DE102015109119A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Entsalzung von Meerwasser durch Vakuumdestillation - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren für die Entsalzung von Meerwasser mit Hilfe der Vakuumdestillation. Besonders vorteilhaft ist die Verwendung der Vorrichtung und des Verfahrens in Regionen, in denen zeitweise, oftmals oder ständig ein Mangel an Trinkwasser herrscht.

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren für die Entsalzung von Meerwasser mit Hilfe der Vakuumdestillation. Besonders vorteilhaft ist die Verwendung der Vorrichtung und des Verfahrens in Regionen, in denen zeitweise, oftmals oder ständig ein Mangel an Trinkwasser herrscht.
• Derzeit leben über siebeneinhalb Milliarden Menschen auf der Erde, wobei ihre Zahl weiter steigt. Jeder Mensch benötigt täglich mindestens eineinhalb Liter sauberes Wasser zum Trinken. Schon heute führt dies in vielen Gebieten rund um den Globus zu Herausforderungen. Auch die Landwirtschaft und die Industrie verbrauchen Wasser, wobei deren Verbrauch den Verbrauch für Trinkwasser bei Weitem übersteigt. Die Nutzung von Süßwasserquellen für landwirtschaftliche Projekte kann zudem verheerende ökologische Folgen haben. Immer tiefere Brunnen zu graben ist nicht sinnvoll, da dadurch die Grundwasserpegel gesenkt werden und daraus Schäden für Vegetation und Klima resultieren. Des Weiteren wird aufgrund dieser Vorgehensweise den Menschen auch die Möglichkeit genommen, ihren eigenen Trinkwasserbrunnen (weiter) zu betreiben.
• Das einzige Wasser, welches es geradezu im Überfluss auf der Erde gibt, ist das Wasser der Ozeane, welches ebenfalls als Meerwasser bezeichnet wird. 70 Prozent der Erdoberfläche sind von Meerwasser bedeckt, wobei die Weltmeere abseits der Kontinentalsockel mehrere Kilometer tief sind. Der Salzgehalt des Meerwassers ist jedoch zu hoch, um es als Trinkwasser zu nutzen, so dass dieses zuvor entsalzt werden muss. Zwar sind zahlreiche Verfahren bekannt, mit deren Hilfe Meerwasser entsalzt werden kann. Die bisher eingesetzten Verfahren galten allerdings als (zu) teuer und energieintensiv.
• Die Aufgabe der Erfindung ist daher, das Verfahren der Meerwasserentsalzung wesentlich zu vereinfachen und zugleich den dafür notwendigen Energieaufwand erheblich zu reduzieren.
• Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Grundüberlegung gelöst, dass eine vollständige Entsalzung, welche unabhängig vom jeweiligen Salzgehalt ist, nur mittels Destillation möglich ist und eine Destillation immer die Bildung einer gasförmigen Phase (Verdampfung) des zu destillierenden Stoffes voraussetzt. Eine Verdampfung ist mit geringer Temperaturerhöhung möglich, wenn der atmosphärische Luftdruck abgesenkt wird, also ein (Teil-)Vakuum gebildet wird.
• Die Besonderheit der erfindungsgemäß dargestellten Vakuumdestillationsanlage ist, dass diese aufgrund ihrer besonderen Konstruktion die kontinuierliche oder intermittierende Zufuhr von Salzwasser, die kontinuierliche oder intermittierende Entnahme von Trinkwasser und schließlich die kontinuierliche oder intermittierende Rückführung von Salzlake, welche ein konzentriertes Salzwasser aus dem Prozess darstellt, ermöglicht. Eine derartige Anlage ist in der Planung und Errichtung, im Betrieb und in der Unterhaltung einfach und problemlos und erzeugt ihrerseits keinerlei Umweltprobleme. Der nötige Energiebedarf kann lokal mittels Solarkollektoren bzw. Photovoltaik gedeckt werden.
• Die bei der Meerwasserentsalzung zurückbleibende Salzlake kann entweder ins Meer zurückgegeben werden oder in sog. Salzgärten zur Gewinnung von kristallinem Meersalz genutzt werden. Die Verwendung von Salzlake anstelle von Meerwasser würde den Ertrag der Salzgärten zudem steigern – also letztlich auch zum Wohlstand beitragen.
• Mit der hier beschriebenen Anlage können zentral oder dezentral Menschen mit hygienisch einwandfreiem Trinkwasser versorgt werden. Der dafür notwendige Energieaufwand ist dank der Vakuumdestillation gering und kann lokal mit Solarenergie gedeckt werden. Es sind keine neuen Tiefbrunnen erforderlich. Vegetation und Klima werden geschont, vielleicht sogar Kriege vermieden.
• Für die Herstellung einer solchen Anlage ist insbesondere V4A Edelstahl zur Verwendung für die Komponenten der Ablass- und Absperrventile, des Anschlusses für eine Vakuumpumpe, der Zylinderrohre sowie weiterer derartiger Komponenten hervorragend geeignet, da Edelstahl einerseits die für die Handhabung von Salzwasser notwendige Korrosionsbeständigkeit aufweist und andererseits die für die Gewinnung und vorübergehende Bevorratung von Trinkwasser notwendige hygienische Qualität hat. Ferner zeichnet sich Edelstahl durch eine hohe Temperaturbeständigkeit und Formstabilität aus und ist ferner unzerbrechlich als auch wiederverwendbar.
• Die Ausgestaltungen der Erfindung entsprechen den abhängigen Ansprüchen. In einer Ausgestaltung ist vorgesehen, die beschriebene Vorrichtung aus Glaselementen als Demonstrationsanlage im Labormaßstab herzustellen.
• Weitere Ausgestaltungen der Erfindung betreffen die Verwendung unterschiedlicher Materialien, insbesondere V4A Edelstahl.
• Weitere Ausgestaltungen der Erfindung betreffen die Verwendung unterschiedlicher Wärmequellen zur Erzeugung der Dampfphase.
• Weitere Ausgestaltungen der Erfindung betreffen die Verwendung unterschiedlicher Kühlerbauarten.
• Weitere Ausgestaltungen der Erfindung betreffen die Verwendung unterschiedlicher Zubehörteile der Mess- und Regeltechnik, insbesondere für den Einsatz als vollautomatisch arbeitende stationäre Großanlage.
• Weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein entsprechendes Verfahren zur Entsalzung von Meerwasser mit Hilfe der Vakuumdestillation mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
• Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden nachfolgend anhand des in der Figur der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels der Erfindung näher erläutert. Dabei zeigt:
• 1 eine schematische Frontansicht der Gesamtanordnung.
• Vorteile der Erfindung sind insbesondere: Unabhängigkeit von Umgebungsbedingungen (Temperatur, Tageszeit, Klima), Herstellbarkeit in nahezu jedem Größenmaßstab herstellbar, von der tragbaren Kleinstanlage über mobile Systeme auf LKW (etwa zum Einsatz in Krisengebieten) bis zur stationären Großanlage zur Versorgung von ganzen Stadtteilen, Ungefährlichkeit, Energieeffizienz und Klimaschonung.
• Bezugszeichenliste

