DE4436134A1 - Transportable Wasseraufbereitungsanlage zur mittelfristigen Trinkwasserversorgung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Trinkwassergewin­ nung in einer transportablen Wasseraufbereitungsanlage nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine transportable Vorrichtung zur Trinkwassergewinnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 17.

Transportable Wasseraufbereitungsanlagen dienen zur kurzfri­ stigen oder mittelfristigen Trinkwasserversorgung insbeson­ dere in Gebieten, in denen unbehandeltes Oberflächenwasser als Trinkwasser genutzt wird und daher die Übertragung von infektiösen Krankheiten über das verwendete Wasser ein großes Problem darstellt. Dies gilt z. B. für Krisengebiete, Flüchtlingslager oder nach Naturkatastrophen. Gerade in Entwicklungsländern ist die hygienische Qualität des konsu­ mierten Wassers häufig unzureichend, wodurch täglich tausen­ de Menschen beispielsweise an unspezifischen Durchfaller­ krankungen sterben.

Kurzfristig ist es möglich, mit Hilfe von Chemikalien, Membranverfahren und Filterverfahren aus nahezu jedem Rohwasser Trinkwasser zu gewinnen. Allerdings ist dazu ein hoher Aufwand an Energie, technischer Ausrüstung, Chemikali­ en, geschultem Personal und finanziellen Mitteln notwendig. Die Wasseraufbereitungsanlagen zur kurzfristigen Trinkwas­ serversorgung werden daher häufig von internationalen Hilfsorganisationen oder militärischen Hilfskommandos installiert und betrieben. Die Betriebsdauer dieser Anlagen ist eng geknüpft an die Anwesenheit der Hilfskräfte, die die entsprechende Versorgungslogistik zur Verfügung stellen und den Betrieb finanzieren.

Zur langfristigen Sicherung einer geregelten Trinkwasserver­ sorgung müssen Anlagen gebaut werden, die die technischen Möglichkeiten, Ressourcen, die finanzielle Situation und die jeweilige Rohwasserbeschaffenheit berücksichtigen. Die Planung, Finanzierung, Erstellung und endgültige Inbetrieb­ nahme solcher Anlagen dauert in der Regel mehrere Monate oder Jahre. Diese Zeitspanne kann in der Regel nicht durch die obenbeschriebenen Anlagen zur kurzfristigen Trinkwasser­ versorgung überbrückt werden, da die nötigen Aufwendungen zum Betrieb einer derartigen Anlage über Monate oder Jahre hinweg nur in Ausnahmefällen aufgebracht werden können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur kurzfristigen und mittelfristigen Trinkwasserversorgung zu schaffen, die sich durch einen geringen Energieverbrauch, Robustheit, einfache Bedienbar­ keit sowie eine zuverlässige Trinkwasseraufbereitung ohne Verwendung von Chemikalien auszeichnen.

Diese Aufgabe wird durch das Verfahren gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß eine sichere Trinkwasserversorgung durch die Aufbereitung von Rohwasser mit einfachen Mitteln möglich ist, wenn das Rohwasser zunächst mechanisch und/oder biologisch gereinigt wird, was mit einfachen, robusten und ohne Zufuhr von Energie ablau­ fenden Verfahren (beispielsweise Sedimentation und Langsam­ filtration) möglich ist, und wenn das Wasser dann in einer Desinfektionseinheit mittels UV-Strahlung entkeimt wird, was beispielsweise durch die natürliche UV-Strahlung des Sonnenlichts geschehen kann.

Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, daß es eine sichere Trinkwasserversorgung ermöglicht, wobei bei einer entsprechenden Gestaltung der Anlage bei den einzelnen Verfahrensschritten keine künstlich erzeugte Energie zuge­ führt werden muß und wobei zur Bedienung dieser Anlage keine speziell geschulten Fachkräfte notwendig sind.

Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß das Wasser durch eine Sedimentiereinheit geleitet wird, in der suspendierte Feststoffe aus dem Wasser durch Einwirken der Schwerkraft abgetrennt werden, daß das Wasser in einem Tiefenfilter filtriert wird und daß das Wasser in einer Desinfektionsein­ heit mittels UV-Strahlung entkeimt wird. Bei dieser Ausfüh­ rungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens findet in den ersten beiden Verfahrensschritten eine mechanische und biologische Reinigung des Rohwassers statt, ohne daß künst­ lich erzeugte Energie zugeführt werden muß. Es genügt, daß das Rohwasser zunächst durch ein Absetzbecken geleitet wird, in dem sich die suspendierten Feststoffe durch Einwir­ ken der Schwerkraft absetzen, und daß das Wasser anschlie­ ßend einen Tiefenfilter durchläuft, in dem einerseits Trübstoffe aus dem Wasser entfernt werden und andererseits die Gesamtkeimzahl wesentlich reduziert wird. Bei der abschließenden Entkeimung und Desinfizierung des Wassers werden keine Chemikalien benötigt, sondern das Wasser wird mit UV-Strahlung bestrahlt, die beispielsweise durch die Sonnenstrahlung zur Verfügung gestellt werden kann.

Zur Beschleunigung der Sedimentation ist es vorteilhaft, wenn das Wasser in der Sedimentiereinheit eine Gruppe zueinander paralleler, schräg zur Strömungsrichtung des Wasser verlaufender Platten durchströmt, an denen sich die Feststoffe absetzen und an denen entlang sie zu Boden sinken.

Um die Effektivität der biologischen Tiefenfilterung zu verbessern, ist es vorteilhaft, wenn dem Wasser vor dem Einleiten in den Tiefenfilter Sauerstoff zugeführt wird, beispielsweise indem das Wasser verwirbelt wird. Dies kann dadurch erreicht werden, daß das Wasser vor der Einleitung in den Tiefenfilter mehrere quer zur Strömungsrichtung des Wassers angeordnete Lochbleche passiert, die nahe der Wasseroberfläche angeordnet sind.

