DE202014004011U1 - Apparatus for extracting water from the damp soil by the use of vacuum for drinking water production - Google Patents

Apparatus for extracting water from the damp soil by the use of vacuum for drinking water production Download PDF

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Abstract

Vorrichtung zur Gewinnung von Wasser aus dem feuchten Erdboden unter Einsatz von Vakuum nach obigen Verfahren, die folgende Hauptelemente beinhaltet, und zwar a) in den Erdboden abgesenkter Behälter zur Aufnahme von Grundwasser; (Aufnahmebehälter); b) Luftpumpe(n) zur Erzeugung von Vakuum und Überdruck im Aufnahmebehälter; c) Einrichtung zur Trinkwasseraufbereitung; d) Solarstation (Sonnenbatterie) als Energiequelle; e) Einheit zur automatischen Steuerung des elektrischen Systems; dadurch gekennzeichnet, dass eine oder mehrere Wände des Aufnahmebehälters aus einer hydrophilen, porösen Trennwand (Membrane, Filter) bestehen, und das Grundwasser unter der Wirkung von Vakuum durch diese Trennwand abgesaugt wird, wobei der Vakuumarbeitswert, der für jedes einzelne für die Trennwand verwendete Material versuchsweise, z. B. durch Verfahren nach 5 oder 6 bestimmt wird, automatisch durch periodische, kurzzeitige Inbetriebnahme der Luftpumpe nach den Signalen des Drucksensors aufrechterhalten wird.Apparatus for extracting water from the moist soil using a vacuum according to the above method, comprising the following main elements, namely a) a container for receiving groundwater lowered into the ground; (Receiving container); b) Air pump (s) for generating vacuum and overpressure in the receiving container; c) facility for drinking water treatment; d) solar station (solar battery) as an energy source; e) unit for automatic control of the electrical system; characterized in that one or more walls of the receptacle consist of a hydrophilic, porous partition (membrane, filter), and the groundwater is sucked through this partition under the effect of vacuum, the vacuum work value being that for each individual material used for the partition experimentally, e.g. B. is determined by the method according to 5 or 6, is automatically maintained by periodic, brief activation of the air pump according to the signals of the pressure sensor.

Description

Die Erfindung gehört zum Bereich der Trinkwasserversorgung.The invention belongs to the field of drinking water supply.

Ziel der Erfindung ist die Herstellung eines Apparates zur automatischen Erzeugung kleiner Trinkwassermengen mittels Energie aus einer Solarbatterie (d. h. er ist energetisch autonom). Der Apparat ist zur Verwendung in Gebieten ohne Trinkwasserversorgung vorgesehen.The aim of the invention is the production of an apparatus for the automatic generation of small amounts of drinking water by means of energy from a solar battery (i.e., it is energetically autonomous). The device is intended for use in areas without drinking water supply.

Die Lösung dieser Aufgabe wird in der Beschreibung der Erfindung und den Ansprüchen näher erläutert.The solution to this problem is explained in more detail in the description of the invention and the claims.

Es gibt bekannte Vorrichtungen, die in den Erdboden eingetauchte Behälter mit kapillarporösen Elementen beinhalten, um überschüssige Feuchtigkeit der Ackerflächen zu speichern ( RU 2 412 304 ).There are known devices which include submerged containers with capillary-porous elements to store excess moisture of the arable land ( RU 2 412 304 ).

Es gibt ein bekanntes Verfahren zur Gewinnung von Wasser aus wasserhaltigen, schlecht durchdringbaren Böden, das auf der Verwendung eines porösen Materials zum Sammeln des Wassers basiert ( EP 1 026 328 ).There is a known method of recovering water from water-containing, poorly penetrable soils based on the use of a porous material for collecting the water ( EP 1 026 328 ).

Eine Vorrichtung, der sog. ”künstliche Baum” zur Gewinnung von Wasser aus dem Erdboden ( DE 10 2006 029 658 ) ist bekannt. Die Vorrichtung beinhaltet einen im Erdboden versenkten hydrophilen kapillarporösen Körper, der das Wasser durch Benetzungskräfte sammelt und über die Bodenoberfläche erhebt.A device, the so-called "artificial tree" for the extraction of water from the ground ( DE 10 2006 029 658 ) is known. The device includes a buried, hydrophilic capillary-porous body that collects the water through wetting forces and lifts it over the ground surface.

