WO2016058015A1 - Transportable vorrichtung zur mehrstufigen reinigung von wasser - Google Patents

Transportable vorrichtung zur mehrstufigen reinigung von wasser Download PDF

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Hakim EL KHIAR
Martin GLAVINA
Norbert THUMFART
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Deltacore Gmbh
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Definitions

  • the subject of the invention relates to a portable device for multi-stage high quality cleaning of contaminated water or more precisely a portable device, the first by ozone injection through an ultrafiltration module in contaminated water and then through a multi-stage water filter and using the UV sterilization contaminated water mechanically, chemically and antiviral, high quality clean in several stages.
  • a portable device for multi-stage high quality cleaning of contaminated water or more precisely a portable device the first by ozone injection through an ultrafiltration module in contaminated water and then through a multi-stage water filter and using the UV sterilization contaminated water mechanically, chemically and antiviral, high quality clean in several stages.
  • Such purified water is drinkable and thus the growth of microorganisms is controlled; So the water is bacteriostatic.
  • the technical problem solved by the invention is such a construction of the water purification device which enables the preparation of high-quality water by means of various elements and which by means of ozone, ultrafiltration and UV sterilization as well as reduction-oxidation agents, so-called REDOX agents, Cleans contaminated water and prevents the development of microorganisms, thus ensuring a longer life of the application of filtration media.
  • the multi-level high quality cleaning of contaminated water is done in several stages in different cleaning systems on each individual level. This means that it comprises prefiltration, ultrafiltration, UV sterilization, multi-media or micro-sterilization or filtration systems, with various combinations of said systems being possible.
  • the amount of purified water depends on the suitable cross-sectional dimensions of the water aspirators as well as on the elements installed in the device and is between 200 and 2000 liters per hour.
  • the devices enable self-cleaning functions and combine different cleaning systems, either micro-sterilization or ultrafiltration or microfiltration or ultrafiltration and activated carbon; some include only the systems for the purification of contaminants without self-cleaning function, or a combination of systems for the purification of contaminants with self-cleaning function.
  • the portable devices include those weighing between 20 and 90 kg, whereas those exceeding 90 kg are among the non-portable stationary devices, with the weight of a single device in the category of said devices generally not exceeding 1000 kg.
  • the voltage of the electrical supply of the devices a distinction is made between high voltage and low voltage supply, the supply belongs to 1 10 V AC for high voltage supply and the supply below 1 10 V AC belongs to the low voltage supply, with a correspondingly lower amplitude in a given unit time.
  • the supply can not be below 12 V DC or under the voltage offered by solar cells.
  • the source of electrical voltage With regard to the source of electrical voltage, a distinction is made between solar cells, motor aggregates as transportable sources and non-transportable sources in the market of electrical energy, to which the conventional sources such as nuclear and thermal energy (heat principle), hydro-energy (principle of electromagnetic induction) and other energies from conventional sources.
  • the water purified in the above-mentioned ways is normally drinkable, but in rare cases it is not suitable for drinking as chlorination or other type of chemical cleaning is used for detoxification.
  • a fundamental challenge with the aforementioned self-cleaning and cleaning systems is the optimal combination of the two factors mentioned, which ensures economically effective cleaning systems for a given amount of purified water.
  • the said device with the injection pump also allows the self-cleaning function through an interface, a mixer, for cleaning Filteranordnun- gene so that a detergent, a chemical agent is injected, which then with the backwashing the wastewater in the conventional local cleaning equipment or in separate wastewater containers if it is a damaged area and it is not desired that contaminated wastewater be discharged into the environment.
  • Said device takes full advantage of prefiltration, microfiltration, multi-media, UV sterilization and ozonation purification systems, but has a self-cleaning function with chemical agents which does not include the device described herein compared to the device mentioned herein ,
  • the self-cleaning function is ensured in the device according to the invention partly by a Ozoneinblasung before the main filtration modules; however, backwashing is also based on rinsing with a portion of the purified water stored specifically for the self-cleaning function. No chemical agents are added.
  • US 20030173300 A1 is a transportable multistage water purification device which comprises several purification stages: prefiltration, addition of ozone, electrocoagulation, solid filter (carbon particles), additional oxidation, microfiltration, ionization, ammonia reduction (NH 4 ) and ozone disinfection.
  • the microfiltration also includes a return to the solid filter and the operation of the entire system requires a strong ozone generator.
  • the invention relates to a solution which processes the water for almost any application and designates the pure water as relatively pure.
  • the solution mentioned does not produce high quality water, but the enjoyability of such water is also questionable, since the final disinfection of the water with an ozone transfer into the water immediately after the Cleaning causes an unpleasant (synthetic) taste.
  • Some consumers of this water can faint because of too much oxygen in modified form.
  • Such water is drinkable only several hours after cleaning when the ozone O 3 to oxygen O 2 . This cleaning principle therefore differs from the solution listed here.
  • said solution represents a substantially different system of successive purification stages. UV sterilization is used as the final method and does not include a self-cleaning function.
  • the system also differs in terms of the feed: the solar cells are placed on the container, which is physically separate from the device, while the device according to the invention comprises a simpler solution with regard to the feed, which is mounted directly on the device housing.
  • a solution for multi-level high quality purification of water comprises the units, prefiltration, activated carbon filter, reverse osmosis, UV unit and mixing unit.
  • said solution comprises a different sequence of purification stages, but does not represent a solution to the self-cleaning function.
  • US 20130306529 A1 a system for purifying contaminated water by a transportable multi-stage contaminated water purifying system is illustrated such that each unit uses the water flow reduction through the next unit as a filter based on the principle of adding UV light with one Patency of 16,000 micro watts / cm 2 / second.
  • FIG. 1 oxidation / reduction process
  • FIG. 2 device for multistage high-quality purification of contaminated water
  • Figure 3 Method for multi-stage high quality cleaning of contaminated water.
  • FIG. 1 represents the reduction-oxidation process.
  • the reduction-oxidation reaction (redox reaction) is one of the most well-known reactions occurring in nature.
