DE69509393T2

DE69509393T2 - Vorrichtung zur behandlung von flüssigkeiten

Info

Publication number: DE69509393T2
Application number: DE69509393T
Authority: DE
Inventors: Malcolm Snowball
Original assignee: Water Recovery PLC
Current assignee: Safe Water Solutions Brown Deer Wis Us LLC
Priority date: 1994-08-11
Filing date: 1995-08-11
Publication date: 1999-12-16
Anticipated expiration: 2015-08-12
Also published as: AU687233B2; JP3968410B2; DE69509393D1; WO1996005141A1; GB2292097B; GB2292097A; GB9416287D0; AU3227195A; JPH10504236A; CA2197500A1; EP0775089A1; EP0775089B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Behandlung von Fluiden, insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, eine Vorrichtung zur Behandlung von Trinkwasser.[0001]
Trinkwasser kann mit parasitischen Mikroorganismen wie etwa Cryptosporidium und Giardias kontaminiert sein, welche, wenn man sie in sich aufnimmt, besonders schädlich für Menschen sind. Derartige Mikroorganismen sind extrem schwer mit konventionellen Mitteln zu behandeln, da sie gegen Chlor und andere Biozide resistent sind. Sie sind außerdem aufgrund ihrer dicken Außenmembranen relativ resistent gegenüber ultravioletter Strahlung. Es ist jedoch bekannt, daß die Mikroorganismen für extrem hohe Dosen ultravioletter Strahlung empfindlich sind.[0002]
Bekannte Ultraviolett-Fluid-Behandlungsgeräte, wie z. B. das in GB 2175779 offenbarte, umfassen eine längliche, röhrenförmige Kammer mit einer axial verlaufenden Ultraviolett- Lichtquelle. Die von dem Gerät gelieferte Strahlungs-Dosis entspricht dem Produkt der Strahlungsintensität der Lichtquelle und der Aufenthaltszeit des Fluids innerhalb der Kammer. Zwar ist eine hohe Fluid-Flußrate erforderlich, doch ist es praktischer weise nicht möglich, die Strahlungsintensität des Lichts erheblich zu erhöhen.[0003]
Nunmehr vorgeschlagen wird eine Vorrichtung zur Behandlung von Fluiden, welche in der Lage ist, parasitische Cryptosporidium- und Giardia-Mikroorganismen effektiv zu behandeln, die aber auch eine hohe Flußrate des Fluids aufrechterhalten kann.[0004]
Erfindungsgemäß wird vorgesehen: eine Vorrichtung zur Behandlung von Fluiden mit einem Strömungskanal, mehreren quer über den Strömungskanal angebrachten Filterelementen zum Filtern von Fluid, das zwischen einem Eingang und einem Ausgang des Strömungskanals den Kanal entlangströmt, Rückspülmittel zur Umkehrung des Fluidstroms durch eines der Filterelemente, während Fluid zwischen dem Eingang und dem Ausgang durch mindestens ein anderes Filterelement den Strömungskanal entlangfließt, und Bestrahlungsmitteln zum Bestrahlen einer Oberfläche des bzw. jedes anderen Filterelements zur Abtötung von eingefangenen Mikroorganismen, wobei die Rückspülmittel so angeordnet sind, daß sie den Fluidstrom durch jedes Filterelement nacheinander umkehren, während Fluid zwischen dem Eingang und dem Ausgang durch mindestens ein anderes Filterelement den Strömungskanal entlangfließt.[0005]
Im Betrieb werden alle durch die Filter eingefangenen Mikroorganismen einer kontinuierlichen Strahlungs-Dosis ausgesetzt, die groß genug ist, um sicherzustellen, daß die Mikroorganismen abgetötet werden. Alle Filter werden nacheinander rückgespült, so daß jegliche tote Mikroorganismen oder andere Rückstände, die sich dort abgelagert haben könnten, entfernt werden. Wenigstens ein Filter ist während des Rückspülens eines anderen Filters über den Flußweg geschaltet, so daß keine unbehandelten Mikroorganismen durch die Vorrichtung hindurchtreten können.[0006]
