DE102004036438A1

DE102004036438A1 - Wasseraufbereitungsanlage Thermisches-Verdunstungs-System

Info

Publication number: DE102004036438A1
Application number: DE102004036438A
Authority: DE
Inventors: Alexander Zein
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2004-04-22
Filing date: 2004-07-28
Publication date: 2005-11-24

Abstract

Thermische Verdunstungsanlage zur Trinkwasseraufbereitung, bestehend aus einem etwa zylinderförmigen Behälter mit einem nach unten gewölbten Boden und einem etwa kegelförmigen doppelwandigen Kondensatorbehälter als Aufsatz, der über eine außenliegende ringförmige Zuleitung (10) mit Rohwasser bzw. Schmutzwasser gespeist wird. Am oberen Ende des kegelförmigen Behälterabschlusses ist eine Rücklaufleitung (9) für das vorgewärmte Kühlwasser angebracht, die zu einem Ventil führt, das bei Bedarf den Wasserstrom über einen Befüllbehälter (5) dem Prozeßbereich zuführt, bei Nichtbedarf das Kühlwasser zur Rohwasserquelle zurücklenkt. Die Prozeßwasserzufuhr erfolgt durch einen am oberen Ende belüfteten großvolumigen Befüllbehälter (5). In einem besonders konstruierten Ausgasbehälter kann auf physikalischem Weg Chlor und/oder Phenole aus dem gewonnenen Trinkwasser ausgeschieden werden. Es ergibt sich somit eine höchst effektive und sichere Anlage, die entgegen anderen Systemen beliebig und ohne großen Aufwand erweitert werden kann. Auch bei Beschädigung einzelner Komponenten kann bei einem großen Anlagenkomplex der Betrieb aufrechterhalten werden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Thermische-Verdunstungs-Anlage zur Trinkwasseraufbereitung aus Meer-, Brack-, oder Abwasser und/oder zur Entsalzung von Meerwasser.

Bekannte Verfahren zur Entsalzung von Meerwasser sind z. B. Osmose und Umkehrosmose, basierend auf dem Prinzip des Filtrierens von Meerwasser über synthetische Membranen, dabei wird das zu behandelnde Medium durch die Poren der Membranen gepreßt. Die hierzu erforderlichen Drücke liegen bei bis zu 60 bar, der entsprechende Energieaufwand hierfür ist also sehr groß. Auch dürfen bei Betrachtung unter den Aspekten Wirtschaftlichkeit und Umweltverträglichkeit der zur Herstellung solcher Membranen notwendige Rohstoff- und Energieaufwand und die bei der Fertigung anfallenden umweltbelastenden Abfallstoffe nicht außer Acht gelassen werden. Bei der thermischen Meerwasserentsalzung und Aufbereitung von Brack- oder Abwässern wird dem zu behandelnden Medium Energie in thermischer Form zugeführt. Hierbei geht das Medium vom flüssigen, über den siedenden in den gasförmigen Aggregatzustand über. Erfolgt der Übergang vom flüssigen in den gasförmigen Aggregatzustand bei Temperaturen unterhalb des Siedepunktes, so spricht man von Verdunsten, wobei beim Verdunsten wesentlich geringere Mengen pro Zeiteinheit in den gasförmigen Zustand übergehen, als beim Verdampfen. Während das Verdunsten an der Oberfläche des Mediums stattfindet, erfolgt das Verdampfen durch Gasbildung im Inneren der Flüssigkeit, hieraus ist ersichtlich, daß zum Verdunsten große Oberflächen notwendig sind. Wird derart ein belastetes Medium zum Verdampfen gebracht, so entsteht Wasserdampf, welcher als Kondensat aufgefangen werden kann. Entsprechende Vorrichtungen werden Destillen genannt. Das entstehende Destillat ist bei entsprechender Verdampfungsrate reines Wasser ohne Belastungsrückstände wie z. B. Salze oder andere kontaminierte Stoffe. Bei konstantem Druck stimmen Siedetemperatur und Kondensationstemperatur überein, d. h., daß beim Kondensieren die zum Verdampfen zugeführte Wärme in Form von Kondensationswärme wieder frei wird. Bei einem reinen Destillat sollte daher darauf geachtet werden, daß die Verdampfung unter Normaldruck bei maximal Siedetemperatur stattfindet. Um eine Kontaminierung durch Kohäsion zu verhindern, sollte ein Sieden der Oberfläche des flüssigen Mediums weitgehend unterbleiben. Aus o. g. Gründen der Reinheit des erforderlichen Destillats ist von höheren Temperaturen, theoretisch sind 120°C möglich, im Drucksystem abzuraten. Als Abfallprodukt während und nach dem Verdampfungsvorgang fällt Wasser als reines Destillat zur weiteren Verwendung und in der Destille abgeschiedene Feststoffe an. Weitere Abfälle und Rückstände sind vom verwendeten Primärenergieträger abhängig, der in thermische Energie umgewandelt, den Verdampfungsprozeß in Gang setzt.

