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WO2003078334A1 - Süsswasseraufbereitungsanlage und verfahren zur trinkwassergewinnung - Google Patents

Süsswasseraufbereitungsanlage und verfahren zur trinkwassergewinnung Download PDF

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WO2003078334A1
WO2003078334A1 PCT/DE2003/000920 DE0300920W WO03078334A1 WO 2003078334 A1 WO2003078334 A1 WO 2003078334A1 DE 0300920 W DE0300920 W DE 0300920W WO 03078334 A1 WO03078334 A1 WO 03078334A1
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WO
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water
filter
arrangement
solar
pump
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PCT/DE2003/000920
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Michael Hesse
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Original Assignee
Individual
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Publication date
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    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
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    • Y02A20/208—Off-grid powered water treatment
    • Y02A20/212—Solar-powered wastewater sewage treatment, e.g. spray evaporation

Definitions

  • the invention relates to a fresh water treatment plant for drinking water production using natural resources, in particular using ground water and solar energy to operate the system, consisting essentially of a pump arrangement for water delivery, a solar cell unit and a UV disinfection filter arrangement.
  • the invention further relates to a method for producing drinking water using natural resources, in particular using fresh water and solar energy.
  • Drinking water treatment plants are already known in various shapes and sizes.
  • a number of water treatment plants operate on the so-called evaporator principle.
  • water is directed onto a darkened glass surface, where it evaporates.
  • the steam condenses on another glass surface and condenses, whereby the water is passed through a filter mat, which is arranged on the back of the surface, and thus cleaned. igt.
  • the disadvantage is the low drinking water yield per day, so that these systems can usually only be used individually.
  • the osmosis process is also known, according to which the water to be treated is pressed through a semipermeable membrane. Both suspended matter and the vital minerals and trace elements are filtered out. A distilled water is obtained which has to be remineralized afterwards. The necessary minerals and trace elements are chemically added to the water.
  • Decentralized water sterilizers for introducing the water into a drinking water system are also already known.
  • the energy is provided via solar cell arrangements.
  • the water to be sterilized is passed through an activated carbon filter with subsequent UV radiation, which kills the pathogenic bacteria.
  • the chemical composition of the water cannot be determined using these known water treatment systems.
  • the maintenance of the devices can only be carried out on site, which is very time-consuming and expensive.
  • solar energy can be used to operate pumps for pumping water from wells. However, water purification is not provided here.
  • the object is achieved on the plant side in that the pump arrangement is connected to a cabinet-like module, on which an externally operable water extraction device and at least one solar panel are arranged and in the interior of which there is at least one multi-stage particle filter system, the UV disinfection filter arrangement , a sensor arrangement for the chemical determination of the water quality, an electronic control device for automatically switching on and off at least the pump arrangement, at least one solar accumulator and monitoring electronics for telemetric remote monitoring of the functional sequences of the system.
  • This fresh water treatment plant permits worldwide self-sufficient use. It is not tied to an energy line or a water line.
  • the pump arrangement Drilling a corresponding borehole to reach the Groundwater, the pump arrangement is used and the cabinet-like module is attached.
  • the fresh water treatment plant can be used in any location in a relatively short time. It can be monitored remotely from a central location. If the specified chemical analysis limit values or water pressure parameters are not complied with, the pump arrangement switches off automatically and the system is completely drained. The cause of the shutdown of the pump arrangement can be determined and analyzed remotely via the central monitoring electronics and the fault can be eliminated in many cases. A specialist is only deployed on site if automatic troubleshooting is not possible. After the fault or error has been rectified or after a preset period of time, for example one hour, the pump arrangement switches on again automatically.
  • the pump arrangement is designed as a submersible pump and has a sieve filter for coarse particle filtration.
  • the first filtering of the water takes place immediately during the suction process. Coarse particles are removed from the water before being pumped into the cabinet-like module.
  • the pump arrangement has a device for hydrostatic measurement of the well depth and for level regulation, which is connected to the electronic control device.
  • a limit switch with a solenoid valve is arranged, which controls and automatically closes or opens the water outlet of the water extraction device.
  • the invention provides that the solar panels are arranged on the top of the cabinet-like module.
  • two storage accumulators for energy storage are arranged inside the module, which are connected to the solar panels via a charge controller and supply the entire system with energy via a distribution unit.
  • the particle filter system consists of two coarse filter units and a filter unit for fine filtration that can be used and that the filter units are self-cleaning.
  • Automatic filters are used as filter units, ⁇ should have a silver-plated filter body in at least one of the filter units, which has a germicidal effect. Since the coarse filter units have to be soiled and cleaned more quickly, the arrangement of two filter units that can be used is advantageous because the automatic cleaning process does not result in the system being switched off when one of the filter units is ready for use.
  • the filter units are switched on and off automatically by means of differential pressure measurement.
  • the UV disinfection filter arrangement consists of an activated carbon filter in which a UV lamp is arranged.
  • the UV disinfection filter assembly contains a combined microfiltration and activated carbon filter cartridge to filter out any particles and microorganisms still present in the water. This process removes dissolved gases and toxic chloramine compounds.
  • the downstream UV lamp ensures the bacteriological and viral disinfection of the water.
  • the sensor arrangement has sensors for determining the ammonia content, the pH value, the redox potential and the conductivity of the water. If the specified values are exceeded or fallen below, the pump arrangement switches off, the system empties and is switched on again after a preset period.
  • the pump arrangement switches off completely after a certain number of repeat cycles. In this case, an on-site inspection is necessary.