Die Vorrichtung ist vorzugsweise so ausgelegt, daß zwischen der Umkehr des Fluid-Flusses durch benachbarte Filterelemente in dem Flußweg eine vorbestimmte Verzögerung auftritt. Hierdurch wird sichergestellt, daß sämtliche Mikroorganismen wenigstens die Minimal-Strahlungsmenge erhalten, die notwendig ist, sie abzutöten.[0007]
Crytosporidium- und Giardia-Organismen besitzen einen Durchmesser von 4-6 Mikrometern; der Filter umfaßt daher vorzugsweise ein Filtermaterial mit einer Porengröße von weniger als 4 Mikrometern.[0008]
Die Strahlungsmittel umfassen vorzugsweise eine Ultraviolett-Lichtquelle. Vorzugsweise strahlt die Lichtquelle kurzwelliges Ultraviolett-Licht mit einer Wellenlänge von 245-265 nm, insbesondere 253,7 nm, ab. Mikroorganismen sind für Strahlung mit diesen Wellenlängen besonders anfällig. Die Strahlungsmittel bestrahlen vorzugsweise gegenüberliegende Oberflächen der Filter.[0009]
Der Fluid-Fluß muß daher nicht unterbrochen werden, um die Rückspülung durchzuführen.[0010]
Bei einer Ausführungsform umfaßt der Strömungsweg eine durch einen Filter in zwei längs verlaufende Teile aufgeteilte Kammer, wobei jeder Teil der Kammer mit zugehörigen Fluid- Eingangs- und -Ausgangsöffnungen versehen ist, wobei die Rückspülmittel mit den Eingangs- und Ausgangsöffnungen verbundene Ventile und Steuermittel zur selektiven Öffnung der Eingangsöffnung eines Teils der Kammer und der Ausgangsöffnung des anderen Teils der Kammer enthalten, so daß bewirkt wird, daß Fluid in einer Richtung durch den Filter fließt. Zum Umkehren des Flusses des Fluids durch den Filter werden statt dessen die Eingangs- und Ausgangsventile der gegenüberliegenden Teile der Kammer geöffnet. Es versteht sich, daß das Fluid zwischen einem Einlaß und einem Auslaß der Kammer weiterströmt, unabhängig von der Richtung des Fluid-Flusses durch den Filter.[0011]
Bei einer alternativen Ausführungsform ist der Filter im Strömungskanal drehbar angebracht, wobei die Rückspülmittel ein Stellglied enthalten, das den Filter um 180º dreht, so daß dieser in umgekehrter Richtung von Fluid durchströmt wird.[0012]
Die Filter sind vorzugsweise in Reihe angeordnet.[0013]
Bei einer Ausführungsform umfaßt der Filter ein Titan- Netz. Kommt Wasser mit dem Filter in Kontakt, so bildet es eine Titandioxid-Schicht auf der Oberfläche des Netzes. Diese Schicht reagiert mit dem kurzwelligen UV-Licht und erzeugt Hydroxyle in der Oxidoberfläche. Kommt ein Mikroorganismus in Kontakt mit dieser aktivierten Oberfläche, wird er aufgrund der Oxidierung seiner Zellwand abgetötet.[0014]
Bei einer alternativen Ausführungsform umfaßt der Filter ein für die von den Bestrahlungsmitteln ausgesandte Strahlung durchlässiges Fasermaterial.[0015]
Das Fasermaterial umfaßt vorzugsweise PTFE, welches für kurzwelliges UV-Licht transparent ist.[0016]
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachstehend nur beispielhaft und unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen beschrieben. Darin ist:[0017]
Fig. 1 eine Schnittansicht durch eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Gerätes zur Behandlung von Wasser; und
Fig. 2 eine Schnittansicht durch eine alternative Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Gerätes zur Behandlung von Wasser.
