DE4436134C2 - Transportable Wasseraufbereitungsanlage zur mittelfristigen Trinkwasserversorgung - Google Patents
Transportable Wasseraufbereitungsanlage zur mittelfristigen TrinkwasserversorgungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft
eine transportable
Vorrichtung zur Trinkwassergewinnung nach dem Oberbegriff
des Anspruchs 1 und die Verwendung einer solchen Vorrichtung
zur Trinkwassergewinnung.
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, Chemika
lien, geschultem Personal und finanziellen Mitteln notwen
dig. Die Wasseraufbereitungsanlagen zur kurzfristigen Trink
wasserversorgung 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.
Aus der US-5,227,053-A ist ein gravitationbetriebenes Wasser
reinigungssystem mit einer Filtereinheit bekannt, die
mehrere verschiedene Typen von Reinigungsmedien enthält.
Für die Beseitigung von organischen Bestandteilen sowie von
Cadmium, Quecksilber oder Blei des Wassers wird Aktivkohle
eingesetzt, Ionenaustauscher auf Kunstharzbasis der Taste
bilden die Quelle für Ionen oder funktionelle Gruppen und
durch UV-Strahlung aktivierte Metallkatalysatoren werden
zum Oxydieren von Metallen in unlösliche und sich an der
Katalysatorenoberfläche
absetzende Verbindungen sowie zum Aufspalten langkettiger,
organischer Verbindungen eingesetzt. In periodischen Abstän
den sind die Reinigungsmedien aufgebraucht beziehungsweise
ist der Metallkatalysator durch Oberflächenablagerungen
zugesetzt, so daß die Filtereinheit komplett ausgetauscht
werden muß. Ein kontinuierlicher Reinigungsprozeß ist daher
mit dieser Anlage nicht möglich.
Aus der JP 60-75388 (A), Referat aus Patents Abstracts of Japan,
C-229, 1985 Vol. 9/No. 205 ist eine Vorrichtung zur Trinkwasserge
winnung bekannt, bei der aus abgekühlter Luft eines Kühl
schranks ein Kondensat gewonnen wird, das in einem Ablage
rungstank gesammelt wird. Über einen Überlauf gelangt das
Kondensat in einen Vorratstank, von dem aus es über eine
Pumpe durch eine Station zum Zuführen von Mineralien, einen
Filter und einen Sterilisator in einen Tank in dem Kühl
schrank transportiert wird. Eine Trinkwasseraufbereitung
ohne vorheriges Abkühlen der Luft ist mit dieser Anlage,
die zum Bereitstellen und zur Entnahme von kaltem Wasser
aus einem Kühlschrank dient, nicht vorgesehen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde,
eine Vorrichtung und ein Verfahren 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
die Vorrichtung gemäß den Merkmalen
des Anspruchs 1 und das Verfahren gemäß Anspruch 11
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 mittels 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 mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung durchgeführte Verfahren hat den Vorteil, daß es eine
sichere Trinkwasserversorgung ermöglicht, wobei bei einer
entsprechenden Gestaltung der Anlage bei den einzelnen Ver
fahrensschritten keine künstlich erzeugte Energie zugeführt
werden muß und wobei zur Bedienung dieser Anlage keine
speziell geschulten Fachkräfte notwendig sind.
Das Wasser wird mit einem Tiefenfilter filtriert und in
einer Desinfektionseinheit mittels UV-Strahlung entkeimt.
Dabei findet in den ersten beiden Verfahrensschritten
eine mechanische und biologische Reinigung des Rohwassers
statt, ohne daß künstlich erzeugte Energie zugeführt
werden muß.
Weiter wird
das Wasser durch
eine Sedimentiereinheit geleitet, in der suspendierte
Feststoffe aus dem Wasser durch Einwirken der Schwerkraft
abgetrennt werden. Es genügt, daß das Rohwasser zunächst
durch ein Absetzbecken geleitet wird, in dem sich die
suspendierten Feststoffe durch Einwirken 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 vorteilhaft 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 kann
der UV-Anteil der Sonnenstrahlung verwendet
(direkte Nutzung der Sonnenenergie) werden. 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, weil 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 das Wasser durch den Staudruck, der
sich im Tiefenfilter aufbaut, aus dem Tiefenfilter in die
Desinfektionseinheit geführt wird.
Die transportable Vorrichtung zur Trinkwassergewinnung
mit einer Sedimentiereinheit, einem Tiefenfilter und einer Desinfektionseinheit
weist eine Desinfektionseinheit zum Entkeimen des Wassers mit
UV-Strahlung auf.
Dabei ist die Sedimentiereinheit im oberen Bereich der Vorrichtung
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 mehrschichtiger Tiefenfilter
angeordnet ist. Um den Austausch und die Reinigung des
Filtermaterials zu erleichtern, sind in dem Tiefenfilter
mehrere wasserdurchlässige und für das Filter
material undurchlässige flächenförmige Bauteile waagerecht
übereinander angeordnet, die mit dem darauf liegenden Fil
termaterial aus dem Filter herausziehbar sind. Die Filterschichten des Tiefenfilters wird dadurch einzeln
erneuerbar.
Die Desinfektionsein
heit ist nach dem Prinzip der kommunizierenden Röhren mit dem
Tiefenfilter verbunden ist. Dies
ermöglicht es, das Wasser ohne Verwendung von
Pumpen lediglich durch Ausnutzung 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 Parallelplattenabscheider 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.
Als Leitereinrichtungen 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. Dabei umfaßt die Desinfektionseinheit
einen im wesentlichen senkrecht angeordneten Schacht,
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-Strahlungsguelle 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 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 (11)
1. Vorrichtung zur Trinkwassergewinnung mit einer Sedimen
tiereinheit, einem Tiefenfilter und einer Desinfektion
seinheit,
dadurch gekennzeichnet, daß
- a) die Vorrichtung in einem transportablen Container (1) angeordnet ist, wobei die Sedimentiereinheit (10) im oberen Bereich des Containers (1) vorgesehen ist,
- b) unterhalb der Sedimentiereinheit (10) und mit dieser über einen Durchfluß (28) verbunden ein mehrschichti ger Tiefenfilter (30) angeordnet ist, in dem mehrere wasserdurchlässige und für das Filtermaterial undurch lässige, flächenförmige Bauteile (31) waagerecht über einander angeordnet sind, wobei die flächenförmigen Bauteile (31) aus dem Tiefenfilter (30) herausziehbar und die Filterschichten des Tiefenfilters (30) ein zeln erneuerbar sind, und
- c) die Desinfektionseinheit (40) nach dem Prinzip der kommunizierenden Röhren mit dem Tiefenfilter (30) verbunden ist und das Wasser mittels UV-Strahlung entkeimt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
hinter einem Rohwasserzulauf (2) der Vorrichtung ein Ab
scheideblech (11) angeordnet ist, welches schräg zur
Strömungsrichtung (s1) des Wassers verläuft, daß an der
Wasseroberfläche (3) eine Schwimbarriere (12) vorgesehen
ist und daß in der Sedimentiereinheit (10) ein Parallel
plattenabscheider (13) angeordnet ist, dessen Anströmwin
kel (α) verstellbar ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich
net, daß vordem Tiefenfilter (30) in der Nähe der Was
seroberfläche (3) mehrere Lochbleche (22) quer zur Strö
mungsrichtung (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.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge
kennzeichnet, daß sich von den Seitenwänden (35) des Tie
fenfilters (30) als Leiteinrichtungen für das Wasser die
nende flächenförmigen Bauteile (32) schräg nach unten er
strecken.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Desinfektionseinheit (40) einen im
wesentlichen senkrecht angeordneten Schacht (41) umfaßt,
über dessen Deckfläche Sonnenstrahlung in den Schacht
(41) eindringen kann, daß die Seitenwände (42) des
Schachtes (41) mit einem Material ausgekleidet sind,
welches die UV-Strahlung in besonderem Maße reflektiert,
daß oberhalb der Bodenfläche des Schachtes (41) ein für
UV-Strahlen durchlässiges, semipermeables, an der Unter
seite verspiegeltes flächenförmiges Bauteil (44) paral
lel 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 Bodenflä
che des Schachtes (41) entlangzuführen.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß
außerhalb der Vorrichtung Reflektoren angeordnet sind,
mit denen die Sonnenstrahlung in den Schacht (41) der
Desinfektionseinheit (40) geleitet wird.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge
kennzeichnet, daß in der Desinfektionseinheit (40) eine
künstliche UV-Strahlungsquelle (45) vorgesehen ist, die
von Solarzellen mit Energie versorgt wird, die an der
Außenseite der Vorrichtung angeordnet sind.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß
in der Desinfektionseinheit (40) mindestens ein UV-Sen
sor (46) angeordnet und mit einer Regelungseinheit
verbunden ist, mit der der Betrieb der künstlichen
UV-Strahlungsquelle (45) geregelt wird.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch ge
kennzeichnet, daß in der Desinfektionseinheit (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 Bestrahlungs
bereich der UV-Strahlung befindet, und daß die Neigung
dieser Einrichtung in Strömungsrichtung (s3) des Wassers
und/oder quer dazu verstellbar ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,
daß in der flächenförmigen Einrichtung (43) sichelförmi
ge Ausnehmungen (52) in Reihen angeordnet sind, die
jeweils quer zur Strömungsrichtung (s3) des Wassers
verlaufen, daß die Zahl der Ausnehmungen (52) pro Reihe
in Strömungsrichtung (s3) des Wassers zunimmt und daß
die Tiefe (t) der Ausnehmungen (52) in Strömungsrich
tung (s3) des Wassers abnimmt.
11. Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1
bis 10 zur Trinkwassergewinnung.
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