Es gibt ein bekanntes Verfahren zur Gewinnung von Wasser aus dem Erdboden durch Vakuumeinsatz ( RU 2 135 747 ). Das Verfahren besteht darin, dass in der Bohrung, die den Grundwasserhorizont (typischerweise 12–20 m tief) erreicht, das Vakuum aufrechterhalten wird. Das Wasser wird je nach Menge periodisch abgesaugt. Der kurzzeitige periodische Betrieb der Pumpe zum Absaugen des angesammelten Wassers spart Energie. Gleichzeitig wird das Vakuum in dem Bohrloch kontinuierlich aufrechterhalten.There is a known method of extracting water from the ground by using vacuum ( RU 2 135 747 ). The process consists of maintaining the vacuum in the well that reaches the groundwater horizon (typically 12-20 m deep). The water is periodically extracted depending on the amount. The short-term periodic operation of the pump to extract the accumulated water saves energy. At the same time, the vacuum in the borehole is continuously maintained.

Die Erfindung RU 2 135 747 wird von uns als Prototyp ausgewählt, weil sie der vorliegenden Erfindung am ähnlichsten ist.The invention RU 2 135 747 is chosen by us as a prototype because it is most similar to the present invention.

Die Nachteile von Prototyp ( RU 2 135 747 ) bezüglich der obigen Aufgabe sind wie folgt:

  • 1. Notwendigkeit des Bohrens zum Erreichen des Grundwasserhorizontes (Tiefe bis zu 20 m).
  • 2. Notwendigkeit der Aufrechterhaltung des Vakuums im Bohrloch beim Eindringen der Bodengase.
  • 3. Fehlende Schätzungen des erforderlichen Vakuumwertes.
The disadvantages of prototype ( RU 2 135 747 ) concerning the above object are as follows:
  • 1. Need to drill to reach the groundwater horizon (depth up to 20 m).
  • 2. Need to maintain the vacuum in the borehole when penetrating the soil gases.
  • 3. Missing estimates of the required vacuum value.

Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren und eine Vorrichtung vor, die von den obengenannten Nachteilen frei sind.The present invention provides a method and an apparatus which are free from the above disadvantages.

Der Erdboden ist ein System von Komponenten in drei Aggregatszuständen: Fest, flüssig und gasförmig. Der Zweck der Erfindung ist das Herausziehen nur der Flüssigkeit, also der wässrigen Lösung aus diesem System. Das Gewinnen von Grundwasser durch den Einsatz von Vakuum sollte kein Ansaugen des Gases verursachen. Andernfalls muss die Vakuumpumpe entweder langfristig oder ununterbrochen in Betrieb bleiben. Für Geräte mit Netzenergieversorgung spielt dies keine Rolle. Wenn eine Solarbatterie als Energiequelle dient, ist ein dauerhafter oder kontinuierlicher Betrieb der Pumpe nicht akzeptabel.Soil is a system of components in three aggregate states: solid, liquid and gaseous. The purpose of the invention is to extract only the liquid, ie the aqueous solution from this system. The extraction of groundwater by the use of vacuum should not cause any suction of the gas. Otherwise, the vacuum pump must remain in operation either long term or uninterrupted. For devices with mains power supply, this does not matter. When a solar battery is the source of energy, continuous or continuous operation of the pump is unacceptable.

Die vorliegende Erfindung beschreibt ein Verfahren, bei dem aus nassen, gashaltigen Böden mittels Vakuum nur das Wasser abgesaugt wird. Dieses Verfahren besteht darin, dass das Wasser mittels Vakuum durch eine poröse Trennwand abgesaugt wird. Dafür wird eine dünne poröse Membran mit durchlässigen Kapillaren in engen Kontakt mit dem nassen Erdboden gebracht, die beim Prozess des Absaugens befeuchtet bleibt. Auf der gegenüberliegenden Seite der Trennwand wird ein Vakuum Δp erzeugt. Das Symbol Δp bezeichnet den Absolutwert der Druckdifferenz zwischen beiden Seiten der porösen Trennwand (Membran, Filter).The present invention describes a method in which only the water is sucked out of wet, gas-containing soils by means of vacuum. This method consists in vacuuming the water through a porous partition wall. For this purpose, a thin porous membrane with permeable capillaries is brought into close contact with the wet soil, which remains moistened during the process of suction. On the opposite side of the partition, a vacuum Δp is generated. The symbol Δp denotes the absolute value of the pressure difference between both sides of the porous partition (membrane, filter).

