DE3914940C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reinwasserherstellung, in dem Rohwasser einer semipermeablen Membran zugeführt, eine Teilmenge des Rohwassers unter der treibenden Kraft einer Druckdifferenz die Membran als Reinwasser passiert und die Restmenge an der Membran vorbeiströmt, diese als Konzentrat verläßt und anschließend als Nutzwasser verwendet wird.

Die Erfindung betrifft auch eine Membrantrennvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, mit einer Konzentratkammer mit Rohwassereinlaß und Konzentratauslaß und einer mittels einer Membran davon abgetrennten Permeatkammer mit Permeatauslaß.

Durch die Belastung der natürlichen Wasserresourcen mit Schwermetallen, Pestiziden und dgl. gesundheitsgefährdenden Stoffen wird die Versorgung der Bevölkerung und der Industrie mit insoweit einwandfreiem und von solchen Stoffbeimischungen vergleichsweise unbelastetem Wasser zunehmend zu einem Problem. Auch durch die steigende Zahl hochtechnischer empfindlicher Geräte wird der Wasserbedarf und die Anforderungen an das Wasser höher und differenzierter.

Während beispielsweise im Haushalt durchschnittlich etwa 150 bis 200 l Wasser pro Person und Tag als Brauchwasser, beispielsweise zum Duschen, für die Toilettenspülung und dgl., verwendet werden, werden demgegenüber nur etwa 5 bis 10 l pro Person und Tag als Trinkwasser benötigt.

Im Gegensatz zu dem o. g. Verhältnis von Wasserqualität und -quantität wird bei der Wasserversorgung der Bevölkerung und Industrie gewöhnlich nur Wasser einer bestimmten Wasserqualität an den Verbraucher geliefert, das in Hinblick auf die vielfältigen Verwendungsmöglichkeiten nur einen Kompromiß bietet, die individuellen und auch hydrogeologischen Bedürfnisse jedoch nicht immer optimal erfüllt. So wird häufig beispielsweise das im Wasserwerk zum Schutz der Rohrleitungen alkalisierte Wasser vom Verbraucher wieder enthärtet oder mit Kalkstabilisatoren - z. B. Phosphate oder Phosphatersatzstoffe - an den vorgesehenen Verwendungszweck angepaßt. Derartige dem Wasser hinzugefügte Zuschlagstoffe kommen jedoch anschließend als Abwasser wieder ins Grundwasser, so daß die natürlichen Wasserresourcen insoweit noch zusätzlich mit Chemikalien belastet werden.

Bedenkt man, daß häufig zu Trinkwasser aufbereitetes Leitungswasser beispielsweise auch zur Toilettenspülung verwendet wird, so zeigt dies, daß die Brauchwasserqualität des Leitungswassers in manchen Fällen zu gut ist, daß aber die Trinkwasserqualität als auch die technische Qualität (z. B. für Waschmaschinen) dieses Leitungswassers mancherorts noch besser sein könnte.

Um aus herkömmlichem Leitungswasser Trinkwasser hoher Qualität und Güte zu erhalten, hat man bereits eine Vorrichtung geschaffen, bei der ein mit Stoffbeimischungen verunreinigtes Zuflußwasser unter Druck an einer semipermeablen Membran vorbeigeführt wird und eine Teilmenge des Zuflußwassers unter der treibenden Kraft der Druckdifferenz die Membran als Reinwasser passiert. Durch eine solche Umkehrosmose läßt sich ein Reinwasser gewinnen, das mit Stoffbeimischungen vergleichsweise nur wenig belastet ist. Denn die Membran hält, je nach Membrantyp, mehr oder weniger bzw. genau selektionierend Inhaltsstoffe zurück und läßt mehr oder weniger reines Wasser passieren. Das derart aufbereitete Reinwasser wird meist in einem Zwischenbehälter gespeichert, an den Verbraucher weitergeleitet und von diesem als Rein- oder Trinkwasser hoher Qualität genutzt, während das übrige, an der Membran vorbeiströmende, jedoch nicht in Reinwasser aufbereitete Zuflußwasser als kontinuierlicher Abwasserstrom in das Abwassersystem eingeleitet wird. Diese Vorrichtung hat auf das übrige Wasserversorgungsnetz keinen Einfluß. Somit wird diese vorbekannte Aufbereitungsvorrichtung der eingangs erwähnten Art an das Wasserversorgungssystem nur "angekoppelt".

Bei dem von dieser vorbekannten Vorrichtung genutzten Aufbereitungsverfahren wird die Qualität des Reinwasserstromes von verschiedenen Faktoren bestimmt. So ist der Differenzdruck zwischen beiden Seiten der Membran eine entscheidende Größe, denn die osmotisch aktiven Inhaltsstoffe - vorwiegend Salze - durchdringen die Membran druckunabhängig, nur in Abhängigkeit vom Konzentrationsunterschied auf beiden Seiten der Membran.

Zur Reinigung der Membran und zur Verbesserung der Strömungsbedingungen über der Membran kann bei dieser vorbekannten Vorrichtung ein Teilstrom des an der Membran vorbeiströmenden Zuflußwassers abgezweigt und in Strömungsrichtung vor der Membran in einem Kreislauf wieder in das Zuflußwasser eingeleitet werden. Jedoch verschlechtert sich durch eine solche Zirkulation des Zuflußwassers dessen Qualität und damit gleichzeitig auch die Qualität des Reinwassers. Durch die mit einer solchen Zirkulation verbundene Temperaturerhöhung wird insbesondere auch ein Keimwachstum in unerwünschter Weise begünstigt.

