DE102016014435B4

DE102016014435B4 - Vorrichtung und Verfahren zur Aufbereitung von Trinkwasser

Info

Publication number: DE102016014435B4
Application number: DE102016014435.1A
Authority: DE
Inventors: Patentinhaber gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2016-08-30
Filing date: 2016-12-01
Publication date: 2018-11-15
Anticipated expiration: 2036-12-02
Also published as: DE102016015786A1; DE102016014435A1; DE202016005212U1; DE102016015786B4

Abstract

Vorrichtung zur Aufbereitung von Trinkwasser für Tankwagen oder Vorratsbehälter, insbesondere für Länder mit einer intensiven Sonneneinstrahlung, umfassend einen stationären oder mobilen Trinkwassertank (1), zumindest eine Elektrolysezelle (5), einen NaCI-Vorratsbehälter in Form eines Soletanks (2), eine autarke Energieversorgungseinheit, welche durch zumindest ein Solarmodul (37) die Vorrichtung mit Energie versorgt, und ein Wasseraufbereitungssystem, welches über eine Steuereinheit die Auswertung der Signale von Messsonden vornimmt, wobei in dem stationären oder mobilen Trinkwassertank (1) zumindest eine Leitfähigkeitssonde (6), zumindest eine pH-Sonde (22), welche zur Neutralisierung des pH-Wertes des zu behandelnden Wassers mit einer pH-Dosierstation (25) verbunden ist, zumindest eine Redox-Sonde (13), zumindest eine Umwälzpumpe (4) und die zumindest eine Elektrolysezelle (5) vorhanden sind, wobei die Steuereinheit die zumindest eine Umwälzpumpe (4) sowie die Elektrolysezelle (5) aktiviert, um die Aufbereitung des Trinkwassers zu steuern.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Aufbereitung von Trinkwasser für Tankwagen oder Vorratsbehälter, insbesondere für Länder mit einer intensiven Sonneneinstrahlung, sowie ein Verfahren zur Trinkwasseraufbereitung.
Bestimmte Gruppen von Infektionskrankheiten werden durch unzureichend gereinigtes Wasser verbreitet. Das mit krankheitserregenden Keimen, Bakterien und Mikroorganismen kontaminierte Trinkwasser kann nicht durch eine normale Filtertechnik gereinigt werden. Ein mobiler Weg, das kontaminierte Trinkwasser zu reinigen, ist durch elektrochemische beziehungsweise elektrolytische Entkeimung. Durch elektrische Spannung zwischen Elektroden, die leitfähig und korrosionsbeständig sein müssen, bilden sich Chlorverbindungen, die krankheitserregende Keime, Bakterien und Mikroorganismen abtöten.
Ein Nachteil dieses Entkeimungsverfahrens ist, dass eine geeignete Entkeimungsmethode nur dann möglich ist, wenn elektrische Energie zur Verfügung steht. In manchen Ländern, in denen der Zugang zu Strom eingeschränkt ist, aber die Entkeimung und Aufbereitung des Trinkwassers lebenswichtig ist, kann eine Elektrolyse als Entkeimungsmethode nicht eingesetzt werden.
Aus der EP 0 803 476 A1 ist ein transportierbares Nottrinkwasser-Aufbereitungsgerät bekannt, welches über eine in einem Gehäuse intergrierte Elektrolysezelle das Wasser desinfiziert und entkeimt. Ferner weist das Nottrinkwasser-Aufbereitungsgerät zwei Aktivkohlefilter auf. Zur weiteren Verbesserung der Wasserqualität ist ein Ionenaustauscher vorgesehen, welcher zur Teilentsalzung im Bypass nachgeschaltet realisiert wird. Die Stromversorgung erfolgt über Solarpaneele.
Aus der DE 102 25 834 B4 ist eine Vorrichtung zur Reinigung von Brunnen- und Oberflächenwasser bekannt, welche tragbar ausgebildet ist. Die Vorrichtung weist einen Behälter mit einem variablen Volumen zwischen 15 und 20 Liter auf. Im Behälter sind die nötigen Komponenten zur Desinfizierung und Filtrierung integriert, und zwar eine Elektrolysezelle zur Desinfizierung, ein Aktivkohlefilter zur Vorreinigung des Wassers von groben Verschmutzungen, eine Handkolbenpumpe zum Pumpen des behandelten Trinkwassers aus dem Behälter und einen Block-Aktivkohlefilter zur Endreinigung des Wassers vor dem Gebrauch.
