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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wasserreinigungsvorrichtung mit einer Filtereinrichtung, die einen feinporigen Filter aufweist, der in der Lage ist, Schwebstoffe und Verunreinigungen mindestens bis zur Größe von Bakterien aufzuhalten, wobei ungereinigtes Wasser aus der Wasserzuführung unter einem Druck von mindestens 1 bar durch den feinporigen Filter gedrückt und auf diese Weise gereinigt wird. Entsprechende Wasserreinigungsvorrichtungen sind seit langem als sogenannte Haushaltswasserfilter bekannt.
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Aus dem Stand der Technik, insbesondere dem deutschen Gebrauchsmuster
DE 202 20 542 , sind Haushaltswasserfilter bekannt, die anstelle der herkömmlichen Filter aus Aktivkohle und einem Ionenaustauscherharz einen sehr feinporigen Filter aufweisen, der in der Lage ist, Verunreinigungen in dem Wasser bis herab zu der Größe von Bakterien aufzufangen bzw. herauszufiltern, wobei diesem Filter eine Druckerzeugungsvorrichtung vorgeschaltet ist, mit deren Hilfe ungereinigtes Wasser aus einem Wasservorratstank unter einem Druck von mindestens 1 bar durch die Filtereinrichtung gedrückt und auf diese Weise gereinigt werden kann.
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Ein solcher feinporiger Filter im Zusammenhang mit der Druckbeaufschlagung des zu reinigenden Wassers erlaubt die Reinigung großer Mengen von Trinkwasser für den Haushaltsbedarf, wobei ein solcher Filter ohne weiteres gereinigt und wiederverwendet werden kann. Nachteilig bei der Verwendung von solchen feinporigen Filtern bzw. Filtermembranen ist, daß sie hochempfindlich gegenüber Bakterien sind, wie sie beispielsweise im Abwasser und in der Kanalisation auftreten. Daher können die aus dem Stand der Technik bekannten Haushaltswasserfilter nicht direkt an eine Abwasserleitung angeschlossen werden, sondern das Konzentrat muß in einem Auffangbehälter getrennt gesammelt werden und der Auffangbehälter wird dann von Hand in die Kanalisation oder Abwasserleitung entleert.
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Aus
DE 195 45 277 A1 ist eine Vorrichtung zur Trennung einer wässrigen Lösung bekannt. Dabei wird insbesondere Rohwasser in eine entsalzte Fraktion (Permeat) und eine aufkonzentrierte Fraktion (Konzentrat) aufgetrennt. Die Vorrichtung besteht aus einer Trennkammer, die von einer osmotischen Membran in einen unter Druck stehenden Konzentratraum und einen im wesentlichen drucklosen Permeatraum aufgeteilt ist. Dabei wird das Wasser in einem Spülbad entsprechend einem am Zulaufventil eingestellten Volumenstrom in einer vorgebbaren Zeitspanne erneuert, wobei frisches Brauchwasser am Boden des Spülbades zugeführt wird und das verbrauchte Wasser über einen Abfluss als Abwasser abfließt.
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DE 44 00 604 C1 beschreibt eine Kleinstosmoseanlage, die in einem Wärmetauscher ein Standardfiltergehäuse vorsieht, wobei ein Produktwasserstrom auf ca. 70°–90°C erwärmt werden kann und mit dem Wärmetauscher auf einem keimtötenden Temperaturniveau gehalten werden soll.
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In
CH 688 513 A5 wird ein Membrantrennverfahren zur Reinigung von Wasser vorgestellt. Bei der Membranfiltration wenden wässrige Lösungen als Rohwasser auf eine Membran geleitet und an dieser entlang geführt. Steht auf der Rückseite der Membran ein geringer Druck an, so wandert das Wasser durch die Membran. Dabei lässt es den Grossteil der in ihm gelösten Inhaltsstoffe zurück und wird dadurch zu Reinwasser. Nachteilig ist dabei, dass die Konzentration von Inhaltsstoffen einen bestimmten Wert nicht überschreiten darf, um eine Belegung der Membran mit Präzipitat zu vermeiden.
