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Patent Searching and Data


Title:
DEVICE FOR TREATING WATER THAT IS TO BE CLEANED, NAMELY FRESH WATER, SALT WATER OR BRACKISH WATER, IN PARTICULAR FOR DESALINATION OF WATER THAT IS TO BE CLEANED; REVERSE OSMOSIS UNIT FOR TREATING WATER THAT IS TO BE CLEANED, NAMELY FRESH WATER, SALT WATER OR BRACKISH WATER, IN PARTICULAR FOR DESALINATION OF WATER THAT IS TO BE CLEANED; METHOD FOR TREATING WATER THAT IS TO BE CLEANED, NAMELY FRESH WATER, SALT WATER OR BRACKISH WATER, IN PARTICULAR FOR DESALINATION OF WATER THAT IS TO BE CLEANED
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2020/259733
Kind Code:
A1
Abstract:
The present document proposes a device for treating water (3) that is to be cleaned, namely fresh water, salt water or brackish water, in particular for desalination of water (3) that is to be cleaned, a reverse osmosis unit for treating water (3) that is to be cleaned, namely fresh water, salt water or brackish water, in particular for desalination of water that is to be cleaned, and a method for treating water that is to be cleaned, namely fresh water, salt water or brackish water, in particular for desalination of water (3) that is to be cleaned, wherein at least one filter is used to produce filtered water (10) or high-purity water (5) (e.g. drinking water), wherein at least one filter is a filter unit (2) which, in order to produce filtered water (10), is traversed in the flow direction by the water (3) that is to be cleaned and/or by filtered water (10), and in which filter unit, in order to achieve at least partial cleaning, by means of which the filter unit (2) is flushed of residues using a liquid, the flow direction within the filter unit (2) can be reversed, and/or at least one filter is a gas bubble filtration tank (18) which can be traversed by a gaseous medium in order to pre-clean the water (3) that is to be cleaned for the production of filtered (pre-cleaned) water (10), and/or at least one filter is a reverse osmosis unit (1) which, for the production of high-purity water (5), is traversed in the flow direction by the water (3) that is to be cleaned and/or by filtered water (10), and which has at least one osmosis membrane (14) which is surrounded by a pressure tank (24).

Inventors:
STIRN WILHELM MICHAEL (DE)
Application Number:
DE2020/100091
Publication Date:
December 30, 2020
Filing Date:
February 11, 2020
Export Citation:
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Assignee:
STIRN WILHELM MICHAEL (DE)
International Classes:
B01D61/02; B01D61/04; B01D61/08; B03D1/14; C02F1/00; C02F1/44; C02F1/24
Foreign References:
US20170209834A12017-07-27
US20070181496A12007-08-09
US6139750A2000-10-31
US20150307374A12015-10-29
US3456802A1969-07-22
US20120175303A12012-07-12
DE202018001627U12018-04-26
DE102012213214A12012-10-11
Attorney, Agent or Firm:
PATENTANWÄLTE SCHUSTER, MÜLLER & PARTNER MBB (DE)
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Claims:
Patentansprüche

1. Vorrichtung zur Aufbereitung von zu reinigendem Wasser (3), nämlich Süßwas ser, Salzwasser oder Brackwasser, insbesondere zur Entsalzung von zu reini gendem Wasser (3),

- mit mindestens einem Filter, der zur Erzeugung von gefilterten Wasser (10) oder Reinstwasser (5) dient,

dadurch gekennzeichnet,

dass mindestens ein Filter eine Filtereinheit (2) ist, die zur Erzeugung von gefil terten Wasser (10) oder Reinstwasser (5) in Strömungsrichtung von dem zu rei nigenden Wasser (3) und/oder durch einen anderen Filter gefilterten Wasser (10) durchströmt wird und bei der zur zumindest teilweisen Reinigung, durch die die Filtereinheit (2) mittels einer Flüssigkeit freigespült wird, die Strömungsrichtung innerhalb der Filtereinheit (2) umkehrbar ist,

und/oder

dass mindestens ein Filter ein Gasperlenfiltrationstank (18) ist, der zur Erzeu gung von gefilterten Wasser (10) oder Reinstwasser (5) zur Vorreinigung des zu reinigenden Wassers (3) und/oder durch einen anderen Filter gefilterten Wassers (10) mit einem gasförmigen Medium durchströmbar ist,

und/oder

dass mindestens ein Filter eine Umkehrosmoseeinheit (1 ) ist, die zur Erzeugung von gefilterten Wasser (10) oder Reinstwasser (5) in Strömungsrichtung von dem zu reinigenden Wasser (3) und/oder durch einen anderen Filter gefilterten Was ser (10) durchströmt wird und die mindestens eine Osmosemembran (14) auf weist, die von einem Drucktank (24) umgeben ist.

2. Vorrichtung, nach Anspruch 1 ,

dadurch gekennzeichnet,

dass nach mindestens einer Filtereinheit (2) mindestens eine Umkehrosmoseein heit (1 ) angeordnet ist, die mindestens eine Osmosemembran (14) aufweist, wo bei das durch die Filtereinheit (2) gefilterte Wasser (10) mittels mindestens einer Pumpe (11 ) mit hohem Druck durch die Osmosemembran (14) bzw. die Osmo semembranen (14) hindurchgedrückt und/oder hindurchgesogen wird, so dass das gefilterte Wasser (10) in Reinstwasser (5) und aufkonzentriertes Wasser (4) auftrennbar ist.

3. Vorrichtung, nach Anspruch 1 oder Anspruch 2,

dadurch gekennzeichnet,

dass die für die zumindest teilweise Reinigung der Filtereinheit (2) verwendete Flüssigkeit zu reinigendes Wasser (3), gefiltertes Wasser (10), Reinstwasser (5) und/oder aufkonzentriertes Wasser (4) ist.

4. Vorrichtung, nach Anspruch 2 oder Anspruch 3,

dadurch gekennzeichnet,

dass an einer Umkehrosmoseeinheit (1 ) eine zweite Filtereinheit (2), die zur Er zeugung von gefilterten Wasser (10) in Strömungsrichtung von dem zu reinigen den Wasser (3) und/oder durch einen anderen Filter gefilterten Wasser (10) durchströmt wird, angeordnet ist,

5. Vorrichtung, nach Anspruch 4,

dadurch gekennzeichnet,

dass zur zumindest teilweisen Reinigung der zweiten Filtereinheit (2), durch die die zweite Filtereinheit (2) mittels zu reinigendem Wasser (3), gefiltertem Wasser (10), Reinstwasser (5) und/oder aufkonzentriertem Wasser (4) freigespült wird, die Strömungsrichtung innerhalb der zweiten Filtereinheit (2) umkehrbar ist.

6. Vorrichtung, nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet,

dass zur Erzeugung einer turbulenten Strömung an der Osmosemembran (14) mindestens eine Umkehrosmoseeinheit (14) eine Pumpe (13) aufweist.

7. Vorrichtung, nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass an mindestens einer Osmosemembran (14) zu reinigendes Wasser (3) mit einem Druck von mehr als 50 bar, insbesondere mehr als 80 bar, anliegt.

8. Vorrichtung, nach Anspruch 7,

dadurch gekennzeichnet,

dass das zu reinigende Wasser (3) mittels einer Pumpe (11 ) mit dem erforderli chen Druck anliegt.

9. Vorrichtung, nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Vorrichtung mindestens eine Sammeleinrichtung für gefiltertes Wasser (10) und/oder für Reinstwasser (5) aufweist.

10. Vorrichtung, nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet,

dass ein Filter und/oder eine Filtereinheit (2) aus mindestens einem Grob- (6), mindestens einem Feinfilter (7), mindestens einem Absolutfilter (8), mindestens einem Aktivkohlefilter (20) und/oder mindestens einem Schichtenfilter (9) beste hen.

11. Vorrichtung, nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet,

dass vor einer Filtereinheit (2) und/oder vor einer Osmoseeinheit (1 ) mindestens ein Gasperlenfiltrationstank (18) angeordnet ist, der zur Vorreinigung des zu rei nigenden Wasser (3) mit einem gasförmigen Medium durchströmbar ist.

12. Vorrichtung, nach Anspruch 11 ,

dadurch gekennzeichnet,

dass das gasförmige Medium ein verschmutzungsfreies Gas oder Gasgemisch ist.

13. Vorrichtung, nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet,

dass vor einer Umkehrosmoseeinheit (1 ), die mindestens eine Osmosemembran (14) aufweist, die von einem Drucktank (24) umgeben ist, mindestens eine Fil tereinheit (2) und/oder mindestens ein Gasperlenfiltrationstank (18) angeordnet ist.

