DE2150670A1 - Vorrichtung zum Entkeimen von Fluessigkeiten - Google Patents

Vorrichtung zum Entkeimen von Fluessigkeiten

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DE2150670A1
DE2150670A1 DE19712150670 DE2150670A DE2150670A1 DE 2150670 A1 DE2150670 A1 DE 2150670A1 DE 19712150670 DE19712150670 DE 19712150670 DE 2150670 A DE2150670 A DE 2150670A DE 2150670 A1 DE2150670 A1 DE 2150670A1
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DE19712150670
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White Gordon F
Wilkinson Adam R
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WHITE WATER INTERNAT Ltd
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Description

PATENTANWÄLTE
dr. W.Schalk · dipl.-ing. P. Wirth · dipl.-ing.G. Dannenberg DR.V. SCHMIED-KOWARZIK · DR.P. WEINHOLD · DR. D. GUDEL
6 FRANKFURT AM MAIN
GR. ESCHENHEIMER STRASSE 39
9. Okt. 1971 Gu/Ar
White Wat er International Mmited 555 Burrard Street
Vancouver 1, B.C., Canada
■2.UKC en c λ ' .· P, . h K
Vorrichtung svse Entkeimiaag von - T-t-U »'"hU-iU-··«
Die Erfindung "betrifft eine Vorrichtung zur Entkeimung von Wasser, beispielsweise Trinkwasser und Wasser für Schwimmbäder, vorzugsweise private Schwimmbäder.
Antibakterielle und gegen Algen gerichtete Wirkungen gewisser Metalle sind seit vielen Jahren bekannt. Vor Jahrhunderten führte König Cyrus bei seinen Feldzügen Wasser des Flusses Choapes mit sich, das in Silberbehältern aufbewahrt wurde, um rein zu bleiben.
In der jüngeren Vergangenheit wurden Geräte für eine Entkeimung von Wasser verwendet, bei denen aktive Metalle dadurch in Wasser gelöst werden,, dass ein elektrischer Strom durch das Wasser zwischen Elektroden strömt. Wenigstens eine der Elektroden ist dabei ein für die Entkeimung wirksames Metall.
Es wurde gefunden, dass ein Entkeimen von Flüssigkeiten, insbesondere Wasser, vorteilhafter sein kann als eine Behandlung durch Chloren oder durch Verfahren unter Verwendung von ultravioletter Strahlung. Gechlortes Wasser besitzt nicht nur einen bestimmten Geruch und Geschmack, sondern kann auch die Augen
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geändert gemäß Eingabe
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ORIGINAL INSPECTED
und die Schleimhäute entzünden. Die Wirkung des Chlors im Wasser hält auch nicht lange an. Die Behandlung des Wassers durch ultraviolette Strahlen wirkt zwar im Augenblick, hält jedoch überhaupt nichtan.
Andererseits sind oligodynamisch wirksame Metalle, insbesondere Silber und Kupfer, in geeigneter Konzentration, um gegen Bakterien und Algen wirken zu können, nicht giftig. Sie verändern den Geschmack des Wassers nicht in fühlbarem Maße und bewirken auch keine Reizung. Ausserdem dauert ihre Wirkung verhältnisnässig lange an.
Eine oligodynamische Behandlung fand früher derart statt, dass eine Anordnung verwendet wurde, die die Stromrichtung umkehrte, wodurch die Polarität der Elektroden häufig gewechselt wurde, so dass das über die Elektroden streichende Wasser die sich dort entwickelnden Bläschen aus Sauerstoff und Wasserstoff, sowie andere Ablagerungen, die die Wirksamkeit der Vorrichtung beeinträchtigen können, wegspült.