  • the monitoring electronics For remote monitoring of the fresh water treatment plant sends the monitoring electronics store the stored data in a fixed rhythm via satellite telephone to a central computer unit located at a fixed location.
  • the dirty water filtered out by the particle filter system is used for cleaning the solar panels.
  • the water obtained is used optimally.
  • the cabinet-like module is designed to be temperature-insulating. This also prevents the formation of algae.
  • a cooling unit is additionally arranged in the cabinet-like module for cooling the water.
  • the object is further achieved in that the water is roughly pre-filtered and pumped into a multi-stage particle filter system and this is run through in a predetermined order, that it is then disinfected in a UV disinfection filter arrangement, and then a multi-stage chemical analysis of the Water to determine its quality is carried out by means of controlled water pressure measurements, the function of the pump arrangement and its position in the groundwater is constantly checked and controlled automatic filter cleaning processes are triggered that in the event of malfunction ons, malfunctions and / or exceeding or falling below predetermined limit values of the chemical analysis, the pump arrangement is automatically switched off and the water outlet for the drinking water is closed, and the entire process sequence is monitored remotely.
  • the method according to the invention allows a fully automatic preparation of fresh water for the provision of drinking water with constant monitoring of its quality and the removal of the treated water if necessary.
  • the water optionally passes through the individual stages of the particle filter system, with at least one stage of coarse and one stage of fine particle filtering being carried out after the rough filtering in the pump area.
  • the UV disinfection of the water is carried out by means of an activated carbon filter with a UV lamp arranged in it.
  • At least its ammonia content, its pH value, its redox potential and its conductivity are continuously checked and remotely monitored for chemical determination of the quality of the water.
  • 1 is a schematic diagram of a fresh water treatment plant
  • Fig. 2 shows the schematic flow diagram of the water for its treatment
  • Fig. 3 shows the electrical flow diagram in a schematic representation.
  • the fresh water treatment plant consists of the cabinet-like module 1, which is connected via a riser to a pump arrangement - not shown in this figure.
  • a solar panel 2 is arranged on the module and, as shown in FIGS. 1 and 3, is connected to two solar accumulators 3, 4, which are arranged in the module, via a charge controller. All components of the fresh water treatment system are supplied with energy via this solar cell unit.
  • an external power supply in the form of a socket is provided in order to be able to implement a current draw if necessary.
  • the pump arrangement consists of a submersible pump which has a sieve filter for coarse particle filtration and a pump control. It is coupled to a device, also not shown, for hydrostatic measurement of the well depth and for level regulation, which monitors the function of the submersible pump and adjusts its position.
  • the submersible pump is arranged in an appropriately designed borehole and floats in the groundwater. A well is not required for fresh water treatment. If the groundwater level drops, the submersible pump is automatically switched off, so that damage or malfunctions caused by sitting on the floor can be prevented.
  • a UV disinfection filter arrangement 9 is provided, which essentially consists of an activated carbon filter with a UV lamp arranged therein. All filter systems 6, 7, 8, 9 are available on the market. Automatic filters which are designed to be self-cleaning are used as coarse filter units 6, 7 and also as fine filter unit 8. This is done by means of a vertically adjustable cleaning rod rotating around the filter body. At least one of the filter bodies should be silver-plated, since silver has germicidal properties.
  • the sensor arrangement 10 consisting of several sensors for the step-by-step checking of the water quality and the control electronics, is arranged in the cabinet-like module 1. Since the analysis of toxins in water is very complex and real-time detection is not possible, the chemical analysis lyse the water gradually. The ammonia content of the water, the pH value, the redox potential and the conductivity are analyzed and evaluated. The ammonia content and the pH value are changed, for example, by the presence of decaying animals in the catchment area of the water. The content of dissolved metals also leads to changes in the pH value. With the measurement of the redox potential, an analysis of all reducing and oxidizing pollutant substances takes place and the conductivity check reveals information about metallic substances contained in the water.
  • the control electronics for remote monitoring of the entire system are connected to a central computer unit via an antenna, satellite, GSM cell phone or Internet. This evaluates the transmitted data and remotely initiates any necessary measures, such as switching off the pump arrangement, closing the limit switch and thus the solenoid valve to prevent further water leakage or initiating cleaning of the filter units, using a telemetric alarm system.
  • the function of the sensors themselves is also monitored so that they can be replaced in good time. As a rule, on-site maintenance personnel are required approximately twice a year to replace the sensors and carry out further cleaning, maintenance and control tasks.
  • the pump arrangement pumps roughly pre-cleaned water through the riser into module 1. There, the water first passes through one or, depending on the degree of contamination, both coarse filter units 6, 7, of the particle filter system 5. The passage through the fine filter unit 8 and the bacterial disinfection then take place in the UV germicidal filter assembly 9. Before the cleaned water can be removed, the chemical composition of the water is measured and remotely monitored by determining the ammonia content, the pH value, the conductivity and the redox potential. If the specified values cannot be exceeded or undershot, the water is available as drinking water and can be removed through the outlet via the open solenoid valve.
  • the automatic cleaning of the filter units mainly takes place at night when little or no water is drawn. In the case of very heavily polluted water, it is possible to control the coarse filter units in such a way that one coarse filter operates alternately while the other is being cleaned.
  • the energy supply for the entire system takes place via the solar panels, the energy of which is fed into two 12V solar accumulators 3, 4 via a charge controller.
  • the distributor arrangement enables 12V and 24V distribution and provides the individual components with the necessary energy.