14. Umkehrosmoseeinheit (1 ) zur Aufbereitung von zu reinigendem Wasser (3), nämlich Süßwasser, Salzwasser oder Brackwasser, insbesondere zur Entsal zung von zu reinigendem Wasser (3),

- mit mindestens einer Osmosemembran (14), durch die das zu reinigende Wasser (3) und/oder durch einen anderen Filter gefilterte Wasser (10) mittels mindestens einer Pumpe (11 ) mit hohem Druck durch die Osmosemembran (14) bzw. die Osmosemembranen (14) hindurchgedrückt und/oder hindurch gesogen wird, so dass das zu reinigende Wasser (3) und/oder durch einen anderen Filter gefilterte Wasser (10) in Reinstwasser (5) und aufkonzentriertes Wasser (4) auftrennbar ist,

dadurch gekennzeichnet,

dass die mindestens eine Osmosemembran (14) von einem Drucktank (24) um geben ist.

15. Umkehrosmoseeinheit (1 ), nach Anspruch 14,

dadurch gekennzeichnet,

dass der durch die mindestens eine Pumpe (11 ) innerhalb des Drucktanks (24) erzeugte Druck mehr als 50 bar, insbesondere mehr als 80 bar, beträgt.

16. Umkehrosmoseeinheit (1 ), nach Anspruch 14 oder Anspruch 15,

dadurch gekennzeichnet,

dass zur Erzeugung einer turbulenten Strömung an der Osmosemembran (14) mindestens eine Umkehrosmoseeinheit (14) eine Pumpe (13) aufweist.

17. Umkehrosmoseeinheit (1 ), nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet,

dass die Umkehrosmoseeinheit (1 ) eine Umkehrosmoseeinheit (1 ) ist, die in einer Vorrichtung zur Aufbereitung von zu reinigendem Wasser (3), nämlich Süßwas ser, Salzwasser oder Brackwasser, insbesondere zur Entsalzung von zu reini gendem Wasser (3), gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13, eingesetzt wird.

18. Verfahren zur Aufbereitung von zu reinigendem Wasser (3), nämlich Süßwasser, Salzwasser oder Brackwasser, insbesondere zur Entsalzung von zu reinigendem Wasser (3), bei dem mindestens ein Filter eingesetzt wird, der zur Erzeugung von gefilterten Wasser (10) oder Reinstwasser (5) dient,

dadurch gekennzeichnet,

dass mindestens ein Filter eine Filtereinheit (2) ist, die zur Erzeugung von gefil terten Wasser (10) oder Reinstwasser (5) in Strömungsrichtung von dem zu rei nigenden Wasser (3) und/oder durch einen anderen Filter gefilterten Wasser (10) durchströmt wird und bei der zur zumindest teilweisen Reinigung, durch die die Filtereinheit (2) mittels einer Flüssigkeit freigespült wird, die Strömungsrichtung innerhalb der Filtereinheit (2) umgekehrt wird,

und/oder

dass mindestens ein Filter ein Gasperlenfiltrationstank (18) ist, der zur Erzeu gung von gefilterten Wasser (10) oder Reinstwasser (5) zur Vorreinigung von dem zu reinigenden Wassers (3) und/oder durch einen anderen Filter gefilterten Wassers mit einem gasförmigen Medium durchströmt wird,

und/oder

dass mindestens ein Filter eine Umkehrosmoseeinheit (1 ) ist, die zur Erzeugung von gefilterten Wasser (10) oder Reinstwasser (5) in Strömungsrichtung von dem zu reinigenden Wasser (3) und/oder durch einen anderen Filter gefilterten Was ser durchströmt wird und die mindestens eine Osmosemembran (14) aufweist, die von einem Drucktank (24) umgeben ist.

19. Verfahren, nach Anspruch 18,

dadurch gekennzeichnet, dass nach mindestens einer Filtereinheit (2) mindestens eine Umkehrosmoseein heit (1 ) angeordnet wird, die mindestens eine Osmosemembran (14) aufweist, wobei das durch die Filtereinheit (2) gefilterte Wasser (10) mittels mindestens einer Pumpe (11 ) mit hohem Druck durch die Osmosemembran (14) bzw. die Osmosemembranen (14) hindurchgedrückt und/oder hindurchgesogen wird, so dass das gefilterte Wasser (10) in Reinstwasser (5) und aufkonzentriertes Was ser (4) aufgetrennt wird.

20. Verfahren, nach Anspruch 18 oder Anspruch 19,

dadurch gekennzeichnet,

dass als für die zumindest teilweise Reinigung der Filtereinheit (2) verwendete Flüssigkeit zu reinigendes Wasser (3), gefiltertes Wasser (10), Reinstwasser (5) und/oder aufkonzentriertes Wasser (4) eingesetzt wird.

21. Verfahren, nach einem der Ansprüche 18 bis 20,

dadurch gekennzeichnet,

dass an einer Umkehrosmoseeinheit (1 ) eine zweite Filtereinheit (2) eingesetzt wird, die zur Erzeugung von gefilterten Wasser (10) in Strömungsrichtung von dem zu reinigenden Wasser (3) und/oder durch einen anderen Filter gefilterten Wasser (10) durchströmt wird.

22. Verfahren, nach Anspruch 21 ,

dadurch gekennzeichnet,

dass zur zumindest teilweisen Reinigung der zweiten Filtereinheit (2), durch die die zweite Filtereinheit (2) mittels zu reinigendem Wasser (3), gefiltertem Wasser (10), Reinstwasser (5) und/oder aufkonzentriertem Wasser (4) freigespült wird, die Strömungsrichtung innerhalb der zweiten Filtereinheit (2) umgekehrt wird.

23. Verfahren, nach einem der Ansprüche 18 bis 22,

dadurch gekennzeichnet,

dass mittels einer Pumpe (13) eine turbulente Strömung an der Osmosememb ran (14) mindestens einer Umkehrosmoseeinheit (1 ) erzeugt wird. 24. Verfahren, nach einem der Ansprüche 18 bis 23,

dadurch gekennzeichnet,

dass an einer Osmosemembran (14) das zu reinigende Wasser (3) und/oder durch einen anderen Filter gefilterten Wasser (10) mit einem Druck von mehr als 50 bar, insbesondere mehr als 80 bar, angelegt wird.

25. Verfahren, nach Anspruch 24,

dadurch gekennzeichnet,

dass das zu reinigende Wasser (3) und/oder durch einen anderen Filter gefilter ten Wasser (10) mittels einer Pumpe (11 ) mit dem erforderlichen Druck angelegt wird oder die Osmosemembran (14) derart tief im Wasser bzw. im Meer ange ordnet wird, dass der dort vorhandene Wasserdruck zum Flindurchtreten aus reicht.

26. Verfahren, nach einem der Ansprüche 18 bis 25,

dadurch gekennzeichnet,

dass gefiltertes Wasser (10) und/oder Reinstwasser (5) in mindestens eine Sam meleinrichtung gesammelt werden.

27. Verfahren, nach einem der Ansprüche 18 bis 26,

dadurch gekennzeichnet,

dass ein Filter und/oder eine Filtereinheit (2) eingesetzt werden, die aus mindes tens einem Grob- (6), mindestens einem Feinfilter (7), mindestens einem Abso lutfilter (8), mindestens einem Aktivkohlefilter (20) und/oder mindestens einem Schichtenfilter (9) bestehen.

28. Verfahren, nach einem der Ansprüche 18 bis 27,

dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein vor einer Filtereinheit (2) und/oder vor einer Osmoseeinheit (1 ) angeordneter Gasperlenfiltrationstank (18) eingesetzt wird, der zur Vorreini gung des zu reinigenden Wasser (3) mit einem gasförmigen Medium durchströmt wird.

29. Verfahren, nach Anspruch 28,

dadurch gekennzeichnet,

dass als gasförmige Medium ein verschmutzungsfreies Gas oder Gasgemisch eingesetzt wird.

30. Verfahren, nach einem der Ansprüche 18 bis 29,

dadurch gekennzeichnet,

dass vor mindestens einer Umkehrosmoseeinheit (1 ), die mindestens eine Os mosemembran (14) aufweist, die von einem Drucktank (24) umgeben ist, min destens eine Filtereinheit (2) und/oder mindestens ein Gasperlenfiltrationstank (18) angeordnet ist, der zur Vorreinigung des zu reinigenden Wassers (3) und/o der durch einen anderen Filter gefilterten Wassers (10) mit einem gasförmigen Medium durchströmt wird.

