CH615651A5

CH615651A5 -

Info

Publication number: CH615651A5
Application number: CH1164375A
Authority: CH
Inventors: Chem Walter Dr Ing Stark
Original assignee: Multorgan Sa
Priority date: 1975-09-08
Filing date: 1975-09-08
Publication date: 1980-02-15
Also published as: CA1049737A; SE7609830L; US4066544A; FR2322830A1; AT343061B; ATA661476A; ES451310A1; FR2322830B1; DE2640218A1; BR7605917A; NL7609911A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Entkeimen von Wasser, bei dem das zu entkeimende Wasser der Wirkung von Luftionen ausgesetzt wird.

Dabei soll unter «Entkeimen» nicht nur das Erreichen eines absolut keimfreien Zustandes verstanden werden, sondern und vor allem auch eine wesentliche Verminderung der Anzahl der in dem zu entkeimenden Wasser enthaltenen Keimen.

Ein Überblick über die bekannten Verfahren, Wasser zu entkeimen, lässt eine Einteilung in drei in ihrem Mechanismus unterschiedliche Gruppen zu.

Die erste Gruppe umfasst die wohl noch am meisten benützten Verfahren, um Wasser zu entkeimen, und bestehen darin, diesem Chlorgas oder Chlorgas freisetzende Verbindungen, Brom, Ozon, oder andere bakterizide Chemikalien zuzuführen. Die verwendeten Verbindungen oder Chemikalien werden dem zu entkeimenden Wasser zugegeben oder auch beispielsweise durch elektrolytische Vorgänge unter Verwendung spezieller Elektrodenmaterialien im Wasser selbst erzeugt. Nach der Entkeimung bleiben in solchen Wässern Chemikalienrückstände, die je nach Verwendung der Wässer in einem weiteren Arbeitsgang zu entfernen sind.

Zur zweiten Gruppe der Verfahren gehören jene, bei denen die Keime sozusagen mechanisch entfernt werden. Zu diesen Verfahren gehören jene, bei denen das zu entkeimende Wasser einer Ultrafiltration unterzogen wird.

Zu der dritten Gruppe der Verfahren gehören jene der eingangs genannten Art, bei denen das zu entkeimende Wasser der Wirkung von Luftionen ausgesetzt wird. Ein solches Verfahren ist aus der Schweizer Patentschrift 444 065 bekannt geworden. Dieses bekannte Verfahren betrifft zwar die Nachbehandlung von vorgeklärtem Wasser durch Begasen und besteht darin, dass das vorgeklärte Wasser mit einem ionisierten, sauerstoffhaltigen Gasgemisch begast wird, während das Wasser in turbulenter Strömung durch eine geschlossene Leitung geführt wird. Dieses bekannte Verfahren strebt eine Übersättigung des zu entkeimenden Wassers mit durch die Ionisierung erzeugten, oxidationsfreudigen Ionen, zum Beispiel aktiviertem Sauerstoff bzw. Ozon an, und läuft darauf hinaus, den Abbau (Oxidation) der im Wasser enthaltenen, organischen

Verunreinigungen zu beschleunigen, wobei die damit einhergehende entkeimende Wirkung des Ozons eine offenbar nicht unerwünschte Nebenerscheinung darstellt.

Während die bakteriostatische Wirkung von Luftionen umstritten ist, ist bisher eine bakterizide Wirkung derselben nicht bekannt geworden, ja sie wurde sogar bestritten.

Die Vermutung liegt indessen nahe, dass trotz der in der diesbezüglichen Literatur oft auftauchenden Begriffe «ionisierte Luft» oder «Aktivluft», die entsprechenden Versuche . nicht mit echten Luftionen, sondern stets im wesentlichen mit Ozon (03) gefuhrt wurden, dessen bakterizide Wirkung ja nicht bestritten ist.