Als Primärenergie kommen regenerative Energieformen in thermischer Form aus Sonneneinstrahlung, in elektrischer Form über Solarzellen, in elektrischer Form aus Windkrafträdern und in geothermer Form durch Ausnutzung hoher Bodentemperaturen in Betracht. Auch fossile Energieträger in Form von Gas, Öl, Kohle, aber auch Holz und/oder andere kohlenstoffhaltigen organischen Brennstoffe können Verwendung finden.

Eine erfindungsgemäße Anlage besteht u. a. aus einem Torus (14), der zum Außenmantel durch eine ca. 50 mm dicke PU-Schicht (6) isoliert ist. Über diesen Torus (14) befindet sich ein doppelwandiger Kondensator-Behälter(1), der an verschiedenden Punkten am Umfang über eine außenliegende ringförmige Zuleitung (10), die einen zentralen Anschluß besitzt, mit Rohwasser bzw. Schmutzwasser gespeist wird, wobei innen an der oberen kegelförmigen Behälterabschlußhaube Leitbleche über den Zuleitungen angebracht sind, die den Wasserstrom in eine bestimmte Richtung lenken und zur Mitte hin eine Rotationsbewegung aufzwingen. An der Oberseite der kegelförmigen Kondensatorfläche sind gebogene Wärmeleitbleche angebracht, die von unten her nach oben zur Kegelspitze hin verlaufen und nach innen geneigt sind. Der kegelförmige obere Behälterabschluß ist doppelwandig ausgeführt und besitzt somit eine zweite Außenwand. Am oberen Ende des kegelförmigen Behälterabschlusses ist eine Rücklaufleitung (9) für das vorgewärmte Kühlwasser angebracht, die zu einem Ventil führt, das bei Bedarf den Wasserstrom über einen Befüllbehälter (5) dem Prozeßbereich zuführt, bei Nichtbedarf das Kühlwasser über eine Abwasserleitung (8) zurück zur Rohwasserquelle lenkt. Die Prozeßwasserzufuhr erfolgt durch einen am oberen Ende be- und entlüfteten großvolumigen Befüllbehälter (5), der am unteren Ende über einen kleinen Rohrquerschnitt mit dem Prozeßraum verbunden ist, um die thermische Belastung für die Niveausensoren gering zu halten und Austausch, Wartung und Reparatur zu ermöglichen und zu erleichtern und alle prozeßrelevanten Bauteile aus dem Inneren nach außen zu verlagern. Das gewonnene Kondensat wird in einem Ausgasbehälter (2) über großflächige Riffelbleche geleitet, um weitgehend flüchtige Chemikalien wie z. B. Chlor aus dem gewonnenen Wasser ausgasen zu lassen. Ein Rückschlagventil stellt bei Entstehung eines Unterdrucks (z. B. beim Wegschalten der Heizung) eine Verbindung nach außen her, um einen Druckausgleich zu gewährleisten. Beim Einsatz von solarthermischen regenerativen Energieerzeugungstechniken, externen Öl- oder Gasbrennervorrichtungen zum Verbrennen von Biomasse und Müll und/oder Kombinationen dieser Primärenergiequellen kommt ein spezieller Wärmetauscher zur Anwendung, der einen zylinderförmigen, hohlen Grundkörper besitzt, in dem von Stirnfläche zu Stirnfläche Rohre führen, durch die das Prozeßmedium zirkulieren kann, um dabei thermische Energie aufnehmen zu können.
Die Zufuhr von heißem Wärmeträgerwasser erfolgt an mehreren Stellen am Unfang und die Wasserabfuhr an der zentralen Stelle im Rotationsmittelpunkt des zylindrischen Wärmetauschers um eine gleichmäßige Temperaturverteilung und eine gleichmäßige Wärmeabgabe an das Prozeßwasser zu gewährleisten. Werden mehrere Einheiten der oben beschriebenen Anlage zusammengeschaltet, so ermöglicht dies das Wegschalten einer oder mehrerer Einzelanlagen, z. B. zur Wartung oder zur Reinigung, ohne daß das gesammte System abgeschaltet werden muß. Durch das sich hieraus ergebende Konzept aus möglichst regenerativ über Kollektoren beheizten thermischen Destillen, Komponentenbauweise, Berücksichtigung der Architektur und Bau und entsprechende Konstruktion und Planung ergeben sich nahezu wartungsfreie Anlagen, mit Wartungsintervallen von mehr als 6 Monaten. Je nach Konstruktion sind zu wartende Teile einer solchen Anlage Partikelschutzbzw. Grobfilter, Funktion der Hauptpumpen, der wesentlichen Anlagenkomponenten, Füllstand der Wärmeträger der Wärmetauschsysteme, Undichtigkeiten und dergleichen mehr. Kostenintensivere Wartungen und Austausch teurer Membranen sind nicht mehr notwendig. Aus dem dargestelltem Funktionsprinzip ergibt sich somit eine höchst effektive und sichere Anlage zur Meerwasserentsalzung, die entgegen anderen Systemen, beliebig und ohne großen Aufwand erweitert werden kann. Auch bei Beschädigung einzelner Komponenten ist ein großer Anlagenkomplex in der Lage, den Betrieb aufrecht zu erhalten.

