DE29709241U1 - Self-sufficient house water disinfection system - Google Patents

Self-sufficient house water disinfection system

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Description

Titel: Autarke HauswasserHesinfektionsaniage
Beschreibung: Title: Self-sufficient domestic water disinfection system
Description:

?· Trinkwasser ist in vielen Ländern ein kostbares Nahrungsmittel mit welchem sehr sorgsam umgegangen werden muß. Die Ressource Trinkwasser ist in vielen Bereichen bereits knapp geworden. Es wird daher in diesen geographischen Bereichen und auch zunehmend in Deutschland das Regenwasser in Zisternen gesammelt und als Brauch- und Trinkwasser verwendet. Die Verwendung als Trinkwasser ist jedoch durch die Vermehrung von Mikroorganismen stark eingeschränkt bzw. ohne weitere Behandlung nicht möglich. Ziel der vorliegenden Anlage ist es, eine Desinfektion dieses Wassers vorzunehmen. Es gibt hierzu vier etablierte Standardverfahren: Ozonisierung, Chlorierung, UV-Bestrahlung und Sterilfiltration. Die Ozonisierung und die Sterilfiltration scheiden aufgrund des hohen technischen Anspruches tür die praktische Realisierung bei den meisten Aufgabenstellungen aus (die Ozonisierung wegen des hohen Strombedarfes, der notwendigen Pumpen, der Lufttrocknung u.a.; die Sterilfiltration wegen der Hochdruckpumpe und des häufig nötigen Filterwechsels). ? · In many countries, drinking water is a precious foodstuff which must be handled very carefully. The resource of drinking water has already become scarce in many areas. In these geographical areas, and increasingly in Germany, rainwater is therefore collected in cisterns and used as industrial and drinking water. However, its use as drinking water is severely restricted by the proliferation of microorganisms or is not possible without further treatment. The aim of this system is to disinfect this water. There are four established standard processes for this: ozonation, chlorination, UV radiation and sterile filtration. Ozonation and sterile filtration are not practical for most tasks due to the high technical demands (ozonation because of the high power consumption, the necessary pumps, air drying, etc.; sterile filtration because of the high pressure pump and the frequent need to change filters).

Die UV-Bestrahlung kann zur Wasserdesinfektion eingesetzt werden hat aber folgende prinzipielle Nachteile: 1. Vorhandene kleine Partikel, an die sich Keime gerne anlagern sind durch diese von der UV-Strahlung geschützt. 2. Die Desinfektion erstreckt sich nicht auf das Leitungssystem nach dem UV-Reaktor, so daß hier - besonders in wärmeren Gegenden - wieder eine starke Keimzunahme stattfindet. Die Verkeimung steigt mit zunehmender Länge des LeitungssystemsUV radiation can be used to disinfect water but has the following basic disadvantages: 1. Small particles that germs tend to attach to are protected from UV radiation by these. 2. Disinfection does not extend to the pipe system after the UV reactor, so that here - especially in warmer areas - there is a strong increase in germs. The contamination increases with the length of the pipe system

insgesamt und zunehmender Menge von Strömungsruhezonen (unbenutzte Stichleitungen) an.overall and increasing number of flow rest zones (unused branch lines).