  • Reduction-Oxidizing agents remove gases such as chlorine, hydrogen sulfide (hydrogen sulfide) and methane from water. They also remove all soluble heavy metals, help prevent the deposition of mineral hard surfaces and reduce the presence of microorganisms.
  • the property for which these agents are unique is that the total energy required to remove contaminants from the water is naturally present in the electrochemical and catalytic potential of a redox oxidation agent.
  • the reduction-oxidation agent With its universal application, the reduction-oxidation agent is excellently suited for a wide range of water treatment applications. This is important for removing certain substances from the water, such as chlorine, dissolved heavy metals and iron.
  • the reduction-oxidation reaction allows control of microorganisms and prevents deposits from hard coverings.
  • the pure copper-zinc (high-purity) reduction-oxidation agents consistently remove 99% of the free chlorine from the drinking water by electrochemically reducing the dissolved chlorine gas to water-soluble chloride ions.
  • the reduction-oxidation agents remove up to 98% of the water-soluble cations of lead, mercury, copper, nickel, chromium, arsenic, antimony, cobalt, and a large number of other heavy metals dissolved.
  • the removal mechanism is electrochemical and partly also catalytic. Soluble lead cations reduce to insoluble lead atoms and electroplate the surface and interstice of granular media. The metallic contaminants bind to the production-oxidation mixture until the filter materials finally recycle in a copper smelter.
  • Control of microorganisms The growth of microorganisms is controlled with a change of the oxidation / reduction potential (ORP) OD + 200 mV for untreated water, to -500 mV for the water filtered with the reduction-oxidation agent.
  • ORP oxidation / reduction potential
  • different types of bacteria can grow only within a specific region of the reduction-oxidation potential.
  • the water treated with a reduction-oxidation agent reduces the bacteria and other micro-organisms by breaking the transmission of electrons, causing a whole cascade of cell damage.
  • the reduction-oxidation agents also kill the bacteria by direct electrochemical contact and by the rapid formation of hydroxy radicals and hydrogen peroxide, which violates the functioning of the microorganisms.
  • the reduction-oxidation agents prevent the formation and deposition of mineral deposits / deposits, especially of calcium carbonate. Electron microscopy and X-ray crystallography prove that the untreated water hard facings form in relatively large acicular crystals of calcium and magnesium mineral salts with irregular shapes. The salts form a hard, insoluble and intertwined network of vitreous limescale that clogs the gas or water pipes, preventing the transfer of heat and damaging the equipment.
  • the water filtered by the reduction-oxidation agent changes the morphology of insoluble crystals of calcium and magnesium carbonate and sulfate to relatively small, regularly shaped rounded grains and rods. The latter form an unstable powder compound which does not adhere to metal surfaces and is removed by 5 micron filtration.
  • the reduction-oxidation agents combine dissolved oxygen and soluble iron (Fe2) +.
  • (Fe2) + precipitates catalytically in the form of insoluble iron hydroxide and iron oxide. This helps to reduce tion of iron bacteria and by-products of hydrogen sulfide and for the reduction of iron bacterial colonies.
  • the primary good feature of the reduction-oxidation agent for filtration is its synergy compatibility with the activated carbon granules.
  • the filter contains a reduction-oxidation agent in combination with various activated carbons present in various forms for the removal of natural organic substances, pesticides, detergents, chlorinated solutions, inorganic chemicals and pharmaceutical intermediates, dissolved lead, mercury, nickel , Chromium and other heavy metals that cause taste and odor changes are suitable.
  • the media provide excellent adsorption properties and ultra-high levels of cleaning. Because of their unique shape, they allow extremely low hydrodynamic pressure drop.
  • FIG. 2 illustrates the apparatus for multi-stage high quality purification of contaminated water.
  • the water enters through a suction basket 1 consisting of a coarse prefilter housing and a 50 micron inner filter and assembled such that the water trickling through the net swirls.
  • a suction basket 1 consisting of a coarse prefilter housing and a 50 micron inner filter and assembled such that the water trickling through the net swirls.
  • negative pressure is generated, which pulls the ozone produced by an ozone generator 2 into the water.
  • Air 24 enters the ozone generator through a flow regulator 3.
  • the water then passes through an inverter pump 4 and an electrovalve 5 in an ultrafiltration module 6 tangentially to the membrane surface. Because of the tangential flow and the open outlet on the membrane, the contaminants are flushed through the water flow controller 7 and through the electrovalve 8 into the waste water outlet 9.
  • the valve 8 opens, through which contaminated water flows.
  • the clean water seeps through the membrane and enters through a solenoid valve 10 into a multi-media filter 16.
  • a portion of the purified water flows through an electric valve 1 1 in the pure water tank 15, where pure water is stored for the purification of the membrane.
  • the pure water flows out of the pure water tank 15 through a pump 13 and the UF membrane - ultrafilter 12, where the water is cleaned again becomes, and enters the pure part of the membrane - the ultrafiltration module 6.
  • cleaning by the backwash bypass 22 is also possible, which allows the water to enter through a check valve 14 by preventing the outlet of the waste water in the opposite direction.
  • the pump 13 pumps the water from the tank 15 and pushes it through the membrane 12 in the opposite direction of operation, so that the dirt particles are pushed through the waste water outlet 9.
  • the water flowing into the multi-media filter 16 is first disinfected by the LED UV sterilization, after which it flows through several layers of the multi-media filter 16.
  • the nanofiltration is also carried out by a nanofilter 17.
  • Um controlled outlet of the pure water the outlet of the pure water is controlled by the completed cleaning of the effluent through the opening 23 by an electric valve 18 water.
  • the device enables supply from a power source 19, which may be a photovoltaic cell 20 or other suitable source, and all together is controlled by a controller 21.
  • Figure 3 illustrates the process for multi-stage high quality purification of contaminated water.
  • the water enters through an orifice consisting of a coarse prefilter housing and a 50 micron inner filter and assembled to pass through the net seeping water swirls.
