DE60016969T2

DE60016969T2 - Wasserreinigungsvorrichtung

Info

Publication number: DE60016969T2
Application number: DE60016969T
Authority: DE
Inventors: Jan-Olov Sparrman; Jan Lindqvist
Original assignee: Josab International AB
Current assignee: Josab International AB
Priority date: 1999-10-14
Filing date: 2000-10-09
Publication date: 2006-01-12
Anticipated expiration: 2020-10-10
Also published as: AU1066701A; ES2233468T3; RU2002112457A; WO2001027035A1; CN1180985C; US6821435B1; SE515317C2; DE60016969D1; EP1235750A1; MY140491A; ATE285381T1; SE9903704L; EP1235750B1; CN1382109A; SE9903704D0; RU2242435C2

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein System und ein Verfahren zum Reinigen von Wasser. Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf ein System und ein Verfahren zum Reinigen von Wasser von pathogenen Mikroorganismen, wie z.B. Giardia und Cryptosporidium.
Verunreinigtes Trinkwasser ist ein großes Problem und verursacht geringfügige Erkrankungen sowie ernsthafte Erkrankungen und sogar Todesfälle. In den USA ist eine Reihe von ernsthaften Ausbrüchen von Seuchen registriert worden als Folge der Verunreinigung von Trinkwasser. Besonders nachteilige Effekte werden hervorgerufen durch die im Wasser vorkommenden Parasiten Giardia und Cryptosporidium. Ein Hauptproblem bei diesen Organismen besteht darin, dass sie durch Anwendung bekannter Verfahren nicht auf wirksame Weise eliminiert werden können. Die Organismen sind in der ganzen Welt zu finden, am häufigsten kommen sie jedoch vor in warmen Ländern und sie verursachen Diarrhoe, Magenschmerzen und Erbrechen. Der schwerwiegendste Ausbruch einer Cryptosporidiose in den USA geschah im Jahre 1993 in Milwaukee, bei dem 400 000 Menschen durch verunreinigtes Trinkwasser erkrankten.
Normalerweise wird Trinkwasser in mehreren Stufen, beispielsweise durch Ausflockung, Sedimentation, Filtration durch Sand und durch Chlorierung gereinigt. Mikroorganismen haben jedoch eine unglaubliche Fähigkeit, sich auf unterschiedliche Umgebungen einzustellen, und sie werden allmählich resistent gegenüber den üblichen bakteriziden Systemen und Desinfektionsmitteln. Cryptosporidium ist beispielsweise resistent gegenüber Chlor und kann 3%igem Chlor 18 h lang standhalten. Die Weltgesundheitsorganisation (VHO) empfiehlt dagegen nur 0,5 ppm Chlor im Trinkwasser.
In US-A-5 935 431 ist eine integrierte Filtrations- und Sterilisationsapparatur beschrieben. In dieser Apparatur wird das zugeführte Wasser (Zulauf-Wasser) zuerst durch ein Filterbett aus beispielsweise Aktivkohle, einem absorptionsfähigen Harz, einem Zeolith, Reduktionskatalysatoren, Papier, Polymeren, Ton, Metallen und dgl. filtriert. Das Filtermaterial in dieser Apparatur dient dazu, teilchenförmige, organische oder anorganische Verbindungen aus dem Zulauf-Wasser abzutrennen. Wenn ein anorganisches Material, beispielsweise Schwermetalle oder Sulfite, entfernt werden sollen, ist das Filtermaterial vorzugsweise ein Ionenaustauscherharz, ein Zeolith oder ein Reduktionskatalysator. Das Permeat, d.h. das filtrierte Ausgangs-Wasser (Ablauf-Wasser), wird dann einer UV-Strahlung und einer Ozonbehandlung unterworfen, wobei die Ozonbehandlung bewirkt, dass Bakterien abgetötet werden.
