DE102013003238B4

DE102013003238B4 - Vorrichtung zur Desinfektion bakteriologisch verunreinigten Wassers

Info

Publication number: DE102013003238B4
Application number: DE201310003238
Authority: DE
Inventors: Patentinhaber gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-02-27
Filing date: 2013-02-27
Publication date: 2015-03-05
Anticipated expiration: 2033-02-28
Also published as: DE102013003238A1

Abstract

Pumpenlose Vorrichtung zur Desinfektion bakteriologisch verunreinigten Wassers, umfassend – eine Hauptleitung (3.0) mit endseitigen Anschlüssen (4.0, 4.1), einem Drosselventil (1.1) und einer Venturidüse (3.1), – eine Nebenleitung mit einem ersten Magnetventil (2.0), einem Salzlösebehälter (1.4), einer Leitfähigkeitsmesszelle (1.3) und einem Reaktionsbehälter (1.2) mit einer regelbaren Elektrolysezelle (1.2.1), – einen Bypass mit einem zweiten Magnetventil (2.1) – und eine Regeleinheit (1.0) mit Mikroprozessor, wobei der Reaktionsbehälter (1.2) stromabwärts des Salzlösebehälters (1.4) angeordnet ist, wobei die Nebenleitung beidenends mit der Hauptleitung (3.0) verbunden ist und das stromabwärtige Ende der Nebenleitung in die Venturidüse (3.1) mündet, wobei der Bypass einenends stromaufwärts des Salzlösebehälters (1.4) und anderenends stromabwärts des Salzlösebehälters (1.4) und stromaufwärts des Reaktionsbehälters (1.2) mit der Nebenleitung verbunden ist, wobei das erste Magnetventil (2.0) zwischen den beiden Enden des Bypass in der Nebenleitung angeordnet ist, und wobei das erste Magnetventil (2.0), das zweite Magnetventil (2.1) und die Elektrolysezelle (1.2.1) durch die Regeleinheit (1.0) in Abhängigkeit des mit der Leitfähigkeitsmesszelle (1.3) ermittelten Leitfähigkeitsmesswertes geregelt werden.