  • negative pressure is generated, which pulls the ozone produced by an ozone generator 2 into the water.
  • the oxygen-enriched air which is passed through electrodes in the generator producing an electric field of high voltage and medium high frequency, enters the ozone generator.
  • the introduction of ozone before entering the membrane leads to a whole series of reactions which improve the functioning of the ultrafilter, which is part of the self-cleaning process. function of the filtration media works.
  • the inorganic contaminants are oxidized by ozone, thereby increasing the accumulation of contaminants that are more difficult to penetrate through the membrane pores.
  • the water then enters through the inverter pump, which feeds the water to the ultrafiltration module, where the ultrafiltration takes place. Because of the tangential flow and the open outlet on the membrane, the contaminants are flushed through the water flow controller as wastewater at the waste water outlet.
  • automatic cleaning of the membrane opens the valve through which contaminated water flows. Part of the purified water flows through the solenoid valve into the tank, where clean water is stored to clean the membrane.
  • the clean water flows through the pump and the UF membrane, where the water is cleaned again and enters the clean part of the membrane.
  • the water then pushes the dirt in the opposite direction of the operation and through the outlet of the wastewater.
  • This enables the self-cleaning function.
  • the other part of the purified water first seeps through the membrane and enters the MultiMedia Filter through the electrovalve where multi-media filtration and UV sterilization take place.
  • the water is disinfected by LED UV sterilization, after which it flows through several layers of the multi-media filter.
  • the filtration media are arranged in a specific order and offer many advantages. Each layer acts as a filter that, in combination with the other layers, replaces a whole range of filters, including water sterilization.
  • the multi-media filter comprises a filtration medium which controls the growth of microorganisms as the oxidation reduction potential is changed.
  • different types of bacteria can grow only within a specific region of reduction-oxidation potential.
  • the water treated with this medium reduces the bacteria and other microorganisms by preventing or interrupting the transfer of electrons, causing a whole cascade of cell damage.
  • the reduction-oxidation agents also kill the bacteria through the direct electrochemical contact and the rapid formation of hydroxy radicals and hydrogen peroxide, which destroys the functioning of microorganisms.
  • nanofiltration takes place through a nanofilter consisting of heat-bonded microglass fibers and cellulose, which are scored with nanoaluminous fibers in a flow die, causing a high charge of the filtration medium.
  • the said composition is inserted in a pleated inlay, providing a unique combination of efficiency, performance, speed and low pressure drop of the flow.
  • All nanofilter components are used in accordance with the American FDA certificate.
  • the nanofilter is designed and engineered to meet the most demanding water treatment needs. With the application of the scientific principle of electropositive attraction / detection, it leads to a fast and very effective adsorption of almost all particle sizes.
  • the nominal medium has a high performance for particles with a size of 10 microns to particles with a size of several nanometers. After nanofiltration, the water exits as drinking water, which is pure and drinkable.

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Abstract

Der Gegenstand der Erfindung betrifft eine transportable Vorrichtung zur mehrstufigen Hochqualitätsreinigung von kontaminiertem Wasser bzw. präziser eine transportable Vorrichtung, die zuerst durch Ozoneinblasung durch einen Ultrafiltrationsmodul in kontaminiertes Wasser und danach durch einen Smart- Mehrstufen-Multi-Medien-Wasserfilter (»Smartfilter«) sowie mithilfe der UV-Sterilisierung kontaminiertes Wasser mechanisch, chemisch und antiviral, in mehreren Stufen hochwertig reinigt. Derart gereinigtes Wasser ist trinkbar und somit wird auch das Wachstum von Mikroorganismen kontrolliert; das Wasser ist also bakteriostatisch. Das durch die Erfindung gelöste technische Problem ist eine derartige Konstruktion der Wasserreinigungsvorrichtung, die mithilfe von verschiedenen Elementen die Aufbereitung von hochwertigem Wasser ermöglicht und die mithilfe von Ozon, Ultrafiltration und UV-Sterilisierung sowie REDOX- Mitteln kontaminiertes Wasser reinigt und die Entwicklung von Mikroorganismen verhindert und damit eine längere Lebensdauer der Anwendung von Filtrationsmedien gewährleistet.

Description

Transportable Vorrichtung zur mehrstufigen Reinigung von Wasser Technisches Gebiet
Der Gegenstand der Erfindung betrifft eine transportable Vorrichtung zur mehrstufigen Hochqualitätsreinigung von kontaminiertem Wasser bzw. präziser eine transportable Vorrichtung, die zuerst durch Ozoneinblasung durch einen Ultrafiltrationsmodul in kontaminiertes Wasser und danach durch einen Mehrstufenwasser- filter sowie mithilfe der UV-Sterilisierung kontaminiertes Wasser mechanisch, chemisch und antiviral, in mehreren Stufen hochwertig reinigt. Derart gereinigtes Wasser ist trinkbar und somit wird auch das Wachstum von Mikroorganismen kon- trolliert; das Wasser ist also bakteriostatisch.
Das durch die Erfindung gelöste technische Problem ist eine derartige Konstruktion der Wasserreinigungsvorrichtung, die mithilfe von verschiedenen Elementen die Aufbereitung von hochwertigem Wasser ermöglicht und die mithilfe von Ozon, Ultrafiltration und UV-Sterilisierung sowie Reduktions-Oxidations-Mitteln, soge- nannte REDOX-Mittel, kontaminiertes Wasser reinigt und die Entwicklung von Mikroorganismen verhindert und damit eine längere Lebensdauer der Anwendung von Filtrationsmedien gewährleistet.
