NL2000799C2 - Inrichting voor het filtreren van verontreinigd water. - Google Patents

Description

Inrichting voor het filtreren van verontreinigd water

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een inrichting voor het filteren van verontreinigd water, en in het bijzonder op een inrichting voor mobiel en huishoudelijk gebruik.

5 Miljoenen mensen in de wereld zijn afhankelijk van op pervlaktewater dat ernstig verontreinigd is, in het bijzonder met bacteriën en virussen. Volgens de statistieken van de WHO sterven dagelijks 6000 kinderen onder de vijf jaar aan de gevolgen van het drinken van microbiologisch verontreinigd water.

10 Vooralsnog is een infrastructurele schoon en veilig drinkwatervoorziening voor deze mensen nog niet in zicht.

In de Verenigde Staten en Europa is in veel gebieden de bestaande praktisch 100-jarige infrastructuur van miljoenen kilometers waterleiding onderhavig aan erosie en achterstallig on-15 derhoud, waardoor microbiologisch verontreinigd oppervlakte water zich met het schone drinkwater kan vermengen, met het gevolg dat het drinkwater verontreinigd wordt. Dit water is niet meer direct voor menselijke consumptie geschikt.

Voor de reparatie en verbetering van genoemde infra-20 structuur zijn geschat miljarden euro's nodig met als gevolg dat ook voor deze gebieden een afdoende oplossing nog ver weg is.

Wetenschappelijk onderzoek met betrekking tot voorkomende concentraties van micro-organismen in oppervlakte water wijst uit dat de hoeveelheid coliforme bacteriën (bijvoorbeeld 25 e-coli) varieert van 105 per 100 ml (ook uitgedrukt als log 5) in verontreinigde beekjes, tot 109 (log 9) in rioolwater.

Opgemerkt wordt dat een inname van 103 bacteriën per 100 ml water tot infecties leidt en dus mag het water na reiniging niet meer dan één bacterie op 100 ml water bevatten; ofwel een 30 vermindering van log 8. Pathogene bacteriën variëren in grootte tussen 0,3 μιη en 0,6 μιη.

De concentratie van enterovirussen (bijvoorbeeld het polio- en rotavirus) in oppervlaktewater wordt geschat op 102 -104 per liter. Drinkwater moet absoluut vrij zijn van pathogene 35 virussen en daarom mogen na reiniging geen virussen meer voorkomen, ofwel een reductie dient plaats te vinden van log 4. Pathogene virussen variëren in grootte tussen 0,02 μιη en 0,07 μιη.

2

Naast bacteriën en virussen komen in het oppervlaktewater ook parasieten zoals cysten voor in een concentratie van 10 per liter. Ook deze parasieten die in grootte variëren tussen 3 pm en 6 pm, moeten volledig uit het drinkwater worden verwij-5 derd, hetgeen neerkomt op een vermindering van log 3.

De uitvinding is vooral gericht op een inrichting voor de zuivering van microbiologisch verontreinigde oppervlakte water voor huishoudelijk gebruik. Vooralsnog zijn er op dit moment nog geen afdoende mogelijkheden beschikbaar om van microbiolo-10 gisch verontreinigd oppervlaktewater veilig drinkwater te maken. Dit geldt met name voor ontwikkelingslanden, maar ook voor landen waar de waterleiding onderhevig is aan erosie en achterstal^ lig onderhoud.

Het toevoegen van chemische middelen, zoals bijvoor-15 beeld chloor, aan het verontreinigde water is niet afdoende, omdat hierbij bijvoorbeeld geen parasieten worden gedood, terwijl er bovendien hierdoor geen vermindering van de troebelheid van het water plaatsvindt.

Voorts is desinfectie met UV-licht zeer ineffectief bij 20 troebel water en vereist bovendien stroom, die in bijvoorbeeld ontwikkelingslanden vaak niet beschikbaar is.

Er zijn talloze ultra-filtratiesystemen die effectief zijn wat betreft de vermindering van microbiologische verontreiniging en troebelheid, maar die een waterdruk van minimaal 1 Bar 25 vereisen of waarbij energie nodig is voor het aandrijven van een pomp. Ook voor deze voorzieningen geldt dat zij in onvoldoende mate beschikbaar zijn op die plaatsen waar zuivering dient plaats te vinden.

Ook is een gecompliceerde factor de troebelheid van het 30 water, welke troebelheid snel leidt tot verstopping van het filter bij ultrafiltratie en dus een hoge vervangingsfrequentie noodzakelijk maakt, wanneer in het filtersysteem geen reiniging is voorzien.

De onderhavige uitvinding heeft thans tot doel een in-35 richting voor het filtreren van verontreinigd water te verschaffen, welke inrichting de nadelen van de hierboven besproken bekende inrichtingen opheft.

Hiertoe verschaft de onderhavige uitvinding een inrichting voor het filtreren van verontreinigd water, waarbij de in-40 richting is voorzien van een huis, welk huis voorts omvat: 3 aan de bovenzijde een vuilwaterinlaat; capillaire membranen, die aan de bovenzijde en de onderzijde zijn ingebed in een afdichtmiddel zodat de ruimte tussen de capillaire membranen en het huis 5 volledig is afgesloten; - een opening aan de zijkant van het huis voor de per-meaatafvoer (naar een zuiver water reservoir); een opening voor het terugspoelen van de membranen; een ruimte voor bezinking van het vuil; 10 - een afvoer voor het terugspoelwater.

Verrassenderwijs is gebleken dat de onderhavige inrichting bijzonder geschikt is als huishoudelijk waterzuiveringsap-paraat voor de productie van veilig drinkwater; waarvoor de inrichting aan de volgende voorwaarden voldoet: 15 - volledige verwijdering van deeltjes, inclusief virus sen, bacteriën en parasieten > 0,02 μπι; - te gebruiken bij enkel door zwaartekracht gegenereerde druk; - minimale doorstroomsnelheid van 1 liter in 10 minu- 20 ten; - reinigbaar wanneer vuildeeltjes de poriën van het ultrafilter verstopt hebben.

De inrichting volgens de uitvinding voldoet aan de bovengenoemde eigenschappen en wel om de volgende reden: 25 Het voor de filtratie gebruikte capillaire membraan is uitermate poreus en hydrofiel en heeft een consistente porie-grootte in de scheidingslaag van het membraan tussen 0,01 pm en 0,02 pm.

Opgemerkt wordt, zoals eerder gememoreerd, dat de ca-30 pillaire membranen ultrafiltratiemembranen zijn. De membranen volgens de uitvinding zijn opgebouwd uit PES, PVP en ZrÜ2, echter met een duidelijk verbeterde flux vergeleken met de bekende membranen uit de stand der techniek volgens EP 241995.

Door een enigszins gewijzigde receptuur en productieom- o 35 standigheden is er een membraan gecreëerd met een flux (L per m per uur, per Bar) van 1200-1500, dit in tegenstelling tot de membranen uit de stand der techniek die een flux hebben van circa 400.

Opgemerkt wordt dat ten gevolge van de gebruikte grond-40 stoffen en productietechniek het membraanoppervlak inert is, met 4 als belangrijk voordeel dat geen negatief of positief geladen stoffen aan het membraanoppervlak kunnen hechten. Deze eigenschappen maken het membraan uitermate geschikt voor filtratie bij enkel door zwaartekracht gegenereerde druk, waarbij aan de 5 gestelde eisen van retentie en doorstroomsnelheid en reinigbaar-heid wordt voldaan.

De uitvinding wordt thans aan de hand van de volgende figuren nader toegelicht.

Fig. 1 stelt een inrichting voor het filtreren van ver-10 ontreinigd water volgens de uitvinding voor.

Fig. 2 stelt de inrichting volgens de uitvinding voor, waarbij de opening 6 voor het terugspoelen van de membranen 3 is aangesloten op een zuiger 9 voor het terugspoelen.

Fig. 3 komt overeen met fig. 2 met dien verstande dat 15 deze de voorbereiding voor het terugspoelen weergeeft.

Fig. 4 is een vergelijkbare uitvoeringsvorm als fig. 2 en 3 met dien verstande dat hierbij de terugspoelprocedure wordt weergegeven.

Fig. 5 toont de inrichting volgens de uitvinding, waar-20 bij de opening 6 is aangesloten op ballon 10.

Fig. 6 is een afbeelding van fig. 5, waarbij de ballon 10 zich bevindt in de terugspoelpositie.

Fig. 1 geeft de inrichting voor het filtreren van verontreinigd water volgens de uitvinding weer.

25 De capillaire membranen 3 zijn aan beide zijden ingebed in een epoxyhars of polyurethaan, waarbij de ruimte 4 tussen de capillaire membranen 3 en het huis 1 volledig is afgesloten. Na het uitharden wordt aan beide zijden van de afgedichte membranen 0,5 cm afgezaagd, met het gevolg dat de capillaire membranen 3 30 opengelegd zijn.

Het. huis 1 is voorzien van een opening 5 aan de zijkant van het huis 1 voor het afvoeren van het permeaatwater, bijvoorbeeld naar een zuiverwaterreservoir 11.

Voorts is een opening 6 aangebracht ten behoeve van het 35 terugspoelen van de membranen 3 om zodoende op de membranen afgezette vervuiling te verwijderen.

Voorts is de inrichting aan de bovenzijde voorzien van een vuilwaterinlaat 2, waarlangs het te reinigen water wordt aangevoerd in de inrichting volgens de uitvinding.

40 Aan de onderzijde is de inrichting voorzien van een re- 5 servoir 7 voor het bezinken van het vuil, dat zich in de membranen bevindt.

Ten slotte is de inrichting voorzien van een afvoer 8 van het terugspoelwater naar een opvang 12.

5 Bij ingebruikname van de inrichting volgens de uitvin ding wordt vanuit een niet-getoond vuilwaterreservoir het te filteren water via vuilwaterinlaat 2 door de membranen 3 geleid, waarna het water via afvoer 8 aan de onderzijde van de inrichting de ultrafiltratiemembranen 3 verlaat. Dit neemt slechts en-10 kele seconden in beslag, waarbij de lucht uit de capillaire membranen wordt verwijderd, waarna de afsluiter 13 aan de onderkant wordt gesloten.

Dan komt het filtratieproces op gang, waarbij het water vanuit de binnenzijde van de membranen 3 door de membraanwand 15 naar buiten stroomt en vervolgens in een fles of ander zuiver waterreservoir 11 wordt opgevangen. Naarmate de filtratie vordert, heeft het vuil de gelegenheid in het vuilopvang reservoir 7 onder aan het huis te bezinken, zodat het filtratie- proces zo min mogelijk wordt gehinderd door de opstapeling van vuildeel-20 tjes in de capillaire membranen 3.

Verrassenderwijs is gebleken dat de onderhavige inrichting bijzonder geschikt is voor huishoudelijke en mobiele toepassing vanwege de combinatie van hoge flux ultrafiltratie membranen en vuilopvang.

25 Na verloop van tijd zullen vuildeeltjes de membraan- poriën zodanig verstoppen dat de doorstroomsnelheid onacceptabel laag geworden is. Teneinde dit probleem op te lossen, worden de membranen 3 onderworpen aan een terugspoelbewerking (backwash), waarbij de poriën bevrijd worden van de afgezette vuildeeltjes. 30 De backwashprocedure wordt thans aan de hand van de fi guren 2 t/m 6 nader toegelicht.

In fig. 2 t/m 4 vindt het backwashen plaats door middel van een zuiger 9 die is aangesloten op de opening 6.

Fig. 2 geeft de positie van de zuiger aan tijdens het 35 filtratieproces, waarbij de zuiger zich bevindt vlak boven de opening 6.

In fig. 3 bevindt de zuiger 9 zich in teruggetrokken toestand, waarbij gefilterd water uit het zuiver waterreservoir 11 is opgezogen. Dan wordt de toegang tot het zuiver waterreser-40 voir 11 afgesloten en de afvoer van het terugspoelwater 8 naar 6 de opvang 12 geopend.

Fig. 4 laat zien dat de zuiger 9 naar beneden is geduwd, waarbij de daarbij opgebouwde druk de poriën aan de binnenkant open spoelt. Het spoelwater komt vervolgens terecht in 5 de opvang 12, waarbij de afvoer 8 open en de permeaatafvoerope-ning 5 afgesloten is.

Dit proces kan naar believen enkele keren worden herhaald, waarna de afsluitschuif 13 naar de opvang 12 wordt teruggeschoven, zodat de inrichting volgens de uitvinding wederom ge-10 bruikt kan worden voor het filtreren van verontreinigd water.

Fig. 5 en 6 tonen een alternatief voor het terugspoelen van de verstopte ultrafiltratiemembranen 3.

Fig. 5 toont een uitvoeringsvorm waarin de opening 6 is aangesloten op een terugspoelballon 10, waarbij de ballon gevuld 15 is met gefilterd water. Door de afvoer 8 naar de opvang 12 af te sluiten, kan door samenknijpen van de ballon druk worden opgebouwd om zodoende de poriën schoon te spoelen, waarna spoelwater in het daarvoor bestemde reservoir kan worden opgevangen.

Fig. 6 toont de situatie waarbij de ballon na te zijn 20 leeggeknepen, wordt losgelaten, waarbij de ballon, na sluiten van de afvoeropening 8 en openen van de permeaatafvoeropening 5, zich opnieuw zal vullen met gezuiverd water, waarna het terug-spoelproces opnieuw kan plaatsvinden.

Opgemerkt wordt dat de uitvinding niet is beperkt tot 25 de hierboven beschreven uitvoeringsvormen.

Claims (10)

1. 2. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de opening (6) is aangesloten op een zuiger (9) voor het terugspoelen.
2. 3. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de opening (6) is aangesloten op de ballon (10) voor het terug- 20 spoelen.
3. 4. Inrichting volgens conclusies 1-3, met het kenmerk, dat de opening (5) is aangesloten op een zuiver waterreservoir (11) ·
4. 5. Inrichting volgens conclusies 1-3, met het kenmerk, 25 dat de afvoer is aangesloten op een opvang (12).
5. 6. Inrichting volgens conclusies 1-5, met het kenmerk, dat het afdichtmiddel (4) epoxyhars is.
6. 7. Inrichting volgens conclusies 1-5, met het kenmerk, dat het afdichtmiddel (4) polyurethaan is.
7. 8. Inrichting volgens conclusies 1-7, met het kenmerk, dat de capillaire membranen (3) poreus en hydrofiel zijn.
8. 9. Inrichting volgens conclusie 8, met het kenmerk, dat de capillaire membranen zijn opgebouwd uit PES, PVP en Zr02*
9. 10. Inrichting volgens conclusies 1-7, met het kenmerk, 35 dat de capillaire membranen (3) een flux hebben van 1000-1500. II. Inrichting volgens conclusies 1-10, met het kenmerk, dat het oppervlak van de capillaire membranen (3) inert is .
10. 12. Inrichting volgens conclusies 1-11, met het kenmerk, dat de capillaire membranen ultrafiltratiemembranen zijn met een poriegrootte tussen 0,01 en 0,1 pm, bij voorkeur tussen 0,01 en 0,02 pm.