DE69112049T2

DE69112049T2 - Tragbares wasserreinigungssystem.

Info

Publication number: DE69112049T2
Application number: DE69112049T
Authority: DE
Inventors: Richard Hembree; Brian Sullivan
Original assignee: Recovery Engineering Inc
Current assignee: Pur Water Purification Products Inc
Priority date: 1990-04-05
Filing date: 1991-04-01
Publication date: 1996-01-11
Anticipated expiration: 2011-04-02
Also published as: EP0525011A1; DK0525011T3; ES2078516T3; CA2079809A1; JPH05505974A; AU7680791A; WO1991015281A1; ATE126085T1; DE69112049D1; BR9106314A; EP0525011A4; EP0525011B1; AU649189B2

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft Wasserreinigungssysteme im allgemeinen. Insbesondere betrifft die Erfindung tragbare Wasserreinigungssysteme, die sowohl einen Filter zum physischen Entfernen teilchenförmiger Verunreinigungen und größerer Krankheitserreger aus dem Wasser als auch einen porösen Körper aus biozidwirksamen Material zur chemischen Desinfektion des Wassers aufweisen.

Hintergrund

Süßwasser ist oft mit unzuträglichen Schwebstoffen und/oder mit schädlichen Krankheitserregern, einschließlich Parasiten, wie beispielsweise Schistosoma, Zysten, wie beispielsweise Giardia, Bakterien, wie beispielsweise Cholerabakterien, und Viren, wie beispielsweise Hepatitisviren verunreinigt.
Für die Gewinnung von Trinkwasser aus Süßwasser, das mit Schwebstoffen und/oder Krankheitserregern verunreinigt ist, stehen verschiedene Verfahren zur Verfügung. Die Wahl des am besten geeigneten Verfahrens erfordert die Ermittlung von und das Abwägen zwischen Leistungsanforderungen, Energieverfügbarkeit und Größenbeschränkungen.
Die meisten Einschränkungen beim Entwurf eines Reinigungssystems sind gegeben, wenn ein bequem tragbares System entworfen werden soll, das in der Lage ist, Wasser mikrobiologisch zu reinigen, welches sowohl mit größeren Krankheitserregern, wie beispielsweise Zysten (mit einem Durchmesser von etwa 6 um (Mikron)), die der chemischen Desinfektion widerstehen, als auch mit kleineren Krankheitserregern, wie beispielsweise Viren (mit einem Durchmesser von etwa 0,05 um (Mikron), die schwer abzufiltrieren sind, verunreinigt bzw. kontaminiert ist.
Bei einem der zur mikrobiologischen Reinigung verunreinigten Wassers eingesetzten Verfahren wird versucht, das Wasser durch Auflösen eines Biozids im Wasser oder durch Perkolieren bzw. durch Durchsickernlassen des Wassers durch ein biozidwirksames, poröses Harz chemisch zu desinfizieren.
Beispiele für das chemische Desinfektionsverfahren sind die US-Patente Nr. 2,566,371; 4,151,092 und 4,298,475.
Das US-Patent 2,566,371 (Quinn) offenbart ein tragbares Wasserfiltriergerät, das als Grundlage für die Ansprüche dient. Der Hauptzweck des Geräts ist die Verwendung von Adsorptionsmitteln zur Entfernung von Chemikalien aus dem Wasser. Das offenbarte Gerät zeigt einen Wasserfilter mit einem Becher, aus dem kontaminiertes Wasser von einer mittigen Pumpe durch einen Einlaßfilter gepumpt wird. Die Pumpe treibt das Wasser in ein zylindrisches Gehäuse, das Filterröhren enthält. Die inneren Bohrungen der Filterröhren, angrenzende Durchgangskanäle und ein ringförmiger Kanal sind mit einer Menge gemischter, körnchenförmiger Adsorptionsmittel gefüllt. Ein Teil der Adsorptionsmittel ist mit oligodynamischen Metallen beschichtet. Gemäß den Ansprüchen weist das Quinn-Gerät einen Behälter und einen Filter in der Weise auf, daß der Filter den Behälter in einen ersten und einen zweiten Bereich unterteilt. Der erste Bereich nimmt kontaminiertes Wasser auf. Es ist ein Mechanismus vorhanden, der das kontaminierte Wasser aus dem ersten Bereich durch den Filter in den zweiten Bereich fördert. Ferner ist ein Mechanismus vorhanden, mit dem das filtrierte Wasser aus dem Behälter abgeleitet wird. Das offenbarte Gerät beinhaltet keinen Inaktivierungsmechanismus zur Reinigung von Wasser, das aktive Bakterien und Viren enthält. In Anbetracht dessen erbringt das Gerät keine dreifach logarithmische Reduzierung der Konzentration an Giardialamblia-Zysten, Bakterien oder Viren.
Das US-Patent 4,151,092 (Grimm et al.) offenbart ein tragbares Wasserreinigungssystem, das folgendes beinhaltet: (i) einen Vorrat an biozidwirksamen Tabletten, (ii) einen ersten Behälter zur Aufnahme einer bestimmten Menge kontaminierten Wassers, das mit dem bioziden Desinfektionsmittel behandelt wird, (iii) einen zweiten Behälter, der abgedichtet vom ersten Behälter aufgenommen werden kann, zur Ausübung von Druck auf das im ersten Behälter enthaltene, behandelte Wasser, wenn er nach unten in den ersten Behälter gedrückt wird, und (iv) eine austauschbare Filterpatrone, die mit dem Boden des zweiten Behälters verbunden ist, zum Filtrieren des im ersten Behälter enthaltenen, behandelten Wassers, wenn das Wasser aus dem ersten Behälter in den zweiten Behälter gedrückt wird. Die Filterpatrone beinhaltet ein Polyethylenfilter zur Entfernung von Schwebstoffen, eine Aktivkohleschicht zur Entfernung des Biozids und anderer geschmacksbeeinträchtigender Verunreinigungen sowie eine Lage Filz zum Zurückhalten der Aktivkohle. Wenngleich die chemische Desinfektion im allgemeinen effektiv ist, ist es dabei erforderlich, daß das kontaminierte Wasser mehr als dreißig Minuten lang mit einem Biozid behandelt wird, bevor das Biozid durch Hindurchleiten des Wassers durch die Aktivkohle und/oder den Verbrauch des Wassers entfernt wird.
Das US-Patent 4,298,475 (Gartner) offenbart ein tragbares Wasserreinigungssystem, das durch Ansaugen mit dem Mund betrieben werden kann und ein Saugröhrchen aufweist, welches aufeinanderfolgend Filtermittel zur Entfernung von Schwebstoffen aus dem Wasser, ein biozid wirkendes Anionen austauschendes Harz zur chemischen Desinfektion des Wassers, Filtermittel zur weiteren Entfernung von Schwebstoffen, Aktivkohle zur Entfernung geschmacksbeeinträchtigender Verunreinigungen, einschließlich von Desinfektionsmittelresten, und Filtermittel zum Zurückhalten der Aktivkohle enthält. Gartner macht keine näheren Ausführungen zur Porengröße der Filtermittel.
Bei einem zweiten Verfahren zur mikrobiologischen Reinigung kontaminierten Wassers wird versucht, die Krankheitserreger mittels eines Mikrofilters aus dem kontaminierten Wasser abzufiltrieren. Während dieses Verfahren zur Entfernung größerer Krankheitserreger, wie Zysten und Bakterien, geeignet sein kann, sind derartige Systeme im allgemeinen ungeeignet zur Entfernung der kleineren Krankheitserreger, wie Viren; ferner erfordert ihr Betrieb einen beachtlichen Energieeinsatz, sie liefern eine bescheidene Ausbeute an gereinigtem Wasser und machen einen häufigen Filterwechsel erforderlich.
Somit besteht ein echter Bedarf an einem einfachen und wirksamen, manuell zu betreibenden, tragbaren Wasserreinigungssystem, das mit minimalem Aufwand ansehnliche Mengen von mikrobiologisch gereinigtem Wasser liefern kann.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform der Erfindung im kompakten Aufbewahrungszustand.
Fig. 2 ist eine Vorderansicht im Querschnitt entlang der Linie 2-2 der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform der Erfindung.
Fig. 3 zeigt einen Querschnitt der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform der Erfindung im Betriebszustand.
Fig. 4 ist ein Querschnitt der ersten Behältereinheit der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform der Erfindung.
Fig. 5 ist ein Querschnitt der Kolbeneinheit der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform der Erfindung.
Fig. 6 gibt in logarithmischem Mikrometermaßstab die Größe verschiedener Teilchen an.