Die mehrstufige Hochqualitätsreinigung von kontaminiertem Wasser erfolgt in mehreren Stufen in verschiedenen Reinigungssystemen auf jeder Einzelstufe. Dies bedeutet, dass sie Vorfiltrierung-, Ultrafiltrierung-, UV-Sterilisierung-, MultiMedien- oder Mikro-Sterilisierung bzw. Filtrierungsysteme umfasst, wobei verschiedene Kombinationen der genannten Systeme möglich sind. Die Menge des gereinigten Wassers hängt von den geeigneten Querschnittdimensionen der Wassersauger sowie von den in der Vorrichtung eingebauten Elementen ab und be- trägt zwischen 200 und 2000 Liter pro Stunde. Die Vorrichtungen ermöglichen Selbstreinigungsfunktionen und kombinieren verschiedene Reinigungssysteme, entweder Mikrosterilisierung oder Ultrafiltration oder Mikrofiltration oder Ultrafiltration und Aktivkohle; einige umfassen nur die Systeme zur Reinigung von Kontami- nanten ohne Selbstreinigungsfunktion, oder eine Kombination von Systemen zur Reinigung von Kontaminanten mit Selbstreinigungsfunktion. Hinsichtlich des Ge- wichts einer mit Wasser befüllten Einzelvorrichtung unterscheidet man zwischen transportablen und nicht transportablen Vorrichtungen. Zu den transportablen Vorrichtungen gehören jene, die zwischen 20 und 90 kg wiegen, wohingegen jene, die die 90 kg überschreiten, zu den nicht transportablen, ortsfesten Vorrichtungen gehören, wobei das Gewicht einer Einzelvorrichtung in der Kategorie der genannten Vorrichtungen grundsätzlich nicht 1000 kg überschreitet. Hinsichtlich der Spannung der elektrischen Versorgung der Vorrichtungen unterscheidet man zwischen Hochspannung- und Niederspannungversorgung, wobei die Versorgung über 1 10 V AC zur Hochspannungversorgung gehört und die Versorgung unter 1 10 V AC zur Niederspannungversorgung gehört, bei entsprechend niedrigerer Amplitude in einer gegebenen Zeiteinheit. Die Versorgung kann nicht unter 12 V DC bzw. unter der Spannung, die von Solarzellen angeboten wird, liegen. Hinsichtlich der Quelle der elektrischen Spannung unterscheidet man zwischen Solarzellen, Motoraggregaten als transportablen Quellen und nicht transportablen Quellen auf dem Markt der elektrischen Energie, zu denen die herkömmlichen Quellen wie Kern- und Wärmeenergie (Wärmeprinzip), Hydroenergie (Prinzip der elektromagnetischen Induktion) sowie andere Energien aus herkömmlichen Quellen gehören. Das auf die oben genannten Arten gereinigte Wasser ist normalerweise trinkbar, in seltenen Fällen ist es aber nicht zum Trinken geeignet, da Chlorierung oder andere Art der chemischen Reinigung zur Detoxikation eingesetzt wird. Eine grundsätzliche Herausforderung bei den genannten Selbstreinigung- und Reinigungsystemen ist die optimale Kombination der genannten zwei Faktoren, was bei einer gegebenen Menge von gereinigtem Wasser, wirtschaftlich wirksame Reinigungssysteme gewährleistet.
Stand der Technik Es gibt einige bekannte Lösungen von mehrstufigen Wasserreinigungsvorrichtungen. Die älteste bekannte Lösung für eine mehrstufige Wasserreinigungsvorrich- tung, die der Vorrichtung in diesem Patentanspruch am ähnlichsten ist, ist aus der CA 2362107 A1 bekannt. Diese Druckschrift offenbart eine mehrstufige Hochqualitätsreinigung von kontaminiertem Wasser in sechs Stufen, und zwar ist die erste Stufe die Vorfiltration mit einem Makrofilter, die mit der zweiten Stufe über eine Wasserpumpe verbunden ist, die zweite Stufe ist Mikrofiltration, die dritte Stufe ist eine gemischte Multi-Medien-Filtration, die vierte Stufe ist UV-Sterilisation, die fünfte Stufe ist Ozonisierung und die sechste Stufe ist ein Aktivkohleblock. Die genannte Vorrichtung mit der Einspritzpumpe ermöglicht auch die Selbstreinigungsfunktion durch eine Schnittstelle, einen Mixer, zur Reinigung von Filteranordnun- gen, sodass ein Detergent, ein chemisches Mittel eingespritzt wird, das dann mit der Rückspülung das Abwasser in die herkömmlichen lokalen Reinigungsanlagen oder in gesonderte Abwasserbehälter spült, falls es sich um verwüstete Gebiete handelt und nicht erwünscht ist, dass kontaminiertes Abwasser in die Umwelt abgelassen wird. Die genannte Vorrichtung nutzt alle Vorteile von Vorfiltrations-, Mik- rofiltrations-, Multi-Medien-, UV-Sterilisierung- und Ozonisierungsreinigungssys- temen, besitzt jedoch im Vergleich zur hier genannten Vorrichtung eine Selbstreinigungsfunktion mit chemischen Mitteln, die die hier beschriebene Vorrichtung nicht umfasst. Die Selbstreinigungsfunktion wird in der erfindungsgemäßen Vorrichtung teilweise durch eine Ozoneinblasung vor den Hauptfiltrationsmodulen gewährleistet; die Rückspülung basiert aber auch auf der Spülung mit einem Teil des gereinigten Wassers, das speziell wegen der Selbstreinigungsfunktion gespeichert wird. Es werden keine chemischen Mittel zugefügt.
Gegenstand der US 20030173300 A1 ist eine transportable mehrstufige Wasserreinigungsvorrichtung, die mehrere Reinigungsstufen umfasst: Vorfiltration, Zuga- be von Ozon, Elektrokoagulation, Festfilter (Kohlepartikel), zusätzliche Oxidation, Mikrofiltration, Ionisierung, Ammoniakreduktion (NH4) und Ozondesinfektion. Die Mikrofiltration umfasst auch einen Rücklauf in den Festfilter und zum Betrieb des gesamten Systems ist ein starker Ozonerzeuger notwendig. Die Erfindung betrifft eine Lösung, die das Wasser für fast jede Anwendung aufbereitet und bezeichnet das Reinwasser als relativ rein. Die genannte Lösung stellt kein Hochqualitätswasser her, die Genießbarkeit solchen Wassers ist aber auch fraglich, da die Enddesinfektion des Wassers mit einer Ozongabe ins Wasser gleich nach der Reinigung einen unangenehmen (synthetischen) Geschmack verursacht. Einige Verbraucher dieses Wassers können wegen einer zu hohen Sauerstoffmenge in modifizierter Form, in Ohnmacht fallen. Solches Wasser ist erst mehrere Stunden nach der Reinigung trinkbar wenn das Ozon O3 zu Sauerstoff O2 wird. Dieses Rei- nigungsprinzip unterscheidet sich also von der hier aufgeführten Lösung.