31. Verfahren, nach einem der Ansprüche 18 bis 30,

dadurch gekennzeichnet,

dass als Vorrichtung zur Aufbereitung von zu reinigendem Wasser (3), nämlich Süßwasser, Salzwasser oder Brackwasser, insbesondere zur Entsalzung von zu reinigendem Wasser (3), eine Vorrichtung, gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13, und/oder als Umkehrosmoseeinheit (1 ) eine Umkehrosmoseeinheit (1 ), ge mäß einem der Ansprüche 14 bis 17, eingesetzt wird.

Description:
Pr. STIRN. Wilhelm: 74074 Heilbronn

Vorrichtung zur Aufbereitung von zu reinigendem Wasser, nämlich Süßwasser, Salzwasser oder Brackwasser, insbesondere zur Entsalzung von zu reinigendem Wasser; Umkehrosmoseeinheit zur Aufbereitung von zu reinigendem Wasser, nämlich Süßwasser, Salzwasser oder Brackwasser, insbesondere zur Entsalzung von zu reinigendem Wasser; Verfahren zur Aufbereitung von zu reinigendem Wasser, nämlich Süßwasser, Salzwasser oder Brackwasser, insbesondere zur Entsalzung von zu reinigendem Wasser

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zur Aufbereitung von zu reinigendem Wasser, nämlich Süßwasser, Salzwasser oder Brackwasser, insbesondere zur Ent salzung von zu reinigendem Wasser, nach der Gattung des Anspruchs 1 , einer Um kehrosmoseeinheit zur Aufbereitung von zu reinigendem Wasser, nämlich Süßwasser, Salzwasser oder Brackwasser, insbesondere zur Entsalzung von zu reinigendem Wasser, nach der Gattung des Anspruchs 14, und einem Verfahren zur Aufbereitung von zu reinigendem Wasser, nämlich Süßwasser, Salzwasser oder Brackwasser, ins besondere zur Entsalzung von zu reinigendem Wasser, nach der Gattung des An spruchs 18.

Zur Aufbereitung von zu reinigendem Wasser werden Filter eingesetzt, da es erforder lich ist, dass das zu reinigende Wasser insbesondere von groben Partikeln, Schweb- und Geschmacksstoffen, Kalk, Mineralien, Pestiziden, Nitrat befreit wird. Sofern durch die Aufbereitung des zu reinigenden Wassers, das Süßwasser, Salzwasser oder Brackwasser sein kann, Trinkwasser entstehen soll, sind die Anforderungen an die Trinkwasserqualität sehr hoch. Ein weltweit steigender Wasserverbrauch führt zu einer Wasserknappheit, wodurch sauberes Trinkwasser rar und damit zu einem überaus kostbaren Gut wird. Da Wasser mehr als zwei Drittel der Erdoberfläche bedeckt, gibt es seit einiger Zeit Bestrebungen, aus Meerwasser (Salzwasser) Trinkwasser zu ge winnen. Hierzu ist es zwingend erforderlich, das Meerwasser zu entsalzen. Zum Stand der Technik gehören bereits Meerwasserentsalzungsverfahren zur Gewinnung von Trinkwasser. Nachteilig ist hierbei, dass diese sehr energieaufwändig sind, weil hierzu entweder sehr hohe Temperaturen benötigt werden oder aber elektrischer Strom, wenn das Verfahren auf Elektrolyse setzt.

Eine andere Möglichkeit der Trinkwassergewinnung ist die Umkehrosmosemeerwas serentsalzung.

Bei der Umkehrosmose wird das zu reinigende Wasser (Süßwasser, Salzwasser oder Brackwasser) zur Überwindung des osmotischen Druckes unter hohem Druck durch eine semipermeable Membran mit einem Porendurchmesser von 0,5 bis 5 nm ge presst. Diese wirkt wie ein Filter und lässt nur bestimmte Ionen und Moleküle durch. Somit erhält man eine Auftrennung der ursprünglichen Lösung. Durch den Membran filter lassen sich insbesondere Salze, Bakterien, Viren, ein Überangebot an Kalk und Gifte wie Schwermetalle zurückhalten. Der osmotische Druck steigt mit zunehmender Salzkonzentration, wodurch der Prozess irgendwann zum Stehen kommen würde. Da her wird bei der Umkehrosmosemeerwasserentsalzung mit Hochdruck das zu reini gende Wasser, nämlich z.B. das Meerwasser, durch eine Osmosemembran, die semi permeable Membran, die nur das Reinstwasser, welches dann Süßwasser bzw. Trink wasser passieren lässt, gepresst. Der hierzu benötigte Druck ist sehr hoch und bewegt sich im Bereich von über 50 bar bei derzeit vorhandenen Vorrichtungen bzw. Osmo semembranen. Er kann sogar 80 bis 100 bar betragen. Um diesen Druck z.B. für die Umkehrosmosemeerwasserentsalzung zu erzeugen, müssen ström betriebene Pum pen das Meerwasser den ganzen Tag durch die Umkehrosmosemembran durchdrü cken. Nachteilig ist hierbei der hohe Energieverbrauch. Daher wird in dem Gebrauchs muster DE 20 2018 001 627 U1 vorgeschlagen, dass zur Erzeugung des erforderlichen Drucks ein hohes Betonsilo, insbesondere bis zu 100 m hohe Silos, welches mit dem zu reinigenden Wasser befüllt wird, eingesetzt wird. Die Idee dahinter ist, dass zusätz lich zu dem normalen atmosphärischen Druck (Luftdruck), der ca. 1 bar beträgt, eine Tiefenänderung im Wasser von 10 m eine Druckänderung von 1 bar bewirkt. Daher herrscht am Grund des 100 m hohen und mit Wasser gefüllten Silos ein Umgebungs druck, der sich aus der Summe von Luftdruck und Wasserdruck ergibt, von 1 1 bar. Trinkwasser hat einen osmotischen Druck von weniger als ca. 2 bar, der angewendete Druck für die Umkehrosmose von Trinkwasser beträgt je nach verwendeter Membran und Anlagenkonfiguration ca. 3 bis 30 bar. Für die Meerwasserentsalzung ist ein Druck von ca. 50 bis 80 bar erforderlich, da Meerwasser mit ca. 30 bar einen wesentlich höheren osmotischen Druck aufweist als Trinkwasser. Nachteilig ist daher, dass der noch zusätzlich erforderliche Druck bei der Meerwasserentsalzung weiterhin durch energieverbrauchende Pumpen erzeugt werden muss. Zusätzlich wird Energie benö tigt, um das Meerwasser in die 100 m hohen Betonsilos zu pumpen.

Daher werden in der Offenlegungsschrift DE 10 2012 213 214 A1 eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Wasserentsalzung vorgeschlagen, wobei Osmosemembra nen verwendet werden, wodurch einfach und effizient sowie zuverlässig Wasser ent salzt werden bzw. Trinkwasser gewonnen werden kann, da eine Osmosemembran in einigen hundert Meter Wassertiefe versenkt ist, vorzugsweise mindestens 500 m oder 800 m, und auf der Eingangsseite der Osmosemembran der Wasserdruck anliegt und auf der anderen Seite der Osmosemembran ein abgeschlossenes Volumen angeord net ist, wobei hinter der Osmosemembran im Wesentlichen atmosphärischer Druck herrscht, und das entsalzte Wasser (Reinstwasser) durch eine Wasserleitung mittels mit von Arbeitstieren (z.B. Esel, Pferde, Kamele) angetriebenen Pumpen an die Was seroberfläche bzw. an Land gepumpt wird. Um zu vermeiden, dass die Osmosememb ran innerhalb kürzester Zeit verstopft, ist es erforderlich, dass jeder Osmoseeinheit eine Filtereinheit vorangestellt wird, die das zu reinigende Wasser (z. B. Meerwasser) filtert, wodurch gefiltertes Wasser entsteht, das durch die Osmosemembran gedrückt werden kann. Nachteilig ist, dass eine Filtereinheit im Laufe der Zeit verstopft. Auflan dig würde dies kein nennenswertes Problem darstellen, da die Filter bzw. die Filterein heit jederzeit und mit geringem Aufwand gewechselt und wieder gereinigt werden kann. Unter Wasser stellt sich die Situation auf gänzlich andere Weise dar. Hier be deutet es einen immensen Aufwand, die Anlage an die Oberfläche zu hieven, die Filter bzw. die Filtereinheit zu tauschen und die Anlage wieder in Gang zu setzen.

Aufgabe der Erfindung ist es daher eine Vorrichtung zur Aufbereitung von zu reinigen dem Wasser, nämlich Süßwasser, Salzwasser oder Brackwasser, insbesondere zur Entsalzung von zu reinigendem Wasser, eine Umkehrosmoseeinheit zur Aufbereitung von zu reinigendem Wasser, nämlich Süßwasser, Salzwasser oder Brackwasser, ins besondere zur Entsalzung von zu reinigendem Wasser, und ein Verfahren zur Aufbe reitung von zu reinigendem Wasser, nämlich Süßwasser, Salzwasser oder Brackwas ser, insbesondere zur Entsalzung von zu reinigendem Wasser, bereitzustellen, durch die die Nachteile des Standes der Technik überwunden werden.