Zusammenfassung

Handbetriebenes Gerät zur Herstellung von Trinkwasser aus kontaminiertem Wasser, das einen ersten Behälter (20) und einen Filter (80), der den ersten Behälter in einen ersten, das verunreinigte Wasser aufnehmenden Abschnitt (31) und einen zweiten Abschnitt (32, 33) unterteilt, sowie einen Kolben (50) und einen porösen Körper (90) aus biozidwirksamen Material aufweist. Der erste Abschnitt (31) des ersten Behälters (20) ist ein zylindrischer Hohlraum, der konzentrisch von dem Filterelement (80) umgeben ist; der erste Behälter (20) nimmt den porösen Körper (90) aus biozidwirksamen Material auf, und der erste Abschnitt (31) des ersten Behälters (20) sowie der Kolben (50) weisen Seitenwände (23, 53) auf, die relativ zueinander bewegbar und durch Dichtmittel (29) gegeneinander abgedichtet sind, so daß das verunreinigte Wasser nicht an den Dichtmitteln (29) vorbeiströmen kann, wenn mittels des Kolbens (50) eine Kraft auf das verunreinigte Wasser ausgeübt wird.
Ferner weist das Gerät auf: (i) ein Mittel zur Verminderung der Vakuumbildung innerhalb der ersten Kammer, wenn der Kolben aus dem ersten Behälter gezogen wird, (ii) einen mit der Auslaßöffnung des ersten Behälters in Verbindung bringbaren Ausguß, der schwenkbar ist, um die Auslaßöffnung abzudichten, wenn er in einer ersten Stellung angeordnet ist, und um das durch die Auslaßöffnung aus dem ersten Behälter ausfließende Trinkwasser zu lenken, wenn er in einer zweiten Stellung angeordnet ist, sowie (iii) einen zweiten Behälter mit einem offenen Ende, der als Trinkbecher für das von dem System genommene Trinkwasser sowie als Deckel für den ersten Behälter dient.

Begriffsbestimmungen

Die in dieser Beschreibung verwendeten Ausdrücke "mikrobiologisch gereinigt" und "mikrobiologische Reinigung" bedeuten in Verbindung mit mikrobiologisch verunreinigtem Wasser die ausreichende Entfernung und/oder Inaktivierung möglicherweise gesundheitsschädlicher Zysten, Bakterien und Viren, so daß das Wasser aus mikrobiologischer Sicht trinkbar wird.

