DE102007049736A1

DE102007049736A1 - Trinkwasser-Aufbereitungsvorrichtung

Info

Publication number: DE102007049736A1
Application number: DE200710049736
Authority: DE
Inventors: Helmut Specker; Klaus Weizenegger
Original assignee: BES GmbH
Current assignee: BES GmbH
Priority date: 2007-10-16
Filing date: 2007-10-16
Publication date: 2009-04-23

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Trinkwasser-Aufbereitungsvorrichtung mit einem Träger (3), welcher an oder in zumindest seiner Oberfläche Titandioxid (TiO₂) aufweist und welcher zum Aufbereiten von das Titandioxid (TiO₂) benetzendem Wasser (W) unter Einsatz von auf das Titandioxid (TiO₂) fallendem Licht (L) angeordnet ist. Der Träger (3; 3*) ist innerhalb des Behälters (1) angeordnet, wobei der Behälter (1) mit einer Behälterwand (2) mit zumindest einem für das Licht (L) durchlässigen Wandungsabschnitt ausgebildet ist und wobei der Träger (3; 3*) innerhalb des Behälters (1) so angeordnet ist, dass das Licht auf das Titandioxid (TiO₂) fällt. Dadurch kann z. B. eine übliche durchsichtige PET-Flasche durch Einbringen eines derartigen Trägers zu einer Trinkwasser-Aufbereitungsvorrichtung umfunktioniert werden.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Trinkwasser-Aufbereitungsvorrichtung mit den oberbegrifflichen Merkmalen gemäß Patentanspruch 1.
Allgemein bekannt ist, dass eine Oberfläche aus Titandioxid (TiO₂) bei einer Bestrahlung mit Sonnenlicht insbesondere der Wellenlänge kleiner 390 nm Elektronen-Loch-Paare ausbildet. Dabei wirken die entstehenden Löcher als extrem starke Oxidationsmittel, so dass dieser Effekt zur oxidativen Zerstörung von Abwasserinhaltsstoffen sowie zur Wasserentkeimung einsetzbar ist. In Entwicklung befinden sich derzeit Wasseraufbereitungsanlagen aus großen flächigen Gebilden, über deren geneigt angeordnete Oberfläche Wasser geleitet wird, um dieses zu reinigen und aufzubereiten. Probleme bei solchen Anlagen bestehen darin, dass diese, abgesehen von technischen Umsetzungsproblemen den Betrieb einer Umwälzpumpe und die Verarbeitung großer Mengen an Wasser erforderlich machen. In Regionen mit Wasserknappheit, in denen nur geringe Mengen Wasser vorhanden sind, sind derartige Anlagen unabhängig vom technischen Aufwand auch mit Blick auf eine hohe Verdunstungsrate des aufzubereitenden Wassers beim Strömen über eine große freie Fläche nur bedingt einsetzbar.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Trinkwasser-Aufbereitungsvorrichtung vorzuschlagen, welche auch zur Aufbereitung nur geringer Trinkwassermengen geeignet ist. Insbesondere soll eine solche Trinkwasser-Aufbereitungsvorrichtung aus einfachen Komponenten aufgebaut sein.
Diese Aufgabe wird durch die Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand von abhängigen Ansprüchen.
Bevorzugt wird demgemäß eine Trinkwasser-Aufbereitungsvorrichtung mit einem Träger, welcher an oder in zumindest sei ner Oberfläche Titandioxid aufweist und welcher zum Aufbereiten von das Titandioxid benetzendem Wasser unter Einsatz von auf das Titandioxid fallendem Licht angeordnet ist. Der Träger ist innerhalb des Behälters angeordnet, wobei der Behälter mit einer Behälterwand mit zumindest einem für das Licht durchlässigen Wandungsabschnitt ausgebildet ist und wobei der Träger innerhalb des Behälters so angeordnet ist, dass das Licht auf das Titandioxid fällt. Dadurch kann z. B. eine übliche durchsichtige PET-Flasche durch Einbringen eines derartigen Trägers zu einer Trinkwasser-Aufbereitungsvorrichtung umfunktioniert werden.
Der Träger ist gemäß einer ersten Ausführungsform aus einem in den Behälter schüttfähigen Gut ausgebildet, wobei das Gut an oder in zumindest seiner Oberfläche das Titandioxid aufweist. Dieser Träger in Form des schüttfähigen Guts ist bevorzugt aus einem porösen Material, insbesondere aus Blähtonkugeln mit dem Titandioxid an und in seiner Oberfläche ausgebildet.
