本发明涉及一种用于对水进行清洁的设备。
背景技术：
为了对水进行清洁或净化，尤其是饮用水，从现有技术中已知多种过滤器。借助水过滤器例如能够去除浑浊材料、微生物以及不期望的溶解在水中的物质，或者至少能够降低其浓度。在此，在水过滤器之间是不同的，水过滤器或者将包含在水中的颗粒以机械的方式从水中去除，例如通过筛选技术，或者利用化学物理作用以去除包含在水中的或溶解在水中的物质。例如网式过滤器或具有预设孔大小的可渗透过滤薄膜的渗透过滤器，例如微米过滤器、超滤器或纳米过滤器，反渗透模块或带颗粒过滤填料的过滤器，例如，砾石过滤器，石头过滤器或沙过滤器，都属于将颗粒机械地从水中去除的水过滤器。通过过滤薄膜，根据孔大小能够将具有若干nm(超滤)直至若干μm(微滤)范围中的颗粒大小的颗粒从水中分离。借助超滤膜片可行的是：将直径典型地位于20nm至50nm范围中的微生物从水中去除。借助反渗透模块设置能够将具有小于1nm颗粒大小的颗粒从水中去除。当然，对此需要高的过滤压力(10至80bar)。微过滤膜片、超过滤膜片或纳米过滤膜片和ro过滤器具有较高的流动阻力。
能够通过在吸附材料、例如特别是活性炭或沸石处进行物理或化学吸附将溶解在水中的材料、尤其是有机物质从水中去除。根据iupac中的定义，在物理吸附时(physisorption)通过物理力、尤其范德华力将吸附的分子结合在吸附剂上。在化学吸附(chemisorption)的情况下，吸附的分子通过化学键(通过价键引起)结合在吸附剂上，其中，吸附的分子和/或吸附剂会化学变化。
如果溶解在水中的材料为离子，那么也能够通过利用离子交换材料所进行的离子交换将该离子从水中去除。此外，能够借助于在电活性的材料处进行的电吸附将静电充电的颗粒从水中去除，即例如微生物，该微生物通常带负电，该电活性材料在水性环境中具有zeta电势，尤其正电的zeta电势。
从wo03/000407a1中公开了一种用于从水中吸附微生物的电活性吸附材料。电活性吸附材料为电正性的纺织复合材料，该纺织复合材料包括纳米氧化铝颗粒或纳米氧化铝纤维的混合物和基底结构，例如基于玻璃纤维的载体结构。由于纺织复合材料在水性环境中的电正性的zeta电势，该吸附材料能够从待清洁的液体中通过电吸附去除静电带负电的颗粒。从wo03/000407a1中已知的电活性吸附材料例如布置在膜片的表面上，或者用作为过滤层，并且待清洁的液体、尤其水引导通过膜片或过滤层。在此，带负电的颗粒、尤其颗粒大小小于1μm的微生物通过电吸附接合在吸附材料上。借助已知的吸附材料，尤其能够从水中去除微生物、尤其病毒和细菌，以便对水灭菌。然而，已知的电活性吸附材料不适于去除不带电的颗粒。
从90年代起，水域中的内分泌活性物质引起了科学和公众的兴趣。内分泌活性物质是可以影响和干扰人类和动物正常荷尔蒙活动的物质。如果内分泌活性物质的影响导致激素系统受损，那么这些物质也被称为内分泌干扰物。这种内分泌干扰物能够是天然存在的或也是合成制备成的。部分地在食物和饲料并且特别是饮用水中可检测到的内分泌干扰物的实例包括农药、二恶英、pcb和双酚a(bpa)。内分泌干扰物还能够通过包含内分泌活性物质的药物，例如，避孕药、止痛药、甲状腺激素替代物或x射线造影剂经由家庭或医疗废水进入水循环中。通常，包含在水中的这些物质已经作为内分泌干扰物以μg或ng每升的范围中的最低的浓度起作用。
为了去除水中的内分泌活性物质或其他有机或无机杂质，即例如微量物质和/或微量污染物能够使用基于吸附材料、即例如活性炭的水过滤器。在de102013006711a1中公开了一种用于基于吸附过滤器处理或净化水的方法以及过滤设备，该吸附过滤器包含基于活性炭的吸附材料。待从水中去除的无机或有机杂质在此通过物理吸附结合在吸附材料上，从而被从水中去除。然而，在水过滤器中使用吸附材料的情况下，在吸附材料中存在病菌成形或增殖的风险，这能够导致对已过滤的水的不希望的污染。
