Die Erfindung bezieht sich auf eine Wasserreinigungsvorrichtung und ein Verfahren zum Reinigen von Trinkwasser. Insbesondere bezieht sich diese Erfindung auf eine Wasserreinigungsvorrichtung und ein Verfahren, bei dem eine große Menge an Wasser mit Badewasserqualität zu Trinkwasser gereinigt wird, das von ganzen Gemeinden verwendet werden kann.

Verunreinigtes Trinkwasser ist ein großes Problem in Entwicklungsländern und führt zu weit verbreiteten Infektionen und Krankheiten. In Ländern, in denen Wasser knapp ist, ist gereinigtes Trinkwasser oft zu teuer, als dass es der Durchschnittsbürger kaufen kann. Außerdem sind die Mengen an verfügbarem gereinigtem Trinkwasser begrenzt. Diese Situation besteht zeitweise auch in Gebieten, die von Naturkatastrophen wie Orkanen, Erdbeben, Überflutungen etc. betroffen sind.

In Katastrophengebieten wird das Wasser oft in großen Behältern zum Katastrophenort gebracht. Diese Methode ist extrem treuer und sehr mühsam.

Es hat viele Versuche gegeben, Wasserreinigungsvorrichtungen zu entwickeln, die in der Lage sind, große Trinkwassermengen zu behandeln. Einige frühere Verfahren beinhalten die Reinigung von Wasser durch Filtration und chemische Desinfektionsmittel wie Chlor. Jedoch können chemische Desinfektionsmittel auch schädliche Nebenwirkungen haben und einige, wie Chlor, können zur Bildung von Karzinogenen führen.

Ein Lösungsversuch dieses Problems wird im US-Patent Nr. 5,741,416 für Tempest Jr. aufgezeigt. Dieses Patent offenbart eine Wasserreinigungsvorrichtung mit einem Filter, einem Mittel zum Oxidieren von organischen Substanzen im Wasser, einem Desinfektionsmittel und einem antiviralen Mittel, einem Mechanismus zur Gerinnung von kolloidalen Partikeln und einem chemischen Desinfektionsmittel offen. Andere Wasserreinigungsvorrichtungen sind im US-Patent Nr. 5,728,305 für Hawkinson und im US-Patent Nr. 5,512,178 für Dempo offengelegt.

Wenn es auch viele Vorrichtungen gibt, die verunreinigtes Wasser in Trinkwasser umwandeln können, so nutzen viele dieser Vorrichtungen schädliche Chemikalien oder sind nicht einfach zu Katastrophenstellen zu transportieren. Außerdem bietet keine der aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen eine Methode für Personen, die Wasser benötigen, um das Wasser auf hygienische Weise von der Behandlungsvorrichtung aufzufangen.

In der französischen Patentanmeldung Nr. 2 780 718 A1 wird eine Vorrichtung zur Reinigung von nicht trinkbarem Wasser in Trinkwasser ohne Zufügung von Chemikalien offenbart. Dabei wird ein Partikelfilter in Verbindung mit einer UV Lampe und einer Karbonfiltereinheit verwendet, um die gewünschte Reinheit zu erreichen.

Das US-Patent Nr. 5,112,477 für Hamlin und das US-Patent Nr. 5,911,884 für Boulter beschreiben beide münzenbetriebene Automaten zur Reinigung von Wasser unter Verwendung der umgekehrten Osmose. Folglich sind Reinigungsvorrichtungen, die umgekehrte Osmoseeinheiten verwenden, nicht ideal, wenn die Wasserversorgung eingeschränkt ist. Deshalb beschreibt die Internationale Patentanmeldung Nr. WO 00/12435 eine transportable Wasserreinigungsvorrichtung, die eine Reihe von Filtern verwendet, wobei sie das umgekehrte Osmoseverfahren vermeidet.

Die Internationale Patentanmeldung Nr. WO 01/05484 A1 beschreibt eine Vorrichtung zum Waschen und Sterilisieren von Trinkwasserbehältern von außen ebenso wie von innen und zur Versorgung mit gereinigtem Wasser in den Behältern. Diese Vorrichtung ist zur Verwendung mit Wasser bestimmt, das bereits vom kommunalen Wassersystem behandelt worden ist. Eine hinreichende Reinheit der gewaschenen und sterilisierten Behälter wird durch Verwendung mehrerer Waschwasser erreicht, wie allgemeines Waschwasser, Chlor enthaltenes Waschwasser, Waschwasser, das durch umgekehrte Osmose erhalten wurde und durch umgekehrte Osmose erhaltenes Waschwasser mit Ozon.

Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Wasserreinigungsvorrichtung bereitzustellen, die auf günstige und einfache Weise verschmutztes Wasser in Trinkwasser umwandelt.

Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, eine Wasserreinigungsvorrichtung bereitzustellen, die dem Wasser keine ggfs. schädlichen Chemikalien beifügt.

Es ist eine noch weitere Aufgabe der Erfindung, eine Wasserreinigungsvorrichtung bereitzustellen, die über Mittel verfügt, damit die Personen, die das Wasser benötigen, es in einer hygienischen Weise wegtragen können.

Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Wasserreinigungsvorrichtung bereitzustellen, die auf einfache Weise in ein Bedarfsgebiet transportiert werden kann.

Diese und weitere Aufgaben der Erfindung werden durch eine Wasserreinigungsvorrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst.

Die Filtereinrichtungen weisen vorzugsweise eine Makrofiltrationseinheit und eine Mikrofiltrationseinheit auf. Die Makrofiltrationseinheit ist am Eingang der Wasserleitung angeschlossen, bevor das Wasser durch die Zulaufpumpe gepumpt wird. Die Makrofiltrationseinheit ist im Wesentlichen ein Filter, um Sediment und Feststoffpartikel mit einer Größe von mehr als 80 Mikrometern zu entfernen. Vorzugsweise ist diese Einheit von der Außenseite des Gehäuses sichtbar, so dass der Filter zu Wartungszwecken beobachtet werden kann. Eine Makrofiltrationseinheit ist erforderlich, um Pumpen, Ventile und andere Bauteile vor Schäden, Fehlfunktionen und einer verkürzten Lebensdauer zu schützen.

Die Mikrofiltrationseinheit ist ein Filtereinsatz und entfernt Feststoffpartikel und Sediment von einer Größe zwischen 10 Mikrometern und ggf. 0,35 Mikrometern. Es kann ein Mikrofilter verwendet werden oder es können mehrere in Reihe angeordnet werden. Die Zulaufpumpe ist erforderlich, um das Zulaufwasser bei 414 kPa (60 psi) am Fließen zu halten. Die Zulaufpumpe ist vorzugsweise zwischen der Makrofiltrationseinheit und der Mikrofiltrationseinheit angeordnet.

Der Mischbett-Multimedia-Filter folgt auf die Mikrofiltrationseinheit und ist ein Filtereinsatz, der granulöses aktiviertes Karbon, Quartz und ein gekörntes Kupfer-Zink-Material enthält. Der Quartz dient als ein Verteilmittel und das Karbon entfernt organische Stoffe, Geschmack, Gerüche und lösliche Partikel aus dem Wasser. Das Material aus Kupfer und Zink wird aufgrund seiner galvanischen Aktivität zur Entfernung von Chlor, Schwermetallen, Bakterien, Algen und Pilzen verwendet. Ein geeignetes Kupfer-Zink Material für die Mischbett-Multimedia-Einheit wird von KDF unter dem Namen KDF55 verkauft. Sowohl die Mikrofiltrationseinheit als auch die Mischbett-Multimedia-Einheit müssen ersetzt werden, wenn der Druckabfall durch den Filter eine vorbestimmte Höhe erreicht.

Die Ultraviolett-Behandlungseinheit folgt auf die Mischbett-Multimedia-Einheit und weist eine Ultraviolett-Glühlampe auf, die intensives ultraviolettes Licht emittiert. Die ultraviolette Strahlung zerstört alle Mikroorganismen und Bakterien, die im Wasser vorhanden sein können.

Die Ozonbehandlung folgt auf die UV-Behandlung und wird über einen koronaförmigen Bogen durch einen Luftstrom verursacht. Die ozongeladene Luft wird dann durch eine Spraydüse in das Wasser eingebracht. Das Ozon entfernt die organischen Stoffe und Mikroorganismen im Wasser. Es ist ein kraftvolles Oxidationsmittel, das dem Wasser eine Desinfektionsbehandlung zukommen lässt. Ozon zerstört Bakterien und Viren, oxidiert Schwermetalle und beseitigt unangenehme Gerüche. Ozon wird nach wenigen Stunden wieder zu Sauerstoff. Wenn das Wasser unmittelbar nach der Ozonbehandlung verwendet werden soll, muss das Ozon aus dem Wasser entfernt werden, da es bei einigen Menschen Übelkeit verursacht.