Ausführliche Beschreibung eines die beste Wirkungsweise enthaltenden Ausführungsbeispiels der Erfindung

Bezugszeichenliste

10 Wasserreinigungsgerät
20 erster Behälter
21 Oberseite des ersten Behälters
22 Unterseite des ersten Behälters
23 Seitenwand des ersten Behälters
23a oberer Abschnitt der Seitenwand
23b mittlerer Abschnitt der Seitenwand
23c unterer Abschnitt der Seitenwand
24 oberer horizontaler Flansch
25 unterer horizontaler Flansch
26 Trennwand
27 erste Abdeckung
28 zweite Abdeckung
29 Dichtung
30 erste Kammer
30a oberer Abschnitt der ersten Kammer
30b unterer Abschnitt der ersten Kammer
31 mittiger Hohlraumabschnitt der ersten Kammer
32 innerer ringförmiger Hohlraumabschnitt der ersten Kammer
33 äußerer ringförmiger Hohlraumabschnitt der ersten Kammer
33a oberer Abschnitt des äußeren ringförmigen Hohlraums
33b unterer Abschnitt des äußeren ringförmigen Hohlraums
34 Kanal zwischen innerem und äußerem ringförmigem Hohlraum
35Auslaßöffnung
36 Ringnut
40 zweiter Behälter
41 oberes Ende des zweiten Behälters
42 unteres Ende des zweiten Behälters
43 Seitenwand des zweiten Behälters
46 ringförmige Rippe
50 Kolben
51 proximales Ende des Kolbens
52 distales Ende des Kolbens
53 Seitenwand des Kolbens
54 Kopf
55 Rückschlagventil
56 obere Kammer
57 untere Kammer
58 obere Öffnung
59 mittlere Öffnung
60 untere Öffnung
70 Ausguß
71 proximales Ende des Ausgusses
72 distales Ende des Ausgusses
73 Ausgußkanal
74 Einlaßöffnung
75 Auslaßöffnung
80 Filter
81 Oberseite des Filters
82 Unterseite des Filters
83 Innenseite des Filters
84 Außenseite des Filters
90 biozidwirksames Harz
95 Aktivelement als Zubehörteil
101 kontaminiertes Wasser
102 filtriertes Wasser
103 trinkbares/gereinigtes Wasser

