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Die Erfindung betrifft ein Filtersystem zum Entfernen von Mikrofasern aus dem Abwasser insbesondere einer Waschmaschine.
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Während des Waschens verschiedener Textilien, insbesondere von Fleecestoffen, werden nicht unerhebliche Mengen an Mikrofasern, die teils schwer abbaubar sind, im Wasser gelöst. Über das Abwasser gelangen diese in unsere Umwelt, denn selbst die Kläranlagen filtern sie nicht vollständig heraus. Die Mikrofasern können sowohl die Gesundheit von Menschen, als auch die anderer Organismen negativ beeinflussen.
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Zudem stellen Mikrofasern ein erhebliches Umweltproblem dar: Mikrofasern gehören zum Mikroplastik, das eine immer größere Belastung für unseren Planeten darstellt. Über eine genaue Definition von Mikroplastik wird in Fachkreisen noch debattiert. Die meisten Quellen sind sich jedoch darüber einig, dass Mikroplastik im Allgemeinen alle Plastikpartikel umfasst, die kleiner als 5 mm sind. Strittig sind die Größenordnungen unter einem Millimeter. Mikroplastik gliedert sich in drei Kategorien: Primäres Mikroplastik Typ A und B sowie sekundäres Mikroplastik. Sekundäres Mikroplastik entsteht, wenn Makroplastik - also Fragmente von Plastikmüll größer als 5mm - durch Verwitterung und Fragmentierung weiter zerkleinert wird. Ein Beispiel für sekundäres Mikroplastik sind sich mit der Zeit immer weiter zersetzende Plastiktüten. Primäres Mikroplastik Typ A dagegen wird schon mikroskopisch klein hergestellt oder entsteht während der Nutzung der Produkte. Das sind beispielsweise Glitzer, Kunststoffpellets, Lasersinterpulver für 3D-Drucker, Reibkörper in Kosmetika, wie Zahnpasta oder Peelings. Als primäres Mikroplastik Typ B werden unter anderem beim Waschen aus der Kleidung gelöste Mikrofasern oder auch Reifenabrieb eingeordnet. Rund 330.000 Tonnen Mikroplastik fallen jedes Jahr allein in Deutschland an.
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Mikroplastik ist ein Risiko für die Umwelt und wichtige Ökosysteme und damit auch für uns Menschen. Fische oder andere Wasserorganismen, die in den Gewässern vorhandenes Mikroplastik mit Nahrung verwechseln, sterben durch ihre plastikgefüllten Mägen, weil sie kein Hungergefühl mehr verspüren oder sich an scharfen Kanten verletzen. Zum Teil nehmen sie Mikroplastik auch in ihr Gewebe auf, wodurch bei Miesmuscheln zum Beispiel Entzündungen entstehen können. Bei Wattwürmern kommt es unter anderem auch zu Verdauungsstörungen, da die Plastikpartikel länger als der Strandsand im Magen bleiben. Auch können sich, abhängig von mehreren Faktoren, Biofilme und Ansiedlungen von Mikroorganismen auf den Mikroplastikpartikeln bilden. Die dadurch schwerer werdenden Partikel sinken in tiefere, sauerstoffärmere Schichten, wo sie nur sehr langsam abgebaut werden können. Kleinere Mikroplastikpartikel können sogar in Zellen eindringen, so z.B. dringen sie als Nanoplastik in die menschlichen Zellen ein. Die gröberen Partikel werden wieder ausgeschieden. Ob dies eine gesundheitliche Belastung für den Menschen darstellt, ist noch ungewiss. Wissenschaftler gehen aber davon aus, dass von Mikroplastik ein potentielles Gesundheitsrisiko ausgeht.