Der Tiefenfilter wird vorzugsweise im überstauten Abstrom­ verfahren betrieben. Der dabei entstehende Wasserdruck kann genutzt werden, um das Wasser innerhalb der Wasseraufberei­ tungsanlage zur folgenden Reinigungsstufe weiterzuleiten.

Zur Entkeimung des Wassers in der Desinfektionseinheit wird vorzugsweise der UV-Anteil der Sonnenstrahlung verwendet (direkte Nutzung der Sonnenenergie). In diesem Fall wird der UV-Anteil der Sonnenstrahlung über geeignete Leitein­ richtungen direkt dem zu behandelnden Wasser zugeführt.

Dies kann dadurch geschehen, daß die Desinfektionseinheit einen im wesentlichen senkrecht angeordneten Schacht um­ faßt, über dessen Deckfläche Sonnenstrahlung in den Schacht eindringt und an dessen Bodenfläche das zu bestrahlende Wasser entlanggeführt wird, wobei die Seitenwände des Schachtes mit einem Material ausgekleidet sind, welches die UV-Strahlung in besonderem Maße reflektiert. Dabei kann eine intensive Bestrahlung des Wassers mit UV-Strahlung erreicht werden, wenn oberhalb der Bodenfläche des Schach­ tes ein für UV-Strahlen durchlässiges, semipermeables, an der Unterseite verspiegeltes flächenförmiges Bauteil, z. B. eine an der Unterseite verspiegelte Quarzglasscheibe, parallel zur Bodenfläche des Schachtes angeordnet ist, wobei die UV-Strahlung nach dem Durchdringen des flächenför­ migen Bauteils an der Unterseite dieses Bauteils und an den Seitenwänden des Schachtes reflektiert wird und von dem an der Bodenfläche des Schachtes vorbeigeleiteten Wasser absorbiert wird.

Um einen Betrieb der Wasseraufbereitungsanlage rund um die Uhr zu gewährleisten, kann das Wasser in der Desinfektions­ einheit zusätzlich von einer künstlichen UV-Strahlungsquel­ le bestrahlt werden, die beispielsweise mit Sonnenenergie aus Solarzellen gespeist wird. Da der mit Hilfe von Solar­ zellen erzeugte elektrische Strom in Akkumulatoren gespei­ chert werden kann, steht er auch außerhalb der Sonnenstun­ den zur Verfügung. Insbesondere kann vorgesehen sein, daß eine Regeleinheit mit mindestens einem in der Desinfektions­ einheit angeordneten UV-Sensor den Betrieb der künstlichen UV-Strahlungsquelle in Abhängigkeit von der Intensität der UV-Strahlung der Sonne so regelt, daß in der Desinfektions­ einheit stets die erforderliche Mindestenergiedosis zum Entkeimen des Wassers erreicht wird.

Ferner ist es vorteilhaft, wenn das Wasser als dünner Film durch den Bestrahlungsbereich der Desinfektionseinheit geleitet wird, damit das Wasser möglichst intensiv der UV-Strahlung ausgesetzt wird.

Da sich das Wasser während der Bestrahlung in der Desinfek­ tionseinheit erwärmt, ist es vorteilhaft, wenn das Wasser nach dem Entkeimen durch eine Kühlspirale geleitet wird. Die Kühlung soll insbesondere die Wiederverkeimung des Wassers verhindern.

Die erfindungsgemäße Wasseraufbereitungsanlage ist ohne Pumpen betreibbar, wenn der Tiefenfilter unterhalb der Sedimentiereinheit angeordnet ist, in die das aufzubereiten­ de Rohwasser eingeleitet wird, und das Wasser durch einen Durchfluß abwärts von der Sedimentiereinheit in den Tiefen­ filter fließt und wenn das Wasser durch den Staudruck, der sich im Tiefenfilter aufbaut, aus dem Tiefenfilter in die Desinfektionseinheit geführt wird. In diesem Fall wird die Anlage lediglich durch Ausnutzung des Wasserdrucks betrie­ ben; es wird keine Energie zum Betreiben von Pumpen benö­ tigt.

Eine transportable Vorrichtung zur Trinkwassergewinnung mit einer mechanischen und einer biologischen Reinigungsstufe, die insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 geeignet ist, ist dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Desinfektionseinheit zum Entkeimen des Wassers mit UV-Strahlung aufweist.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist im oberen Bereich der Vorrichtung eine Sedi­ mentiereinheit vorgesehen, in der suspendierte Feststoffe aus dem Wasser durch Einwirkung der Schwerkraft abgetrennt werden können, wobei unter der Sedimentiereinheit und mit dieser über einem Durchfluß verbunden ein Tiefenfilter angeordnet ist und die Desinfektionseinheit nach dem Prin­ zip der kommunizierenden Röhren mit dem Tiefenfilter verbun­ den ist. Diese Ausführungsform der Erfindung ermöglicht es, das Wasser ohne Verwendung von Pumpen lediglich durch Aus­ nutzung des Wasserdrucks durch die gesamte Vorrichtung zu leiten.

Um größere Sinkstoffe sowie aufsteigende Teilchen frühzei­ tig abtrennen zu können, kann vorgesehen sein, daß hinter dem Rohwasserzulauf der Vorrichtung ein Abscheideblech angeordnet ist, welches schräg zur Strömungsrichtung des Wassers verläuft, und daß an der Wasseroberfläche eine Schwimmbarriere vorgesehen ist.

Zur Beschleunigung der Sedimentation kann in der Sedimen­ tiereinheit ein Parallelplattenabschalter angeordnet sein, dessen Anströmwinkel zur besseren Anpassung an die Qualität des Rohwassers verstellbar sein kann. Die Verstellbarkeit der Platten kann auch bei der Reinigung des Filters hilf­ reich sein.