In Gebieten mit großen saisonalen Klimadifferenzen und Wasserknappheit besitzt daher die Wassergewinnung große Bedeutung. Eine Desinfektion, Entkeimung und Aufbereitung des Wassers, zum Beispiel aus der Luft kondensiertes Wasser wie auch Oberflächen-, Quell- oder Brunnenwasser, ist daher von großem Interesse. Soweit Energie zur Verfügung steht, kann eine elektrochemische beziehungsweise elektrolytische Entkeimungsmethode zur Entkeimung und Aufbereitung des Trinkwassers erfolgen.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine nachträglich montierbare Vorrichtung zur dauerhaften Konservierung und Keimfreihaltung von Trinkwasser bereitzustellen und ein entsprechendes Verfahren aufzuzeigen.
Die Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Durch eine autarke Energieversorgung kann in den Ländern mit beschränktem Zugang zu Strom eine elektrochemische beziehungsweise elektrolytische Entkeimung und Aufbereitung des Trinkwassers erfolgen, wobei insbesondere durch die Verwendung von erneuerbaren Energien eine Unabhängigkeit von einer externen Energieversorgung von großer Bedeutung ist.
Vorteilhaft kann die Vorrichtung zur Aufbereitung von Trinkwasser mit dem öffentlichen Wassernetz verbunden werden oder bei Vorhandensein eines Brunnes aufgesetzt werden. Alternativ kann die Vorrichtung für die Aufbereitung des Trinkwassers während längerer Fahrtstrecken auf einem Tankwagen aufgesetzt werden. Das aufzubereitende Trinkwasser wird über ein Absperrventil aus dem öffentlichen Wassernetz, einem Tankwagen oder Brunnen mithilfe zumindest einer Druckerhöhungspumpe und zumindest einer Förderpumpe in den Wassertank gepumpt. Ebenso sind zur Entnahme des behandelten Trinkwassers zumindest ein Absperrventil, zumindest ein Rückschlagventil und/oder zumindest eine Druckererhöhungspumpe vorgesehen.
Zusätzlich zur Trinkwasserversorgung aus dem öffentlichen Trinkwassernetz, aus Tankwagen oder Brunnen eröffnet die Energieversorgungseinheit und das Wasseraufbereitungssystem die Möglichkeit, sich autark durch Nutzung von erneuerbaren Energien elektrochemische Methoden zum Entkeimen und Desinfizieren einzusetzen.
Alle Messwerte und Signale werden über einen integrierten Mikroprozessor der Steuerungseinheit über ein Datenkabel an die entsprechenden Stellglieder und Stellmotoren übermittelt. Die Steuerungseinheit ist Bestandteil des Wasseraufbereitungssystems.
Für eine autarke Trinkwasserentkeimung und -desinfizierung und um die Wasserqualität nach der TVO zu gewährleisten, müssen die pH- und Leitfähigkeit-Werte des Trinkwassers ständig erfasst beziehungsweise überwacht werden. Im Wassertank eingehängt befinden sich zumindest eine erste Elektrolysezelle zur Elektrolyse des Wassers, zumindest eine Leitfähigkeitssonde (LF-Sonde) zur Bestimmung und Überwachung des Elektrolyse-Stroms (I) in der Elektrolysezelle, zumindest eine pH-Sonde zwecks Neutralisierung des pH-Wertes des zu behandelnden Wassers, zumindest eine Redox-Sonde zur Messung des Oxidations-Reduktions-Potenzials und zumindest eine Temperatur-Sonde.
Die Leitfähigkeitssonde bestimmt über einen Messwandler und einen Mikroprozessor den Elektrolyse-Strom (I) in der Elektrolysezelle, die durch das bekannte Elektrolyse-Verfahren im Wasser gelöste NaCl in Natriumhypochlorit (NaClO) +H umwandelt.
Der dabei entstehende Wasserstoff (H) wird über ein Entgasungsventil in die freie Atmosphäre abgeleitet. Alternativ kann der dabei entstehende Wasserstoff (H) mit entsprechender Technik in einen Druckbehälter eingeleitet werden.
Die pH-Sonde, die über einen Messwandler und einen Mikroprozessor die pH-Werte erfasst, ist mit einer pH-Dosierstation verbunden, welche automatisch pH senkende Mittel (Zitronen- oder Essigsäure) zuführt, um den pH-Wert im neutralen Bereich zu halten, weil durch Ausgasen der im Trinkwasser natürlich enthaltenen Kohlensäure der pH-Wert ansteigt. Dadurch ist das Kohlensäure/Kalziumcarbonat-Gleichgewicht nicht mehr gegeben und als Folge fällt Kalziumcarbonat aus. Daher ist es wichtig, dass der pH-Wert neutral und stabil bleibt. Auch eine schwankende Wassertemperatur hat einen störenden Einfluss auf die Regelung, obwohl der Mikroprozessor versucht, die Veränderungen zu berücksichtigen beziehungsweise zu kompensieren.