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Gegenüber diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Wasserreinigungsvorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die es ermöglicht, das Konzentrat direkt in eine Abwasserleitung einzuleiten. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß hinter dem Filter ein Auffangbehälter für das Konzentrat angeordnet ist, wobei der Ablauf des Auffangbehälters tiefer als der Filter und höher als der Einlauf des Auffangbehälters angeordnet ist.
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Der Ablauf des Auffangbehälters kann nun direkt an eine Kanalisation oder Abwasserleitung angeschlossen werden. Durch die genannte Anordnung des Ablaufs bzw. Einlaufs des Auffangbehälters bleibt im Auffangbehälter immer ein gewisses Volumen an Konzentrat stehen, so daß Einlauf und Ablauf des Auffangbehälters durch das Wasservolumen voneinander getrennt sind. Von der Kanalisation bzw. dem Abwasseranschluß aufsteigende Bakterien und Keime werden vom Wasser aufgehalten bzw. in diesem aufgelöst, so daß sie nicht in den hochempfindlichen Filter geraten können.
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Dabei kann dem Filter eine Druckerzeugungseinrichtung vorgeschaltet sein, mit deren Hilfe das Wasser durch den feinporigen Filter gedrückt wird. Auf die Druckerzeugungseinrichtung kann jedoch verzichtet wenden, wenn die Wasserzuführung an einen Wasseranschluß angeschlossen ist, der einen ausreichenden Druck aufweist, um das Wasser durch den feinporigen Filter zu drücken.
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Besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform der Erfindung, bei der es sich um ein Standgerät handelt, das einen Brauch- oder Frischwasseranschluß aufweist, so daß kontinuierlich Rohwasser zum Filtern zur Verfügung steht und im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Anschluß an eine Abwasserleitung die kontinuierliche Gewinnung von Permeat (Trinkwasser) ermöglicht wird.
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Alternativ dazu kann es zweckmäßig sein, wenn es sich bei der Wasserreinigungsvorrichtung um ein transportables Gerät handelt, das einen Wasservorratstank aufweist. Anstelle des Anschlusses an eine Brauch- oder Frischwasserleitung wird Wasser z. B. aus Eimern oder Kannen in einen Wasservorratstank gefüllt, von dem aus es bei Bedarf durch den Filter gedrückt wird.
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Zweckmäßig ist es darüber hinaus, wenn der Einlauf des Abwasserbehälters unmittelbar über dessen Boden angeordnet ist. So kann bereits ein geringes Wasservolumen, das einem Füllstand des Konzentrats im Auffangbehälter entspricht, der gleich dem Durchmesser des Einlaufs des Auffangbehälters ist, eine wirkungsvolle Barriere für Keime aus dem Abwassersystem bieten.
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Besonders bevorzugt wird eine Ausführungsform der Erfindung, bei der das gefilterte Permeat in die Wasserzuführung vor dem Filter zurückgeführt werden kann. Entgegen der Erfahrung bei einem Sieb, daß ein mehrfaches Sieben keine größere Menge an Sand mit der gewünschten Korngröße ergibt, bewirkt ein mehrfaches Filtern des Wassers eine Reduzierung der Menge an Restkonzentrat, wohingegen aus dem gleichen Volumen an Rohwasser bis zu der doppelten Menge an Permeat bzw. Trinkwasser gewonnen werden kann. Eine entsprechende Vorrichtung ist besonders zweckmäßig, wenn nur eine begrenzte Menge an Rohwasser, z. B. in Wüsten- oder Trockengebieten, zur Verfügung steht.
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Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn hinter dem Filterausgang der Wasserreinigungsvorrichtung eine Vorrichtung zum Umschalten des Filterausgangs zwischen Abwasserbehälter und Wasserzuführung vorgesehen ist. So läßt sich das gewonnene Konzentrat mehrfach filtern und nach einer gewünschten Anzahl an Filterzyklen kann der Ausgang des Filters umgeschaltet werden, so daß das Restkonzentrat in den Abwasserbehälter fließt. Eine mögliche Ausführungsform einer solchen Vorrichtung zum Umschalten des Filterausgangs ist ein Zweiwegeventil, das es ermöglicht, den Filterausgang entweder mit dem Abwasserbehälter oder der Wasserzuführung vor dem Filter zu verbinden.