Description

Die Erfindung betrifft eine pumpenlose Vorrichtung zur Desinfektion bakteriologisch verunreinigten Wassers.
In sehr vielen Ländern ist das zur Verfügung gestellte Wasser für den menschlichen Verzehr nicht geeignet und kann auch in abgekochter Form nur eingeschränkt verwendet werden. Zur Aufbereitung des Wassers fehlt es in den meisten Fällen an den notwendigen Geldmitteln, oder es werden kompliziert aufgebaute Vorrichtungen verwendet, die zwar den gewünschten Erfolg bringen, jedoch aufgrund der erforderlichen Wartungsarbeiten sehr häufig nur eine begrenzte Lebensdauer aufweisen.
Vorrichtungen, um bakteriologisch verunreinigtes Wasser zu Trinkwasser aufzubereiten, arbeiten in den meisten Fällen mit desinfizierenden Chemikalien, welche vorrätig gehalten und dem Wasser zugegeben werden, und sind nicht für kleinere Wohneinheiten geeignet.
Die DE 34 10 489 A1 offenbart eine Elektrolysevorrichtung, umfassend einen Bypass (zwischen Entnahmestelle und Dosierstelle), in dem eine Elektrolysezelle angeordnet ist, einen Salzlösebehälter, aus welchem Salzsole mittels einer Dosierpumpe in den Bypass befördert wird, und ein in dem Bypass angeordnetes Durchflussmess- und -regelgerät. Gemäß dieser Patentanmeldung wird einer Umwälzleitung an der Entnahmestelle Wasser entnommen und in den Bypass überführt. In dem Bypass fließt das Wasser durch das Durchflussmess- und -regelgerät in die Elektrolysezelle, um von dort zu der Dosierstelle zu fließen, von welcher das mit Hypochloritlösung angereicherte Wasser in die Umwälzleitung abgegeben wird. Von dem durch den Bypass fließenden Wasser wird ein Teil abgezweigt und über ein Schwimmerventil in den Salzlösebehälter überführt, sodass dieser bei dem Betrieb der Vorrichtung nicht entleert wird.
Aus der DE 29 34 583 A1 ist ein Elektrolyseapparat zur Entkeimung von Trink- und Schwimmbadwasser bekannt, welcher aus einem Behälter mit Deckel besteht, wobei innerhalb des Behälters eine Elektrolysezelle angeordnet ist. Der Deckel weist einen Einlauf und einen Auslauf auf. Über den Einlauf strömt Wasser in den Behälter und gelangt in einen von einem in dem Behälter angeordneten Zwischenboden gebildeten Bereich, von welchem das Wasser über den Auslauf wieder aus dem Behälter strömt. Unterhalb des Zwischenbodens ist eine Salzlösung angeordnet, welche über im unteren Bereich der Elektrolysezelle angeordnete Bohrungen in diese eintritt. Bei der Elektrolyse innerhalb der Elektrolysezelle entsteht stets Wasserstoffgas, welches in der Elektrolysezelle aufsteigt und dabei die in dieser erzeugte Hypochloritlösung in den Zwischenboden überführt. Der untere Teil des Behälters, in welchem sich Salztabletten befinden, wird durch eine Bohrung in dem Zwischenboden mit Wasser gefüllt, sodass dort eine Salzsole gebildet wird.
Die AT 397 956 B und die AT 392 457 B lehren die Entleerung eines Vorratsbehälters mittels eines Venturirohres, wobei die Stelle des Venturirohres mit dem geringsten Querschnitt mit dem Vorratsbehälter in Verbindung steht, welcher aufgrund des mit der höheren Strömungsgeschwindigkeit einhergehenden Unterdruckes entleert wird. In dem Vorratsbehälter ist eine Elektrolysezelle zur Erzeugung von Chlorgas aus Salzsäure angeordnet.
Die DE 198 59 814 A1 offenbart eine Vorrichtung zur Desinfektion von Wasser, umfassend eine Steuereinheit, diverse Messpunkte, eine Elektrolysezelle, einen Vorratsbehälter, eine Dosierpumpe, mittels welcher Salzsole in eine Elektrolysezelle befördert wird, und eine Pumpe, mittels welcher Wasser aus einer Zirkulationsleitung abgezweigt und der Elektrolysezelle zugeführt wird.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung zur Desinfektion von Wasser zur Verfügung zu stellen, welche klein und kompakt ist, ohne eigene Pumpe arbeitet und sich dazu eignet, auch in einer Wohnung in das bestehende Leitungsnetz integriert zu werden, sodass Trinkwasser zur Verfügung gestellt werden kann.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die pumpenlose Vorrichtung umfasst