Neben seiner Resistenz gegenüber Chlor ist Cryptosporidium auch sehr resistent gegenüber UV-Strahlung und Ozon. 1 ppm Ozon für 5 min führt nur zu einer Abtötung von 90%. Derart hohe Konzentrationen an Ozon sind jedoch nicht zulässig; in dem Ablauf-Wasser, das als Trinkwasser bestimmt ist, sind nur 0,4 ppm zulässig.
In US-A-5 935 431 ist nicht erwähnt, wie viele ppm Ozon dem Ablauf-Wasser zugesetzt werden, dieses Verfahren hat jedoch den Nachteil, dass bei der Ozonbehandlung Abbauprodukte aus den abgetöteten Bakterien entstehen. Es ist nicht ratsam, das aus dieser Apparatur ausgetragene Wasser als Trinkwasser direkt zu verwenden, sowohl wegen der gebildeten Abbauprodukte als auch wegen möglicherweise verbleibendem Ozon.
Sowohl Giardia als auch Cryptosporidium weisen in ihren Lebenszyklen eine Sporenbildungsstufe auf. Die Sporen sind viel kleiner als die jeweiligen Organismen und die Oocysten von Cryptosporidium können nur 4 μm betragen. Heutzutage können derart kleine Teilchen nur durch Ultrafiltration oder Umkehrosmose abgetrennt wer den, die Verfahren sind jedoch zu teuer, um für große Volumina Wasser angewendet zu werden.
Es besteht daher ein großer Bedarf für ein neues System zur Reinigung von Trinkwasser, mit dem Cryptosporidium, Giardia und andere pathogene, in Wasser vorkommende Mikroorganismen beseitigt werden können.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein System und ein Verfahren anzugeben, mit denen Wasser, das Cryptosporidium und Giardia enthält, auf wirksame Weise unter Erzielung ausgezeichneter Ergebnisse gereinigt werden kann.
Weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung hervor.
Diese Ziele werden erreicht mit einem System und einem Verfahren gemäß den weiter unten folgenden unabhängigen Patentansprüchen. Besonders bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Patentansprüchen definiert.
Die vorliegende Erfindung betrifft, kurz zusammengefasst, ein System zum Reinigen von Wasser, das mindestens zwei Einheiten umfasst, von denen die erste Einheit mindestens eine Filtereinheit umfasst, die aus einem Behälter, der ein Filterbett aus Zeolith enthält, besteht, und von denen die zweite Einheit aus einem Behälter, der eine UV-Lampe umgibt, besteht. Die zwei Einheiten sind miteinander verbunden mittels einer Rohrleitung für den Transport des Wassers. Erfindungsgemäß besteht das Filterbett zu mindestens 50 Gew.-% aus natürlichem Zeolith mit einem Porendurchmesser von 0,05 bis 5 nm. Der Druck in dem Filterbett beträgt 1 bis 4 bar und die UV-Lampe weist eine Lichtstärke von 300 bis 500 J/m² auf.
Es wurde überraschend gefunden, dass ausgezeichnete Ergebnisse erzielt werden, wenn Wasser, das Cryptosporidium und Giardia enthält, nach dem erfindungsgemäßen Verfahren und in dem erfindungsgemäßen Reinigungssystem gereinigt wird. Die dabei erzielten vorläufigen Ergebnisse zeigen, dass eine praktisch vollständige Reduktion von Cryptosporidium und Giardia erzielt wird.
Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachstehend näher beschrieben, teilweise unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung, welche den Schutzbereich der Erfindung jedoch nicht einschränkt.
Die einzige FIGUR zeigt eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Systems gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Die erfindungsgemäßen Wasserreinigungssysteme umfassen mindestens zwei Einheiten. Die erste Einheit umfasst mindestens eine Filtereinheit 1, die besteht aus einem Behälter 2, der ein Filterbett 3 aus Zeolith enthält. Die zweite Einheit 4, die UV-Einheit, besteht aus einem Behälter 5, der eine UV-Lampe 6 umschließt. In der Filtereinheit 1 ist das System mit einem Einlass 9 versehen und in der UV-Einheit 4 ist es mit einem Auslass 10 ausgestattet. Die beiden Einheiten stehen mittels Rohrleitungen 7 für den Transport des Wassers miteinander in Verbindung und das Wasser bewegt sich durch das Reinigungssystem in der durch die Pfeile P1 angezeigten Richtung.
Das Filterbett 3 besteht zu mindestens 50 Gew.-% aus natürlichem Zeolith, bei dem es sich vorzugsweise um Clinoptilolith und/oder Mordenit handelt. Der Zeolith hat einen Porendurchmesser von 0,05 bis 5 nm, vorzugsweise von 0,08 bis 3 nm und am meisten bevorzugt von 0,1 bis 1 nm. Die Korngröße des Zeoliths beträgt 0,1 bis 2,5 mm, vorzugsweise 0,6 bis 2,0 mm.
Das Filterbett 3 weist eine innere Filteroberfläche von 50 bis 600 m²/g, vorzugsweise von 200 bis 500 m²/g, auf und während des Betriebs beträgt der Druck in dem Filterbett 1 bis 4 bar, vorzugsweise 1,5 bis 3,5 bar und am meisten bevorzugt 2,5 bis 3,4 bar. Der Druck ist wichtig, um den Zeolith in dem Filterbett 3 zu verdichten und die gewünschte Reinigungskapazität zu erzielen. Der Druck in dem Filterbett sollte so hoch sein, dass Teilchen von größer als 1 μm eingefangen werden und in dem Filter verbleiben. Der Druck kann mittels einer Wasserpumpe (nicht dargestellt) für das Zulauf-Wasser eingestellt werden. Ein Drosselventil 11 nach der Filtereinheit 1 ermöglicht die schnelle Erhöhung des Druckes in der Filtereinheit.
Neben dem natürlichen Zeolith kann das Filterbett 3 auch Montmorillonit, Quarz, Feldspat und Vulkanstein-Kristall enthalten.
Der Zeolith in dem Filterbett muss eine bestimmte Härte aufweisen, um gegenüber dem Druck in dem Filterbett beständig zu sein, und er sollte in der Lage sein, einem Druck von mindestens 2,5 bar, vorzugsweise von mindestens 4 bar, standzuhalten und er sollte außerdem in der Lage sein, gegen Druckschwankungen von bis zu 6 bar beständig zu sein.
Wenn mehrere Filtereinheiten verwendet werden, können sie parallel oder in Reihe miteinander verbunden sein.
Die UV-Bestrahlung erfolgt mit einer Wellenlänge von 200 bis 280 nm, vorzugsweise von 254 nm, mit einer Lampe 6 mit einem UV-C-Filter. Die Lichtstärke sollte vorzugsweise 300 bis 500 J/m², besonders bevorzugt 350 bis 450 J/m² und am meisten bevorzugt 400 bis 430 J/m² betragen. UV-Licht mit einer normalen Lichtstärke von etwa 250 J/m² führt nicht zu dem gewünschten Abtötungseffekt gegenüber den Mikroorganismen.
Um sicherzustellen, dass die Teilchengröße zu allen Zeitpunkten in dem Reinigungsverfahren, auch nach dem Rückspülen zur Reinigung der Filtereinheit, weniger als 1 μm beträgt, kann ein Sackfilter 8 zwischen der Filtereinheit 1 und der UV-Einheit 4 angeordnet sein. Der Sackfilter 8 ist vorzugsweise aus Polypropylen mit einer Maschengröße von weniger als 1 μm hergestellt. Als Alternative zu dem Sackfilter 8 ist es auch möglich, in einer Weise, die in der FIGUR nicht dargestellt ist, nach dem Rückspülen zum Reinigen der Filtereinheit 1 Wasser, das aus der Filtereinheit ausgetragen worden ist, in den Einlass 9 in der Filtereinheit 1 wieder einzuführen, bis sich ein ausreichend hoher Druck in dem Filterbett 3 aufgebaut hat.
Die vorliegende Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zum Reinigen von Wasser insbesondere von Cryptosporidium, bei dem das Wasser dem vorstehend beschriebenen Reinigungssystem ausgesetzt wird, zur Herstellung von Trinkwasser.