Auch kennt man bereits eine Membrantrennvorrichtung zur Reinwasserherstellung, bei der unter dem Leitungsdruck stehendes Haushaltswasser einer Filtermembraneinheit zur Umkehrosmose zugeführt wird (DE-PS 28 44 375). Bei dieser vorbekannten Membrantrennvorrichtung spült der der Filtereinheit zugeführte Wasseranteil kontinuierlich Verunreinigungen von der Filtermembran, um diese zu säubern. Das Konzentrat wird anschließend nicht mehr als Nutzwasser eingesetzt, sondern direkt in einen Abfluß geleitet oder als Druckmittel zum Verdrängen des in einer Auspreßkammer gesammelten Reinwassers verwendet. Neben der vergleichsweise schlechten Ausnutzung des der Filtermembraneinheit zugeführten Wasseranteils hat die bei dieser vorbekannten Membrantrennvorrichtung vorgesehene kontinuierliche Rohwasserzufuhr den Nachteil, daß das an der Filtermembran ununterbrochen vorbeifließende Wasser nur eine unvollkommene Reinigung der Filtermembran bewirken kann.

Man kennt zwar auch Umkehrosmoseanlagen zur Brauwasseraufbereitung, bei denen das nach dem Durchlaufen des Rohrwassers durch die Filtermembraneinheit verbleibende Konzentrat für Spülzwecke verwendet werden kann (Narziss, Die Technologie der Würzebereitung, 1985). Durch Zugabe von Kohlendioxid und Entkeimung des Konzentrats ist dieses aufgrund seines hohen Salzgehaltes eventuell auch als Tafelwasser geeignet. Bei diesen vorbekannten Umkehrosmoseanlagen ist jedoch wiederum eine praktisch automatische Reinigung der Filtermembran nicht vorgesehen.

Es besteht daher die Aufgabe, ein Verfahren zur Reinwasserherstellung zu schaffen, bei dem sich das der Membran zugeführte Rohwasser möglichst optimal ausnutzen läßt und daß gleichzeitig mit geringem Aufwand die Aufbereitung eines Reinwassers von praktisch gleichbleibend hoher Qualität erlaubt.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht bei dem Verfahren der eingangs erwähnten Art darin, daß zur Reinigung der Membran die pro Zeiteinheit rohwasserseitig an der Membran vorbeiströmende Rohwassermenge zeitweise erhöht wird, indem das Konzentrat einer Dusche, einer Waschmaschine, einem Geschirrspüler, einem Wasserhahnauslaufrohr oder dergleichen Verbrauchsstelle mit hohem diskontinuierlichem Wasserbedarf zugeführt wird und der Rohwasserzufluß dem benötigten Nutzwasservolumen angepaßt ist. Der durch eine solche diskontinuierlich gesteigerte Rohwassermenge entstehende Wasserschwall reinigt die Membran praktisch ohne weiteres Zutun, um anschließend einer Verbrauchsstelle zugeführt zu werden und als Nutzwasser zu dienen. Bei dem erfindungsgemäßen und in das Wasserversorgungssystem integrierten Verfahren kann die Membran somit automatisch immer dann gereinigt werden, wenn Rohwasser als Nutzwasser an einer Verbrauchsstelle mit hohem Wasserbedarf, wie etwa einer Waschmaschine oder dergleichen benötigt wird. Bei einer diskontinuierlichen Nutzwasserentnahme wird die Membran kurzzeitig von einem I- Wasserschwall beaufschlagt. Durch die Fließgeschwindigkeit des den Schwall bildenden Wassers und die dadurch bedingte statische Druckabsenkung im Rohwasserbereich der Filtermembran gegenüber dem Reinwasserbereich entsteht ein Unterdruck. Die dadurch bewirkte Druckdifferenz begünstigt, daß auch tiefer in den Poren der Membran befindliche Ablagerungen und Keime ausgespült werden können. Gleichzeitig wird durch den wesentlich höheren Druckverlust in der Membrantrennvorrichtung eine bessere Strömungsverteilung erreicht, die dort auch Totzonen und Eckbereiche zu reinigen vermag. Somit erlaubt das erfindungsgemäße Verfahren nicht nur eine gute Ausnutzung des der Membran zugeführten Rohwassers, sondern mit geringem Aufwand gleichzeitig auch die Aufbereitung eines Reinwassers von praktisch gleichbleibend hoher Qualität.

Um die gute Reinigung der Membran bei dem erfindungsgemäßen Verfahren noch zusätzlich zu begünstigen, ist es vorteilhaft, wenn während der Nutzwasserentnahme die an der Membran wirksame Druckdifferenz zeitweise aufgehoben wird. Durch die Angleichung der auf beiden Seiten der Membran bestehenden Druckverhältnisse wird eine Umkehrosmose und somit eine weitere Reinwasserproduktion zeitweise praktisch unterbunden. Die hohe Konzentration des mit Salzen und dergleichen Stoffbeimischungen belasteten Rohwassers bewirkt vielmehr, daß infolge Osmose das Reinwasser in entgegengesetzter Richtung die Membran zum Rohwasser hin passiert. Dies wird bei einer Nutzwasserentnahme von Rohwasser durch sinkenden statischen Druck auf der Rohwasserseite gegenüber dem bei Reinwasserproduktionsstillstand auf der Reinwasserseite noch anstehenden vollen Zuflußwasserdruck noch verstärkt. Dabei und durch den sauren pH-Wert des Reinwassers wird die Membran gereinigt, was der weiteren Reinwasserproduktion und der Lebensdauer der Membran zugute kommt.

Es besteht auch die Aufgabe, eine Membrantrennvorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zu schaffen. Bei dieses Membrantrennvorrichtung der eingangs erwähnten Art besteht die erfindungsgemäße Lösung darin, daß die Membrantrennvorrichtung konzentratseitig an ein Wasserhahnauslaufrohr, eine Dusche, eine Waschmaschine, einen Geschirrspüler und/oder dergleichen Verbrauchsstelle mit hohem diskontinuierlichem Wasserbedarf anschließbar ist und daß die Membrantrennvorrichtung rohwasser- und konzentratseitig dem an den anzuschließenden Verbrauchsstellen benötigten Nutzwasserbedarf angepaßt ist. Bei der erfindungsgemäßen Membrantrennvorrichtung wird trotz des diskontinuierlichen Konzentratbedarfs das Nutzwasser nicht zwischengespeichert, vielmehr ist die Membrantrennvorrichtung rohwasser- bzw. konzentratseitig mit zugehörigen Rohwasser- und Konzentratanschlüssen so groß dimensioniert, daß die gesamte, diskontinuierlich benötigte Nutzwasserleitung durch die Konzentratkammer geführt werden kann.