Zusätzlich zu dem pH-Wert muss das Oxidations-Reduktions-Potenzial zur optimalen Wasserdesinfektion überwacht werden. Oxidations-Reduktions-Potenzial ist die Kapazität eines wässrigen Systems, Elektronen aus einer chemischen Reaktion aufzunehmen oder abzugeben und wird in mV gemessen. Da eine direkte Chlormessung als Äquivalenzwert zum erzeugten Natriumhypochlorit (NaClO) für Privatanwender zu aufwendig, zu wartungsintensiv und zu teuer ist, wird der Chlorwert, der gemäß der deutschen Trinkwasserverordnung (TVO) 0,2 mgCl/l betragen soll, äquivalent über den Redox-Wert mit dem programmierbaren Mikroprozessor rechnerisch ermittelt und auf einem integrierten Display angezeigt.
Der Trinkwassertank ist zur Energiegewinnung mit zumindest einem Solarmodul ausgestattet, welches in einer bevorzugten Ausgestaltung oberhalb oder seitlich des Trinkwassertanks angeordnet ist. Alternativ kann für eine optimale Energiegewinnung die Form der Solarmodule an den Trinkwassertank angepasst werden.
Zur Vermeidung des Wasserüberlaufs aus dem Trinkwassertank ist im oberen Bereich des Trinkwassertanks ein Anschluss für eine Ablaufleitung vorgesehen, die das überschüssige Regenwasser bei starken Niederschlägen zur Wiederverwendung oder einer anderweitigen Nutzung in einen Pufferbehälter als Zwischenspeicher einleitet.
Die Mess- und Regeltechnik befindet sich in einem geschlossenen Schaltschrank. Eine integrierte speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) mit Mikroprozessor sorgt für eine vollautomatische Wasseraufbereitung nach der TVO. Eine erforderliche Wärmepumpe zur Kondenswasser-Gewinnung ist ebenso in dem Schaltschrank untergebracht. Der Mikroprozessor kontrolliert sämtliche relevanten Betriebsdaten und schaltet die Wärmepumpe nur nachts und in regenfreier Zeit über eine definierte Temperaturdifferenz ein. Über colorimetrische Chlorwert-, pH-Wert- und Temperaturmessungen von Hand können der ermittelte Chlorwert, pH-Wert und die Temperatur mit dem jeweils gemessenen Redox-Wert verglichen und dem Mikroprozessor durch entsprechende Programmierungen zugeleitet werden.
Alternativ kann die Wasseraufbereitung durch Desinfektion individuell programmierbar in den kühleren Nachtstunden und die Energiegewinnung tagsüber bei Sonnenaufgang stattfinden. Eine entsprechend programmierbare Vorrangschaltung kann aber bei Untersuchung des Redox-Sollwertes zur Nachdesinfektion oder bei Nach-Befüllung des Trinkwassertanks den Elektrolyseprozess bis zum Erreichen des Redox-Sollwertes aktivieren.
Alternativ kann die Kühlung über die Entnahmeleitung und ein externes Kühlaggregat direkt im Wasserstrom zum Verbraucher erfolgen. In diesem Fall reguliert das externe Kühlaggregat über eine eigene Temperaturregelung die Temperatur. Die im Tank eingehängte Temperatur-Sonde regelt über den Mikroprozessor die Leistung des externen Kälteaggregats mit einer Kühlschlange.
Das schwankende Volumen im Wassertank kann durch eine Niveau-Überwachung und -Regelung durch ständiges Nachfüllen des Trinkwassertanks nachgeregelt werden.
Zur Durchmischung und gleichmäßigen Verteilung der dosierten NaCI-Lösung ist eine kleine Umwälzpumpe vorgesehen, die für größere Behälter besonders vorteilhaft ist.
In einer weiteren Ausgestaltung der Vorrichtung ist zumindest eine zweite Elektrolysezelle vorgesehen, welche zwischen dem Trinkwassertank und dem Mischbettfilter angeordnet werden kann. Die zweite Elektrolysezelle besteht aus einer flächig ausgebildeten Gitteranode, die mittig und senkrecht stehend parallel zu einer Titan-Blechkathode angeordnet ist, sodass der Regen-/Kondenswasser-Zulauf das elektrische Feld zwischen Anode und Kathode durchströmt.
Die Mess- und Regeltechnik befindet sich in einem geschlossenen Schaltschrank. Eine integrierte speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) mit Mikroprozessor sorgt für eine vollautomatische Wasseraufbereitung nach der TVO. Eine Kommunikationseinrichtung zur Fernabfrage sämtlicher Daten des Trinkwassertanks und der Energieversorgungseinheit und des Wasseraufbereitungssystems ist ebenso in dem Schaltschrank integriert.