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Die Druckerzeugungseinrichtung kann zweckmäßigerweise eine motorbetriebene Dosierpumpe sein, beispielsweise eine Dosierpumpe mit elektrischem Antrieb und einer Solarzellenstromversorgung. Ebensogut kann die Pumpe selbstverständlich auch eine benzinbetriebene Pumpe sein. Bei einer besonders einfachen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Druckerzeugungseinrichtung eine Handpumpe. Zweckmäßigerweise sind entsprechende Pumpen ausgelegt für einen Ausgangsdruck, der nach Möglichkeit oberhalb von 2 und besser oberhalb von 4 bar liegen sollte, der andererseits aber 10 bar nicht zu übersteigen braucht. Entsprechende einfache Pumpen, insbesondere Handpumpen, haben den Vorteil, daß sie nahezu wartungsfrei sind und keine externe Energiequelle benötigen. Sie sind deshalb mit Vorteil auch in abgelegenen Gegenden und in vielen Ländern der dritten Welt in ländlichen Bereichen verwendbar, wo im allgemeinen weder eine Stromversorgung noch eine einfache Versorgung mit Kraftstoffen möglich ist. Allerdings wäre in solchen Bereichen auch eine mit Solarzellen und Strom betriebene Pumpe sinnvoll einsetzbar.
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Zusätzlich kann insbesondere zur Entfernung gelöster organischer Stoffe noch ein Aktivkohlefilter vorgesehen sein. Dieser Aktivkohlefilter kann irgendwo zwischen der Wasserzuführung und dem Auffangbehälter angeordnet sein, also z. B. unmittelbar vor oder hinter der Druckerzeugungseinrichtung. Wenn das Wasser gechlort ist oder andere Stoffe enthält, die die Integrität oder die Funktionsfähigkeit des Filters beeinträchtigen könnten, wird der Aktivkohlefilter zweckmäßigerweise vor dem feinporigen Filter im Fließweg des Wassers angeordnet. Ansonsten könnte aber der Aktivkohlefilter auch dem feinporigen Filter nachgeschaltet und unmittelbar vor dem Auffangbehälter angeordnet sein.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Filter eine sogenannte Ultrafiltrationsmembran. Eine solche Membran ist ohne weiteres in der Lage, Bakterien und feine und grobe Schwebstoffe aus dem Wasser zu entfernen, ist allerdings noch nicht dafür geeignet, auch gelöste Stoffe, insbesondere Kalkhärten, Mangan oder Eisen aus dem Wasser zu beseitigen. Eine solche Ultrafiltrationsmembran ist aber ausreichend, wenn z. B. aufgefangenes Regenwasser verwendet werden soll, welches ohnehin nur geringe Mineralanteile enthält, welches aber durchaus mit Krankheitskeimen verunreinigt sein kann, die jedoch durch die Ultrafiltrationsmembran zurückgehalten werden.
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In einer anderen bevorzugten Ausführungsform wird als Filter eine Nanofiltrationsmembran verwendet, die zu einem erheblichen Teil auch Kalk, Mangan und andere Mineralien aus dem Wasser entfernen kann. Die genannten Membranen sind so aufgebaut, daß sie bei der Filterung neben gereinigtem auch mit Verunreinigungen starker konzentriertes Abwasser, das sogenannte Konzentrat, erzeugen, wobei rund ein Drittel oder auch mehr des Wassers gereinigtes Wasser ist.
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Schließlich kann in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zur Abtötung von Keimen noch eine zusätzliche Ultraviolett-Bestrahlungseinrichtung vorgesehen werden. Diese wird zweckmäßigerweise hinter dem Auffangbehälter für das gereinigte Wasser und vor einer entsprechenden Entnahme- bzw. Zapfstelle angeordnet, weil es grundsätzlich denkbar ist, daß das gereinigte Wasser für längere Zeit in dem Auffangbehälter verbleibt, so daß sich je nach herrschenden Temperaturen und einer anfänglich vielleicht geringen Verkeimung die Zahl der in dem Wasser enthaltenen Keime durchaus beträchtlich erhöhen kann.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung werden anhand der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform und der dazugehörigen Figur deutlich.
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1 zeigt eine seitliche Schnittansicht einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Wasserreinigungsvorrichtung.
