DE10016365B4

DE10016365B4 - Verfahren zur Trinkwasseraufbereitung

Info

Publication number: DE10016365B4
Application number: DE2000116365
Authority: DE
Inventors: Thomas Steinle
Original assignee: Individual
Current assignee: Abwaclean Ltd De
Priority date: 2000-04-04
Filing date: 2000-04-04
Publication date: 2008-12-18
Anticipated expiration: 2020-04-05
Also published as: DE10016365A1

Abstract

Verfahren zur Trinkwasseraufbereitung,
bei dem zunächst mittels eines Grobfiltermoduls (1) die groben Stoffe ausgefiltert werden,
bei dem anschließend mittels eines ersten Einzelfiltermoduls (2') eines Filtermoduls (2) die Schwebstoffe ausgefiltert werden und
dem ein Belüftungsmodul (9) zugeordnet ist, über das im Bedarfsfall Sauerstoff zugeleitet wird,
bei dem anschließend mittels eines Entkeimungsmoduls (3) mit Ozon als Oxidationsmittel entkeimt wird,
wobei das Ozon ohne Verwendung einer Treibwasserpumpe mittels eines ein Vakuum erzeugenden Injektors von dem das erste Einzelfiltermodul (2') verlassenden Wasser eingesaugt und mit diesem vermischt wird,
bei dem anschließend mittels eines bezüglich des ersten Einzelfiltermoduls (2') zweiten Einzelfiltermoduls (2'') eines Filtermoduls (2) in Form eines Mehrschichtfilters unter Verwendung von Aktivkohle weiter gefiltert wird,
bei dem anschließend mittels eines Zwischenspeichermoduls (4) das aufbereitete Trinkwasser zwischengespeichert wird,
bei dem schließlich das Wasser zu einem nachgeschalteten UV-Modul (15) transportiert wird, das mit einen Trübungssensor für eine...