Die Chlorierung besitzt diese Nachteile nicht, ist aber in der bisherigen Einsatzform an Druckgasflaschen oder spezielle Reagentien gebunden. Im letztgenannten Fall wird das Chlor durch eine chemische Reaktion hergestellt. Neu an dem hier vorgelegten Konzept sind die folgenden Charakteristika: Die Hauswasserdesinfektionsanlage besteht in der Hauptsache aus einem Herstellungsraum (2) und einem Chlorvorrats- und -reaktionsraum (3). Die Hauswasserdesinfektionsanlage wird mit einer kleinen Photovoltaikeinheit (4) mit Strom versorgt. Als Ausgangssubstanz für die Chlorherstellung dient das ubiquitär verfügbare Kochsalz, aus welchem auf elektrochemischem Wege vor Ort das benötigte Chlor in der jeweils erforderlichen Menge hergestellt wird. Der Herstellungsraum ist in mehrere Elektrolysezellen (5) aufgeteilt, die kommunizierend miteinander verbunden sind (6) und deren Kathodenseiten einen Ausgleichsraum (7) besitzen. Aus dem Chlorherstellungsgefäß strömt das Chlorgas in ein Steuerrohr (29) und in das Bevorratungsgefäß (3). Das Bevorratungsgefäß ist auch gleichzeitig Reaktionsraum, in dem ein Teilstrom (13,14) des zu desinfizierenden Wassers mit Chlor gesättigt wird (15). Die Wasserzufuhr zu diesem Reaktionsraum wird durch einen Schwimmer (16) geregelt. Über den gleichen Schwimmer (16) wird der Wasserteilstrom auf Lochbleche (17) verteilt unter denen sich zur Oberflächenvergrößerung Füllkörper (18) befinden. Aus diesem Chlorvorrats- und reaktionsraum wird das chlorgesättigte Wasser (15) dem übrigen Wasserstrom (19) zur Entnahme bis zur Einstellung der gewünschten Konzentration zugemischt. Dies geschieht in einer Mischkammer (20). Der Zulauf der chlorgesättigten Wassers und des restlichen Wassers geschieht über einen Schwimmer (21), der über eine druckfedergelagerteChlorination does not have these disadvantages, but in its current form of use it is tied to compressed gas cylinders or special reagents. In the latter case, the chlorine is produced by a chemical reaction. The following characteristics are new in the concept presented here: The domestic water disinfection system consists mainly of a production room (2) and a chlorine storage and reaction room (3). The domestic water disinfection system is supplied with electricity by a small photovoltaic unit (4). The starting substance for chlorine production is the ubiquitously available table salt, from which the required chlorine is produced on site in the required amount by electrochemical means. The production room is divided into several electrolysis cells (5) that are connected to one another in a communicating manner (6) and whose cathode sides have an equalization chamber (7). The chlorine gas flows from the chlorine production vessel into a control pipe (29) and into the storage vessel (3). The storage vessel is also a reaction chamber in which a partial flow (13, 14) of the water to be disinfected is saturated with chlorine (15). The water supply to this reaction chamber is regulated by a float (16). The water partial flow is distributed via the same float (16) to perforated plates (17) under which there are packing elements (18) to increase the surface area. From this chlorine storage and reaction chamber, the chlorine-saturated water (15) is mixed with the remaining water flow (19) for withdrawal until the desired concentration is achieved. This takes place in a mixing chamber (20). The chlorine-saturated water and the remaining water are fed in via a float (21) which is mounted on a pressure spring.

Rolle (22) beide Zuläufe gleichzeitig öffnet oder verschließt. Bei Wasserentnahme aus dem Regenwasserspeicher wird somit immer gleichzeitig die passende Menge chlorgesättigten Wassers zudosiert, so daß die Chlorkonzentration des erhaltenen Wassers immer im gewünschten Bereich liegt. Wenn der Regenwassersammelbehälter (28) oberhalb der Wasserentnahmestelle liegt, sind für den Betrieb der Chlorierungsanlage keine Flüssigkeitspumpen und keine elektronische Steuerung erforderlich. Die Elektroden in der elektrochemischen Chlorierungsanlage sind so angeordnet, daß eine Selbstregulierung der Chlorherstellung ausschließlich mit hydrodynamischen Mitteln und damit eine eigensichere Herstellung erfolgt. Unter eigensicher ist hierbei zu verstehen, daß die Anlage auch ohne eine elektrische Steuerung voll funktionsfähig bleibt und ihre Produktion durch ihre Geometrie und die Wasserentnahme reguliert wird. Die Regelung erfolgt mit Hilfe eines Steuerrohres (29), zweier Ableitrohre aus dem Kathoden- (12) bzw. dem Anodenraum (11) und eines Chlorbegrenzungsventils mit Rückschlagventil (30) in einem der beiden Ableitrohre.Roller (22) opens or closes both inlets at the same time. When water is taken from the rainwater tank, the right amount of chlorine-saturated water is always added at the same time, so that the chlorine concentration of the water obtained is always in the desired range. If the rainwater collection tank (28) is located above the water extraction point, no liquid pumps or electronic control are required to operate the chlorination system. The electrodes in the electrochemical chlorination system are arranged in such a way that self-regulation of chlorine production takes place exclusively with hydrodynamic means and thus intrinsically safe production. Intrinsically safe means here means that the system remains fully functional even without an electrical control and its production is regulated by its geometry and the water extraction. The control is carried out using a control pipe (29), two discharge pipes from the cathode (12) and anode chamber (11) and a chlorine limiting valve with check valve (30) in one of the two discharge pipes.

Bei Zisternen bzw. Wasserspeichern (28), die sich unterhalb der Wasserentnahmestelle befinden (z.B. unter Erdgleiche) erfolgt die Selbstregulierung vor der notwendigen Druckerhöhungspumpe. Durch den Wegfall von elektronischen Steuerungen und zusätzlichen aktiven mechanischen Komponenten (Pumpen) ist die Anlage weitgehendst eigensicher und kann deshalb besonders vorteilhaft in abgelegenen Gebieten ohne zentrale Strom- und Wasserversorgung eingesetzt werden. Durch das Chlorvorratsgefäß ist eine ausreichende Pufferkapazität auch bei mangelnder Sonneneinstrahlung über einen längeren Zeitraum gegeben.In the case of cisterns or water tanks (28) that are located below the water extraction point (e.g. below ground level), the self-regulation takes place before the necessary pressure booster pump. Due to the elimination of electronic controls and additional active mechanical components (pumps), the system is largely intrinsically safe and can therefore be used particularly advantageously in remote areas without central power and water supplies. The chlorine storage tank ensures sufficient buffer capacity even when there is insufficient sunlight over a longer period of time.

Die Druckdifferenz zwischen dem Chlor im Chlorvorrats- und Reaktionsgefäß und dem Atmosphärendruck übersteigt nicht 0,5 bar und unterliegt somit nicht der Druckbehälterverordnung.The pressure difference between the chlorine in the chlorine storage and reaction vessel and the atmospheric pressure does not exceed 0.5 bar and is therefore not subject to the Pressure Vessel Ordinance.

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*· · Anlage 100Annex 100 Wasserspeicher, ZisterneWater storage, cistern 11 HerstellungsraumManufacturing room 22 Vorrats- und ReaktionsraumStorage and reaction room 33 PhotovoltaikeinheitPhotovoltaic unit 44 einzelne Elektrolyseeinheitsingle electrolysis unit 55 VerbindungsleitungenConnecting cables 66 AusgleichsraumCompensation space 77 ElektrodenElectrodes 88th DiaphragmaDiaphragm 99 Trennwandpartition wall 1010 ChlorgasleitungChlorine gas line 1111 WasserstoffgasableitungHydrogen gas discharge 1212 WasserzuleitungWater supply 13,14,19, 3213,14,19, 32 chlorgasgesättigtes Wasserchlorine gas saturated water 1515 Schwimmer 1Swimmer 1 1616 LochblechePerforated sheets 1717 FüllkörperPacking 1818 MischkammerMixing chamber 2020 Schwimmer 2Swimmer 2 2121 druckfedergelagerte Rollespring-loaded roller 2222 Leitungsverschluß (bevorzugt Schieber)Line closure (preferably slide valve) 23,2423,24 Durchflußbegrenzer, mechanischFlow limiter, mechanical 2525 SchikanenChicanes 2626

Verbraucherzuleitung 27Consumer supply line 27

Speicherwasser 28Storage water 28

Steuerrohr 29Head tube 29

Chlorbegrenzungsventil mit Rückschlagventil 30Chlorine limiting valve with check valve 30

Rückschlagventil 30a,Check valve 30a,

hermetischer Schwimmer 3 33hermetic float 3 33

Kurvenscheibe 34Cam disc 34

Claims (16)

Schutzansprüche:Protection claims: 1. Anlage zur Desinfektion von Wasser dadurch gekennzeichnet,1. Plant for disinfection of water characterized by daß Chlorgas aus einer wäßrigen Lösung mittels Elektrolyse und mit Solarstrom hergestellt wird und die Dosierung ausschließlich mit hydrodynamischen Mitteln erfolgt.that chlorine gas is produced from an aqueous solution by means of electrolysis and solar power and that dosing is carried out exclusively by hydrodynamic means. 2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,2. Plant according to claim 1, characterized in that daß das Chlorgas in einem Behälter bevorratet wird und dieser gleichzeitig als Reaktionsraum zur Sättigung eines Wasserteilstroms mit Chlor dient.that the chlorine gas is stored in a container and this simultaneously serves as a reaction chamber for saturating a partial water flow with chlorine. 3. Anlage nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet,3. Plant according to claim 1 and 2, characterized in that daß der Reaktionsraum einen Schwimmer (16) enthält, der sowohl bei Wassermangel den Behälter verschließt als auch das zuführende Wasser reguliert.that the reaction chamber contains a float (16) which both closes the container in the event of a water shortage and regulates the water supply. 4. Anlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,4. Plant according to claim 3, characterized in daß die Spitze des Schwimmers als Kegel ausgeführt ist, die die Wasserverteilung auf Lochbleche übernimmt.that the tip of the float is designed as a cone, which distributes the water to perforated plates. 5. Anlage nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet,5. Plant according to claim 3 and 4, characterized in daß sich unter den Lochblechen Füllkörper zur Oberflächenvergrößerung befinden.that there are fillers under the perforated sheets to increase the surface area. 6. Anlage nach den Ansprüchen 1,2,3,4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Mischkammer das mit Chlorgas gesättigte Wasser mit dem6. Plant according to claims 1, 2, 3, 4 and 5, characterized in that in a mixing chamber the water saturated with chlorine gas is mixed with the restlichen Wasser auf eine Chlorkonzentration von 0,2 bis 10 mg freies Chlor verdünnt wird.remaining water is diluted to a chlorine concentration of 0.2 to 10 mg free chlorine. 7. Anlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,7. Plant according to claim 6, characterized in daß ein Schwimmer (21) die beiden Teilströme, das chlorierte und das nicht chlorierte Wasser in die Mischkammer gleichzeitig über Schieber (23,24) freigibt.that a float (21) simultaneously releases the two partial flows, the chlorinated and the non-chlorinated water, into the mixing chamber via slide valves (23,24). 8. Anlage nach Anspruch 6 und 7, dadurch gekennzeichnet,8. Plant according to claim 6 and 7, characterized in daß der Schwimmer über eine druckfedergelagerte Rolle (22), die an einer Kurvenscheibe (34) entlangläuft, eine definierte Hysterese hat.that the float has a defined hysteresis via a pressure spring-mounted roller (22) which runs along a cam disk (34). 9. Anlage nach den Ansprüchen 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß in den beiden Teilströmen stufenlose und fest arretierbare Durchflußbegrenzer (25) eingebaut sind.9. System according to claims 6 to 8, characterized in that stepless and lockable flow limiters (25) are installed in the two partial flows. 10. Anlage nach den Ansprüchen 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet,10. Plant according to claims 6 to 9, characterized in that daß die Kammer Schikanen (26) zur Wasserdurchmischung aufweist.that the chamber has baffles (26) for water mixing. 11. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,11. Plant according to claim 1, characterized in daß die Elektrolyseeinheit in mehrere einzelne Zellen (5) aufgeteilt ist und die einzelnen Elektrolysezellen kommunizierend miteinander verbunden sind.that the electrolysis unit is divided into several individual cells (5) and the individual electrolysis cells are connected to one another in a communicating manner. 12. Anlage nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet,12. Plant according to claim 11, characterized in that daß die Elektrolysezellen auf der Kathodenseite oberhalb der Kathode einen Ausgleichsraum (7) haben, der das Volumen der Anodenseite aufnehmen kann.that the electrolysis cells have a compensation chamber (7) on the cathode side above the cathode, which can accommodate the volume of the anode side. 13. Anlage nach den Ansprüchen 11 und 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Diaphragma eine Porosität hat, die ein Übertreten der Gasphase zwischen den Anoden- und Kathodenräumen verhindern soll. Bevorzugt ist eine Porosität zwischen 0,1 und 50 &mgr;&eegr;&igr;.13. System according to claims 11 and 12, characterized in that the diaphragm has a porosity which is intended to prevent the gas phase from passing between the anode and cathode spaces. A porosity of between 0.1 and 50 μm is preferred. 14. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,14. Plant according to claim 1, characterized in that daß neben dem Hochbehälter (28) ein gleich hohes Rohr zur Steuerung der Chlorgaselektrolyse angebracht wird und die Gefäße kommunizierend miteinander verbunden werden.that a pipe of the same height is installed next to the elevated tank (28) to control the chlorine gas electrolysis and the vessels are connected to one another in a communicating manner. 15. Anlage nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet,15. Plant according to claim 14, characterized in that daß in das Steuerrohr zwei Rohre eintauchen, wobei das Rohr, welches zur Steuerung der Chlorproduktion dient, ein Chlorbegrenzungsventil mit Rückschlagventil (30) erhält, wobei das Chlorbegrenzungsventil bei erhöhter Chlorproduktion den Austritt verschließt, bis dahin wird durch das eintauchende Rohr und das Rückschlagventil (30a) der Druck des Chlors genauso wie der des entstehenden Wasserstoffs (31) in Abhängigkeit der Füllhöhe im Hochbehälter geregelt.that two pipes are immersed in the control pipe, whereby the pipe which serves to control the chlorine production is provided with a chlorine limiting valve with a check valve (30), whereby the chlorine limiting valve closes the outlet when chlorine production increases, until then the pressure of the chlorine as well as that of the hydrogen produced (31) is regulated by the immersed pipe and the check valve (30a) depending on the fill level in the elevated tank. 16. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,16. Plant according to claim 1, characterized in that daß ein hermetischer Schwimmer (33) zwischen dem Steuerrohr und dem Chlorvorratsbehälter eingefügt ist, der bei Wassermangel die Zuleitung zum Vorratsbehälter des Chlors unterbricht, so daß kein Chlor austritt.that a hermetic float (33) is inserted between the control tube and the chlorine storage tank, which interrupts the supply line to the chlorine storage tank in the event of a lack of water, so that no chlorine escapes.
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