Aufbau

Die Erfindung ist ein kompaktes, handbetriebenes, tragbares Wasserreinigungsgerät, das eine beachtliche Menge Trinkwasser liefern kann.
Das Gerät wird anhand der in den Fig. 1 bis 5 dargestellten erfindungsgemäßen Ausführungsform beschrieben, wobei in allen Zeichnungen die Bezugszeichen gemäß vorstehend er Bezugszeichenliste verwendet werden.
Entsprechend den Fig. 1 bis 3 weist das Gerät 10 folgendes auf: (i) einen zylindrischen ersten Behälter 20, der einen Filter 80 und einen porösen Körper aus biozid wirkendem bzw. biozid wirksames Material 90 aufnimmt und eine bestimmte Menge an zu reinigendem verunreinigtem Wasser 101 faßt, (ii) einen zylindrischen zweiten Behälter 40, der als Deckel für den ersten Behälter 20 und als Gefäß zur Aufnahme des von dem Gerät 10 erzeugten Trinkwassers 103 dient, und (iii) einen zylindrischen Kolben 50, der ausfahrbar sowie gegen den ersten Behälter 20 abgedichtet ist und von letzterem aufgenommen wird, um im ersten Behälter 20 enthaltenes, verunreinigtes Wasser 101 durch den Filter 80 und den porösen Körper aus biozidwirksames Material 90, die im ersten Behälter 20 angeordnet sind, zu drücken.
Wie aus Fig. 4 zu ersehen ist, definiert der erste Behälter 20 eine zylindrische erste Kammer 30, die von einem oberen horizontalen, ringförmigen Flansch 24, der den Durchmesser der zylindrischen ersten Kammer 30 ändert, in einen oberen Abschnitt 30a und einen unteren Abschnitt 30b unterteilt wird. Der obere Abschnitt 30a der ersten Kammer 30 hat einen kleineren Durchmesser als der untere Abschnitt 30b der ersten Kammer 30.
Der erste Behälter 20 weist ferner unmittelbar unterhalb des oberen horizontalen, ringförmigen Flansches 24 einen unteren horizontalen, ringförmigen Flansch 25 auf, der den Durchmesser des unteren Abschnitts 30b der ersten Kammer 30 noch weiter vergrößert. Der obere horizontale, ringförmige Flansch 24 und der untere horizontale, ringförmige Flansch 25 unterteilen die Seitenwand 23 des Behälters in einen oberen Seitenwandabschnitt 23a zwischen der Oberseite 21 des ersten Behälters 20 und dem oberen horizontalen, ringförmigen Flansch 24, einen mittleren Seitenwandabschnitt 23b zwischen dem oberen horizontalen, ringförmigen Flansch 24 und dem unteren horizontalen, ringförmigen Flansch 25 sowie einen unteren Seitenwandabschnitt 23c zwischen dem unteren horizontalen, ringförmigen Flansch 25 und der Unterseite 22 des ersten Behälters 20.
Innerhalb der ersten Kammer 30 erstreckt sich vom oberen horizontalen Flansch 24 bis fast zur Unterseite 22 des ersten Behälters 20 eine zylindrische Trennwand 26. Die Trennwand 26 endet oberhalb der Unterseite 22 des ersten Behälters 20, so daß um die Trennwand 26 herum ein ringförmiger Kanal 34 entsteht.
Der im ersten Behälter 20 untergebrachte Filter 80 hat zylindrische Form und ist innerhalb der Trennwand 26 angeordnet. Die Oberseite 81 und die Unterseite 82 des Filters 80 sind abgedichtet mit dem oberen horizontalen, ringförmigen Flansch 24 bzw. der Unterseite 22 des ersten Behälters 20 verbunden. Der Filter 80 und die Trennwand 26 unterteilen den unteren Abschnitt 30b der ersten Kammer 30 in (i) einen von dem Filter 80 definierten mittigen zylindrischen Hohlraum 31, (ii) einen von dem Filter 80 und der Trennwand 26 gebildeten inneren ringförmigen Hohlraum 32 sowie (iii) einen von der Trennwand 26 und dem unteren Abschnitt 23c der Seitenwand 23 gebildeten, äußeren ringförmigen Hohlraum 33.
Die Innenfläche 83 des Filters 80 verläuft vertikal im wesentlichen fluchtend mit der Innenfläche des oberen Abschnitts 30a des ersten Behälters 20, so daß eine im wesentlichen durchgehende Oberfläche gebildet wird, um den Abstand zwischen der Seitenwand des Kolbens 50 und der Seitenwand des ersten Behälters 20 sowie der Innenseite des Filters 80 zu reduzieren.
Im äußeren ringförmigen Hohlraum 33 ist anstoßend an den unteren horizontalen ringförmigen Flansch 25 eine erste ringförmige Abdeckung 27 plaziert, die den äußeren ringförmigen Hohlraum 33 in einen oberen Abschnitt 33a und einen unteren Abschnitt 33b unterteilt. Der obere Abschnitt 33a des äußeren ringförmigen Hohlraums 33 wird vom oberen horizontalen, ringförmigen Flansch 24, dem mittleren Abschnitt 23b der Seitenwand 23 des ersten Behälters, der Trennwand 26 und der ersten ringförmigen Abdeckung 27 gebildet. Der untere Abschnitt 33b des äußeren ringförmigen Hohlraums 33 wird von der ersten ringförmigen Abdeckung 27, dem unteren Abschnitt 23c der Seitenwand 23 des ersten Behälters, der Trennwand 26 und der Unterseite 22 des ersten Behälters 20 gebildet.
Eine Auslaßöffnung 35 für den oberen Abschnitt 33a des äußeren ringförmigen Hohlraums 33 verläuft durch den oberen horizontalen Flansch 24.
Der untere Abschnitt 33b des äußeren ringförmigen Hohlraums 33 ist mit einer Schicht porösen, biozidwirksamen Materials 90 gefüllt sowie auf Wunsch mit einer oder mehreren Schichten einer Aktivkomponente 95, beispielsweise einer Schicht Aktivkohle zur Entfernung von Molekülen, die unerwünschten Geschmack und Geruch bewirken, einer Schicht eines Chelatbildners zur Entfernung von Härteionen, oder einer ähnlichen Schicht. Die erste ringförmige Abdeckung 27 verhindert das Herausschwemmen des biozidwirksamen Materials 90 und/oder der auf Wunsch beigefügten Aktivkomponente(n) 95 aus dem ersten Behälter 20 durch die Auslaßöffnung 35 zusammen mit dem gereinigten Wasser***.
Der Filter 80, die Trennwand 26, die Abdeckung 27 und das biozid- wirksame Material 90 können von einer austauschbaren Patrone (nicht abgebildet) aufgenommen werden, die in den unteren Abschnitt 30b der ersten Kammer 30 einschraubbar ist, so daß sie in abdichtenden Kontakt mit dem oberen horizontalen Flansch 24 kommt. Die Unterseite der Patrone (nicht abgebildet) würde die Unterseite 22 des ersten Behälters 20 bilden, während die Seiten der Patrone (nicht abgebildet) zusammen mit dem unteren Abschnitt 23c der Seitenwand 23 des ersten Behälters eine doppelte Seitenwand ergeben würden.