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Trinkwasseraufbereitung.
Trinkwasseraufbereitungsanlagen kommen weltweit dort zum Einsatz, wo sauberes Trinkwasser für Mensch, Tier und Natur benötigt wird. Verunreinigtes, aggressives sowie mit Schwebstoffen belastetes Wasser aus Binnenseen, Flüssen, Brunnen und Zisternen werden mit derartigen Trinkwasseraufbereitungsanlagen zu klarem Trinkwasser aufbereitet. Bakterien und Viren werden dabei abgetötet. Das Rohwasser soll dabei insgesamt derart aufbereitet werden, daß es der Trinkwasserverordnung entspricht.
Die DE 44 30 587 A1 zeigt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Keimreduzierung von Wasser und wässrigen Lösungen. In der Reihenfolge des Verfahrensablaufs ist ein Vorbehandlungssystem (welches aus einem oder mehreren physikalischen oder chemischen Wasseraufbereitungsverfahren besteht), eine Partikelfiltration, ein Ultraschallmodul zur Entkeimung, ein Sammelbehälter sowie ein Feinfilter vorgesehen. Diese Vorrichtung zur Wasseraufbereitung ist dabei entweder zum Teil oder vollständig als mobile Anlage ausgelegt.
Die DE 195 09 066 A1 offenbart eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Ozonbehandlung von Wasser. Dabei wird ein ozonhaltiges Gas in das Wasser eingeblasen und anschließend das Wasser durch einen Reaktionsraum in Form eines Rohrreaktors geleitet. Dieser Rohrreaktor ist mit einem Mischelement zur Erzeugung einer turbulenten Strömung als Reaktionsraum vorgesehen. Der Rohrreaktor ist dabei an einen Ozongenerator angeschlossen. Weiterhin ist noch ein Aktivkohlefilter vorgesehen. Die Komponenten der Vorrichtung sind in einem gestellartigen Gehäuse angeordnet, welches als Modul ausgebildet ist. Für den Transport des zu behandelnden Wasser dienen Pumpen.
Die DE 37 11 407 A1 offenbart ein System zur Wasseraufbereitung mit Ozon. Das Rohwasser wird dabei einem Brunnen entnommen, einer Oxidationseinrichtung zugeführt, in einem Mischbettfilter gefiltert, in einer Füllkörpersäule nachbehandelt und dann in einem Lagerbehälter gesammelt. Eine obere Filterschicht des Mischbettfilters besteht dabei aus einem Gemisch von Granulaten verschiedener verkokter Kohlesorten. Die mittlere Filterschicht besteht aus Quarzsand, und über dem Filterboden ist eine Grobkiesschicht angeordnet. Das Abgas aus der Füllkörpersäule wird über einen Aktivkohlefilter geführt, welches das im Gas enthaltene Ozon teils durch Oberflächenkatalyse und teils durch direkten Verbrauch der Kohle unter Bildung von Kohlendioxid restlos entfernt.
Die DE 81 11 288 U1 zeigt eine Einrichtung zur Durchführung verfahrenstechnischer Prozesse. Die Grundidee besteht in einer Reaktionssäule, welche aus vier Modulen übereinander gestapelt zusammengesetzt ist. Die Reaktionsmodule weisen dabei unterschiedliche Baulängen sowie unterschiedliche Bauweisen auf.
Die DE 197 12 737 A1 schließlich zeigt eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Behandlung von Wasser, insbesondere Trinkwasser. Dabei werden Mehrschichtfilter verwendet, welche unter anderem aus Aktivkohle, Entsäuerungs-, Enteisenungs- oder Entmanganungsmaterialien oder aus porigem Material wie Bims oder aber Kies bestehen.
Die Druckschrift J. Dobias et al.: "Ozoneinsatz in kleineren Trinkwasserversorgungsanlagen", Gas/Wasser/Wärme, 32 (1978), 2, Seiten 54 bis 57 lehrt die Verwendung von Ozon zur Wasserdesinfektion.
Die DE 198 34 727 A1 zeigt eine Wasseraufbereitungsanlage mit verschiedenen hintereinander geschalteten Einheiten.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Trinkwasseraufbereitung zu schaffen, welches zum einen leicht an veränderte Rohwasserparameter angepaßt werden kann und welches zum anderen eine sehr gute Wasserqualität erzeugt.
Die technische Lösung ist gekennzeichnet durch die Merkmale des Anspruchs 1.
Die Grundidee des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Trinkwasseraufbereitung mit zugehöriger Anlage liegt in einem Gesamtsystem bestehend aus Einzelmodulen, welche leicht an veränderte Rohwasserparameter angepaßt werden können. Die Anlagen können im Werk vormontiert und getestet werden. Am Bestimmungsort erfolgt die Endmontage und Inbetriebnahme. Nachdem bekannt ist, wo das Wasser herkommt (Fluß, Binnensee, Brunnen etc.), fällt die Entscheidung, welche der zur Verfügung stehenden Module zum Einsatz kommen. Nach Auswertung der Wasseranalyse wird bestimmt, mit welchem Filtermaterial beispielsweise der erste Filter bestückt wird. Die Wasseraufbereitungsanlage arbeitet insgesamt vollautomatisch mittels eines entsprechenden Steuermoduls. Die Spannungsversorgung erfolgt mit Solartechnik (Photovoltaik), wobei nachts eine Pufferung über Batterie erfolgt. Wie zuvor bereits erwähnt, werden die Anlagen im Werk vormontiert und getestet. Der Transport zum Bestimmungsort erfolgt dadurch auf einfache Weise, daß die Module in ei nem gemeinsamen Container angeordnet sind. Durch diese Modulbauweise innerhalb eines Containers läßt sich das erfindungsgemäße System schnell und sicher an die jeweiligen Durchsatzmengen anpassen.
Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Ein Ausführungsbeispiel einer Anlage für das erfindungsgemäße Trinkwasseraufbereitungsverfahren wird nachfolgend anhand der Zeichnungen beschrieben. In diesen zeigt:
1 ein schematischer Gesamtaufbau einer Anlage zur Trinkwasseraufbereitung;
2 das Entkeimungsmodul der Trinkwasseraufbereitungsanlage in 1.
Die Trinkwasseraufbereitungsanlage weist – vom Verfahrensablauf her gesehen – ein Grobfiltermodul 1 dem Belüftungseinrichtung 19, zugeordnet ist, ein Filtermodul 2 bestehend aus zwei Einzelfiltermodulen 2', 2'', ein zwischen diesen beiden Einzelfiltermodulen 2', 2'' zwischengeschaltetes Entkeimungsmodul 3 sowie ein Zwischenspeichermodul 4 für das aufbereitete Trinkwasser auf. Verbunden sind diese Module durch ein in 1 erkennbares Leitungssystem. Außerdem ist ein Steuermodul 5 sowie ein Solarmodul 6 für die Spannungsversorgung vorgesehen.
Diese zuvor beschriebenen Trinkwasseraufbereitungsmodule sind in einem nicht dargestellten – Container installiert. Durch die Modulbauweise läßt sich das System schnell und sicher an die jeweiligen Anforderungen sowie Durchsatzmengen anpassen. Die Spannungsversorgung erfolgt autark mit den Solarmodulen (Photovoltaik).
Das Grobfiltermodul 1 ist ein Vorfiltermodul und arbeitet in der Regel mit zwei Pumpen. Bei starken Verunreinigungen aus Flüssen, Seen etc. wird dieses als Vorfiltermodul dienende Grobfiltermodul 1 immer eingesetzt. Es arbeitet nach dem folgenden Prinzip:
Mittels einer Tauchpumpe 7 (Unterwasserpumpe) wird das Wasser zum Grobfiltermodul 1 gepumpt. Das Grobfiltermodul 1 wird in der Regel im Container installiert. Es kann aber auch außerhalb, nämlich in der Nähe des Flusses, Sees etc. installiert werden. Grobe Verunreinigungen wie Blätter, Mücken, grobe Schwebstoffe werden im Teilstromverfahren abgesondert und sofort wieder in die Rohwasserquelle zurückgeleitet. Ungefähr 90% vorgereinigtes Wasser verbleibt im Grobfiltermodul 1, während ungefähr 10% zurückgeleitet werden. Das Speichervolumen des Grobfiltermoduls 1 verhält sich analog zur Speichergröße des Zwischenspeichermoduls 4. Die Steuerung erfolgt dabei niveauabhängig.
Die dem Grobfiltermodul 1 zugeordnete Belüftungseinrichtung 19 ist mit einer Sauerstoffzuleitung im Bodenbereich sowie mit einer – weiteren – Tauchpumpe 8 mit eingebautem Vorfilter ausgestattet. Mit dieser Tauchpumpe 8 wird das Wasser zum nächsten Modul, nämlich dem Filtermodul 2 und dabei speziell zum Einzelfiltermodul 2' gefördert.
Diesem Einzelfiltermodul 2' ist zunächst ein Belüftungsmodul 9 für die Zuleitung von Sauerstoff zugeordnet. Beim eigentlichen Einzelfiltermodul 2' handelt es sich um einen Einschichtfilter. Das zusätzliche Belüftungsmodul 9 wird im Bedarfsfall bei Ansprechen der Verwurfsteuerung der UV-Anlage zusätzlich aktiviert. Das Belüftungsmodul 9 kann aber auch manuell dazugeschaltet werden. Dabei werden sämtliche Klappen der Filteranlage geschlossen. Das Magnetventil für die Belüftung und das Magnetventil für die Wasserrückführung in die Belüftungseinrichtung 19 werden geöffnet. Die Tauchpumpe 8 in der Belüftungseinrichtung 19 wird eingeschaltet. Die Belüftung im Teilstromverfahren ist somit aktiv. Die Luftmenge wird vorab mit einem Rotameter eingestellt. Dieser Vorgang läuft eine gewisse Zeitdauer ab, welche von der jeweiligen Anlage abhängt. Nach der Belüftung kann die Anlage wieder vollautomatisch in Betrieb gehen.
Auch wenn die Werte Eisen/Mangan nicht der Trinkwasserverordnung entsprechen, muß vor dem Filtereintritt das Belüftungsmodul 9 aktiviert werden. Der Einsatz erfolgt aber dann bei normalem Automatikbetrieb.
In dem Einzelfiltermodul 2' werden die Schwebstoffe aufgenommen. Die Filterfüllung wird entsprechend der Wasseranalyse angepaßt, wobei als Filtermaterialien Bims/Lava, dolomitisches Material oder Filtersand zur Verfügung stehen.
Das Entkeimungsmodul 3 in Form eines Reaktionsmoduls ist die nächste Stufe zum Einzelfiltermodul 2', welches das Wasser im klaren Zustand verläßt, so daß es im nachfolgenden Entkeimungsmodul 3 entkeimt wird. Die Entkeimung erfolgt dabei nach einem besonderen Verfahren, bei dem auf eine Treibwasserpumpe verzichtet werden kann. Als Oxidationsmittel wird Ozon verwendet. Das Ozonmodul 10 arbeitet mit Luftkühlung zur Erzeugung der notwendigen Ozonmenge von 1 g Ozon/cbm Wassermenge. Für die Erzeugung von 1 g Ozon werden ca. 25 W benötigt. Ozon ist in seiner bakteriziden Wirkung eines der stärksten und reinsten Oxydationsmittel, welche in der Trinkwasseraufbereitung verwendet werden können. Es ist außerdem umweltfreundlich, da Ozon sehr schnell mit den Wasserinhaltsstoffen reagiert und anschließend kurzzeitig sowie rückstandsfrei ohne unangenehme Begleitab bauprodukte in Sauerstoff zerfällt. Die wesentlichsten Eigenschaften von Ozon sind eine schnelle und sichere Abtötung von Krankheitserregern, Inaktivierung von Viren, Abbau von organischen Verunreinigungen (Harnstoffverbindungen), Oxidation der Geschmackswasserinhaltsstoffe sowie kristallklares und ästhetisches Wasser durch Sauerstoffanreicherung.