Die bekannten Vorrichtungen sind jedoch nicht völlig zufriedenstellend, insbesondere bei. der Verwendung zur Sterilisierung von Trinkwasser für Haushalte oder für die Heinhaltung von privaten Schwimmbädern» Silber dringt unter der v/irkung von elektrischem Strom sehr schnell in Wasser ein, so dass die verwendeten Silberplatten sehr häufig ersetzt werden mussten. Dies resultiert in hohen Kosten. Auch sind die Apparate zum Ändern der Polarität im allgemeinen mechanischer Natur und nutzen sich daher stark ab bzw. funktionieren nicht mehr.
Mit der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung für eine oligodynamische Behandlung von Flüssigkeiten, insbesondere von Trinkwasser und Y/asser für Schwimmbäder vorgeschlagen. Die Vorrichtung ist verhältnismässig billig zu installieren. Sie besitzt eine lange Lebensdauer. Sie verwendet eine elektronische Schaltung für die Änderung der Polarität, so dass Störungen
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beträchtlich reduziert werden. Die Vorrichtung nach der Erfindung ist daher zur Verwendung durch einen normalen Haushalt, dessen Mittel im allgemeinen "beschränkt sind, besonders geeignet.
Bei der Vorrichtung nach der Erfindung werden Elektroden aus einer Kupfer-Silber-Legierung verwendet. Silber wird wegen seines antibakteriellen Effektes und Kupfer wegen seiner gegen Algenbildung gerichteten Wirkung verwendet. Die Verwendung von Kupfer bei der Legierung verzögert die Abgabe von Silber in das behandelte Wasser. Kupfer ist dafür bekannt, bezüglich der Bakterien und Algen gute V/irkungen zu haben.
Die Vorrichtung nach der Erfindung schliesst folgende Elemente ein: ein Gehäuse mit einer langen Kammer, ein Paar von Leitern, die sich in Längsrichtung der Kammer erstrecken, und die als Elektroden einer elektrischen Schaltung angeschlossen werden können, und eine Vielzahl von Plattenelektroden, die mit dem Leiter verbunden sind, wobei jede Elektrode eine Legierung aus Kupfer und Silber ist. Die Leiter werden zur Verhinderung von Erosion isoliert.
Die Vorrichtung schliesst ebenfalls eine Anordnung zur Änderung der Polarität ein, die die Polarität der Plattenelektroden in vorbestimmten Intervallen ändert. Die Schaltung besitzt ferner einen bistabilen Multivibrator mit Transistoren, die durch einen in Kippschwingungen befindlichen Oszillator mit einem Transistor (unijunction transistor) getriggert werden, der die Ein- und Ausschaltung eines Transistors steuert. Dieser letztere Transistor ändert das Ein- und Ausschalten eines Paares von Vorspannungsantriebsmitteln. Diese steuern ihrerseits die Ein- bzw. Ausschaltung eines Transistorpaares, von denen einer den Fluss von positiver Spannung von einer G-I ei chs pannungsquelle steuert, und von denen der andere den Fluss einer negativen Spannung von der Gleichspannungsquelle steuert«
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Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert, aus dem sich weitere wichtige Merkmale ergeben.
Es zeigt:
Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Teil einer Vorrichtung nach der Erfindung mit einem Gehäuse und darin angeordneten Elektroden;
Fig. 2 eine Draufsicht einer Elektrodenplatte, die in der Vorrichtung nach Fig. 1 verwendet wird;
Fig. 3 ein schematisches Schaltschema einer Schaltung zur Änderung der Polarität zur Verwendung mit der Vorrichtung nach Fig. 1 und
Fig. 4 eine schematische Zeichnung, die die Verwendung eines septischen Reinigungssystems für den Ausfluss eines Tanks unter Verwendung der vorstehenden Erfindung verdeutlicht.
Eine Vorrichtung zur Sterilisierung von Flüssigkeit ist als Ganzes in Fig. 1 mit Position 10 "bezeichnet. Die Vorrichtung besitzt ein zylindrisches Gehäuse 11 mit einem zylindrischen Mittelteil 12 und Endteilen 13 und 14. Wenn diese Teile zusammengesetzt sind, wie es Fig. 1 zeigt, ergibt sich eine längliche, zylindrische Sterilisierkammer 14 mit einer Längsachse 15.1.