Zur ausreichenden Belüftung des Wassers vor der biologi­ schen Filterung ist es vorteilhaft, wenn vor dem Tiefenfil­ ter in der Nähe der Wasseroberfläche mehrere Lochbleche quer zur Strömungsrichtung des Wassers angeordnet sind und in der Nähe dieser Lochbleche mindestens eine Öffnung in der Wandung der Wasseraufbereitungsanlage vorgesehen ist, die dem Luftaustausch dient.

Um den Austausch und die Reinigung des Filtermaterials zu erleichtern, sind in dem Tiefenfilter vorzugsweise mehrere wasserdurchlässige und für das Filtermaterial undurchlässi­ ge flächenförmige Bauteile waagerecht übereinander angeord­ net, die mit dem daraufliegenden Filtermaterial aus dem Filter herausziehbar sind. Diese Ausgestaltung eines Tiefen­ filters ist auch unabhängig von dessen Verwendung zusammen mit einer Sedimentiereinheit und/oder einer Desinfektions­ einheit besonders vorteilhaft.

Als Leiteinrichtungen für das Wasser dienende flächenförmi­ ge Bauteile, die sich von den Seitenwänden des Tiefenfil­ ters schräg nach unten erstrecken, sollen verhindern, daß das Wasser an der Wandung des Tiefenfilters entlangläuft und nicht hinreichend mit dem Filtermaterial in Berührung kommt.

Die Desinfektionseinheit ist vorzugsweise ausgebildet zur direkten Entkeimung des Wassers mit der UV-Strahlung des Sonnenlichts. Eine bevorzugte Ausführungsform dieser Art ist dadurch gekennzeichnet, daß die Desinfektionseinheit einen im wesentlichen senkrecht angeordneten Schacht um­ faßt, über dessen Deckfläche Sonnenstrahlung in den Schacht eindringen kann, daß die Seitenwände des Schachtes mit einem Material ausgekleidet sind, welches die UV-Strahlung in besonderem Maße reflektiert, daß oberhalb der Bodenflä­ che des Schachtes ein für UV-Strahlen durchlässiges, semi­ permeables, an der Unterseite verspiegeltes flächenförmiges Bauteil, z. B. eine an der Unterseite verspiegelte Quarzglas­ scheibe, parallel zur Bodenfläche des Schachtes angeordnet ist und daß im Bodenbereich des Schachtes eine Einrichtung angeordnet ist, um das Wasser an der Bodenfläche des Schach­ tes entlang zu führen. Auf diese Weise bildet sich ein ver­ spiegelter Reflexionskanal, in den von oben durch die Quarz­ glasfläche UV-Strahlung eindringen kann, die an den Seiten­ wänden des Schachtes und der von unten verspiegelten Quarz­ glasfläche reflektiert wird und deren Intensität durch Absorption im strömenden Wasser abnimmt. Um die Intensität der UV-Strahlung noch zu verstärken, kann vorgesehen sein, daß außerhalb der Vorrichtung Reflektoren angeordnet sind, mit denen die Sonnenstrahlung in den Schacht der Desinfekti­ onseinheit geleitet wird.

Um das Wasser auch außerhalb der Sonnenstunden mit der erforderlichen Mindest-Energiedosis bestrahlen zu können, ist es vorteilhaft, wenn in der Desinfektionseinheit eine künstliche UV-Strahlungsquelle vorgesehen ist, die vorzugs­ weise von Solarzellen mit Energie versorgt wird, die an der Außenseite der Wasseraufbereitungsanlage angeordnet sind.

In diesem Fall ist es vorteilhaft, wenn in der Desinfekti­ onseinheit mindestens ein UV-Sensor angeordnet und mit einer Regelungseinheit verbunden ist, mit der der Betrieb der künstlichen UV-Strahlungsquelle in Abhängigkeit von der Intensität der natürlichen Strahlung so geregelt wird, daß das Wasser stets mit der zur Entkeimung notwendigen Energie­ mindestdosis bestrahlt wird.

Um das zu entkeimende Wasser möglichst gleichmäßig und intensiv bestrahlen zu können, ist es vorteilhaft, wenn in der Desinfektionseinheit eine flächenförmige Einrichtung vorgesehen ist, auf die das zu entkeimende Wasser als dünner Film aufgebracht werden kann und auf der sich das Wasser im Bestrahlungsbereich der UV-Strahlung befindet, wobei die Neigung dieser Einrichtung vorzugsweise in Strö­ mungsrichtung des Wassers und/oder quer dazu verstellbar ist. Um eine gleichmäßige Verteilung des Wasserfilms auf der flächenförmigen Einrichtung zu erreichen, kann vorgese­ hen sein, daß in der flächenförmigen Einrichtung sichelför­ mige Ausnehmungen in Reihen angeordnet sind, die jeweils quer zur Strömungsrichtung des Wassers verlaufen, daß die Zahl der Ausnehmung pro Reihe in Strömungsrichtung des Wassers zunimmt und daß die Tiefe der Ausnehmungen in Strömungsrichtung des Wassers abnimmt.

Um die Wasseraufbereitungsanlage im Bedarfsfall möglichst schnell an den jeweiligen Einsatzort bringen zu können, ist diese vorzugsweise in einem transportablen Container ange­ ordnet.

Weitere Vorteile der Erfindung werden bei der folgenden detaillierten Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Figuren deutlich werden.

Es zeigt:

Fig. 1a ein Ausführungsbeispiel der Erfindung im Längs­ schnitt, wobei die Desinfektionseinheit teilwei­ se aufgebrochen dargestellt ist;

Fig. 1b eine Draufsicht auf das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1a bei abgenommener Deckfläche der Wasseraufbereitungsanlage;

Fig. 1c einen Querschnitt des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 1a;

Fig. 2a eine Ausführungsform der Desinfektionsschräge in der Desinfektionseinheit;

Fig. 2b einen Querschnitt durch die Desinfektionsschräge gemäß Fig. 2a.

