Autonome Systeme zur Trinkwassergewinnung

Transkript

1 Studieren im Grünen Autonome Systeme zur Trinkwassergewinnung Prof. Dr.-Ing. Christian-Toralf Weber 1

2 Zugang zu Trinkwasser Menschen ohne Zugang zu sauberem Trinkwasser 2008 nach Weltregionen 2

3 Nutzung der Wasserkraft 3

4 Demonstrator 4

5 Versuch 5

6 Trinkwasser durch Wasserkraft Die Wasserkraft wird genutzt, um das Flusswasser durch eine Filteranlage zu pumpen. Die Funktionsfähigkeit wurde mit einem Demonstrator nachgewiesen. Das System funktioniert ohne zusätzliche elektrische Komponenten. Das Ziel der Entwicklungsarbeiten besteht in der Bereitstellung einer autonomen Anlage zur Bereitstellung von Trinkwasser. Angestrebte Leistung: ca Liter /Tag 6

7 Aufbau Anlage zur Trinkwasserproduktion Wasserspeicher und Abfüllstation Zugang und Befestigung 7

8 Vorteile Es sind keine fossilen Energieträger (z.b. Diesel) notwendig. Die Anlage ist robust, da es keine empfindlichen elektronischen Bauteile gibt (es ist keine Elektroenergie erforderlich, keine Batterie). Daher gibt es keine CO2-Emmissionen. Die Installation der Anlage erfordert keine irreparablen Eingriffe in die Natur. Es gibt einen ökologisch positiven Effekt: durch die Verwirbelung des Wassers wird Sauerstoff in das Wasser eingebracht. Der Einsatz der Anlage ist unabhängig vom Wasserstand des Flusses. Besonders nach Katastrophen und zerstörter Infrastruktur ist die Anlage einsetzbar. Die Anlage kann 24 Stunden pro Tag Trinkwasser liefern. Es ist kein externer Wasseranschluss erforderlich, da das Wasser direkt aus dem Fluss aufbereitet wird. 8

9 Transport Die Anlage besitzt kompakte Abmessungen 2,5 x 6 x 2 m (Breite x Länge x Höhe). Durch den modularen Aufbau kann die Anlage auch vor Ort montiert werden. Für den Transport kann die Anlage auch in einem Container verladen werden. 9

10 Pumpenkonzept Leistungsmessungen Widerstandsbeiwert 2,3 Dichte des Wassers 1000 kg/m³ angeströmte, projizierte Fläche 0,33 m² Fließgeschwindigkeit Wirkradius 1,03 m/s 0,85 m Messwerte und Näherung 10

11 Pumpenkonzept Wechselwirkung zwischen Wasserrad und Pumpe Wasserrad Keilriemen Druck Saug Kolbenpumpe 11

12 Pumpenkonzept Wechselwirkung zwischen Wasserrad und Pumpe 0,10 0,08 0,06 0,04 0,02 0, Wasserrad Kolbenpumpe Betriebspunkt Maximum 12

13 Wasserfilterung Geprüfter Wert Messwert Grenzwert ph_wert 7,3 6,5 < < 9,5 Elektrische Leitfähigkeit S/m 0,005 < < 0,05 S/m Arsen < 0,001 mg/l 0,01 mg/l Blei < 0,001 mg/l 0,01 mg/l Cadmium < 0,0002 mg/l 0,003 mg/l Chrom < 0,001 mg/l 0,05 mg/l Eisen < 0,005 mg/l 0,2 mg/l Kupfer < 0,01 mg/l 2 mg/l Mangan < 0,005 mg/l 0,05 mg/l Nickel <0,0010 mg/l 0,02 mg/l Zink 0,027 mg/l 5 mg/l Wasseraufbereitung, Fluss: Elbe, Labor: Eurofins 13

14 Wasserfilterung 1. Stufe: Vorfilter Entfernung von kleinen Partikeln (Sand, Schlamm) 2. Stufe: Aktivkohlefilter Entfernung von Chlor, Phenol, Benzol 3. Stufe: Aktivkohleblockfilter Entfernung von Lösungsmitteln, Pestiziden, anorganischen Substanzen 4. Stufe: Osmosemembran Entfernung von coliformen Keimen, Bakterien, Herbiziden, Fungizide, Nitrat, Nitrit, Uran, Schwermetalle jeglicher Art 5. Stufe: Aktivkohlefilter Belebung des Wassers, geschmackliche Aufbereitung 14

15 Leistungsdaten Pumpe APME 28/40 APME 32/56 APME 28/70 Anzahl Fließgeschwindigkeit Wasser [m/s] Tagesleistung Trinkwasser [l/d] 0, , , , Anlagendruck: 4 bar, Permeatverhältnis 1:5 15

16 Zielgruppen Die Trinkwasseraufbereitungsanlage kann für verschiedene Einsatzfälle genutzt werden: in kleinen Siedlungen (Dörfern), welche an einem Fluss liegen und einen täglichen Trinkwasserbedarf von Liter Wasser besitzen, im Katastrophenfall (bei zerstörter Infrastruktur), für Siedlungen in abgelegenen Regionen mit hohen ökologischen Anforderungen. 16

17 Personalbedarf Service-Techniker - Abnahmen - Filterwechsel - Instandsetzung Anlagen-Techniker - Test Wasserqualität - Kleinreparatur - Anlagenüberwachung 17

18 Modulare Versorgungssysteme Speicher und Entnahmestelle Anlage zur Trinkwasseraufbereitung Aufbereitung und Entnahmestelle (Kopplung mit Windkraft bzw. Solar) Wasserrad für Kanaleinbau Anlage für Feldbewässerung 18

19 Modulare Versorgungssysteme Wasseraufbereitung Abdeckung Wasserrad Wassertank Brücke Ponton 19

20 Wasserrad mit Aufbereitungssystem Komplettanlage bestehend aus: - Schwimmkörper, Wasserrad, Abdeckung, Pumpenrichtung, Wasseraufbereitung - Einsatz: Trinkwassererzeugung, Trinkwasserspeicher 20

21 Wasseraufbereitungsanlage Trinkwasseraufbereitung bestehend aus: - Einem Wassertanks und eine Aufbereitungsanlage - Einsatz: Trinkwasserspeicher, Entnahmestelle in Kombination mit Solar oder Windkraft 21

22 Abfüllstation Abfüllstation bestehend aus: - Zwei Wassertanks und einem Abfüllraum - Einsatz: Trinkwasserspeicher, Abfüllung in Schläuchen 22

23 Vielen Dank! 23