Das Wasser wird aus dem Gehäuse mittels einer Abgabepumpe ausgegeben, um einen konstanten Druck an den Ablass-Abgabeköpfen sicherzustellen. Es gibt vorzugsweise mehrere Köpfe zur Abgabe des Wassers innerhalb eines jeden Gehäuses.

Die Karbonblockfiltrationseinheit weist einen Karbonblockfiltereinsatz auf, der irgendwelche verbleibende Partikel und aufgelöste organische Verbindungen als Endreinigung zurückhält. Dieser Schritt entfernt auch jedes restliche Ozon. Diese Filtrationseinheit ist vorzugsweise nach der Abgabepumpe unmittelbar vor den Abgabeköpfen angeordnet.

Ebenso mit der Abgabepumpe verbunden ist ein paralleler Rohrleitungskreis, der zu einer oder mehreren Flaschenwaschstationen führt. Die Flaschenwaschstationen sind ausgelegt, um Flaschen mit einem Öffnungsdurchmesser von 2,54 cm (1'') bis 6,35 cm (2,5'') zu waschen. Dazu ist eine Spraydüse für Reinigungsflüssigkeit vorhanden, die ein Reinigungsmittel nach oben in eine auf dem Kopf stehende Flasche sprüht. Das Reinigungsmittel läuft dann aus der Flasche in einen im Gehäuse befindlichen Ablauf. Die Flasche wird dann mit gereinigtem Wasser entweder manuell oder ebenfalls mit einer automatischen auf dem Kopf stehenden Düse ausgespült. Dieser Waschvorgang kann automatisch eingeleitet werden, indem man eine Flasche auf die Düse platziert oder er kann per Knopfdruck gestartet werden. Der Waschzyklus beinhaltet einen Wasch-, Ablauf- und Spülzyklus, der in 10 bis 30 Sekunden beendet ist, zu diesem Zeitpunkt wird die Flasche von der Wascheinrichtung entfernt und ist zur Abfüllung mit Wasser an der Abgabestation bereit. Um den örtlichen Bestimmungen zu entsprechen wird der Ablauf in eine Abwasserleitung zur Nachbehandlung geleitet.

Es gibt vorzugsweise ein Notstromaggregat innerhalb des Gehäuses, das mit der Zulaufpumpe, der Abgabepumpe, der UV-Behandlung, Ozonbehandlung und dem Reinigungsmittelmischer verbunden ist, um Strom während eines Stromausfalls bereitzustellen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird mit Wasser mit Badewasserqualität versorgt und reinigt es in einfacher und wirtschaftlicher Weise zu Trinkwasser. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann kostengünstig und mit geringem Wartungsaufwand einem ganzen Dorf ungefährliches Trinkwasser liefern. Die Vorrichtung kann einfach mit einem Anhänger oder Hubschrauber zum gewünschten Ort transportiert werden. Es gibt vorzugsweise zwei Flaschenwaschstationen und vier Abgabeköpfe, so dass mehrere Menschen gleichzeitig Wasser erhalten können. Die Vorrichtung ist ausgelegt, um ungefähr 19.000 l–75.000 l (5.000–20.000 Gallonen) Trinkwasser täglich zu liefern, wobei die Ausführung, die 15.000 l täglich (5.000 Gallonen täglich) liefert, in der Lage ist, den täglichen Trinkwasserbedarf von ca. 2.000–3.000 Menschen zu decken. Um eine optimale Menge an gereinigtem Wasser zu erhalten, können verschiedene Wasserzulaufanordnungen durch Änderung der Kapazitätsbemessungen der einzelnen Bauteile angepasst werden.

Andere Ziele und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung ersichtlich, die im Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen berücksichtigt worden ist. Es versteht sich jedoch, dass die Zeichnungen nur zur Veranschaulichung und nicht als Begrenzung der Erfindung zu verstehen sind.

In den Zeichnungen, in denen ähnliche Bezugszeichen ähnliche Elemente in mehreren Ansichten darstellen, zeigt:

1 ein Blockdiagramm von Bauteilen der erfindungsgemäßen Wasserreinigungsvorrichtung;

2 eine Frontansicht der erfindungsgemäßen Wasserreinigungsvorrichtung; und

3 einen Querschnitt von oben der erfindungsgemäßen Wasserreinigungsvorrichtung.