– eine Hauptleitung mit endseitigen Anschlüssen, einem Drosselventil und einer Venturidüse,
– eine Nebenleitung mit einem ersten Magnetventil, einem Salzlösebehälter, einer Leitfähigkeitsmesszelle und einem Reaktionsbehälter mit einer regelbaren Elektrolysezelle,
– einen Bypass mit einem zweiten Magnetventil
– und eine Regeleinheit mit Mikroprozessor, wobei der Reaktionsbehälter stromabwärts des Salzlösebehälters angeordnet ist, wobei die Nebenleitung beidenends mit der Hauptleitung verbunden ist und das stromabwärtige Ende der Nebenleitung in die Venturidüse mündet, wobei der Bypass einenends stromaufwärts des Salzlösebehälters und anderenends stromabwärts des Salzlösebehälters und stromaufwärts des Reaktionsbehälters mit der Nebenleitung verbunden ist, wobei das erste Magnetventil zwischen den beiden Enden des Bypass in der Nebenleitung angeordnet ist, und wobei das erste Magnetventil, das zweite Magnetventil und die Elektrolysezelle durch die Regeleinheit in Abhängigkeit des mit der Leitfähigkeitsmesszelle ermittelten Leitfähigkeitsmesswertes geregelt werden.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus dem Unteranspruch 2 sowie den Verwendungsansprüchen 3 bis 5.
Um eine Desinfektion und Aufbereitung bakteriologisch verunreinigten Wassers zu ermöglichen, wird erfindungsgemäß eine Vorrichtung vorgeschlagen, die aus wenigen kostengünstigen Bauteilen aufgebaut werden kann und eine Injektion von Natriumhypochlorit mittels einer Venturidüse bewirkt statt mit einer Dosierpumpe. Hierdurch können erhebliche Kosten eingespart werden, sodass die Vorrichtung auch in Entwicklungsgebieten eingesetzt werden kann. Durch die Erfindung wird die Möglichkeit geschaffen, auch in diesen Bereichen autark sowie dezentral eine bakteriologische Aufbereitung des Wassers vorzunehmen, wobei die Vorrichtung hauptsächlich für den Einsatz in Ländern entwickelt wurde, in denen das Wasser aus den Leitungen nicht für den menschlichen Verzehr geeignet ist. Mithilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird die Möglichkeit geschaffen, eine Aufbereitung des in den Leitungen zur Verfügung gestellten Wassers vorzunehmen, um dieses genießbar zu machen.
Die Vorrichtung besteht aus einem kleinen Salzlösebehälter, der in einer Nebenleitung zu der Hauptleitung der Vorrichtung angeordnet ist und dem ein Schmutzfilter vorgeschaltet sein kann. Der Vorteil der Erfindung ist der, dass der Durchfluss durch die Nebenleitung und somit die Salzauflösung mittels eines Drosselventils und einer Unterdruckerzeugung durch eine Venturidüse ermöglicht wird. Hierdurch wird eine Dosierpumpe und ein Kontaktwassermesser zur proportionalen Einstellung einer Dosierpumpe überflüssig. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass durch diese Salz-Sole-Zufuhr zu einer nachgeschalteten Elektrolysezelle keine Geräuschbelästigung, die zum Beispiel durch die Stöße einer Membrandosierpumpe erfolgt, erzeugt wird.
Aufbereitet wird das Wasser durch die erfindungsgemäße Vorrichtung, wobei die benötigte niedrige Salzkonzentration durch eine Leitfähigkeits-Messung gesteuert wird, wobei die Steuerung über einen Mikroprozessor und zwei ansteuerbare Magnetventile erfolgt. Das zweite Magnetventil öffnet hierbei einen Bypass zur Nebenleitung, während das erste Magnetventil öffnet oder schließt. Dieser Vorgang erfolgt in Abhängigkeit der natürlichen NaCl-Konzentration in der jeweils vorhandenen, regional unterschiedlichen Trinkwasserversorgung einer Gemeinde, einer Stadt oder einer Region. Liegt die NaCl-Konzentration im Trinkwasser im Bereich von 600 μS–1200 μS, so wird durch die Ansteuerung der Magnetventile keine Salzsole in den Reaktionsbehälter befördert, denn dann wird durch den Elektrolyseprozess innerhalb des Reaktionsbehälters aufgrund des natürlichen Salzgehaltes des Wassers ausreichend Natriumhypochlorit erzeugt und in die Hauptleitung überführt. Es kann eine Umpolung der als stabförmige Elektrode und rohrförmige Elektrode ausgebildeten Elektroden der Elektrolysezelle zur Verhinderung von Kalkablagerungen an den Elektroden erfolgen. Dies kann derart geschehen, dass die Umpolung der Elektroden für eine einstellbare Zeitspanne dann erfolgt, wenn durch einen Vergleich von periodisch gemessenen Messdaten mit in der Regeleinheit gespeicherten Vergleichsdaten festgestellt wird, dass ein kontinuierlicher, voranschreitender Leistungsabfall der Elektrolysezelle einen kritischen Punkt auf einer aus den Vergleichsdaten gebildeten Leistungskurve erreicht.
Weiter kann vorgesehen sein, dass die Regeleinheit einen optischen und/oder akustischen Alarm auslöst, der auf eine Störung oder einen Salzmangel hinweist, wenn bei einer Messung der Leitfähigkeit mittels der Leitfähigkeitsmesszelle ein dauerhafter Wert von < 500 μS oder wenn bei einer Messung der Leistungsaufnahme der Elektrolysezelle mittels der Regeleinheit ein dauerhafter Wert von < 6 Watt ermittelt wird trotz eines ausreichenden Wasserdurchflusses.
Über eine exakte Erfassung der Durchflussmenge in der Hauptleitung der Vorrichtung kann die Menge der dem Reaktionsbehälter zuzuführenden NaCl-Lösung und die Menge der der Hauptleitung zuzuführenden NaClO-Lösung ermittelt werden, sofern der natürliche NaCl-Gehalt des Wassers nicht ausreicht.
Eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht zumindest aus folgenden Komponenten:

– Ein 3/4- oder 1-Zoll-Rohrstück mit Außen- oder Innengewinde zum Einbau der Hauptleitung in eine Wasserleitung
– ein Drosselventil
– ein Absperrventil
– ein Vorfilter als Schmutzfänger
– zwei Magnetventile
– ein Salzlösebehälter
– eine Leitfähigkeitsmesszelle
– eine Durchflussmesszelle
– ein Reaktionsbehälter mit einer rohrförmigen Elektrolysezelle
– eine Venturidüse
– eine Regeleinheit mit Mikroprozessor und mit einer Stromversorgung 230 V AC/12 V DC und
– eine Montageplatte, auf der alle vorstehenden Komponenten montiert sind.

Es ist eine preiswerte, robuste und leicht zu installierende Vorrichtung, die eine breite Bevölkerungsschicht in Ballungsräumen und in ländlichen Gebieten vor Seuchen, die über das getrunkene Wasser übertragen werden können, schützt.
Relativ niedrige Beschaffungskosten, einfache Bedienung und Wartungsarbeiten tragen wesentlich dazu bei, Menschen durch Eigeninitiative im eigenen Wohnbereich vor Seuchengefahren zu schützen.
Hierbei handelt es sich um eine einfache und kostengünstige Vorrichtung, um bakteriologisch verunreinigtes Wasser sicher zu desinfizieren. Diese Vorrichtung kann in Gemeinden, Städten und Regionen mit unzureichend sicherer Wasserqualität in Bezug auf Keimfreiheit für hygienisch unbedenkliches Trinkwasser sorgen.
Das Verfahren zur Erzeugung von Natriumhypochlorit (NaClO) aus Kochsalz (NaCl) wird hier nicht näher ausgeführt, da es hinlänglich bekannt ist.
Die Erfindung wird im Weiteren anhand einer Figur näher erläutert.
1 zeigt eine Regeleinheit 1.0 mit integrierter Stromversorgung in einem Schaltgehäuse (Schutzart IP 64), einem integrierten Mikroprozessor und einem berührungssensitiven LCD-Bildschirm sowie einen in einer Nebenleitung angeordneten Reaktionsbehälter 1.2 mit einer rohrförmigen Elektrolysezelle 1.2.1 mit Elektroden, von denen eine eine spezielle Beschichtung mit einer Sperrschicht aufweist, sodass eine regelmäßige Umpolung erfolgen kann. Die Regeleinheit 1.0 umfasst ferner eine Software, mittels welcher auch eine Verhinderung von Kalkablagerungen an den Elektroden der Elektrolysezelle durch eine Umpolung der Elektroden bewirkt werden kann. Eine Durchflussmesszelle 3.2 misst den Volumenstrom des Wassers und übermittelt diesen Wert an die Regeleinheit 1.0. Eine Leitfähigkeitsmesszelle 1.3 misst die Salzkonzentration und leitet diesen Wert ebenfalls an die Regeleinheit 1.0 weiter. Aus einem Salzlösebehälter 1.4, welcher Salztabletten 1.4.1 aufnimmt, wird dem Reaktionsbehälter 1.2 nur dann NaCl zugeführt, wenn im Wasser nicht genügend NaCl vorliegt, wobei zwei Magnetventile 2.0 und 2.1 durch die Regeleinheit 1.0 entsprechend angesteuert werden. Die Hauptleitung beinhaltet ein Drosselventil 1.1, eine Venturidüse 3.1 und die Übergänge zu einer Wasserleitung in Form einer Rohrverschraubung 4.0 (Eingang) und einer Rohrverschraubung 4.1 (Ausgang). In der Nebenleitung sind ein Rückschlagventil 1.5 und ein Filter 1.7 angeordnet. Ein in der Nebenleitung angeordnetes Ventil 1.6 dient der Absperrung bei Salznachfüllung in den Salzlösebehälter 1.4. Die Venturidüse 3.1 sorgt für den erforderlichen Unterdruck im Reaktionsbehälter 1.2, um einen Durchfluss durch die Nebenleitung zu gewährleisten, wobei die Nebenleitung einenends in die Venturidüse 3.1 mündet.
Bezugszeichenliste