  • the water is drawn off by switching on the system manually and if necessary. If no water has been drawn off for a longer period, the system switches off automatically.
  • the dirty water generated by the filtration can be used to clean the solar panels.
  • the function of the system is monitored by means of the control electronics, the control electronics and the device for hydrostatic measurement of the depth of the well and their interfaces for remote monitoring, and all occurring faults are transmitted to the central computer by means of a GPS connection via satellite.
  • the filter cycles are evaluated and the switching on and off of the pump arrangement is also monitored.
  • the housing of the cabinet-like module 1 has temperature insulation so that the water can be removed at normal temperature.
  • a cooling unit can also be used, also to prevent the formation of algae in the system.
  • the installation according to the invention is immediately ready for use after installation. It does not require any human-made energy source on site to operate the system and can be used particularly in rural areas where neither electricity nor drinking water of sufficient quality is available. Fresh water treatment plant and process for drinking water production

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Süsswasseraufbereitungsanlage zur Trinkwassergewinnung unter Nutzung natürlicher Vorkommen, insbesondere unter Nutzung von Grundwasser und Sonnenenergie zum Betreiben der Anlage, im wesentlichen bestehend aus einer Pumpenanordnung zur Wasserbereitstellung, einer Solarzelleneinheit und einer UV-Entkeimungs-Filteranordnung. Sie betrifft des weiteren ein Verfahren zur Trinkwassergewinnung unter Nutzung natürlicher Vorkommen, insbesondere unter Nutzung von Süsswasser und Sonnenenergie.

Description

Süßwasseraufbereitungsanlage und Verfahren zur Trinkwassergewinnung
Die Erfindung betrifft eine Süßwasseraufbereitungsanlage zur Trinkwassergewinnung unter Nutzung natürlicher Vorkommen, insbesondere unter Nutzung von Grundwasser und Sonnenenergie zum Betreiben der Anlage, im wesentlichen bestehend aus einer Pumpenanordnung zur Wasserförderung, einer Solarzelleneinheit und einer UV-Entkeimungs-Filter-Anordnung.
Die Erfindung betrifft des weiteren ein Verfahren zur Trinkwassergewinnung unter Nutzung natürlicher Vorkommen, insbesondere unter Nutzung von Süßwasser und Sonnenenergie.
Bekanntermaßen erkranken und sterben jährlich Millionen von Menschen an den Folgen von unsauberen, bakteriell verunreinigten und verseuchten Wassers. Betroffen sind dabei insbesondere die Menschen in den Entwicklungsländern oder in Katastrophengebieten. Aber auch bei Kleinkindern und Säug- lingen besteht hierzulande in bekannten Gebieten die Gefahr von lebensbedrohlichen Erkrankungen durch verunreinigtes Trinkwasser.
Trinkwasseraufbereitungsanlagen sind in vielfältiger Form und Größe bereits bekannt. So arbeiten beispielsweise eine Reihe Wasseraufbereitungsanlagen nach dem sogenannten Verdampferprinzip. Hierbei wird Wasser auf eine eingedunkelte Glasoberfläche geleitet, wo es verdunstet. Auf einer weiteren Glasfläche schlägt sich der Dampf nieder und konden- siert, wobei das Wasser durch eine Filtermatte, die an der Rückseite der Fläche angeordnet ist, geleitet und so gerein- igt wird.
Nachteilig ist die geringe Trinkwasserausbeute pro Tag, so dass diese Anlagen in der Regel nur individuell genutzt wer- den können.
Bekannt ist des weiteren das Osmoseverfahren, wonach das aufzubereitende Wasser durch eine halbdurchlässige Membran gepresst wird. Dabei werden sowohl Schwebstoffe als auch die lebensnotwendigen Mineralien und Spurenelemente herausgefiltert. Man erhält ein destilliertes Wasser, welches nachträglich remineralisiert werden muss. Dem Wasser werden dabei auf chemischem Wege die notwendigen Mineralien und Spurenelemente wieder zugesetzt.
Nachteilig an dieser Lösung ist der große technische Aufwand, da für die Remineralisierung das Wasser auf eine bestimmte Temperatur gekühlt werden muss. Derartige Anlagen können nur als stationäre Systeme eingesetzt werden, da sie immer an eine Wasserleitung gebunden sind. Auch die Energiebereitstellung erschwert einen Einsatz beispielsweise in ländlichen Gebieten der Entwicklungsländer oder nach Katastrophen.
Dezentrale Wasserentkeimer zur Einleitung des Wassers in eine Trinkwasseranlage sind auch bereits bekannt. Die Energiebereitstellung erfolgt hierbei über Solarzellenanordnungen. Das zu entkeimende Wasser wird durch ein Aktivkohlefilter mit nachfolgender UV-Bestrahlung geleitet, wodurch es zur Abtötung der krankmachenden Bakterien kommt. Ob jedoch Gifte im Wasser enthalten sind, ist nicht feststellbar. E- benso kann die chemische Zusammensetzung des Wassers mittels dieser bekannten Wasseraufbereitungsanlagen nicht ermittelt werden. Die Wartung der Geräte kann nur vor Ort erfolgen, was einen großen Zeit- und Kostenaufwand mit sich bringt. Bekannt ist des weiteren die Nutzbarmachung von Solarenergie zum Betreiben von Pumpen zur Wasserförderung aus Brunnen. Eine Wasserreinigung ist hierbei jedoch nicht vorgesehen.
Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, eine Süßwasseraufbereitungsanlage zur Trinkwassergewinnung zu .schaffen, die mobil und autonom einsetzbar ist, deren Wartung und Reparatur kostengünstig durchführbar ist und mit der sicher gewährleistet werden kann, dass qualitätsgerechtes Trinkwasser dem Verbraucher zur Verfügung steht.
Es ist des weiteren Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Trinkwassergewinnung unter Nutzung natürlicher Süßwasservorkommen anzugeben, mit dem die Trinkwassergewinnung sicher gewährleistet, Trinkwasser in der benötigten Menge und bei ständiger Überwachung seiner Qualität bereitgestellt werden kann und die im Wasser enthaltenen Mineralien und Spurenelemente darin verbleiben.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe anlageseitig dadurch gelöst, dass die Pumpenanordnung mit einem schrankartigen Modul verbunden ist, an dem eine von außen bedienbare Wasserentnahmevorrichtung und wenigstens eine Solarpaneele angeordnet sind und in dessen Innerem wenigstens ein mehr- stufiges Partikelfiltersystem, die UV-Entkeimungs-Filteran- ordnung, eine Sensoranordnung zur chemischen Bestimmung der Wasserqualität, eine elektronische Steuereinrichtung zum automatischen Ein- und Abschalten wenigstens der Pumpenanordnung, wenigstens ein Solarakkumulator und eine Über- wachungselektronik zur telemetrischen Fernüberwachung der Funktionsabläufe der Anlage angeordnet sind.
Diese erfindungsgemäße Süßwasseraufbereitungsanlage erlaubt den weltweiten autarken Einsatz. Sie ist weder an eine Ener- gieleitung noch an eine Wasserleitung gebunden. Nach der
Bohrung eines entsprechenden Bohrloches zum Erreichen des Grundwassers wird die Pumpenanordnung eingesetzt und der schrankartige Modul aufgesetzt. Die Süßwasseraufbereitungsanlage ist in verhältnismäßig kurzer Zeit an beliebigen Orten funktionsfähig einsetzbar. Sie kann von einem zentra- len Ort fernüberwacht werden. Bei Nichteinhaltung vorgegebener Grenzwerte der chemischen Analyse beziehungsweise der Wasserdruckparameter schaltet automatisch die Pumpenanordnung ab, die Anlage wird vollständig entleert. Über die zentrale Überwachungselektronik kann aus der Ferne die Ur- sache der Abschaltung der Pumpenanordnung ermittelt und analysiert und die Störung in vielen Fällen beseitigt werden. Erst dann, wenn eine automatische Fehlerbeseitigung nicht möglich ist, wird ein Fachmann vor Ort eingesetzt. Nach Beseitigung der Störung oder des Fehlers oder nach einem vor- eingestellten Zeitraum, beispielsweise einer Stunde, schaltet die Pumpenanordnung automatisch wieder ein.
Nach einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Pumpenanordnung als Tauchpumpe ausgebildet ist und ein Siebfilter zur Grobpartikelfiltration aufweist.
Die erste Filterung des Wassers erfolgt damit unmittelbar während des Ansaugprozesses. Grobe Partikel werden bereits vor dem Pumpen in den schrankartigen Modul aus dem Wasser entfernt.
Zur Überwachung der Pumpfunktion weist die Pumpenanordnung eine Vorrichtung zur hydrostatischen Messung der Brunnentiefe und zur Niveauregulierung auf, die mit der elektro- nischen Steuereinrichtung verbunden ist.
Damit werden Defekte der Pumpenanordnung durch Absinken des Grundwasserspiegels unterbunden. Der Pumpvorgang wird überwacht und kann von der Fernüberwachung gesteuert werden. Bei Absinken des Wasserniveaus wird automatisch die Pumpenanordnung abgeschalten. Nach einer anderen vorteilhaften Ausführung der erfindungsgemäßen Anlage ist ein Grenzwertschalter mit einem Magnetventil angeordnet, der gesteuert und automatisch den Was- serauslauf der Wasserentnahmevorrichtung schließt oder öffnet .
Damit wird verhindert, dass verunreinigtes oder vergiftetes Wasser entnommen werden kann. Ebenso wird verhindert, dass bei Erreichen der maximalen Durchflussleistung, die durch die UV-Entkeimungs-Filteranordnung vorgegeben ist, eine weitere Wasserentnahme möglich ist.
Um die Sonnenstrahlung über einen maximalen Zeitraum zur Energiegewinnung nutzen zu können, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass auf der Oberseite des schrankartigen Moduls die Solarpaneele angeordnet ist.
Von Vorteil ist auch, wenn im Modulinneren zwei Speicher- akkuulatoren zur Energiespeicherung angeordnet sind, die über einen Laderegler mit der Solarpaneele verbunden sind und über eine Verteilereinheit die gesamte Anlage mit Energie versorgen.
Damit wird mit minimalem Aufwand ermöglicht, Geräte mit Energie zu versorgen, die in unterschiedlichen Spannungsbereichen arbeiten.
Um zu sichern, dass die Anlage möglichst wartungsfrei und mit geringen Ausfallzeiten arbeitet, ist des weiteren vorgesehen, dass das Partikelfiltersystem aus zwei wahlweise einsetzbaren Grobfiltereinheiten und einer Filtereinheit zur Feinfiltration besteht und dass die Filtereinheiten selbstreinigend ausgebildet sind.