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Fast überall ist Mikroplastik nachzuweisen, in Lebensmitteln wie Mineralwasser, Bier, Milch, Honig oder Meersalz, aber auch in Gewässern und sogar unserer Luft. Als Mikrofasern werden alle Fasern mit einer geringeren Feinheit als einem dtex eingeordnet. Ein dtex entspricht bei einer Faserlänge von 10.000 Metern einem Gewicht von einem Gramm. Das wegen seiner Praktikabilität bei Herstellern beliebte Polypropylen hat beispielsweise bei einer Dichte von 0,9 g/ cm und einem Durchmesser von 10 µm eine Feinheit von 0,7 dtex. Synthetische Mikrofasern, beispielsweise solche aus Synthetik, wie Polypropylen (PP), Polyamid 6 und 66 (PA6, PA 66) oder Polyethylen (PE), brauchen sehr lange Zeit zum Abbau, während natürlichen Fasern, wie z. B. Baumwolle, Leinen oder Merinowolle, schon nach kurzer Zeit biologisch abgebaut werden.
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Die beim Waschen abbrechenden Mikrofasern sind ca. 50 µm bis 15 mm lang und oft nicht dicker als 10 µm. Sie zählen zum primären Mikroplastik Typ B und ziehen die oben genannten Folgen für uns und unsere Umwelt nach sich. Diese Mikrofasern gelangen über Trocknerabluft und Abwasser in die Kläranlagen und in unsere Umwelt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung anzugeben, die möglichst zuverlässig synthetische Mikrofasern aus dem Abwasser, insbesondere einer Waschmaschine, herausfiltert.
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Die Aufgabe wird gelöst durch ein Filtersystem zum Entfernen von Mikrofasern aus dem Abwasser, insbesondere einer Waschmaschine, wobei ein rohrförmiges Gehäuse vorgesehen ist, in dem - in Fließrichtung des Abwassers gesehen - mehrere Filterelemente kaskadenförmig angeordnet sind, wobei die einzelnen Filterelemente so ausgestaltet sind, dass sie Mikrofasern unterschiedlicher Größe aus dem Abwasser herausfiltern. Bei den Filterelementen handelt es sich beispielsweise um Filterbeutel. Die Filterelemente sind als Einweg- oder Mehrweg-Filterelemente ausgestaltet.
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Eine bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Filtersystems aus hintereinander angeordneten Filterelementen sieht drei Filterelemente aus Filtergeweben mit unterschiedlichen Porenöffnungen vor. Die Porenöffnung des ersten in Fließrichtung des Abwassers angeordneten Filterelements ist hierbei größer als die Porenöffnung des zweiten Filterelements und des dritten Filterelements, und die Porenöffnung des zweiten in Fließrichtung des Abwassers angeordneten Filterelements ist größer als die Porenöffnung des dritten Filterelements. Da sich die kleinsten Mikrofasern in Größenordnungen von 10-50µm befinden, sollten die Porenöffnungen des feinsten Filters so bemessen sein, dass auch Mikrofasern mit 10 µm aus dem Abwasser entfernt werden können.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Filtersystems schlägt vor, dass jedes der Filterelemente so ausgestaltet ist, dass er erst nach Ablauf einer vorgegebenen Anzahl von Filterzyklen oder Waschzyklen einen vorgegebenen maximalen Verstopfungsgrad erreicht. Bevorzugt ist jedes der Filterelemente so ausgestaltet, dass bei Erreichen des vorgegebenen maximalen Verstopfungsgrades die offene Mindestfläche des Filterelements im Wesentlichen der offenen Fläche eines handelsüblichen Abflussrohres der Waschmaschine entspricht. Da aus Effizienzgründen möglichst alle Filterelemente den vorgegebenen maximalen Verstopfungsgrad möglichst gleichzeitig erreichen sollen, haben die Filterelemente, die unterschiedlich dimensionierte Porenöffnungen haben, auch unterschiedliche Abmessungen.