[0018] Bezug nehmend auf Fig. 1 der Zeichnungen zeigt diese ein Gerät zur Behandlung von Wasser umfassend zwei längliche Kammern 10, 20, die in einem Wasser-Strömungskanal in Reihe geschaltet sind. Die erste Kammer 10 umfaßt längs verlaufende obere und untere Abschnitte 10a, 10b, die durch ein Titan- Netzfilter 12 voneinander getrennt sind. Ein Paar länglicher Ultraviolett-Lampen 13a, 13b verlaufen durch den oberen bzw. den unteren Abschnitt 10a, 10b der Kammer. Jede Ultraviolett-Lampe, z. B. 13b, ist innerhalb einer Quarzglashülle 15 angebracht, welche an ihren gegenüberliegenden Enden gegen die Wände der Kammer versiegelt ist.
[0019] Die oberen und unteren Abschnitte 10a, 10b der Kammer sind an einem Ende mit entsprechenden Verzweigungen 16a, 16b eines Eingangskanals und am anderen Ende mit entsprechenden Verzweigungen 17a, 17b eines Auslaßkanals verbunden. Die oberen und unteren Zweige der Einlaß- und Auslaßkanäle 16a, 16b, 17a, 17b sind mit entsprechenden Fluid-Fluß-Ventilen 18a, 18b, 19a, 19b versehen.
[0020] Die zweite Kammer 20 besitzt gleichfalls obere und untere länglich verlaufende Abschnitte 20a, 20b, die durch ein Titan-Netzfilter 22 voneinander getrennt sind. Ein Paar länglicher Ultraviolett-Lampen 23a, 23b verlaufen durch die oberen bzw. unteren Abschnitte 20a, 20b der Kammer.
[0021] Die oberen und unteren Verzweigungen 17a, 17b des Auslaßkanals der ersten Kammer 10 sind jeweils mit den oberen und unteren Verzweigungen 26a, 26b eines Einlaßkanals in die zweite Kammer 20 verbunden. Die oberen und unteren Abschnitte 20a, 20b der zweiten Kammer sind an einem Ende mit den entsprechenden Verzweigungen 26a, 26b des Einlaßkanals und an dem anderen Ende mit entsprechenden Zweigen 27a, 27b eines Auslaßkanals verbunden. Die oberen und unteren Zweige der Einlaß- und Auslaßkanäle 26a, 26b, 27a, 27b zu der zweiten Kammer sind mit entsprechenden Fluid-Fluß-Ventilen 28a, 28b, 29a, 29b versehen.
[0022] Im Betrieb werden die Ventile 18a, 19b geöffnet, so daß Wasser in den oberen Abschnitt 10a der ersten Kammer einfließt, und zwar durch den ersten Filter 12, und in den unteren Abschnitt 10b der Kammer. Die Ventile 28a, 29b, werden ebenfalls geöffnet, so daß aus dem unteren Abschnitt 10b der Kammer ausfließendes Wasser in den oberen Abschnitt 20a der zweiten Kammer hineinfließt, durch den zweiten Filter 22 in den unteren Abschnitt 20b der Kammer und durch den Auslaßkanal 27b aus dem Gerät heraus. Davon ausgehend, daß die Unterviolett-Lampen 13a, 13b, 23a, 23b leuchten, werden alle Cryptosporidium- oder Giardia-Mikroorganismen in dem Wasser von dem ersten Filter 12 auf gefangen und so gehalten, daß sie der Strahlung von den Lampen 13, 13b ausgesetzt sind.
[0023] Davon ausgehend, daß die Minimal-Zeit, welche die Mikroorganismen so gehalten werden, daß sie der Ultraviolett- Strahlung ausgesetzt sind, 5 Minuten beträgt und daß die Lampen eine Minimal-Strahlung von 4 mW/cm² an Ultraviolett-Strahlung produzieren, so beträgt die Dosis:
Dosis = 4 · (5 · 60) = 1200 mW Sec/cm².
[0024] Es ist bekannt, daß eine Dosis von 50-100 mW Sec/cm² Cryptosporidium- und Giardia-Organismen abtötet. Das erfindungsgemäße Gerät bestrahlt also die Mikroorganismen mit einer Dosis, welche 12 mal größer ist, als es zu ihrer Abtötung erforderlich ist. Hinzu kommt, daß sich wenig sonstige Rückstände in dem Filter ablagern, da das Gerät zur Anwendung in der Behandlung von klarem Trinkwasser gedacht ist.