主要在基于活性炭的吸附过滤器中可以观察到吸附材料的微生物污染。在那里，可能有悬浮在饮用水中的微生物、例如细菌、病毒并且偶尔还有少量的真菌定植在吸附材料上。例如，在相对较短的运行持续时间后，微菌落和整个生物膜也可以将活性炭颗粒涂布在固定层过滤器中。根据原水的营养成分，可以构成不同形式的生物膜。微生物在这种吸附过滤器中快速传播的原因是设有相对较大间隙的活性炭填料的良好的通过手段。此外，嵌入这种生物膜中的微生物也能够：使用已经吸附在来自待过滤的水的活性碳中的化合物作为营养源。如果这种物质在过滤器较长时间运行后积聚在吸附材料上，那么这可以附加地促进生物膜的发展。如果活性炭过滤器中的活性炭不持续地由原水穿流，那么存在特别大的污染风险，因为在活性炭的表面上形成了潮湿的环境，其为病菌增殖提供了理想的条件。由于这些原因，基于活性炭的吸附过滤器尽管极其适合于从水中去除微量物质、微有害物质和内分泌干扰物，然而携带较高的污染风险。
技术实现要素：
以此出发，本发明所基于的目的在于，提出一种用于对水进行清洁的设备，借助该设备实现了对水进行消毒或灭菌，还有对无机或有机污染物的可靠去除，即例如微量物质和内分泌干扰物。在此，通过该设备在流动阻力尽可能小的情况下进行水的有效的且尽肯能均匀的穿流。因此，应当实现的是，例如该设备布置在水的取样点(使用点(pointofuse))处，而不受到压力损失。
借助具有权利要求1的特征的用于对水进行清洁的设备实现该目的。根据本发明的设备的优选的实施方式可从从属权利要中得出。
根据本发明的设备包括具有原水入口的壳体和装入壳体中的筒，该筒包含吸附材料(吸附剂)的第一层和第二层，其中，第一层和第二层分别由具有水性环境中的电动势(zeta电势)的电活性的吸附材料制成，通过电吸附将包含在水中的微生物、尤其病毒和细菌积聚在该吸附材料上。在此，电活性的吸附材料被理解为具有在水性环境中(并且尤其在3至9的ph范围中)不为零的电动势的吸附剂，带电颗粒能够通过静电吸附聚集在该吸附剂上。此外，筒包括第三层，该第三层设置在第一层和第二层之间并且包含吸附剂，处于水中的颗粒或溶解的材料通过物理和/或化学吸附积聚在该吸附剂的表面上。在此，筒的层分别设计成空心柱形，并且彼此同心地以第一层径向外置的方式来进行布置，其中，在壳体的内侧和径向外置的第一层之间布置有与原水入口连接的环形通道以将原水均匀地分布在筒中。待清洁的水经由原水入口被引导到壳体中，并且经由环形通道被引导到布置在壳体中的筒中，使得筒中的水首先穿流过第一层，随后流过第三层并且最后流过第二层。在此，在第一和第二层中，包含在水中的微生物通过电吸附结合在第一或第二层的电活性的吸附材料上，并且由此被从水中去除。在穿流布置在第一和第二层之间的第三层时，处于水中的非极性的颗粒或溶解的材料，其中还有溶解的极性材料，通过物理和/或化学吸附结合在了第三层的吸附剂上，并且以该方式被从水中去除。在此，物理或化学吸附通过将极性或非极性材料富集和结合在第三层的吸附剂的表面上、尤其内表面上来实现。
因此，根据本发明的设备能够从水中去除带电颗粒、尤其带负电的微生物，还有不带电的颗粒和非极性的材料、尤其是有机的或无机的杂质，即例如微量物质和内分泌物质。在此，防止：待清洁的水可能由于第三层的吸附剂的污染而受到微生物染污。为了确保这种情况，第三层设置在第一层和第二层之间，该第一层和第二层分别包含电活性的吸附材料，包含在水中的微生物、尤其病毒和细菌通过电吸附聚集在该吸附材料上。具有物理或化学吸附剂的第三层通过这种布置在两侧、即在水流的上游和下游由第一或第二层的电活性的吸附材料包围，因此，能够通过天然增殖在第三层的物理或化学吸附剂中形成的微生物不从根据本发明的设备中离开，进而已经清洁过的水不能够被染污。同时确保：第三层的多孔的或粉末状的吸附材料不能够从设备中排出，因为吸附剂的由水流携带的可能带电颗粒能够在设置在下游的第二层中通过电吸附来结合。在此，也能够进行反向流动，而不会使得沿相反方向(即从第二层、通过第三层和最后通过第一层)流动的水(回流)感染病菌。