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Nachfolgend ist beispielhaft ein Ansatz zur Berechnung der Mindestoberfläche eines Filterelements angegeben. Um in der Praxis sinnvolle Reinigungs- bzw. Austauschintervalle für das Filtersystem zu erhalten - bevorzugt 1x pro Woche in einem 4 Personenhaushalt - soll beispielsweise bei 90% Verstopfung immer noch die gleiche Fläche offen sein sollte, wie sie das Abflussrohr der Waschmaschine im Serienzustand hat.
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Hat das rohrförmige Gehäuse, sprich das Abflussrohr, einen Radius von 1,25 cm so ergibt sich die durchströmte Fläche A = πr2 des Abflussrohres zu 4,9cm2. Diese 10%ige Mindestoberfläche sollte also beim Filterelement vorhanden sein, wenn der Filter zu 90% verstopft ist. Es versteht sich, dass der prozentuale Anteil der Mindestoberfläche von 10% auch andere Werte haben kann.
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Die offene Fläche der jeweiligen Filtergewebe ist je nach Fein- bzw. Grobheit unterschiedlich. Um die jeweilige Mindestfläche zu bestimmen, ist daher der errechnete Wert von 4,9cm2 durch die offene Fläche des Filtergewebes und durch 10% zu teilen.
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Somit ergeben sich beispielhaft für die Mindestoberfläche bei unterschiedlichen Porenöffnungen der Filterelemente folgende Werte:
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Die Porenöffnung ist 50 µm und die offene Fläche 31%:
- 4,9 cm2/0,31 / 0,1 = 158,1 cm2
Die Porenöffnung ist 400 µm und die offene Fläche 38%:
- 4,9 cm2 / 0,38 / 0,1 = 129 cm2
Die Porenöffnung ist 700 µm und die offene Fläche 52,2%:
- 4,9 cm2 / 0,525 / 0,1 = 93,3 cm2
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Insbesondere ist daher in Verbindung mit dem erfindungsgemäßen Filtersystem vorgesehen, dass die Filterelemente bei im Wesentlichen gleichem Durchmesser eine unterschiedliche Mindestlänge aufweisen, wobei die Mindestlänge so bemessen ist, dass jedes Filterelement die dem vorgegebenen maximalen Verstopfungsgrad entsprechende offene Mindestfläche aufweist.
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Die Mindestlänge der Filterelemente lässt sich folgendermaßen berechnen: Die Mindestfläche wird durch den Umfang geteilt, den das jeweilige z.B. zylinderförmige Filterelement hat. Damit das zumindest im oberen offenen Bereich zylinderförmige Filterelement in das rohrförmige Gehäuse passt, muss es einen kleineren Durchmesser aufweisen als der Innendurchmesser des rohrförmigen Gehäuses.
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Hat das rohrförmige Gehäuse z.B. einen Innendurchmesser von 10,3cm, so ist der Kreisumfang zu U = 2πr = 32.358cm. Da der Innendurchmesser größer ist als der Durchmesser des Filterbeutels im oberen Bereich, werden z.B. 2cm vom Umfang abgezogen, woraus sich für den Umfang zu 30,358 cm bzw. aufgerundet zu 30,4cm ergibt.
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Teilt man nun die Mindestfläche durch den Umfang von 30,4cm, so erhält man für die Mindestlänge der einzelnen Filterelemente folgende Werte:
| 50 µm: | 158,1 cm2: 30,4 cm = | 5,2 cm |
| 400 µm: | 129 cm2: 30,4 cm = | 4,3 cm |
| 700 µm: | 93,3 cm2: 30,4 cm = | 3,8 cm |
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Bevorzugt sind die Filterelemente - wie bereits erwähnt - zylinderförmig ausgestaltet. Geeignet sind jedoch auch Filterelemente, die eine kegelförmige Ausgestaltung aufweisen.
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Zwecks einfachen Austausches des Filtersystems und/oder einzelner Filterelemente des Filtersystems, ist an dem rohrförmigen Gehäuse zumindest eine verschließbare Öffnung vorgesehen. Die Filterelemente selbst sind lösbar/austauschbar in dem rohrförmigen Gehäuse angeordnet.