Stellen wir uns der Einfachheit halber vor, dass alle durchlässigen kapillaren Kanäle in dieser Trennwand (Membran, Filter) einen gleichen Radius R haben. Unter dem Einfluss der Druckdifferenz Δp wird ausschließlich die wässrige Lösung durch die Trennwand aus dem Erdboden abgesaugt, wenn die folgenden Voraussetzungen erfüllt sind:

  • a) Die poröse Trennwand ist hydrophil, d. h. die Wände der kapillaren Kanäle sind vollständig mit Wasser benetzt und bleiben während des Absaugens nass.
  • b) Der Wert von Δp ist kleiner als der Wert der Druckdifferenz innerhalb und außerhalb der Gasblasen (in der Flüssigkeit), deren Radius gleich dem Radius der Kapillaren R ist, d. h. folgendes Verhältnis muss gegeben sein: Δp < 2σ/R. Hier wird die Oberflächenspannung der Flüssigkeit mit σ bezeichnet. Die rechte Seite dieser Ungleichung ist gleich dem Überdruck in der Gasblasen (mit Radius R), der durch die Krümmung der Flüssigkeit-Gas-Grenze verursacht wird.
For the sake of simplicity, let us assume that all permeable capillary channels in this partition wall (membrane, filter) have the same radius R. Under the influence of the pressure difference Δp, only the aqueous solution is sucked out of the ground through the dividing wall, if the following conditions are met:
  • a) The porous partition wall is hydrophilic, ie the walls of the capillary channels are completely wetted with water and remain wet during the suction.
  • b) The value of Δp is smaller than the value of the pressure difference inside and outside the gas bubbles (in the liquid) whose radius is equal to the radius of the capillaries R, ie the following ratio must be given: Δp <2σ / R. Here, the surface tension of the liquid is denoted by σ. The right side of this inequality is equal to the overpressure in the gas bubbles (of radius R) caused by the curvature of the liquid-gas boundary.

Bei der Erfüllung diesen Bedingungen stellt die poröse Trennwand ein unüberwindbares Hindernis fair die Gasphase dar. Das Gas kann die Membran nur in der Form einer Lösung durchdringen. Die Gasblasen können die Membran nur dann durchdringen, wenn Δp > 2σ/R.In fulfilling these conditions, the porous partition represents an insurmountable obstacle fair to the gas phase Penetrate membrane only in the form of a solution. The gas bubbles can penetrate the membrane only if Δp> 2σ / R.

Tabelle 1 zeigt die ungefähren Werte des größten zulässigen Vakuums ΔP für Wasser je nach Radius R der Trennwandkapillaren. Wenn der tatsächlichen Vakuumwert Δp diesen Wert überschreitet, erfolgt das gleichzeitige Absaugen des Wasser-Gas-Gemisches. Die Druckdifferenz ΔP wird in Metern der Wassersäule (m H2O) und Millimeter Hg (mm Hg) ausgedrückt. Tabelle 1. Abhängigkeit des größten erlaubten Vakuums ΔP vom Kapillarradius R. R Δ P μm m mm H2O Hg 1 15,0 1150 3 5,0 380 4 3,7 290 5 3,0 230 10 1,5 115 30 0,5 38 Table 1 shows the approximate values of the largest allowable vacuum ΔP for water depending on the radius R of the partition wall capillaries. If the actual vacuum value Δp exceeds this value, the simultaneous suction of the water-gas mixture takes place. The pressure difference ΔP is expressed in meters of the water column (m H 2 O) and millimeters Hg (mm Hg). Table 1. Dependence of maximum allowed vacuum ΔP on capillary radius R. R Δ P microns m mm H 2 O hg 1 15.0 1150 3 5.0 380 4 3.7 290 5 3.0 230 10 1.5 115 30 0.5 38

Diese Daten sind grobe Schätzungen. Doch sie sind wichtig für die Orientierung bei der Herstellung der entsprechenden Vorrichtung. Die Porengröße jeden porösen Materials variiert in der Regel in einem bestimmten Wertebereich. Daher ist es notwendig, eine Methode zu haben, um den Vakuumgrenzwert ΔP für jede Probe der porösen Trennwand durch direkte Messung festzulegen.These data are rough estimates. But they are important for orientation in the manufacture of the corresponding device. The pore size of each porous material usually varies within a certain range of values. Therefore, it is necessary to have a method to set the vacuum limit ΔP for each sample of the porous partition by direct measurement.

Diese Voraussetzungen für einen rationalen Einsatz von Vakuum für die Lösung der obigen Aufgabe ermöglichen die Formulierung folgender Patentansprüche bezüglich des Verfahrens zur Gewinnung von Wasser aus dem feuchten Erdboden.

