DE102009033153A1 - Vorrichtung zur chemikalienfreien Desinfektion und Aufbereitung von Wasser - Google Patents

Vorrichtung zur chemikalienfreien Desinfektion und Aufbereitung von Wasser Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur chemikalienfreien Desinfektion und Aufbereitung bakteriologisch verunreinigten Wassers, aufweisend eine steuerbare Elektrolyseeinheit (2.0), die von einem Ring-Permanent-Magneten (2.3) umschlossen wird, sowie einen integrierten Salzsole-Vorratsbehälter (4.2), der mit einer Membran-Dosier-Pumpe (4.0) verbunden ist. Zur Reinigung von Wasser mit einem kostengünstigen Aufbau weist die Vorrichtung einen Aktivkohlefilter (5.0) mit 0.5 µm Porengröße auf, wobei die Anode (2.1) der Elektrolyseeinheit (2.0) rohrförmig ausgebildet ist und von innen von dem Salzsole-Vorratsbehälter gespeist wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur chemikalienfreien Desinfektion und Aufbereitung bakteriologisch verunreinigten Wassers, aufweisend eine steuerbare Elektrolyseeinheit, die von einem Ring-Permanent-Magneten umschlossen wird, sowie einen integrierten Salzsole-Vorratsbehälter, der mit einer Membran-Dosier-Pumpe verbunden ist.
  • Vorrichtungen um bakteriologisches und verunreinigtes Wasser aufzubereiten arbeiten in den meisten Fällen mit Chemikalien. Darüber hinaus sind derartige Anlagen nicht für Ein- oder Mehrfamilienhäuser geeignet, um beispielsweise auch in diesen Bereichen eine bakteriologische Aufbereitung des Wassers vorzunehmen.
  • Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, welche klein und kompakt ausgebildet ist.
  • Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass die Vorrichtung einen Aktivkohlefilter mit 0.5 μm Porengröße aufweist, wobei die Anode der Elektrolyseeinheit rohrförmig ausgebildet ist und von innen von dem Salzsole-Vorratsbehälters gespeist wird. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
  • Eine Ausführungsform der Erfindung besteht aus einer Vorrichtung, welche zumindest folgende Komponenten umfasst:
    • – Ein ¾ oder 1 Zoll Rohrstück mit Außengewinde und Überwurfmuttern zum Einbau in die Eingangs-Hauptwasserleitung,
    • – einen integrierten Kontakt-Wasserzähler mit Impuls-Ausgang,
    • – einen integrierten statischen Mischer,
    • – ein integriertes Injektionsventil mit Rückschlagventil,
    • – ein kleiner Schaltschrank aus Edelstahl oder Kunststoff,
    • – mit einem eingebauten einstellbaren Spannungsregler, einem geregelten elektronischen Netzteil, einem Hauptschalter, Kontroll-Leuchten, Vor- und Nachsicherungen und Strombegrenzer sowie ein integriertes, fest eingebautes analoges Amperemeter und ein integriertes, fest eingebautes analoges Voltmeter zur Kontrolle und Überwachung der Vorrichtung,
    • – mit einer integrierten Kochsalz-Elektrolysezelle mit außen liegendem Ring-Permanentmagneten,
    • – mit einem separaten Salzlösebehälter und
    • – mit einem oder mehreren nachgeschalteten Aktivkohlefiltern mit 0,5 μ Filterfeinheit, wobei die Anode der Elektrolyseeinheit rohrförmig ausgebildet ist und von innen mit der Salzsole des Vorratsbehälter gespeist wird.
  • Hierbei handelt es sich um eine einfache Vorrichtung, um bakteriologisch und chemisch verunreinigtes Wasser sicher und ohne Einsatz von Chemikalien zu desinfizieren und weitgehend durch Filtration und Adsorption zu entgiften. Diese Vorrichtung sorgt in ländlichen Gebieten oder in Gebieten mit einer unzureichend gesicherten Wasserversorgung in Bezug auf bakteriologisch verseuchtes Wasser und Belastung durch chemische Verunreinigungen, verursacht durch hohe Umweltbelastungen für hygienisch und chemisch unbedenkliches Trinkwasser in Privathaushalten.
  • Das Verfahren zur Erzeugung von Natriumhypochlorit (NaClO) aus Kochsalz per Elektrolyse wird hier nicht näher aufgeführt, da es hinlänglich bekannt ist.
  • Es ist eine preiswerte, robuste und leicht zu installierende Apparatur, die eine breite Bevölkerungsschicht in ländlichen Gebieten und Entwicklungsländern vor Seuchen, die über das Wasser übertragen werden und vor hoher Schadstoffbelastung (Umweltgifte) schützt. Hierbei wurde neben der Desinfektion des Rohwassers mit gesicherter Einwirkzeit eine entsprechende Filtration nachgeschaltet.
  • Relativ niedrige Beschaffungskosten, einfachste Bedienung und Wartungsfreiheit tragen wesentlich dazu bei, Menschen vor Ort vor Seuchengefahren und verunreinigtem Wasser zu schützen.