Mit dem ersten Behälter 20 ist am oberen horizontalen Flansch 24 ein Ausguß 70 schwenkbar verbunden, der mit der Auslaßöffnung 35 des ersten Behälters 20 in flüssigkeitsleitender Verbindung steht. Das proximale Ende 71 des Ausgusses 70 ist abgerundet, damit der Ausguß 70 um die Auslaßöffnung 35 des ersten Behälters 20 geschwenkt werden kann, wobei das proximale Ende 71 des Ausgusses 70 die Auslaßöffnung 35 des ersten Behälters 20 abdichtet, wenn der Ausguß 70 parallel zum ersten Behälter 20 angeordnet ist. Der Verschluß der Auslaßöffnung 35 des ersten Behälters 20 verhindert die Inaktivierung des biozidwirksamen Materials 90, indem das Austrocknen des Materials 90 verhindert wird.
Der Ausguß 70 hat eine Einlaßöffnung 74 in der Nähe des proximalen Endes 71 des Ausgusses 70 und eine Auslaßöffnung 75 in der Nähe des distalen Endes 72 des Ausgusses 70. Durch den Ausguß 70 hindurch erstreckt sich ein Kanal bzw. Ausgußkanal 73, der die Einlaßöffnung 74 und die Auslaßöffnung 75 miteinander verbindet. Die Einlaßöffnung 74 ist so gestaltet, daß die Öffnung 74 mit der Auslaßöffnung 35 des ersten Behälters 20 fluchtet, wenn der Ausguß 70 so angeordnet ist, daß er im wesentlichen vertikal vom ersten Behälter 20 absteht. Die Auslaßöffnung 75 ist so gestaltet, daß das gereinigte Wasser 103 den Ausguß 70 in Abwärtsrichtung verläßt.
Wie aus Fig. 3 zu ersehen, hat der zweite Behälter 40 ein offenes oberes Ende 41 und ist als Deckel für den ersten Behälter 20 sowie als Gefäß für das von dem Gerät 10 gelieferte Trinkwasser 103 gedacht. An der Seitenwand 43 des zweiten Behälters 40 ist dicht am oberen Ende 41 des zweiten Behälters 40 eine sich nach innen erstreckende, ringförmige Rippe 46 vorgesehen. Die Rippe 46 paßt in eine Ringnut 36 im Mittelabschnitt 23b der Seitenwand 23 des ersten Behälters, so daß der zweite Behälter 40 auf dem ersten Behälter 20 befestigt werden kann. Der zweite Behälter 40 ist so bemessen, daß zwischen dem oberen Seitenwandabschnitt 23a des ersten Behälters 20 und der Seitenwand 43 des zweiten Behälters 40 ein ausreichend großer Abstand vorgesehen ist, so daß der Ausguß 70 in diesem aufgenommen werden kann, wenn der Ausguß 70 parallel zum ersten Behälter 20 angeordnet ist.
Wie aus Fig. 5 zu ersehen, ist der Kolben 50 so gestaltet, daß er ausziehbar im oberen Abschnitt 30a der ersten Kammer 30 und in dem mittigen zylindrischen Hohlraumabschnitt 31 des unteren Abschnitts 30b der ersten Kammer 30 aufgenommen werden kann. Demgemäß ist der Hauptteil des Kolbens 50 als stehender kreisrunder Zylinder ausgebildet, dessen Durchmesser etwas kleiner ist als der kleinere der Durchmesser des oberen Abschnitts 30a der ersten Kammer und des mittigen Hohlraums 31. Das proximale Ende 51 des Kolbens 50 ist mit einem Kopf 54 abgedeckt, dessen glatte, flache Oberfläche angenehm in der Hand liegt, wenn der Kolben 50 mit der Hand in den ersten Behälter 20 hineingedrückt wird, wobei auf das im ersten Behälter 20 enthaltene, verunreinigte Wasser 101 Druck ausgeübt wird. Der Kolben 50 umschließt eine obere Kammer 56 und eine untere Kammer 57. Durch die Seitenwand 53 des Kolbens 50 erstreckt sich nahe am proximalen Ende 51 eine obere Öffnung 58, über die die obere Kammer 56 mit der Atmosphäre verbunden ist. Eine mittlere Öffnung 59 verbindet die obere Kammer 56 mit der unteren Kammer 57. Eine untere Öffnung 60 erstreckt sich durch das distale Ende 52 des Kolbens 50, um eine Verbindung zwischen der vom ersten Behälter 20 umschlossenen ersten Kammer 30 und der vom Kolben 50 umschlossenen unteren Kammer 57 herzustellen. Die Kombination von oberer Kammer 56 und unterer Kammer 57 stellt zusammen mit den zusammenwirkenden Öffnungen (obere Öffnung 58, mittlere Öffnung 59 und untere Öffnung 60) einen durchgehenden Verbindungsweg von der ersten Kammer 30 zur Atmosphäre her.
Ein Rückschlagventil 55 mit einer freischwebenden Scheibe, durch deren Umfangskante hindurch mehrere Bohrungen verlaufen, ist in der unteren Kammer 57 vorgesehen, um den Durchfluß durch die kleinere, mittlere Öffnung 59 zu verhindern, während der Kolben 50 in den ersten Behälter 20 eingeschoben wird, jedoch den Durchfluß durch die größere, untere Öffnung 60 zu ermöglichen, während der Kolben 50 aus dem ersten Behälter 20 herausgezogen wird. Das Rückschlagventil 55 funktioniert in der Weise, daß beim Einschieben des Kolbens 50 der Druckaufbau in der ersten Kammer 30 ermöglicht wird, während beim Herausziehen des Kolbens die Vakuumbildung in der ersten Kammer 30 abgeschwächt wird.
Die Höhe des Kolbens 50 und die Höhe der ersten Kammer 30 sind so festgelegt, daß die obere Öffnung 58 in der Seitenwand 53 des Kolbens 50 ständig in Verbindung zur Atmosphäre steht. Wenn die obere Öffnung 58 innerhalb der ersten Kammer 30 zu liegen käme, würde das Ausströmen aus der ersten Kammer 30 zur Atmosphäre verhindert, und es würde beim Herausziehen des Kolbens 50 aus der ersten Kammer 30 in der ersten Kammer 30 ein Vakuum entstehen, bis die obere Öffnung 58 aus der ersten Kammer 30 herausgezogen wäre.
An der Oberseite 21 des ersten Behälters 20 ist eine Dichtung 29 vorgesehen, die die Seitenwand 53 des Kolbens 50 abdichtend umschließt.
Der erste Behälter 20, der zweite Behälter 40 und der Kolben 50 können aus einem beliebigen geeigneten Material, einschließlich Holz, Metall und Kunststoff, hergestellt sein, wobei Formkunststoff das Material der Wahl ist.