Der Träger ist gemäß einer zweiten Ausführungsform aus einem zumindest in einer Grundform flächigen Material und zugleich aus einem in eine gebogene und/oder geknickte Form bringbaren Material ausgebildet, wobei das Material an oder in zumindest seiner Oberfläche das Titandioxid aufweist. Dieser Träger kann aus einem elastischen Material mit einer Breite größer eines Durchmessers des Behälters ausgebildet sein und zum Einstecken in den Behälter elastisch biegbar sein. Besonders bevorzugt ist dieser Träger aus einem elastischen Material mit einer Breite gleich oder größer eines halben Innenumfangs πd/2 des Behälters ausgebildet und zum Einstecken in den Behälter ausreichend elastisch biegbar. Dadurch legt sich der Träger nach dem Einlegen dicht an einer Innenwand des Behälters an, wobei der Träger abhängig vom verbleibenden Abstand optional Strukturen aufweist, welche einen Durchtritt, insbesondere ein Durchströmen des aufzubereitenden Wassers in die Bereiche ermöglichen, in denen das Licht auf das Titandioxid auftrifft.
Der Träger weist insbesondere zumindest einen gitterförmigen oder vorzugsweise feinmaschigen netzförmigen Abschnitt mit an oder in zumindest seiner Oberfläche dem Titandioxid auf. Dies ermöglicht einen Durchtritt, insbesondere ein Durchströmen des aufzubereitenden Wassers in die Bereiche, in denen das Licht auf das Titandioxid auftrifft.
Der Träger kann aus Metall oder Kunststoff ausgebildet sein. Das Titandioxid kann als in Farbe oder ein aufstreichbares oder aufsprühbares Streichmedium eingemischtes Titandioxidpulver auf die Oberfläche aufgebracht werden. Das Titandioxid ist vorzugsweise auf Kohlenstoffbasis dotiertes Titandioxid.
Der Behälter ist besonders bevorzugt aus Kunststoff ausgebildet, insbesondere eine mittels eines Verschlusses verschließbare und wieder zu öffnende PET-Flasche.
Als eigenständig bevorzugter Gegenstand kann der Träger einer solchen Trinkwasser-Aufbereitungsvorrichtung aus einem zumindest in einer Grundform flächigen Material und zugleich aus einem in eine gebogene und/oder geknickte Form bringbaren Material ausgebildet sein, wobei das Material an oder in zumindest seiner Oberfläche Titandioxid aufweist.
Ein Ausführungsbeispiel wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei werden bei der Beschreibung verschiedener Ausführungsbeispiele gleiche Bezugszeichen für gleiche oder gleich wirkende Komponenten bzw. funktionale Merkmale verwendet, wobei außerdem unter Verweis auf die jeweils andere Ausführungsform im Wesentlichen nur Unterschiede zwischen den Ausführungsformen beschrieben werden. Es zeigen:
1 eine erste Ausführungsform einer bevorzugten Trinkwasser-Aufbereitungsvorrichtung, bei welcher mit Titandioxid besetzte kugelförmige Körper in einem für Licht durchdringbaren Behältnis eingefüllt sind;
2 eine zweite Ausführungsform, bei welcher in einem solchen Behälter ein gitterförmiger Träger mit Titandioxid eingesetzt ist und
3 einen Herstellungsvorgang für eine solche Trinkwasser-Aufbereitungsvorrichtung mit einem gitterförmigen Träger.
Wie aus 1 ersichtlich, besteht eine bevorzugte Trinkwasser-Aufbereitungsvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel aus einem für Licht L durchsichtigen Behälter 1. Alternativ können auch andere Behälter verwendet werden, solange zumindest ein Wandungsabschnitt einer Behälterwand 2 des Behälters 1 für das Licht L durchlässig ist. Insbesondere ist dabei die Durchlässigkeit von Licht mit Wellenlängen von Relevanz, welche eine Aktivierung von Titandioxid TiO₂ als Photokatalysator ermöglichen.