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Als besonders vorteilhaft wird es in Verbindung mit der erfindungsgemäßen Lösung angesehen, wenn das rohrförmige Gehäuse zumindest aus einer der Anzahl der Filterelemente entsprechenden Anzahl von miteinander verbindbaren Rohrstücken besteht. Hierbei ist an jedem der Rohrstücke eine verschließbare Öffnung zum Austausch des jeweiligen Filterelements vorgesehen.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lösung schlägt vor, dass im offenen Endbereich eines jedes der Filterelemente eine Halterung vorgesehen ist, über die das Filterelement mit einem korrespondierenden Befestigungselement, das in dem rohrförmigen Gehäuse angeordnet ist, verbindbar ist.
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Um Platz zu sparen, ist der Abstand der Befestigungselemente in dem rohrförmigen Gehäuse so bemessen, dass die Filterelemente teilweise überlappen. Hierdurch ist es möglich, das Filtersystem möglichst innerhalb der Waschmaschine zu positionieren.
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Als besonders vorteilhaft wird die Weiterbildung erachtet, dass das rohrförmige Gehäuse bezüglich der Waschmaschine so angeordnet ist, dass die Filterbeutel vom Abwasser unter Wirkung der Schwerkraft durchflossen werden. Eine Zusatzpumpe ist somit nicht erforderlich.
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Um sicherzustellen, dass es im Falle der Verstopfung des Filtersystems nicht zum unbeabsichtigten Austreten von Abwasser kommt, ist an dem rohrförmigen Gehäuse ein Bypass vorgesehen ist. Dieser Bypass mündet z.B. in einen Abfluss oder ein Waschbecken. Der Bypass ist so anordnet und ausgestaltet, dass im Falle einer Verstopfung das Abwasser über den Bypass abfließt.
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Um zu verhindern, dass das Filtersystem durch Kalkseifen zusätzlich verstopft, ist eine Entkalkungsvorrichtung z.B. im Zulauf der Waschmaschine vorgesehen. Hierdurch wird erreicht, dass das durch das rohrförmige Gehäuse mit den Filterbeuteln fließende Abwasser einen geringen Härtegrad aufweist.
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Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert. Es zeigt:
- 1: eine schematische Darstellung einer ersten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Filtersystems,
- 2: eine schematische Darstellung einer zweiten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Filtersystems,
- 3: einen Querschnitt durch die in 1 gezeigte Ausgestaltung gemäß der Kennzeichnung A-A, und
- 4: eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Filtersystems, das an eine Waschmaschine angeschlossen ist.
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1 zeigt schematisch eine erste Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Filtersystems 1. Es besteht aus einem rohrförmigen Gehäuse 3, das aus drei Rohrstücken 6 zusammengesetzt ist. In jedem der drei Rohrstücke 6 ist eine mit einem Deckel 8 verschließbare Öffnung 7 vorgesehen sowie jeweils ein Filterbeutel 2. Das u.A. mit Mikrofasern verunreinigte Abwasser wird über den Filterzulauf 19 aus der Waschmaschine 4 in das Filtersystem 1 geleitet und durchläuft anschließend die von grob, über mittel nach fein angeordneten herausnehmbaren Filterbeutel 2. Diese sind jeweils mit einem Griff 23 versehen, der in der verschließbaren Öffnung 7 an der Filterhalterung 10 angebracht ist. Hierbei haben die hintereinander angeordneten Filterbeutel 2 eine unterschiedliche Maschenweite: der erste Filterbeutel 2a hat eine Maschenweite, die größer ist als die des zweiten Filterbeutels 2b. Die Maschenweite des Filterbeutels 2c ist wiederum kleiner als die des Filterbeutels 2b. Der Filterbeutel 2c ist der feinste der drei Filterbeutel 2 und wird als letzter vom Abwasser durchflossen.