In Fig. 1 wird eine Wasseraufbereitungsanlage zur Trinkwas­ sergewinnung gezeigt, die in einem transportablen Container 1 angeordnet ist.

Der Container 1 weist im oberen Bereich einen Rohwasserzu­ lauf 2 auf, hinter dem sich ein schräg angeordnetes Abschei­ deblech 11 befindet. Unterhalb des Abscheideblechs 2 ist ein Sedimentationsschacht 18 vorgesehen, der an seinem unteren Ende einen Schlammabzug 19 aufweist. Oberhalb des Abscheideblechs 11 befindet sich eine Schwimmbarriere 12, die an der Wasseroberfläche 3 entlang schräg zwischen den beiden langen Seitenwänden des Containers verläuft.

Hinter der Schwimmbarriere 12 teilt sich die Sedimentations­ einheit 10 in zwei Sedimentationskanäle 10′, 10′′, zwischen denen sich ein Hohlraum 41 befindet. In den Sedimentations­ kanälen 10′, 10′′ befindet sich jeweils ein Parallelplatten­ abscheider 13 mit verstellbarem Anströmwinkel α. Der Boden der Sedimentationskanäle 10′, 10′′ ist zu dem Sedimentati­ onsschacht 18 hin geneigt und mit jeweils einem umlaufenden Schlammräumer 14 (umlaufendes Endlosband) versehen. Im mittleren Bereich des Sedimentationsbeckens 10 sind schräge Flächen 15′, 15′′, 15′′′ vorgesehen, die den sich absetzen­ den Schlamm auf die Schlammräumer 14 oder in den Sedimenta­ tionsschacht 18 ableiten sollen.

Am Ende der Sedimentationskanäle 10′, 10′′ ist jeweils ein Schrägblech 21 angeordnet, über das das Wasser in den Belüfter 20 gelangt. In dem Belüfter 20 sind mehrere Loch­ bleche 22 waagerecht übereinander angeordnet. Oberhalb und unterhalb der Lochbleche 22 befindet sich in der Wandung des Containers 1 jeweils eine Öffnung 23, 24. Diese Öffnun­ gen dienen dem Luftaustausch im Bereich der Lochbleche 22. Über den Belüfter 20 und den schräg abwärtsverlaufenden Durchfluß 28 ist die Sedimentiereinheit 10 mit dem Überstau­ becken 36 des Tiefenfilters 30 verbunden. Der Tiefenfilter 30 erstreckt sich von einer langen Seitenwand des Contai­ ners 1 bis zur gegenüberliegenden langen Seitenwand. Bei dem Tiefenfilter 30 handelt es sich um einen massiven, biologisch aktiven Langsamfilter, der im überstauten Ab­ stromverfahren betrieben wird. Als Filtermaterial kann Sand benutzt werden. Im oberen Bereich des Überstaubeckens 36 sind mehrere wasserdurchlässige, aber für das Filtermateri­ al undurchlässige feinlöchrige Bleche 31 waagerecht überein­ ander angeordnet. Der Abstand zwischen übereinander angeord­ neten Blechen 31 beträgt vorzugsweise 5 cm bis 10 cm, so daß jedes der Bleche 31 eine etwas 5 cm bis 10 cm hohe Sand­ auflage trägt. Die feinlöchrigen Bleche 31 lagern heraus­ ziehbar auf seitlichen Schienen (nicht dargestellt). Dieser obere Bereich des Tiefenfilters 30 zeichnet sich durch eine besonders hohe biologische Aktivität beim Betrieb der Was­ seraufbereitungsanlage aus. Daher ist in diesem Bereich ein häufiger Austausch des Filtermaterials notwendig, was durch die herausziehbaren Bleche 31 wesentlich erleichtert wird.

Unterhalb der feinlöchrigen Bleche 31 verbreitert sich der Tiefenfilter 30. In diesem Bereich sind an den Innenwänden 35 des Tiefenfilters 30 schräg nach unten ausgerichtete Leitbleche 32 eingehängt, die Kriechströmungen des Wassers entlang der Seitenwände 35 ohne Durchlaufen des Filtermate­ rials verhindern. Unmittelbar oberhalb des Filterbodens ist ein weiteres Lochblech 33 befestigt, auf dem sich eine Stützschicht 34 aus einem verhältnismäßig groben Filtermate­ rial befindet.

Der Tiefenfilter 30 ist über ein aufsteigendes Rohr 38 mit der Desinfektionseinheit 40 verbunden. Die Desinfektionsein­ heit 40 umfaßt einen nach oben offenen Hohlraum 41, der die Sedimentationseinheit 10 in zwei Sedimentationskanäle 10′, 10′′ trennt. Durch die oben offene Deckfläche des Hohlraums 41 kann Sonnenstrahlung in den Hohlraum 41 eindringen. Die Seitenwände 42 und die Bodenfläche 42′ des Hohlraums 41 sind mit einem Material ausgekleidet, welches UV-Strahlung in besonderem Maße reflektiert. Mit einem speziell behandel­ ten Aluminium läßt sich beispielsweise ein Reflexionskoeffi­ zient von ca. 75% erreichen. Die Bodenfläche 42′ des Hohl­ raums 41 ist als Desinfektionsschräge 43 ausgebildet, auf die das Wasser als dünner Film aufgebracht wird. Wenige Zentimeter über der Desinfektionsschräge 43 befindet sich eine parallel zu der Desinfektionsschräge 43 verlaufende semipermeable Quarzglasfläche 44, die für UV-Strahlen durchlässig und auf ihrer Unterseite verspiegelt ist. Auf diese Weise bildet sich ein verspiegelter Reflexionskanal, in den von oben durch die Quarzglasfläche 44 UV-Strahlung eindringen kann, die an den Seitenwänden 42 und der Boden­ fläche 43 des Hohlraums 41 reflektiert wird und deren Intensität durch Absorption in dem Wasserfilm abnimmt. Der für die Entkeimung geeignete Wellenlängenbereich liegt bei etwa 150 nm bis 300 nm mit einem Optimum bei ca. 260 nm. Durch eine Beschichtung der Oberseite der Quarzglasfläche kann das Eindringen längerwelliger Strahlung in den Refle­ xionskanal verhindert werden, um eine zu starke Erwärmung des Reflexionskanals zu vermeiden. Zusätzliche Reflektoren mit behandelten Aluminiumoberflächen, die außerhalb und insbesondere über dem Container 1 aufgestellt werden, können die reflektierte UV-Strahlung auf die Quarzglasflä­ che 44 konzentrieren, um die zur Trinkwasserdesinfektion notwendige Strahlungsintensität zu erzeugen.