Das Entkeimungsmodul 3 besteht aus den Komponenten Ozonerzeugung mit dem Ozonmodul 10, einem Injektor ohne Treibwasserpumpe, einem Dosierregler 11 mit elektrischem Stellantrieb sowie induktivem Wasserzähler, einem Reaktionsbehälter 12 sowie einem Restozonvernichter 13. Das Ozon wird aus der Raumluft erzeugt. Die Kühlung des Ozonmoduls 10 erfolgt mit Luft. Der Injektor erzeugt das für den Betrieb erforderliche Vakuum und sorgt für eine kräftige, homogene Vermischung des eingesaugten Ozons mit dem Wasser. Der Injektor besteht aus Düse, Diffusor und Aufnahmekörper mit Membranrückschlag. Das angesaugte Ozon wird mit dem Wasser im Diffusor vermischt und zum Reaktionsbehälter 12 transportiert. Die Mengenerfassung erfolgt mit einem IDM, welcher vor dem Injektor angeordnet ist. Der Membranrückschlag verhindert bei abgeschalteter Anlage das Eindringen von Wasser in die gasführenden Geräteteile. Die Ozonmenge wird mit einem Dosierregler mit angebautem Stellantrieb mengenproportional dazugeregelt. Der Reaktionsbehälter 12 wird von unten nach oben durchströmt. Er hat unten eine seitliche Einströmung und ist zur Hälfte mit Füllkörpern versehen, um die Reaktionszeit zu erhöhen. Außerdem besitzt er in der Mitte ein Standrohr mit Einlauftrichter sowie ein Kontrollfenster.
Das Restozon wird mittels Entlüftung sowie mit dem Restozonvernichter 13 ins Freie abgeleitet.
Die Raumluft wird mittels eines Ozon-Warngerätes überwacht.
Das nachgeschaltete zweite Einzelfiltermodul 2'' wird immer als Mehrschichtfilter mit Aktivkohle verwendet. Auch dieses zweite Einzelfiltermodul 2'' ist mit einem Restozonvernichter ausgerüstet.
Die beiden Einzelfiltermodule 2', 2'' sind mit einer Überwachungseinrichtung zur Erfassung des Filterwiderstandes für das Roh- und Reinwasser sowie Probeentnahmemöglichkeiten für das Roh- bzw. Reinwasser ausgerüstet.
Das aufbereitete Wasser aus dem zweiten Einzelfiltermodul 2'' wird in einem nachgeschalteten Zwischenspeichermodul 4 gelagert. In warmen Regionen muß dieses Zwischenspeichermodul 4 entweder im Erdreich oder in einem separaten, insbesondere mittels Solar energie gekühlten Containers zwischengespeichert werden, um Temperaturen über 25°C zu vermeiden.
Das Zwischenspeichermodul 4 weist eine zusätzliche Entkeimung mit UV und/oder Chlor auf. Bei schlechtem Zustand der nachfolgenden bestehenden Versorgungsleitungen kann die Zugabe von Chlor insbesondere mengenproportional erfolgen.
Mittels einer Druckerhöhungspumpe 14, welche entweder im Zwischenspeichermodul 4 oder außerhalb plaziert ist, wird das Wasser mengenabhängig zum nachgeschalteten UV-Modul 15 transportiert. Das UV-Modul 15 ist mit einer Verwurfssteuerung ausgerüstet. Dies bedeutet, daß, wenn trübes Wasser vom Sensor gemeldet wird, automatisch der Zufluß zum Netz unterbrochen wird und das Wasser so lange über ein 2-Wege-Magnetventil als Schmutzwasser abgeleitet wird, bis es wieder klar ist. Erst bei klarem Wasser kann wieder eine Versorgung ins Netz erfolgen. Nach Durchlaufen des Wassers durch das UV-Modul 15 erfolgt die Versorgung ins Netz.
Bei problematischen, bereits bestehenden Wasserversorgungsnetzen empfiehlt es sich, das Wasser leicht zu chloren. Dies geschieht in der Regel mit einem mengenproportionalen Chlordosiergerät.
Die eigentliche Steuerung der gesamten Anlage erfolgt mit dem Steuermodul 5. Für die Spannungsversorgung dient das Solarmodul 6. Nachts wird die Anlage über Batterien zwischengepuffert. Die Solarmodule 6 werden bei kleineren Anlagen am Bestimmungsort am Container befestigt. Die Ausrichtung erfolgt in der Regel nach Kompaß und Sonnenstand. Bei größeren Anlagen können die Solarmodule auch separat aufgestellt werden.
Wie eingangs bereits erwähnt, sind die zuvor beschriebenen, diversen Module durch ein Leitungssystem miteinander verbunden. Zugeführt wird der Anlage das Rohwasser über die Rohwasserzuleitung 16, während das aufbereitete Trinkwasser über die Trinkwasserableitung in das Wassernetz eingespeist werden kann. Schließlich sind noch Abwasserleitungen 18 vorgesehen.
Um den Stromverbrauch so gering wie möglich zu halten, wird ein Pendelbetrieb zwischen der Tauchpumpe 7 zum Grobfiltermodul 1 und der Versorgungspumpe, nämlich der Tauchpumpe 8 zum Filtermodul 2 betrieben.
Die Wasseraufbereitungsanlage ist erst dann betriebsbereit, wenn der Vorlagebehälter gefüllt ist.