Als Filtereinheiten kommen Automatikfilter zum Einsatz, wo- β bei wenigstens eine der Filtereinheiten einen versilberten Filterkörper aufweisen sollte, der eine keimtötende Wirkung hat. Da die Grobfiltereinheiten schneller verschmutzen und gereinigt werden müssen, ist die Anordnung von zwei wahlweise einsetzbaren Filtereinheiten von Vorteil, weil es durch den automatischen Reinigungsprozess dann nicht zum Abschalten der Anlage kommt, wenn eine der Filtereinheiten einsatzbereit ist. Das Zu- und Abschalten der Filtereinheiten erfolgt automatisch mittels Differenzdruckmessung.
Zur sicheren Abtötung der im Wasser enthaltenen Bakterien ist vorgesehen, dass die UV-Entkeimungs-Filteranordnung aus einem Aktivkohlefilter besteht, in dem ein UV-Strahler angeordnet ist.
Die UV-Entkeimungs-Filteranordnung enthält eine kombinierte Mikrofiltrations- und Aktivkohlefilterpatrone, um noch vorhandene Partikel und Mikroorganismen aus dem Wasser zu filtern. Bei diesem Prozess werden gelöste Gase und toxische Chloraminverbindungen beseitigt. Der nachgeschaltete UV-Strahler gewährleistet die bakteriologische und virale Entkeimung des Wassers.
Zur chemischen Analyse des Wassers weist die Sensoranordnung Sensoren zur Bestimmung des Ammoniakgehaltes, des pH-Wertes, des Redoxpotentioals und der Leitfähigkeit des Wassers auf. Werden vorgegebene Werte über- oder unterschritten, schaltet die Pumpenanordnung ab, die Anlage entleert sich und wird nach einem voreingestellten Zeitraum wieder eingeschalten.
Sollten die vorgegebenen Werte dauerhaft über- oder unterschritten werden, schaltet die Pumpenanordnung nach einer bestimmten Anzahl Wiederholungszyklen ganz ab. Notwendig ist in diesem Fall eine Inspektion vor Ort.
Zur Fernüberwachung der Süßwasseraufbereitungsanlage sendet die Überwachungselektronik die gespeicherten Daten in einem festgelegten Rhythmus über Satellitentelefon an eine an einem festen Standort befindliche zentrale Computereinheit.
Bei Defekten kann zentral entschieden werden, wie weiter vorgegangen werden muss. Zirka halbjährlich ist eine Inspektion vor Ort notwendig, um die Sensoranordnung auszutauschen und weitere Wartungsarbeiten durchzuführen.
Nach einer weiteren vorzugsweisen Ausbildung der erfindungsgemäßen Süßwasseraufbereitungsanlage ist vorgesehen, dass das durch das Partikelfiltersystem herausgefilterte Schmutzwasser zur Reinigung der Solarpaneele eingesetzt wird.
Damit wird das gewonnene Wasser optimal genutzt.
Um insbesondere in sehr warmen Regionen ein zu starkes Aufheizen des Wassers zu verhindern, ist der schrankartige Modul temperaturisolierend ausgebildet. So wird auch die Bil- düng von Algen unterbunden.
Vorgesehen ist des weiteren, dass bei Bedarf zur Kühlung des Wassers zusätzlich ein Kühlaggregat im schrankartigen Modul angeordnet ist.
Die Aufgabe wird verfahrensseitig des weiteren dadurch gelöst, dass das Wasser grob vorgefiltert in ein mehrstufiges Partikelfiltersystem gepumpt wird und dieses in vorgegebener Reihenfolge durchläuft, dass es anschließend in einer UV- Entkeimungs-Filteranordnung entkeimt wird, dass danach mittels einer Sensoranordnung eine mehrstufige chemische Analyse des Wassers zur Bestimmung seiner Qualität durchgeführt wird, dass mittels gesteuerter Wasserdruckmessungen die Funktion der Pumpenanordnung und ihre Position im Grundwas- ser ständig kontrolliert sowie gesteuert automatische Filterreinigungsprozesse ausgelöst werden, dass bei Fehlfunkti- onen, Funktionsstörungen und/oder Über- oder Unterschreiten vorgegebener Grenzwerte der chemischen Analyse ein automatisches Abschalten der Pumpenanordnung und Schließen des Wasserauslaufs für das Trinkwasser erfolgt und dass der gesamte Verfahrensablauf fernüberwacht erfolgt.
Das erfindungsgemäße Verfahren gestattet ein vollautomatisches Aufbereiten von Süßwasser zur Bereitstellung von Trinkwasser bei ständiger Überwachung seiner Qualität und die Entnahme des aufbereiteten Wassers im Bedarfsfalle.
Von Vorteil ist, wenn das Wasser wahlweise die einzelnen Stufen des Partikelfiltersystems durchläuft, wobei nach der Grobfilterung im Pumpenbereich mindestens eine Stufe der Grob- und eine Stufe der Feinpartikelfilterung durchlaufen wird.
Damit wird ermöglicht, dass sehr schmutziges Wasser, beispielsweise durch eine Naturkatastrophe mit Schlamm und Ver- unreinigungen angereichertes Wasser, dennoch zur Trinkwasseraufbereitung genutzt werden kann, ohne dass die Wasseraufbereitungsanlage Funktionsstörungen erleitet.
Zur sicheren bakteriologischen Entkeimung und Filterung von Mikroorganismen wird die UV-Entkeimung des Wassers mittels eines Aktivkohlefilter mit darin angeordnetem UV-Strahler durchgeführt .
Verfahrensgemäß ist des weiteren vorgesehen, dass zur chemi- sehen Ermittlung der Qualität des Wassers wenigstens sein Ammoniakgehalt, sein pH-Wert, sein Redoxpotential und seine Leitfähigkeit ständig überprüft und fernüberwacht ausgewertet werden.