为了确保将包含在水中的微生物有效地电吸附在第一和第二层的电活性的吸附材料上，第一和第二层的电活性的吸附材料在水性环境并且由优选在3至9、尤其是5至8的ph范围的水性环境中具有电正性电势(zeta电势)。
第三层的(物理或化学)吸附剂例如能够为活性炭、硅胶或沸石或也是这些材料的组合。在此，吸附剂能够有利地以块状的形式存在或作为吸附剂颗粒的填料存在。
在一个优选的实施方式中，根据本发明的设备设计为至少基本上是柱形的，其中，柱形的筒由三个分别构成为空心柱形的且彼此同心设置的层构成，其中第一层径向外部地设置并且第二层径向内置地设置，并且待清洁的水径向地从外部向内穿流筒。由第一、第二和第三层构成的筒在此有利地以可更换的方式布置在同样设计为柱形的壳体中。在此，将连接接管布置在柱形的壳体端侧上，该连接接管包含原水入口。
壳体有利地具有原水入口并且有利地具有用于导出清洁过的水的出口以及布置在壳体的内部中的且与出口连接的收集通道，在该收集通道中收集清洁过的水并且将其引导至出口。收集通道在此有利地径向内置地来布置并且沿筒的轴向方向延伸。优选在端侧通过原水入口流入到壳体中的原水均匀地分布在环形通道中，以便从那里沿径向方向首先流动经过径向外置的第一层，随后经过第三层并且最后经过径向内置的第二层，流入到收集通道中。
不仅第一层而且还有第二层在此能够有利地由电活性的吸附材料与扁平的基底材料形成并且成型为卷绕体或成型为褶裥体。这确保第一和第二层具有较大的有效的吸附面积且较小的流动阻力。布置在第一层和第二层之间的第三层例如能够设计为烧结体。
附图说明
本发明的这些以及另外的优点和特征从下面参考的附图详细描述的实施例中得出。附图示出：
图1示出了用于对水进行清洁的根据本发明的设备的示意图；
图2示出了根据本发明的设备的一个优选的实施方式的立体分解图；
图3示出了具有以半剖面示出的壳体的图2的设备的立体分解图；
图4示出了图3的设备的剖面图和设置在壳体上的连接接管的细节图；
图5示出了根据本发明的设备的另一实施方式的剖面图。
具体实施方式
图1示意地示出了吸附装置，该吸附装置能够使用在用于对水进行清洁的根据本发明的设备中。吸附装置包括第一层1和第二层2。层分别由具有水性环境中的电动势(zeta电势)的电活性的吸附材料。由于第一层1和第二层2的电活性的吸附材料的电动势，包含在水中的、通常带电的微生物、例如病毒和细菌由于电吸附而积聚在吸附材料上。包含在水中的微生物通常带负电。因此，特别有利地，电正性的吸附材料适于形成第一层1和第二层2的吸附材料，该电正性的吸附剂材料在水性环境中并且尤其地ph在典型的6.5至9之间范围内的饮用水中具有正的zeta电动势。
这种电活性的吸附材料例如能够通过纤维无纺布或纺织复合材料形成，其包含金属氧化物、尤其是氧化铝和/或氢氧化铝和/或勃姆石和/或氧化锆和/或氢氧化锆。电活性的吸附材料也能够包含硅酸盐，例如硅酸铝或硅酸钙。包含硅酸盐、例如硅酸铝或硅酸钙的电活性的吸附材料带有负电，并且由此也能够通过在吸附材料处的电吸附将带正电的颗粒从水中去除。
尤其有利的是，第一和第二层的吸附材料的构成是通过将金属氧化物的微米颗粒或纳米颗粒或纤维与基底材料的混合而形成的，诸如由纤维无纺材料作为基底材料和在其上或其中引入的聚合物纤维、碳纤维或玻璃纤维。第一层和第二层的电活性的吸附材料也能够包括陶瓷基底材料，其设有覆层，该覆层包含金属氧化物和/或金属氢氧化物和/或勃姆石和/或氧化锆和/或氢氧化锆。