In dem Behälter 1 befindet sich eine Vielzahl von Körpern eines Schüttguts als Träger 3* für Titandioxid TiO₂. Vorzugsweise besteht das schüttgutförmige Material aus Blähtonkugeln. Blähtonkugeln zeichnen sich durch eine offenporige Struktur aus, welche eine relativ große außenseitige Oberfläche bildet. Dadurch kann eine Beschichtung mit Titandioxid TiO₂ mit einer sehr großen Wirkfläche erzielt werden. Das Titandioxid TiO₂ wird vorzugsweise als Nanopulver bereitgestellt und in beispielsweise ein klebriges und flüssiges Bindemittel eingearbeitet auf die Blähtonkugeln aufgebracht. Nach dem Aushärten befinden sich Partikel des Titandioxids von außen frei zugänglich auf der sehr großen Oberfläche der Blähtonkugeln.
Durch das Einfüllen von aufzubereitendem Wasser W in den Behälter 1 tritt das Wasser W mit der Oberfläche der Blähtonkugeln, das heißt der Träger 3* in Kontakt. Durch einfallendes Licht L entsteht eine photokatalytische Reaktion des Titandioxids TiO₂, welche eine Reinigung des aufzubereitenden Wassers W bewirkt.
Zur Erhöhung der Reinigungswirkung weist der Behälter 1 einen Verschluss 7 zum Verschließen einer Öffnung 8, welche zum Ein- und Ausgießen der Träger 3* und des Wassers W dient, auf. Vorzugsweise kann bereits eine handelsübliche PET-Flasche, welche als Getränkeflasche weltweit erhältlich ist, als der Behälter 1 eingesetzt werden. Durch das Einfüllen des Trägers 3* in Form der mit Titandioxid TiO₂ besetzten Oberfläche wird auf einfache Art und Weise eine Trinkwasser-Aufbereitungsvorrichtung bereitgestellt, welche überall einsetzbar ist, um geringe Trinkwassermengen für einen persönlichen Bedarf einer Person bereitzustellen.
2 zeigt eine zweite Ausführungsform einer Trinkwasser-Aufbereitungsvorrichtung, welche den Nachteil der ersten Ausführungsform beseitigt, bei welcher nur ein sehr geringer Anteil der insgesamt vorhandenen Oberfläche der Vielzahl von Blähtonkugeln dem von außen einfallenden Licht L und damit dem Zutritt von insbesondere UV-Licht zugänglich ist, so dass nur ein relativ geringer Anteil des Titandioxids TiO₂ effektiv zur Wasseraufbereitung eingesetzt wird. Anstelle der Blähtonkugeln wird als Träger 3 eine sich an einer Innenwand der Behälterwand 2 benachbart angeordnete flächige Struktur eingesetzt.
Besonders bevorzugt wird dabei ein Träger 3, welcher nicht aus einem durchgehend flächigen Material sondern aus einem Material mit einer Vielzahl von Durchbrüchen besteht. Neben einem Material mit Durchbrüchen können prinzipiell auch Gewebe, Gelege, Gewirke etc. eingesetzt werden. Entscheidend ist, dass das eigentliche Material des Trägers 3 an oder in der Oberfläche Titandioxid TiO₂ aufweist, welches bei Durchtritt von Licht L durch die Behälterwand 2 zu einer Lochbildung als photokatalytischer Reaktion führt. Dabei ist der Träger 3 so angeordnet, dass insbesondere an seiner der Behälterwand 2 zugewandten Außenseite ein Benetzen, vorzugsweise ein Vorbeiströmen und/oder Durchströmen von aufzubereitendem Wasser W möglich ist. Beispielsweise kann ein flächiger Träger 3 Vorsprünge aufweisen, welche genügend Strömungsraum für das Wasser W zwischen dem Träger 3 und der Behälterwand 2 belassen. Insbesondere aber sind Zwischenräume zwischen einzelnen festen Strukturelementen des Trägers 3 so ausgebildet, dass das Wasser W aus dem Innenraum des Behälters 1 in diese eintreten kann, um mit dem Titandioxid TiO₂ am Träger 3 in eine Wirkverbindung zum Aufbereiten des Wassers W zu treten.
Der Träger 3 kann dabei aus für sich bekannten geeigneten Materialien bestehen, insbesondere aus metallischen Materialien oder Kunststoff.
Vorzugsweise wird der Träger 3 dadurch bereitgestellt, dass eine Gitter- oder Netzstruktur aus dem Basismaterial mit Titandioxid TiO₂ beschichtet wird. Dazu kann das Titandioxid TiO₂ in eine Farbmatrix eingebunden und aufgestrichen, aufgespritzt oder aufgesprüht werden.