Die Erfindung und ihre Vorteile

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Aufbereitung von zu reinigendem Wasser, nämlich Süßwasser, Salzwasser oder Brackwasser, insbesondere zur Entsalzung von zu reinigendem Wasser, mit den Merkmalen des Anspruchs 1 , die erfindungsgemäße Umkehrosmoseeinheit zur Aufbereitung von zu reinigendem Wasser, nämlich Süß wasser, Salzwasser oder Brackwasser, insbesondere zur Entsalzung von zu reinigen dem Wasser, mit den Merkmalen des Anspruchs 14, und das erfindungsgemäße Ver fahren zur Aufbereitung von zu reinigendem Wasser, nämlich Süßwasser, Salzwasser oder Brackwasser, insbesondere zur Entsalzung von zu reinigendem Wasser, mit den Merkmalen des Anspruchs 18, haben demgegenüber den Vorteil, dass zur Erzeugung von gefiltertem Wasser oder Reinstwasser (z.B. Trinkwasser) mindestens ein Filter eingesetzt wird, wobei mindesten ein Filter eine Filtereinheit ist, die zur Erzeugung von gefiltertem Wasser in Strömungsrichtung von dem zu reinigenden Wasser und/oder durch einen anderen Filter gefiltertem Wasser durchströmt wird und bei der zur zumin dest teilweisen Reinigung, durch die die Filtereinheit mittels einer Flüssigkeit freige spült wird, die Strömungsrichtung innerhalb der Filtereinheit umkehrbar ist, und/oder mindestens ein Filter ein Gasperlenfiltrationstank ist, der zur Erzeugung von gefilterten (vorgereinigten) Wasser oder Reinstwasser zur Vorreinigung des zu reinigenden Was sers und/oder durch einen anderen Filter gefilterten Wassers mit einem gasförmigen Medium durchströmbar ist, und/oder mindestens ein Filter eine Umkehrosmoseeinheit ist, die zur Erzeugung von gefilterten Wasser oder Reinstwasser in Strömungsrichtung von dem zu reinigenden Wasser und/oder durch einen anderen Filter gefilterten Was ser durchströmt wird und die mindestens eine Osmosemembran aufweist, die von ei nem Drucktank umgeben ist.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann an Land, an der Wasseroberfläche und/oder unter Wasser eingesetzt werden. Bei der Verwendung einer Filtereinheit, bei der die Strömungsrichtung umkehrbar ist, wird eine Verstopfung der Filtereinheit zuverlässig durch eine zumindest teilweise Reinigung der Filtereinheit verhindert werden, da zur zumindest teilweisen Reinigung der Filtereinheit, durch die die Filtereinheit mittels Flüssigkeit, insbesondere mittels zu reinigendem Wasser, vorgefiltertem Wasser, Reinstwasser und/oder aufkonzentriertem Wasser, freigespült wird, die Strömungs richtung innerhalb der Filtereinheit umgekehrt wird. Somit ist eine Reinigung der Fil tereinheit auch unter Wasser möglich.

Der Aufbau einer erfindungsgemäßen Anlage zur Meerwasserentsalzung, insbeson dere einer erfindungsgemäßen Anlage zur Meerwasserentsalzung, soll bevorzugt mo dular gegliedert sein. Dadurch kann die Kapazität der Anlage im Wesentlichen über die Zahl gleichartiger Module (Einheiten) dimensioniert werden und kostengünstig nur die nötigen Filtermodule (z.B. UV-Licht) finanziert werden müssen.. Im Folgenden sol len die wesentliche Baugruppen eines Moduls beschrieben werden.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist nach mindestens einer Filtereinheit mindestens eine Umkehrosmoseeinheit angeordnet, die mindestens eine Osmosemembran aufweist, wobei das durch die Filtereinheit gefil terte Wasser mittels mindestens einer Pumpe mit hohem Druck durch die Osmose membran bzw. die Osmosemembranen hindurchgedrückt und/oder hindurchgesogen wird, so dass das gefilterte Wasser in Reinstwasser und aufkonzentriertes Wasser auftrennbar ist. Herzstück kann die Umkehrosmoseeinheit sein. Sie besteht aus wal zenförmig oder stapelförmig angeordneten Membranfolien, die an der Außenseite mit zu reinigenden Wasser (Frischwasser) bzw. mit bereits angereicherter Sole ange strömt werden. Auf der Innenseite tritt das abgeschiedene Reinstwasser (Süßwasser) aus und wird der weiteren Verwendung zugeführt, beispielsweise zum Verbraucher an die Wasseroberfläche. Den notwendigen Druck an der Außenseite der Osmosememb ran liefert der hydrostatische Umgebungsdruck in einer Wassertiefe von 550 bis 800 Metern. Sollte keine ausreichende Wassertiefe zur Verfügung stehen, kann der herr schende hydrostatische Umgebungsdruck mit Hilfe einer Zusatzpumpe auf die benö tigten 55 bis 80 bar erhöht werden. In jedem dieser Module befindet sich eine Nieder druckpumpe, die für die turbulente Überströmung der Folienoberflächen sorgt. Zwei Ventile, die eine gezielte Steuerung der Durchflussmenge erlauben, steuern den Zu fluss an gereinigtem Frischwasser (Reinstwasser) und den Abfluss an angereicherter Sole (aufkonzentriertes Wasser). Das abgeschiedene Frischwasser ist strömungs technisch nicht mit dem Osmosekreislauf verbunden und benötigt daher keine Men gensteuerung.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die für die zumindest teilweise Reinigung der Filtereinheit verwendete Flüssigkeit zu reinigen des Wasser, gefiltertes Wasser, Reinstwasser und/oder aufkonzentriertes Wasser.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist an ei ner Umkehrosmoseeinheit eine zweite Filtereinheit, die zur Erzeugung von gefilterten Wasser in Strömungsrichtung von dem zu reinigenden Wasser und/oder durch einen anderen Filter gefilterten Wasser durchströmt wird, angeordnet.

Nach einer diesbezüglichen vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vor richtung ist zur zumindest teilweisen Reinigung der zweiten Filtereinheit, durch die die zweite Filtereinheit mittels zu reinigendem Wasser, gefiltertem Wasser, Reinstwasser und/oder aufkonzentriertem Wasser freigespült wird, die Strömungsrichtung innerhalb der zweiten Filtereinheit umkehrbar. Nach einer zusätzlichen vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrich tung weist zur Erzeugung einer turbulenten Strömung an der Osmosemembran min destens eine Umkehrosmoseeinheit eine Pumpe (z.B. Niederdruckpumpe) auf.

Bei konstanter Kanalbreite erfordert geringe Zähigkeit höhere Fließgeschwindigkeit und bei konstanter Fließgeschwindigkeit erfordert geringere Zähigkeit eine geringere Spaltbreite um eine turbulente Strömung sicherzustellen. Die Raynolds-Zahl selbst wird empirisch für verschiedene Strömungsgeometrien bestimmt und lässt eine Beur teilung für das Vorhandensein einer turbulenten Strömung zu. Der Kern der Patentidee ist daher: Die Osmosemembran wird entweder walzenförmig durch lange Bahnen oder stapelförmig über runde Membranplatten aufgebaut. Den Druck an der Außenseite der Membranen liefert der hydrostatische Umgebungsdruck in der Meerestiefe. Eine Pumpe (Niederdruckpumpe) sorgt für eine Kreisströmung mit so hoher Strömungsge schwindigkeit, dass zwischen benachbarten Membranoberflächen sicher turbulente Strömung herrscht. Nachdem die Sole bis auf ca. 10% Salzgehalt angereichert werden kann, kann ca. die Hälfte des Frischwassers als Süßwasser abgeschieden werden. Bei der oben abgeschätzten Abscheiderate bei einem Durchlauf in Flöhe von ca. 1 ,25% erfordert die ca. 30 bis 50 Überströmvorgänge. Dies bedeutet, dass das ge samte Frischwasser ca. 30 bis 50 Mal an der Membranoberfläche vorbeiströmen muss, um den gewünschten Anreicherungsgrad der Sole auf ca. 10% zu erreichen.

Nach einer zusätzlichen vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrich tung liegt an mindestens einer Osmosemembran zu reinigendes Wasser mit einem Druck von mehr als 50 bar, insbesondere mehr als 80 bar, an.

