DE3826857A1 - Trinkwasser-filteranlage - Google Patents

Description

Gegenstand der Erfindung sind Trinkwasser-Filteranlagen für Haushalte.

Die hohe Belastung der Flüsse, der Meere, des Grundwassers und der Luft mit Schadstoffen aus der Industrie, der Landwirtschaft und den Haushalten führt dazu, daß vielerorts die Versorgung der Bevölkerung mit Trinkwasser einer Qualität, die die menschliche Gesundheit nicht gefährdet, durch die Waaserwerke nicht mehr gewährleistet ist. Viele Brunnen zur Trinkwasserversorgung mußten wegen der erhöhten Nitratkonzentrationen im Grundwasser geschlossen werden. Diese Entwicklung führt dazu, daß Trinkwasser-Filteranlagen für den Haushalt zunehmende Bedeutung gewinnen.

Es sind zahlreiche Trinkwasser-Filteranlagen unterschiedlicher Qualität auf dem Markt, die die im Trinkwasser vorhandenen Schadstoffe wie das aus der Düngung stammende Nitrat, Phosphate, Schwermetalle, wie Blei und Cadmium, Chlor, chlorierte Kohlenwasserstoffe, für die Unkraut- und Insektenbekämpfung eingesetzte Pestizide und Bakterien ausfiltern sollen.

Die auf dem Markt angebotenen Trinkwasserfilter arbeiten nach verschiedenen Systemen.

Ionenaustauscher auf Kunstharzbasis enthalten kleine Kunstharzkügelchen mit einer porösen, wasserdurchlässigen Struktur. Bei einem Anionenaustauscher sitzen negativ geladene Chloridionen an der Oberfläche der Kügelchen. Rinnt nitratbelastetes Wasser über diese Kügelchen, tauschen Nitrat und Chlorid ihren Platz. Das bedeutet, es fließt nitratarmes aber chloridreiches Wasser aus dem Filter, wobei das Chlorid im Wasser aber nicht stört. Ein Kationenaustauscher arbeitet in gleicher Weise, nur werden hier positive Teilchen wie Kalium oder Wasserstoff gegen negative Teilchen wie Kalzium getauscht. Kationenaustauscher enthärten das Wasser und halten gelöstes Blei. Es sind auch Trinkwasserfilter mit einem kombinierten Anionen- und Kationenaustauscher im Handel.

Aktivkohlefilter bestehen aus kleinen, porösen Holzkohlekugeln, deren Poren sehr verzweigt und tief sind, wodurch die wirksame Oberfläche, an der die Schadstoffe haften, sehr groß ist. Reine Aktivkohlefilter halten Chlor und chlorierte Kohlenwasserstoffe zurück.

Mechanische Bakterienfilter halten die Keime mit einem Sieb zurück. Bei Bakterienfiltern, die mit der anionischen Oxidation arbeiten, wird Chlor freigesetzt, das die Bakterien abtötet.

Bei Trinkwasserfiltern, die nach dem Prinzip der Umkehrosmose arbeiten, werden durch eine halbdurchlässige Membran Nitrat, Blei, Pestizide, Lösungsmittel und Keime ausgefiltert.

Alle Filter müssen regelmäßig gewartet werden, da ihre Aufnahmekapazität begrenzt ist. Geschieht dies nicht, läßt der Filter unversehens alle ausgefilterten Schadstoffe auf einmal wieder los, er blutet aus.