  • 1. Verfahren zur Gewinnung von Wasser aus dem feuchten Erdboden durch Absaugen mit Vakuum, dadurch gekennzeichnet, dass das Absaugen von Grundwasser durch eine dünne poröse Trennwand (Membran, Filter) mit durchlässigen Kapillarkanälen durchgeführt wird, wobei eine Seite der Trennwand in engen Kontakt mit dem feuchten Erdboden gebracht wird.
  • 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die dünne poröse Trennwand (Membran, Filter) aus einem hydrophilen Material mit durchlässigen Kapillaren hergestellt wird, die Wände der Kapillaren mit Wasser benetzt ist und die poröse Trennwand bei der Wirkung des Vakuums ständig befeuchtet wird, damit sie nass bleibt.
  • 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Vakuumwert beim Absaugen des Wassers aus dem Erdboden nicht den Wert erreicht, bei dem das Wasser bei Erdbodentemperatur zu sieden beginnt.
  • 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Arbeitswert des Vakuums (Vakuumarbeitswert), mit dem das Wasser aus dem Erdboden durch die befeuchtete poröse Trennwand (Membran, Filter) abgesaugt wird, nicht den Vakuumgrenzwert überschreitet, bei dem das Erdgas beginnt, die Trennwand zu durchdringen, und dieser Vakuumgrenzwert für jedes Muster der Trennwand vorher versuchsweise bestimmt werden muss, weil der Vakuumgrenzwert von der Kapillargröße abhängig ist.
These conditions for a rational use of vacuum for the achievement of the above object make it possible to formulate the following claims relating to the method for obtaining water from the moist soil.
  • A method for recovering water from the wet soil by suction with vacuum, characterized in that the extraction of groundwater through a thin porous partition (membrane, filter) is performed with permeable capillary, wherein one side of the partition in close contact with the moist soil is brought.
  • 2. The method according to claim 1, characterized in that the thin porous partition (membrane, filter) is made of a hydrophilic material with permeable capillaries, the walls of the capillaries is wetted with water and the porous partition is constantly moistened under the action of the vacuum to keep her wet.
  • 3. The method according to claim 1, characterized in that the vacuum value when sucking the water from the ground does not reach the value at which the water begins to boil at ground temperature.
  • 4. The method according to claim 1, characterized in that the labor value of the vacuum (vacuum working value), with which the water is sucked out of the ground through the moistened porous partition (membrane, filter), does not exceed the vacuum limit at which the natural gas begins, penetrate the partition, and this vacuum limit for each pattern of the partition must be tentatively determined beforehand, because the vacuum limit is dependent on the capillary size.

Die vorliegende Erfindung umfasst ein Verfahren zur Bestimmung des Vakuumgrenzwertes ΔP, bei dem das Ansaugen des Wasser-Gas-Gemisches durch die poröse Trennwand beginnt. Dieser Wert hängt von der Größe der Kapillarkanäle der porösen Trennwand ab, und ist ihre individuelle Eigenschaft. Daher muss der höchstmögliche Vakuumwert (Vakuumgrenzwert) für jede Probe der porösen Trennwand mittels einer der folgenden Methoden bestimmt werden, die im vorliegenden Patentanspruch enthalten sind.

  • 5. Verfahren zur Bestimmung des Vakuumgrenzwertes ΔP, bei dessen Überschreitung das Wasser-Gas-Gemisch durch die poröse Trennwand (Membran, Filter) abgesaugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Prüfstück der porösen Trennwand als Boden eines Gefäßes mit transparenten Wänden (zur visuellen Kontrolle) hermetisch befestigt wird, das Gefäß mit Wasser gefüllt wird, bis die Trennwand unter Wasser steht, das Vakuum nach und nach vergrößert wird und dabei der Vakuumwert gemessen wird, bei dem erste kontinuierlich reproduzierbaren Luftblasen an der Trennwandoberfläche unter Wasser auftreten und der dabei registrierte Vakuumwert der gesuchte Grenzwert ΔP des Vakuums für die untersuchte Probe der porösen Trennwand ist.
  • 6. Verfahren zur Bestimmung des Vakuumgrenzwertes ΔP, bei dessen Überschreitung das Wasser-Gas-Gemisch durch die poröse Trennwand (Membran, Filter) abgesaugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass dieser Vakuumgrenzwert aus der Abhängigkeit der stationären Luftgeschwindigkeit von dem Vakuumwert beim Absaugen der Luft aus dem Behälter bestimmt wird, wobei dieser Behälter die zu untersuchende porösen Trennwand als Boden oder Wände hat und eine ausreichende Menge Wasser beinhaltet, um die poröse Trennwand vollständig abzudecken.
The present invention comprises a method for determining the vacuum limit ΔP, at which the suction of the water-gas mixture through the porous partition wall begins. This value depends on the size of the capillary channels of the porous partition, and is their individual property. Therefore, the highest possible vacuum level (vacuum limit) for each sample of porous partition must be determined by one of the following methods included in the present claim.
  • 5. A method for determining the vacuum limit .DELTA.P, the excess of which the water-gas mixture is sucked through the porous partition (membrane, filter), characterized in that the test piece of the porous partition as the bottom of a vessel with transparent walls (for visual inspection ) is hermetically sealed, the vessel is filled with water until the partition wall is under water, the vacuum is gradually increased and thereby the vacuum value is measured at which the first continuously reproducible air bubbles occur on the partition surface under water and the thereby registered vacuum value is the desired limit value .DELTA.P of the vacuum for the investigated sample of the porous partition.
  • 6. A method for determining the vacuum limit .DELTA.P, the excess of which the water-gas mixture through the porous partition wall (membrane, filter) is sucked off, characterized in that this vacuum limit from the dependence of the stationary air velocity of the vacuum value during the extraction of air the container is determined, said container having the porous partition to be examined as the bottom or walls and includes a sufficient amount of water to completely cover the porous partition.