1: Grobfiltermodul
2: Filtermodul
2', 2'': Einzelfiltermodule
3: Entkeimungsmodul
4: Zwischenspeichermodul
5: Steuermodul
6: Solarmodul
7: Tauchpumpe
8: Tauchpumpe
9: Belüftungsmodul
10: Ozonmodul
11: Dosierregler
12: Reaktionsbehälter
13: Restozonvernichter
14: Druckerhöhungspumpe
15: UV-Modul
16: Rohwasserzuleitung
17: Trinkwasserableitung
18: Abwasserleitung
19: Belüftungseinrichtung

Claims

Verfahren zur Trinkwasseraufbereitung, bei dem zunächst mittels eines Grobfiltermoduls (1) die groben Stoffe ausgefiltert werden, bei dem anschließend mittels eines ersten Einzelfiltermoduls (2') eines Filtermoduls (2) die Schwebstoffe ausgefiltert werden und dem ein Belüftungsmodul (9) zugeordnet ist, über das im Bedarfsfall Sauerstoff zugeleitet wird, bei dem anschließend mittels eines Entkeimungsmoduls (3) mit Ozon als Oxidationsmittel entkeimt wird, wobei das Ozon ohne Verwendung einer Treibwasserpumpe mittels eines ein Vakuum erzeugenden Injektors von dem das erste Einzelfiltermodul (2') verlassenden Wasser eingesaugt und mit diesem vermischt wird, bei dem anschließend mittels eines bezüglich des ersten Einzelfiltermoduls (2') zweiten Einzelfiltermoduls (2'') eines Filtermoduls (2) in Form eines Mehrschichtfilters unter Verwendung von Aktivkohle weiter gefiltert wird, bei dem anschließend mittels eines Zwischenspeichermoduls (4) das aufbereitete Trinkwasser zwischengespeichert wird, bei dem schließlich das Wasser zu einem nachgeschalteten UV-Modul (15) transportiert wird, das mit einen Trübungssensor für eine Trübungsmessung ausgestattet ist, wobei durch diese Trübungsmessung eine Verwurfsteuerung aktiviert wird, durch die zum einen, wenn trübes Wasser vom Sensor gemeldet wird, automatisch der Zufluss zum Netz unterbrochen und das Wasser als Schmutzwasser abgeleitet wird und zum anderen die weitere Zufuhr von Wasser zu den Filtern unterbrochen und das Belüftungsmodul (9) aktiviert wird, wobei das Magnetventil für die Belüftung und das Magnetventil für die Wasserrückführung in eine dem Grobfiltermodul (1) zugeordnete Belüftungseinrichtung (19) geöffnet werden, die Tauchpumpe (8) in der Belüftungseinrichtung (19) eingeschaltet, somit die Belüftung im Teilstrom für eine gewisse Zeitdauer aktiviert wird und anschließend die Anlage wieder in Normalbetrieb genommen wird.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß im ersten Einzelfiltermodul (2') als Filtermaterial Bims, Lava, dolomitisches Material oder Filtersand verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im zweiten Einzelfiltermodul (2'') das restliche Ozon vernichtet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischenspeichermodul (4) gekühlt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Wasser zusätzlich zur Entkeimung mit Chlor behandelt wird.