*** Der Filter 80 hat die Aufgabe, sowohl Schwebstoffe als auch größere Krankheitserreger aus dem verunreinigten Wasser 101 zu entfernen. Die Entfernung der Schwebstoffe macht das Wasser optisch und geschmacklich annehmbar. Das gewünschte Ergebnis wird im allgemeinen durch Entfernen derjenigen Schwebstoffe erreicht, die mit bloßem Auge sichtbar sind (größer als etwa 40 um (Mikron)). Die Entfernung der größeren Krankheitserreger ist erforderlich, weil diese der chemischen Desinfektion durch das biozidwirksame Material 90 erfolgreich widerstehen. Größere Krankheitserreger, die der chemischen Desinfektion im allgemeinen widerstehen, sind Zysten, wie Giardia lamblia und Giardia muris, die typischerweise etwa 6 um (Mikron) groß sind. Wegen der im Vergleich zur Größe der Schwebstoffe (40 um (Mikron)) wesentlich geringeren Größe der zu entfernenden Krankheitserreger (6 um (Mikron)) wird die Wahl des Filtermediums 80 von der Entfernung der Krankheitserreger bestimmt.
Die Umweltbehörde der Vereinigten Staaten (Environmental Protection Agency) empfiehlt, daß mikrobiologische Wasserreinigungssysteme eine mindestens dreifach logarithmische Reduzierung (99,9 %) der Konzentration an Zysten wie Giardia lamblia und Giardia muris, denen mit chemischen Mitteln nur schwer beizukommen ist, erreichen sollten.
Der Filter 80 kann aus jedem beliebigen porösen Material gebildet sein, mit dem die erforderliche Zystenreduktion, die strukturelle Integrität und die chemische Kompatibilität erreicht werden können, so zum Beispiel aus Kohlenstoffstein, Keramik, gewebten und ungewebten Fasern, natürlichen und synthetischen Membranen und dergleichen.
Als biozidwirksames Material 90 kann jedes ausreichend poröse, biozidwirksame Material genommen werden, mit dem verunreinigtes Wasser beim einmaligen Durchgang desinfiziert werden kann. Beispiele für biozidwirksame Materialien, die sich für die vorliegende Erfindung eignen, sind in den US-Patenten 4,238,477 und 3,817,860 (Lambert et al.) offenbart. Diese Patente beschreiben kurz gesagt iodierte Anionenaustauscherharze, wie beispielsweise iodierte quartäre Ammoniumharze, die auf hindurchrieselndes verunreinigtes Wasser eine desinfizierende Wirkung haben.
Die für das Gerät 10 zu verwendende Menge an biozidwirksames Harz 90 hängt von mehreren Faktoren ab, darunter von der Art und der Porosität des biozidwirksamen Harzes, von der Anordnung des biozidwirksamen Harzes im Gerät 10 und vom Wasserdrurchsatz im Gerät usw. ***
Bei Verwendung eines iodierten Anionenaustauscherharzes sollte das Volumenverhältnis Harz/Wasserdurchsatz durch das Harz pro Sekunde mindestens 2,5 und vorzugsweise mindestens 3 betragen.
Die erste Abdeckung 27 kann aus einem beliebigen, ausreichend porösen Material gebildet sein, das das biozidwirksame Material 90 und die wahlweise einsetzbare(n) aktive(n) Komponente(n) 95 im unteren Abschnitt 33b des äußeren ringförmigen Hohlraums 33 zurückhalten kann und gleichzeitig das Trinkwasser weitgehend ungehindert durch die Abdeckung 27 hindurchfließen läßt. Die zweite Abdeckung 28 kann aus einem beliebigen, ausreichend porösen Material gebildet sein, das das biozidwirksame Material 90 von der (den) wahlweise einsetzbaren aktiven Komponente(n) 95 getrennt halten kann, während es das Trinkwasser weitgehend ungehindert durch die Abdeckung 28 hindurchfließen läßt. Als Material für die Abdeckungen 27, 28 eignen sich unter anderem gewebte und nicht gewebte Fasern aus Kunststoff, Glas oder einem anderen Material, das chemisch mit dem biozidwirksamen Material 90 kompatibel ist.
Eine Schicht einer aktiven Komponente 95 kann bzw. Schichten von aktiven Komponenten 95 können im unteren Abschnitt 33b des äußeren ringförmigen Hohlraums 33 stromabwärts vom biozidwirksamen Material 90 untergebracht werden, um bei dem gereinigten Wasser 103 den gewünschten Effekt hervorzurufen, beispielsweise eine Schicht Aktivkohle zur Beseitigung von unerwünschtem Geschmack und Geruch und/oder ein Chelatbildner zur Entfernung von Härteionen aus dem gereinigten Wasser 103. Wird eine Schicht einer wahlweise einsetzbaren, aktiven Komponente 95 bzw. werden Schichten wahlweise einsetzbarer, aktiver Komponenten 95 verwendet, sollte zwischen der Schicht biozidwirksamen Materials 90 und der (den) Schicht(en) der wahlweise einsetzbaren, aktiven Komponente(n) 95 sowie - bei Verwendung mehrerer Schichten unterschiedlicher aktiver Komponenten (nicht abgebildet) - zwischen den Schichten der aktiven Komponenten 95 eine zweite ringförmige Abdeckung 28 eingesetzt werden, um die Materialien 90, 95 voneinander getrennt zu halten.
Das Gerät 10 kann grundsätzlich eine beliebige Größe haben, jedoch sollte das vom oberen Abschnitt 30A der ersten Kammer und dem mittigen Hohlraumabschnitt 31 der ersten Kammer gebotene Aufnahmevolumen (Verdrängung) für kontaminiertes Wasser 101 etwa 0,05 bis etwa 0,2 Liter betragen. Ein Gerät 10 mit einer Verdrängung von weniger als etwa 0,05 Litern ist wegen der vielen erforderlichen Kolbenhübe mühsam zu bedienen, während ein Gerät 10 mit einer Verdrängung von mehr als etwa 0,2 Litern beim Transport allzu platzraubend ist und nur mit beträchtlichem Kraftaufwand bedient werden kann.
Bei einem typischen Gerät 10 mit einer Verdrängung von etwa 100 ml dauert das vollständige Einschieben des Kolbens 50 etwa 4 bis etwa 10 Sekunden, wenn der untere Abschnitt der ersten Kammer mit verunreinigtem Wasser 101 gefüllt ist.
In Abhängigkeit von verschiedenen Parametern, einschließlich der Art des verwendeten biozidwirksamen Materials 90 und des Herstellungsmaterials, wiegt ein Gerät 10 mit einer Verdrängung von etwa 100 bis 200 ml typischerweise etwa 300 bis etwa 500 Gramm.
In Abhängigkeit von verschiedenen Parametern, darunter der durchschnittlichen Porengröße und der Porosität des Filters 80, der durchschnittlichen Porengröße und der Porosität des biozidwirksamen Materials 90 sowie der Anzahl und der Art der zusätzlichen aktiven Komponenten 95, sollte in einem typischen Gerät 10 zwischen dem mittigen Hohlraum 31 und der Auslaßöffnung 35 des ersten Behälters 20 ein Druckabfall von etwa 5 bis etwa 10 psig auftreten.