Bei vielen Filtern wird die bevorzugt eingesetzte Patrone mit dem aufgebrauchten Filtermittel ausgetauscht, wie beispielsweise bei Aktivkohlefiltern. Bei den Umkehrosmose- Filtern muß die empfindliche Membran regelmäßig gereinigt werden. Einige Filter spülen nach einer bestimmten Betriebsstundenzahl automatisch, andere Filter wiederum müssen von Hand gespült werden. Die Anionenaustauscher müssen mit Salz regeneriert werden, wodurch wiederum Salz als Schadstoff ins Abwasser gelangt. Ein entscheidender Nachteil nahezu aller auf dem Markt befindlicher Kombinationstrinkwasserfilter für den Haushalt besteht darin, daß diese die verschiedenen, im Trinkwasser befindlichen Schadstoffe nur ungenügend ausfiltern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Regeneriermittel für Ionenaustauscher und Aktivkohlefilter zur Trinkwasseraufbereitung zu entwickeln, das kein Salz enthält, und eine kombinierte, mit dem Regeneriermittel arbeitende Haushaltstrinkwasserfilter zu schaffen, die sich gegenüber den bekannten Anlagen dieser Art durch eine gesteigerte Kapazität hinsichtlich aller wesentlicher im Trinkwasser befindlicher Schadstoffe sowie eine dadurch bedingte höhere Filterleistung auszeichnet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Regeneriermittel der Stoffzusammensetzung nach Patentanspruch 1 sowie eine Haushaltsfilteranlage mit den Merkmalen im Kennzeichen des Patentanspruchs 2.

Die weiteren Unteransprüche enthalten zweckmäßige Weiterbildungen der Filteranlage nach Anspruch 2.

Das erfindungsgemäße Regeneriermittel und die mit diesem arbeitende kombinierte Trinkwasser-Filteranlage für Haushalte zeichnen sich durch folgende Vorteile aus:

Mittels des Regeneriermittels werden die in der Filteranlage verwendeten Anionen- und Kationenaustauscher voll und der Aktivkohlefilter bis zu ca. 60% regeneriert, wobei kein NaCl ausgefällt und gegenüber einer herkömmlichen Regenerierung mittels NaCl die Menge des zum Durchspülen benötigten Wassers auf ca. 50% reduziert wird. Bei Verwendung des neuen Regeneriermittels wird eine Keimbildung in der Anlage und der Zulaufleitung zu einem Filterwasserhahn bzw. einem Verbraucher verhindert.

Die Filteranlage arbeitet keimfrei ohne gesundheitlich umstrittene Silberzusätze wie z.B. bei Tischgeräten oder den keimgefährdeten Auffangbehältern von Umkehrosmose-Anlagen. Die Nitratfilterung liegt konstant bei über 95%. Eine durch den Kunden vorzunehmende präzise Einstellung der Anlage entfällt. Gefiltertes Wasser steht sofort zur Verfügung, d.h., es gibt keine Wartezeiten bei der Wasseraufbereitung. Ein Liter schadstoffbelastetes Wasser ergibt ein Liter gefiltertes Wasser, so daß der Einsatz der Filteranlage keinen erhöhten, kostspieligen Wasserverbrauch mit sich bringt. Im Gegensatz zu Umkehrosmose-Anlagen verbleiben lebenswichtige Mineralien in dem gefilterten Wasser. Die Anlage bedarf keiner langwierigen und komplizierten Reinigung. Die verwendeten Ionenaustauscher können auf einfache Weise mittels des neuen Regeneriermittels regeneriert und die Filterpatrone mit der Aktivkohle bei Bedarf ausgetauscht werden. Aus der Düngung stammende Pestizide, z.B. Atrazin, und chlorierte Kohlenwasserstoffe wie das in Reinigungen verwendete PER werden bis unter die Nachweisgrenze ausgefiltert. Die Anlage zeichnet sich durch sehr geringe Betriebskosten aus. Bei einer Filterkapazität von 4000 Litern und einem durchschnittlichen Tagesverbrauch von 4 Litern Trink- und Kochwasser liegen die monatlichen Betriebskosten unter zwei DM. Schließlich kann die Trinkwasser-Filteranlage aufgrund ihres geringen Platzbedarfs ohne Schwierigkeiten in alle genormten Küchenmöbel, vorzugsweise unter der Spüle, eingebaut werden.

Die Erfindung mit weiteren Vorteilen ist nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch die Trinkwasser- Filteranlage und

Fig. 2 das Wirkschaltbild der Filteranlage.

Die Trinkwasser-Filteranlage nach Fig. 1 für Haushalte enthält zwei hintereinander geschaltete Filterstufen 1, 2 und eine diesen vorschaltbare Regenerierstufe 3.

Der Filter der ersten Filterstufe 1 weist ein Filtergehäuse 4 mit einer äußeren Ringkammer 5 auf, deren oberer Raum als Einspritzkammer 6 mit einer als Lochdüse ausgeführten Einspritzdüse 7 für das zu filternde, durch einen Eingang 8 im Filtergehäuse 4 eintretende Wasser und deren übriger Raum als Wirbelbettfilterkammer 9 ausgebildet ist, die einen Anionenaustauscher 10 auf Kunstharzbasis enthält. Das Filtergehäuse 4 ist ferner mit einer zylindrischen Innenkammer 11 zur Aufnahme einer austauschbaren Filterpatrone 12 mit einem Kationenaustauscher 13 ausgebildet. Wirbelbettfilterkammer 9 und Filterpatrone 12 stehen über einen als Schwebstoffilter 14 ausgebildeten Durchlaß im Bodenbereich der Filterpatrone 12 in Verbindung. Im oberen Bereich der Filterpatrone 12 ist vor dem Ausgang 15 des Filtergehäuses 4 ein Schwebstoffilter 16 angeordnet.

An den Ausgang 15 des Filtergehäuses 4 der ersten Filterstufe 1 ist der Eingang 8 des Filtergehäuses 4 der zweiten Filterstufe 2 angeschlossen, die sich von der ersten Filterstufe 1 dadurch unterscheidet, daß die Filterpatrone 12 mit Aktivkohle 17 gefüllt ist und daß in den oberen Bereich der Filterpatrone ein Mikrofilter 18 eingesetzt ist.

In die an den Ausgang 15 des Filtergehäuses 4 der zweiten Filterstufe 2 angeschlossene Zulaufleitung 19 zu einem Wasserhahn bzw. einem Verbraucher ist ein Durchflußmesser 20 eingebaut.

In das Gehäuse 4 der Regenerierstufe 3 ist eine auswechselbare Patrone 12 bzw. ein Container eingesetzt, die bzw. der mit einem Regeneriermittel 21 aus Fe₂O₃, Na₂SO₄, CaO, Na₂CO₃, NaCl und NaHCO₃ gefüllt ist. Das Gehäuse 4 der Regenerierstufe 3 besteht aus durchscheinendem bzw. durchsichtigem Material, so daß die Regeneriermittelmenge in der Patrone 12 jederzeit kontrollierbar ist. Zum Anschluß der Regenerierstufe 3 an die erste Filterstufe 1 dient ein T-Rohrstück 22, dessen erster Eingang 23 mit dem Ausgang 15 des Gehäuses 4 der Regenerierstufe 3 und dessen Ausgang 24 mit dem Eingang 8 des Filtergehäuses 4 der ersten Filterstufe 1 verbunden ist.

Das zu filternde Wasser wird der Filteranlage über einen Dreiwegehahn 25 zugeleitet, dessen Eingang 26 über ein Regelventil 27 für die zu filternde Wassermenge bzw. die Durchflußgeschwindigkeit des Wassers an eine Zapfstelle anschließbar ist, und der zwei Ausgänge 28, 29 aufweist, von denen einer 28 über eine Bypassleitung 30 mit dem zweiten Eingang 31 des T-Rohrstücks 22 und der andere 29 mit dem Eingang 8 der Regenerierstufe 3 verbunden ist, wie dies das Wirkschaltbild nach Fig. 2 zeigt.

In die Ausgänge 15 der Filterstufen 1, 2 und der Regenerierstufe 3 sind Rückschlagventile 32 eingebaut. Desweiteren ist das dem Dreiweghahn 25 vorgeschaltete Regelventil 27 mit einem Rückschlagventil 30 kombiniert.

Die Trinkwasser-Filteranlage arbeitet wie folgt:

Das dem Trinkwassernetz an einer Zapfstelle entnommene, zu filternde Trinkwasser wird bei Filterbetrieb über das entsprechend der vorgeschriebenen Durchlaufgeschwindigkeit des Wassers eingestellte Regelventil 27, dem mit diesem kombinierten Rückschlagventil 32, den Dreiwegehahn 25, die Bypassleitung 30 und das T-Rohrstück 22 in den Eingang 8 des Filtergehäuses 4 der ersten Filterstufe 1 eingeleitet. Von dort gelangt das Wasser in die Düse 7 und wird in die Einspritzkammer 6 eingespritzt und in dieser verwirbelt. Die Wasserwirbel verwirbeln die in der Wirbelbettfilterkammer enthaltenen kleinen Kunststoffkügelchen des Anionenaustauschers 10, wodurch eine erhöhte Adsorption der im Wasser enthaltenen Schadstoffe durch den Anionenaustauscher 10 bewirkt wird. Aus der Wirbelbettfilterkammer 9 gelangt das zu filternde Wasser über den Schwebstoffilter 14 von unten in die Filterpatrone 12, steigt durch den Kationenaustauscher 13 nach oben und fließt über den Schwebstoffilter 16 und den Ausgang 15 in den Eingang 8 des Filtergehäuses 4 der zweiten Filterstufe 2, in der das zu filternde Wasser den gleichen Strömungsverlauf nimmt wie in der ersten Filterstufe 1. Das gefilterte Wasser verläßt die Filteranlage über den Ausgang 15 des Filtergehäuses 4 der zweiten Filterstufe 2 und gelangt über die Zulaufleitung 19 und den Durchflußmesser 20 zu einem Wasserhahn oder einem Verbraucher, z.B. einer Kaffeemaschine.

Das Verwirbeln des zu filternden Wassers in der Wirbelbettfilterkammer 9 und die entgegengesetzte Führung des Wassers über die gesamte Höhe der Wirbelbettfilterkammer 9 und der Filterpatrone 12 in beiden Filterstufen 1, 2 bewirkt eine lange Verweilzeit des Wassers in der Filteranlage, wodurch deren Wirkungsgrad entsprechend gesteigert wird.

Der Durchflußmesser 20 in der aus der Filteranlage austretenden Zulaufleitung 19 ermöglicht die Überwachung des quantitativen Beladungsgrades der eingesetzten Filtermittel gegenüber den durch Errechnen und/oder Wasserprüfung festgelegten Stand- bzw. Betriebszeiten, um einen Chromatographieeffekt, d.h. ein plötzliches Ausschwemmen der von den Filtermitteln aufgenommenen verschiedenen Schadstoffe zu verhindern.

Sobald die festgelegte Standzeit der Filteranlage erreicht ist, wird diese mittels des Dreiwegehahns 25 auf Regenerierbetrieb umgeschaltet. Vor Aufnahme des Regenerierbetriebes wird die vorgeschriebene Durchflußgeschwindigkeit des Wassers durch das dem Dreiwegehahn 25 vorgeschaltete Regelventil 27 eingestellt. Bei Regenerierbetrieb wird die Bypassleitung 30 durch den Dreiwegehahn 25 abgeschaltet, und das dem Trinkwassernetz entnommene Wasser gelangt über den Eingang 8 der Regenerierstufe 3 und die Ringkammer 5 von unten in die Patrone 12, durchströmt diese unter Aufnahme von Regeneriermittel 21, und das mit Regeneriermittel angereicherte Wasser durchläuft die beiden Filterstufen 1 und 2, wobei die Ionenaustauscher 10, 13 voll und die Aktivkohle 17 bis zu 60% regeneriert werden. Zum Regenerieren reichen ca. 4 Liter Regeneriermittellösung aus. Danach kann die Anlage durch den Dreiwegehahn 25 wieder auf Filterbetrieb umgeschaltet werden. Nach dem Regenerieren muß die Filteranlage noch mit Wasser aus dem Trinkwassernetz gespült werden, wobei eine Spülwassermenge von ca. 20 Litern ausreicht.

In Abänderung der beschriebenen Ausführungsform kann die Regenerierstufe der Filteranlage durch eine weitere Filterstufe ersetzt werden, falls die Schadstoffkonzentration im Trinkwasser so gering ist, daß die Filterpatronen eine sehr lange Standzeit haben und dementsprechend erst nach dieser langen Standzeit ausgetauscht werden müssen.

Claims (10)

1. Verwendung eines Regeneriermittels bestehend aus Fe₂O₃, Na₂SO₄, CaO, Na₂CO₃, NaCl und NaHCO₃ für Trinkwasserfilteranlagen, insbesondere Ionenaustauscher und Aktivkohlefilter.

2. Mehrstufige Trinkwasser-Filteranlage für Haushalte, gekennzeichnet durch mindestens eine Filterstufe (1), die einen Filter mit einer ein erstes Filtermittel enthaltenden, äußeren Wirbelbettfilterkammer (9), einer über dieser angeordneten Einspritzkammer (6) mit einer Einspritzdüse (7) zur Verwirbelung des zu filternden Wassers, einer an die Wirbelbettfilterkammer (9) anschließenden Innenkammer (11) mit einem zweiten Filtermittel und mit einem an einen Wasserhahn oder einen Verbraucher bzw. eine zweite Filterstufe (2) anschließbaren Ausgang (15) aufweist, eine der Filterstufe (1) vorschaltbare Regenerierstufe (3) mit dem Regeneriermittel nach Anspruch 1 sowie einen Dreiwegehahn (25) mit einem an eine Zapfstelle anschließbaren Eingang (26) und zwei Ausgänge (28, 29), von denen einer (28) über eine Bypassleitung (30) an den Eingang (8) der Filterstufe (1) und der andere (29) an den Eingang (8) der Regenerierstufe (3) angeschlossen ist.

3. Filteranlage nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet durch zwei hintereinander geschaltete Filterstufen (1, 2).

4. Filteranlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Filterstufen (1, 2) jeweils ein Filtergehäuse (4) mit einer äußeren Ringkammer (5) aufweisen, deren oberer Raum als Einspritzkammer (6) und deren übriger Raum als Wirbelbettfilterkammer (9) ausgebildet ist, die einen regenerierbaren Anionen- (10) oder Kationenaustauscher enthält, daß das Filtergehäuse (4) mit einer zylindrischen Innenkammer (11) zur Aufnahme eines austauschbaren Filtereinsatzes ausgestattet ist, der z.B. als Filterpatrone (12) mit einem Ionenaustauscher (13) oder Aktivkohle (17) ausgebildet ist, und daß die Wirbelbettfilterkammer (9) und die Filterpatrone (12) über einen Durchlaß im Bodenbereich der Filterpatrone (12) in Verbindung stehen, wobei der Durchlaß durch einen Schwebstoffilter (14) gebildet wird.

5. Filteranlage nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch einen im oberen Bereich der Filterpatrone (12) vor dem Ausgang (15) des Filtergehäuses (4) angeordneten, als Filterplatte ausgebildeten Schwebstoffilter (16).

6. Filteranlage nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch einen im oberen Bereich der Filterpatrone (12) eingesetzten Mikrofilter (18).

7. Filteranlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch in die Ausgänge (15) der Filterstufen (1, 2) und der Regenerierstufe (3) eingebaute Rückschlagventile (32).

8. Filteranlage nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch einen Durchflußmesser (20) in der Zulaufleitung (19) zu einem Wasserhahn bzw. einem Verbraucher.

9. Filteranlage nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch ein dem Dreiwegehahn (25) vorgeschaltetes, mit einem Rückschlagventil (32) kombiniertes Regelventil (27) für die zu filternde Wassermenge bzw. die Durchflußgeschwindigkeit des Wassers.

10. Filteranlage nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (4) der Regenerierstufe (3) aus durchscheinendem bzw. durchsichtigem Material besteht.