Vorrichtung zum Reinigen von Wasser

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Reinigen von Wasser, das aus Filtern, insbesondere Kraftstofffiltern oder Elementen des Kraftstoffsystems abgelassen oder aufgefangen ist und das mit organischen Inhaltsstoffen verunreinigt ist.

Um die Betriebssicherheit von mit flüssigen Kraftstoffen zu versorgenden Antriebseinheiten, wie insbesondere Verbrennungsmotoren, sicherzustellen ist es üblich, im Kraftstoffversorgungssystem wasserabscheidende Kraftstofffilter vorzusehen. Die Abscheidung von in Dieselkraftstoff enthaltenem oder mitgeführtem Wasser ist insbesondere geboten, um das empfindliche Einspritzsystem vor Beschädigung zu schützen. Das in solchen Systemen abgeschiedene Wasser ist mit verschiedenen organischen Inhaltsstoffen belastet, etwa mit Ölschwebetröpfchen aus dem den Kraftstofffilter durchströmenden Dieselkraftstoff. Somit verbietet es sich aus Gründen des Umweltschutzes das aus Kraftstofffiltersystemen abgeschiedene Wasser ohne weitere Behandlung in die Umgebung abzugeben.

Im Hinblick auf diese Problematik stellt sich die Erfindung die Aufgabe, eine Vorrichtung zum Reinigen von aus Kraftstoffversorgungssystemen ab- geschiedenem Wasser zur Verfügung zu stellen, die, obgleich sie einfach und wirtschaftlich betreibbar ist, eine wirksame Entfernung der organischen Belastungen ermöglicht, so dass das abgereinigte Wasser unbedenklich an die Umgebung abgegeben werden kann. Erfindungsgemäß ist diese Aufgabe durch eine Vorrichtung gelöst, die die Merkmale des Patentanspruches 1 in seiner Gesamtheit aufweist.

Demgemäß besteht die wesentliche Besonderheit der Erfindung darin, dass die Vorrichtung eine Auftrenneinrichtung aufweist, mittels deren aus dem abzureinigenden Wasser Hydroxylradikale abspaltbar sind, die die organischen Inhaltsstoffe weitestgehend zu anorganischen Verbindungen, wie CO2, oxidieren. Da Hydroxylradikale chemisch hochreaktiv sind, sind sie in der Lage, ein derart hohes Oxidationspotential zu entfalten, dass organische Belastungsstoffe, wie etwa Öl-Wasser-Emulsionen oder Dieselschwebetröpfchen bei aus Diesel-Kraftstofffiltern abgeschiedenem Wasser praktisch vollständig zu CO2 oxidiert werden.

Bei besonders vorteilhaften Ausführungsbeispielen weist die Auftrenneinrichtung eine Elektrolysiereinrichtung und/oder Hydroxylradikale bildende Medien, beispielsweise Katalysatoren wie Titandioxid, auf.

Wenn die Hydroxylradikale durch Spalten des Wassers mittels Elektrolyse erzeugt werden, kann mit besonderem Vorteil die Anordnung so getroffen sein, dass die Elektrolysiereinrichtung mindestens eine bei der Elektrolyse anodisch wirksame Diamantelektrode aufweist. Mittels einer Diamantelektrode, die durch eine Dotierung mit dem Element Bor elektrisch leitfähig ist, ist eine spezielle Wasserzersetzung erreichbar. Während bei der Elektrolyse üblicherweise Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff gespalten wird, liefert die Diamantelektrode einen Arbeitsbereich, in dem anstelle von Sauerstoff und Wasserstoff hochreaktive Hydroxylradikale gebildet werden.

Bei vorteilhaften Ausführungsbeispielen kann die Elektrolysiereinrichtung zwei Diamantelektroden aufweisen, die, mit Polumkehr bestromt, abwech- selnd als Anode und Kathode wirksam sind, wobei die Vorrichtung mit Wechselstrom betreibbar ist.

Wenn alternativ eine Diamantelektrode als Anode für die Elektrolyse wirk- sam ist, ist als Kathode vorzugsweise eine Edelstahlelektrode eingesetzt. Diese erfährt bei der Elektrolyse einen kathodischen Schutz, entsprechend dem elektrochemischen Schutzverfahren, wie es zum Korrosionsschutz beispielsweise bei Tanks oder bei Schiffen angewendet wird.