Wirksamer als derartiges, insbesondere als Titandioxid-Nanopulver in Farbe eingemischtes Titandioxid TiO₂, sind auf Kohlenstoffbasis dotierte Titandioxide. Deren dunklere Farbe hat für den Einsatzbereich als Trinkwasser-Aufbereitungsmedium keine nachteilige Folge, da bei der Trinkwasser-Entkeimung lediglich die Effektivität des Photokatalysators von Bedeutung ist. Vorzugsweise lässt ein derart aufgebauter Titandioxid-Katalysator in seiner Wirkung selbst über Monate hinweg nicht nach. Dies gilt insbesondere dann, wenn z. B. in einer PET-Flasche als dem Behälter 1 mit einem innenliegenden TiO₂-Netz als dem Träger 3 stets neues Grundwasser oder sonstiges aufzubereitendes Wasser aufbereitet wird und dadurch eine dauerhafte Beeinflussung des pH-Wertes vermieden wird.
Wenn beispielsweise ein Kunststoffnetz als der Träger 3 mit einem Beschichtungsträger als ein aufstreichbares oder aufsprühbares Streichmedium mit eingemischtem Titandioxid-Pulver versehen wird, wird vorzugsweise auf eine ausgeprägte Haltbarkeit und Flexibilität geachtet. Insbesondere wird bei einem Verformen des Trägers 3, insbesondere bei einem Zusammenrollen bzw.
Wieder-Entfalten, darauf geachtet, dass kein Abplatzen der Beschichtung mit dem Titandioxid TiO₂ erfolgt.
Um einen derartigen Träger 3 in den Behälter einzuführen, wird der Träger 3, wie dies in 3 skizziert ist, zu einer Rolle mit einem Außendurchmesser kleiner einem Innendurchmesser der Öffnung 8 aufgerollt und dann durch die Öffnung 8 in den Behälter 1 gesteckt. Bei Verwendung eines Trägers 3 aus einem elastischen Material entfaltet sich der Träger 3 innerhalb des Behälters 1 wieder und legt sich im Idealfall an der Innenseite der Behälterwand 2 oder dicht benachbart dazu an.
Vorzugsweise wird dabei ein Träger 3 mit einer Breite b gewählt, welcher größer als ein Innendurchmesser d des Behälters 1 ist, um bei entfaltetem bzw. wieder-entrolltem Zustand des Trägers 3 diesen vorzuspannen. Besonders vorteilhaft, jedoch nicht zwingend erforderlich, ist eine Breite b des Trägers 3 kleiner oder insbesondere gleich dem Innenumfang πd/2 des Behälters 1, da sich der Träger 3 dann vorzugsweise längs des gesamten Innenumfangs der Behälterwand 2 an dieser anlegt.
Insbesondere beim Einsatz von Trägern 3, welche zum Einbringen in den Behälter 1 elastisch verformbar ausgestaltet sind, wird auf eine Beschichtung mit einer Farbe 5 oder dergleichen, welche das Titandioxid TiO₂ in Form insbesondere von Titandioxid-Pulver 6 enthält, darauf geachtet, dass ein Beschädigen oder Abplatzen der Schicht beim elastischen Verformen des Trägers 3 vermieden wird.
Für den Einsatz in z. B. für sich bekannten Glas- oder PET-Flaschen kann beispielsweise ein netz- oder gitterförmiger Träger 3 in Größe eines DIN-A4-Blattes gewählt werden. Ein solches mit TiO₂ beschichtetes Metall- oder Kunststoffnetz wird dann auf einen Außendurchmesser von etwa 1 cm eng zusammengerollt und durch die Öffnung 8 in den Behälter 1 eingeführt. Nach dem vorzugsweise aufgrund der Elastizität automatischen Entfalten bzw. Auseinanderrollen liegt der Träger 3 vorzugsweise nah an der Innenwandung der Behälterwand 2 an, so dass einfallendes Licht L nach dem Durchtreten durch die Behälterwand 2 möglichst direkt auf das Titandioxid TiO₂ auftrifft. Insbesondere ist der Abstand so gewählt, dass die gewünschte Wirkung nicht durch Reaktion des Lichts mit einer zu dicken Schicht aus zwischen der Behälterwand 2 und dem Titandioxid TiO₂ befindlichem Wasser W verloren geht.