Eine andere bekannte Lösung für eine mehrstufige Wasserfiltration ist aus der US 20140144820 A1 bekannt. Diese Lösung gewährleistet ein System zur schnellen Reinigung kontaminierten Wassers. Mit einem niedrigen Energieaufwand wird das Wasser durch Luftvorreinigung und eine Überwachungskammer, die das Wasser in die Kammer mit einem biologischen Reaktor zuführt, gereinigt. Aus dem biologischen Reaktor, in dem aus dem Wasser Mikroorganismen und Bakterien entfernt werden, wird das Wasser in das UV-Desinfektionssystem transportiert. Das System ist in einen militärzertifizierten Container eingebaut. Die Programmausrüstung (Programmable Logic Controller - PLC) gewährleistet ein automatisiertes Reini- gungsverfahren und ermöglicht das Überwachen von einzelnen Reinigungsstufen. Wegen ihres niedrigen Energieverbrauchs (bis zu 350 W) stellt die Vorrichtung eine wirtschaftliche Lösung dar und kann einfach durch Solarzellen gespeist werden. Im Vergleich zur erfindungsgemäßen Lösung stellt die genannte Lösung ein wesentlich anderes System von aufeinanderfolgenden Reinigungsstufen dar. Die UV-Sterilisierung wird als Endverfahren eingesetzt und es umfasst keine Selbstreinigungsfunktion. Das System unterscheidet sich auch durch die Einspeisung angeht: die Solarzellen werden auf dem Container angeordnet, der physisch von der Vorrichtung getrennt ist, während die erfindungsgemäße Vorrichtung eine einfachere Lösung hinsichtlich der Einspeisung umfasst, die unmittelbar auf dem Vor- richtungsgehäuse angebracht wird.
Gemäß der CA 2492799 A1 , umfasst eine Lösung für eine mehrstufige Hochqualitätsreinigung von Wasser die Einheiten, Vorfiltration, Aktivkohlefilter, Umkehrosmose, UV-Einheit und Mischeinheit. Im Vergleich zur erfindungsgemäßen Lösung umfasst die genannte Lösung eine andere Reihenfolge von Reinigungsstu- fen, stellt aber keine Lösung der Selbstreinigungsfunktion dar. Gemäß der US 20130306529 A1 wird ein System zur Reinigung von kontaminiertem Wasser durch ein transportables mehrstufiges Reinigungssystem von kontaminiertem Wasser derart dargestellt, dass jede Einheit die Wasserdurchflussreduktion durch die nächste Einheit als Filter nutzt und zwar basierend auf dem Prinzip der Zugabe von UV-Licht mit einer Durchgängigkeit von 16000 Micro- watt/cm2/Sekunde. Da die Lösung ausschließlich auf dem UV-Sterilisierungsver- fahren basiert, stellt sie keine ähnliche Lösung zur erfindungsgemäßen Lösung dar. Die Reinigung von extrem kontaminiertem Wasser (vor allem antiviral) ist auch fraglich. Aus der KR 1020030068177 A ist eine einfache Vorrichtung zur Wassersterilisie- rung mithilfe eines UV-Sterilisators und eines Faserfilters bekannt. Die Vorrichtung ermöglicht keine Selbstreinigungsfunktion und kann deshalb mit der erfindungsgemäßen Lösung nicht verglichen werden, wohingegen sie auch das Chlorierverfahren zur Endsterilisierung von Wasser umfasst. Darstellung der Erfindung
Das Problem der mehrstufigen Filtration von kontaminiertem Wasser zu reinem Trinkwasser wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst.
Kurze Beschreibung der Zeichnung Mit der erfindungsgemäßen mehrstufigen Reinigung kann reines Trinkwasser hergestellt werden, wobei durch die Selbstreinigungsfunktion eine längere Lebensdauer der Filteranordnungen gewährleistet wird. Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Dabei zeigen:
Figur 1 : Oxidations-/Reduktionsverfahren, Figur 2: Vorrichtung zur mehrstufigen Hochqualitätsreinigung von kontaminiertem Wasser, Figur 3: Verfahren zur mehrstufigen Hochqualitätsreinigung von kontaminiertem Wasser.
Weg zur Ausführung der Erfinding
Die Figur 1 stellt das Reduktions-Oxidationsverfahren dar. Die Reduktions- Oxidations-Reaktion (Redoxreaktion) ist eine der bekanntesten, in der Natur auftretenden Reaktionen. Reduktions-Oxidations-Mittel entfernen Gase wie Chlor, Wasserstoffsulfid (Schwefelwasserstoff) und Methan aus Wasser. Sie entfernen auch alle löslichen Schwermetalle, helfen die Ablagerung von Mineralhartbelägen zu verhindern und die Anwesenheit von Mikroorganismen zu reduzieren. Die Ei- genschaft, wegen der diese Mittel einzigartig sind, besteht darin, dass die gesamte, zur Entfernung von Kontaminanten aus dem Wasser benötigte Energie natürlich bzw. inherent im elektrochemischen und katalytischen Potential eines Reduk- tions-Oxidations-Mittels anwesend ist. Mit seiner Universalanwendung eignet sich das Reduktions-Oxidations-Mittel hervorragend für eine breite Palette von Was- Serbehandlungsanwendungen. Das ist wichtig zur Entfernung von bestimmten Substanzen aus dem Wasser, wie Chlor, gelöste Schwermetalle und Eisen. Die Reduktions-Oxidations-Reaktion ermöglicht eine Kontrolle von Mikroorganismen und verhindert Ablagerungen aus Hartbelägen.