Vorteilhaft ist es, wenn die Konzentratleitung sich in eine zu einer Verbrauchsstelle von Nutzwasser führende Nutzwasserzufuhrleitung und in eine Nebenleitung verzweigt, die gegebenenfalls an eine Abflußleitung angeschlossen ist. Über die Nutzwasserzufuhrleitung kann das Konzentrat nach Durchströmen der Membran wahlweise als Nutzwasser einer Verbrauchsstelle zugeführt oder über die Nebenleitung an einem Abfluß entnommen werden.

Um die einfache Handhabbarkeit der erfindungsgemäßen Membrantrennvorrichtung zu begünstigen, ist es vorteilhaft, wenn die Nutzwasserleitung und die Reinwasserleitung steuerbar in einem gemeinsamen Auslaufrohr enden und wenn die Wasserreinigungsvorrichtung eine mit Vorwähltasten versehene Steuereinheit zur Vorwahl des Entnehmens von Nutz- oder Reinwasser aus dem gemeinsamen Auslaufrohr aufweist. Somit kann der Verbraucher über dieselbe Auslaufvorrichtung wahlweise Reinwasser oder Brauchwasser dem Wasserversorgungssystem entnehmen.

Nachstehend wird die Erfindung anhand vorteilhafter Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den Figuren noch näher erläutert.

Es zeigt

Fig. 1 eine Vorrichtung zur Aufbereitung von Rohwasser in einer schematischen Darstellung,

Fig. 2 eine als Kleinanlage ausgebildete Vorrichtung zur Aufbereitung von Rohwasser, die in einer unter einem Spülbecken plazierbaren Einbaueinheit zusammengefaßt ist und bei der Reinwasser und Brauchwasser über eine gemeinsame Auslaufvorrichtung entnehmbar sind,

Fig. 3 eine Vorrichtung ähnlich der aus Fig. 2, jedoch mit einer zusätzlichen Auslaufvorrichtung zur Reinwasserentnahme,

Fig. 4 eine Vorrichtung ähnlich der aus Fig. 2, die über eine von der Auslaufvorrichtung aus betätigbaren Steuereinheit mit mechanischen und/oder hydraulischen Steuermitteln gesteuert ist,

Fig. 5 die Vorrichtung aus Fig. 4 in einer schematischen Detaildarstellung und

Fig. 6 eine Vorrichtung ähnlich der aus Fig. 4 und 5, jedoch mit zwei Auslaufvorrichtungen.

In Fig. 1 ist eine Wasserreinigungsvorrichtung 1 zur Aufbereitung von Zufluß- oder Rohwasser in ein mit Stoffbeimischungen, wie etwa Salze, Mineralien, Schwermetalle und dgl., nur wenig belastetes Reinwasser in einer schematischen Darstellung dargestellt. Dabei ist die Vorrichtung 1 zur Zufuhr von Rohwasser unmittelbar an das Leitungsnetz, aber auch an einen Brunnen oder eine andere Wasserquelle anschließbar, die, gegebenenfalls durch eine zusätzliche Speisepumpe, unter Druck über Atmosphärendruck steht.

Das mit Stoffbeimischungen belastete Rohwasser ist über eine Rohwasserzufuhrleitung 2 zu einer Filtereinrichtung 3 geführt, die ein Aktivkohlefilter aufweist und in der aus dem eventuell gechlorten Zuflußwasser unter anderem das Chlor weitgehend entnommen wird. Nach Durchströmen der Filtereinrichtung 3 fließt das Zuflußwasser über einen Feinfilter 4 in eine Membrantrennvorrichtung 5, in der eine semipermeable Membran 6 eine Teilmenge des Zuflußwassers von weiteren Stoffbeimischungen weitgehend befreit. Wegen der Aktivkohlereinigung und der Filtration ist nicht nur das Reinwasser, sondern auch das übrige Nutzwasser für den schonenden Betrieb nachgeschalteter Verbraucher bereits gereinigt. Dabei unterteilt die - hier gestrichelt angedeutete - Membran 6 die als Behälter ausgebildete Trennvorrichtung 5 in eine Konzentratkammer oder einen Rohwasserbereich 7 und in eine Permeatkammer oder einen Reinwasserbereich 8. Da das Rohwasser beispielsweise unter dem Leitungsdruck des Wassernetzes von etwa 4 bis 5 bar steht und auf der Reinwasserseite 8 zunächst praktisch der Atmosphärendruck herrscht, kann eine Teilmenge des Rohwassers im Wege der Umkehrosmose unter der treibenden Kraft dieser Druckdifferenz die Membran 6 vom Zuflußwasserbereich 7 zum Reinwasserbereich 8 hin als Reinwasser passieren.

Wie Fig. 1 zeigt, haben die Filtereinrichtung 3 und der Feinfilter 4 jeweils eine untere Zuflußöffnung und eine obere Abflußöffnung und sind vertikal übereinander angeordnet mit von unten nach oben gerichteter Durchströmrichtung, so daß praktisch eine automatische Entlüftung erfolgt.

Aus demselben Grund ist auch die Zuflußöffnung 9 für das Rohwasser im unteren Bereich und die Abflußöffnungen 10, 11 für das Konzentrat und das Reinwasser im oberen Bereich der Trenneinrichtung 5 angeordnet mit ebenfalls vertikal von unten nach oben gerichteten Durchströmrichtungen.

Während an den Konzentratauslaß 10 der Trennvorrichtung 5 eine das Konzentrat führende Konzentratleitung 12 angeschlossen ist, ist der im Reinwasserbereich 8 der Trennvorrichtung 5 vorgesehene Permeatauslaß 11 mit einer Reinwasserabflußleitung 13 verbunden.