[0025] Nach 5 Minuten werden die Ventile 18b, 19a geöffnet und die Ventile 18a, 19b geschlossen, so daß Wasser in umgekehrter Richtung durch den ersten Filter 12 fließt, wodurch der Filter rückgewaschen wird. Alle von dem ersten Filter 12 aufgefangenen Rückstände und Mikroorganismen werden in den zweiten Filter 22 ausgewaschen, wo sie eine weitere Strahlen-Dosis erhalten. Nach 5 weiteren Minuten werden die Ventile 28b, 29a geöffnet und die Ventile 28a, 29b geschlossen, so daß nun Wasser in umgekehrter Richtung durch den zweiten Filter fließt.
[0026] Alle schädlichen Mikroorganismen an dem zweiten Filter 22 wurden abgetötet, und so kann der zweite Filter ohne Gefahr in den Strömungskanal aus dem Gerät heraus rückgespült werden.
[0027] Dieser Prozeß wird fortgesetzt, so daß die Richtung des Flusses durch jeden Filter 12, 22 alle 10 Minuten umgekehrt wird, mit einem Intervall von 5 Minuten zwischen aufeinanderfolgenden Umkehrungen, so daß alle von dem Gerät aufgefangenen Mikroorganismen für wenigstens 5 Minuten der Strahlung ausgesetzt sind.
[0028] Bezug nehmend auf Fig. 2 der Zeichnungen zeigt diese eine alternative Ausführungsform eines Gerätes zur Behandlung von Wasser umfassend eine in Reihe mit einem Wasser- Strömungskanal geschaltete längliche röhrenförmige Kammer 30. Ein kreisförmiger Titan-Netzfilter 31 mit einer ringförmigen Dichtung 32 um seinen Umfang ist quer zur Richtung des Fluid- Flusses angebracht, derart, daß sämtliches durch das Gerät fließende Wasser gefiltert wird. Der Filter 31 ist auf einem drehbaren Träger 33 angebracht, welcher auch ein Paar röhrenförmiger Ultraviolett-Lampen 34, 35 trägt, die innerhalb von Quarzglashüllen 36 angebracht sind. Die Lampen 34, 35 sind so angebracht, daß sie entgegengesetzte Seiten des Filters 31 beleuchten.
[0029] Ein zweiter Titan-Netzfilter 41 mit einer ringförmigen Dichtung 42 um seinen Umfang herum ist stromab von dem ersten Filter 31 angebracht. Der zweite Filter 41 ist an einem anderen drehbaren Träger 43 angebracht, welcher ebenso ein Paar röhrenförmiger Ultraviolett-Lampen 44, 45 trägt, welche innerhalb von Quarzglashüllen 46 angebracht sind.
[0030] Im Betrieb werden Mikroorganismen durch den Filter 31, der über dem Flußweg angebracht ist, aufgefangen. Die Ultraviolett-Lampen 34, 35 beleuchten den Filter. Nach 5 Minuten wird der Träger 33 um 180º gedreht, so daß nun Wasser in umgekehrter Richtung durch den Filter 31 fließt, wodurch der Filter rückgewaschen wird. Alle von dem ersten Filter 31 aufgefangenen Rückstände und Mikroorganismen werden in dem zweiten Filter 41 ausgewaschen, wo sie eine weitere Strahlungs-Dosis von den Lampen 44, 45 erhalten. Nach 5 weiteren Minuten wird der Träger 43 gedreht, so daß nun Wasser in umgekehrter Richtung durch den zweiten Filter 41 fließt.
[0032] Wie zuvor werden alle die schädlichen Mikroorganismen, welche sich an dem Filter 41 angesammelt haben, durch die ultraviolette Strahlung abgetötet, und so können die Rückstände ohne Gefahr von dem zweiten Filter in den Fluß aus dem Gerät heraus ausgewaschen werden.
[0032] Jeder Filter wird alle 10 Minuten um 180º gedreht, mit einem 5-minütigen Intervall zwischen aufeinanderfolgenden Drehungen, so daß alle von dem Filter aufgefangenen Mikroorganismen wenigstens 5 Minuten der Strahlung ausgesetzt sind.
[0033] Es sei darauf hingewiesen, daß beide Ausführungsformen der Erfindung alle eingefangenen Mikroorganismen einer Strahlung aussetzen, die wenigstens 12 mal größer ist, als zu ihrer Abtötung erforderlich. Die verwendeten Netzfilter haben keinen wesentlichen Einfluß auf die Wasser-Flußrate, so daß beim Verbraucher nur wenig resultierender Wasserdruckverlust auftritt. Durch Vorsehen von mehr als zwei Filtern kann die Effektivität des Systems gesteigert werden.