Entchlorung: Die Reduktions-Oxidations-Mittel mit reinem Kupfer-Zink (hoher Reinheitsgrad) entfernen stetig 99 % des freien Chlors aus dem Trinkwasser, indem sie das gelöste Chlorgas elektrochemisch zu wasserlöslichen Chloridionen reduzieren.
Entfernung von gelösten Schwermetallen: Beim direkten Kontakt entfernen die Reduktions-Oxidations-Mittel bis zu 98% der wasserlöslichen Kationen von Blei, Quecksilber, Kupfer, Nickel, Chrom, Arsen, Antimon, Kobalt und eine große Anzahl anderer gelösten Schwermetalle. Der Entfernungsmechanismus ist elektrochemisch und teilweise auch katalytisch. Lösliche Bleikatione reduzieren sich zu unlöslichen Bleiatomen und galvanisieren die Oberfläche und den Zwischenraum von granulären Medien. Die metallischen Kontaminanten binden sich an die Re- duktions-Oxidations-Mischung, bis sich die Filtermaterialien schließlich in einem Kupferschmelzer recyclen.
Kontrolle von Mikroorganismen: Das Wachstum von Mikroorganismen wird mit einer Änderung des Oxidation/Reduktion-Potentials (ORP) OD + 200 mV für unbe- handeltes Wasser, bis -500 mV für das mit dem Reduktions-Oxidations-Mittel filtrierte Wasser kontrolliert. Allgemein können verschiedene Bakterientypen nur im Rahmen eines spezifischen Gebiets des Reduktions-Oxidations-Potentials wachsen. Das mit einem Reduktions-Oxidations-Mittel behandelte Wasser reduziert die Bakterien und andere Mikroorganismen, indem es die Übertragung von Elektronen zerbricht bzw. unterbricht, was eine ganze Kaskade von Zellschäden verursacht. Die Reduktions-Oxidations-Mittel töten die Bakterien auch durch den unmittelbaren elektrochemischen Kontakt und durch die schnelle Bildung von Hydroxyradika- len und Wasserstoffperoxid, was die Funktionsfähigkeit der Mikroorganismen verletzt. Verhinderung von Ablagerungen aus Hartbelägen: Die Reduktions-Oxidations- Mittel verhindern die Bildung und Ablagerung von Mineralbelägen/Ablagerungen, vor allem von Kalziumkarbonat. Die Elektronenmikroskopie und Röntgenkristallo- grafie beweisen, dass sich die Hartbeläge aus unbehandeltem Wasser in relativ großen nadeiförmigen Kristallen aus Kalzium- und Magnesiummineralsalzen mit unregelmäßigen Formen bilden. Die Salze bilden ein hartes, unlösliches und verflochtenes Netz von glasartigen Kalkablagerungen, die die Gas- bzw. Wasserleitungen verstopfen sowie die Übertragung von Wärme verhindern und die Ausrüstung beschädigen. Das durch die Reduktions-Oxidations-Mittel filtrierte Wasser ändert die Morphologie von unlöslichen Kristallen des Kalzium- und Magnesium- karbonats und -sulfats zu relativ kleinen, regelmäßig geformten gerundeten Körnern und Stäbchen. Letztere bilden eine unstabile Pulververbindung, die nicht an Metalloberflächen haftet und wird durch 5-Mikron-Filtration entfernt.
Eisenentfernung: Zur Filtration verbinden die Reduktions-Oxidations-Mittel gelöstes Sauerstoff und lösliches Eisen (Fe2)+. Beim Kontakt fällt (Fe2)+ katalytisch in Form von unlöslichem Eisenhydroxid und Eisenoxid aus. Dies trägt zur Reduzie- rung von Eisenbakterien und von Nebenprodukten des Wasserstoffsulfids sowie zur Verkleinerung von Eisenbakterienkolonien. Die primäre gute Eigenschaft von Reduktions-Oxidations-Mittel für die Filtration ist deren Synergiekompatibilität mit dem Aktivkohlegranulat. Im Filter befindet sich ein Reduktions-Oxidations-Mittel in Kombination mit verschiedenen, in verschiedenen Formen anwesenden Aktivkohlen, die für die Entfernung von natürlichen organischen Substanzen, Pestiziden, Detergenten, chlorierten Lösungen, anorganischen Chemikalien und pharmazeutischen Zwischenprodukten, des gelösten Bleis, Quecksilber, Nickel, Chrom und anderen Schwer- metallen, die Geschmacks- und Geruchsveränderungen verursachen, geeignet sind. Zusammen bieten die Medien hervorragende Adsorptionseigenschaften und einen ultrahohen Reinigungsgrad. Wegen ihrer einzigartigen Form ermöglichen sie einen außerordentlich niedrigen hydrodynamischen Druckabfall.