1: Kondensator
2: Ausgasbehälter
3: Reinwasser Ausgang
4: Kühlwasser Eingang
5: Befüllbehälter mit allen Steuerkomponenten
6: PU-Isolierung
7: Abwasser Ausgang
8: Kühlwasser Rücklauf
9: Kühlwasser Ablauf aus Kondensator
10: Ringverteilung Kühlwasser Eingang Kondensator
11: Abgasanbindung
12: Brenner
13: Brennerkammer mit doppelten Abgaswärmetauscher
14: Torus ( Innerer Behälter)

Claims

Thermische-Verdunstungs-Anlage zur Trinkwasseraufbereitung aus Meer-, Brack- oder Abwasser und/oder zur Entsalzung von Meerwasser,
dadurch gekennzeichnet, daß die Anlage unten aus einem Torus (14) besteht, der zum Außenmantel durch eine ca. 50 mm dicke PU-Schicht (6) isoliert ist.
dadurch gekennzeichnet, daß über den in obigen Anspruch ausgeführten Torus (14) sich ein doppelwandiger Kondensator-Behälter (1) befindet, der an verschiedenen Punkten am Umfang über eine außenliegende ringförmige Zuleitung (10), die einen zentralen Anschluß besitzt, mit Rohwasser bzw. Schmutzwasser gespeist wird, wobei innen an der oberen kegelförmigen Behälterabschlußhaube Leitbleche über den Zuleitungen angebracht sind, die den Wasserstrom in eine bestimmte Richtung lenken und zur Mitte hin eine Rotationsbewegung aufzwingen.
dadurch gekennzeichnet, daß an der Oberseite der kegelförmigen Kondensatorfläche gebogene Wärmeleitbleche angebracht sind, die von unten nach oben zur Kegelspitze hin verlaufen und nach innen geneigt sind.
dadurch gekennzeichnet, daß der kegelförmige obere Behälterabschluß eine zweite Außenwand besitzt.
dadurch gekennzeichnet, daß am oberen Ende des kegelförmigen Behälterabschlusses eine Rücklaufleitung (9) für das vorgewärmte Kühlwasser angebracht ist, die zu einem Ventil führt, das bei Bedarf den Wasserstrom über einen Befüllbehälter (5) dem Prozeßbereich zuführt, bei Nichtbedarf das Kühlwasser über die Abwasserleitung (8) zurück zur Rohwasserquelle lenkt.
dadurch gekennzeichnet, daß die Prozeßwasserzufuhr durch einen am oberen Ende be- und entlüfteten großvolumigen Befüllbehälter (5) erfolgt, der am unteren Ende über einen kleinen Rohrquerschnitt mit dem Prozeßraum verbunden ist, um die thermische Belastung für die Niveausensoren gering zu halten und Austausch, Wartung und Reparatur zu ermöglichen und zu erleichtern und alle prozeßrelevanten Bauteile aus dem Inneren nach außen zu verlagern.
dadurch gekennzeichnet, daß das gewonnene Kondensat in einem Ausgasbehälter (2) über großflächige Riffelbleche geleitet wird, um weitgehend flüchtige Chemikalien wie z. B. Chlor aus dem gewonnenem Wasser ausgasen zu lassen.
dadurch gekennzeichnet, daß der Prozeßraum des Torus (14) über ein Rücklschlagventil bei Entstehung eines Unterdrucks (z. B. beim Wegschalten der Heizung) eine Verbindung nach außen herstellt, um einen Druckausgleich zu gewährleisten.
dadurch gekennzeichnet, daß beim Einsatz von solarthermischen regenerativen Energieerzeugungstechniken, externen Öl- oder Gasbrennervorrichtungen zum Verbrennen von Biomasse und Müll und/oder Kombinationen dieser Primärenergiequellen ein spezieller Wärmetauscher zur Anwendung kommt, der einen zylinderförmigen, hohlen Grundkörper besitzt, in dem von Stirnfläche zu Stirnfläche Rohre führen, durch die das Prozeßmedium zirkulieren kann, um dabei thermische Energie aufnehmen zu können. Die Zufuhr von heißem Wärmeträgerwasser erfolgt an mehreren Stellen am Unfang und die Wasserabfuhr an der zentralen Stelle im Rotationsmittelpunkt des zylindrischen Wärmetauschers um eine gleichmäßige Temperaturverteilung und eine gleichmäßige Wärmeabgabe an das Prozeßwasser zu gewährleisten.