Vorzugsweise ist die Anordnung so getroffen, dass die Vorrichtung einen dem betreffenden Kraftstofffilter nachgeschaltenen Behandlungsraum für das zu reinigende Wasser aufweist, der einen steuerbaren Auslass oder Fördervorrichtung oder Überlauf für das gereinigte Wasser sowie die Auftrenneinrichtung aufweist, um das im Behandlungsraum befindliche Wasser mit den gebildeten Hydroxylradikalen zu kontaktieren.

Anstelle der Anordnung von elektrolysierenden Elektroden kann die Auftrenneinrichtung einen im Behandlungsraum befindlichen Körper aufweisen, der Titandioxid enthält oder damit beschichtet ist und die das Wasser kontaktierenden Hydroxyl radikale bildet.

Bei besonders vorteilhaften Ausführungsbeispielen ist weiterhin vorgesehen, dass die Auftrenneinrichtung, vorzugsweise zusätzlich zu dem im Behandlungsraum befindlichen, Hydroxyl radikale erzeugenden Einrichtungs- teil, im zugeordneten Kraftstofffilter ein mit Titandioxid versehenes Filtermedium zur Bildung von Hydroxylradikalen aufweist.

Zur Begünstigung der Bildung der Hydroxyl radikale durch Titandioxid kann die Auftrenneinrichtung ein Mittel zur Zufuhr von Strahlungsenergie auf- weisen. Hierfür kann eine künstliche oder natürliche Lichtquelle, vorzugsweise mit Wellenlängen von 180 bis 300 nm, vorgesehen sein. Eine derartige Strahlungsquelle kann, je nach dem, wo die Bildung der Hy- droxylradikale mittels Titandioxid erfolgt, zur Bestrahlung des Behandlungsraumes und/oder des Innenraumes des Kraftstofffilters vorgesehen sein.

Nachstehend ist die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen im Einzelnen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine lediglich diagrammartig dargestellte Funktionsskizze ei- nes Ausführungsbeispieles der erfindungsgemäßen Vorrichtung und

Fig. 2 eine der Fig. 1 entsprechende Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispieles der Vorrichtung

Nachstehend ist die Erfindung anhand von Beispielen erläutert, bei denen die Reinigungsvorrichtung 2 in ein Kraftstoffversorgungssystem so integriert ist, dass aus einem wasserabscheidenden Kraftstofffilter 4 abgeschiedenes Wasser 6 unmittelbar in einen einen Behandlungsraum bildenden Behälter 8 der Vorrichtung 2 abgelassen wird. Es versteht sich, dass die Reinigungs- Vorrichtung 2 auch eine von einem Kraftstoffversorgungssystem separierte Einheit bilden kann, in der aufgefangenes Wasser gereinigt wird.

Bei den hier beschriebenen Beispielen ist der Kraftstofffilter 4 im Verlauf der Kraftstoff I ei t u ng 10 angeordnet und wird vom Kraftstoff, beispielsweise Die- selöl, durchströmt, bevor dieses einer zu versorgenden Anlage (nicht gezeigt) zugeführt wird, beispielsweise der Einspritzpumpe eines Dieselmotors. Das im Filter 4 abgeschiedene Wasser 6 wird unmittelbar in den Behälter 8 der Vorrichtung 2 abgelassen. Der Behälter 8 bildet einen Behandlungsraum für abgelassenes Wasser 9 mit steuerbarem Ablass 12 und steu- erbarem Auslass 14, mittels deren mit Hilfe von in der Technik üblichen Niveausensoreinrichtungen eine Füllmenge von zu reinigendem Wasser 9 für einen vorgegebenen Behandlungszeitraum jeweils angesammelt gehalten und nach erfolgter Reinigung abgegeben wird.

Bei beiden Ausführungsbeispielen von Fig. 1 und Fig. 2 erfolgt die Reini- gung des aus der Kraftstofffilterung stammenden Wassers 6, 9 durch die Oxidation organischer Belastungsstoffe in der Weise, dass diese Stoffe in dem als Behandlungsraum dienenden Behälter 8 mit hochreaktiven Hy- droxy I radikalen in Kontakt gebracht werden. Bei beiden Ausführungsbeispielen sind die Hydroxy I radikale mit Hilfe einer Auftrenneinrichtung aus den im Behälter 8 befindlichen Wassermolekülen abgespalten. Beim Ausführungsbeispiel von Fig. 1 erfolgt hierfür eine Wasserzersetzung durch Elektrolyse, die mittels zweier Diamanelektroden 16 und 18 durchgeführt wird. Während bei der Elektrolyse üblicherweise Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff gespalten wird, liefert eine Diamantelektrode 16, 18 einen Ar- beitsbereich, in dem anstelle von Sauerstoff hochaggressive Hydroxy I radikale gebildet werden.