Zusätzlich besteht die Möglichkeit, einen Quecksilber-Nie­ derdruck-Strahler 45 in den Reflexionskanal 50 einzubauen, der vorzugsweise über Solarzellen oder alternativ durch einen konventionellen Generator mit Strom versorgt wird. Dies ermöglicht die Sicherstellung der zur Entkeimung des Wassers erforderlichen Energie-Mindestdosis von 25 mWs/cm² Wasser. Der elektrische Strom aus den Solarzellen kann zudem in Akkumulatoren gespeichert werden, so daß der Quecksilber-Niederdruck-Strahler 45 auch außerhalb der Son­ nenstunden betrieben werden kann. Eine Regeleinheit (nicht dargestellt) mit mehreren in dem Reflexionskanal 50 angeord­ neten UV-Sensoren 46 regelt die Betriebszeit des künstli­ chen UV-Strahlers 45.

Das hintere Ende der Desinfektionsschräge 43 ist mit einer Kühlspirale 63 verbunden, die in dem massiven Tiefenfilter 30 angeordnet ist. Von der Kühlspirale 63 gelangt das Wasser über den Zulauf 64 in das Reinwasserreservoir 60, das als Zwischenspeicher die Wasserentnahme zu Zeiten erhöhten Wasserbedarfs sichert. Zur Entnahme des Trinkwas­ sers ist ein regelbarer Auslaß 62 vorgesehen. Im oberen Bereich des Reinwasserreservoirs 60 befindet sich eine als Überlauf dienende Öffnung 61.

In Fig. 2 werden einige weitere Details der Desinfektions­ schräge 43 dargestellt. In der Desinfektionsschräge 43 ist eine Mehrzahl sichelförmiger Ausnehmungen 52 in Reihen angeordnet, die jeweils quer zur Strömungsrichtung s3 des Wassers verlaufen. Die Zahl der Ausnehmungen 52 pro Reihe nimmt in Strömungsrichtung s3 des Wassers zu und die Tie­ fe t der Ausnehmungen 52 nimmt in Strömungsrichtung s3 des Wassers ab. Innerhalb einer Reihe ist die Ausrichtung der sichelartigen Vertiefungen 52 jeweils gleich, wobei die Enden 53, 54 der Vertiefungen 52 jeweils eine Linie paral­ lel zur Strömungsrichtung s3 des Wassers bilden. Die Aus­ richtung der sichelförmigen Vertiefungen 52 aufeinanderfol­ gender Reihen ergibt sich durch Spiegelung an einer Achse, die parallel zur Strömungsrichtung des Wassers s3 verläuft.

Mit Hilfe von Stellschrauben (nicht dargestellt) läßt sich die Neigung der Desinfektionsschräge 43 sowohl parallel zur Strömungsrichtung s3 des Wassers als auch senkrecht dazu verstellen, wodurch eine gleichmäßige Verteilung des Wasser­ films auf der Desinfektionsschräge 43 selbst dann erreicht werden kann, wenn der Container 1 auf einem unebenen Unter­ grund aufgestellt wird.

Im folgenden wird nun die Aufbereitung von Rohwasser zur Trinkwassergewinnung mit Hilfe der vorbeschriebenen Wasser­ aufbereitungsanlage detailliert erläutert.

Das Rohwasser gelangt über ein Gefälle mit vorgeschalteten Grobsieben, die das Eindringen großer Partikel in die Wasseraufbereitungsanlage verhindern sollen, zum Rohwasser­ zulauf 2, an dem der Volumenstrom manuell eingestellt werden kann. Das schräg eingebaute Abscheideblech 11 verhin­ dert das Eindringen von schnell sedimentierbaren Partikeln in den hinteren Teil der Sedimentiereinheit 10. Die abge­ schiedenen Partikel sinken in den Sedimentationsschacht 18 und können durch Öffnen des Schlammabzugs 19 entfernt werden, wobei sie zusammen mit Wasser herausgespült werden. Die schräg eingebaute Schwimmbarriere 12, die bis kurz unter die Wasseroberfläche 3 reicht, verhindert, daß schwimmfähiges Material das Sedimentationsbecken 10 durch­ laufen kann. Durch den schrägen Verlauf der Schwimmbarriere 12 wird erreicht, daß sich das schwimmfähige Material an dem am weitesten in Strömungsrichtung s1 des Wassers vorge­ lagerten Ende der Schwimmbarriere 12 sammelt.