Eine drahtlose Datenübertragung erfolgt beispielsweise via GPRS (General Packet Radio Service). Für diesen Zweck kann jede Technologie, die eine drahtlose Datenübertragung ermöglicht, verwendet werden. Als Plattform für die Central Station wird ein handelsüblichen Rechner, beispielsweise ein PC oder Industrie-PC (IPC) eingesetzt.
Die Energieversorgung kann zusätzlich über ein externes Netz und/oder über Solarpaneele und einen Puffer-Akku erfolgen, wobei ein Photovoltaik-Wechselrichter eingesetzt wird.
Zur Messung der Wasserqualität und für eine autarke Trinkwasserentkeimung und -desinfizierung müssen die pH- und Leitfähigkeitswerte des Trinkwassers ständig erfasst beziehungsweise überwacht werden. Im Wassertank eingehängt befindet sich zumindest eine erste Elektrolysezelle zur Elektrolyse des Wassers, zumindest eine Leitfähigkeitssonde (LF-Sonde) zur Bestimmung und Überwachung des Elektrolyse-Stroms (I) in der Elektrolysezelle, zumindest eine pH-Sonde, welche mit zumindest einer pH-Dosierstation zur Neutralisierung des pH-Wertes des zu behandelnden Wassers verbunden ist, und eine Redox-Sonde zur Überprüfung der Wasserqualität.
Die pH-Sonde übermittelt über einen Messwandler und einen Mikroprozessor die pH-Werte an die Steuereinheit, welche mit einer pH-Dosierstation verbunden ist. Die pH-Dosierstation führt automatisch pH-senkende Mittel (Zitronen- oder Essigsäure) zu, um den pH-Wert im neutralen Bereich zu halten. Der Grund hierfür besteht darin, dass durch Ausgasen der natürlichen im Trinkwasser enthaltenen Kohlensäure der pH-Wert ansteigt und über das Ausgasen das Kohlensäure/Carbonat-Gleichgewicht nicht mehr gegeben ist und als Folge Kalziumcarbonat ausfällt.
Die Leitfähigkeitssonde misst und übermittelt über einen Messwandler und einen Mikroprozessor den Elektrolyse-Strom (I) der Elektrolysezelle an die Steuereinheit. Der während des Elektrolyse-Verfahrens entstehende Wasserstoff (H) wird über ein Entgasungsventil in die freie Atmosphäre abgeleitet.
Aus einer normierten Messreihe kann der Mikroprozessor eine Kennlinie erstellen und die oberen und unteren einstellbaren und gewünschten Sollwert-Schaltpunkte bestimmen. Der Betreiber muss dann lediglich zur pH- und Temperaturkompensation die aktuellen pH- und Temperaturwerte eingeben. Alles Weitere berechnet die Steuereinheit automatisch.
Ein Soletank ausgestattet mit einem Magnetventil dosiert die erforderliche Menge von NaCl-Lösungen, wenn der Leitwert des Trinkwassers unter 400 µS/cm sinkt. Das Magnetventil ist normalerweise geschlossen und wird im Bedarfsfall zur Zudosierung geöffnet.
Das Wasserniveau wird ebenfalls ständig überwacht und mithilfe einer Niveau-Überwachung reguliert, um eine Überfüllung zu vermeiden.
Ferner ist das Aufbereitungssystem mit einer Temperatur-Sonde ausgestattet. Die Temperaturwerte werden an die Steuereinheit übermittelt. Zum Abkühlen des Wassers ist eine Kühleinrichtung mit einer Kühlschlange vorgesehen, welche im Trinkwassertank angeordnet ist. Die Kühleinrichtung ist ebenso mit der Steuereinheit gekoppelt und kann automatisch an- und ausgeschaltet werden.
Die Steuereinheit ist ein wichtiger Bestandteil des Wasseraufbereitungssystems und direkt mit den Messsonden verbunden. Über die Messsonden erhält die Steuereinheit die notwendigen Informationen, um eine vollautomatische Aufbereitung des Wassers vorzunehmen. Hierzu erfolgt eine Steuerung der Elektrolysezelle, einschließlich der Zugabe vom NaCl aus dem NaCI-Vorratsbehälter. Die notwendige Spannungsversorgung erfolgt durch ein Solarmodul.
In den Ländern mit beschränktem Zugang zu sauberem Trinkwasser, insbesondere in Gebieten, wo durch Naturkatastrophen Zugang zu Trinkwasser zumindest vorübergehend eingeschränkt ist, besteht die Notwendigkeit, ein autarkes Wasseraufbereitungssystem bereitzustellen.