Obgleich die Vorteile der Erfindung vorstehend unter Bezugnahme auf Trinkwasser beschrieben worden sind, kann das Reinigungssystem natürlich auch zum Reinigen anderer Wasser-Typen verwendet werden, unter denen Wasser für einen Swimmingpool von besonderem Interesse ist.
Wenn Entwicklungsgebieten und -ländern, die durch einen Krieg zerstört worden sind, schnell Hilfe geleistet werden soll, ist es wichtig, zuverlässige schnelle, einfache und billige Systeme für die Reinigung von Wasser zur Verfügung zu haben. Eine Ausführungsform der Erfindung bezieht sich auf ein mobiles Reinigungssystem für die Verwendung auf dem freien Feld (im Gelände), welches das vorstehend beschriebene Reinigungssystem umfasst. In diesem Fall wird das Reinigungssystem auf einem Transportwagen montiert und umfasst eine Pumpe zum Abpumpen von Oberflächenwasser, einen Schlammfilter, Filtereinheiten mit einem Filterbett aus Zeolith, möglicherweise einen Sackfilter, eine UV-Quelle, eine Chlorierungseinrichtung und einen Sammelbehälter für das gereinigte Wasser.

Claims

System zum Reinigen von Wasser, das mindestens zwei Einheiten umfasst, von denen die erste Einheit mindestens eine Filtereinheit (1) umfasst, die besteht aus einem Behälter (2), der ein Filterbett (3) aus Zeolith enthält, und von denen die zweite Einheit (4) besteht aus einem Behälter (5), der eine UV-Lampe (6) umgibt, wobei die beiden Einheiten mittels einer Rohrleitung (7) zum Transport von Wasser miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Filterbett (3) besteht aus mindestens 50 Gew.-% natürlichem Zeolith mit einem Porendurchmesser von 0,05 bis 5 nm, dass Einrichtungen vorgesehen sind, um den Druck in dem Filterbett auf 1 bis 4 bar einzustellen, und dass die UV-Lampe (6) eine Lichtstärke von 300 bis 500 J/m² hat.
System nach Anspruch 1, dass der natürliche Zeolith in dem Filterbett (3) vorzugsweise aus Clinoptilolith und/oder Mordenit besteht.
System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Filterbett (3) eine innere Filteroberfläche von 50 bis 600 m²/g aufweist.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Filterbett (3) eine innere Filteroberfläche von 200 bis 500 m²/g aufweist.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zeolith einen Porendurchmesser von 0,08 bis 3 nm hat.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zeolith einen Porendurchmesser von 0,1 bis 1 nm hat.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtstärke der UV-Lampe (6) 350 bis 450 J/m² beträgt.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtstärke der UV-Lampe (6) 400 bis 430 J/m² beträgt.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck in der Filtereinheit (1) 1,5 bis 3,5 bar beträgt.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck in der Filtereinheit (1) 2,5 bis 3,4 bar beträgt.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Korngröße des Zeoliths 0,1 bis 2,5 mm beträgt.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Korngröße des Zeoliths 0,6 bis 2,0 mm beträgt.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Filtereinheit (1) und der UV-Einheit (4) ein Sackfilter (8) angeordnet ist, um eine Teilchengröße von weniger als 1 μm auch nach dem Rückspülen der Filtereinheit (1) zu gewährleisten.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zeolith in dem Filterbett (3) einem Druck von mindestens 2,5 bar standhalten kann.
Verfahren zum Reinigen von Wasser, insbesondere zur Entfernung von Cryptosporidium, bei dem das Wasser dem Reinigungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 14 ausgesetzt wird zur Herstellung von Trinkwasser.
Verfahren zum Reinigen von Wasser, insbesondere zur Entfernung von Cryptosporidium, bei dem das Wasser dem Reinigungssystem nach den Ansprüchen 1 bis 14 ausgesetzt wird zur Herstellung von Wasser, das für Swimmingpools geeignet ist.