DE3401185A1 - Gewinnung von trinkwasser aus meerwasser oder einem anderen salzhaltigen wasser mittels anreicherung des wassers mit verduestem ferrosilizium - Google Patents

Description

GRIWO-Solartechnik GmbH
Zirkenbacher Str. 36
Fulda 26

"Titel der Patent- und Gebrauchsmuster= schutζanmeIdung:

Gewinnung von Trinkwasser a.us Meerwasser oder einem anderen salzhaltigen Wasser mittels Anreicherung des V/assers mit verdüstern Ferrosilizium.

GRIWO-Solartechnik GmbH 3 401 185

■Zirkenbacher Str. 36
6400 Fulda 26

Diese Patent- und Gebrauchsmusterschutzanmeldung hat zur Grundlage die Entwicklung einer Trinkwassergewinnungsanläse durch Anreicherung von salzhaltigen Wasser mittels verdüsten 15/aigen Ferrosilizium (EeSi) deren Partikelgröße 20 Mikro= meter oder kleiner "beträgt.

Zur Zeit werden für "die Trinkwassergewinnung aus Meerwasser hauptsächlich zwei Systeme angewandt.

Sie Gewinnung des Trinkwassers über den Weg der Verdampfung. Der Anteil beträgt ca. 3&}Ό an der Ge samt gewinnung. Vereinfacht beschrieben läuft dieses Verfahren wie folgt ab: Meerwasser wird durch Erhitzung zum Verdampfen gebracht.Der Dampf nimmt die Salze und andere Mineralien nicht mit.Über einen Kondensator kondensiert der Dampf wieder zu Wasser.

Nachteile dieses Systems:

Hohe Energiekosten uns sehr hohe Materialkosten. Da Meerwasser aufgrund seiner Anreicherung mit Salzen,verschiedenen Mineralien und Sauerstoff aggressiv gegenüber Metallen reagiert, dürfen nur teuere und sehr hochwertige Edelstahllegierungen zum Einsatz kommen.Diese sind aber nur bedingt resistent gegen Heer= v/asser.So kommt es in den Anlagen zu häufigen Stillstand,um Maschinen- und/oder Bauteile auszuwechseln.

ferner ist nur ein gut ausgebildetes Team von Mitarbeitern in der Lage die erforderlichen Vierte von Trinkwasser und Meerwasser wie pH-V/ert, Restgehalt an gelöstem Sauerstoff ,Kohlendioxid und Schwefelwasserstoff genau einzuhalten.Sonst ist ein störungsfreier Betreib einer Verdampfungsanlage nicht möglich.Dieses alles erzeugt in der III.JeIt große Probleme.

So treiben diese vorher aufgeführten Bedingungen die Preise pro nr Wasser in die Höhe.Allein eine Reduzierung der Stillstandskosten würde eine wesentliche Senkung der Trinkwasserkosten ermöglichen.

Das Membranverfahren.

Hierbei kommt das Prinzip der umgekehretn Osmose (reverse Osmose), auch Hyperfiltration genannt,zur Anwendung.Dieses Verfahren ist seit 1952 bekannt.Hierbei wird bei sehr hohen Drücken (hoher als 25 bar) das Meerwasser durch geeignete Membranen gepreßt.

Obwohl der theoretische Wirkungsgrad dieser Anlagen sehr hoch ist,mindern die Membranen und die erforderlichen hohen Strömungs= geschwindigkeiten den Wirkungsgrad entscheidend.Für die Erzeugung dieser hohen Drücke unterliegen die Pumpen hohen Werkstoffbe= anspruchungen durch das aggressive Meerwasser.Das wiederum führt zu häufigen Unterbrechungen der Anlage und damit verbunden zu Stillstandskorrosionen.