用于根据本发明的设备的筒由第一层1、第二层2和第三层3形成，其中，第一和第二层由具有在水性环境中的电动势(zeta电势)的电活性的吸附材料构成，并且第三层3包含至少一种吸附剂，处于水中的颗粒或溶解的材料通过物理和/或化学吸附(physisorption或chemisorption)能够积聚在该吸附剂的(内)表面上。优选地，第三层3的吸附剂为(微)孔材料，即例如活性炭或沸石。第三层3也能够包含其他的通过物理吸附和/或化学吸附结合微生物的吸附材料，即例如硅胶或碳粉末。
由第一层1、第二层2和第三层3构成的图1中示意性示出的吸附装置由待清洁的水沿流动方向s穿流，其中，水首先穿流第一层1、此后第三层3并随后第二层2。在穿流经过第一层1时，包含在水中的微生物由于其电荷而通过电吸附积聚在第一层1的电活性的吸附材料上并且由此被从水中去除。由此已经尽可能清除微生物的水此后流动穿过第三层3。在那里，处于水中的颗粒或溶解的材料、例如基于有机或无机的杂质、微量物质和/或微有害物质通过物理吸附和/或化学吸附积聚在第三层3的吸附剂上并且由此被从水中去除。
此后，水流动穿过第二层2。在那里一方面通过电吸附将仍包含在水中的微生物积聚在第二层2的电活性的吸附材料上进而被从水去除。另一方面，第三层3的吸附剂的带电颗粒，其在水穿流第三层3时由水流一起带走，在第二子层2中通过电吸附结合在电活性的吸附材料上并且由此被从水去除。
第二层2确保：通过在第三层3的吸附剂中天然增殖形成的微生物、例如病毒和细菌不能够从该设备离开。由此避免：当水穿流第三层3时，第三层3中的待清洁的水通在那里形成的微生物被再次染污。
特别有利的是，第三层3作为多孔的吸附剂、例如活性炭或沸石块或多孔的烧结材料的吸附块形成。有利的是，第三层3的吸附块是烧结体。可供选择地，第三层3也能够包含粉末状或颗粒状的吸附剂的填料，例如呈活性炭粉末或沸石颗粒形式。在此，第三层3的吸附剂由第一层和第二层1、2封装。由此，例如能够将中间的第三层3的粉末状或颗粒形的吸附剂保持在第一层1和第二层2之间。在此，层1、2、3也能够设置在具有液体可透过的外壁的中间壳体中。
第一层1和第二层2特别优选地构造成卷绕体或褶裥体形式的。这种卷绕体或褶裥体能够通过将扁平的吸附材料卷绕或褶裥形地折叠来制造。适合与此的尤其是电活性纺织复合材料或扁平的基底材料，该电活性纺织复合材料或扁平的基底材料(如上所述)借助电活性金属(氢氧化物)覆层或者包含例如微米颗粒或纳米颗粒或金属(氢)氧化物纤维的形式的金属(氢)氧化物。
在图2至4中示出具有层1-3的图1中示出的吸附剂装置的根据本发明的设备的一个优选的实施方式。在此，由层1-3构成的吸附剂装置设计为柱形的筒10，该筒包含分别设计为空心柱的层1-3。在此，第一层1的空心圆柱具有如下的内径，该内径大致大于第三层3的空心柱的外径并且第三层3的空心柱的内径稍微大于第二层2的空心柱的外径。如在图2中示出，第一、第三和第二层的空心柱以彼此同心的方式来布置。筒10布置在具有柱形外壳4a和闭合的底部4b的柱形的壳体4中。有利地，筒10可从壳体4取出，以便能够更换具有层1-3的吸附装置。为了封闭和打开壳体4，设置有可取下的盖4c(图3和4)。
在图2至4的示出的实施例中，第一层1和第二层2分别作为由扁平的、电活性的吸附材料构成的空心柱形的褶裥体形成，该吸附材料以褶裥的形式折叠而成。在此，第一和第二层2的扁平的吸附材料分别以褶裥的方式沿着折合部折叠，该折合部沿着层1和2的空心柱的轴线延伸。扁平的吸附材料的外棱边为了形成空心柱而沿着轴向延伸的连接线接合，例如通过将扁平的吸附材料的外棱边粘贴。
第一层和第二层1、2在根据本发明的设备的这个实施例中也能够通过由扁平的电活性的吸附材料以空心柱形的方式卷绕成的卷绕体构成。在第一层1和第二层2的空心柱之间布置有第三层3。该第三层作为空心柱形块由吸附剂、优选由活性炭构成。