Hinter der Schwimmbarriere 12 strömt das Wasser in die beiden identisch aufgebauten Sedimentationskanäle 10′, 10′′, in denen das Wasser aufwärts im Gegenstrom die Paral­ lelplattenabscheider 13 durchströmt, die die Reinigungslei­ stung der Sedimentationskanäle 10′, 10′′ steigern. Das sedimentierte Material gelangt jeweils auf einen umlaufen­ den Schlammräumer 14, der beispielsweise diskontinuierlich manuell betrieben wird. Mit Hilfe der Räumer 14 wird das sedimentierte Material in den Sedimentationsschacht 18 befördert. In dem Bereich, den die beiden Räumer 14 nicht erreichen, sorgen schräge Flächen 15′, 15′′, 15′′′ für das Ableiten des Schlamms auf die Räumer 14 oder in den Sedimen­ tationsschacht 18.

Am Ende der Sedimentationskanäle läuft das Wasser über ein Schrägblech 21 und passiert dann mehrere waagerecht überein­ ander angeordnete Lochbleche 22. Durch die Verwirbelung des Wassers und die große Austauschfläche Wasser/Luft wird das vorgeklärte Wasser belüftet, Sauerstoff eingetragen und evtl. vorhandene Faulgase und Kohlendioxyd entweichen. Die Öffnungen 23, 24 dienen dabei dem Luftaustausch im Bereich der Lochbleche 22.

Durch den schräg abwärts verlaufenden Kanal 28 gelangt das belüftete Wasser in das Überstaubecken 36 des biologisch aktiven, langsamen Tiefenfilters 30, der im überstauten Abstromverfahren betrieben wird. Das Wasser passiert dann in der Richtung s2 die wasserdurchlässigen feinlöchrigen Bleche 31 mit einer jeweils 5 bis 10 cm hohen Sandauflage, die herausziehbar auf seitlichen Führungsschienen (nicht dargestellt) lagern. Die Bleche 31 können zum Zweck der San­ derneuerung beim Zusetzen der oberen Filtermaterialschicht seitlich aus dem Container 1 herausgezogen werden. Das Aus­ wechseln der biologisch besonders aktiven oberen Sandaufla­ ge ist auch deswegen notwendig, weil durch das Zusetzen dieser Filterschicht ein hoher Druckverlust im Filter auftritt. Beim Reinigen des Filters wird das oberste der Bleche 31 herausgezogen und dessen Sandauflage erneuert. Die übrigen Bleche werden dann jeweils auf die nächsthöhere Schiene gelegt und das Blech mit der erneuerten Sandauflage wird an unterster Stelle in die Führungsschienen eingescho­ ben. Dadurch wird die biologische Aktivität des Filters beibehalten und dessen Einarbeitungszeit nach der Reinigung entscheidend verkürzt. Die hier vorgeschlagenen herauszieh­ baren, feinlöchrigen Bleche ermöglichen demzufolge eine sehr einfache Wartung eines Tiefenfilters.

Nach dem Passieren der oberen Sandschichten gelangt das Wasser in den unteren Bereich des Filters, an dessen Seiten­ wänden 35 schräg nach unten weisende Leitbleche 32 befe­ stigt sind, die Kriechströmungen des Wassers entlang der Seitenwände 35 ohne Durchlaufen des Filtermaterials verhin­ dern.

Das Auswaschen des Sandes während des Betriebes des Tiefen­ filters 30 wird durch die Stützschicht 34 verhindert, die im unteren Bereich des Tiefenfilters 30 auf dem Lochblech 33 lagert. Nach dem Passieren der Stützschicht 34 sammelt sich das nun trübstofffreie und stark keimreduzierte Wasser unter dem Lochblech 33 und wird durch den Druck des nachkom­ menden Filterwassers in dem Rohr 38 auf die Höhe der Desin­ fektionsschräge 43 unterhalb der Quarzglasfläche 44 ge­ bracht.

Zusammenfassend beruht die Wirkungsweise des vorbeschriebe­ nen biologisch aktiven langsamen Tiefenfilters auf folgen­ den Effekten: Durch Sedimentation in dem Tiefenfilter wird die Zahl der Trübstoffe reduziert. Durch elektrostatische Effekte werden weitere Feststoffe aus dem Wasser abge­ trennt. Durch den aeroben und anaeroben Abbau von organi­ schem Material wird die Anzahl der Keime in dem Wasser stark reduziert. Darüber hinaus werden Eisen- und Manganbe­ standteile im Wasser oxydiert und abgeschieden. Dies ist u. a. deshalb von Bedeutung, weil Eisen UV-Strahlung absor­ bieren kann und daher Eisenbestandteile im Wasser die Effektivität der nachfolgenden Desinfektionseinheit 40 reduzieren würden.

Am oberen Ende des Rohrs 38 wird das Wasser durch feine Austrittschlitze über die gesamte Breite der Desinfektions­ schräge 43 verteilt, so daß ein dünner Wasserfilm entsteht. Zu der Bildung eines dünnen Wasserfilms trägt auch die besondere Gestaltung der Oberfläche der Desinfektionsschrä­ ge 43 bei, wie sie oben anhand von Fig. 2 erläutert wurde. Die sichelförmigen Ausnehmungen 52 verhindern, daß das Wasser in einzelnen Stromfäden die Desinfektionsschräge 43 hinunterströmt und sorgen für eine leichte Verwirbelung sowie gleichmäßige Verteilung des Wassers auf der Desinfek­ tionsschräge 43. Dadurch, daß die Neigung der Desinfektions­ schräge 43 verstellbar ist, kann diese vor Ort jeweils so justiert werden, daß ein optimaler Betrieb der Anlage gewährleistet ist. Dies ist von besonderer Bedeutung, da die Wasseraufbereitungsanlage regelmäßig nicht auf einer völlig ebenen Oberfläche aufgestellt werden kann.

Der auf der Desinfektionsschräge 43 in die Richtung s3 strömende Wasserfilm wird in dem Reflexionskanal 50 der UV-Strahlung ausgesetzt, die mit dem Sonnenlicht durch die obere Deckfläche des Hohlraums 41 in die Desinfektionsein­ heit 40 eindringt. Um auch außerhalb von Sonnenstunden die zur Entkeimung des Wassers notwendige Mindest-Energiedosis zu erreichen, wird ggf. zusätzlich die künstliche UV-Strah­ lungsquelle 45 betrieben.