1 zeigt einen Graphen der Abhängigkeit der stationären Geschwindigkeit L (cm3/s) der durch die poröse Trennwand abgesaugten Luft vom Vakuumwert Δp (mm Hg), wie in dem Verfahren nach Anspruch 6 angegeben. Der Graph enthält zwei charakteristische Abschnitte: Linie 1 und Linie 2. Linie 1: Durch die poröse Trennwand tritt ausschließlich Wasser. Zum Ausdruck kommt eine kleine Steigerung von Linie 1. Diese Steigerung geschieht aufgrund des Entfernens gelöster Gase aus dem Wasser und der Wasserverdampfung. Linie 2 beschreibt einen Durchbruch von Gas (Luft) durch eine poröse Trennwand. Der Übergangspunkt dieser Linien zeigt den gesuchten Grenzwert ΔP für bestimmte Arten poröser Trennwände.

  • 7. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das der Vakuumarbeitswert beim Absaugen von Wasser aus dem Erdboden durch die poröse Trennwand (Membran, Filter) nicht die 90–95% des Vakuumgrenzwertes ΔP überschreitet.
1 FIG. 12 shows a graph of the dependence of the stationary velocity L (cm 3 / s) of the air sucked off the porous partition from the vacuum value Δp (mm Hg) as indicated in the method of claim 6. The graph contains two characteristic sections: Line 1 and Line 2. Line 1: Through the porous partition only occurs water. This is expressed by a small increase of line 1. This increase is due to the removal of dissolved gases from the water and water evaporation. Line 2 describes a breakthrough of gas (air) through a porous partition. The transition point of these lines shows the sought limit ΔP for certain types of porous partitions.
  • 7. The method according to claim 4, characterized in that the vacuum working value when aspirating water from the soil through the porous partition (membrane, filter) does not exceed 90-95% of the vacuum limit .DELTA.P.

In der 1 wird das Maximum des Vakuumarbeitswertes mit dem Symbol (Δp)m. bezeichnet. Somit sollte laut Anspruch 7 der Wert von (Δp)m nicht die 90–95% des Wertes ΔP überschreiten.In the 1 becomes the maximum of the vacuum work value with the symbol (Δp) m . designated. Thus, according to claim 7, the value of (Δp) m should not exceed 90-95% of the value ΔP.

BESCHREIBUNG DER VORRICHTUNGDESCRIPTION OF THE DEVICE

Eine Vorrichtung zur Durchführung des vorgeschlagenen Verfahrens ist schematisch in der 2 dargestellt. Die Vorrichtung hat die folgenden Hauptelemente, und zwar: Aufnahmebehälter (1) mit einer porösen Trennwand (2); Luftpumpe (Membranpumpe) (3); Pumpenumschalter (4) mit den zwei Positionen: „A” (absaugen) und „B” (pressen); Antrieb des Pumpenumschalters (5); Rückschlagklappe (6); Vorratsbehälter (7); Einrichtung für die Trinkwasseraufbereitung (8); Solarbatterie (9); elektronisches Steuergerät (10); Steuerventil mit Elektroantrieb (11); Differenzdruckmesser (12); Füllstandmesser (13), (14); Trinkwasserausgang (15).An apparatus for carrying out the proposed method is schematically in the 2 shown. The device has the following main elements, namely: receptacles ( 1 ) with a porous partition ( 2 ); Air pump (diaphragm pump) ( 3 ); Pump switch ( 4 ) with the two positions: "A" (aspirate) and "B"(squeeze); Drive of the pump switch ( 5 ); Check valve ( 6 ); Reservoir ( 7 ); Device for drinking water treatment ( 8th ); Solar battery ( 9 ); electronic control unit ( 10 ); Control valve with electric drive ( 11 ); Differential pressure gauge ( 12 ); Level gauge ( 13 ) 14 ); Drinking water outlet ( 15 ).