Claims

1. Vorrichtung zur Behandlung von Fluiden mit einem Strömungskanal, mehreren quer über den Strömungskanal angebrachten Filterelementen zum Filtern von Fluid, das zwischen einem Eingang und einem Ausgang des Strömungskanals den Kanal entlangströmt, Rückspülmittel zur Umkehrung des Fluidstroms durch eines der Filterelemente, während Fluid zwischen dem Eingang und dem Ausgang durch mindestens ein anderes Filterelement den Strömungskanal entlangfließt, und Bestrahlungsmitteln zum Bestrahlen einer Oberfläche des bzw. jedes anderen Filterelements zur Abtötung von eingefangenen Mikroorganismen, wobei die Rückspülmittel so angeordnet sind, daß sie den Fluidstrom durch jedes Filterelement nacheinander umkehren, während Fluid zwischen dem Eingang und dem Ausgang durch mindestens ein anderes Filterelement den Strömungskanal entlangfließt.

2. Vorrichtung zur Behandlung von Fluiden nach Anspruch 1, die so ausgelegt ist, daß zwischen der Umkehrung des Fluidstroms durch nebeneinanderliegende Filterelemente im Strömungskanal eine vorgegebene Mindestverzögerung auftritt.

3. Vorrichtung zur Behandlung von Fluiden nach Anspruch 1 oder 2, bei der das Filterelement aus einem Titannetz besteht.

4. Vorrichtung zur Behandlung von Fluiden nach Anspruch 1 oder 2, bei der das Filterelement aus einem für die von den Bestrahlungsmitteln ausgesandte Strahlung durchlässigen Fasermaterial besteht.

5. Vorrichtung zur Behandlung von Fluiden nach Anspruch 4, bei der es sich bei dem Fasermaterial um PTFE handelt.

6. Vorrichtung zur Behandlung von Fluiden nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der es sich bei dem Bestrahlungsmittel um eine UV-Lichtquelle handelt.

7. Vorrichtung zur Behandlung von Fluiden nach Anspruch 6, bei der die Lichtquelle ultraviolettes Licht mit einer Wellenlänge von 245-265 nm aussendet.

8. Vorrichtung zur Behandlung von Fluiden nach Anspruch 7, bei der die Lichtquelle ultraviolettes Licht mit einer Wellenlänge von 253,7 nm aussendet.

9. Vorrichtung zur Behandlung von Fluiden nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der Strömungskanal zwei Kammern umfaßt, die jeweils durch zugehörige Filterelemente in zwei längliche Teile aufgeteilt werden, welche jeweils mit zugehörigen Fluideingangs- und -ausgangsöffnungen versehen sind, wobei die Rückspülmittel mit den Öffnungen verbundene Ventile und Steuermittel zur selektiven Öffnung der Eingangsöffnungen eines Teils einer jeden der Kammern und der Ausgangsöffnungen der anderen Teile der jeweiligen Kammern enthalten.

10. Vorrichtung zur Behandlung von Fluiden nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei der jedes Filter im Strömungskanal drehbar angebracht ist, wobei die Rückspülmittel Stellglieder enthalten, die die Filter um 180º drehen, so daß diese in umgekehrter Richtung von Fluid durchströmt werden.