Nachfolgend wird im Detail auf die Zeichnungen Bezug genommen und insbesondere zeigt 1 ein Blockdiagramm aller Bauteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10. Wasser wird von einer örtlichen Quelle, wie beispielsweise einem Brunnen, in die Vorrichtung 10 durch den Zulauf 11 gepumpt und dann durch den Makrofilter 12, um Sediment und große Partikel auszufiltern. Ein geeigneter Makrofilter ist die R30BB Ametek 30&mgr; Einheit. Das Wasser fließt dann durch eine Zulaufpumpe 13, die das Wasser in der Vorrichtung bei 414 kPa (60 psi) hält, bei dem es sich um den optimalen Druck für die erfindungsgemäße Wasserreinigungsvorrichtung handelt. Die Zulaufpumpe 13 ist vorzugsweise eine 2 PS 517 kPa (75 psi) Pumpe. Nach der Pumpe 13 fließt das Wasser durch einen Mikrofilter 14, um die kleineren Partikel auszufiltern. Ein zu diesem Zweck geeigneter Mikrofilter ist der CPSBB Ametek Filter. Das Wasser fließt dann vom Mikrofilter 14 zum Mischbett-Multimedia-Filter 15, der aus einer Mischung aus Karbon, Quarz und granularem Kupfer-Zink-Material besteht, wie beispielsweise KDF55. Nach dem Mischbett-Multimedia-Filter 15 wird das Wasser ultravioletter Strahlung durch UV-Behandlung 16 unterworfen, die aus einer Ultraviolett-Glühlampe, beispielsweise eine von Pur Guard, besteht. Dann wird das Wasser zur weiteren Reinigung einer Ozonbehandlung 17 unterworfen. Das Wasser durchläuft dann die Abgabepumpe 18, die vorzugsweise eine 1 PS 345 kPa (50 psi)-Pumpe ist. Makrofilter 12, Zulaufpumpe 13, Mikrofilter 14, Mischbett-Multimedia-Filter 15, UV-Behandlungseinheit 16, Ozonbehandlungseinheit 17 und Abgabepumpe 18 sind alle im Handel erhältlich und bekannt und werden hier nicht im Detail beschrieben.

Nach der Abgabepumpe 18 fließt das Wasser durch einen abschließenden Karbonblockfilter 19 und dann nach außen zu einer oder mehreren Abgabestationen 20. Auch nach der Pumpe 18 gibt es eine parallele Wasserleitung, die zu einem Mixer 21 führt, der ein Reinigungsmittel aufnimmt, das durch eine Reinigungsmittelpumpe 22 zum Waschen der Flaschen in einer Flaschenwaschstation 23 gepumpt wird, bevor das gereinigte Wasser von der Abgabestation 20 aufgenommen wird.

Der technische Aufbau der Vorrichtung 10 ist in den 2 und 3 dargestellt. Die Vorrichtung 10 wird von einem Gehäuse 30 umschlossen, zu dem Nutzer kommen, wenn sie gereinigtes Wasser benötigen. Abgabeköpfe 32 geben in Flaschen 31 an der Abgabestation 20 gereinigtes Wasser durch Drücken eines Knopfes 34 ab. Es gibt in der Bodenplatte unterhalb eines jeden Abgabekopfes zum Auffangen von Tropfen und Überläufen einen Abfluss 35. Im Gehäuse 30 sind zwei Flaschenwaschstationen 23 angeordnet. Wie dargestellt, wird die Flasche 31 kopfüber über der Reinigungsmittelpumpe 25 angeordnet, die eine vorher festgelegte Menge eines Reinigungsmittelgemisches in die Flasche 31 sprüht, um diese zu reinigen. Das Reinigungsmittelgemisch fließt dann aus der Flasche 31. Danach wird die Flasche 31 über der Wasserpumpe 26 platziert, die in gleicher Weise ozonhaltiges Wasser in die Flasche 31 sprüht, um Reinigungsmittel aus der Flasche 31 zu spülen. Nach dem Waschen sind die Flaschen bereit, gereinigtes Wasser aus den Abgabeköpfen 32 aufzunehmen.

Die Bauteile der Vorrichtung 10 sind in 3 dargestellt, mit Ausnahme der UV-Behandlungseinheit 16 und dem Karbonblockfilter 19, die sich direkt unterhalb der Ozonbehandlungseinheit befinden. Im allgemeinen wird die Vorrichtung 10 durch die örtliche Stromversorgung gespeist. Wie in 3 dargestellt, gibt es jedoch ein Notstromaggregat 40, das die Vorrichtung 10 bei einem regulären lokalen Stromausfall mit Strom versorgen kann. Der Generator 40 ist im Handel erhältlich, bei dem es sich um irgendeinen geeigneten Generator handeln kann. Ein Beispiel für einen zulässigen Generator ist ein benzinbetriebener 220 Volt 5 Kilowatt Generator von John Deere.