Die Figur 2 stellt die Vorrichtung zur mehrstufigen Hochqualitätsreinigung von kon- taminiertem Wasser dar. Das Wasser tritt durch einen Ansaugkorb 1 ein, der aus einem einen groben Vorfilter aufweisenden Gehäuse und einem inneren 50- Mikron-Filter besteht und derart zusammengesetzt ist, dass sich das durch das Netz sickernde Wasser verwirbelt. Im Saugrohr wird Unterdruck erzeugt, der das mit einem Ozonerzeuger 2 erzeugte Ozon ins Wasser zieht. Luft 24 tritt durch ei- nen Durchflussregler 3 in den Ozonerzeuger ein. Das Wasser tritt dann durch eine Inverterpumpe 4 und ein Elektroventil 5 in einen Ultrafiltrationsmodul 6 tangential auf die Membranoberfläche. Wegen des tangentialen Stroms und des geöffneten Auslasses auf der Membran, werden die Kontaminanten durch den Wasserdurchflussregler 7 und durch das Elektroventil 8 in den Abwasserauslass 9 gespült. Im Falle der automatischen Reinigung der Membran öffnet sich das Ventil 8, durch welches kontaminiertes Wasser abfließt. Das Reinwasser sickert durch die Membran und tritt durch ein Elektroventil 10 in einen Multi-Medien-Filter 16 ein. Ein Teil des gereinigten Wassers fließt durch ein Elektroventil 1 1 in den Reinwassertank 15, wo Reinwasser zur Rückreinigung der Membran gespeichert wird. Bei der Rückreinigung fließt das Reinwasser aus dem Reinwassertank 15 durch eine Pumpe 13 und die UF-Membran - Ultrafilter 12, wo das Wasser erneut gereinigt wird, und tritt in den reinen Teil der Membran - das Ultrafiltrationsmodul 6 ein. Bei der Reinigung von Filtrations-Medien ist auch die Reinigung durch den Rückspü- lungsbypass 22 möglich, der den Wassereintritt durch ein Rückschlagventil 14 ermöglicht, indem der Auslass des Abwassers in Gegenrichtung verhindert wird. Somit wird eine zusätzliche Spülung der kontaminierten Partikeln auch dann gewährleistet, wenn die Reinigungsfunktion kontaminierten Wassers der Vorrichtung nicht betrieben wird. Die Pumpe 13 pumpt das Wasser aus dem Tank 15 und schiebt es durch die Membran 12 in Gegenrichtung des Betriebs, sodass die Schmutzpartikeln durch den Abwasserauslass 9 geschoben werden. Das in den Multi-Medien-Filter 16 einfließende Wasser wird zuerst durch die LED-UV- Sterilisation desinfiziert, danach fließt es durch mehrere Schichten des MultiMedien-Filters 16. Bevor das Reinwasser austritt, erfolgt auch die Nanofiltration durch einen Nanofilter 17. Um einen kontrollierten Auslass des Reinwassers zu erzielen, wird der Auslass des Reinwassers nach der beendeten Reinigung des durch die Öffnung 23 ausfließenden Wassers durch ein Elektroventil 18 gesteuert. Die Vorrichtung ermöglicht die Versorgung aus einer Energiequelle 19, die eine Photovoltaik-Zelle 20 oder eine andere geeignete Quelle sein kann, und alles zusammen wird durch einen Kontroller 21 gesteuert.
Die Figur 3 stellt das Verfahren zur mehrstufigen Hochqualitätsreinigung von kon- taminiertem Wasser dar. Das Wasser tritt durch eine Öffnung ein, die aus einem einen groben Vorfilter aufweisenden Gehäuse und einem inneren 50-Mikron-Filter besteht und so zusammengesetzt ist, dass sich das durch das Netz sickernde Wasser verwirbelt. Im Saugrohr wird Unterdruck erzeugt, der das mit einem Ozonerzeuger 2 erzeugte Ozon ins Wasser zieht. Die mit Sauerstoff angereicherte Luft, die durch Elektroden im Erzeuger geleitet wird, wobei ein elektrisches Feld mit Hochspannung und Mittelhochfrequenz erzeugt wird, gelangt in den Ozonerzeuger. So entsteht das Ozon, das eine allotrope Modifikation von Sauerstoff ist. Es ist dadurch gekennzeichnet, dass es extrem instabil und reaktiv ist und schnell zerfällt, aber sehr gut mit Metallen und organischen Substanzen oxidiert, es tötet Mikroorganismen ab und entfernt unangenehme Gerüche. Durch die Zuführung von Ozon vor dem Eintritt in die Membran läuft eine ganze Reihe von Reaktionen ab, die ein besseres Funktionieren des Ultrafilters, der im Rahmen der Selbstreini- gungsfunktion der Filtrationsmedien funktioniert, ermöglichen. Die anorganischen Kontaminanten werden durch Ozon oxidiert und dadurch werden die Ansammlungen von Kontaminanten, die schwerer durch die Membranporen dringen, erhöht. Das Wasser tritt dann durch die Inverterpumpe ein, die das Wasser zum Ultrafiltra- tionsmodul zuführt, in dem die Ultrafiltration stattfindet. Wegen des tangentialen Stroms und des geöffneten Auslasses auf der Membran, werden die Kontaminanten durch den Wasserdurchflussregler als Abwasser am Abwasserauslass gespült. Im Falle einer automatischen Reinigung der Membran öffnet sich das Ventil, durch welches kontaminiertes Wasser abfließt. Ein Teil des gereinigten Wassers fließt durch das Elektroventil in den Tank, wo Reinwasser zur Rückreinigung der Membran gespeichert wird. Bei der Rückreinigung fließt das Reinwasser durch die Pumpe und die UF-Membran, wo das Wasser erneut gereinigt wird und in den reinen Teil der Membran eintritt. Das Wasser schiebt dann den Schmutz in Gegenrichtung des Betriebs und durch den Auslass des Abwassers. Damit wird die Selbstreinigungsfunktion ermöglicht. Der andere Teil des gereinigten Wassers sickert zuerst durch die Membran und tritt durch das Elektroventil in den MultiMedien-Filter ein, wo die Multi-Medien-Filtration und UV-Sterilisation stattfinden. In der ersten Phase wird das Wasser durch LED-UV-Sterilisation desinfiziert, danach fließt es durch mehrere Schichten des Multi-Medien-Filters. Die Filtrationsmedien sind in einer bestimmten Reihenfolge angeordnet und bieten viele Vorteile. Jede Schicht fungiert als ein Filter, der in der Kombination mit den anderen Schichten eine ganze Reihe von Filtern ersetzt, einschließlich der Wassersterilisierung. Wegen