Durch die Verwendung von erneuerbaren Energien über ein Solarmodul wird die Unabhängigkeit von einer externen Energieversorgung sichergestellt, die für Länder von großer Bedeutung ist, wenn nur ein beschränkter Zugang zu einer Energieversorgung, beispielsweise vorübergehend durch Naturkatastrophen kein Zugang zu einem öffentlichen Stromnetz, besteht.
Die Möglichkeit, aus der Natur das benötigte Wasser zu gewinnen, ist hierbei besonders vorteilhaft. Ein Regenwasser-Auffangschirm, welcher zum Auffangen des Wassers vorgesehen ist, wird mit einem Vorratsbehälter, Trinkwassertank oder einem Tankwagen durch eine Ablaufleitung verbunden.
Alternativ kann das Wasser aus der Luft gewonnen werden. Zur Gewinnung des Wassers aus der Luft (Kondenswasser) ist eine Wärmepumpe erforderlich. Die Wärmepumpe kann hierbei ebenso mit der Steuerungseinheit verbunden werden.
Ein in der Ablaufleitung angeordneter Mischbettfilter kann aus dem aufgefangenen Wasser Partikel, Fremdkörper und Fremdstoffe herausfiltern. In vorteilhafterweise kann eine zweite Elektrolysezelle in der Ablaufleitung angeordnet werden, um das gefilterte Wasser nochmals zu entkeimen und desinfizieren.
Die Verfahrensaufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 15 gelöst, welches auf den Komponenten der Vorrichtung aufbaut und die erforderliche Regelung offenbart.
Die Erfindung wird im Weiteren anhand der Figuren näher erläutert.
Es zeigt

1 in einer schematischen Ansicht die vollständige Vorrichtung,
2 in einer schematischen Ansicht den Trinkwassertank mit den dazugehörigen Komponenten,
3 in einer schematischen Ansicht den Trinkwassertank verkleidet mit Solarpaneele.

1 zeigt wesentliche Komponente der bevorzugten Ausführung der Erfindung. Das Energie- und Wasserversorgungssystem wird vollständig über Sensoren und Regeleinheiten autonom betrieben. Beim Trinkwassertank 1 handelt es sich um einen lebensmittelechten Tank aus beispielsweise Polyethylen mit FDA-Zulassung und Stahlgestell; zum Beispiel einem 1000 m³ - IVC- Standardtank (kleiner oder größer ist ebenfalls möglich), in dem Wasser in Trinkwasserqualität konserviert werden kann.
In diesem Ausführungsbeispiel kann der Trinkwassertank 1 über einen Einfüllstutzen beziehungsweise Zulauf 9 mit vorgefiltertem Trinkwasser oder Regen- beziehungsweise Kondenswasser befüllt werden. Alternativ kann die Befüllung bei Vorhandensein eines Brunnens auch über das Zu- und Absperrventil 21 am Boden des Tanks erfolgen.
In 2 sind die Teilkomponenten des Trinkwassertanks 1 dargestellt. Über einen Einfüllstutzen beziehungsweise Zulauf 9 kann der Trinkwassertank 1 mit vorgefiltertem Trinkwasser oder Regen- beziehungsweise Kondenswasser befüllt werden, alternativ bei Vorhandensein eines Brunnens auch über das Zu- und Absperrventil 21 am Boden des Tanks. Über das Ablauf-/Entnahmeventil 8 gelangt das aufbereitete Trinkwasser über eine bauseitige Druckerhöhungspumpe 19 in das hauseigene Leitungsnetz des Verbrauchers.
Im Wassertank eingehängt befinden sich eine erste Elektrolysezelle 5, eine Leitfähigkeits-Sonde 6, eine pH-Sonde 22, eine Redox-Sonde 13, eine Temperatur-Sonde 14 und eine kleine Umwälzpumpe 4.
Ein Soletank 2 beinhaltet gelöstes Kochsalz (NaCl), aus dem über das Magnetventil 3, welches normalerweise geschlossen ist, im Bedarfsfall NaCl zudosiert wird, wenn der Leitwert des gebunkerten Trinkwassers unter 400 µS/cm liegt beziehungsweise sinkt.
Die Leitwerterfassung erfolgt über die Leitfähigkeitssonde 6. Beim Erreichen eines Leitfähigkeits-Sollwertes, zum Beispiel 800 µS/cm, schließt das Magnetventil 3, wobei ein programmierbarer Mikroprozessor sich dem eingestellten Sollwert mit entsprechender Hysterese schrittweise nähert, um ein Überschwingen der relativ großen Regelstrecke zu vermeiden.