Nach einer diesbezüglichen vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vor richtung liegt das zu reinigende Wasser mittels einer Pumpe (z.B. Flochdruckpumpe) mit dem erforderlichen Druck an. Dabei setzt sich der Druck aus hydrostatischem Um gebungsdruck plus zusätzlichem Pumpendruck zusammen. Dies ermöglicht, die erfin dungsgemäße Ausgestaltung auch in jeder beliebigen Wassertiefe zu realisieren. Die Grenzen werden dabei durch auflandigen Betrieb mit einem Pumpendruck von bis zu 80 bar und einem unterseeischen Betrieb bei z. B. 800 m Wassertiefe von theoretisch 0 bar gesetzt.

Nach einer zusätzlichen vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrich tung weist die Vorrichtung mindestens eine Sammeleinrichtung für gefiltertes Wasser und/oder für Reinstwasser auf.

Nach einer zusätzlichen vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrich tung bestehen ein Filter und/oder eine Filtereinheit anordnungsbedingt aus einem Grob- und/oder einem Feinfilter und/oder einem Absolutfilter und/oder einem Aktivkoh lefilter und/oder einen Schichtenfilter. Jede Osmoseeinheit muss mit vorgefilterten Wasser (sehr reinem Frischwasser, gereinigtem, salzhaltigem Meerwasser) versorgt werden. Deshalb wird bevorzugt jeder Osmoseeinheit eine Filtereinheit vorangestellt. Dieses besteht im Wesentlichen aus einem Grobfilter zum Abhalten grober Verunrei nigungen, einem Feinfilter zum Abhalten von Verunreinigungen bis zu einem Durch messer von ca. 50 Mikrometer und einem Absolutfilter mit einer Porengröße von ca. 0,2 Mikrometer. Sollte die Gefahr bestehen, dass der dadurch verbleibende Rest an Verunreinigungen immer noch die Osmosemembran verstopfen könnte, muss als 4. Stufe ein Schichtenfilter mit entsprechender Porengröße eingesetzt werden.

Nach einer zusätzlichen vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrich tung kann zusätzlich oder alternativ vor einer Filtereinheit und/oder vor einer Osmo seeinheit mindestens ein Gasperlenfiltrationstank angeordnet sein, der zur Vorreini gung (Filterung) des zu reinigenden Wassers und/oder durch einen anderen Filter ge filterten Wassers mit einem gasförmigen Medium durchströmbar ist.

Gasperlenfiltration beschreibt die Reinigung von Wasser z.B. mit H ilfe eingeblasener Gas ein einen Gasperlenfiltrationstank. Nun kennt man aus den Geräten für den Flaus- halt sogenannte Osmosefilter. Dazu wird das Trinkwasser aus der örtlichen Wasser versorgung sukzessive über einen Grob- und einen Feinfilter aus Aktivkohle geleitet. Auf diese Weise wird es zusätzlich gereinigt bevor es beispielsweise für Speisen- oder Getränkezubereitung verwendet wird. Es bietet sich nun an, auch im größeren Maß stab z.B. den Vorfilter aus Aktivkohle durch eine Gasperlenfiltrationsvorrichtung zu er setzen und den Feinfilter falls nach Endfilterergebnis nötig in Form eines Aktivkohlefil ters, der nach dem Gasperlenfiltrationstank angeordnet ist, beizubehalten.

Unter Gasperlenfiltration versteht man einen Prozess, bei dem Gase, insbesondere gereinigte Gase, in Form winziger Bläschen in eine Flüssigkeit, bevorzugt Wasser, eingeblasen wird. Die Gasbläschen weisen eine geringere Dichte als die Flüssigkeit, in die sie injiziert werden, auf. Durch elektrostatische Kräfte werden winzige, genauer kolloidale, Verunreinigungen einer Flüssigkeit an diese Gasbläschen gebunden und durch ihr Aufsteigen aus der Flüssigkeit entfernt. Der zu Grunde liegende Mechanis mus lässt sich folgendermaßen skizzieren. In den Gasbläschen bildet sich auf Grund der Polarität von Wasser ein elektrisches Dipolfeld aus. Dieses Feld induziert wiede rum in angrenzender Materie ein elektrisches Dipolfeld. Beide Dipole bewirken eine anziehende Wechselwirkung, eine sogenannte van der Waals-Kraft, benannt nach dem holländischen Physiker van der Waals. Diese Kräfte sind übrigens dafür verant wortlich, dass Edelgase, insbesondere Flelium, überhaupt zu Flüssigkeiten kondensie ren können.

Die Verunreinigungen sammeln sich dadurch als Schaumauflage auf der gereinigten Flüssigkeit. Schwere Teilchen wie Kies und Sand mit deutlich größerer Dichte als Was ser lagern sich auf dem Boden ab. Diese Gasperlenfiltration ist in der Lage, Verunrei nigungen, die aus Agglomerationen von Zellen oder Molekülen bestehen, also insbe sondere alles, was nicht chemisch gelöst ist, aus einer Flüssigkeit zu entfernen. Ato mar oder molekular gelöste Stoffe können dadurch nicht oder nur in geringem Masse entfernt werden.

In Wasser chemisch gelöste Stoffe dissoziieren meist in positiv und negativ geladene Ionen, beispielsweise zerfällt Natriumchlorid, umgangssprachlich Kochsalz, in positiv geladene Natriumionen und negativ geladene Chlorionen. Die positiven Natriumionen umgeben sich mit negativen OFMonen, die negativen Chlorionen mit positiven H30 + - lonen (nicht wie fälschlich behauptet wird, mit Protonen). Die Gasperlenfiltration eignet sich also, um gröbere Verunreinigungen mit geringem Aufwand an Energie und Zeit aus Flüssigkeiten, insbesondere Wasser, zu entfernen. Dies gilt insbesondere für biologisches Gewebe, das eine spezifische Dichte ähnlich wie Wasser aufweist. Die letzte Nachbearbeitung der Flüssigkeit muss unter Umstän den chemisch oder mit weiteren Filtern erfolgen, um wirklich reines Trinkwasser zu erzeugen. Gasperlenfiltration funktioniert besonders effektiv in Wasser, da das Was sermolekül einen Winkel von ca. 107° zwischen den beiden Wasserstoffatomen auf weist und damit einhergehend ein großes, statisches Dipolmoment aufweist. Zum Ver gleich erreicht die relative Dielektrizitätskonstante von Wasser bei niedrigen Frequen zen einen Wert von 81 . Tantalkondensatoren, wie sie in Flandys verwendet werden, erreichen dem gegenüber nur eine relative Dielektrizitätskonstante zwischen 3 und -4.

Nach einer diesbezüglichen vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vor richtung ist das gasförmige Medium ein verschmutzungsfreies Gas oder Gasgemisch.

In Entwicklungs- und Schwellenländern könnte die Gasqualität so sein, dass durch die Gase Schadstoffe bei der Gasperlenfiltration in den Gasperlenfiltrationstank zugeführt werden. Abhilfe schafft hier ein Aktivkohlefilter wie er beispielsweise in Dunstabzugs hauben ohne Anbindung an die Außenluft eingesetzt wird. Diese Aktivkohlefilter wer den als Platten bereitgestellt und können sogar durch waschen, beispielsweise im Ge schirrspüler, aufgefrischt werden und somit mehrfach verwendet werden. Es bietet sich also an, ein Modul in der Wasseraufbereitung (Trinkwasseraufbereitung) vorzusehen, das die Gase, die zur Gasperlenfiltration eingeblasen wird, zunächst über einen sol chen Plattenfilter aus Aktivkohle reinigt. Dadurch wird die Anlage unabhängig von der lokalen Gasqualität.

Nach einer zusätzlichen vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrich tung ist vor einer Umkehrosmoseeinheit, die mindestens eine Osmosemembran . auf weist, die von einem Drucktank umgeben ist, mindestens eine Filtereinheit . und/oder mindestens ein Gasperlenfiltrationstank angeordnet, der zur Vorreinigung des zu rei nigenden Wasser mit einem gasförmigen Medium durchströmbar ist. Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Umkehrosmoseein heit zur Aufbereitung von zu reinigendem Wasser, nämlich Süßwasser, Salzwasser oder Brackwasser, insbesondere zur Entsalzung von zu reinigendem Wasser, die min destens einer Osmosemembran aufweist, durch die das zu reinigende Wasser und/o der durch einen anderen Filter gefilterte Wasser mittels mindestens einer Pumpe mit hohem Druck durch die Osmosemembran bzw. die Osmosemembranen hindurchge drückt und/oder hindurchgesogen wird, so dass das zu reinigende Wasser und/oder durch einen anderen Filter gefilterte Wasser in Reinstwasser und aufkonzentriertes Wasser auftrennbar ist, wobei die mindestens eine Osmosemembran von einem Drucktank umgeben ist, beträgt der durch die mindestens eine Pumpe (z.B. Floch- druckpumpe) innerhalb des Drucktanks erzeugte Druck mehr als 50 bar, insbesondere mehr als 80 bar,

Nach einer zusätzlichen vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Umkeh rosmoseeinheit weist zur Erzeugung einer turbulenten Strömung an der Osmose membran mindestens eine Umkehrosmoseeinheit eine Pumpe (z.B. Niederdruck pumpe) auf.