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Die einzelnen Filterbeutel 2a, 2b und 2c sind unter den Andruckringen 17 für Filterbeutel 17 mit jeweils vier Schrauben 13 mit Beilagscheiben und vier Positionierungsstiften 14 an der Filterhalterung 10 befestigt. Hierdurch ist es möglich, die abnehmbaren Filterbeutel 2 bequem zu wechseln und ggf. zu reinigen. Die Filterhalterung 10 mit dem daran befestigten Filterbeutel 2 wird dann in die entsprechende verschließbare Öffnung 7 geschoben. Dort liegt sie auf der von außen durch drei Schrauben 11 und Beilagscheiben 12 befestigten Halterung 9 auf, die im Filtersystem 1 einen Bogen von der einen Seite der verschließbaren Öffnung 7 zur anderen beschreibt. Zusätzlichen Halt von oben gibt die der verschließbaren Öffnung 7 gegenüberliegende Klemme 15 zur Fixierung der Filterhalterung 10. Für eine zuverlässige Abdichtung sorgt die unter der Filterhalterung 10 des Filterbeutels 2c angebrachte Dichtung 16. Senkrecht zum Filtersystem 1 wird das verunreinigte Wasser durch den Filterzulauf 19 aus der Waschmaschine 4 eingeleitet. Sind die Filterbeutel 2 verstopft, staut sich das Wasser. Ein Sensor zur Zulaufbegrenzung 22 reagiert bei kritischen Werten, wenn also die Verstopfung so weit fortgeschritten ist, dass der Filter droht, überzulaufen. Im Falle der Verstopfung wird das gestaute Wasser über den Bypass 18 abgeleitet.
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2 zeigt eine zweite Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Filtersystems 1 in einem rohrförmigen Gehäuse 3, das aus einem Rohrstück 6 besteht. In diesem Rohrstück 6 ist eine mit einem Deckel 8 verschließbare Öffnung 7 vorgesehen, sowie die drei ineinander geschachtelten Filterbeutel 2a, 2b und 2c. Das verunreinigte Abwasser wird über den Filterzulauf 19 aus der Waschmaschine 4 in das Filtersystem 1 geleitet und durchläuft anschließend die von grob, über mittel nach fein angeordneten und mit einem Griff 23, der in der verschließbaren Öffnung 7 an der Filterhalterung 10 angebracht ist, herausnehmbaren Filterbeutel 2, angefangen beim gröbsten 2a, dessen Maschenweite größer als die von den darauffolgenden Filterbeuteln 2b und 2c ist. Der Filterbeutel 2c ist der feinste der drei Filterbeutel 2 und wird als letzter vom Abwasser durchflossen.
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Die Filterbeutel 2a, 2b und 2c sind unter einem Andruckring 17 für Filterbeutel 2 mit vier Schrauben 11 mit Beilagscheiben 12 und vier Positionierungsstiften 14, die an der Filterhalterung 10 befestigt sind und ein bequemes Wechseln und Reinigen der abnehmbaren Filterbeutel 2 ermöglichen. Die Filterhalterung 10 wird mit den mit den Schrauben mit Beilagscheiben 13 und dem Andruckring 17 befestigten Filterbeuteln 2a, 2b oder 2c in die verschließbare Öffnung 7 geschoben. Dort liegt die Filterhaltung 10 auf der von außen durch drei Schrauben 11 und Beilagscheiben 12 befestigten Halterung 9 auf, die im Filtersystem 1 bogenförmig von der einen Seite der verschließbaren Öffnung 7 zur anderen verläuft. Zusätzlichen Halt von oben gibt die der verschließbaren Öffnung 7 gegenüberliegende Klemme 15 zur Fixierung der Filterhalterung 10. Für eine zuverlässige Abdichtung sorgt die unter der Filterhalterung 10 angebrachte Dichtung 16.
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Senkrecht zum Filtersystem 1 wird das verunreinigte Wasser durch den Filterzulauf 19 aus der Waschmaschine 4 eingeleitet. Sind die Filterbeutel 2 verstopft, staut sich das Wasser. Ein Sensor zur Zulaufbegrenzung 22 reagiert bei kritischen Werten, wenn die Verstopfung so weit fortgeschritten ist, dass der Filter 2 droht, überzulaufen. Im Falle einer Verstopfung wird das gestaute Wasser über den Bypass 18 abgeleitet.
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3 zeigt einen Querschnitt gemäß der Kennzeichnung A-A durch das in 2 gezeigte Filtersystem 1. Der Filterbeutel 2 ist auf die vier Positionierungsstifte 14 einer Filterhalterung 10 geschoben und wird mit dem Andruckring 17 für den Filterbeutel 2, der auch auf die vier Positionierungsstifte 14 geschoben wird, fixiert. Mit vier Schrauben und Beilagscheiben 13 erfolgt die Befestigung an der Filterhalterung 10.
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Unter der Filterhalterung 10 ist rings um die Öffnung für den Filterbeutel 2 eine Dichtung 16 angebracht. Mit dem an der Filterhalterung 10 angebrachten Griff 23 wird das Ganze in die verschließbare Öffnung 7 des Rohrstückes 6 des rohrförmigen Gehäuses 3 geschoben und mit dem Deckel 8 zugeschraubt. Innen liegt die Filterhalterung 10 mit der Dichtung 16 auf der von außen durch drei Schrauben 11 und Beilagscheiben 12 befestigten Halterung 9 auf, die im Filtersystem 1 bogenförmig von der einen Seite der verschließbaren Öffnung 7 zur anderen verläuft. Zusätzlichen Halt von oben gibt die der verschließbaren Öffnung 7 gegenüberliegende Klemme 15 zur Fixierung der Filterhalterung 10.
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4 zeigt schematisch, wie das erfindungsgemäße Filtersystem 1 bezüglich einer Waschmaschine 20 angeordnet sein kann: Über den Wasserzulauf 20 zur Waschmaschine 4 und über den Filterzulauf 19 aus der Waschmaschine 4 durch das Abflussrohr der Waschmaschine 4 wird das Abwasser schließlich in das Filtersystem 1 geleitet, das im gezeigten Fall der in 1 gezeigten Ausgestaltung entspricht. Sollte sich das Filtersystem 1 so stark zusetzen, dass sich kritisch viel Wasser in den Filterbeuteln 2 staut und die Gefahr des Überlaufens besteht, reagiert ein Sensor 22 zur Zulaufbegrenzung und das Wasser wird über den Bypass 18 abgeleitet.
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Bezugszeichenliste
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| 1 |
Filtersystem |
| 2 |
Filterbeutel |
| |
2a |
grob |
| |
2b |
mittel |
| |
2c |
fein |
| 3 |
rohrförmiges Gehäuse |
| 4 |
Waschmaschine |
| 5 |
Abflussrohr WM |
| 6 |
Rohrstück |
| 7 |
verschließbare Öffnung |
| 8 |
Deckel |
| 9 |
Halterung |
| 10 |
Filterhalterung |
| 11 |
Schraube |
| 12 |
Beilagscheibe |
| 13 |
Schraube mit Beilagscheibe |
| 14 |
Positionierungsstift |
| 15 |
Klemme zur Fixierung der Filterhalterung |
| 16 |
Dichtung |
| 17 |
Andruckring für Filterbeutel |
| 18 |
Bypass (hier nicht dargestellt) |
| 19 |
Filterzulauf aus der Waschmaschine |
| 20 |
Wasserzulauf zu der Waschmaschine |
| 21 |
Filterablauf zum Kanal z.B. über Waschbecken |
| 22 |
Sensor zur Zulaufbegrenzung |
| 23 |
Griff |