Die Leitfähigkeitssonde 6 bestimmt somit über einen Messwandler und einen Mikroprozessor den Elektrolyse-Strom (I) in der Elektrolysezelle 5, die durch das bekannte Elektrolyse-Verfahren das im Wasser gelöste NaCl in Natriumhypochlorit (NaClO) + H umwandelt. Der dabei entstehende Wasserstoff (H) wird über das Entgasungsventil 15 in die freie Atmosphäre abgeleitet. Alternativ kann der dabei entstehende Wasserstoff (H) mit entsprechender Technik in einen Druckbehälter eingeleitet werden.
Die Redoxmessung erfolgt über eine Redox-Sonde 13 und einen integrierten Messwandler nach dem Konzept der Messung des Oxidations-Reduktions-Potenzials. Hierdurch wird die Messung der Kapazität eines wässrigen Systems aus einer chemischen Reaktion ermittelt, welche in mV gemessen wird.
Da eine direkte Chlormessung als Äquivalenzwert zum erzeugten Natriumhypochlorit (NaClO) für Privatanwender zu aufwendig, wartungsintensiv und zu teuer ist, wird der Chlorwert, der gemäß der deutschen Trinkwasserverordnung (TVO) 0,2 mgCl/l betragen soll, äquivalent über den Redoxwert mit dem programmierbaren Mikroprozessor rechnerisch ermittelt und auf einem integrierten Display angezeigt.
Über colorimetrische Chlorwert-, pH-Wert- und Temperaturmessungen von Hand wird der ermittelte Chlorwert, pH-Wert und die Temperatur mit dem jeweils gemessenen Redoxwert verglichen und dem Mikroprozessor durch entsprechende Eingabe zugeleitet.
Aus einer Messreihe kann der Mikroprozessor eine Kennlinie erstellen und die oberen und unteren einstellbaren und gewünschten Sollwert-Schaltpunkte festlegen. Der Betreiber muss dann lediglich zur pH-Wert-Temperatur-Kompensation die aktuellen pH- und Temperaturwerte eingeben. Alles Weitere berechnet der Mikroprozessor automatisch, wobei er auch dann den jeweiligen Füllstand beziehungsweise das aktuelle Tankvolumen, deren Wert er über eine elektronische Niveau-Überwachungs-Regelung 7 erhält, berücksichtigt.
Das Oxidations-Reduktions-Potenzial erhält im vorliegenden Verfahren zur optimalen Wasserdesinfektion eine Vorrangschaltung und bestimmt somit alleine den Elektrolysestrom der Elektrolysezelle, unabhängig vom Leitwert des Trinkwassers und dem schwankenden Volumen im Trinkwassertank 1 durch Nachfüllen über den Einfüllstutzen 9 oder optional dem Zulauf von Brunnen-, Regen- oder Kondenswasser, geregelt durch die Niveau-Überwachungs-Regelung 7.
Über die pH-Sonde 22, einen Messwandler und den Mikroprozessor werden dem Trinkwasser im Tank von einer pH-Dosierstation 25 automatisch pH-senkende Mittel (Zitronen- oder Essigsäure) zudosiert, um den pH-Wert im neutralen Bereich zu halten, weil durch Ausgasen der im Trinkwasser natürlich enthaltenen Kohlensäure der pH-Wert ansteigt, sodass das Kohlensäuere/Kalziumcarbonat-Gleichgewicht nicht mehr gegeben ist und als Folge Kalziumcarbonat ausfällt. Hierdurch beeinflusst die Redox-Messung somit die gesamte Regelung. Daher ist es wichtig, dass der pH-Wert neutral und stabil bleibt. Auch eine schwankende Wassertemperatur hat einen störenden Einfluss auf die Regelung, obwohl der Mikroprozessor versucht, die Veränderungen zu berücksichtigen beziehungsweise zu kompensieren. Die Wasseraufbereitung durch Desinfektion (hier NaClO) findet individuell programmierbar in den kühleren Nachtstunden statt und die Energiegewinnung tagsüber bei Sonnenaufgang. Eine entsprechend programmierbare Vorrangschaltung kann aber bei Untersuchung des Redox-Sollwertes zur Nachdesinfektion oder bei Nachbefüllung des Trinkwassertanks 1 den Elektrolyseprozess bis zum Erreichen des Redox-Sollwertes aktivieren. Die Wasserentnahme erfolgt über ein Rückschlagventil 18.
Eine kleine Umwälzpumpe 4 sorgt für eine bessere Durchmischung des zu behandelnden Trinkwassers, um damit zu aktuellen Parametern sowohl an der Leitfähigkeits-Sonde 6 als auch an der Redox-Sonde 13 zu gelangen. Die im Tank eingehängte Temperatur-Sonde 14 regelt über den Mikroprozessor die Leistung einer externen Kälteeinrichtung 16 mit einer Kühlschlange 17. Alternativ kann die Kühlung über die Entnahmeleitung und eine externe Kühleinrichtung 16 direkt im Wasserstrom zum Verbraucher erfolgen. In diesem Fall reguliert die externe Kühleinrichtung 16 die Temperatur über eine eigene Temperaturreglung.