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In der Figur ist eine seitliche Schnittansicht einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Wasserreinigungsvorrichtung dargestellt, in der Merkmale aus mehreren Unteransprüchen realisiert sind, die nicht zwingend vorhanden sein müssen, sondern nur bevorzugte Varianten darstellen, die von Fall zu Fall auch unabhängig voneinander realisiert wenden können. Bei der gezeigten Ausführungsform handelt es sich um ein Standgerät mit einem Brauch- bzw. Rohwasseranschluß 1, der mit Hilfe eines Ventils 2 abgesperrt werden kann. Die Brauch- bzw. Rohwasserzuleitung 1 mündet über ein Rückschlagventil 3 in einen Druckbehälter 5. Dieser wird mit Hilfe einer elektrisch betriebenen Dosierpumpe 4 mit Druck beaufschlagt, so daß das im Druckbehälter 5 befindliche Rohwasser unter einem Druck von ca. 5 bar durch den Filter 6 gedrückt wird.
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Die Pumpe kann jedoch auch entfallen, wenn das Rohwasser in der Leitung 1 mit einem ausreichenden Druck von mindestens 3 bar ansteht.
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Bei dem dargestellten Filter 6 handelt es sich um eine Nanofiltrationsmembran, die geeignet ist, Bakterien und feine sowie grobe Schwebstoffe aus dem Wasser zu entfernen. Diese Nanofiltrationsmembran ist so aufgebaut, daß sie bei der Filterung neben gereinigtem Permeat auch mit Verunreinigungen stärker konzentriertes Abwasser, das sogenannte Konzentrat, erzeugt, wobei rund ein Drittel oder auch mehr des Wassers gereinigtes Wasser ist.
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Das Permeat wird in einem Auffangbehälter 7 gesammelt und kann an einer Entnahmestelle 10 über ein Ventil 9 dosiert entnommen werden. In der dargestellten Ausführungsform ist vor dem Ventil 9 zur Entkeimung des Wassers zusätzlich eine UV-Strahlungsquelle angebracht. Dies ist zweckmäßig, wenn das Wasser in dem Auffangbehälter 7 länger stehen soll bevor es entnommen wird.
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Das bei der Filtration anfallende Konzentrat mit starker Verunreinigung wird über eine Ableitung 15 aus dem Filter abgeführt und in einen Abwasserbehälter 11 geleitet. Der Abwasserbehälter 11 ist nun so konstruiert, daß sein Einlauf 12 tiefer liegt als sein Auslauf 13. Dabei muß beachtet werden, daß der Auslauf 13 in jedem Fall unterhalb der Filtermembran 6 angeordnet ist. Das in den Abwasserbehälter 11 einströmende Wasser sammelt sich zunächst im Behälter an und läuft, wenn der Wasserpegel den Ablauf 13 erreicht, durch den Abwasseranschluß 14 in die Abwasserleitung bzw. Kanalisation. Konstruktionsbedingt bleibt im Abwasserbehälter 11 immer ein gewisser Wasserstand stehen. Dieser verhindert wirkungsvoll, daß aus dem Abwasserrohr bzw. der Kanalisation Keime und Bakterien aufsteigen und über die Ableitung 15 direkt die empfindliche Filtrationsmembran 6 erreichen können. Solche Keime und Bakterien werden aufgrund des immer im Abwasserbehälter 11 befindlichen Wasservolumens in diesem gelöst bzw. von diesem an einem Aufsteigen durch die Ableitung 15 in den Filter 6 gehindert.
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In der Ableitung 15 ist ein Zweiwegeventil 17 vorgesehen, das es ermöglicht, das vom Filter 6 abgeführte Konzentrat über eine Rückführung 16 in die Rohwasserzuleitung 1 zurückzuleiten. Mit Hilfe des Zweiwegeventils 17 kann die Ableitung 15 vom Anschluß an den Abwassertank 11 auf die Rückführung 16 umgeschaltet werden. Um zu verhindern, daß Rohwasser aus der Wasserzuführung 1 über die Rückführung 16 direkt in den Abwasserbehälter 11 gerät, ist in der Rückführung 16 ein zusätzliches Rückschlagventil 18 vorgesehen.