In der Schweizer Patentschrift 524 112 ist ein Verfahren zur Erzeugung von Luftionen beschrieben. In dieser Patentschrift ist auch angegeben, welche Ionen als «Luftionen» zu bezeichnen sind und wie häufig sowie in welchen Konzentrationen diese normalerweise auftreten. Im vorliegenden Zusammenhang sollen daher unter dem Begriff «Luftionen» hauptsächlich die in der Schweizer Patentschrift 524 112 genannten Ionen verstanden werden, wobei es sich versteht, dass es bei deren Erzeugung sozusagen unvermeidlich ist, dass auch Ozon entsteht. Auf alle Fälle ist ein Luftion ein Partikel mit einem vergleichsweise hohen elektrischen Potential.

Die Erfindung geht nun vom Bestreben aus, dieses Potential dazu auszunützen, um den Keimen eine Art tödlichen Elektroschock zu versetzen.

In der Tat wurde zum Beispiel das Zellmembranpotential eines Keimes (Escherizia Coli) mit -10 mV ermittelt. Der Zellkern ist dagegen positiv und die vom Dipol Zellkern-Zell-membrane herrührende elektromagnetische Schwingung zeigt das Leben des Keimes an. Wird diese Schwingung von aussen beeinflusst, lässt sich der Fortbestand des Keimes erschweren oder gar unterdrücken.

Nun ist gemäss gesetzlichen Vorschriften zum Beispiel nur eine Gesamtzahl von 2000 Keimen pro cm3 im Wasser zulässig, um unbedenklich zu sein. Dies entspricht einer Verdünnung von 1 : 1022 bezogen auf die Anzahl Wassermolekühle je cm3. 2000 Luftionen pro cm3 Luft, was etwa der oberen Grenze der natürlich vorkommenden Ionenkonzentration entspricht, ergibt aber eine Verdünnung von 1 : 10*6 bezogen auf die vorhandenen Gasmolekühle.

Nun vereinigen sich aber die Luftionen zu sogenannten «Clusters» oder Ionentrauben und die Verdünnung von «Clusters» bezogen auf die vorhandenen Gasmolekühle ist daher um mehrere Potenzen grösser als die angegebene Zahl von 1 : 10ie; sie nähert sich gar der für die Keime angegebenen Verdünnungszahl 1 : 1022.

Bei den extrem hohen Verdünnungen ist aber die Wahrscheinlichkeit, dass ein Luftionen-Cluster während seiner durch den Kontakt mit dem Wasser ohnehin beschränkten Lebensdauer mit einem Keim zusammentrifft, sehr gering. Mit anderen Worten kann angenommen werden, dass die vorstehend dargelegten Vorgänge zwischen einem Luftionen-Cluster und einem Keim (ohne zusätzliche Massnahmen) sehr selten zum Zuge kommen, so dass von einer messbaren Verringerung der Keime kaum die Rede sein kann.

Die vorliegende Erfindung bezweckt nun, ein Verfahren zu schaffen, bei dem diese geringe Wahrscheinlichkeit der Keimabtötung durch Elektroschock soweit erhöht wird, dass ein

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wirksames Resultat innert einer vertretbaren Zeitspanne erreichbar ist.

Zu diesem Zweck ist das vorgeschlagene Verfahren erfin-dungsgemäss dadurch gekennzeichnet, dass das Wasser einem Luft-Luftionengemisch mit einem Gehalt von wenigstens 5.106 Luftionen pro cm3 ausgesetzt wird, und dass im Bereich der Einwirkungsstelle des Luft-Luftionengemisches auf das zu entkeimende Wasser ein dieses durchsetzendes Magnetfeld erzeugt wird, wobei das Luft-Luftionengemisch dem Wasser unter einem Überdruck von wenigstens 0,1 bar zugeführt wird.

Einerseits wird also die Ionenkonzentration im Luft-Luftionengemisch gegenüber der natürlich vorkommenden Konzentration ganz erheblich gesteigert. Andererseits wird das zu entkeimende Wasser einem Magnetfeld ausgesetzt. Es wurde überraschend gefunden, dass beim Vorliegen eines Magnetfeldes, die im Wasser dispergierten Keime die Tendenz aufweisen, aus den Bereichen mit einer höheren Feldstärke nach solchen geringerer Feldstärken abzuwandern.

Dazu kommt, dass durch die Zusammenwirkung des Magnetfeldes einerseits mit dem Gemenge Wasser + Luft-Luftionengemisch elektrische Wechselfelder induziert werden, die ihrerseits Ursprung höchstfrequenter elektromagnetischer Schwingungen im unteren cm-Wellenbereich sind, welche ebenfalls eine zumindest bakteriostatische Wirkung haben, wie dies aus den Untersuchungen von Barnothy und All aus den Jahren nach 1970 hervorgeht.

Das Verfahren sei nachstehend beispielsweise anhand einiger praktischer Anwendungsfälle näher beschrieben.

Beispiel 1

Bei einem Schwimmbecken mit einem 40 m3 Fassungsvermögen beträgt die Durchflussmenge des Wasserumlaufs durch einen Sandfilter etwa 170 1/Minute oder etwa 10 m3 pro Stunde. Es sind somit etwa 4 Stunden aufzuwenden, um das gesamte Fassungsvermögen des Schwimmbeckens einmal umzuwälzen. Es entsteht bei der Luft-Luftioneneinwirkung zunächst eine Verdünnung an bakterieller Verunreinigung die mit der Zeit abnimmt, aber nie unendlich klein wird. Das Wasser hat anfänglich eine Leitfähigkeit von 195 Mikromhos und ein pH von 7,9. Der Bakteriengehalt ist unzählbar gross. In der Wasserumlaufleitung ist ein Abschnitt aus Polyäthylenrohr von 38,1 mm Durchmesser eingebaut. In dieses ist nun nach dem Filter und dem Wärmeaustauscher ein 19,05 mm-Nippel angeschweisst, an welchen eine Luftionenanlage angeschlossen ist. Diese ist im wesentlichen wie in dem Schweizer Patent 524 112 beschrieben aufgebaut und arbeitet mit einer Spannung von etwa 40 kV, die an Corona-Elektroden aus rho-dinierten Stahlspitzen ansteht, die ihrerseits diametral einige Millimeter in ein 19,05 mm-Polyäthylenrohr hineinragen. Ein Luftstrom von 5 m3/h mit einem von einem Membrankompressor erzeugten Überdruck von 0,9 bar reisst pro Sekunde mindestens 1012 kleine Luftionen von den Corona-Elektroden los. Die Luftionenkonzentration wird mit einem in derselben genannten Schweizer Patentschrift erwähnten SK-Meter gemessen. 5 cm nach der letzten Corona-Elektrode ist um das 19,05 mm-Polyäthylenrohr ein kleiner Elektromagnet angeordnet, so dass im Inneren dieses, das Luft-Luftionengemisch führenden Rohres ein magnetisches Feld herrscht, in dessen Zentrum noch eine magnetische Induktion von 10 V.s/m2 vorhanden ist. Dieses, das Luft-Luftionengemisch führende Rohr endet in wenigstens einer Düse, die in dem zuvor erwähnten Abschnitt der Wasserumlaufleitung angeordnet ist. Im Bereich dieser Düse ist ein weiterer Elektromagnet angeordnet. Dieser ist so ausgebildet und bemessen, dass das wasserführende Polyäthylenrohr durch sein Magnetfeld hindurchführt, das seinerseits so kräftig ist, dass in der Rohrachse eine Induktion von etwa 85 Gauss gemessen werden. Elektromagnete haben gegenüber Permanentmagneten, die an sich auch gebraucht werden können, den Vorteil, dass sie im Handel in jeder Grösse und Leistung erhältlich sind und dass ihre magnetische Feldstärke durch eine Änderung der Stromstärke in weiten Grenzen variiert werden kann.