Diese Reinwasserabflußleitung 13 unterteilt sich in eine zu einer Verbrauchsstelle führenden Reinwasserleitung 14 und in einen zu einem Reinwasserspeicher 16 führenden Leitungsabschnitt 15. In diesem Reinwasserspeicher 16 ist das in der Trennvorrichtung 5 gebildete Reinwasser speicherbar, so daß das Reinwasser dem Verbraucher auch in einem größeren Volumenstrom zur Verfügung gestellt werden kann.

Der Reinwasserspeicher 16 hat eine begrenzte Volumenkapazität, so daß spätestens bei Erreichen der Volumenkapazität des Reinwasserspeichers mit Reinwasser ein im Bereich der Membran 6 wirksamer Gegendruck aufbaubar ist.

Durch einen solchen Gegendruck im Reinwasserbereich 8 der Trennvorrichtung 5 wird die für eine Umkehrosmose notwendige Druckdifferenz aufgehoben und die Reinwasserproduktion praktisch sofort unterbrochen. Bei auf beiden Seiten der Membran gleichen Druckverhältnissen oder bei einem geringen Überdruck im Reinwasserbereich 8 der Trennvorrichtung 5 kann saures Reinwasser infolge Osmose und/oder Druckdifferenz die Membran 6 zum Rohwasserbereich 7 hin passieren und die Membran 6 ausschwemmen; dadurch können Calciumablagerungen, Keime und dergleichen weitgehend auch aus tieferen Lagen ausgelöst werden.

Da auch während der Reinwasserproduktion das Rohwasser unter einer Schwallbildung die Membran 6 beaufschlagt oder an dieser vorbeiströmt, wird somit eine ständige Reinigung der Membran 6 ermöglicht, ohne daß Konzentrat in Strömungsrichtung hinter der Membran 6 abgeleitet und in einem Kreislauf der Membran 6 zur Reinigung erneut zugeführt werden müßte.

Wie aus Fig. 1 deutlich wird, ist die Volumenkapazität des Reinwasserspeichers veränderbar. Zu diesem Zweck hat der Reinwasserspeicher 16 einen Außenbehälter 17 definierten Volumens und einen formveränderbaren, in entleertem Zustand etwa beutelförmigen, vom Außenbehälter 17 umschlossenen Innenbehälter 18 aus lebensmittelechtem nachgiebigem Material. Dabei bildet das Innere des Innenbehälters 18 sowie der zwischen Innenbehälter 18 und Außenbehälter 17 liegende Bereich 19 jeweils einen separaten Füllbereich, von denen das Innere des Innenbehälters 18 über die Reinwasserabflußleitung 13 mit Reinwasser und der Bereich 19 über eine Nebenleitung 20 mit dem an der Membran vorbeifließenden, Stoffbeimischungen enthaltenden Konzentrat befüllbar ist.

Die das Konzentrat führende Leitung 12 teilt sich in Strömungsrichtung hinter der Trennvorrichtung 5 in eine zu einer Auslaufvorrichtung oder dgl. Verbrauchsstelle führende Nutzwasserzufuhrleitung 21 und in die mit dem Füllbereich 19 des Reinwasserspeichers 16 verbundene Nebenleitung 20. Während die Zufuhrleitung 21 über ein Sperrventil 22 verschließbar ist, teilt sich die Nebenleitung 20 in Strömungsrichtung vor dem Speicher 16 vorübergehend in zwei mit jeweils einem Sperrventil 23, 24 versehene Leitungsabschnitte 25, 26 auf, wobei im Leitungsabschnitt 25 in Strömungsrichtung vor dem Sperrventil 24 zusätzlich ein Wassermengenregler 27 vorgesehen ist.

Wie Fig. 1 zeigt, geht in dem zwischen den Sperrventilen 23, 24 liegenden Bereich der Nebenleitung 20 eine Abflußleitung 29 ab, die ebenfalls über ein Sperrventil 30 verschließbar ist. Über diese Abflußleitung 29 kann beispielsweise das in dem Füllbereich 19 des Reinwasserspeichers 16 enthaltene Konzentrat praktisch ohne Gegendruck abfließen, wenn der Reinwasserspeicher 16 mit Reinwasser gefüllt wird. Je nach Rohwasserbeschaffenheit kann unter Umständen ein begrenzter Teilstrom des Konzentrats über den Wassermengenregler 27 abfließen. Das im Innenbehälter 18 des Reinwasserspeichers 16 enthaltene Reinwasser kann über die Reinwasserleitung 14 der Reinwasserabflußleitung 13 dem Speicher 16 entnommen und einer Verbrauchsstelle zugeführt werden. Dabei ist auch in der zur Verbrauchsstelle führenden Reinwasserleitung 14 ein Sperrventil 28 vorgesehen.

Zur Entnahme des Reinwassers wird das Sperrventil 22 der Nutzwasserleitung 21 geschlossen und das Sperrventil 28 des Reinwasser führenden Leitungsabschnittes 14 geöffnet. Gleichzeitig sind die Sperrventile 24 und 30 geschlossen und in der Nebenleitung 20 nur das Ventil 23 geöffnet. Wegen der durch das Sperrventil 22 verschlossenen Zufuhrleitung 21 kann das von der Trenneinrichtung 5 kommende Zuflußwasser nur über die Nebenleitung 20 und dessen Sperrventil 23 in den Füllbereich 19 des Reinwasserspeichers 16 fließen. Durch das in den Speicher 16 einströmende Konzentrat wird gleichzeitig die dem Reinwasser im Speicher 16 zur Verfügung stehende Volumenkapazität verringert. Somit dient das Konzentrat bei der Entnahme des Reinwassers im Reinwasserspeicher 16 auch als Verdrängungswasser. Dabei wird das im Innenbehälter 18 enthaltene Reinwasser über die Leitungsabschnitte 15 und 14 der Reinwasserabflußleitung 13 zum geöffneten Sperrventil 28 hin zur Verbrauchsstelle geleitet. Es ist ein besonderer Vorteil der hier dargestellten Vorrichtung 1, daß das Reinwasser infolge des als Verdrängungswasser dienenden Konzentrats auch mit dem üblichen Druck des Leitungsnetzes dem Wasserversorgungssystem entnommen werden kann. Es ist also keine besondere mechanische Vorrichtung zum Auspumpen oder dgl. des Reinwassers erforderlich, vielmehr wird das Reinwasser mit dem üblichen Leitungs- oder Rohwasser ausgedrückt, während durch den dabei erzeugten Gegendruck die Membran 6 durch in den Rohwasserbereich 7 hinübertretendes Reinwasser ausgeschwemmt und gereinigt wird.

Soll aus weiterem Rohwasser wieder Reinwasser aufbereitet werden, so müssen lediglich die Sperrventile 28, 30 geschlossen und die Sperrventile 22 sowie 23 und/oder 24 geöffnet werden. Das Sperrventil 31, das in der die Rohwasserleitung 14 mit der Abflußleitung 29 verbindenden Verbindungsleitung 32 vorgesehen ist, dient einer intervallmäßigen Zwangsentleerung des Reinwasserspeichers zur Keimwachstumsverhinderung, insbesondere zur automatischen Betriebsweise der Vorrichtung. Durch das an der Membran 6 unter einem reinigenden Wasserschwall durchströmende Rohwasser wird weiteres Reinwasser produziert und im Reinwasserspeicher 16 angesammelt. Dabei bleiben die von der Membran 6 zurückgehaltenen Inhaltsstoffe des zugeflossenen Rohwassers im Rohwasserbereich 7 der Trennvorrichtung 5. Je nach Rohwasserbeschaffenheit kann es erforderlich sein, daß eine Mindestmenge des über die Rohwasserzufuhrleitung 2 der Trennvorrichtung 5 zuströmenden Rohwassers über die Zuflußwasserleitung 12 und die Nebenleitung 20 in die Abflußleitung 29 ausfließen muß, damit an der Membran 6 keine Verstopfungen beispielsweise durch Karbonatausfällungen usw. auftreten. Dieses Wasser kann unter Umständen auch in einem drucklosen Behälter aufgefangen und, beispielsweise zum Blumengießen genutzt werden. Der größte Teil des an der Membran 6 der Trennvorrichtung 5 vorbeiströmenden Rohwassers wird jedoch als Brauchwasser verwendet und über die Zufuhrleitung 21 einer Verbrauchsstelle zugeführt. Somit ist die Vorrichtung 1 in das Wasserversorgungssystem weitestgehend integriert.

Durch die Anordnung und das seitliche Überströmen der Membran 6 bei normaler Brauch- oder Nutzwasserentnahme wird eine reinigende Turbulenzströmung über der Membran erreicht. Da das an der Membran 6 vorbeiströmende Zuflußwasser anschließend größtenteils als Nutzwasser verwendet wird, geht in der Vorrichtung 1 praktisch kein Wasser verloren. Gleichzeitig werden die Filtereinrichtung 3, der Feinfilter 4 sowie insbesondere auch die Trennvorrichtung 5 durch das durchströmende Zuflußwasser gekühlt, wodurch bei entsprechend niedriger Temperatur des zuströmenden Zuflußwassers ein Keimwachstum erschwert wird.

Solange in der Trennvorrichtung 5 zwischen beiden Seiten der Membran 6 eine Druckdifferenz vorhanden ist, die ein Passieren von Reinwasser in den Reinwasserbereich 8 der Trennvorrichtung 5 ermöglicht, arbeitet die Trennvorrichtung 5 in einem vergleichsweise optimalen Bereich mit vergleichsweise hohem Differenzdruck. Füllt das Reinwasser im Reinwasserspeicher 16 die ihm zur Verfügung stehende Volumenkapazität nach einer gewissen Zeit der Reinwasserproduktion vollständig aus, steigt der Wasserdruck im Reinwasserspeicher 16 sprunghaft an. Dadurch wird auch im Bereich der Membran 6 ein Gegendruck aufgebaut, der eine weitere Umkehrosmose und somit eine weitere Reinwasserproduktion ebenso schnell unterbindet.

Damit wird praktisch automatisch eine weitere Reinwasserzufuhr über die Reinwasserabflußleitung 13 in den Reinwasserspeicher 16 unterbunden. Durch diese besondere Anordnung und Ausbildung des Reinwasserspeichers 16 arbeitet die Trennvorrichtung 5 zur Aufbereitung des Zuflußwassers praktisch nur in einem optimalen Bereich. In dem Moment, in dem dieser optimale Bereich verlassen wird, wird auch die Reinwasserproduktion durch den sich aufbauenden Gegendruck gestoppt. Das zur Reinwasserproduktion benötigte Rohwasser geht nach Durchlaufen der Trennvorrichtung 5 praktisch nicht verloren, sondern wird anschließend als Brauch- oder Nutzwasser verwendet. Wird zu bestimmten Wasserverbrauchsvorgängen im Haushalt oder in der Industrie, z. B. zur Toilettenspülung, zum Duschen, für einen Geschirrspüler oder eine Waschmaschine, in kurzer Zeit relativ große Wassermengen benötigt und die pro Zeiteinheit an der Membran 6 vorbeiströmende Rohwassermenge zeitweise erhöht, so wird gleichzeitig mit Hilfe des in der Trennvorrichtung 5 bewirkten Turbulenz- oder Schwalleffektes die darin enthaltene Membran 6 gut gereinigt. Durch eine solche Schwallspülung mit Hilfe des Rohwassers erreicht man eine hohe Druckdifferenz zwischen beiden Seiten der Membran und in dem Membranbehälter, dadurch ergibt sich eine sehr gute Strömungsverteilung und wenigstens zeitweise ein vollständiger Wasserinhaltsaustausch, womit ein Herauslösen von Ablagerungen, Keimen und dergleichen aus den Membranöffnungen und insbesondere aus den Toträumen der Membran erfolgt. Verbleibende Restkeime oder -bakterien werden durch das kalte Rohwasser in ihrem Wachstum gehemmt.

Ein solcher Reinigungseffekt der Membran 6 läßt sich auch mit Hilfe der als Magnetventil ausgebildeten Sperrventile 22, 28, 30 sowie 31 und mit einer entsprechenden Steuereinheit künstlich bewirken, die mit Hilfe mechanischer, hydraulischer oder elektrischer Steuermittel einen entsprechenden Wasserschwall von Rohwasser in der Trennvorrichtung 5 bewirkt oder durch entsprechende Steuerung der genannten Sperrventile einen Gegendruck im Reinwasserbereich 8 der Trennvorrichtung 5 aufbaut.

Wie Fig. 1 zeigt, ist in dem zur Verbrauchsstelle führenden Leitungsabschnitt 14 der Reinwasserabflußleitung 13 ein Wärmetauscher 33 vorgesehen, der zur Kühlung des zur Verbrauchsstelle strömenden, als Trinkwasser in kühlem Zustand bevorzugten Reinwassers mit der Zuflußwasserzufuhrleitung 2 verbunden ist. Das bei der Reinwasserentnahme zuströmende und als Verdrängungswasser dienende Konzentrat kühlt somit zusätzlich auch noch das Reinwasser praktisch im Gegenstrom. In der zur Verbrauchsstelle führenden Reinwasserleitung 14 der Reinwasserabflußleitung 13 ist auch eine Zufuhreinrichtung 34 zur Zugabe von Mineralien oder dergleichen Zuschlagstoffen in das Reinwasser vorgesehen. Der Ausstoß dieser Zuflußeinrichtung 34 wird über eine in der Reinwasserleitung 14 angeordneten Meßdüse 35 gesteuert und an das durchströmende Reinwasservolumen angepaßt, die darüber hinaus auch den Füllstand des Reinwasserspeichers und eine Reinwasserentnahme einer Steuereinheit meldet.

Die Vorrichtung 1 ist zweckmäßigerweise in einer Einbaueinheit zusammengefaßt, die beispielsweise leicht unter einem Spülbecken Platz findet. Diese Einbaueinheit ist in Fig. 1 von einem Außengehäuse 36 aus lichtundurchlässigem Material umschlossen, wodurch einem übermäßigen Keimwachstum noch zusätzlich entgegengewirkt werden soll.

In Fig. 2 ist eine als Kleinanlage ausgebildete Vorrichtung zur Aufbereitung von Rohwasser dargestellt, die in einer unter einem Spülbecken plazierbaren Einbaueinheit zusammengefaßt ist. Dabei kann das Reinwasser und das als Nutzwasser dienende Zuflußwasser über ein gemeinsames Auslaufrohr 43 der Vorrichtung 103 entnommen werden.

Der Steuermechanismus der Vorrichtung 103 kann elektrische, hydraulische oder mechanische Steuermittel aufweisen und mit einem oder mehreren Entnahme-Ventilen ausgestattet sein.

Bei der Vorrichtung 103 kann das ursprüngliche Auslaufrohr weiterverwendet werden, insbesondere, wenn dieses gegen das saure Reinwasser (pH-Wert 5,5 bis 7) beständig ist. Die in einer Einbaueinheit zusammengefaßte Vorrichtung 103 befindet sich in einem Außengehäuse 36. Eine darin enthaltene elektrische Steuereinheit steuert die Lade- und Entladevorgänge des Wasserversorgungssystems auf den Steuerbefehl des Anwenders, gleichzeitig wird die Wasserqualität signalisiert und gegebenenfalls überwacht. Die Steuereinheit ist zweckmäßigerweise an das 220 Volt/50 Hertz-Stromnetz angeschlossen.

Die Vorrichtung 103 wird über das übliche Leitungsnetz mit Rohwasser versorgt. Dessen Reinwasserabflußleitung und die Zufuhrleitung sind an das gemeinsame Auslaufrohr 43 angeschlossen, aus dem nun sowohl als Nutzwasser dienendes Konzentrat als auch Reinwasser gemäß dem entsprechenden Steuerbefehl entnommen werden können.

Bei höherer Temperaturbeständigkeit der verwendeten Materialien kann die Vorrichtung 103 auch an den Warmwasseranschluß des Leitungsnetzes angeschlossen werden, wodurch eine höhere Produktionsleistung von Reinwasser erreichbar wäre.

Die Vorrichtung 104 aus Fig. 3 entspricht im wesentlichen der Vorrichtung 103 aus Fig. 2, weist jedoch für die Reinwasserabflußleitung und die Zufuhrleitung der Vorrichtung 104 ein separates Auslaufrohr 44 auf. Eine solche Ausbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung bietet sich vor allem dann an, wenn das in einem Haushalt vorhandene Auslaufrohr 45 gegen das saure Reinwasser nicht beständig ist. Gleichzeitig wird eine Fehlbedienung weitgehend vermieden.

Das Auslaufrohr 44 kann mit geeigneten elektrischen, hydraulischen oder mechanischen Steuermitteln die vorzugsweise elektronische Steuereinheit 46 der Vorrichtung 104 vereinfachen.

Bei der Vorrichtung 105 aus Fig. 4 ist der Steuermechanismus der Steuereinheit in dem Auslaufrohr 46 untergebracht. Dem Auslaufrohr 46 der Vorrichtung 105 kann wahlweise warmes oder kaltes Wasser zu Nutz- oder Trinkzwecken entnommen werden. Vorteilhaft ist, daß für die in Fig. 9 dargestellte Ausführung kein Stromanschluß erforderlich ist. Vielmehr erfolgt die Steuerung der Vorrichtung 105 über mechanische oder hydraulische Steuermittel der Steuereinheit.

