kolloidteilchen und Pyrogene, entfernt, wonach das derart vorgereinigte Wasser durch einen Nanofilter (12) dringt, in dem Schwermetalle, Endotoxine, Viren sowie verschiedene organische und anorganische Kontaminante zurückgehalten werden, und dass die Vorrichtung zur Selbstreinigung der Filteranordnung in der Vorrichtung um 180° um eine horizontale Achse gedreht wird und die Filteranordnung mithilfe der Gravitationskraft durch Rückausspülen bereits gefilterten Wassers durch die Filteranordnung und durch den Einlass (1) entleert werden, wobei das in der Vorrichtung in verschiedenen Reinigungsstufen vorhandenen Wasser zurück durch die Filter (12, 7, 4, 3) fließt und diese reinigt, wobei das am gründlichsten gereinigte Wasser, das sich bei der Selbstreinigung in der letzten Kammer (13) der Vorrichtung befindet, alle Filteranordnungen (12, 7, 4, 3) ausspült.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen