DE202022100853U1

DE202022100853U1 - Vorrichtung zur Erzeugung von aufbereitetem Wasser und zur Verteilung dieses Wassers in einem landwirtschaftlichen Betrieb

Info

Publication number: DE202022100853U1
Application number: DE202022100853.1U
Authority: DE
Original assignee: Waterdiam Group LLC
Current assignee: Weo LLC
Priority date: 2021-02-15
Filing date: 2022-02-15
Publication date: 2022-05-04
Anticipated expiration: 2032-02-16
Also published as: ES1289258U; FR3119843A3; FR3119843B3; ES1289258Y; BR202022002857U8; JP3238937U; CN217677140U; BR202022002857U2

Abstract

Vorrichtung zur Vorbehandlung von Wasser, zur Erzeugung von aufbereitetem Wasser und zur Verteilung dieses aufbereiteten Wassers für einen landwirtschaftlichen Betrieb, die nacheinander umfasst:
- Mittel zum Pumpen (2) von Wasser aus einer Quelle (1) vom Typ Brunnen oder Grundwasser;
- Mittel zur Vorbehandlung des Wassers;
- einen Pufferspeicher (5), in dem Wasser gespeichert wird;
- Mittel zur Erzeugung von aufbereitetem Wasser durch Elektrolyse mit Bor-dotiertem Diamant, wobei die Elektrolyse mit dem gesamten im Behälter enthaltenen Wasservolumen durchgeführt wird;
- Mittel zum Verteilen des aufbereiteten Wassers; wobei die gesamte Vorrichtung unter Druck steht, wobei die Elektrolyse des Wassers in einer geschlossenen Schleife mit dem Pufferspeicher (5) arbeitet, wobei die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, dass die Vorbehandlungsmittel Filtrationsmittel umfassen, gefolgt von einer Desinfektion ohne Injektion von Substanzen in die Wassermittel, gefolgt von Mitteln zur teilweisen Entfernung der im Wasser vorhandenen Kationen, wobei die Mittel zur teilweisen Entfernung der Kationen ein Wasser mit einer Härte von weniger als 150 mg/L Calciumcarbonat abgeben.

Description

Technischer Bereich der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Vorbehandlung von Wasser, zur Erzeugung von aufbereitetem Wasser und zur Verteilung dieses aufbereiteten Wassers in einem landwirtschaftlichen Betrieb. Dieses Wasser wird in der Landwirtschaft zum Tränken von Tieren, zur Bewässerung von Plantagen oder zum Besprühen von Plantagen und Tieren verwendet.
Dieses Nutztier-Trinkwasser wird vor allem für Rinder, Schafe, Geflügel und andere zelluläre Organismen verwendet.
Hintergrund
Wasser ist ein wesentlicher Nährstoff, der an allen grundlegenden physiologischen Funktionen des tierischen oder pflanzlichen Organismus beteiligt ist. Es ist jedoch zu beachten, dass Wasser im Vergleich zu anderen Nährstoffen in viel größeren Mengen verbraucht wird. Deshalb sind seine Verfügbarkeit und seine Eigenschaften wichtige Parameter für die Gesundheit und Produktivität von Tieren und Pflanzen.
In der Viehzucht ist eine schlechte Trinkwasserqualität oft ein Faktor, der zu einem geringeren Verbrauch der Tiere beiträgt. So können beispielsweise Milchkühe mit hoher Leistung einen täglichen Wasserverbrauch von 80 bis 100 Litern pro Tag überschreiten, in heißen Sommern sogar 150 Liter.
Für die Tränkung verwendetes Brunnen- oder Grundwasser kann viele pathogene mikrobiologische Elemente enthalten. Das Tränken mit kontaminiertem Wasser kann zu verschiedenen organischen Störungen bei den Tieren (bis hin zum Tod) oder zu einer verminderten Produktions- oder Reproduktionsleistung führen.
Die üblichen Wasseraufbereitungsmethoden mit dem Einsatz von Desinfektionsmitteln wie Chlorierung, Ozon- oder Wasserstoffperoxidinjektion und anderen physikalisch-chemischen Methoden decken den Bedarf an Trinkwasseraufbereitung nur teilweise ab und bergen die Gefahr starker Desinfektionsmittelrückstände, die zu Nebenwirkungen wie chlorierten Nebenprodukten führen können. Es besteht also weiterhin ein Hygienerisiko, das zu verschiedenen Krankheiten bei Tieren und Pflanzen führen kann.
Klassischerweise liegt das Augenmerk also auf der mikrobiologischen oder mineralischen Qualität des Trinkwassers. Die potenziellen Belastungen oder Risiken eines Trinkwassers von schlechter Qualität sollten jedoch durch eine Hervorhebung der Empfindlichkeit oder Anfälligkeit des Stoffwechsels, der es aufnimmt, berücksichtigt werden. In der Tat wird bei gleichem Trinkwasser das Immunsystem eines Tieres mit einem anfälligen Stoffwechsel überfordert sein, während ein Tier mit einem starken Stoffwechsel nicht beeinträchtigt wird.