Zweckmäßigerweise kann zur Montage des Auslaufrohres 46 die ursprüngliche, im Spülbecken vorhandene Aufnahmeöffnung verwendet werden.

Das Auslaufrohr 46 aus Fig. 4 ist in Fig. 5 nochmals in einer schematischen Detaildarstellung gezeigt.

Dabei kann wahlweise kaltes oder warmes Nutzwasser über den Wahlhebel 47 der Auslaufvorrichtung 46 entnommen werden. Die Reinwasserabgabe wird über den Wahlhebel 48 gesteuert, der vorzugsweise über mindestens zwei Schaltpositionen verfügt, und zwar für den Produktions- und den Entnahmevorgang des Reinwassers.

Vorteilhaft ist es, wenn über den Wahlhebel 48 auch eine dritte Produktionsphase steuerbar ist, in der die Vorrichtung 105 in einer Bereitschaftsstellung betrieben wird.

In der Anfangsphase der Reinwasserproduktion wird wegen des vorherigen Stillstandes der Produktion prozeßbedingt ein mit vergleichsweise mehr Stoffbeimischungen belastetes Reinwasser produziert.

Will man beispielsweise mehrere Gläser mit Reinwasser füllen, so würde durch die einzelnen Produktionspausen vergleichsweise viel Reinwasser einer minderen Qualität produziert, was mit einer dritten Bereitschaftsstufe vermieden werden könnte, in der der Wasserdruck des Konzentrats bereits auf den Innenbehälter 18 des Reinwasserspeichers wirkt und lediglich die Reinwasserentnahme gesperrt ist.

Ferner werden in dieser Bereitschaftsstufe extreme Druckstöße vermieden, die bei sonst gleichzeitigem Schalten mehrerer Sperrventile entstehen könnten.

Eine Vorrichtung, die zur Entnahme von Leitungs- und Reinwasser getrennte Auslaufvorrichtungen aufweist, hat folgende Vorteile:

• - Eine Kontrolle der Reinwasserqualität ist besser möglich;
• - eine Anreicherung des Reinwassers mit ernährungswissenschaftlich sinnvollen Mineralien und Zuschlagstoffen aus einem Feststoffblock (vgl. Fig. 1) ist besser möglich;
• - bei der Entnahme von Reinwasser muß das Leitungssystem nicht erst von Leitungswasser entleert werden.

In Fig. 6 ist eine Vorrichtung 106 dargestellt, die weitgehend der Vorrichtung 105 aus Fig. 4 entspricht, jedoch zwei separate Auslaufrohre 44, 45 aufweist. Dabei kann das ursprüngliche Auslaufrohr 45 beibehalten werden, während das Auslaufrohr 44 alle Funktionen der in Fig. 10 dargestellten Auslaufarmatur 46 erfüllt.

Bei den hier dargestellten Wasserreinigungsvorrichtungen wird auch der Teil des Rohwassers, der zwar an der Membran vorbeiströmte, diese jedoch nicht als Reinwasser passiert hat, praktisch vollständig als Nutzwasser verwendet. Zu diesem Zweck sind die Reinigungsvorrichtungen auch mit ihren das Zuflußwasser führenden Leitungen an geeignete Wasserverbraucher, wie beispielsweise einen Geschirrspüler, eine Waschmaschine, eine Dusche oder andere, auch industriell genutzte Wasserverbraucher, angeschlossen und somit in das Wasserversorgungssystem integriert. Dabei wird die die Reinigungsvorrichtung jeweils durchströmende Menge an Rohwasser nicht an die benötigte Reinwasserausbeute angepaßt, sondern ist vielmehr vom gesamten Volumenbedarf an Nutz- und Trinkwasser abhängig.

Da die Wasserreinigungsvorrichtung hier nicht an das Wasserversorgungssystem "angekoppelt", sondern in dieses integriert ist, wird ihre beispielsweise als Wickel-, Hohlfaser-, Röhren-, Platten- oder Kissenmodul ausgebildete semipermeable Membran von vergleichsweise großen Wassermengen durchströmt, die praktisch vollständig und zum Teil mehrfach beispielsweise zur Reinigung der Membran, zur Kühlung des Reinwassers, zu dessen Verdrängung oder vor allem auch als Nutzwasser für einen oder mehrere Wasserverbraucher verwendet werden. Wegen dieser ohnehin hohen, die Reinigungsvorrichtung durchströmenden Wassermengen ist eine zusätzliche Zirkulation des Rohwassers oder Konzentrats nicht notwendig, die - verfahrenstechnisch ungünstig - mit einer Anreicherung des an der Membran im Kreislauf vorbeiströmenden Konzentrats mit Stoffbeimischungen und somit auch mit einer Veschlechterung des Reinwassers verbunden wäre. Vielmehr läßt sich mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ein Reinwasser erzeugen, das eine vergleichsweise hohe Qualität hat, wobei hier unter Reinwasser ein im Vergleich zum Rohwasser mit nur geringen Stoffbeimischungen belastetes Wasser verstanden wird.

Durch die zumindest zeitweise hohen, die Vorrichtung durchströmenden Wassermengen läßt sich in der Trennvorrichtung eine hohe Druckdifferenz auf beiden Seiten der Membran sowie eine gute Strömungsverteilung erreichen, die die Membran und auch entlegene Eckbereiche der Trennvorrichtung durch den dabei entstehenden Wasserschwall gut zu reinigen vermag. Wird dabei das Konzentrat auch als Verdrängungswasser verwendet, so ist auch die Reinwasserentnahme stets mit einem Rohwasserverbrauch und somit mit einer Reinigung der Membran verbunden. Dabei führt das Rohwasser nicht nur zu einem eventuell auch vollständigen Austausch des in der Vorrichtung enthaltenen Wassers, sondern kann auch zur Kühlung des Reinwassers verwendet werden, das in kühlem Zustand als Trinkwasser bevorzugt und - über eine Zuführeinrichtung - besonders gut mit Kohlendioxyd versetzt werden kann. Solches beispielsweise bei Betätigen einer Betätigungstaste mit Kohlendioxyd versetztes Reinwasser kann vom Anwender der erfindungsgemäßen Vorrichtung als wohlschmeckender, wenig belasteter Sprudel verwendet und getrunken werden.