ARBEIT DER VORRICHTUNGWORK OF DEVICE

Die Vorrichtung arbeitet wie folgt. Der Aufnahmebehälter (1) wird im feuchten Erdboden versenkt. Die poröse Trennwand (2) wird in engen Kontakt mit den Erdbodenpartikeln gebracht. Es ist nützlich, den Kontaktbereich mit feinem Sand zu füllen. Die poröse Trennwand (Membran, Filter) wird vorläufig benetzt.The device works as follows. The receptacle ( 1 ) is sunk in the damp soil. The porous partition ( 2 ) is brought into close contact with the soil particles. It is useful to fill the contact area with fine sand. The porous partition (membrane, filter) is temporarily wetted.

Die Arbeit umfasst die folgenden Schritte.The work includes the following steps.

In Position ”A” (absaugen) des Umschalters (4) wird die Pumpe (3) in Betrieb genommen. Nach dem Erreichen des Vakuumarbeitswertes Δp wird die Pumpe (3) ausgeschaltet. Diese Pumpe wird jedes Mal bei einem Signal des Manometers (12) aktiviert, sobald es eine Senkung des Vakuums um 5–10% anzeigt. Der Aufnahmebehälter (1) ist somit ein Manostat (Druckhalter). Im Behälter (1) wird automatisch ein voreingestellter Vakuumwert aufrechterhalten.In position "A" (suction) of the switch ( 4 ) the pump ( 3 ) put into operation. After reaching the vacuum working value Δp, the pump ( 3 ) switched off. This pump is triggered every time a pressure gauge signal ( 12 ) is activated as soon as it indicates a reduction of the vacuum by 5-10%. The receptacle ( 1 ) is thus a manostat (pressure holder). In the container ( 1 ) a preset vacuum value is automatically maintained.

In der Ausführungsform von 2 wird im Aufnahmebehälter (1) der Sensor des Manometers (12) an der Oberfläche der porösen Trennwand eingerichtet. Dies ermöglicht eine automatische Erfassung des hydrostatischen Drucks des Wassers, das in den Aufnahmebehälter (1) kommt.In the embodiment of 2 is in the receptacle ( 1 ) the pressure gauge sensor ( 12 ) is set up on the surface of the porous partition. This allows automatic detection of the hydrostatic pressure of the water entering the receptacle ( 1 ) comes.

Nach dem Befüllen des Behälters (1) mit dem voreingestellten Wasservolumen wechselt der Umschalter (4) durch das Signal des Füllstandanzeigers (13) in Position „B” (drücken). Das Vakuum in dem Behälter (1) wird durch einen Überdruck ersetzt, wodurch das Wasser in einen Vorratsbehälter (7) transportiert wird. Dieser Überdruck führt außerdem zum kurzzeitigen Rückfluss des Wassers in den Kapillaren, d. h. die Kapillaren werden gereinigt. Aus dem Behälter (7) wird das zugeführte Wasser durch das elektrisch gesteuerte Ventil (11) zur Einrichtung für die Trinkwasseraufbereitung (8) und weiter zum Verbraucher geleitet.After filling the container ( 1 ) with the preset water volume the switch changes ( 4 ) by the signal of the level indicator ( 13 ) in position "B" (press). The vacuum in the container ( 1 ) is replaced by an overpressure, whereby the water in a reservoir ( 7 ) is transported. This overpressure also leads to short-term reflux of the water in the capillaries, ie the capillaries are cleaned. From the container ( 7 ), the water supplied through the electrically controlled valve ( 11 ) to the drinking water treatment facility ( 8th ) and on to the consumer.

Im Ausführungsbeispiel in 2 verwendet man nur eine Luftpumpe zum Absaugen und Pressen. Es können auch zwei Pumpen verwendet werden. Dann ist der komplizierte mechanische Pumpenumschalter (4) nicht mehr notwendig. Alle Vorgänge werden automatisch durch die elektronische Einheit (10) gesteuert. Als Energiequelle dient die Solarbatterie (9). Die Einheit (10) führt die Transformation und Akkumulation von Elektroenergie aus und kontrolliert alle elektrischen Systeme des Apparates.In the embodiment in 2 One uses only one air pump for suction and pressing. It is also possible to use two pumps. Then the complicated mechanical pump switch ( 4 ) not necessary anymore. All operations are automatically performed by the electronic unit ( 10 ) controlled. The energy source is the solar battery ( 9 ). The unit ( 10 ) performs the transformation and accumulation of electrical energy and controls all electrical systems of the apparatus.