eines niedrigen hydrodynamischen Druckverlusts zwischen den Medien funktioniert sie auch bei einem nidrigen Druck und benötigt weniger Energie. Wegen der LED-UV-Sterilisierung am Eintritt des Wassers in den Filter können im Filter keine Mikroorganismen wachsen. Des Weiteren umfasst der Multi-Medien-Filter ein Filtrationsmedium, das mit der Änderung des OxidationsVReduktionspotentials das Wachstum von Mikroorganismen kontrolliert. Allgemein können verschiedene Bakterientypen nur im Rahmen eines spezifischen Gebiets des Reduktions- Oxidations- Potentials wachsen. Das mit diesem Medium behandelte Wasser reduziert die Bakterien und andere Mikroorganismen, indem es die Übertragung von Elektronen verhindert bzw. unterbricht, was eine ganze Kaskade von Zellschäden verursacht. Die Reduktions-Oxidations-Mittel töten die Bakterien auch durch den unmittelbaren elektrochemischen Kontakt und durch die schnelle Bildung von Hyd- roxyradikalen und Wasserstoffperoxid, was die Funktionsfähigkeit der Mikroorganismen zerstört. Am Ende erfolgt die Nanofiltration durch einen Nanofilter, bestehend aus wärmegebundenen Mikroglasfasern und Zellulose, die mit Nanoalumin- afasern in einer Fließmatrize verworben sind, was eine hohe Ladung des Filtrationsmediums bewirkt. Die genannte Zusammensetzung ist in eine gefaltete Einlage eingesetzt, was eine einzigartige Kombination von Wirksamkeit, Leistung, Geschwindigkeit und niedrigem Druckabfall des Durchflusses gewährleistet. Alle Na- nofilterkomponenten sind gemäß dem amerikanischen FDA-Zertifikat eingesetzt. Der Nanofilter ist so konzipiert und ausgebildet, dass er den anspruchsvollsten Bedürfnissen zur Wasserbehandlung genügt. Mit der Anwendung des wissenschaftlichen Prinzips des elektropositiven Anziehungskraft/Erfassung führt er zu einer schnellen und sehr wirksamen Adsorption fast aller Partikelgrößen. Das Na- nomedium hat eine hohe Leistung für Partikeln mit einer Größe von 10 Mikron bis zu Partikeln mit einer Größe von mehreren Nanometern. Nach der Nanofiltration tritt das Wasser als Trinkwasser aus, das rein und trinkbar ist.
Mit diesem Verfahren werden mikrobiologisch und chemisch kontaminierte Wasserquellen zu reinem Trinkwasser gereinigt. Solches Trinkwasser übertrifft die anspruchsvollsten Gesundheitsstandards für Trinkwasser in der Welt.

Claims

Patentansprüche
1 . Transportable Vorrichtung zur mehrstufigen Hochqualitätsreinigung von kontaminiertem Wasser, mit einer Ozoneinblasung für durch ein Ultrafiltrationsmodul geleitetes kontaminiertes Wasser, mit einem anschließenden Mehrstufen- wasserfilter sowie mit einer UV-Sterilisierung zum mechanischen, chemischen und antiviralen hochwertigen reinigen von kontaminiertem Wasser in mehreren Stufen, gekennzeichnet durch einen Ansaugkorb (1 ) für das Wasser, der aus einem einen groben Vorfilter aufweisenden Gehäuse und einem inneren 50-Mikron- Filter besteht, mit einem einem Saugrohr zugeordneten, mit einem Durchflussreg- ler (3) für Luft (24) ausgestatteten, Ozonerzeuger (2), mit einer an die Saugleitung angeschlossenen Inverterpumpe (4), die über ein Elektroventil (5) an ein Ultrafiltrationsmodul (6) angeschlossen ist, welches zum Spülen durch einen Wasserdurchflussregler (7) und durch ein Elektroventil (8) an einen Abwasserauslass (9) angeschlossen ist, mit einem der Reinwasserseite der Membran des Ultra.filtra.ti- onsmoduls (6) über ein Elektroventil (10) nachgeordneten Filter (16), wobei ein Teil des gereinigten Wassers vor dem Filter (16) durch ein Elektroventil (1 1 ) in einen Reinwassertank (15), der Reinwasser zur Rückreinigung der Membran speichert, mündet, wobei dem Reinwassertank (15) eine Pumpe (13) und ein Ultrafilter (12) nachgeordnet sind, die zur Rückspülung an das Ultrafiltrationsmodul (6) angeschlossen sind und wobei dem in den, mehrere Schichten aufweisenden, Filter (16) einfließenden Wasser eine LED-UV-Sterilisation zugeordnet ist, welchem Filter (16) ein Nanofilter (17) nachgeordnet ist, der einer durch ein Elektroventil (18) gesteuerten Öffnung (23) für ausfließendes Wasser vorgeordnet ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , gekennzeichnet durch einen Rückspülungs- bypass (22), der über ein Rückschlagventil (14) an die Pumpe (13) angeschlossen ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Steuerung ein Kontroller (21 ) und zur Versorgung eine Energiequelle (19), insbesondere eine Photovoltaik-Zelle (20), vorgesehen sind.
4. Verfahren zur mehrstufigen Hochqualitätsreinigung von kontaminiertem Wasser dadurch gekennzeichnet, dass das Wasser zunächst durch einen groben Vorfilter und einen 50-Mikron-Filter geleitet wird, wobei das Wasser verwirbelt wird und in einem Saugrohr Unterdruck vorherrscht, der Ozon ins Wasser zieht, wonach das das Wasser mit einer Inverterpumpe durch ein Ultrafiltrationsmodul gepumpt wird, aus dem zu einer automatischen Reinigung der Membran bei geöffnetem Auslass Kontaminanten durch einen Wasserdurchflussregler als Abwasser am Abwasserauslass ausspülbar sind, dass ein Teil des im Ultrafiltrationsmodul gereinigten Wassers in eine Tank zur Rückreinigung der Membran des Ultra- filtrationsmodul gespeichert wird, bei einer Rückreinigung durch eine Pumpe und eine UF-Membran die Membran des Ultrafiltrationsmoduls rückspült und das Wasser durch den Auslass ausspült, dass der andere Teil des gereinigten Wassers über ein Elektroventil einem Filter zugeleitet wird, wobei in einer ersten Phase das Wasser durch LED-UV-Sterilisation desinfiziert wird und danach durch mehrere Schichten des Filters fließt, wonach das Wasser über einen Nanofilter geleitet wird.
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