Hierdurch kann beispielsweise ermittelt werden, ob sich Tierkadaver oder Giftstoffe im Wassereinzugsgebiet befinden und ob die chemische Zusammensetzung des Wassers seine Trinkbarkeit erlaubt.
Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines Ausführungsbei- spieles näher erläutert werden. Die Zeichnung zeigt dabei in
Fig. 1 eine prinzipielle Darstellung einer Süßwasseraufbereitungsanlage,
Fig. 2 das schematische Flussbild des Wassers zu dessen Aufbereitung und
Fig. 3 das elektrische Flussbild in schematischer Darstellung.
Nach Fig. 1 besteht die Süßwasseraufbereitungsanlage aus dem schrankartigen Modul 1, der über eine Steigleitung mit einer - in dieser Figur nicht dargestellter - Pumpenanordnung - verbunden ist. Auf dem Modul ist eine Solarpaneele 2 ange- ordnet, die, wie Fig. 1 und 3 zeigen, über einen Laderegler mit zwei Solarakkumulatoren 3, 4, die im Modull angeordnet sind, verbunden ist. Über diese Solarzelleneinheit erfolgt die Energieversorgung aller Komponenten der Süßwasseraufbereitungsanlage. Zusätzlich ist eine externe Stromversorgung in Form einer Steckdose vorgesehen, um im Bedarfsfall eine Stromentnahme realisieren zu können.
Möglich ist auch, die Solarpaneele 2 an oder auf einer gesonderten Einhausung anzuordnen.
Die Pumpenanordnung besteht aus einer Tauchpumpe, die ein Siebfilter für die Grobpartikelfiltration und eine Pumpensteuerung aufweist. Sie ist mit einer ebenfalls nicht dargestellten Vorrichtung zur hydrostatischen Messung der Brun- nentiefe und zur Niveauregulierung gekoppelt, die die Funktion der Tauchpumpe überwacht und ihre Position einstellt. Die Tauchpumpe ist in einem entsprechend ausgebildeten Bohrloch angeordnet und schwebt im Grundwasser. Ein Brunnen wird zur Süßwasseraufbereitung nicht benötigt. Sinkt der Grundwasserspiegel wird die Tauchpumpe automatisch abgeschalten, so dass Beschädigungen oder Funktionsstörungen durch eventuelles Aufsitzen auf dem Boden verhindert werden können.
Aus Fig. 1 ist des weiteren ersichtlich, dass im Inneren des Moduls 1 eine Partikelfiltersystem 5, bestehend aus zwei Grobfiltereinheiten 6, 7 und einer Filtereinheit zur Feinfiltration 8, angeordnet ist. Zur bakteriellen Entkeimung des Wassers und zur weiteren Feinfiltration ist eine UV-Entkeimungs-Filteranordnung 9 vorgesehen, die im wesentlichen aus einem Aktivkohlefilter mit darin angeordnetem UV- Strahler besteht. Alle eingesetzten Filtersysteme 6, 7, 8, 9 sind am Markt verfügbar. Als Grobfiltereinheiten 6, 7 und auch als Feinfiltereinheit 8 werden Automatikfilter eingesetzt, die selbstreinigend ausgebildet sind. Dies geschieht mittels eines um den Filterkörper rotierenden, vertikal ver- stellbaren Reinigungsstab. Wenigstens einer der Filterkörper sollte versilbert ausgeführt sein, da Silber keimtötende Eigenschaften besitzt.
Es ist auch möglich, Handfilter einzusetzen, allerdings führt dies zu erhöhten Ausfallzeiten der Anlage, da diese Filter nur von Hand rückgespült werden können. Sie bedingen auch den Einsatz einer kundigen Bedienperson vor Ort, was sich unter Umständen kostenmäßig negativ auf die Anlage und die Wasserentnahme auswirken kann.
Aus Fig. 1 ist andeutungsweise auch erkennbar, dass im schrankartigen Modul 1 die Sensoranordnung 10, bestehend aus mehreren Sensoren zur stufenweisen Überprüfung der Wasserqualität und der Steuerelektronik, angeordnet ist. Da die Analyse von Giftstoffen im Wasser sehr aufwendig ist und ein Echtzeitnachweis nicht möglich ist, muss die chemische Ana- lyse des Wassers stufenweise erfolgen. Analysiert und ausgewertet werden der Ammoniakgehalt des Wassers, der pH-Wert, das Redoxpotential und die Leitfähigkeit. Der Ammoniakgehalt und der pH-Wert werden .beispielsweise durch das Vorhanden- sein verwesender Tiere im Einzugsbereich des Wassers verändert. Ebenso führt der Gehalt an gelösten Metallen zu Veränderungen des pH-Wertes. Mit der Messung des Redoxpotentials erfolgt eine Analyse aller reduzierenden und oxidierenden SchadstoffSubstanzen und die Leitfähigkeitsüberprüfung er- gibt Aufschluss auf im Wasser enthaltene metallische Substanzen.
Die Kontrollelektronik für die Fernüberwachung der gesamten Anlage steht über eine Antenne, Satellit, GSM-Handy oder Internet mit einer zentralen Computereinheit in Verbindung. Diese wertet die übermittelten Daten aus und leitet ferngesteuert mittels eines telemetrischen Alarmierungssystems eventuell notwendige Maßnahmen, wie das Abschalten der Pumpenanordnung, Schließen des Grenzwertschalters und damit des Magnetventils zur Verhinderung weiteren Wasserauslaufes oder die Einleitung der Reinigung der Filtereinheiten, ein. Auch die Funktion der Sensoren selbst wird überwacht, um diese rechtzeitig austauschen zu können. Im Regelfall ist Wartungspersonal vor Ort ca. zweimal im Jahr notwendig, um die Sensoren zu tauschen und weitere Reinigungs-, Wartungs- und Kontrollaufgaben auszuführen.