Eine geringere Bedeutung für die Trinkwassergewinnung haben noch das Kristallisationsverfahren und die Elektrodialyse. . j

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In all diesen aufgeführten Verfahren wird ein Trinkwasserpreis von 0,50 DM angestrebt (pro Kubikmeter)Erreicht sind sie bisher jedoch,soweit bekannt,in keinem der Fälle.Die Kosten liegen -wesentlich über 1,—DM pro Kubikmeter.

Aus diesen Gründen schlägt die hier vorliegende Patent-und Gebrauchsmusterschutzanmeldung einen anderen Weg zur Gewinnung von Trinkwasser aus Meerwasser bzw. salzhaltigen Wasser allgemein vor.Die hierbei erreichten Trinkwasserkosten müßten wesentlich unter 1,—DM pro Kubikmeter liegen.

Dies hat 4 Grümde:

Es wird nur Sonnenenergie zum Verdampfen benötigt.

Lange Betriebszeit der Anlage,da als Verdampfer nur Silikatglas zur Anwendung kommt.Es gibt keine Korrosionsschäden.Keine Ab= tragungen des Silikatglases durch das Meerwasser.Da die .Siede= temperatur dieser Anlage unter 80 Grad Celsius liegt,gibt es somit auch keine Vertrustungen oder nur im äußerst scEXsmsgEa: geringem Mo.ße.

Keine Sauerstoffentgasung für das Meerwasser erforderlich.

Einfache Betriebssteuerung der AnIage.Geringe Stillstandszeiten, da nur Ventile und die Heerwasserpumpe der üblichen Korrosion unterliegen.

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X Patent- und Gebrauchsmuster=

Schutsbeschreibung. 04U I lob

Das Wirkungsprinzip der Anlage beruht auf das Anreichern von Heerwasser mit verdüstes 15/oiges Ferrosilizium (FeSi) mit einer Partikelgröße von 20 Mikrometer oder kleiner.Durch den Zusatz von Fe₁Si zum Meerwasser wird eine wesentliche Erhöhung der Absorption der einfallenden Sonnen- bzw. Globalstrahlung erreicht.

Das verdiiste FeSi hat eine kristalline Struktur und ist somit resistent gegenüber jedweder Korrosion.Das durch FeSi geschwärzte Meerwasser wird durch den aus Silikatglas bestehenden Verdampfer ( Fig. 1-1 ) geschickt und der Sonneneinstrahlung ausgesetzt. Ein Rohr aus durchsichtigem Material ( Fig. 1-2 ; wird mit einer verspiegelten Innenfläche ( Fig. 1-3 ) versehen,um als Reflektor zu v/ir^en.Die Verspigelung kann auch auf dem AuSenrohr aufgetragen werden,sie muß jedoch nach innen als Reflektor wirken.Die außen aufgetragene Spiegelschicht muß dann durch eine Schutzschicht geschützt werden.

Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch ein Rohr (4-) durch daß das nit FeSi angereicherte Meerwasser fließt.

Dieses so angereicherte Meerwasser fließt dann durch die unten im Rohr angebrachte öffnung (5) durch den Schlauch (6) in das untere Ende des Rohres (1) von Fig. 1-1.

Durch QuerschnittsVerengung an den Punkten (5+7) kommt es zu erhöhter Fließgeschwindigkeit,um somit eine Ablagerung von FeSi im gekrümmten Teil des Schlauches zu verhindern.Aus diesem Grunde ist der Austritt aus dem Rohr (4) an dem untersten Punkt angebrachtem abgelagertes FeSi durch die Bohrung bzw öffnung (5) austreten zu lassen und in den Verdampfer drücken zu können. Im Verdampfer ( Fig. 1-1 ) werden durch die erhöhte Strömungs= geschwindigkeit die FeSi-Partikel so verwirbelt,daß es hierbei zu einer gleichmäßigen Verteilung und damit Schwärzung des Meerwassers kommt.

Fig.3 zeigt die Montage des Verdampferrohres (1) und dem Rohrreflektor (2) auf einen Unterrahmen (8).Der untere Schlauch= anschluß(9) entspricht dem in der Fig. 2-6.Der Rohrreflektor ist auf ein flexibles,abdichtendes Material gestellt (10). Dementsprechend ist am oberen Ende des Rohrreflektors (2) ein ebenfalls flexibles abdichtendes Material (11) aufgesetzt und mit einem Deckel (12) abgeschlossen.

Zur Fixierung des Systems ist eine Druckfeder (13) angebracht, welche ihr Widerlager am oberen Rahmenteil (14-)findet.Die Feder gibt somit nicht nur eine Fixierung für den Verdampfer und das Reflektorrohr,sondern gibt bei Materialausdehnungen des Rohres (2) nach.

Durch den Schlauchanschluß (15) wird dann der Wasserdampf,wie auch die nicht verö.ampften Anteile des Meerwassers einschließlich · seine Salze und Mineralien abgeführt.

Fig.4 zeigt die Weüberführung des Schlauches (15) aus Fig.3 durch den der Wasserdampf (16) zu einer Sammelleitung (Fig.5-30) ab ζ io ...en kann

BAD ORIGINAL

^1:0 Die Sole ζΊ7) ,cf.li. das- Restw'ss'ser. rait.-seiinen Salz- und mineral= ischen Anteilen wird durch den Schlauch (15) "bis zur öffnung (18) *"" im Sole-Sammelrohr (19) durch nachdrückendes Meerwasser aus dem !Z Rohr ( Fig. 2-4- )gedrückt.Weitere Wasseranteile in der Sole ".können durch Weiterverdampfen durch die Austrittsöfxnung (18) ^_n -als Wasserdampf abziehen.

Fig.5 zeigt in seiner Prinzipzeichnung den Aufbau und die Wirkungsweise des gesamten Systems.

Mittels der Pumpe (20) wird Meerwasser in den Behälter (21) ge= .füllt.

Das Ventil (24) wird geöffnet,und das Heerwasser strömt in das Rohr (4-).

Gleichzeitig wird über eine Dosierregelung FeSi aus dem Sammelbehälter (23) gazugegeben. -

Über die Schlauchanschlüße (6) gelangt das nun mit FeSi angereicherte Meerwasser zu den Verdampferrohren_(1).

Während des Einfüllvorganges sind die Ventile (24+?5) geschlossen.

Nach Abschluß des EinfüllVorganges tritt die Vakuumpumpe (26) in Aktion und evakuiert folgende Bereiche:

1. Den noch leeren Sammelbehälter für das Destillat (destlliertes V/asser).

2.Durch die Rohrleitung (28) und den angeschlossenen WÄrmetauscher (29) im Meorwassertank (21).

3.Durch die Sammelleitung für den Wasserdampf 630) zu allen Vor= dampfern (1).

4-,Ferner durch den Durchbruch ( Fig. 4—18 ) zum Sole-S&nrielrohr

(19)

5.Das Sole-Sammelbecken (31)·
Das Evakuieren hat folgende Vorteile: 1.Verdampfungspunkt des Wassers bei ca. 70 0. 2.Dadurch nur sohr geringe Verkrustuiigsgef ahr' der Verdampf errohre.

3.Geringerer Energiebedarf der eingestrahlten Sonnenenergie. Daher verdampft das Wasser schon bei geringer Einstrahlinten= sität.

Der V/asserdampf tritt am oberen Ende des Verdampfers aus und strömt aufgrund des Temperaturgefälles zwischen Wasserdampf und dem Wärmetauscher (29) zum Wärmetauscher hin und kondensiert hierbei zu Wasser,da der Wärmetauscher vom kühleren Meerwasser gekühlt wird.

Beim Kondensieren im Wärmetauscher gibt der Dampf einen Teil seiner mitgeführten Energie in Form von l/arme an das Meerwasser ab und erwärmt dies.

Das hat folgende Vorteile:

1.Durch Erwärmung wird dem Meerwasser sein Sauerstoffanteil zum größten Teil entzogen.Dadurch ist das Meerwasser nicht so aggressiv gegen Metallene Rohrleitungen.

2.Durch die höhere Meerwassertemperatur ".:ird eine gereingere

Einstrahlenergie der Sonne zum Verdampfen des -ieorv/assers

benötigt.Dadurch eine erhöhte Verdampf ungs^eschv/indigke it im Verdampfer.

O Die Wasserdichte im unteren Teil^: des--Verdampfers ist durch die

v— Anreicherung von FeSi so angehoben worden,daß die durch den

v— Verdampfungsprozeß zurückgebliebenen Salze und Mineralien nicht

cd absinken können,und sie so durch die öffnung (18) der Fig.4 aus=

*<i- geschieden werden können.

Nachdem das Destillat im Sammelbehälter eine gewisse Höhe erreicht liat.( ein Restraum für das Vakuum muß bleiben ),kann das Ventil (24-) ein Teil des Wassers zur v/eiteren Trinkauf be= reitung abfließen lassen.

Die Sole,die über das Söle-SammeIrohr (19) in den Sammelbehälter (3 0 abfließt,wird,auch nach einer gewissen Füllstandshöhe,durch das Ventil abgelassen(25).

Hierbei fließt die Sole auf eine magnetisierbare Trommel (52), wobei die FeSi-Partikel an der Trommel haften bleiben.Die Sole selbst fließt in den Abfluß (33).

Die Trommel dreht sich in der angegebenen Drehrichtung (Pfeil) und der Schaber (34-) schabt die FeSi-Partikel von der Trommel, und sie fallen in den Behälter (35)und können wiederum über den Dosierbehälter (23) dem Meerwasser zugesetzt werden.

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Claims (10)

Patent- und Gebrauchsmuster= r> / η ι ι α r schutz anspruche.

1. Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet,daß dem Salz- bzw. Meer= wasser ein verdüstes 15$iges Ferro-Silizium als Absorptions== mittel für die Sonnen- bzw.Globaleinstrahlung zufesetzt wird.

2. Anspruch 1-2 dadurch gekennzeichnet,daß der Verdampfer aus Silikatglas besteht.

3. Anspruch 1-3 dadurch gekennzeichnet,daß als Reflektor ein Bohr L . aus durchsichtigem Material verwendet wird,deren der Sonne abgewandte Seite mit einem Spiegelbelag innen oder außen als Heflektor versehen ist.

4-, Anspruch 1-4- dadurch gekennzeichnet,daß Verdampfer und Reflektor= rohr derart auf einen Rahmen montiert werden,wie unter Fig.3 gezeichnet und beschrieben.

5. Anspruch 1-5 dadurch gekennzeichnet, daß der Neigungswinkel der montierten Verdampfer mit den Refelektoren sich nach der Sonnenbewegung des Aufstellortes richten.

6. Anspruch 1-6 dadurch gekennzeichnet,daß eine Trennung zwischen Destillat und Sole so vorgenommen wird, wie unter Fig.4- ge= zeichnet und beschrieben.

7. Anspruch 1-7 dadurch gekennzeichnet,daß nach dem Befüllen der Anlage mit Salz- bzw. Meerwasser feine Vakuumpumpe das System evakuiert,um den Siedepunkt herabzusetzen.

8. Anspruch 1-8 dadurch gekennzeichnet, daß diö Ferro-Silizium-Partikel durch eine Dosiereinrichtung dem zu verdampfenden Salz- bzw. Meerwasser zugesetzt wird.

9. Anspruch 1-9 dadurch gekennzeichnet,daß das GaIz- bzw.Meer= wasserführende Sammelrohr ( Fig.2-4 ) und ( Fig.5-4- ) an der unteren Seite seine Bohrungen für die Anschlüße der Schlauchbzw. Πohrverbindungen erhält.

10. Anspruch 1-10 dadurch gekennzeichnet,daß die Rückgewinnung der Ferro-Silizium-Partikel aus der Sole über einen Elektromagneten vorgenommen wird.

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