In einer besonders bevorzugten Ausführung, dargestellt in 3, ist eine komplette Umkleidung des Trinkwassertanks 1 mit Solarpaneelen 23 und einem größeren, leistungsstärkeren Puffer-Akku 12 vorgesehen. Vorteilhaft sorgt diese Umkleidung mit einer entsprechenden Isolierung zusätzlich für eine effizientere Kühlung des Trinkwassers im Trinkwassertank 1.
Die Mess- und Regeltechnik befindet sich in einem geschlossenen Schaltschrank 10. Eine integrierte speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) mit Mikroprozessor sorgt für eine vollautomatische Wasseraufbereitung gemäß der TVO. Im Schaltschrank 10 befindet sich auch eine Kommunikationseinrichtung zur Fernabfrage sämtlicher Daten des Trinkwassertanks 1, der Energieversorgungseinheit und des Wasseraufbereitungssystems.
Eine drahtlose Datenübertragung erfolgt beispielsweise via GPRS. Für diesen Zweck kann jede Technologie, die eine drahtlose Datenübertragung ermöglicht, eingesetzt werden. Als Plattform für die Central Station wird ein handelsüblicher Rechner, beispielsweise ein PC oder Industrie-PC (IPC), eingesetzt.
Die Energieversorgung der elektronischen Komponenten in den Schaltschränken 10, 30, der Umwälzpumpe 4 und des Magnetventils 3 erfolgt über ein Solarpaneel 11 und einen Photovoltaik-Wechselrichter 24 sowie einen Puffer-Akku 12, zusätzlich kann ein externes Netz angeschlossen werden. Die Energieversorgung der externen Brunnen-Förderpumpe 20 und der externen Druckerhöhungspumpe 19 erfolgt bauseitig seitens des Betreibers über sein Hausnetz, alternativ kann die Energieversorgungseinheit mit Solarpaneele 23 und Photovoltaik-Wechselrichter 24 die Energieversorgung übernehmen.
Aus einer vom Mikroprozessor erstellten Kennlinie wird der Leistungsabfall an der Elektrolysezelle 5 durch kontinuierlich zunehmende Verkalkung ermittelt und dem Betreiber Abweichungen von einer gespeicherten Kennlinie optisch und akustisch angezeigt, um in erforderlichen Zeitintervallen eine Wartung durch entsprechende Entkalkung der Elektrolysezelle 5 durchzuführen. Daraus kann unter anderen abgeleitet werden, in welchen Zeitintervallen generell eine Reinigung der Elektrolysezelle 5 zu erwarten und durchzuführen ist.
Alle Messwerte und Signale werden über den integrierten Mikroprozessor über ein Datenkabel an die entsprechenden Stellglieder und Stellmotoren übermittelt.
Bezugszeichenliste

1: Trinkwassertank
2: Soletank
3: Magnetventil
4: Umwälzpumpe
5: Elektrolysezelle
6: Leitfähigkeitssonde
7: Niveau-Überwachungs-Regelung
8: Ablauf-/Entnahmeventil
9: Einfüllstutzen beziehungsweise Zulauf
10: Schaltschrank
11: Solarpaneel
12: Puffer-Akku
13: Redox-Sonde
14: Temperatur-Sonde
15: Entgasungsventil
16: Kühleinrichtung
17: Kühlschlange
18: Rückschlagventil
19: Druckerhöhungspumpe
20: Förderpumpe
21: Zu- und/oder Absperrventil
22: pH-Sonde
23: Solarpaneel
24: Photovoltaik-Wechselrichter
25: pH-Dosierstation
26: Mischbettfilter
27: Regenwasser-Auffangschirm
28: Ablaufleitung
29: Schirmständer
30: Schaltschrank
31: Feuchtigkeits-/Regenwasser-Sensor
32: Stellmotor für Regenwasser-Auffangschirm
33: Windstärken-Sensor
34: Servo-Stellmotor
35: Elektrolysezelle II
36: Überlauf
37: Solarmodul
38: Kühl-Gewebe
39: Wärmepumpe
40: Teleskop-Rohrgestänge

Claims

Vorrichtung zur Aufbereitung von Trinkwasser für Tankwagen oder Vorratsbehälter, insbesondere für Länder mit einer intensiven Sonneneinstrahlung, umfassend einen stationären oder mobilen Trinkwassertank (1), zumindest eine Elektrolysezelle (5), einen NaCI-Vorratsbehälter in Form eines Soletanks (2), eine autarke Energieversorgungseinheit, welche durch zumindest ein Solarmodul (37) die Vorrichtung mit Energie versorgt, und ein Wasseraufbereitungssystem, welches über eine Steuereinheit die Auswertung der Signale von Messsonden vornimmt, wobei in dem stationären oder mobilen Trinkwassertank (1) zumindest eine Leitfähigkeitssonde (6), zumindest eine pH-Sonde (22), welche zur Neutralisierung des pH-Wertes des zu behandelnden Wassers mit einer pH-Dosierstation (25) verbunden ist, zumindest eine Redox-Sonde (13), zumindest eine Umwälzpumpe (4) und die zumindest eine Elektrolysezelle (5) vorhanden sind, wobei die Steuereinheit die zumindest eine Umwälzpumpe (4) sowie die Elektrolysezelle (5) aktiviert, um die Aufbereitung des Trinkwassers zu steuern.