DE20221714U1 - Haushaltswasserreinigungsvorrichtung auf Nanofiltrationsmembranbasis ohne Speicherbehälter - Google Patents
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Abstract
Haushaltswasserreinigungsvorrichtung
auf Nanofiltrationsmembranbasis ohne Speicherbehälter, die einen Vorbehandlungsfilter
(4), einen Vorbehandlungskohlefilter (6), einen Hauptfilterabschnitt
(7), ein Rückflussverhinderungsventil
(8) und einen Nachbehandlungsfilter (9) enthält, in der gereinigtes Wasser
direkt von einem Ablassventil (10) für gereinigtes Wasser ohne Speicherung
abgelassen wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein Nanofiltrationsmembranfilter
mit einer Porengröße von 0,1
bis 10 nm als Hauptfilterabschnitt (7) verwendet wird.
Description
- HINTERGRUND DER ERFINDUNG
- Gebiet der Erfindung
- Die vorliegende Erfindung betrifft eine Haushaltswasserreinigungsvorrichtung auf Nanofiltrationsmembranbasis ohne einen Speicherbehälter und insbesondere eine Haushaltswasserreinigungsvorrichtung auf Nanofiltrationsmembranbasis, die keinen Speicherbehälter zum Zurückhalten von gereinigtem Wasser im Gegensatz zu herkömmlichen Wasserreinigungssystemen verwendet, in denen gereinigtes Wasser in ihren Speicherbehältern zur Verwendung gespeichert wird, wenn eine Nachfrage auftritt.
- Beschreibung vom Stand der Technik
- Im Gleichschritt mit dem industriellen Fortschritt treten Wasserverschmutzung und Wasserressourenknappheit als schwere Probleme auf. Aufgrund des industriellen Fortschritts, des Bevölkerungswachstums und erhöhten Lebensstandards steigt die Nachfrage nach Wasser mit guter Qualität schnell an. Die Wasserverschmutzung aufgrund von Haushaltsabwasser oder industriellem Abwasser ist ein ernstes Problem geworden und deshalb ist verfügbares Wasser knapp geworden. Um begrenzte Wasserressourcen effizient zu verwenden, ist eine Reinigungsbehandlung bzw. -aufbereitung vor dem Konsumieren von natürlichem Trinkwasser zusätzlich zu dem Entfernen von Wasserverschmutzungsquellen absolut notwendig.
- Herkömmliche Wasserreinigungsvorrichtungen nehmen Formen von verschiedenen Arten von Reinigungssystemen in Abhängigkeit vom Filtertyp an. Gegenwärtig wird das Wasserreinigungssystem, das eine Filtrationsmembran verwendet, als das effektivste angesehen, weil es Verunreinigungen, einschließlich feiner Substanzen wie Bakterien und Schwermetalle ausschließen kann.
- Als repräsentative Filtrationsmembranen zur Verwendung in Wasserreinigungsvorrichtungen sind eine Ultrafiltrationsmembran, eine Nanofiltrationsmembran und eine Umkehrosmosemembran vorhanden. Unter ihnen wird die Ultrafiltrationsmembran verwendet, um hauptsächlich Substanzen mit Kolloidgröße zu entfernen. Obwohl er eine hohe Durchflussgeschwindigkeit aufgrund größerer Porengröße als jene der Nanofiltrations- und Umkehrosmosemembranen bereitstellen kann, besteht eine Grenze zur Ausschließung von feinen Substanzen wie Bakterien und Schwermetalle.
- Inzwischen kann die Umkehrosmosemembran nahezu alle feinen Substanzen wie Bakterien und Schwermetalle ausschließen und wurde folglich unlängst in hohem Maße verwendet. Derartige Wasserreinigungssysteme auf Umkehrosmosemembranbasis sind in einigen Dokumenten, einschließlich U. S. Patent Nr. 4,626,346 und 6,190,558 beschrieben. Viele derartiger Wasserreinigungsvorrichtungen auf Umkehrosmosemembranbasis werden jedoch mit Speicherbehältern zum Zurückhalten von gereinigtem Wasser aufgrund von unausreichender Durchflussgeschwindigkeit bereitgestellt. Es gibt deswegen Probleme dadurch, dass die Volumen der Reinigungsvorrichtungen aufgrund des Einbaus der Speicherbehälter ansteigen und sich Mikroorganismen aufgrund verlängerter Speicherung vermehren, die dadurch eine sekundäre Verschmutzung verursachen.
- ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
- Die vorliegende Erfindung wurde deshalb im Hinblick auf die vorstehenden Probleme durchgeführt und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Haushaltswasserreinigungsvorrichtung auf Nanofiltrationsmembranbasis bereitzustellen, die nahezu alle Verunreinigungen, einschließlich Bakterien und Schwermetalle, ausschließen kann und die nicht den Einbau eines Speicherbehälters zum Zurückhalten von gereinigtem Wasser benötigt.
- Gemäß der vorliegenden Erfindung können die vorstehende und andere Aufgaben durch die Bereitstellung einer Haushaltswasserreinigungsvorrichtung auf Nanofiltrationsmembranbasis ohne einen Speicherbehälter, die einen Vorbehandlungs- bzw. Voraufbereitungsfilterabschnitt, einschließlich eines Vorbehandlungs- bzw. Voraufbereitungsfilters und eines Voraufbereitungs- bzw. Vorbehandlungskohlefilters, einen Hauptfilterabschnitt und einen Nachaufbereitungs- bzw. Nachbehandlungsfilterabschnitt enthält, die dadurch gekennzeichnet ist, dass ein Nanofiltrationsmembranfilter, der eine ausreichende Durchflussgeschwindigkeit bereitstellt, für den Hauptfilterabschnitt verwendet wird.
- Vorzugsweise weist die in der vorliegenden Erfindung verwendete Nanofiltrationsmembran eine Porengröße auf, die in dem Bereich von etwa 0,1 bis 10 nm liegt, die einer mittleren Porengröße zwischen der Umkehrosmosemembran und der Ultrafiltrationsmembran entspricht. Vorteilhafterweise können derartige Wasserreinigungsvorrichtungen auf Nanofiltrationsmembranbasis selektiv irgendwelche einwertigen Ionen durchlassen, die den menschlichen Körper nicht negativ beeinflussen und nahezu alle mehrwertigen Ionen, organische Substanzen mit geringem Molekulargewicht und Bakterien ausschließen. Im Detail weist die Nanofiltrationsmembran eine größere Porengröße als die Umkehrosmosemembran auf, eine gewünschte Menge an gereingtem Wasser kann sofort von einem Ablassventil für gereinigtes Wasser mittels Einstellung eines Pumpendrucks oder einer effektiven Membranfläche erhalten werden. Zudem kann die Nanofiltrationsmembran einen Siebeffekt in Abhängigkeit einer Porengröße wie in der Ultrafiltrationsmembran bereitstellen und etwa 30 bis 60 % einwertiger Ionen und Calciumionen durch Adsorption der Ionen an der Membranoberfläche ausschließen. Insbesondere können 90 % oder mehr mehrwertiger Ionen und Salze wie Sulfat ausgeschlossen werden, wobei dadurch Trinkwasser bereitgestellt wird, das eine geeignete Menge an Mineralien enthält.
- Die Nanofiltrationsmembran wird als eine Membran vom Spiral-Wound-Typ und eine Membran vom Ionenaustauschermembran- bzw. Hollow-Fiber-Typ in Abhängigkeit von ihrem Herstellungsverfahren klassifiziert, wobei beide von ihnen hier verwendet werden können. Sie kann ebenfalls als eine Membran auf Polyamidbasis und eine Membran auf Polyvinylalkoholbasis in Abhängigkeit vom Membranmaterial klassifiziert werden. Sie kann hier ungeachtet des Membranmaterials verwendet werden, mit der Voraussetzung, dass die Porengröße der Membran in dem Bereich von 0,1 bis 10 nm liegt. Im Allgemeinen kann die Membran auf Polyamidbasis durch Grenzflächenpolymerisation eines mehrwertigen Amins wie Piperazin und meta-Phenylendiamin mit Trimesoylchlorid auf einem mikroporösen Träger hergestellt werden. Die Membran auf Polyvinylalkoholbasis kann durch Aufbringen von Polyvinylalkohol auf einen mikroporösen Träger, gefolgt von Härten hergestellt werden.