Durchströmt das Rohwasser in der Aufbereitungsvorrichtung auch ein Aktivkohlefilter und/oder eine Filtereinrichtung, so ist auch das an der Membran vorbeiströmende, die Membran jedoch nicht als Reinwasser passierende Konzentrat gut als vergleichsweise hochwertiges Nutzwasser bei den verschiedensten Wasserverbrauchern einsetzbar.

Wie in Fig. 1 erkennbar ist, ist in der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorzugsweise auch eine sogenannte CISAH-Meßsonde vorgesehen, die den Gehalt des die Vorrichtung durchströmenden Wassers an Salzen und dergleichen Stoffbeimischungen mißt und beispielsweise über eine LED-Anzeige dem Anwender signalisiert.

Zweckmäßigerweise hat die Steuereinheit der erfindungsgemäßen Aufbereitungsvorrichtung ein Zeitstellglied, das mit der PISAHL-Meßdüse in Steuerverbindung steht, wobei die Steuereinheit so geschaltet ist, daß nach einem bestimmten Zeitablauf von beispielsweise drei Tagen, in dem von der Meßdüse keine Reinwasserentnahme signalisiert wurde, eine Zwangsentleerung des im Reinwasserspeicher enthaltenen Reinwassers erfolgt.

Da bei den hier dargestellten, in das Wasserversorgungssystem integrierten Wasserreinigungsvorrichtungen das Konzentrat nach dem Vorbeiströmen an der Membran als Nutzwasser verwendet wird, wird eine unnötige Abwasserbelastung weitgehend vermieden und auch der Wasserverbrauch insgesamt reduziert. Mit dem während der Reinwasserproduktion ständig an der Membran vorbeiströmenden und anschließend als Nutzwasser dienenden Konzentrat wird dieses im Bereich der Membran ständig durch neues Rohwasser ausgewechselt, was der Qualität des dabei erzeugten Reinwassers zugute kommt. Eine Erwärmung des im Bereich der Membran strömenden Rohwassers und auch des Reinwassers wird durch das nachströmende Rohwasser praktisch vermieden; das Reinwasser kann vielmehr durch ein kühleres, nachströmendes Rohwasser abgekühlt werden, was einer Keimbildung noch entgegenwirkt. Da bei dem hier beschriebenen Aufbereitungsverfahren das Rohwasser nach Überströmen der Membran als Nutzwasser verwendet und nicht - wie sonst üblich - weiter zirkuliert, kann dieses Verfahren in das Wasserversorgungssystem integriert werden. Dabei wird die verwendete Rohwassermenge nicht an die benötigte Reinwassermenge, sondern vielmehr an das benötigte Nutzwasservolumen angepaßt, was wesentlich mehr sein kann als für den Aufbereitungsprozeß an sich nötig ist. Dadurch und wegen der fehlenden Zirkulation des mit Stoffbeimischungen belasteten Rohwassers ist mit die Konzentration von Inhaltsstoffen in dem an der Membran vorbeiströmenden Konzentrat vergleichsweise gering. Somit ist dessen Qualität nicht wesentlich schlechter als in Strömungsrichtung vor der Membran; auch das Konzentrat ist bei dem hier beschriebenen Verfahren daher praktisch noch uneingeschränkt als Nutzwasser verwendbar.

Claims (5)

1. Verfahren zur Reinwasserherstellung, in dem Rohwasser einer semipermeablen Memban zugeführt, eine Teilmenge des Rohwassers unter der treibenden Kraft einer Druckdifferenz die Membran als Reinwasser passiert und die Restmenge an der Membran vorbeiströmt, diese als Konzentrat verläßt und anschließend als Nutzwasser verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, daß zur Reinigung der Membran die pro Zeiteinheit rohwasserseitig an der Membran (6) vorbeiströmende Rohwassermenge zeitweise erhöht wird, indem das Konzentrat einer Dusche, einer Waschmaschine, einem Geschirrspüler, einem Wasserhahnauslaufrohr oder dergleichen Verbrauchsstelle mit hohem diskontinuierlichem Wasserbedarf zugeführt wird und der Rohwasserzufluß dem benötigten Nutzwasservolumen angepaßt ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß während der Nutzwasserentnahme die an der Membran (6) wirksame Druckdifferenz zeitweise aufgehoben wird.

3. Membrantrennvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, mit einer Konzentratkammer mit Rohwassereinlaß und Konzentratauslaß und einer mittels einer Membran davon abgetrennten Permeatkammer mit Permeatauslaß, dadurch gekennzeichnet, daß die Membranvorrichtung konzentratseitig an ein Wasserhahnauslaufrohr (43, 45), eine Dusche, eine Waschmaschine, einen Geschirrspüler und/oder dergleichen Verbrauchsstelle mit hohem diskontinuierlichem Wasserbedarf anschließbar ist und daß die Membrantrennvorrichtung rohwasser- und konzentratseitig dem an den anzuschließenden Verbrauchsstellen benötigten Nutzwasserbedarf angepaßt ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentratleitung (12) sich in eine zu einer Verbrauchsstelle von Nutzwasser führende Nutzwasserzufuhrleitung (21) und in eine Nebenleitung (20) verzweigt, die gegebenenfalls an einer Abflußleitung (29) angeschlossen ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Nutzwasserleitung (21) und die Reinwasserleitung (14) steuerbar in einem gemeinsamen Auslaufrohr (43) enden und daß die Wasserreinigungsvorrichtung (1) eine mit Vorwähltasten versehene Steuereinheit (46) zur Vorwahl des Entnehmens von Nutz- oder Reinwasser aus dem gemeinsamen Auslaufrohr (43, 45) aufweist.