Die Funktionsweise der Wasseraufbereitungsanlage sowie der Verfahrensablauf ist anhand der Fig. 2 und 3 ersichtlich.
Die Pumpenanordnung pumpt grob vorgereinigtes Wasser durch die Steigleitung in den Modul 1. Dort passiert das Wasser zunächst eine oder je nach Verschmutzungsgrad beide Grobfiltereinheiten 6, 7, des Partikelfiltersystems 5. Danach er- folgt der Durchlauf durch die Feinfiltereinheit 8 und die bakterielle Entkeimung in der UV-Entkeimungs-Filteranordnung 9. Bevor das gereinigte Wasser entnommen werden kann, erfolgt die Messung und Fernüberwachung der chemischen Zusammensetzung des Wassers durch Bestimmung des Ammoniakgehaltes, des pH-Wertes, der Leitfähigkeit und des Redoxpo- tentials. Sind keine Über- oder Unterschreitungen der festgelegten Werte ermittelbar, steht das Wasser als Trinkwasser zur Verfügung und kann über das geöffnete Magnetventil durch den Auslauf entnommen werden.
Die automatische Reinigung der Filtereinheiten geschieht vorwiegend in der Nacht, wenn nur wenig oder kein Wasser entnommen wird. Bei sehr stark verschmutztem Wasser ist es möglich, die Grobfiltereinheiten derart zu steuern, dass abwechselnd ein Grobfilter in Funktion ist, während das andere gereinigt wird.
Die Energiebereitstellung für die gesamte Anlage erfolgt über die Solarpaneele, deren Energie über einen Laderegler in zwei 12V-Solarakkumulatoren 3, 4 eingespeist wird. Die Verteileranordnung ermöglicht eine 12V- und 24V-Verteilung und stellt den einzelnen Komponenten die notwendige Energie zur Verfügung.
Sobald Fehler in der Anlage auftreten oder das Wasser nicht den vorgegebenen Werten entspricht, eine Filtereinheit oder die UV-Entkeimungsfilter-Anordnung funktionsgestört ist, der Wasserstand des Grundwassers sich derart verändert, dass die Funktion der Pumpenanordnung gefährdet ist, erfolgt mittels der telemetrischen Fernüberwachung ein Signal, dass zum Abschalten der Pumpenanordnung und zum Schließen des Grenzwertschalters führt. Das Magnetventil wird geschlossen, so dass keine Wasserentnahme mehr möglich ist. Die Anlage wird aufgrund des entstehenden Unterdrucks vollständig entleert, was in vielen Fällen bereits ausreicht, um aufgetretene Män- gel zu beseitigen, so dass nach einem vorgegebenen Zeitraum die Pumpenanordnung automatisch wieder einschaltet und die Anlage weiterarbeitet.
Die Wasserentnahme geschieht durch Einschalten der Anlage von Hand und bei Bedarf. Wurde über einen längeren Zeitraum kein Wasser entnommen, schaltet die Anlage automatisch ab.
Zur Reinigung der Solarpaneele kann das Schmutzwasser genutzt werden, dass durch die Filtration entsteht.
Mittels der Kontrollelektronik, der Steuerelektronik und der Vorrichtung zur hydrostatischen Messung der Brunnen-tiefe und deren Schnittstellen zur Fernüberwachung wird die Funktion der Anlage überwacht, alle auftretenden Störungen an den zentralen Rechner mittels GPS-Verbindung über Satellit übermittelt. Es werden die Filterzyklen ausgewertet und auch das Ab- und Einschalten der Pumpenanordnung wird überwacht.
Mit der zentralen Computereinheit können ca. 50 derartige Süßwasseraufbereitungsanlagen überwacht und ferngesteuert werden, so dass es mit verhältnismäßig geringem Aufwand möglich ist, kostengünstig ein System an Wasseraufbereitungsanlagen zu installieren, zu überwachen und zu warten, wobei sich der manuelle Wartungsaufwand vor Ort in Grenzen hält.
Das Gehäuse des schrankartigen Moduls 1 weist eine Temperaturisolierung auf, so dass das Wasser mit normaler Temperatur entnommen werden kann. Bei Einsatz in besonders warmen Ländern kann zusätzlich ein Kühlaggregat eingesetzt werden, auch um die Bildung vom Algen in der Anlage zu unterbinden.