Nach einer zusätzlichen vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Umkeh rosmoseeinheit ist die Umkehrosmoseeinheit eine Umkehrosmoseeinheit, die in einer Vorrichtung zur Aufbereitung von zu reinigendem Wasser, nämlich Süßwasser, Salz wasser oder Brackwasser, insbesondere zur Entsalzung von zu reinigendem Wasser, gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13, eingesetzt wird.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Auf bereitung von zu reinigendem Wasser, nämlich Süßwasser, Salzwasser oder Brack wasser, insbesondere zur Entsalzung von zu reinigendem Wasser, bei dem mindes tens ein Filter eingesetzt wird, der zur Erzeugung von gefilterten Wasser oder Reinst wasser dient, wobei mindestens ein Filter eine Filtereinheit ist, die zur Erzeugung von gefilterten Wasser oder Reinstwasser in Strömungsrichtung von dem zu reinigenden Wasser und/oder durch einen anderen Filter gefilterten Wasser durchströmt wird und bei der zur zumindest teilweisen Reinigung, durch die die Filtereinheit mittels einer Flüssigkeit freigespült wird, die Strömungsrichtung innerhalb der Filtereinheit umge kehrt wird, und/oder mindestens ein Filter ein Gasperlenfiltrationstank ist, der zur Er zeugung von gefilterten (vorgereinigten) Wasser oder Reinstwasser zur Vorreinigung des zu reinigenden Wassers und/oder durch einen anderen Filter gefilterten Wassers mit einem gasförmigen Medium durchströmt wird, und/oder mindestens ein Filter eine Umkehrosmoseeinheit ist, die zur Erzeugung von gefilterten Wasser oder Reinstwas ser in Strömungsrichtung von dem zu reinigenden Wasser und/oder durch einen an deren Filter gefilterten Wasser durchströmt wird und die mindestens eine Osmose membran aufweist, die von einem Drucktank umgeben ist, wird nach mindestens einer Filtereinheit mindestens eine Umkehrosmoseeinheit angeordnet, die mindestens eine Osmosemembran aufweist, wobei das durch die Filtereinheit gefilterte Wasser mittels mindestens einer Pumpe (z.B. Flochdruckpumpe) mit hohem Druck durch die Osmo semembran bzw. die Osmosemembranen hindurchgedrückt und/oder hindurchge sogen wird, so dass das gefilterte Wasser in Reinstwasser und aufkonzentriertes Was ser aufgetrennt wird.

Nach einer zusätzlichen vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfah rens wird als für die zumindest teilweise Reinigung der Filtereinheit verwendete Flüs sigkeit zu reinigendes Wasser, gefiltertes Wasser, Reinstwasser und/oder aufkon zentriertes Wasser eingesetzt.

Nach einer zusätzlichen vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfah rens wird an einer Umkehrosmoseeinheit eine zweite Filtereinheit eingesetzt, die zur Erzeugung von gefilterten Wasser in Strömungsrichtung von dem zu reinigenden Was ser und/oder durch einen anderen Filter gefilterten Wasser durchströmt wird.

Nach einer diesbezüglichen vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Ver fahrens wird zur zumindest teilweisen Reinigung der zweiten Filtereinheit, durch die die zweite Filtereinheit mittels zu reinigendem Wasser, vorgefiltertem Wasser, Reinst wasser und/oder aufkonzentriertem Wasser freigespült wird, die Strömungsrichtung innerhalb der zweiten Filtereinheit umgekehrt. Nach einer zusätzlichen vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfah rens wird mittels einer Pumpe (z.B. Niederdruckpumpe) eine turbulente Strömung an der Osmosemembran mindestens einer Umkehrosmoseeinheit erzeugt.

Nach einer zusätzlichen vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfah rens wird an einer Osmosemembran das zu reinigende Wasser und/oder durch einen anderen Filter gefilterten Wasser mit einem Druck von mehr als 50 bar, insbesondere mehr als 80 bar, angelegt.

Nach einer diesbezüglichen vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Ver fahrens wird das zu reinigende Wasser und/oder durch einen anderen Filter gefilterten Wasser mittels einer Pumpe (z.B. Flochdruckpumpe) mit dem erforderlichen Druck an gelegt oder wird die Osmosemembran derart tief im Wasser bzw. im Meer angeordnet, dass der dort vorhandene Wasserdruck zum Hindurchtreten ausreicht.

Nach einer zusätzlichen vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfah rens werden vorgefiltertes Wasser und/oder Reinstwasser in mindestens eine Sam meleinrichtung gesammelt.

Nach einer zusätzlichen vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfah rens werden ein Filter und/oder eine Filtereinheit eingesetzt, die aus mindestens einem Grob-, mindestens einem Feinfilter, mindestens einem Absolutfilter, mindestens einem Aktivkohlefilter und/oder mindestens einem Schichtenfilter bestehen. Denkbar ist, dass mindestens ein Filter und/oder mindestens eine Filtereinheit vor und/oder nach einem Gasperlenfiltrationstank angeordnet wird.

Nach einer zusätzlichen vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfah rens wird mindestens ein vor einer Filtereinheit und/oder vor einer Osmoseeinheit an geordneter Gasperlenfiltrationstank eingesetzt wird, der zur Vorreinigung des zu reini genden Wassers und/oder durch einen anderen Filter gefilterten Wassers mit einem gasförmigen Medium durchströmt wird. Nach einer diesbezüglichen vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Ver fahrens wird als gasförmige Medium ein verschmutzungsfreies Gas oder Gasgemisch eingesetzt.

Nach einer zusätzlichen vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfah rens ist vor mindestens einer Umkehrosmoseeinheit, die mindestens eine Osmose membran aufweist, die von einem Drucktank umgeben ist, mindestens eine Filterein heit und/oder mindestens ein Gasperlenfiltrationstank angeordnet, der zur Vorreini gung des zu reinigenden Wasser mit einem gasförmigen Medium durchströmt wird.

Nach einer zusätzlichen vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfah rens wird als Vorrichtung zur Aufbereitung von zu reinigendem Wasser, nämlich Süß wasser, Salzwasser oder Brackwasser, insbesondere zur Entsalzung von zu reinigen dem Wasser, eine Vorrichtung, gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13, und/oder als Umkehrosmoseeinheit eine Umkehrosmoseeinheit, gemäß einem der Ansprüche 14 bis 17, eingesetzt.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgen den Beschreibung, den Ansprüchen und der Zeichnung entnehmbar.

Zeichnungen

Bevorzugte Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Gegenstands sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine skizzenhafter prinzipieller Aufbau einer Umkehrosmoseeinheit,

Fig. 2 eine skizzenhafte Filtereinheit, Fig. 3 eine skizzenhafte Darstellung der Überströmung in der Umkehrosmo seeinheit und

Fig. 4 eine skizzenhafte Darstellung einer Alternative zur Gewinnung von

Reinstwasser.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Fig.1 zeigt eine skizzenhafter prinzipieller Aufbau einer Umkehrosmoseeinheit 1 , die bevorzugt unter Wasser eingesetzt werden kann, wobei Fig. 1 auf Funktionsblöcke reduziert ist, die im Folgenden detaillierter beschrieben werden. Die Umkehrosmo seeinheit 1 , auf die bei der Aufbereitung von Süßwasser möglicherweise verzichtet werden kann, ist mittig zwischen zwei Filtereinheiten 2 (Filtermodule) platziert, die spiegelbildlich an beiden Seiten der Umkehrosmoseeinheit 1 angeflanscht sind.