Die Diamantelektroden 16, 18 können in der Weise gebildet sein, dass bei sehr hohen Temperaturen zwischen 2000 ⁰ C und 3000 ⁰ C aus Wasserstoff- gas und einem Kohlenwasserstoffgas, wie Methan, eine nur wenige Mikrometer dicke, kristalline Diamantschicht auf ein leitfähiges Substrat aufgebracht wird, wobei eine Dotierung mit dem Element Bor die Diamantschicht elektrisch leitfähig macht.

Wenn beim Ausführungsbeispiel von Fig. 1 beide Elektroden 16 und 18 Diamantelektroden sind, kann die Elektrolyse durch Anlegen einer Wechselspannung erfolgen, wobei entsprechend der Polumkehr jeweils die eine Elektrode 16 oder 18 anodisch und die andere Elektrode 16 oder 18 kathodisch wirksam ist. Alternativ kann die Anordnung so getroffen sein, dass lediglich eine der Elektroden, beim in Fig. 1 gezeigten Beispiel die Elektrode 16, eine Diamantelektrode ist und mit der Plusklemme 20 einer Gleich- Spannungsquelle verbunden ist. In diesem Falle ist die als Kathode wirksame, mit der Minusklemme 22 verbundene Elektrode 18 eine Edelstahlelektrode. Im Betrieb ergibt sich dadurch für die als Kathode wirkende Elektrode 18 ein kathodischer Schutz, entsprechend üblichen elektrochemischen Schutzverfahren für den Korrosionsschutz von Tanks oder Schiffen.

In jedem Fall ist durch das hohe Oxidationspotential der gebildeten Hy- droxylradikale sichergestellt, dass die als Belastung im Wasser befindlichen organischen Substanzen zu unbedenklichen anorganischen Verbindungen oxidiert werden, insbesondere zu CO2, das aus dem Behälter 8 entweicht. Das gereinigte Wasser kann sodann unbedenklich in die Umgebung abgegeben werden.

Fig. 2 zeigt ein Beispiel, bei dem anstelle einer als Elektrolysiereinrichtung ausgebildeten Auftrenneinrichtung eine chemische Auftrenneinrichtung benutzt wird, nämlich in der Weise, dass ein Titandioxid enthaltender, im Behälter 8 befindlicher Körper 30 mit dem zu reinigenden Wasser 9 in Kontakt gebracht wird. Die Kontaktierung mit Titandioxid führt zu einer Abspaltung von Hydroxyl radikalen aus dem betreffenden Wasser 9. Wie gefunden wurde, lässt sich dieser chemische Mechanismus durch eine Zufuhr von

Strahlungsenergie verstärken. Die Zufuhr von Strahlungsenergie kann durch eine künstliche oder natürliche Lichtquelle 24 erfolgen, die innerhalb des Behälters 8 den Behälterinhalt bestrahlt. Als besonders wirksam hat sich ein Wellenlängenbereich von 180 bis 300 nm erwiesen. Bei der Lichtquelle 24 kann es sich um Sonnenlicht, Lampen, wie LEDs, oder dergleichen handeln.

Bei beiden Ausführungsbeispielen von Fig. 1 und Fig. 2 kann auch vorgesehen sein, dass der Kraftstofffilter 4 mit einem Filtermedium 26 versehen ist, das eine Beschichtung mit Titandioxid aufweist, so dass bereits im Kraftstofffilter 4 eine Auftrenneinrichtung zur Abspaltung von Hydroxylradikalen aus dem Wasser 6 gebildet ist. Die dadurch erfolgende Reinigung kann die Wasserreinigung im Behälter 8 ersetzen oder zusätzlich hierzu als Vorreinigung vorgesehen sein. Wie bei der Auftrenneinrichtung innerhalb des Behälters 8 kann auch für die im Kraftstofffilter 4 gebildete Auftrenneinrich- tung als Reaktionsverstärkereinrichtung eine Anordnung zur Zufuhr von Strahlungsenergie vorgesehen sein, beim vorliegenden Beispiel eine weitere Lichtquelle 28.

Die Erfindung ermöglicht eine wirksame Abreinigung mit einer einfach zu betreibenden Vorrichtung, die keinerlei Verbrauchsmaterialien benötigt, sondern lediglich eine Zufuhr elektrischer Energie zur Elektrolyse oder gegebenenfalls für Strahlungsquellen in Form der Lichtquellen 24, 28.