Erste Untersuchungen lassen erwarten, dass mit einer solchen Trinkwasser-Aufbereitungsvorrichtung bereits über einen Zeitraum von etwa 1 bis 3 Stunden bei einfallendem Sonnenlicht oder sonstiger UV-Einstrahlung eine ausreichende desinfizierende Wirkung eintritt. Bereitgestellt wird somit eine Trinkwasser-Aufbereitungsvorrichtung, welche im Wesentlichen aus dem Träger 3, 3* besteht, dessen Oberfläche Titandioxid TiO₂ in einer immobilen Oberflächenbindung aufweist. Ein solcher Träger 3, 3* kann an beliebigen Orten in eine für sich bekannte Flasche, insbesondere PET-Flasche, eingesetzt werden, um eine vollständige Trinkwasser-Aufbereitungsvorrichtung bereitzustellen.

Claims

Trinkwasser-Aufbereitungsvorrichtung mit – einem Träger (3; 3*), welcher an oder in zumindest seiner Oberfläche Titandioxid (TiO₂) aufweist und welcher zum Aufbereiten von das Titandioxid (TiO₂) benetzendem Wasser (W) unter Einsatz von auf das Titandioxid (TiO₂) fallendem Licht (L) angeordnet ist, gekennzeichnet durch – einen Behälter (1) mit einer Behälterwand (2) mit zumindest einem für das Licht (L) durchlässigen Wandungsabschnitt, wobei der Träger (3; 3*) innerhalb des Behälters (1) so angeordnet ist, dass das Licht auf das Titandioxid (TiO₂) fällt.
Trinkwasser-Aufbereitungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Träger (3*) aus einem in den Behälter (1) schüttfähigen Gut ausgebildet ist, wobei das Gut an oder in zumindest seiner Oberfläche das Titandioxid (TiO₂) aufweist.
Trinkwasser-Aufbereitungsvorrichtung nach Anspruch 2, wobei der Träger (3*) in Form des schüttfähigen Guts aus einem porösen Material, insbesondere aus Blähtonkugeln mit an und in seiner Oberfläche dem Titandioxid (TiO₂) ausgebildet ist.
Trinkwasser-Aufbereitungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Träger (3) aus einem zumindest in einer Grundform flächigen Material und zugleich aus einem in eine gebogene und/oder geknickte Form bringbaren Material ausgebildet ist, wobei das Material an oder in zumindest seiner Oberfläche das Titandioxid (TiO₂) aufweist.
Trinkwasser-Aufbereitungsvorrichtung nach Anspruch 4, wobei der Träger (3) aus einem elastischen Material mit einer Breite (b) größer eines Durchmessers (d) des Behälters (1) ausgebildet ist und zum Einstecken in den Behälter (1) elastisch biegbar ist.
Trinkwasser-Aufbereitungsvorrichtung nach Anspruch 5, wobei der Träger (3) aus einem elastischen Material mit einer Breite (b) gleich oder größer eines halben Innenumfangs (πd/2) des Behälters (1) ausgebildet ist und zum Einstecken in den Behälter (1) elastisch biegbar ist.
Trinkwasser-Aufbereitungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei der Träger (3) zumindest einen gitterförmigen oder insbesondere feinmaschigen netzförmigen Abschnitt mit an oder in zumindest seiner Oberfläche dem Titandioxid (TiO₂) aufweist.
Trinkwasser-Aufbereitungsvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Träger (3; 3*) aus Metall oder Kunststoff ausgebildet ist.
Trinkwasser-Aufbereitungsvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Titandioxid (TiO₂) als in Farbe (5) oder ein aufstreichbares oder aufsprühbares Streichmedium eingemischtes Titandioxidpulver (6) auf die Oberfläche aufgebracht ist.
Trinkwasser-Aufbereitungsvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Titandioxid (TiO₂) auf Kohlenstoffbasis dotiertes Titandioxid (TiO₂) ist.
Trinkwasser-Aufbereitungsvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Behälter (1) aus Kunststoff ausgebildet ist, insbesondere eine mittels eines Verschlusses (7) verschließbare und wieder zu öffnende PET-Flasche ist.
Träger einer Trinkwasser-Aufbereitungsvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Träger (3) aus einem zumindest in einer Grundform flächigen Material und zugleich aus einem in eine gebogene und/oder geknickte Form bringbaren Material ausgebildet ist, wobei das Material an oder in zumindest seiner Oberfläche Titandioxid (TiO₂) aufweist.