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung mit dem öffentlichen Wassernetz verbindbar oder auf einen Tankwagen oder einen Brunnen aufsetzbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsleitung zu dem öffentlichen Wassernetz, Tankwagen oder Brunnen mit zumindest einem Absperrventil (21) und/oder einem Rückschlagventil (18) und/oder zumindest einer Förderpumpe (20) ausgestattet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Solarmodul (37) oberhalb oder seitlich des Trinkwassertanks (1) angeordnet ist oder dass das wenigstens eine Solarmodul (37) flexibel ausgebildet an die Form des Trinkwassertanks (1) angepasst ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Wasseraufbereitungssystem mit zumindest einer Wärmepumpe (39) ausgestattet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Wasseraufbereitungssystem mit einer Förderpumpe (20) für Brunnenwasser ausgestattet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Wasseraufbereitungssystem eine Kommunikationseinrichtung aufweist, welche eine drahtlose Datenübertragung zu einer Empfangsstation vornimmt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Soletank (2) ein Magnetventil (3) aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch eine Temperatur-Sonde (14), welche im Trinkwassertank (1) eingehängt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitfähigkeitssonde (6) zumindest einen integrierten Messwandler und zumindest einen Mikroprozessor aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Niveau-Überwachung und -Regelung (7) aufweist, welche im Trinkwassertank (1) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zumindest eine Kühlschlange (17) einer Kühleinrichtung (16) aufweist, welche im Trinkwassertank (1) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung mit zumindest einem Absperrventil (21) im Zulauf ausgestattet ist, welcher in Bodennähe des Trinkwassertanks (1) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine Entnahmeleitung zur Entnahme des behandelten Trinkwassers zumindest ein Absperrventil (8), ein Rückschlagventil (18) und/oder eine Druckererhöhungspumpe (19) umfasst.
Verfahren zur stationären oder mobilen Aufbereitung von Trinkwasser für Tankwagen und Vorratsbehälter durch Desinfizierung des Wassers durch zumindest eine Elektrolysezelle (5) in einem stationären oder mobilen Trinkwassertank (1), wobei die Elektrolysezelle (5) von einem NaCI-Vorratsbehälter in Form eines Soletanks (2) gespeist wird und die erforderliche Energie über ein Solarmodul (37) gewonnen wird, wobei eine Messung der Qualität des Trinkwassers über eine Leitfähigkeitssonde (6), eine pH-Sonde (22), welche zur Neutralisierung des pH-Wertes des zu behandelnden Wassers mit einer pH-Dosierstation (25) verbunden ist, und eine Redox-Sonde (13) im stationären oder mobilen Trinkwassertrank (1) erfolgt, wobei die Messsonden die Ist-Werte an eine Steuereinheit übermitteln, wobei die Steuereinheit zumindest eine im Trinkwassertank (1) integrierte Umwälzpumpe (4) und die zumindest eine Elektrolysezelle (5) aktiviert, wobei über einen mit steriler und reiner NaCI-Lösung gefüllten Soletank (2) im Bedarfsfall NaCI-Lösung dem Trinkwasser zudosiert wird.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass über die Leitfähigkeitssonde (6) mit zumindest einem integrierten Messwandler die Leitfähigkeit des Trinkwassers an die Steuereinheit übermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Zudosierung der NaCI-Lösung im Bedarfsfall aus dem Soletank (2) über ein Magnetventil (3) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 15, 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Wasserniveau im Trinkwassertank (1) mithilfe einer Niveau-Überwachung und -Regelung (7) überwacht und reguliert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass zum Abkühlen des Wassers im Trinkwassertank (1) zumindest eine Kühlschlange (17) einer Kühleinrichtung (16) verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Wasseraufbereitungssystem zumindest eine Wärmepumpe (39) zum Aufheizen des Wassers im Trinkwassertank (1) verwendet.