Das desinfizierte Wasser, das sich während der UV-Bestrah­ lung erwärmt hat, wird anschließend durch die Kühlspira­ le 63 geleitet, die in dem Tiefenfilter 30 angeordnet und von dessen Filtermaterial (vorzugsweise Sand) umgeben ist. Die Wärme des desinfizierten Wassers, welches die Kühlspira­ le 63 von oben nach unten durchläuft, wird in dem Tiefenfil­ ter 30 umgesetzt zur Verbesserung der biologischen Aktivi­ tät des Filtermaterials.

Von der Kühlspirale 63 gelangt das Wasser durch den Zu­ lauf 64 in das Reinwasserreservoir 60, das an der Innenseite mit Kupfer oder Silber beschichtet ist, um der Wiederverkei­ mung des Wassers entgegenzuwirken. Dazu trägt auch die Kühlung des desinfizierten Wassers in der Kühlspirale 63 bei. Aus dem Reinwasserreservoir 60, das als Zwischenspei­ cher die Wasserentnahme zu Zeiten erhöhten Wasserbedarfs sichert, kann das Trinkwasser durch den Auslaß 62 entnommen werden.

Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die vorstehend beispielhaft beschriebene Ausführungsform. Es ist eine Vielzahl weiterer Ausführungsbeispiele denkbar, die von dem Gegenstand der Erfindung Gebrauch machen.

Claims (31)

1. Verfahren zur Trinkwassergewinnung in einer trans­ portablen Wasseraufbereitungsanlage, bei dem das Wasser mechanisch und/oder biologisch gereinigt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Wasser in einer Desinfektionseinheit (40) mittels UV-Strahlung entkeimt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

• a) das Wasser durch eine Sedimentiereinheit (10) ge­ leitet wird, in der suspendierte Feststoffe aus dem Wasser durch Einwirken der Schwerkraft abgetrennt werden,
• b) das Wasser in einem Tiefenfilter (30) filtriert wird und
• c) das Wasser in einer Desinfektionseinheit (40) mittels UV-Strahlung entkeimt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Wasser in der Sedimentiereinheit (10) eine Gruppe zueinander paralleler, schräg zur Strömungs­ richtung (s1) des Wassers verlaufender Platten (13) durchströmt.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekenn­ zeichnet, das dem Wasser vor dem Einleiten in den Tiefenfilter (30) Sauerstoff zugeführt wird, indem das Wasser verwirbelt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Wasser vor dem Einleiten in den Tiefenfil­ ter (30) mehrere quer zur Strömungsrichtung (s2) des Wassers angeordnete Lochbleche (22) passiert, die nahe der Wasseroberfläche (3) angeordnet sind.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Tiefenfilter (30) im über­ stauten Abstromverfahren betrieben wird.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Wasser in der Desinfektionseinheit (40) mit UV-Strahlung bestrahlt wird, die direkt und/oder indirekt aus Sonnenenergie gewonnen wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Wasser in der Desinfektionseinheit (40) mit dem UV-Anteil der Sonnenstrahlung bestrahlt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Desinfektionseinheit (40) einen im wesentli­ chen senkrecht angeordneten Schacht (41) umfaßt, über dessen Deckfläche Sonnenstrahlung in den Schacht (41) eindringt und an dessen Bodenfläche das zu bestrahlende Wasser entlanggeführt wird, und daß die Seitenwände (42) des Schachtes mit einem Ma­ terial ausgekleidet sind, welches die UV-Strahlung in besonderem Maße reflektiert.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß oberhalb der Bodenfläche des Schachtes (41) ein für UV-Strahlen durchlässiges, semipermeables, an der Unterseite verspiegeltes flächenförmiges Bau­ teil (44), parallel zur Bodenfläche des Schachtes (41) angeordnet ist, wobei die UV-Strahlung nach dem Durchdringen des flächenförmigen Bauteiles (44) an der Unterseite dieses Bauteiles (44) und an den Seitenwänden (42) des Schachtes (41) reflektiert wird und von dem an der Bodenfläche des Schachtes (41) vorbeigeleiteten Wasser absorbiert wird.

11. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Wasser in der Desinfektionsein­ heit (40) von einer künstlichen UV-Strahlungsquelle (45) bestrahlt wird, die mit Sonnenenergie aus So­ larzellen gespeist wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 11, da­ durch gekennzeichnet, daß das Wasser als dünner Film durch den Bestrahlungsbereich der Desinfektion­ seinheit (40) geleitet wird.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 12, da­ durch gekennzeichnet, daß in der Desinfektionsein­ heit (40) eine Regeleinheit mit mindestens einem UV-Sensor (46) den Betrieb der künstlichen UV-Strah­ lungsquelle (45) in Abhängigkeit von der Intensität der UV-Strahlung der Sonne so regelt, daß in der Desinfektionseinheit (40) eine vorgegebene Min­ dest-Energiedosis zum Entkeimen des Wassers er­ reicht wird.

14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Wasser nach dem Entkeimen durch eine Kühlspirale (63) geleitet wird.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 14, da­ durch gekennzeichnet, daß der Tiefenfilter (30) un­ terhalb der Sedimentiereinheit (10) angeordnet ist und das Wasser durch einen Durchfluß (28) abwärts von der Sedimentiereinheit (10) in den Tiefenfilter (30) fließt.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 15, da­ durch gekennzeichnet, daß das Wasser durch den Staudruck, der sich im Tiefenfilter (30) aufbaut, aus dem Tiefenfilter (30) in die Desinfektionsein­ heit (40) gedrückt wird.