Die erfindungsgemäße Anlage ist nach Installation sofort einsatzbereit. Sie benötigt keinerlei von Menschenhand geschaffene Energiequelle vor Ort zur Betreibung der Anlage und ist insbesondere in ländlichen Gegenden einsetzbar, wo weder Strom noch Trinkwasser ausreichender Qualität vorhanden ist. Süßwasseraufbereitungsanlage und Verfahren zur Trinkwassergewinnung
Bezugszeichenliste
schrankartiger Modul Solarpaneele Solarakkumulator Solarakkumulator Partikelfiltersystem Grobfiltereinheit Grobfiltereinheit Feinfiltereinheit UV-Entkeimungs-Filteranordnung Sensoranordnung

Claims

Süßwasseraufbereitungsanlage und Verfahren zur TrinkwassergewinnungPatentansprüche
1. Süßwasseraufbereitungsanlage zur Trinkwassergewinnung unter Nutzung natürlicher Vorkommen, insbesondere unter Nutzung von Grundwasser und Sonnenenergie zum Betreiben der Anlage, im wesentlichen bestehend aus einer Pumpenanordnung zur Wasserbereitstellung, einer Solarzellen- einheit und einer UV-Entkeimungs-Filteranordnung, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpenanordnung mit einem schrankartigen Modul (1) verbunden ist, an dem eine von außen bedienbare Wasserentnahmevorrichtung und wenigstens eine Solarpaneele (2) angeordnet sind und in dessen Innerem ein mehrstufiges Partikelfiltersystem (5) , die UV-Entkeimungs-Filteranordnung (9) , eine Sensoranordnung (10) zur chemischen Bestimmung der Wasserqualität, eine elektronische Steuereinrichtung zum automatischen Ein- und Abschalten wenigstens der Pumpenanordnung, min- destens ein Solarakkumulator (3, 4) und eine Überwachungselektronik zur telemetrischen Fernüberwachung der Funktionsabläufe der Anlage angeordnet sind.
2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpenanordnung als Tauchpumpe ausgebildet ist und ein
Siebfilter zur Grobpartikelfiltratioη aufweist.
3. Anlage nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Überwachung der Pumpfunktiori die Pumpenanord- nung eine Vorrichtung zur hydrostatischen Messung der Brunnentiefe und zur Niveauregulierung aufweist, die mit der elektronischen Steuereinrichtung verbunden ist.
4. Anlage nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, da- durch gekennzeichnet, dass ein Grenzwertschalter mit einem Magnetventil angeordnet ist, der gesteuert und automatisch den Wasserauslauf der Wasserentnahmevorrichtung schließt oder öffnet.
5. Anlage nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Oberseite des schrankartigen Moduls (1) die Solarpaneele (2) angeordnet ist.
6. Anlage nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass im Modulinneren zwei Solarakkumulatoren (3, 4) zur Energiespeicherung angeordnet sind, die über einen Laderegler mit der Solarpaneele (2) verbunden sind und über eine Verteilereinheit die Süßwasseraufbereitungsanlage mit Energie versorgen.
7. Anlage nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Partikelfiltersystem (5) aus zwei wahlweise einsetzbaren Grobfiltereinheiten (6, 7) und einer Filtereinheit zur Feinfiltration (8) bestehen und dass die Filtereinheiten (6, 7, 8) selbstreinigend ausgebildet sind.
8. Anlage nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7, da- durch gekennzeichnet, dass die UV-Entkeimungs-Filteranordnung (9) ein Aktivkohlefilter aufweist, in dem ein UV-Strahler angeordnet ist.
9. Anlage nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 8, da- durch gekennzeichnet, dass die Sensoranordnung (10)
Sensoren zur Bestimmung des Ammoniakgehaltes, des pH- Wertes, des Redoxpotentials und der Leitfähigkeit des Wassers aufweist.
10. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungselektronik die gespeicherten Daten in einem festgelegten Rhythmus mittels GPS an eine an einem festen Standort befindliche zentrale Computereinheit zur Auswertung sendet.
11. Anlage nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das durch das Partikelfiltersystem (5) herausgefilterte Schmutzwasser zur Reinigung der Solarpaneele (2) eingesetzt wird.
12. Anlage nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der schrankartige Modul (1) temperaturisolierend ausgebildet ist.
13. Anlage nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 12, da- durch gekennzeichnet, dass zusätzlich ein Kühlaggregat vorgesehen ist, das im schrankartigen Modul (1) angeordnet ist.
14. Verfahren zur Trinkwassergewinnung unter Nutzung natür- licher Vorkommen, insbesondere unter Nutzung von Süßwasser und Sonnenenergie, dadurch gekennzeichnet, dass das Wasser grob vorgefiltert in ein mehrstufiges Partikelfiltersystem (5) gepumpt wird, dass es anschließend eine UV-Entkeimungs-Filteranordnung (9) durchläuft, dass danach mittels einer Sensoranordnung (10) eine mehrstufige chemische Analyse des Wassers zur Bestimmung seiner Qualität durchgeführt wird, dass mittels gesteuerter Wasserdruckmessungen die Funktion der Pumpenanordnung und ihre Position im Grundwasser kontrol- liert sowie gesteuerte Filterreinigungsprozesse ausgelöst werden, dass bei Fehlfunktionen, Funktionsstörun- gen und/oder Über- oder Unterschreiten vorgegebener Grenzwerte der chemischen Analyse ein automatisches Abschalten der Pumpenanordnung und Schließen des Wasserauslaufs für das Trinkwasser erfolgt und dass der ge- samte Verfahrensablauf fernüberwacht erfolgt.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Wasser wahlweise die einzelnen Stufen des Partikelfiltersystems (5) durchläuft, wobei nach der Grobfilte- rung im Pumpenbereich mindestens eine Stufe der Grob- und eine Stufe der Feinpartikelfilterung durchlaufen wird.
16. Verfahren nach Anspruch 14 und 15, dadurch gekennzeich- net, dass die UV-Entkeimung des Wassers mittels eines
Aktivkohlefilter mit darin angeordnetem UV-Strahler durchgeführt wird.
17. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung der
Qualität des Wassers Ammoniakgehalt, pH-Wert, Redoxpotential und Leitfähigkeit überprüft und fernüberwacht ausgewertet werden.
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