在根据本发明的设备中，具有以同心地布置在彼此中的空心柱形式的层1-3的吸附剂装置，包围了在装置的中央轴向地延伸的收集通道7。基本上为管形的且沿筒10的轴向方向延伸的收集通道7在此对应于径向内置的第二层2的空心柱的内径。
如在图2示出，在具有三个层1-3的筒10的端侧的上侧上设有盘形的翻盖11。该翻盖11包括在翻盖11的外环周上环绕的卡圈11b，该卡圈在上部区域中包围径向外置的第一层1的外环周。由此，三个层1、2、3被保持在一起以构成筒10。翻盖11的内部表面在此液密地与层1、2、3的(上)端侧连接，例如通过粘贴来连接。在盘形翻盖11的中央中，模制有空心柱形的排出接管11a，该排出接管与翻盖11中的排出开口连接。排出接管11a经由该排出接口与收集通道7连接。在筒10的下侧上，布置有具有在外环周上环绕的卡圈12a的盘形的底部12。底部12的内部表面同样液密地与层1、2、3的(下)端侧连接，例如通过粘贴。
从图3和4中可见，如何将由层1、2、3、底部12和安置在端侧上侧上的翻盖11构成的筒10布置在壳体4中。筒10在此借助其底部12安置在壳体底部4b上，其中，有利地在壳体底部4b的内侧上设置有环形的间隔件4b'，吸附剂装置的底部12的下侧位于该间隔件上。
在径向外部的第一层1的外周和壳体4的柱形外壳4a的内周之间构造有环形通道8。在壳体4的上侧上，将壳体4c安置到柱形外壳4a上。壳体盖4c设计为基本上是盘形的并具有环绕在外周上的且围绕柱形外壳4a的外周接合的凸缘。在盘形的盖4c的中央设置有开口13。壳体盖4c具有在中央中模制成的连接接管9。详细地示出了在图4中使用的该连接接管9设计为基本上是空心柱形的，并且具有出口6以及与其同心地布置的原水入口5。原水入口5通过与出口6同轴地布置的环形通道形成并且具有连接开口5'，该连接开口能够与原水管道连接。如在图4中可见，盖11的排出接管11a接合到连接接管9的轴向延伸的出口6中。在壳体盖4c的下侧和翻盖11的上侧之间设有间隙8'，该间隙与环形通道8连接。
为了借助图3和4中示出的设备清洁原水，将原水管道连接到原水入口5上。待清洁的原水穿过原水入口5例如首先流到间隙8'中并且从那里分布到环形通道8中。始于此，原水沿径向方向从外向内流动穿过筒10，其中，首先穿流径向外置的第一层1、此后穿流第三层3并且最后穿流径向内置的第二层2。穿流过层1、3和2的水在中央收集通道7中被收集并且从那里能够通过出口6离开设备。
在根据本发明的设备的所描述的实施方式中，也能够反转待清洁的水的流动方向，使得原水通过中央通道7被导入并且首先穿流径向内部的第二层2、此后第三层3并且最后径向外置的第一层1。在设备的所描述的实施方式中，也能够通过径向外置的第一层1一侧的(借助泵产生或无意的)负压引起相应的回流。
在图5中示出了根据本发明的设备的另一实施方式，该设备与图4的设备相比以旋转180°的方位进行使用。在此，通过内部的立管17对中央的收集通道7进行通风，该立管包围收集通道7并且对此布置在设备的中央中并径向布置在内层2之内并且与内层2径向间隔地布置。立管17在图5中示出的其下端部处与出口6连接并且在其相对置的端部处具有汇聚部，该汇聚部与筒10的底部12的内部表面间隔地布置，使得在立管17的汇聚部和底部12之间形成间隙16。流入原水入口5的水的流动方向在图5中用箭头示出。如从中可见的是：水从原水入口5经由间隙8'流入到环形通道8中并且从那里沿径向方向(以该顺序)流动穿过层1、3和2。在径向内部的层2的内环周和立管17的外环周之间设有间距，该间距形成了收集清洁过的水内部的环形通道15。一旦内部的环形通道15完全地用清洁过的水填充并且内部的环形通道15中的水平线超出立管17的汇聚部，清洁过的水就流入到立管17中并且在那里由于重力向下流动至出口6。在此，立管17在填充设备时确保了通风。