Um dieses Problem zu lösen, muss man in die Fähigkeit des Stoffwechsels eingreifen, auf die potenziell schädlichen Auswirkungen der im Trinkwasser enthaltenen Schadstoffe zu reagieren und sich dagegen zu wehren. Dieser Eingriff kann durch direkte Einwirkung auf das Trinkwasser erfolgen, dank einer Elektrolyse mit Bor-dotiertem künstlichem Diamant, die es ermöglicht, ein aufbereitetes Wasser zu erzeugen, d.h. ein Wasser, das mit Elektronen, also mit freien negativen Ladungen, geladen ist. Wenn man dieses aufbereitete Wasser trinkt, werden die darin enthaltenen Elektronen an die Zellen des tierischen oder pflanzlichen Organismus abgegeben, die auf die Reaktionsfähigkeit des Stoffwechsels einwirken und sich gegen mögliche Schadstoffe, die in diesem aufbereiteten Wasser enthalten sind, verteidigen.
Es ist bekannt, eine komplette, für einen landwirtschaftlichen Betrieb dimensionierte Anlage zu liefern, die es ermöglicht, das verfügbare Wasser direkt auf dem landwirtschaftlichen Betrieb zu sammeln, es in einem Pufferspeicher zu speichern und es durch Diamantelektrolyse zu behandeln, um ein aufbereitetes Wasser zu erhalten, und es über kurze und lange Strecken auf dem Betrieb zu verteilen.
In einem landwirtschaftlichen Betrieb mit Viehhaltung kann beispielsweise der Melkstand weit vom Brunnen entfernt sein. Das Vieh trinkt jedoch meist nach dem Melken, so dass in der Nähe des Melkstandes zusätzliches Wasser zur Verfügung stehen muss.
In einem landwirtschaftlichen Betrieb mit Plantagen können die zu bewässernden Felder weit von der Wasserquelle des Betriebs entfernt sein. Es ist daher notwendig, dass das aufgestockte Wasser über weite Entfernungen transportiert werden kann und dabei seine Eigenschaften auf dem Weg zu den Plantagen beibehält.
Die Elektrolyse des Wassers wird mit dem gesamten Wasservolumen des Pufferspeichers durchgeführt, nicht nur mit einem Teil des Wasservolumens. Die Anlage ist so konzipiert, dass sie sich an die Bedürfnisse der einzelnen Betriebe anpasst, wobei der Speicher entsprechend dem täglichen Wasserbedarf dimensioniert ist und die Elektrolyse an den tatsächlichen Wasserverbrauch angepasst wird.
Es ist bekannt, dass die Qualität des Tränkwassers für die Nutztiere einen starken Einfluss auf die Leistung und die Gesundheit der Tiere hat. Im Rahmen der oben erwähnten Anlage mit einer Elektrolyse mit Bor-dotiertem künstlichem Diamant wurde festgestellt, dass die Ergebnisse je nach der mineralischen Zusammensetzung des entnommenen Wassers unterschiedlich ausfallen können, und im Falle extremer Konzentrationen bestimmter Kationen können die Auswirkungen manchmal den Zielen zuwiderlaufen, die Qualität des Wassers als solches verändern und eine Verringerung oder sogar eine Aufhebung der positiven Auswirkungen der oben erwähnten Elektrolyse bewirken.
Zusammenfassung der Erfindung
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, die oben genannten Nachteile durch eine Vorrichtung zu überwinden, die es ermöglicht, Wasser zu erzeugen, das ausreichend aufbereitet ist, um auf die Fähigkeit des Stoffwechsels (der dieses Wasser aufnimmt) zu reagieren und sich gegen mögliche Verunreinigungen, die in diesem aufbereiteten Wasser enthalten sind, zu verteidigen, und zwar unabhängig von der Qualität des ursprünglich aus einem Brunnen oder Grundwasser entnommenen Wassers. Diese Vorrichtung muss es ermöglichen, eine Überkonzentration von Desinfektionsmitteln im Wasser zu vermeiden, und sie muss an landwirtschaftliche Anlagen angepasst sein, indem sie das aufbereitete Wasser am Auslass über eine große Entfernung verteilt, d.h. in einem landwirtschaftlichen Betrieb.
Dieses Ziel wird mit Hilfe einer Vorrichtung zur Vorbehandlung von Wasser, zur Erzeugung von aufbereitetem Wasser und zur Verteilung dieses aufbereiteten Wassers für einen landwirtschaftlichen Betrieb erreicht, die nacheinander umfasst:

-Mittel zur Förderung von Wasser aus einer Quelle des Typs Brunnen oder Grundwasser;
-Mittel zur Vorbehandlung des Wassers;
-einen Pufferspeicher, in dem Wasser gespeichert wird;
-Mittel zur Erzeugung von aufbereitetem Wasser durch Elektrolyse mit Bor-dotiertem Diamant, wobei die Elektrolyse mit dem gesamten im Behälter enthaltenen Wasservolumen durchgeführt wird;
-Mittel zur Verteilung von aufbereitetem Wasser.

Das gesamte Gerät steht unter Druck, wobei die Elektrolyse des Wassers in einem geschlossenen Kreislauf mit dem Pufferspeicher erfolgt.
Die Erfindung ist vor allem dadurch gekennzeichnet, dass die Vorbehandlungsmittel Filtrationsmittel umfassen, gefolgt von Mitteln zur teilweisen Entfernung der im Wasser vorhandenen Kationen.
Im Gegensatz zum Stand der Technik besteht keine Verpflichtung, das Wasser klassisch mit Chlor, Ozon oder anderen Mitteln zu desinfizieren. Im Gegenteil: Das erfindungsgemäß vorbehandelte Wasser kann biologische oder chemische Verunreinigungen enthalten.
Die Idee hinter der Erfindung ist die Entwicklung eines Konzepts zur Vorbehandlung von Rohwasser vor der Elektrolyse, idealerweise vor der Speicherung, um die Konzentration von Kationen zu kontrollieren. Gegen die biologischen und chemischen Verunreinigungen sind keine Maßnahmen erforderlich.
Es hat sich nämlich herausgestellt, dass ein hoher Gehalt an Kationen, insbesondere von mehrwertigen, im zu elektrolysierenden Wasser zu einer Veränderung der Elektrolyse führt, und das Wasser am Ausgang der Elektrolyse nicht ausreichend aufbereitet ist, um einen wirksamen Effekt auf den Stoffwechsel (der dieses Wasser aufnimmt) auszuüben, so dass dieser in der Lage ist, zu reagieren und sich gegen die möglichen Verunreinigungen, die in diesem aufbereiteten Wasser enthalten sind, zu schützen.
Insbesondere kann ein hoher Eisen-, Mangan- oder Calciumgehalt im zu elektrolysierenden Wasser zur Bildung von schädlichen Ausfällungen wie Eisenhydroxid oder Calciumcarbonaten führen. Abgesehen davon, dass diese sich in den Leitungen ansammeln und diese beschädigen oder verstopfen können, scheinen sie auch die Auswirkungen der Elektrolyse mit bor-dotiertem künstlichem Diamant auf die physikalischen, chemischen und energetischen Eigenschaften des Trinkwassers zunichte machen zu können.
Die Erfindung besteht darin, die Überkonzentration von Kationen zu beseitigen, jedoch so, dass die natürlich vorhandenen Kationen nicht vollständig entfernt werden. Insbesondere wird ein System bereitgestellt, um hochkonzentrierte Kationen vor der Elektrolyse aus dem Wasser zu entfernen, damit sie die Leistung der Elektrolyse nicht beeinträchtigen. Darüber hinaus sollte das Trinkwasser aus Gründen der Tiergesundheit einige Kationen wie Magnesium und Calcium enthalten, da diese in begrenzten Konzentrationen gut für den Körper sind. Das Ziel besteht also darin, die Menge der Kationen zu verringern, ohne sie jedoch vollständig zu eliminieren. Daher sind Mittel zur „teilweisen“ Entfernung der Kationen vorgesehen. Das Mittel zur teilweisen Entfernung der Kationen sollte also direkt an der Wasserversorgung angebracht werden, so dass das Wasser bei einem einzigen Durchgang damit beaufschlagt wird, und nicht an der Elektrolyse-Schleife, da das Wasser sonst mehrmals dem unterworfen und alle Kationen entfernt würden, was zu Mangelerscheinungen bei den Tieren führen würde.
Diese Vorbehandlung fördert die Wirkung der Elektrolyse mit Bor-dotiertem Kunstdiamanten und verhindert die Bildung von Hydroxid- oder Carbonatausfällungen, welche die Wirkung der Elektrolyse auf die Struktur des Trinkwassers verändern könnten.
Bis jetzt wurden von Züchtern oder Fachleuten auf dem Gebiet der Wasserelektrolyse - abgesehen von einer Primärfiltration oder einer Chlorierung, was nicht das Problem beeinflusst, welches Gegenstand der Erfindung ist - keine Maßnahmen ergriffen. Hartes Wasser ist für Rinder bis zu über 500 mg/L Calciumcarbonat (CaCO₃) akzeptabel, aber nicht für andere Tierarten.
Abhängig von seiner intrinsischen Qualität als Molekül bietet das Trinkwasser nicht nur eine Hydratation, sondern auch Vorteile auf der Ebene des Verdauungssystems durch die Verbesserung des Gleichgewichts der intestinalen Mikrobiota und auf der Ebene der Fähigkeit des Körpers, den oxidativen Stress auf zellulärer Ebene zu regulieren. Das erfindungsgemäße Verteilungssystem ermöglicht es, ein Trinkwasser von hoher intrinsischer Qualität anzubieten, indem es insbesondere auf die Wasserhärte einwirkt.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur teilweisen Entfernung der Kationen weist nämlich ein Wasser zurück, dessen Härte weniger als 150 mg/L Calciumcarbonat beträgt.

Gemäß den verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung, die zusammen oder getrennt genommen werden können, gilt Folgendes:
- Das Wasser durchläuft die Vorbehandlungsmittel in einem offenen Kreislauf: Die Vorrichtung besteht also darin, ein System zur Entfernung der Kationen zu installieren, in dem das Wasser nur einmal durchläuft, bevor es im Pufferspeicher gesammelt wird, wo die Elektrolyse gegebenenfalls mehrmals durchgeführt wird.
- Die Vorbehandlungsmittel umfassen auch eine Desinfektion ohne Injektion von Substanzen in die Wassermittel, wobei die Desinfektionsmittel zwischen den Filtrationsmitteln und den Mitteln zur teilweisen Entfernung der Kationen angeordnet sind.
- Die Filtrationsmittel bestehen aus mindestens einem Filter vom Typ eines physikalischen Filters. Dies kann ein physikalischer Membranfilter oder ein physikalischer Sandfilter sein.
- Das besagte Desinfektionsmittel besteht aus einer UV-Lampe: Es ermöglicht die Inaktivierung jeglicher Pilzvorkommen im Wasser, die an der Entwicklung von Krankheiten bei den Nutztieren beteiligt sind.
- Die Mittel zur teilweisen Entfernung der Kationen bestehen aus einem lonentauschersystem vom Typ Enthärter und/oder einem System zur Bildung von Niederschlägen vom Typ Enteisener.
- Der Pufferspeicher umfasst einen Einlass für vorbehandeltes Wasser, einen Auslass für gespeichertes Wasser, der mit dem Mittel zur Erzeugung von aufbereitetem Wasser verbunden ist, und einen Rücklauf für aufbereitetes Wasser, der ebenfalls mit dem Mittel zur Erzeugung von aufbereitetem Wasser verbunden ist.
- Der Rücklauf für aufbereitetes Wasser umfasst Mittel zur Erzeugung einer Rotationsbewegung des Wassers im Pufferspeicher: Dies hat die Wirkung, den Stillstand des Wassers oder die Ablagerung bestimmter Mineralien, die während der Elektrolyse in Suspension gebracht worden sein können, zu vermeiden.
- Das Mittel zur Erzeugung einer Rotationsbewegung des Wassers besteht aus einer schräg zu einer Seitenwand des Pufferspeichers ausgerichteten Führung, die das in den Pufferspeicher zurückfließende, aufbereitete Wasser zur Seitenwand lenkt.
- Die Mittel zur Erzeugung von aufbereitetem Wasser bestehen aus einem Kreislauf, der nacheinander folgende Elemente umfasst:
- -ein Magnetventil, das das aus dem Pufferspeicher austretende Wasser in den Kreislauf leitet;
- -Mittel zur Analyse des Wassers;
- -eine Vorrichtung zur Steuerung des Wasserdurchflusses im Kreislauf, z. B. ein Magnetventil;
- -einen Elektrolyseur mit Bor-dotierten Diamantelektroden zur Erzeugung von aufbereitetem Wasser;
- - Die Vorrichtung umfasst Mittel zur Reinigung des Elektrolyseurs.
- - Die Mittel zur Reinigung des Elektrolyseurs bestehen aus einer Säurebehandlungsschleife, die den Elektrolyseur automatisch und zyklisch reinigt:
  - Dadurch kann der in einer oder mehreren Elektrolysekammern des Elektrolyseurs vorhandene Kalkstein entfernt werden.
- - Die Reinigungsmittel werden in den Phasen aktiviert, in denen das Wasser nicht zirkuliert: Die in den Elektrolyseur eingespritzte Säurelösung darf sich nicht mit dem Wasser vermischen.
- - Die Vorrichtung umfasst zusätzliche Mittel zur Erzeugung einer Rotationsbewegung des Wassers zwischen dem Elektrolyseur (17) und dem Pufferspeicher (5), bestehend aus einem Vortex (31).

Zum Beispiel kann ein Verfahren zur Vorbehandlung von Wasser, zur Erzeugung von aufbereitetem Wasser und zur Verteilung des aufbereiteten Wassers für einen landwirtschaftlichen Betrieb unter Verwendung einer Vorrichtung durchgeführt werden, wie sie zuvor beschrieben wurde, wobei das Verfahren nacheinander folgende Schritte umfasst:

- einen ersten Schritt des Pumpens von Wasser aus einer Wasserquelle des Typs Brunnen oder Grundwasser;
-Schritt der Vorbehandlung des Wassers;
-Schritt der Speicherung des Wassers in einem Pufferspeicher;
-Schritt der Elektrolyse des gesamten im Pufferspeicher vorhandenen Wassers mit Hilfe von Bor-dotierten Diamantelektroden;
-einen Schritt, bei dem das aufbereitete Wasser aus dem Pufferspeicher in ein Verteilungsnetz geleitet wird,

Die Vorbehandlung umfasst nacheinander einen Schritt der Filterung des Wassers, einen Schritt der Desinfektion des Wassers, ohne dass dem Wasser eine Substanz zugeführt wird, und einen Schritt der teilweisen Entfernung der im Wasser vorhandenen Kationen.
Der Benutzer kann die Vorrichtung wie oben beschrieben verwenden, um das aufbereitete Wasser als Trinkwasser, z. B. für die Viehzucht, zu verteilen.
Es kann auch zur Bewässerung einer oberirdischen Pflanzung verwendet werden, wobei das Wasser zur Bewässerung nach seinem Durchgang über die Pflanzen zurückgewonnen wird, um den leeren Pufferspeicher nach der Bewässerung wieder zu füllen. Diese spezielle Verwendung ermöglicht es, die Zusammensetzung des zurückgewonnenen Wassers in Bezug auf Desinfektion und Nährstoffgehalt zu kontrollieren.
Es kann auch verwendet werden, um Pflanzen und/oder Tiere mit aufbereitetem Wasser zu besprühen.
Schließlich kann es zum Beispiel für die Befüllung und Pflege einer Fischzucht verwendet werden.
Andere Einsatzmöglichkeiten und Anwendungen sind mit einem solchen Gerät denkbar.
In jedem dieser Fälle wird das Gerät in einem landwirtschaftlichen Betrieb eingesetzt. Diese Art von Anlage muss daher robust und so dimensioniert sein, dass sie das aufbereitete Wasser über große Entfernungen transportieren kann.
Figurenliste
Die Erfindung wird besser verstanden werden, und andere Zwecke, Einzelheiten, Merkmale und Vorteile davon werden klarer in Anbetracht der folgenden detaillierten Beschreibung von mindestens einer Ausführungsform der Erfindung, die als rein illustratives und nicht-einschränkendes Beispiel gegeben wird, unter Bezug auf die beigefügte schematische Figur.

[1] 1 zeigt eine Vorrichtung zur Vorbehandlung des Wassers, zur Erzeugung von aufbereitetem Wasser und zur Verteilung dieses aufbereiteten Wassers gemäß der Erfindung.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Die in 1 gezeigte Vorrichtung zur Vorbehandlung von Wasser, zur Erzeugung von aufbereitetem Wasser und zur Verteilung dieses aufbereiteten Wassers besteht aus einer Anlage, die in der Lage ist, Wasser zu entnehmen, es vorzubehandeln, zu speichern, anzureichern und dann an ein Verteilungsnetz zu leiten.
Konkret wird das Wasser aus einer Quelle 1 entnommen, bei der es sich um einen verlorenen Brunnen, ein Grundwasser, eine Regenwassersammelstelle oder ein anderes Wasserrückhaltegebiet handeln kann.
Das Wasser wird von einem Booster 2 gepumpt, der dieses unter Druck stehende Wasser in einen Pufferspeicher 5 zurückführt, um diesen zu füllen, und der es außerdem ermöglicht, das Wasser im Pufferspeicher zu verteilen, gegebenenfalls mit Hilfe eines zweiten optionalen Boosters 8, der dem Pufferspeicher nachgeschaltet ist.
Bevor das gepumpte Wasser in den Pufferspeicher 5 gelangt, durchläuft es eine Vorbehandlungsanlage.
Diese Vorbehandlungsmittel bestehen aus Filtrationsmitteln 3, gefolgt von Desinfektionsmitteln 4 ohne Injektion von Substanzen in das Wasser, gefolgt von Mitteln 29 zur teilweisen Entfernung der im Wasser vorhandenen Kationen.
Die Filtrationsmittel bestehen aus mindestens einem physikalischen Filter. Vorzugsweise können mehrere Filter in Reihe geschaltet werden. Es kann sich zum Beispiel um einen Membranfilter, einen Sandfilter usw. handeln.
Diese Filter ermöglichen es, die großen Verunreinigungen zu entfernen und Ablagerungen von Rückständen und Schmutzpartikeln am Boden des Pufferspeichers 5 zu verhindern, so dass dieser auf Dauer nicht verstopft.
Das Desinfektionsmittel 4 besteht aus einer UV-Lampe, die ohne Injektion von Substanzen in das Wasser arbeitet. Diese UV-Lampe wird an der Wasserleitung des Brunnens oder Bohrlochs angebracht. Sie ermöglicht die Inaktivierung jeglicher Pilzvorkommen im Wasser. Durch die UV-Strahlung wird die Struktur des Wassers zerstört, aber in der Elektrolyse-Schleife wiederhergestellt. Die Verwendung einer UV-Lampe ermöglicht eine Desinfektion ohne Rückstände oder Zusatz von Mineralien, was für die Diamantelektrolyse unerlässlich ist.
Das Mittel 29 zur teilweisen Entfernung der Kationen besteht aus einer Enthärtungsanlage vom Typ Enthärter und/oder einer Enteiseneranlage. Die Enthärtungsanlage besteht aus einem Salz-Tauscherharz. Wenn das Wasser durch das Harz fließt, fängt es die Calcium- und Magnesiumkationen ein und gibt gleichzeitig Natriumionen ab. Der Enthärter reduziert den Härtegrad des Wassers. Der Enteisener ermöglicht das Einfangen der überschüssigen Eisenkationen. Auf diese Weise wird eine starke Reduzierung der im Wasser vorhandenen Kationen beobachtet.
Diese teilweise Entfernung von Eisen und/oder Calcium aus dem Wasser verhindert die Bildung von schädlichen Ausfällungen vom Typ Eisenhydroxid oder Calciumcarbonat. Abgesehen von der Tatsache, dass sich diese Ausfällungen in den Leitungen ansammeln und diese beschädigen oder verstopfen können, scheinen sie auch die Auswirkungen der Elektrolyse mit Bor-dotiertem künstlichem Diamant auf die physikalischen, chemischen und energetischen Eigenschaften des Trinkwassers zunichte machen zu können.
Diese verschiedenen Vorbehandlungen werden in einem offenen Kreislauf, d.h. in einem einzigen Wasserdurchgang, durchgeführt. Ziel ist es also, die Qualität des elektrolysefähigen Wassers zu optimieren, bevor es in den Pufferspeicher 5 gelangt. In diesem Fall muss das Wasser am Ausgang der Vorbehandlung eine Härte von weniger als 150 mg CaCO₃ pro Liter Wasser aufweisen. Dieser Grenzwert für die Wasserhärte ist wichtig, weil er es ermöglicht, dass die nächste Phase, in diesem Fall die Elektrolyse, optimal ablaufen kann.
Der Pufferspeicher 5 ist so bemessen, dass er dem Wasserbedarf des Betriebs während eines Tages entspricht. Dieser Speicher 5 kann das gesamte für einen Tag benötigte Wasser aufnehmen, oder er kann mehrmals am Tag gefüllt werden.
Der Pufferspeicher 5 befindet sich nicht unbedingt in der Nähe der Wasserquelle 1. Die Entfernung zwischen dem Speicher 5 und der Quelle 1 ist unbegrenzt, da die Pumpvorrichtung in allen Fällen angepasst ist, auch bei großen Entfernungen oder Gefällen, unabhängig von der Art der Wasserquelle.
Das im Pufferspeicher 5 gespeicherte Wasser wird dann in einem geschlossenen Kreislauf 11 elektrolysiert.
Konkret verlässt das gespeicherte Wasser den Speicher 5 über einen Wasserauslass 6, gelangt in den Kreislauf 11 und kehrt dann in den Speicher 5 zurück.
Insbesondere gelangt das gespeicherte Wasser über ein Magnetventil 12 in den Kreislauf 11. Anschließend durchläuft das Wasser einen Bereich 13, in dem es einer Reihe von Analysen unterzogen wird, um seine Qualität zu bestimmen und ein geeignetes Elektrolyseprogramm festzulegen.
Dabei handelt es sich vor allem um bakteriologische und chemische Analysen, um den Keimgehalt des Wassers zu ermitteln. Es werden aber auch andere Analysen durchgeführt, um einen Überblick über die verschiedenen Parameter zu erhalten, die das entnommene Wasser charakterisieren.
Insbesondere handelt es sich dabei um die folgenden Arten von Analysen, die durchgeführt werden:

- Messung der Wasserhärte bzgl. Kalkstein, um herauszufinden, ob die Enthärtungsanlage vor dem Speicher bei dessen Befüllung aktiviert werden muss:
- insbesondere wenn der Schwellenwert von 150mg/L überschritten wird;
- Messung des Eisengehalts, um herauszufinden, ob es notwendig ist, die Enteisenungsanlage vor dem Speicher zu aktivieren, während dieser gefüllt wird;
- Messung der Leitfähigkeit, um die Konfiguration des Elektrolyseurs zur Optimierung seiner Effizienz anzupassen;
- Anzeige der Wassertemperatur: Heißes Wasser erfordert eine längere Elektrolysezeit als kaltes Wasser;
- Messung des Redoxpotentials des Wassers, um seinen oxidierenden Charakter (d.h. mit einem positiven Potential, was der typische Fall eines gechlorten Wassers ist) oder seinen reduzierenden Charakter (d.h. mit einem negativen Potential) zu ermitteln;
- Messung des Desinfektionsmittelanteils: Ein Desinfektionsmittelwasser hat ein oxidierendes Potenzial und ist reizend, aggressiv, insbesondere für die Haut, und eher sauer;
- usw.

Diese Analysen werden in der Anlage je nach dem vom Benutzer gewünschten Grad der analytischen Überwachung in seinem Betrieb eingerichtet.
Einige Messungen, wie z. B. die Keimanalyse, werden täglich durchgeführt, während andere Messungen, wie z. B. die Wasserhärte, wöchentlich, monatlich oder jährlich vorgenommen werden, um die Schwankungen über einen längeren Zeitraum zu überwachen oder um zu prüfen, ob die in der Anlage verwendeten Geräte in Ordnung sind.
Diese Messungen werden vor Beginn der Elektrolyse durchgeführt, einige können aber auch nach der Elektrolyse wiederholt werden, um die Effizienz zu überprüfen und die Elektrolyseeinstellungen anzupassen. Die Tatsache, dass der Kreislauf 11 in einer geschlossenen Schleife mit dem Speicher 5 arbeitet, ermöglicht eine solche Servosteuerung.
Die Kenntnis des Bakteriengehalts des Wassers ermöglicht es, die Anzahl der Zyklen und ihre jeweilige Dauer festzulegen. Das Wasser im Speicher 5 wird vor dem ersten Gebrauch des Tages vollständig, nicht teilweise, elektrolysiert. Die Elektrolyse wird in mindestens einem Zyklus durchgeführt. Ein zweiter Zyklus kann während der Wasserverteilung gestartet werden, um die molekularen Eigenschaften des Wassers zu erhalten. Nach dem Gebrauch wird das Wasser zurückgepumpt, um den Speicher 5 im Laufe des Tages wieder aufzufüllen, und die Elektrolyse wird mit verschiedenen Zyklen fortgesetzt, insbesondere um die neuen Eigenschaften des neu aufbereiteten Wassers über den ganzen Tag hinweg beizubehalten und so den gleichen Anstieg zu erzielen. Ohne Zwischenelektrolyse können sich nämlich die Qualität und die Güte des aufbereiteten Wassers, das ungenutzt im Speicher 5 verbleibt, im Laufe des Tages verschlechtern, da die durchgeführte Anreicherung im Laufe der Zeit nur eine geringe Aktivitätsremanenz aufweist. Es ist daher notwendig, den Vorgang zwischendurch zu wiederholen, um die Wirkung auf das Wasser aufrechtzuerhalten, d.h. damit das Wasser im Speicher in einem stabilen Zustand bleibt und immer einsatzbereit ist. Es ist daher notwendig, die Elektrolysezyklen über den Tag zu verteilen. Daher kann es notwendig sein, zwei kurze Zyklen zu zwei verschiedenen Tageszeiten durchzuführen, anstatt einen langen Zyklus auf einer Ad-hoc-Basis.
Nach Durchführung der Analysen und Festlegung der Zyklen wird das Wasser durch einen Elektrolyseur 17 geleitet, der Elektroden aus Bor-dotiertem Diamant auf einem Silizium- oder Niob-Substrat enthält. Während eines Zyklus durchläuft das im Speicher 5 enthaltene Wasser fast vollständig den Elektrolyseur.
Die Konfiguration des Elektrolyseurs 17 wird in Abhängigkeit von den Ergebnissen der verschiedenen Analysen und Messungen, die im Vorfeld durchgeführt wurden, sowie von der Wassermenge festgelegt.
Insbesondere wird die Anzahl der Elektrolysekammern, im Allgemeinen zwischen 1 und 4, und der Abstand zwischen den Elektroden, im Allgemeinen zwischen 1 und 5 mm, festgelegt.
Nach diesen Ergebnissen wird auch die Elektrolysegeschwindigkeit festgelegt. Bei gleicher Wassermenge kann die Dauer einer Elektrolyse bis zu fünfmal länger sein. Die Geschwindigkeit der Elektrolyse wird durch ein Magnetventil 16 gesteuert, das vor dem Elektrolyseur 17 angeordnet ist und die Durchflussmenge des in den Elektrolyseur 17 eintretenden Wassers steuert. Dieses Magnetventil 16 wird von einem Taktgeber 14 gesteuert, auf dem die Zyklen programmiert sind, und der manuell eingestellt oder von einem automatischen Kontrollsystem gesteuert werden kann, das als Eingang die Ergebnisse der Analysen erhält und als Ausgang Anweisungen an den Taktgeber 14 sendet.
An diesen Taktgeber 14 kann ein Fernüberwachungsmodem 15 angeschlossen werden, so dass der Benutzer z. B. den Verlauf der Elektrolysezyklen von einem Raum aus fernverfolgen kann.
Die Elektrolyse ist vorteilhaft, weil sie ermöglicht, dass das Wasser ein niedriges Redoxpotential zwischen -600 mV und +200 mV erreicht. Es handelt sich also um Wasser, das nicht reizend oder aggressiv auf die Haut wirkt, wie es bei saurem Wasser oder Wasser mit hohem Redoxpotential der Fall ist. Dieses Wasser mit niedrigem Redoxpotential wird als aufbereitetes Wasser bezeichnet, das mit verfügbaren Elektronen und Bor geladen ist.
Das Wasser, das den Elektrolyseur 17 verlässt, wird auf diese Weise aufbereitet und in den Pufferspeicher 5 zurückgespeist. Das aufbereitete Wasser, das nun verteilt werden kann, enthält keine zusätzlichen Desinfektionsmittel oder andere Elemente, die ein Gesundheitsrisiko darstellen könnten.
Es ist jedoch möglich, dem Wasser im Pufferspeicher 5 Nährstoffe 18 zuzuführen, jedoch nur, um die Nährstoffqualität des Wassers zu verbessern, ohne sein negatives Redoxpotential zu beeinträchtigen.
Der Speicher 5 umfasst einen Einlass 22 für vorbehandeltes Wasser, einen Auslass 6 für gespeichertes Wasser, der mit der Elektrolyseeinrichtung verbunden ist, und einen Rücklauf 7 für aufbereitetes Wasser, der ebenfalls mit der Elektrolyseeinrichtung verbunden ist. Der Rücklauf 7 des aufbereiteten Wassers umfasst Mittel zur Erzeugung einer Rotationsbewegung des Wassers im Pufferspeicher 5.
Der Pufferspeicher 5 umfasst eine obere Wand 26 mit Mitteln zur Erzeugung einer Rotationsbewegung des Wassers, mindestens eine Seitenwand 28 und eine Bodenwand 27, wobei die Mittel zur Erzeugung einer Rotationsbewegung des Wassers aus einer Führung 23 bestehen, die beispielsweise aus einem schräg zu einer Seitenwand 28 des Pufferspeichers 5 ausgerichteten Endleitungsabschnitt 23 besteht. Das durch diese Leitung 23 austretende Wasser fällt in den Behälter und trifft auf eine Seitenwand oder nähert sich dieser, wodurch das Wasser im Behälter in Rotation versetzt wird. Diese Drehbewegung des Wassers verhindert den Stillstand des Wassers oder die Ablagerung bestimmter Mineralien an den Wänden 28, die während der Elektrolyse in Suspension geraten sein könnten.
Das so aufgestockte, in Bewegung gehaltene und im Pufferspeicher 5 vorhandene Wasser wird dann über ein Verteilernetz 10 auf dem Betrieb verteilt. Dieses Netz 10 kann mit dem Pufferspeicher 5 über einen speziellen Speicherauslass oder über denselben Speicherauslass 6 verbunden sein, der für den Kreislauf 11 verwendet wird, wie in der Figur gezeigt. Im letzteren Fall folgt das Wasser der gleichen Startstrecke 9 zwischen dem Auslass 6 des Speichers 5 und dem Magnetventil 12 am Eingang des Kreislaufs 11, das in diesem Fall geschlossen ist. Anstatt in den Kreislauf 11 einzutreten, setzt das Wasser also seinen Weg zum ersten Verteilerpunkt 21 fort, der sich mehrere Meter vom Pufferspeicher 5 entfernt befinden kann.
Das Verteilernetz kann eine Vielzahl von Verteilerstellen (nicht dargestellt) enthalten. Ein Ventil 19 befindet sich immer auf der Höhe einer Verteilerstelle 21, um den Wassereintritt zu ermöglichen oder zu verhindern.
Die gesamte Vorrichtung steht unter einem Druck zwischen 2 und 8 bar. Vorzugsweise wird oben im Pufferspeicher 5 ein als „Saugnapf“ bezeichnetes Sicherheitsventil angebracht, um die bei der Elektrolyse entstehenden Gase abzusaugen.
Die Elektrolyse des Wassers im Kreislauf 11 kann jedoch auch bei Atmosphärendruck durchgeführt werden. In diesem Fall ist die Entleerung des Pufferspeichers 5 nicht erforderlich, und es wird wieder ein Pumpvorgang am Eingang des Verteilerkreises 10 über den zweiten Booster 8 durchgeführt, um das aufgestockte Wasser unter Druck zu den verschiedenen Verteilerpunkten zu leiten.
Optional kann ein erster Resonator 30 zwischen dem ersten Booster 2 und den Vorbehandlungsmitteln stromaufwärts des Pufferspeichers 5 angeordnet werden, um katalytische Effekte im gepumpten Wasser zu erzeugen. Ein zweiter Resonator 20 kann auf der Höhe der ersten Verteilerstelle 21, entfernt vom Pufferspeicher 5, angebracht werden, um katalytische Effekte im aufbereiteten Wasser zu regenerieren. Weitere Resonatoren können auf der Höhe der anderen Verteilungspunkte angebracht werden.
Der optionale und kombinierte Einsatz eines solchen Informationssystems mit einer Elektrolyse ermöglicht es, die Qualität des Wassers am Ort der Nutzung zu verbessern, sowie die Fähigkeit des einzelnen, die Wirkung des anderen zu verstärken, insbesondere in Bezug auf Remanenz und Leistung, und dies trotz der Entfernung zwischen dem Punkt der Elektrolyse und dem Punkt der Verteilung des Wassers.
Die Vorrichtung umfasst Mittel zur Reinigung des Elektrolyseurs 17. Diese Mittel zur Reinigung des Elektrolyseurs 17 bestehen aus einer Säurebehandlungsschleife 25, die den Elektrolyseur 17 automatisch und zyklisch reinigt. Genauer gesagt, reinigt diese eine oder mehrere Elektrolysekammern des Elektrolyseurs 17. Die Reinigungsmittel werden aktiviert, wenn das Wasser nicht zirkuliert. Eine peristaltische Pumpe lässt im Elektrolyseur 17 im Gegenstrom zum vorlaufenden Wasserstrom eine in einem geeigneten Behälter 24 enthaltene Säurelösung zirkulieren. Diese Säurelösung fließt nach der Reinigung des Elektrolyseurs 17, d. h. nach dem Durchlaufen des Elektrolyseurs, in diesen Speicher 24 zurück.
Die Reinigungszyklen können durch eine Zeitsteuerung (bzw. den Taktgeber 14) programmiert werden, die dem Taktgeber 14 entsprechen kann, 1 bis 4 Mal pro Woche, für 30 bis 120 Minuten pro Zyklus.
Die Säurelösung wird ersetzt, wenn sie durch den während der Durchgänge im Elektrolysemodul aufgelösten Kalkstein neutralisiert wurde. Die Reinigungszyklen werden während der Ruhezeiten des Elektrolyseurs 17 programmiert, wenn das Wasser nicht zirkuliert.
Der Einsatz dieses Säurebehandlungskreislaufs ermöglicht es, das Problem der Verstopfung aufgrund möglicher übermäßiger Kalkablagerungen auf dem Niveau der Elektrolysekammern zu lösen, ohne dass Säure in den Pufferspeicher 5 und damit in den Tränkebehälter eingespritzt wird.
Gegebenenfalls ist am Ausgang des Elektrolyseurs 17, genauer gesagt zwischen dem Elektrolyseur 17 und dem Pufferspeicher 5, ein weiteres Mittel zur Erzeugung einer Rotationsbewegung des Wassers angeordnet. Ziel ist es, das Wasser in eine Drehbewegung um die Strömungsachse zu versetzen. Dieses Mittel besteht aus einem Vortex 31, dessen Aufgabe es ist, die Strukturierung des aufbereiteten Wassers vor seiner Rückkehr in den Speicher 5 zu verstärken und zu stabilisieren. Der Vortex 31 ist so angebracht, dass die Säure aus dem Reinigungskreislauf 25 nicht durch ihn hindurchfließt. Er befindet sich daher stromabwärts vom Elektrolyseur 17 und den Anschlüssen der Säurewaschschleife 25.
Der Vortex 31 kann aus einem gerippten Element bestehen, das es dem Wasser ermöglicht, in einen hohlen Wirbel gezogen zu werden. Durch diesen Wirbel verstärkt das elektrolysierte Wasser die Wasserstoffbrückenbindungen zwischen den Wassermolekülen und ordnet die Wassermoleküle im Verhältnis zueinander neu an. Die Moleküle sind durch Ladungseffekte verbunden, die durch ihre Polarität verursacht werden. Der Vortex 31 verstärkt die Wirkung von Diamant auf die Struktur des Wassers.
Als Beispiel für eine Implementierung wird eine Geflügelfarm mit vier Räumen vorgestellt, von denen jeder mit dem erfindungsgemäßen bor-dotierten künstlichen Diamantelektrolysesystem auf einem Siliziumsubstrat ausgestattet ist, wobei jedoch nur der Raum 4 mit dem beanspruchten System zur Entfernung von überkonzentrierten Kationen ausgestattet ist, bevor das Brunnenwasser in den Speicher gelangt. Die Wachstumsperiode der Küken dauerte 42 Tage, um die Küken auf ein ausgewachsenes Gewicht von etwa 2,9 kg zu bringen. Während des Wachstums der Tiere werden die Tiere täglich gezählt und die toten Tiere entfernt, was in einem Kontrollbuch festgehalten wird. Die vier Räume sind wie folgt ausgestattet:

Raum Filtration 20 Mikrometer Desinfektion UV Entfernung von überkonzentrierten Kationen (hier durch lonentauscher)

1 ja keine keine

2 ja ja keine

3 ja keine keine

4 ja ja ja

Raum 1 und 3: Einfache Filtration
Raum 2: Filtration, dann UV-Lampe zur Desinfektion vor der Einführung in den Elektrolysebehälter
Raum 4: Filtration, dann UV-Lampe, dann Kationenentfernungssystem mit Überkonzentration vor Einleitung in den Elektrolysebehälter

Die Elektrolyse wird viermal täglich für 3 Stunden alle 6 Stunden durchgeführt, also insgesamt 12 Stunden pro Tag.
Gesamtsterblichkeitserhebung nach 42 Tagen:

Raum Anzahl Start Todesfälle Anzahl Ende

1 26 700 1096 25 604

2 26 700 999 25 701

3 26 700 994 25 706

4 26 700 874 25 826
Dies führt zu einer geringeren Sterblichkeitsrate in Raum 4, wenn die Vorbehandlungsmittel gemäß der beanspruchten Erfindung eingesetzt werden.
Die in der genannten Figur dargestellte Anlage ist nur ein mögliches, in keiner Weise einschränkendes Beispiel für die Erfindung, die im Gegenteil die dem Fachmann zur Verfügung stehenden Ausführungsvarianten umfasst. Das Gleiche gilt für die Ausführungsbeispiele einer Anlage, die in keiner Weise einschränkend sind und deren Modifikationen für den Fachmann als naheliegend gelten.

Claims

Vorrichtung zur Vorbehandlung von Wasser, zur Erzeugung von aufbereitetem Wasser und zur Verteilung dieses aufbereiteten Wassers für einen landwirtschaftlichen Betrieb, die nacheinander umfasst: - Mittel zum Pumpen (2) von Wasser aus einer Quelle (1) vom Typ Brunnen oder Grundwasser; - Mittel zur Vorbehandlung des Wassers; - einen Pufferspeicher (5), in dem Wasser gespeichert wird; - Mittel zur Erzeugung von aufbereitetem Wasser durch Elektrolyse mit Bor-dotiertem Diamant, wobei die Elektrolyse mit dem gesamten im Behälter enthaltenen Wasservolumen durchgeführt wird; - Mittel zum Verteilen des aufbereiteten Wassers; wobei die gesamte Vorrichtung unter Druck steht, wobei die Elektrolyse des Wassers in einer geschlossenen Schleife mit dem Pufferspeicher (5) arbeitet, wobei die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, dass die Vorbehandlungsmittel Filtrationsmittel umfassen, gefolgt von einer Desinfektion ohne Injektion von Substanzen in die Wassermittel, gefolgt von Mitteln zur teilweisen Entfernung der im Wasser vorhandenen Kationen, wobei die Mittel zur teilweisen Entfernung der Kationen ein Wasser mit einer Härte von weniger als 150 mg/L Calciumcarbonat abgeben.
Vorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Wasser die Vorbehandlungsmittel im offenen Kreislauf durchläuft.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Desinfektionsmittel aus einer UV-Lampe (4) bestehen.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur teilweisen Entfernung der Kationen aus einem lonenaustauschsystem und/oder einem Niederschlagsbildungssystem bestehen.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Pufferspeicher (5) einen Einlass (22) für vorbehandeltes Wasser, einen Auslass (6) für gespeichertes Wasser, der mit den Mitteln zur Erzeugung von aufbereitetem Wasser verbunden ist, und einen Rücklauf (7) für aufbereitetes Wasser, der ebenfalls mit den Mitteln zur Erzeugung von aufbereitetem Wasser verbunden ist, umfasst, wobei der Rücklauf (7) für aufbereitetes Wasser Mittel zur Erzeugung einer Rotationsbewegung des Wassers im Pufferspeicher (5) umfasst.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie zusätzliche Mittel zur Erzeugung einer Rotationsbewegung des Wassers zwischen dem Elektrolyseur (17) und dem Pufferspeicher (5) umfasst, die aus einem Vortex (31) bestehen.
Verwendung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 zum Verteilen des aufbereiteten Wassers als Trinkwasser.
Verwendung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 zur Bewässerung einer oberirdischen Pflanzung mit aufbereitetem Wasser, mit Rückgewinnung des Bewässerungswassers nach seinem Durchgang über die Pflanzen, um den leeren Pufferspeicher (5) nach der Bewässerung wieder zu füllen.