1

Wärmequelle

2

geschlossenes Siedegefäß mit Zu- und Abgängen

3

Salzwasser (Meerwasser)

4

Zulauf Salzwasser

5

Absperrventil

6

Anschluss für Vakuumpumpe

7

Absperrventil

8

Steigrohr für den Wasserdampf

9

Kühlergefäß

10

Spiralrohr für die Kondensatbildung

11

Überlauf Kühlwasser

12

Zulauf Kühlwasser

13

U-Rohr mit 10 m Wassersäule (entsalztes Wasser), einseitig offen

14

U-Rohr mit 10 m Wassersäule (Salzlake), einseitig offen

15

Ablassventil für entsalztes Wasser

16

Ablassventil für Salzlake

17

(teil-)vakuumiertes Zylinderrohr

18

(teil-)vakuumiertes Zylinderrohr

19

entsalztes Wasser mit freiem Wasserspiegel

20

Salzlake mit freiem Spiegel

Claims (6)

1. Vorrichtung zur Entsalzung von Meerwasser umfassend ein geschlossenes Siedegefäß (2), ein mit dem geschlossenen Siedegefäß (2) verbundenes (teil-)vakuumiertes Zylinderrohr (18) zur Aufnahme einer Salzlake (20), und ein mit dem geschlossenen Siedegefäß (2) verbundenes (teil-)vakuumiertes Zylinderrohr (17) zum Auffangen von entsalztem Wasser (19), wobei das Siedegefäß (2) mittels einer Wärmequelle (1) beheizbar ist, dadurch die in das Siedegefäß (2) eingebrachte Salzlake (2) mit Hilfe der Wärmequelle (1) und dem Kühlergefäß (9) destillierbar ist und über ein Steigrohr (8) in Form von Wasserdampf in das Zylinderrohr (17) transferierbar ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Material für die verwendeten Bestandteile der Vorrichtung ein V4A Edelstahl vorgesehen ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass verschiedene Wärmequellen zur Erzeugung der Dampfphase vorgesehen sind.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass unterschiedliche Kühlerbauarten für ein Kühlergefäß (9) vorgesehen sind.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass unterschiedliche Zubehörteile der Mess- und Regeltechnik, insbesondere für den Einsatz als vollautomatisch arbeitende stationäre Großanlage, vorgesehen sind.
6. Verfahren zur Entsalzung von Meerwasser mit Hilfe der Vakuumdestillation mittels einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5.

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