  • Die Erfindung wird im Weiteren anhand der Figur näher erläutert.
  • Bei der Erfindung handelt es sich nach Figur 1.0 um einen Schaltschrank aus Edelstahl oder Kunststoff mit integriertem 5 A DC Schaltnetzteil mit integriertem analogen Amperemeter 1.2 und einem integriertem analogen Voltmeter 1.3 sowie einer monopolaren Elektrolysezelle 2.0 mit Anode 2.1 und Kathode 2.2. Diese Elektrolysezelle 2.0 ist umgeben von einem starken Ring-Permanentmagneten 2.3. Dieser bewirkt eine positive Beeinflussung des elektrischen Feldes, welches bei der Elektrolyse von NaClO + H2 in der monopolaren Elektrolysezelle 2.0 bei Anlegen einer Gleichspannung entsteht. Hierbei entsteht durch magnetische Kraft des starken Ring-Permanentmagneten 2.3 eine Wechselwirkung auf die Teilchen der Wasserstoffatome, die eigene schwache Magnetfelder besitzen. Dadurch erhöht sich die Eigendrehung der Elektronen (Spin) und es kommt dadurch zu einer gewollten heftigeren und schnelleren Reaktion zwischen den bei der Elektrolyse vorliegenden Na- und den Cl-Atomen, die sich dadurch schlagartig zu NaClO verbinden, wie aus nachstehendem Prozessablauf ersichtlich: Beim Lösen von Kochsalz (NaCl) in Wasser (H2O) verliert das Natriumatom (Na), ein Elektron (e–) an das Chloratom (Cl).
    Das Natrium-Atom (Na) hat nun eine positive Ladung Das Chlor-Atom (Cl) hat nun eine negative Ladung.
    Na – e– = Na+ Cl + e– = Cl–
    Na+ und Cl– sind Ionen. Ionen besitzen eine elektrische Ladung.
    Wird nun über 2 Elektroden eine elektrische Gleichspannung in die Salzlösung (H2O + NaCl) eingeführt, so werden die
    Na+ Ionen zur negativen Elektrode (Kathode) Cl– Ionen zur positiven Elektrode (Anode)
    gezogen.
    Die Kathode gibt dem Na+ Ion das verlorene Elektron zurück. Na+ + e– = Na Die Anode entreißt dem Cl– das mitgenommene Elektron. Cl– – e– = Cl
    Aus Ionen sind Atome geworden. Diese Atome reagieren mit der Umgebung, dem Wasser.
    Na + H2O = NaOH + H Cl + H2O = HClO + H
    H ist Wasserstoff. Dieses Gas erzeugt eine große Turbulenz in der Elektrolysezelle.
    Die Natronlauge (NaOH) und die unterchlorige Säure (HClO) werden gemischt und es entsteht
    NaOH + HClO = NaClO + H2O NaClO = Natriumhypochlorit.
  • Über eine Membran-Dosier-Pumpe 4.0 und einem integriertem Salz-Vorratsbehälter 4.2 und einem Fuß-Ansaugfilter 4.3 wird gelöste Salzsole (NaCl) in die Elektrolysezelle 2.0 gefördert und wird als Novum direkt in das als Anode 2.1 ausgebildete Innenrohr gefördert. Diese Anode 2.1 hat 3 Austrittsöffnungen 2.1.1, aus der die Salzlösung in die eigentliche Elektrolysekammer zwischen Innenrohr Kathode 2.2 und Außenrohr der Anode 2.1 gelangt. In einer Rohrbrücke 3.0 ist ein Impuls-Kontakt-Wasserzähler 3.1 integriert, der eine einstellbare definierte Menge der Kochsalzlösung in die Elektrolysezelle 2.0 fördert, indem sie die einstellbaren Pumpenimpulse über die Impuls Signalleitung 4.1 an die Membran-Dosier-Pumpe 4.0 sendet. Des Weiteren ist ein statischer Mischer 3.2, ein Rückschlagventil 3.2.1, ein Injektions-Rückschlagventil 3.5 sowie entsprechende Rohrverschraubungen 3.4 mit Außengewinde 1 Zoll und Überwurfmuttern mit 1 Zoll Innengewinde in der Rohrbrücke 3.0 integriert.
  • Im Schaltschrank 1.0 befindet sich ein Hauptschalter, 1.4.1, eine Kontroll-Leuchte 1.5, Vor- und Nachsicherungen 1.4.2 und Strombegrenzer sowie ein integriertes, fest eingebautes analoges Amperemeter 1.2 und ein integriertes, fest eingebautes analoges Voltmeter 1.3. Diese ermöglichen die Einstellung der erforderlichen Leistung (NaClO/h) in Abhängigkeit von der Wasserqualität und die Kontrolle sowie Überwachung der Vorrichtung. Des Weiteren ein einstellbarer Spannungsregler 1.4, ein geregeltes elektronisches Netzteil als Option mit einem integriertem Wechsler der nach einer fest eingestellten Zeit t1 und einer ebenfalls fest eingestellten Zeitspanne t2 die Polarität an den Elektroden 2.1/2.2 vertauscht, um zu verhindern, dass sich Calcium-Ionen an der Kathode ablagern und so zu einer Verkalkung der Elektrolysezelle 2.0 führen. Dieser positive Effekt wird, wie vor beschrieben, begünstigt durch den Einsatz eines außen an der Elektrolysezelle angebrachten starken Ring-Permanentmagneten 2.3.