- Vorzugsweise wird ein Nanofiltrationsmembranmodul von etwa 8 bis 50 ft2 effektiver Membranfläche, 1,5 bis 4,5 Inch Außendurchmesser und 8 bis 18 Inch Länge verwendet, um ein Einlasswasservolumen bereitzustellen, das in dem Bereich von etwa 0,5 bis 3,5 Liter liegt. Das Einlasswasservolumen von weniger als 0,5 Liter ist für eine Wasserreinigungsvorrichtung ohne einen Speicherbehälter nicht ausreichend. Wenn das Einlasswasservolumen 3,5 Liter überschreitet, muss andererseits die Leistung der Pumpe erhöht werden und die Größe des Moduls wird folglich exzessiv erhöht.
- KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
- Die vorstehende Aufgabe und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit der begleitenden Zeichnung klarer werden, in der:
-
1 eine schematische Veranschaulichung des Wasserreinigungssystems der Wasserreinigungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist. - BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
- Nachstehend wird die vorliegende Erfindung detailliert unter Bezugnahme auf die begleitende Figur beschrieben.
- Wie in
1 gezeigt, umfasst das Wasserreinigungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung ein Wasserzuführrohr3 , einen Vorbehandlungs- bzw. Voraufbereitungsfilter4 , einen Vorbehandlungs- bzw. Voraufbereitungskohlefilter6 , einen als ein Hauptfilterabschnitt fungierenden Nanofiltrationsmembranfilter7 , ein Rückflussverhinderungsventil8 , einen Nachbehandlungs- bzw. Nachaufbereitungsfilter9 und ein Ablassventil10 für gereinigtes Wasser. Während der Wasserreinigung wird Konzentratwasser von dem Nanofiltrationsmembranfilter7 mittels eines Konzentratwasserrohrs13 durch ein Durchflusssteuerventil11 abgelassen. - Der Vorbehandlungsfilter
4 kann ein Mikroabscheidefilter aus Metall- oder Kunststoffmaterial und ein Kohlefilter wie ein granulierter Aktivkohlefilter, ein Pulveraktivkohlefilter und ein Stabaktivkohlefilter, alleine oder in Kombination, sein. Der Nachbehandlungsfilter9 kann ein Ultraviolettentkeimungsfilter, ein Aktivkohlefilter, ein Keramikfilter, ein Silber-haltiger Aktivkohlefilter, ein Ultrafiltrationsmembranfilter und ein Magnetisierungsfilter, alleine oder in Kombination, sein. - Der Nanofiltrationsmembranfilter
7 , der der Hauptfiltrationsabschnitt in dem Wasserreinigungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung ist, verwendet eine Nanofiltrationsmembran, die im Bereich von etwa 0,1 bis 10 nm Porengröße liegt. Die Porengröße von weniger als 0,1 nm ist für eine Wasserreinigungsvorrichtung ohne die Verwendung eines Speicherbehälters aufgrund von unausreichender Durchflussgeschwindigkeit ungeeignet. Wenn die Porengröße 10 nm überschreitet, können andererseits Verunreinigungen wie Schwermetalle und Bakterien nicht vollständig ausgeschlossen werden. Das gereinigte Wasser in dem Hauptfilterabschnitt wird durch das Rückflussverhinderungsventil8 zur Wasserendreinigung zu dem Nachbehandlungsfilter9 gepumpt. Das schließlich gereinigte Wasser wird, wenn benötigt, direkt von dem Ablassventil10 für gereinigtes Wasser abgelassen. - Eine Wasserdruck- oder eine Druckpumpe
5 gemäß der vorliegenden Erfindung ist ausgelegt, um die Eingangsgeschwindigkeit von Rohwasser in einem Bereich von etwa 0,5 bis 12 Liter/Min. unter einem Betriebsdruckzustand in einem Bereich von etwa 15 bis 120 psi selektiv einzustellen. - Nachstehend wird die vorliegende Erfindung detailliert mittels nicht-einschränkender Beispiele beschrieben.
- Beispiel 1
- Das in
1 gezeigte Wasserreinigungssystem wurde unter 30 psi Betriebsdruck der Druckpumpe5 unter Verwendung eines Nanofiltrationsmembranmoduls mit einer Porengröße von 1,5 nm. 23 ft2 effektiver Membranfläche, 3,5 Inch Außendurchmesser und 12 Inch Länge betrieben. Die Durchflussgeschwindigkeit und die Entsalzungsgeschwindigkeit wurden gemessen und ihre Resultate sind nachstehend in Tabelle 1 gezeigt. - NaCl und MgSO4 waren in dem Rohwasser in Konzentrationen von 500 ppm bzw. 2.000 ppm vorhanden.
- Beispiele 2–6
- Die gleichen Verfahren wurden wie in Beispiel 1 durchgeführt, mit der Ausnahme von verwendeten Betriebsdrücken, wie in Tabelle 1 gezeigt. Die Wasserreinigungseffizienz wurde bewertet und nachstehend in Tabelle 1 dargestellt.
- Tabelle 1
- Wie aus den vorstehenden Beispielen ersichtlich ist, können die Wasserreinigungsvorrichtungen unter Verwendung des Wasserreinigungssystems gemäß der vorliegenden Erfindung einwertige Ionen auf ein angemessenes Niveau und nahezu alle zweiwertigen oder mehrwertigen Salze ausschließen. Als eine Folge wird der inhärente Wassergeschmack aufrecht erhalten und Verunreinigungen wie Schwermetalle und Bakterien werden ausgeschlossen, wobei dadurch Trinkwasser mit einer guten Qualität bereitgestellt wird. Zudem kann Trinkwasser direkt aus der Wasserreinigungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung ohne Speichern in einem Einlasswasservolumen von etwa 0,5 bis 3,5 Liter/Min., wenn benötigt, erhalten werden.
- Obwohl die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung für veranschaulichende Zwecke beschrieben wurden, wird dem Fachmann klar sein, dass verschiedene Modifikationen, Zusätze und Substitutionen möglich sind, ohne das Wesen und den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen, wie in den anhängenden Ansprüchen offenbart.
Claims (5)
- Haushaltswasserreinigungsvorrichtung auf Nanofiltrationsmembranbasis ohne Speicherbehälter, die einen Vorbehandlungsfilter (
4 ), einen Vorbehandlungskohlefilter (6 ), einen Hauptfilterabschnitt (7 ), ein Rückflussverhinderungsventil (8 ) und einen Nachbehandlungsfilter (9 ) enthält, in der gereinigtes Wasser direkt von einem Ablassventil (10 ) für gereinigtes Wasser ohne Speicherung abgelassen wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein Nanofiltrationsmembranfilter mit einer Porengröße von 0,1 bis 10 nm als Hauptfilterabschnitt (7 ) verwendet wird. - Haushaltswasserreinigungsvorrichtung auf Nanofiltrationsmembranbasis ohne einen Speicherbehälter gemäß Anspruch 1, bei der ein Nanofiltrationsmembranfiltermodul von 8 bis 50 ft2 effektiver Membranfläche, 1,5 bis 4,5 Inch Außendurchmesser, und 8 bis 18 Inch Länge als der Nanofiltrationsmembranfilter verwendet wird, um ein Einlasswasservolumen bereitzustellen, das in dem Bereich von 0,5 bis 3,5 Liter liegt.
- Haushaltswasserreinigungsvorrichtung auf Nanofiltrationsmembranbasis ohne einen Speicherbehälter gemäß Anspruch 1, bei der der Nanofiltrationsmembranfilter durch Grenzflächenpolymerisation von Piperazin oder meta-Phenylendiamin mit Trimesoylchlorid auf einem mikroporösen Träger hergestellt ist.
- Haushaltswasserreinigungsvorrichtung auf Nanofiltrationsmembranbasis ohne einen Speicherbehälter gemäß Anspruch 1, bei der der Nanofiltrationsmembranfilter ausgewählt ist aus einem Nanofiltrationsmembranfilter vom Spiral-Wound-Typ und einem Nanofiltrationsmembranfilter vom Hollow-Fiber-Typ.
- Haushaltswasserreinigungsvorrichtung auf Nanofiltrationsmembranbasis ohne einen Speicherbehälter gemäß Anspruch 1, bei der eine Druckpumpe (
5 ) zwischen dem Vorbehandlungsfilter (4 ) und dem Vorbehandlungskohlefilter (6 ) gekoppelt ist.
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