Eine Filtereinheit 2 wird in Strömungsrichtung von dem zu reinigenden Wasser 3 (Salz wasser, Süßwasser, Brackwasser) oder bereits von einem anderen Filter gefilterten (vorgereinigten) Wasser durchströmt und dient zur Erzeugung von gefilterten Wasser, welches mittels mindestens einer Pumpe (z.B. Flochdruckpumpe) mit hohem Druck durch die Osmosemembran bzw. die Osmosemembranen hindurchgedrückt und/oder hindurchgesogen wird, so dass das gefilterten Wasser in aufkonzentriertes Wasser 4 und Reinstwasser 5 auftrennbar ist. In dieser Strömungsrichtung reinigt die ange strömte Filtereinheit 2 somit bevorzugt in mehreren Stufen das zu reinigende Wasser 3 oder das bereits von einem anderen Filter gefilterte (vorgereinigte) Wasser bis zu einem Reinheitsgrad, der Umkehrosmose ermöglicht. Die spiegelbildlich angeordnete Filtereinheit 2, die in Strömungsrichtung nach der Umkehrosmoseeinheit 1 angeordnet ist, wird von zu reinigendem Wasser 3, gefiltertem Wasser, Reinstwasser 5 und/oder aufkonzentriertem Wasser 4 rückwärts, also bevorzugt von dem feinsten zum gröbsten Filter einer Filtereinheit 2, durchströmt und dadurch gereinigt. Die Strömungsumkehr bewirkt also in dieser Anordnung, dass eine Filtereinheit 2 durch Filterung des zu rei nigenden Wassers 3 beladen und eine Filtereinheit 2 frei gespült wird. Dadurch sollte die Filterstandzeit zwischen zwei Wartungsintervallen wesentlich gesteigert werden im Vergleich zum Betrieb mit einer einzigen Filtereinheit 2. Die geometrische Anordnung oder die Kapazität der drei Einheiten in einem funktionsfähigen Gerät ist durch die Prinzipskizze nicht festgelegt. Die Kapazität einer Anlage wurde durch den Parallelbe trieb gleichartiger Module bestimmt.

Der symmetrischer Aufbau der Filtereinheiten 2 ist somit eine Alternative zum Stand der Technik, da dadurch die Strömungsrichtung in der Umkehrosmoseeinheit 1 umge kehrt werden kann. Somit ist es möglich, an beiden Enden der Umkehrosmoseeinheit 1 symmetrisch eine Filtereinheit 2 anzuflanschen. Beim Betrieb wird dann eine Fil tereinheit 2 das Meerwasser reinigen und gereinigt an die Umkehrosmoseeinheit 1 zuführen. Die symmetrisch dazu angeordnete Filtereinheit 2 wird rückwärts z.B. von der angereicherten Sole aus der Umkehrosmoseeinheit 1 durchströmt und spült die Filter wieder frei. Dadurch sollte sich die Standzeit der Filtereinheiten 2 drastisch er höhen.

Das Vertauschen der Bezugszahl 3 und 4 deutet die Strömungsumkehr an.

Fig. 2 zeigt eine skizzenhafte Filtereinheit 2. Die Filtereinheit 2 setzt sich in Strömungs richtung bevorzugt aus mindestens drei Filtermodulen zusammen. Der Grobfilter 6 könnte beispielsweise ein Sandfilter (z.B. Sedimentfilter) sein, der makroskopische Verunreinigungen oder grobe Partikel aus dem zu reinigenden Wasser 3 entfernt. Das zweite Modul, der Feinfilter 7, entfernt Partikel mit Durchmessern bis etwa 50 Mikro meter. Der Absolutfilter 8 schließlich besteht aus inerten Glaskugeln aus z.B. Rubin und/oder Quarz mit einem bestimmten Durchmesser (z.B. 127 pm) und kann Schmutz partikel bis zu einem Durchmesser von ca. 0,2 Mikrometer zuverlässig ausfiltern. Op tional ist noch ein viertes Filtermodul, ein Schichtenfilter 9, vorgesehen sollte aller dings dieser Schichtenfilter 9 wirklich notwendig sein, gestaltet dies die Entladung der Filtereinheit erheblich schwieriger, da Schichtenfilter 9 nicht rückgespült werden kön nen. Ein Schichtenfilter 9 kann somit nicht durch Strömungsumkehr gereinigt werden kann. In diesem Falle bietet sich die in Fig. 4 dargestellte Alternative an. Das durch die Filtermodule gefilterte Wasser 10 wird mittels einer Pumpe 1 1 mit vari ablen Druck zur Angleichung des hydrostatischen Umgebungsdrucks an den notwen digen Druck zur Umkehrosmoseeinheit gepumpt, um dort die Osmosemembran zu umströmen.

Durch Umkehr der Strömungsrichtung innerhalb der Filtermodule in Strömungsrich tung 12 können die mit ausgefiltertem Material beladenen Filtermodule durch Freispü lung gereinigt werden.

Bevorzugt könnte eine Osmosemembran auf Graphen, also Kohlenstoff lagen, die, ob wohl sie nur ein Atom dick sind, extrem hart sind und hervorragende Leitfähigkeiten aufweisen, basieren. Zur kostengünstigen und einfachen Herstellung der Osmose membran könnte dabei Graphenoxid, ein chemisches Derivat, welches durch Oxida tion herstellbar ist, Verwendung finden. Dabei wird Graphenoxid z.B. als Lösung auf ein Substrat oder poröses Material aufgetragen, wodurch eine dünne Membran ent steht. Die harte Schicht aus Graphen weist Löcher auf, die so klein sind (Porendurch messer z.B. 1 Nanometer), dass nur Wasser aber kein Salz hindurchpasst. Um ein Aufquellen der aus Graphenoxid bestehenden Membran durch den Kontakt mit Was ser zu vermeiden, wodurch kleinere Salze durch die Poren hindurchtreten könnten, ist es denkbar, dass hauchdünne Wände aus z.B. Epoxidharz auf beide Seiten der Membran platziert werden, die das Aufquellen verhindern.

Fig. 3 zeigt eine skizzenhafte Darstellung der Überströmung in der Umkehrosmoseein heit 1 . Die Umkehrosmose findet an Membranen statt, deren Außenseite dem gefilter ten Wasser 10 ausgesetzt ist. Die Innenseite ist dagegen im Prinzip fast hermetisch abgeschirmt. Aber nur fast, da Außen- und Innenseite durch feinste Kanäle verbunden sind, die zwar Wassermoleküle passieren lassen aber z.B. Salzionen zurückhalten. Dieses Diffundieren der Wassermoleküle von der Außenseite zur Innenseite erfordert einen erheblichen Druckunterschied im Bereich von 55 bis 80 bar. Der Umkehrosmo seprozess kann nur stattfinden, wenn die Außenseite der Membran turbulent ange strömt wird. Anderenfalls setzen sich die Poren, die die Umkehrosmose ermöglichen, augenblicklich zu. Da die Abscheiderate an Reinstwasser 5 (Süßwasser) im Verbleich zum überströmenden Massenstrom gering ausfällt, wird noch zusätzlich eine Nieder druck-Umwälzpumpe 13 (Niederdruckpumpe) eingesetzt, die zur turbulenten Über strömen der äußeren Oberfläche der Umkehrosmosemembran 6 dient. Der Massen strom, der die Umkehrosmosemembran 14 überströmt, macht ein Vielfaches, abge schätzt wird ein Faktor von 30 bis 50, des zugeführten, gereinigten Reinstwassers 5 aus. Das abgeschiedene Reinstwasser 5 (Süßwasser) wird über eine Hochdruck pumpe 15 (Druckbedarf bis 80 bar) abgezogen und an die Oberfläche gepumpt. Das aufkonzentrierte Wasser 4 verlässt die Umkehrosmoseeinheit 1 und wird an die Um gebung z.B. das Meer abgegeben.

Die Osmosemembran 14 der Umkehrosmoseeinheit 1 ist von einem Drucktank umge ben, in dessen Inneren bedingt durch den Wasserdruck, der den Drucktank umgibt, oder die Pumpe 1 1 bevorzugt ein Druck von 80 bar herrscht. Ist die Wassertiefe aus reichend, so ist die Pumpe 1 1 nicht notwendig. Somit wird die Pumpe 1 1 eingesetzt, wenn der Wasserdruck keine 80 bar aufweist, um die fehlende Differenz auszuglei chen. Zwingend erforderlich ist die Pumpe 1 1 , wenn der Drucktank an Land oder auf dem Wasser betrieben werden soll. Das aufkonzentrierte Wasser 4 verlässt die Um kehrosmoseeinheit 1 durch ein Ventil (Überdruckventil), das beispielsweise ab einem Druck von 77 bar öffnet. Das Reinstwasser 5 hat beim Verlassen der Umkehrosmo seeinheit 1 sehr niedrigen Druck, der ggfls. 0 bar beträgt. Zur Steuerung des Frisch wasserabflusses aus der Umkehrosmoseeinheit 1 wird bevorzugt die elektrische Leit fähigkeit des Reinstwassers 5 herangezogen, da die elektrische Leitfähigkeit ein Indi kator der Reinheit des Wassers ist, so dass eine niedrige elektrische Leitfähigkeit ei nen hohen Reinheitsgrad und eine höhere elektrische Leitfähigkeit einen niedrigeren Reinheitsgrad signalisiert.