MATERIALIEN UND KOMPONENTEMATERIALS AND COMPONENT

Für die poröse Trennwand (2) können nur hydrophile Materialien verwendet werden, z. B. poröse Keramik. Die Dicke der Trennwand sollte minimal sein, aber hinreichende Bedingungen für mechanische Stabilität bieten. Elastische, poröse Materialien benötigen ein Stützgitter. Im Apparat kann eine Membranpumpe (Luftpumpe) verwendet werden. Man kann, z. B. die Luftpumpe eines Blutdruckmessers benutzen. Sie entwickelt Druck und Vakuum bis 300 mm Hg. Dies ermöglicht die Verwendung von porösen Trennwänden mit einem maximalen Porenradius von etwa 4 Mikron oder weniger (siehe Tabelle 1).For the porous partition ( 2 ) Only hydrophilic materials can be used, for. B. porous ceramic. The thickness of the partition should be minimal, but should provide sufficient conditions for mechanical stability. Elastic, porous materials need a support grid. In the apparatus a diaphragm pump (air pump) can be used. You can, for. B. use the air pump of a sphygmomanometer. It develops pressure and vacuum up to 300 mm Hg. This allows the use of porous partitions with a maximum pore radius of about 4 microns or less (see Table 1).

VORTEILE DER ERFINDUNGADVANTAGES OF THE INVENTION

Der Apparat ist eine kompakte, voll automatische Einheit mit Sonnenstrahlung als Energiequelle d. h. die Vorrichtung ist autonom. Das vorgeschlagene Verfahren verhindert das Eindringen von Bodengasen in den Aufnahmebehälter (1). Dank dieser Besonderheit wird die Absaugpumpe (Luftpumpe) nur periodisch für kurze Zeit zur Korrektur des Vakuumarbeitswertes in Betrieb genommen. Somit wird der Stromverbrauch minimiert. Dies ermöglicht eine erhebliche Begrenzung der Fläche der Solarzelle und somit der Maße des Apparates. Die Eintauchtiefe des Aufnahmebehälters (1) in den Erdboden beträgt höchstens 2–3 m, und hängt von seiner Struktur und Feuchtigkeitsverteilung ab.The device is a compact, fully automatic unit with solar radiation as an energy source ie the device is autonomous. The proposed method prevents the penetration of soil gases into the receptacle ( 1 ). Thanks to this special feature, the suction pump (air pump) is put into operation only periodically for a short time to correct the vacuum working value. Thus, the power consumption is minimized. This allows a significant limitation of the surface of the solar cell and thus the dimensions of the apparatus. The Immersion depth of the receptacle ( 1 ) in the soil is at most 2-3 m, and depends on its structure and moisture distribution.

Die Vorrichtung hat eine feste Position. Sie kann jedoch schnell und kostengünstig transportiert und zusammengebaut werden, weil keine Bohrungen notwendig sind. Das Gerät ist für den Einsatz in humiden und teilweise in ariden Klimazonen geeignet. Die geschätzte Leistung der Vorrichtung beträgt 10–20 Liter Trinkwasser pro Tag.The device has a fixed position. However, it can be quickly and inexpensively transported and assembled because no drilling is necessary. The device is suitable for use in humid and partly in arid climates. The estimated power of the device is 10-20 liters of drinking water per day.

Wenn der Aufnahmebehälter (1) in den Erdboden unterhalb der Tiefe der Erdbodenvereisung getaucht wird, der Apparat thermisch isoliert ist und durch die gewonnene Sonnenenergie beheizt wird, kann die Vorrichtung bei Temperaturen unter 0°C eingesetzt werden.When the receptacle ( 1 ) is immersed in the ground below the depth of the earth's ice, the apparatus is thermally insulated and heated by the solar energy obtained, the device can be used at temperatures below 0 ° C.

Wichtig ist, dass in Dürreperioden das Arbeitsvakuum in dem Aufnahmebehälter (1) aufrechterhalten wird, solange eine geringe Wassermenge zur Befeuchtung der Trennwand im Aufnahmebehälter bleibt.It is important that in drought periods the working vacuum in the receptacle ( 1 ) is maintained as long as a small amount of water for humidification of the partition remains in the receptacle.