1.0: Regeleinheit mit Mikroprozessor und integrierter Stromversorgung
1.1: Drosselventil
1.2: Reaktionsbehälter
1.2.1: Elektrolysezelle
1.3: Leitfähigkeitsmesszelle
1.4: Salzlösebehälter
1.4.1: Salztabletten
1.5: Rückschlagventil
1.6: Absperrventil
1.7: Filter
2.0: erstes Magnetventil
2.1: zweites Magnetventil
3.0: Hauptleitung
3.1: Venturidüse
3.2: Durchflussmesszelle
4.0: Rohrverschraubung (Eingang)
4.1: Rohrverschraubung (Ausgang)

Claims

Pumpenlose Vorrichtung zur Desinfektion bakteriologisch verunreinigten Wassers, umfassend – eine Hauptleitung (3.0) mit endseitigen Anschlüssen (4.0, 4.1), einem Drosselventil (1.1) und einer Venturidüse (3.1), – eine Nebenleitung mit einem ersten Magnetventil (2.0), einem Salzlösebehälter (1.4), einer Leitfähigkeitsmesszelle (1.3) und einem Reaktionsbehälter (1.2) mit einer regelbaren Elektrolysezelle (1.2.1), – einen Bypass mit einem zweiten Magnetventil (2.1) – und eine Regeleinheit (1.0) mit Mikroprozessor, wobei der Reaktionsbehälter (1.2) stromabwärts des Salzlösebehälters (1.4) angeordnet ist, wobei die Nebenleitung beidenends mit der Hauptleitung (3.0) verbunden ist und das stromabwärtige Ende der Nebenleitung in die Venturidüse (3.1) mündet, wobei der Bypass einenends stromaufwärts des Salzlösebehälters (1.4) und anderenends stromabwärts des Salzlösebehälters (1.4) und stromaufwärts des Reaktionsbehälters (1.2) mit der Nebenleitung verbunden ist, wobei das erste Magnetventil (2.0) zwischen den beiden Enden des Bypass in der Nebenleitung angeordnet ist, und wobei das erste Magnetventil (2.0), das zweite Magnetventil (2.1) und die Elektrolysezelle (1.2.1) durch die Regeleinheit (1.0) in Abhängigkeit des mit der Leitfähigkeitsmesszelle (1.3) ermittelten Leitfähigkeitsmesswertes geregelt werden.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei in der Hauptleitung (3.0) eine Durchflussmesszelle (3.2) angeordnet ist, die mit der Regeleinheit (1.0) elektrisch verbunden ist.
Verwendung der pumpenlosen Vorrichtung zur Desinfektion bakteriologisch verunreinigten Wassers nach Anspruch 1 oder 2, wobei eine elektronisch geregelte Umpolung der Elektroden der Elektrolysezelle (1.2.1), bestehend aus einer stabförmigen Elektrode und einer rohrförmigen Elektrode, erfolgt.
Verwendung der pumpenlosen Vorrichtung zur Desinfektion bakteriologisch verunreinigten Wassers nach Anspruch 3, wobei die Umpolung der Elektroden für eine einstellbare Zeitspanne dann erfolgt, wenn durch einen Vergleich von periodisch gemessenen Messdaten und in der Regeleinheit (1.0) gespeicherten Vergleichsdaten festgestellt wird, dass ein kontinuierlicher, voranschreitender Leistungsabfall der Elektrolysezelle (1.2.1) einen kritischen Punkt auf einer aus den Vergleichsdaten gebildeten Leistungskurve erreicht.
Verwendung der pumpenlosen Vorrichtung zur Desinfektion bakteriologisch verunreinigten Wassers nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Regeleinheit (1.0) einen optischen und/oder akustischen Alarm auslöst, der auf eine Störung oder einen Salzmangel hinweist, wenn bei einer Messung der Leitfähigkeit mittels der Leitfähigkeitsmesszelle (1.3) ein dauerhafter Wert von < 500 μS oder wenn bei einer Messung der Leistungsaufnahme der Elektrolysezelle (1.2.1) mittels der Regeleinheit (1.0) ein dauerhafter Wert von < 6 W ermittelt wird trotz eines ausreichenden Wasserdurchflusses.