Anstelle des Elektromagneten kann, wie bereits erwähnt, auch ein Paar Permanentmagnete von je 4000 Gauss in einem Abstand von 4 cm benützt werden. In diesem Fall ist die optimale Distanz der Magnete, die in einer Ebene senkrecht zum genannten Rohrabschnitt und 10 cm stromabwärts von der Luftionen-Eintrittsdüse liegt, auf folgende Weise zu bestimmen: Man ermittelt in einem Modellversuch die Knoten der magnetischen Feldlinien entweder nach dem Delawarr-Ver-fahren oder mit einer Messeinrichtimg nach dem US-Patent 2 482 733. Die Magnete werden sodann so fixiert, dass unmittelbar an der Innenwand des Rohrabschnittes Knoten mit 600 Gauss erscheinen, und so, dass gleichzeitig ein möglichst nahe an der Rohrachse liegender Knoten von noch 150 Gauss entsteht. Bei dieser optimalen Einstellung ergibt sich im praktischen Betrieb eine Keimabtötung, die theoretisch in 6,75 Stunden zur gesundheitsamtlich vorgeschriebenen Limite von 2000 Bakterien je cm3 führt. In der Praxis hat sich allerdings gezeigt, dass diese Limite bereits nach knapp drei Stunden erreicht ist. Dies scheint damit zu erklären zu sein, dass der pH-Wert des Wassers sehr rasch sinkt und selbst bei dem leicht alkalischen Anfangs-pH nach bereits zwei Stunden unter 7 liegt. Im Falle von karbonathaltigem Wasser zeigt sich dabei ein weiteres Phänomen, nämlich die durch die Freisetzung von Kohlensäure erfolgende bakterizide Wirkung des C02.

Beispiel 2

In einem Trinkwasser-Reservoir der öffentlichen Hand, das durch von an die Wasserfassung angrenzenden Wiesen saisonbedingt coliforme Bakterien zwischen 200 und 300 pro 100 ml Wasser enthalten, soll ohne Chlor eine Wasserentkeimung erfolgen. Das Fassungsvermögen des Reservoirs beträgt 50 m3 und das Wasser hat einen pH von 8,5. Eine Eindüsung eines Luft-Luftionengemisches mit 10w Luftionen pro cm3 über Düsen, die am Ende der Flügel eines dreiflügeligen Rührwerkes angeordnet sind, bringt eine rapide Durchmischung im ganzen Reservoir. Das Luft-Luftionengemisch wird mit einem Überdruck von 3 bar eingedüst, wobei an den Düsen, die aus Polyamid bestehen, jeweils ein Kranz von Scheibenmagneten von 5 mm Durchmesser und 3 mm Dicke angeordnet sind, die je eine Remanenz von 80 Gauss aufweisen.

Die Entkeimung ist so wirksam, dass von einer echten bakteriziden Einwirkung gesprochen werden kann und innert weniger als einer Sekunde nach Eindringen frischen, keimbehafteten Wassers sind die Keime abgetötet. Gleichzeitig verringert sich der pH auf 6,7 bis 7 und die im Wasser sich lösende Luft übersteigt im Mittel um 11% den üblicherweise möglichen Wert.

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1. Verfahren zum Entkeimen von Wasser, bei dem das zu entkeimende Wasser der Wirkung von Luftionen ausgesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Wasser einem Luft-Luftionengemisch mit einem Gehalt von wenigstens 5.106 Luftionen pro cm3 ausgesetzt wird, und dass im Bereich der Einwirkungsstelle des Luft-Luftionengemisches auf das zu entkeimende Wasser ein dieses durchsetzendes Magnetfeld erzeugt wird, wobei das Luft-Luftionengemisch dem Wasser unter einem Überdruck von wenigstens 0,1 bar zugeführt wird.

2. Verfahren nach Patentanspruch 1 zum Entkeimen von strömendem Wasser, dadurch gekennzeichnet, dass ein das Wasser quer zur Strömungsrichtung durchsetzendes Magnetfeld erzeugt wird.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Magnetfeld erzeugt wird, dessen Induktion im Bereich der Einwirkungsstelle des Luft-Luftionengemi-sches wenigstens 0,5 Gauss beträgt.

4. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Luft-Luftionengemisch der Wirkung eines Magnetfeldes ausgesetzt wird, bevor es auf das zu entkeimende Wasser einwirkt.

5. Anwendung des Verfahrens nach Patentanspruch 1 zum Entkeimen von Schwimmbadwässern oder von aus Wasserfassungen gewonnenen Trinkwässern.