Erläuterung zu den AbbildungenExplanation of the pictures

1. Die grafische Darstellung der Abhängigkeit der stationären Geschwindigkeit der Gasabsaugung durch eine durchnässte, poröse Trennwand (Membran, Filter) von dem Vakuumwert Δp. Das Symbol ΔP steht für den Vakuumgrenzwert, bei dem ein Durchbruch des Gases durch die poröse Trennwand erfolgt. Das Symbol (Δp)m bezeichnet den maximalen Vakuumarbeitswert. Der Bereich der zulässigen Vakuumarbeitswerte ist durch Schattierung hervorgehoben. 1 , The graphic representation of the dependence of the stationary velocity of the gas suction through a drenched, porous separating wall (membrane, filter) of the vacuum value Δp. The symbol .DELTA.P stands for the vacuum limit, at which a breakthrough of the gas through the porous partition takes place. The symbol (Δp) m denotes the maximum vacuum work value. The range of allowable vacuum values is highlighted by shading.

2. Schema der Vorrichtung zur Gewinnung von Trinkwasser aus dem feuchten Erdboden 2 , Scheme of the apparatus for obtaining drinking water from the damp soil

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Aufnahmebehälterreceptacle
22
Poröse Trennwand (Membrane, Filter)Porous partition (membrane, filter)
33
Luftpumpeair pump
44
Pumpenumschalter (Position „A”-saugen, Position „B”-pressen)Pump change-over switch (position "A" -suspended, position "B" -pressures)
55
Elektrischer Antrieb des PumpenumschaltersElectric drive of the pump switcher
66
Rückschlagklappe (beim Absaugen geschlossen)Non-return flap (closed during suction)
77
Vorratsbehälterreservoir
88th
Einrichtung für die TrinkwasseraufbereitungDevice for drinking water treatment
99
Solarbatteriesolar battery
1010
Elektronische EinheitElectronic unit
1111
Elektrisch gesteuertes VentilElectrically controlled valve
1212
DifferenzdruckmesserDifferential pressure gauge
13, 1413, 14
Füllstandmesserlevel meter
1515
Trinkwasserausgangdrinking water output

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • RU 2412304 [0004] RU 2412304 [0004]
  • EP 1026328 [0005] EP 1026328 [0005]
  • DE 102006029658 [0006] DE 102006029658 [0006]
  • RU 2135747 [0007, 0008, 0009] RU 2135747 [0007, 0008, 0009]

Claims (1)

Vorrichtung zur Gewinnung von Wasser aus dem feuchten Erdboden unter Einsatz von Vakuum nach obigen Verfahren, die folgende Hauptelemente beinhaltet, und zwar a) in den Erdboden abgesenkter Behälter zur Aufnahme von Grundwasser; (Aufnahmebehälter); b) Luftpumpe(n) zur Erzeugung von Vakuum und Überdruck im Aufnahmebehälter; c) Einrichtung zur Trinkwasseraufbereitung; d) Solarstation (Sonnenbatterie) als Energiequelle; e) Einheit zur automatischen Steuerung des elektrischen Systems; dadurch gekennzeichnet, dass eine oder mehrere Wände des Aufnahmebehälters aus einer hydrophilen, porösen Trennwand (Membrane, Filter) bestehen, und das Grundwasser unter der Wirkung von Vakuum durch diese Trennwand abgesaugt wird, wobei der Vakuumarbeitswert, der für jedes einzelne für die Trennwand verwendete Material versuchsweise, z. B. durch Verfahren nach 5 oder 6 bestimmt wird, automatisch durch periodische, kurzzeitige Inbetriebnahme der Luftpumpe nach den Signalen des Drucksensors aufrechterhalten wird.A device for extracting water from the wet soil using vacuum according to the above method, comprising the following main elements, namely a) lowered into the ground container for receiving groundwater; (Receptacle); b) air pump (s) for generating vacuum and overpressure in the receptacle; c) drinking water treatment facility; d) solar station (solar battery) as an energy source; e) unit for automatic control of the electrical system; characterized in that one or more walls of the receptacle are made of a hydrophilic porous partition (membrane, filter), and the groundwater is sucked through this partition under the action of vacuum, the vacuum working value being for each material used for the partition tentatively, z. B. is determined by the method according to 5 or 6, is automatically maintained by periodic, short-term startup of the air pump according to the signals of the pressure sensor.
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Citations (4)

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RU2412304C1 (en) 2009-08-27 2011-02-20 Рашит Фархатович Насардинов System of water-saving cavities in soil

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