17. Transportable Vorrichtung zur Trinkwassergewinnung mit einer mechanischen und einer biologischen Reinigungsstufe, gekennzeichnet durch eine Desinfektionseinheit (40) zum Entkeimen des Wassers mit UV-Strahlung.

18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeich­ net, daß die Vorrichtung ein Sedimentiereinheit (10) aufweist, in der suspendierte Feststoffe aus dem Wasser durch Einwirkung der Schwerkraft abge­ trennt werden können, daß mit der Sedimentierein­ heit (10) über einen Durchfluß (28) verbunden ein Tiefenfilter (30) vorgesehen ist und daß die Desin­ fektionseinheit (40) mit dem Tiefenfilter (30) ver­ bunden ist.

19. Vorrichtung nach Anspruch 17 oder 18, dadurch ge­ kennzeichnet, daß im oberen Bereich der Vorrichtung ein Sedimentiereinheit (10) vorgesehen ist, in der suspendierte Feststoffe aus dem Wasser durch Einwir­ kung der Schwerkraft abgetrennt werden können, daß unterhalb der Sedimentiereinheit (10) und mit dieser über einen Durchfluß (28) verbunden ein Tiefenfilter (30) angeordnet ist und daß die Desin­ fektionseinheit (40) nach dem Prinzip der kommuni­ zierenden Röhren mit dem Tiefenfilter (30) verbun­ den ist.

20. Vorrichtung nach Anspruch 18 oder 19, dadurch ge­ kennzeichnet, daß hinter dem Rohwasserzulauf (2) der Vorrichtung (10) ein Abscheideblech (11) ange­ ordnet ist, welches schräg zur Strömungsrichtung (s1) des Wassers verläuft, daß an der Wasseroberflä­ che (3) eine Schwimmbarriere (12) vorgesehen ist und daß in der Sedimentiereinheit (10) ein Parallelplat­ tenabscheider (13) angeordnet ist, dessen Anström­ winkel (α) verstellbar ist.

21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Tiefenfilter (30) in der Nähe der Wasseroberfläche (3) mehrere Lochbleche (22) quer zur Strömungsrichtung (s2) des Wassers angeordnet sind und daß in der Nähe der Lochbleche (22) mindestens eine Öffnung (23) in der Wandung der Vorrichtung vorgesehen ist, die dem Luftaustausch dient.

22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die mechanische Reinigungsstufe als Tiefenfilter ausgebildet ist und daß in dem Tiefenfilter (30) mehrere wasser­ durchlässige und für das Filtermaterial undurchläs­ sige flächenförmige Bauteile (31) waagerecht über­ einander angeordnet sind und daß die flächenförmi­ gen Bauteile (31) aus dem Filter (30) herausziehbar sind.

23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß sich von den Seitenwän­ den (35) des Tiefenfilters (30) als Leiteinrichtun­ gen für das Wasser dienende flächenförmigen Bautei­ le (32) schräg nach unten erstrecken.

24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Desinfektionsein­ heit (40) vorgesehen ist zur Entkeimung des Wassers mit der UV-Strahlung des Sonnenlichts.

25. Vorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeich­ net, daß die Desinfektionseinheit (40) einen im wesentlichen senkrecht angeordneten Schacht (41) umfaßt, über dessen Deckfläche Sonnenstrahlung in den Schacht (41) eindringen kann, daß die Seitenwän­ de (42) des Schachtes (41) mit einem Material ausge­ kleidet sind, welches die UV-Strahlung in besonde­ rem Maße reflektiert, daß oberhalb der Bodenfläche des Schachtes (41) ein für UV-Strahlen durchlässi­ ges, semipermeables, an der Unterseite verspiegel­ tes flächenförmiges Bauteil (44) parallel zur Bodenfläche des Schachtes (41) angeordnet ist und daß im Bodenbereich des Schachtes (41) eine Einrich­ tung (43) angeordnet ist, um das Wasser an der Bo­ denfläche des Schachtes (41) entlangzuführen.

26. Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeich­ net, daß außerhalb der Vorrichtung Reflektoren ange­ ordnet sind, mit denen die Sonnenstrahlung in den Schacht (41) der Desinfektionseinheit (40) geleitet wird.

27. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 24 bis 26, da­ durch gekennzeichnet, daß in der Desinfektionsein­ heit (40) eine künstliche UV-Strahlungsquelle (45) vorgesehen ist, die von Solarzellen mit Energie versorgt wird, die an der, Außenseite der Vor­ richtung angeordnet sind.

28. Vorrichtung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeich­ net, daß in der Desinfektionseinheit (40) minde­ stens ein UV-Sensor (46) angeordnet und mit einer Regelungseinheit verbunden ist, mit der der Betrieb der künstlichen UV-Strahlungsquelle (45) geregelt wird.

29. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 24 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß in der Desinfektionsein­ heit (40) eine flächenförmige Einrichtung (43) vorgesehen ist, auf die das zu entkeimende Wasser als dünner Film aufgebracht werden kann und auf der sich das Wasser im Bestrahlungsbereich der UV-Strah­ lung befindet, und daß die Neigung dieser Einrich­ tung in Strömungsrichtung (s3) des Wassers und/oder quer dazu verstellbar ist.

30. Vorrichtung nach Anspruch 29, dadurch gekennzeich­ net, daß in der flächenförmigen Einrichtung (43) sichelförmige Ausnehmungen (52) in Reihen angeord­ net sind, die jeweils quer zur Strömungsrichtung (s3) des Wassers verlaufen, daß die Zahl der Ausneh­ mungen (52) pro Reihe in Strömungsrichtung (s3) des Wassers zunimmt und daß die Tiefe (t) der Ausnehmun­ gen (52) in Strömungsrichtung (s3) des Wassers abnimmt.

31. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 30, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung in einem transportablen Container (1) angeordnet ist.