Bedienung

Wie aus Fig. 3 ersichtlich, beinhaltet die Bedienung des Geräts 10 die folgenden Schritte: (i) Trennung von erstem Behälter 20 und zweitem Behälter 40, (ii) Herausziehen des Kolbens 50 aus dem ersten Behälter 20, (iii) Einfüllen von verunreinigtem Wasser 101 in den ersten Behälter 20 durch die offene Oberseite 21, (iv) Öffnen der Auslaßöffnung 35 des ersten Behälters 20 durch Verschwenken des Ausgusses 70 aus der parallelen Position in die Querposition, (v) Plazieren des zweiten Behälters 40 unter der Auslaßöffnung 75 im Ausguß 70, (vi) Einschieben des Kolbens 50 in den ersten Behälter 20 und (vii) Ausüben von Druck auf das im ersten Behälter 20 enthaltene, verunreinigte Wasser 101 durch Dagegendrücken mit dem Kolben 50.
Alternativ können die Schritte (ii) und (iii) so abgeändert werden, daß (ii) der Kolben 50 vollständig in den ersten Behälter 20 eingeschoben wird, (iii) (a) in die obere Kammer 56 des Kolbens 50 durch die obere Öffnung 58 des Kolbens 50 (die vorzugsweise durch den Kopf 54 des Kolbens 50 führt) verunreinigtes Wasser 101 eingefüllt wird und (iii) (b) der Kolben 50 nach oben gezogen wird, so daß sich das Rückschlagventil 55 öffnet und das in der oberen Kammer 56 des Kolbens 50 enthaltene verunreinigte Wasser 101 in den mittigen Hohlraumabschnitt 31 der ersten Kammer und in den oberen Abschnitt 30A der ersten Kammer gesaugt wird.
Durch Ausüben von Druck auf das im ersten Behälter 20 enthaltene, verunreinigte Wasser 101 wird erreicht, daß das verunreinigte Wasser 101 aus dem mittleren Hohlraum 31 durch den Filter 80 in den inneren ringförmigen Hohlraum 32 fließt. Die Trennwand 26 leitet das filtrierte Wasser 102 im inneren ringförmigen Hohlraum 32 dann abwärts zum ringförmigen Kanal 34 zwischen der Trennwand 26 und der Unterseite 22 des ersten Behälters 20. Das filtrierte Wasser 102 fließt durch den ringförmigen Kanal 34 in den unteren Abschnitt 33b des äußeren ringförmigen Hohlraums 33, wo das filtrierte Wasser 102 nach aufwärts das biozidwirksame Material 90 und die Aktivkohle 95 durchrieselt, die im unteren Abschnitt 33b des äußeren ringförmigen Hohlraums 33 enthalten sind. Dann gelangt das Trinkwasser 103 aus dem unteren Abschnitt 33b des äußeren ringförmigen Hohlraums 33 durch die Abdeckung 27 hindurch in den oberen Abschnitt 33a des äußeren ringförmigen Hohlraums 33, durch die Auslaßöffnung 35 des ersten Behälters 20 aus dem ersten Behälter 20 heraus, durch die Einlaßöffnung 74 des Ausgusses 70 in den Ausguß 70 und durch die Auslaßöffnung 75 des Ausgusses 70 aus dem Ausguß 70 heraus.