  • Über das 6.5–9,5 V AC/DC einstellbare Netzteil wird die Kochsalz-Elektrolysezelle 2.0 mit dem erforderlichen Energiepotential versorgt. Aus den abgelesen Strom- und Spannungswerten errechnet sich die Leistung N in Watt (N = U × I). Daraus ist der Äquivalentwert für Natriumhypochlorit (I = Cl/h) berechen- und ablesbar. Die erzeugte Menge an Natriumhypochlorit (NaClO) wird durch den eigenen Pumpendruck durch die Elektrolysezelle 2.0 über das Injektions-Rückschlagventil 3.5 und über die Rohrbrücke 3.0 direkt in die Hauptwasserleitung injiziert, nachdem es mittels des statischen Mischers 3.2 im Wasserstrom gut verteilt wird. NaClO ist das erwünschte Produkt zur Desinfektion von biologisch verunreinigtem Wasser, wobei der Anteil an atomarem Sauerstoff (0) im status nascendi, höchste Oxidationskraft aufweist.
  • Durch das Vorliegen von atomarem Sauerstoff (0) einerseits, als auch einer schwachen Konzentration von freiem Chlor (Cl) ist eine wirkungsvolle Desinfektion gewährleistet.
  • Zumindest ein nachgeschalteter Aktiv-Kohlefilter 5.0 absorbiert überschüssiges Chlor, unangenehme Gerüche, geschmackliche Beeinträchtigungen und zu 99,9% der hauptsächlich im normalen Rohwasser vorkommenden Giftstoffe. Das Ergebnis ist an allen üblichen Entnahmestellen im Haushalt einwandfreies Trinkwasser, welches den Standards der WHO und der Deutschen Trinkwasser-Verordnung (TVO) entspricht.
    • 1.0
    Schaltschrank
    1.2
    Amperemeter
    1.3
    Voltmeter
    1.4
    Spannungsregler
    1.4.1
    Hauptschalter
    1.4.2
    Vor- und Nachsicherung
    1.5
    Kontroll-Leuchte
    2.0
    Elektrolysezelle
    2.1
    Anode
    2.1.1
    Austrittsöffnung
    2.2
    Kathode
    2.3
    Ring-Permanentmagnet
    3.0
    Rohrbrücke
    3.1
    Impuls-Kontakt-Wasserzahler
    3.2
    Mischer
    3.2.1
    Rückschlagventil
    3.4
    Rohrverschraubung
    3.5
    Injektions-Rückschlagventil
    4.0
    Membran-Dosier-Pumpe
    4.1
    Impuls-Signalleitung
    4.2
    Salzsole-Vorratsbehälter
    4.2.1
    Füllstandüberwachung
    4.3
    Fuß-Ansaugfilter
    4.3.1
    Rückschlagventil
    5.0
    Aktivkohle-Filter

Claims (6)

  1. Vorrichtung zur chemikalienfreien Desinfektion und Aufbereitung bakteriologisch verunreinigten Wassers, aufweisend eine steuerbare Elektrolyseeinheit (2.0), die von einem Ring-Permanent-Magneten (2.3) umschlossen wird, sowie einen Salzsole-Vorratsbehälter (4.2), der mit einer Membran-Dosier-Pumpe (4.0) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zumindest einen nachgeschalteten Aktivkohlefilter (5.0) mit 0.5 μm Porengröße aufweist, wobei die Anode (2.1) der Elektrolyseeinheit (2.0) rohrförmig ausgebildet ist und von innen von dem Salzsole-Vorratsbehälters (4.2) gespeist wird.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Rohrbrücke (3.0) in der Elektrolyseeinheit (2.0) ein Rückschlagventil (3.2.1) und einen statischen Mischer (3.2) aufweist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der Elektrolyseeinheit (2.0) ein Impuls-Kontakt-Wasserzähler (3.1) und ein Injektions-Rückschlagventil (3.2.1) vorhanden sind.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine elektronisch geregelte Umpolung (t1–t2) von Anode (2.1) und Kathode (2.2) in der Elektrolyseeinheit (2.0) erfolgt und eine Ablagerung von Kalk an der Kathode (2.2) verhindert wird.
  5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Impuls-Kontakt-Wasserzähler (3.1) über eine Signalleitung Signale an die Membran-Dosier-Pumpe (4.0) überträgt, die einer für eine durchzuführende Desinfektion erforderlichen Menge an Natriumhypochlorit entspricht.
  6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung der Elektrolyseeinheit (2.0) über einen einstellbaren Spannungsregler (1.4), ein elektronisches Netzteil und einen Strombegrenzer erfolgt.
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