Je nach Verschmutzungsgrad und Salzgehalt des zu reinigenden Wassers kann ggfls. auf Umkehrosmoseeinheit 1 , die an Land, auf dem Wasser oder unter Wasser betrie ben werden kann, verzichtet werden, so dass durch die Aufbereitung mittels Gasper lenfiltration und/oder unter Einsatz der Filtereinheit 2, die ggfls. auch ein UV-Licht- Modul und/oder ein Mikroplastikmodul und/oder eine Zentrifuge zur Reinigung des Wassers aufweisen kann, bereits Reinstwasser 5 zur Verfügung gestellt werden kann. Fig. 4 zeigt eine skizzenhafte Darstellung einer Alternative zur Gewinnung von Reinst- wasser 5. Bei dieser Methode können die Aufbereitung des zu reinigenden Wassers 3 und die Umkehrosmose räumlich getrennt werden. Die Verbindung zwischen beiden Prozessträgern, Reinigung und Umkehrosmose, erfolgt über flexible Schlauch- oder Rohrverbindungen 16. Im Zusammenspiel mit der Umkehrosmose unter Wasser wird in der Regel die Meerwasseraufbereitung auf Meereshöhe und die Umkehrosmose unter Wasser erfolgen. Der Systemaufbau lässt sich folgendermaßen skizzieren. Eine Niederdruckpumpe 17 füllt einen Gasperlenfiltrationstank 18 (Kessel) mit zu reinigen dem Wasser 3. Eine Gaspumpe 19 bläst feinperliges Gas in dieses zu reinigende Was ser 3. Der Effekt dieser verbesserten Filtration entzieht dem zu reinigendem Wasser 3 die enthaltenen Schmutzpartikel. Eventuell muss noch ein Aktivkohlefolter 20 nachge schaltet werden, um beispielsweise gelöste Schwermetallionen zu entfernen. Das vor gefilterte Wasser wird mittels einer Pumpe 1 1 über die flexible Schlauch- oder Rohr verbindung 16, durch die der Flöhenunterschied 21 zwischen Wasseraufbereitung auf Meereshöhe und der Umkehrosmose in der Tiefe überbrückt wird, der Umkehrosmo seeinheit 1 zugeführt. Das aufkonzentrierte Wasser 4 (angereichte Sole) wird an die Umgebung entlassen. Das Reinstwasser 5 (abgeschiedene Süßwasser) wird über eine flexible Schlauch- oder Rohrverbindung 22 dem Verbraucher an der Oberfläche oder an Land zugeführt. Ein Süßwasserspeicher 23 (Zwischenspeicher) gleicht Ab nahmeschwankungen aus. Der Vorteil dieser Frischwasserreinigung liegt in der im Prinzip unendlichen Standzeit einer Filterung durch verbesserte Filtration.

Fig. 4 stellt eine Alternative dar, wenn ein Schichtenfilter 9, der nicht durch Strömungs umkehr gereinigt werden kann, zum Einsatz kommen müsste. Oberhalb der Wasser oberfläche, entweder an Land oder auf einem Schwimmkörper wird in diesem Fall das zu reinigende Wasser 3 durch eine Kombination aus verbesserter Filterung und wei terer Filterstufen, beispielsweise Aktivkohlefilter 20, gereinigt und dann über flexible Rohr- oder Schlauchverbindungen 16 einer eventuell entfernt installierten Osmoseein heit zugeführt. Das Funktionsprinzip solcher Filterung ist einfach. Ein Gasperlenfiltra tionstank 18 wird mit zu reinigenden Wasser 3 gefüllt. In Bodennähe wird feinperliges Gas eingeblasen. Durch den Dichtungsunterschied zwischen Gas und Wasser steigen die Gasbläschen auf. Die polare Gestalt des Wassermoleküls bedingt ein elektrisches Dipolfeld in den Gasbläschen. Dieses zieht Schmutzteilchen, insbesondere organi sche Verunreinigungen, an und entfernt sie beim Aufsteigen aus dem zu reinigenden Wasser 3. Je nach Bedarf kann noch eine weitere Filterstufe zur Nachreinigung des Frischwassers, beispielsweise ein Aktivkohlefilter 20, eingesetzt werden.

Der Gasperlenfiltrationstank 18 ist bevorzugt ein bevorzugt lebensmittelechter Edel stahl- oder Kunststofftank und weist einen Kompressor zur Erzeugung ölfreien Press gas mit Einblasvorrichtung, einen Flahn zum Abziehen des gereinigten Wassers und eine Vorrichtung zum Entfernen der Schaumauflage auf. Bevorzugt wird ein aufrecht stehender, zylindrischer Tank verwendet, wie er beispielsweise als Gärtank in Kelle reibetrieben verwendet wird. Als Material bietet sich Edelstahl an, kann aber auch bei spielsweise durch lebensmittelechten, glasfaserverstärkten Kunststoff ersetzt werden. Über dem Tankboden wird die horizontal orientierte Einblasebene installiert. Sie muss möglichst den gesamten Tankquerschnitt mit einem homogenen Film feiner Gasbläs chen überziehen. Der Abstand zwischen Tankboden und Einblasebene bewegt sich, je nach Tankhöhe und Verschmutzungsgrad des zu reinigenden Wassers, zwischen 5% und 20% der gesamten Tankhöhe. Die Einblasvorrichtung setzt sich aus einem Kompressor, der bevorzugt ölfreie, gefiltertes Druckgas erzeugt und einem Kranz fei ner Düsen, die in einer horizontalen Ebene über den Umfang des Tanks verteilt sind, zusammen. Über diese Düsen wird das Druckgas in die Flüssigkeit eingeblasen, wobei sich sehr feine Bläschen bilden. An diese Bläschen heften sich auf Grund elektrosta tisch induzierter Dipole bevorzugt organische Verunreinigungen. Diese werden durch die aufsteigenden Gasbläschen aus dem Flüssigkeitsvolumen entfernt und sammeln sich als kompakte Schaumkrone auf der Flüssigkeitsoberfläche. Nach einer gewissen Standzeit von Minuten bis zu einer halben Stunde, je nach Tankgröße, kann die Schaumkrone abgezogen werden. Diese kann je nach Art der Verschmutzungen even tuell direkt als Dünger eingesetzt werden. Etwas oberhalb der Einblasebene kann eine Abziehvorrichtung, beispielsweise ein Wasserhahn, eingebaut werden, über den das gereinigte Wasser abgezogen werden kann. Für Wartungszwecke bietet sich an, den Deckel des Tanks abnehmbar auszuführen, damit mineralische Bestandteile wie Kies und Sand von Zeit zu Zeit entfernt werden können und der Tankinnenraum einer le bensmittelgerechten Reinigung unterzogen werden kann.

Der Betrieb der Anlage erfolgt bevorzugt in folgenden Schritten:

- Vorreinigung des Wassers beispielsweise über einen Sandfilter und/oder Aktiv kohlefilter (optional),

- befüllen des Tanks mit zu reinigendem oder bereits vorgereinigtem Wasser,

- einblasen z.B. feiner Gasbläschen,

- Standzeit zur Bildung der Schaumkrone,

- abziehen der Schaumkrone und

- abziehen des gereinigten Wassers.

Wie oben bereits angedeutet, können auf diese Weise kolloidale, insbesondere biolo gische Gewebe, entfernt werden. Chemisch gelöste Stoffe, wie beispielsweise Salze, müssen in nachfolgenden Bearbeitungsschritten, beispielsweise durch Ausfällung o- der durch weitere Filter (z. B. Umkehrosmoseeinheit) entfernt werden. Dadurch ist es möglich, Wasser derart zu reinigen, dass es als Trinkwasser oder zu anderen Einsatz zwecken, beispielsweise zur Bewässerung von Agrarkulturen, eingesetzt werden kann..

Alle in der Beschreibung, den nachfolgenden Ansprüchen und den Zeichnungen dar gestellten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination mitei nander erfindungswesentlich sein.

Bezugszahlenliste

1 Umkehrosmoseeinheit

2 Filtereinheit

3 Zu reinigendes Wasser

4 Aufkonzentriertes Wasser

5 Reinstwasser

6 Grobfilter

7 Feinfilter

8 Absolutfilter

9 Schichtenfilter

10 Gefiltertes Wasser

11 Pumpe

12 Strömungsrichtung

13 Niederdruckpumpe

14 Osmosemembran, Umkehrosmosemembran

15 Flochdruckpumpe

16 Schlauch- oder Rohrverbindung

17 Niederdruckpumpe

18 Gasperlenfiltrationstank

19 Gaspumpe

20 Aktivkohlefilter

21 Höhenunterschied

22 Schlauch- oder Rohrverbindung

23 Süßwasserspeicher

24 Drucktank