Claims

1. Filtervorrichtung (10) zum Gewinnen von Trinkwasser (103) aus verunreinigtem, Schwebstoffe wie Zellen, Bakterien sowie Viren enthaltendem Wasser (101), welche einen ersten Behälter (20) und einen Filter (80) aufweist, der den ersten Behälter in einen ersten, das verunreinigte Wasser aufnehmenden Abschnitt (31) sowie zweiten Abschnitt (32, 33) aufteilt, und welche weiterhin einen Kolben (50) sowie einen porösen Körper (90) aus einem biozidwirksamen Material aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Abschnitt (31) des ersten Behälters (20) ein zylindrischer Hohlraum ist, der konzentrisch von dem Filterelement (80) umgeben ist, daß der erste Behälter (20) den porösen Körper (90) aus einem biozidwirksamen Material aufnimmt, und daß der erste Abschnitt (31) des ersten Behälters (20) sowie der Kolben (50) Seitenwände (23, 53) aufweisen, die durch Dichtmittel (29) gegeneinander abgedichtet und relativ zueinander bewegbar sind, so daß das verunreinigte Wasser nicht an den Dichtmitteln (29) vorbeiströmen kann, wenn mittels des Kolbens (50) eine Kraft auf das verunreinigte Wasser ausgeübt wird.

2. Filtervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß weiterhin ein zweiter Behälter (40) vorgesehen ist, der Mittel (36, 46) zum Kuppeln mit dem ersten Behälter (20) umfaßt, um den Kolben (50) vollständig zu umschließen.

3. Filtervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß weiterhin ein mit einer Auslaßöffnung (35) in Verbindung bringbarer Ausguß (70) vorgesehen ist, der schwenkbar ist, um die Auslaßöffnung abzudichten, wenn er in einer ersten Stellung angeordnet ist, und einen Trinkwasserstrom aus der Auslaßöffnung austreten zulassen, wenn er in einer zweiten Stellung angeordnet ist.

4. Filtervorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß (i) der erste Behälter eine sich im wesentlichen in Längsrichtung erstreckende Seitenwand (23) aufweist, und daß (ii) sich der Ausguß (70) parallel zu der Seitenwand des ersten Behälters in der ersten Stellung und senkrecht zu der Seitenwand des ersten Behälters in der zweiten Stellung erstreckt.

5. Filtervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der poröse Körper (90) aus einem biozidwirksamen Material ein Tränkharz in der Weise umfaßt, daß das verunreinigte Wasser durch das Tränkharz durchsickern muß, um den zweiten Abschnitt des ersten Behälters (20) zu durchlaufen.

6. Filtervorrichtung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet:

(a) daß der erste Behälter (20) zylindrisch ist, ein offenes Ende sowie eine Auslaßöffnung (35) aufweist und eine obere zylindrische Kammer (30a), die einen ersten Durchmesser besitzt, sowie eine untere zylindrische Kammer (30b) definiert, die einen zweiten Durchmesser besitzt, der größer als der erste Durchmesser ist,

(b) daß der Filter (80) zylindrisch ist und innerhalb der unteren zylindrischen Kammer des ersten Behälters so angeordnet ist, daß er die untere Kammer in einen in Längsrichtung mit der oberen Kammer fluchtenden, zentralen Hohlraum (31) sowie einen den zentralen Hohlraum umgebenden, ringförmigen Hohlraum (32, 33) aufteilt,

(c) daß die Vorrichtung weiterhin eine zylindrische Trennwand (26) aufweist, die den ringförmigen Hohlraum in einen inneren ringförmigen Hohlraum (32) und einen äußeren ringförmigen Hohlraum (33) aufteilt, so daß der Wasserstrom abwärts durch den inneren ringförmigen Hohlraum und aufwärts durch den äußeren ringförmigen Hohlraum geführt wird,

(d) daß der poröse Körper (90) aus einem biozidwirksamen Material innerhalb des äußeren ringförmigen Hohlraums angeordnet ist, und

(e) daß der Kolben (50) abgedichtet innerhalb des ersten Behälters (20) durch das obere Ende hindurch hin- und herbewegbar ist, um das innerhalb des zentralen Hohlraums (31) aufgenommene, verunreinigte Wasser durch den Filter (80) hindurch, um die Trennwand (26) herum, durch den porösen Körper (90) aus einem biozidwirksamen Material hindurch und aus dem ersten Behälter (20) durch die Auslaßöffnung (35) hinaus zu führen.

7. Filtervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zu dem Kolben (50) Mittel vorgesehen sind, die ein Rückschlagventil (55) sowie mittlere und untere Öffnungen (59, 60) umfassen, die in Fluidverbindung mit dem ersten Abschnitt (31) stehen, um die Vakuumbildung innerhalb des ersten Abschnittes zu verringern, wenn der Kolben aus dem ersten Abschnitt herausgezogen wird, und um dadurch den Rücklauf des Fluids aus dem zweiten Abschnitt (32) durch den Filter (80) in den ersten Abschnitt (31) herabzusetzen.

8. Filtervorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter Behälter (40) vorgesehen ist, der eine Rippe (46) zum Kuppeln mit dem ersten Behälter (20) umfaßt, um den Kolben (50) vollständig zu umschließen.

9. Filtervorrichtung nach Anspruch 7, bei der die Mittel (55, 59, 60) zur Verringerung der Vakuumbildung innerhalb des ersten Abschnittes (i) einen Kanal (59, 60), der direkt mit dem ersten Abschnitt sowie der Atmosphäre in Verbindung steht, und (ii) ein Rückschlagventil (55) innerhalb des Kanals umfassen, welches eine Fluidströmung durch den Kanal verhindert, wenn der Kolben (50) sich in eine erste Richtung bewegt, und Fluidströmung durch den Kanal gestattet, wenn sich der Kolben in eine zweite Richtung bewegt.