Die Endteile 13 und 14 besitzen jeweils ein Innengewinde 13.1 und 14.1, über die das Gehäuse mit einer Wasserleitung verbunden werden kann. Diese Wasserleitung führt beispielsweise Leitungswasser für ein Wohngebäude oder Wasser für ein Schwimmbad. Die Endteile und die Mittelteile des Gehäuses werden vorzugsweise aus einem dielektrischen Material gefertigt, beispielsweise aus einem Thermoplasten wie Polyvinylchlorid.
Die Teile des Gehäuses werden flüssiglceitsdicht durch Gewindestangen 17 und 18 aus Messing miteinander verbunden, die sich
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in Längeriehtung durch die Kammer und durch die Bndteile 13 und 14 erstrecken. Muttern und 19 und ein Dichtring 20 sind über die Stangenenden gelegte Die Muttern werden gegen die Endteile 13 und 14 abgedichtet, bis das Gehäuse gegen den Druck der durch die Kammer strömenden Flüssigkeit dicht ist.
Eine Vielzahl von Plattenelektroden 21, die Fig. 2 zeigt, ist an den Stangen 17 und 18 montiert. Jede Platte besteht aus einer legierung von etwa 80$ Kupfer und etwa 20$ Silber (Gew.-$). Die Platten besitzen alle dieselbe Grosse und einen Gleitsitz, der in Pig. 1 gezeigt ist. Sie sind in der Kammer senkrecht zur Achse 15 »1 angeordnet.
In Pig. 2 ist gezeigt, dass jede Platte ein looh 22 in der Nähe des Umfangs besitzt, mit dem die Stangen 17 und 18 aufgenommen werden. Ausserdem besitzt jede Platte einen Einschnitt 23 am Umfang, und zwar diametral entgegengesetzt dem Loch 22. Der Einschnitt dient als Öffnung für durchströmende Plüssigkeit.
Wie am besten in Pig. 1 gezeigt ist, sind die Platten unter Abstand voneinander an den Stangen montiert. Sie werden in ihrer Stellung durch Haltemuttern 24 gehalten, die auf die Stangen geschraubt sind. Diese Muttern sind an beiden Seiten der Platten vorgesehen. Jede der Platten 21, die mit der Stange 17 verbunden ist, erstreckt sich unter Abstand zwischen benachbarten Platten, die mit der Stange 18 verbunden sind. Da die Einschnürte 23 von benachbarten Platten gegeneinander versetzt sind, strömt die Plüssigkeit zickzack-förmig durch die Kammer 15. Beide Seiten jeder Platte werden folglich durch die Plüssigkeit gewaschen, die beim Durchströmen der Kammer verwirbelt wird.
Um einen Verbrauch der Stangen 17 und 18 beim Betrieb der Vorrichtung zu verhindern, und um eine haltbare Verbindung zwischen den Stangen und den elektrischen Platten sicherzustellen, werden die Stangen und die Haltemuttern 24 vorzugsweise mit einem isolierenden Überzug 25 vorsehen. Der Überzug 25 kann
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ein geeignetes thermoplastisches Material, beispielsweise Polyvinylchlorid, sein und kann dadurch angewendet werden, dass die Stangen mit den Elektrodenplatten in ein derartiges, flüssiges thermoplastisches Material eingetaucht werden. Lediglich die Overflächen der Elektrodenplatten werden der durchströmenden Flüssigkeit ausgesetzte
Die Proportionen an Silber und Kupfer "bei der Ausbildung der Elektrodenplatten wird durch die von den betreffenden Behörden als zulässig angesehenen Mengen dieser Metalle in Wasser bestimmt. Das Department of National Health and Y/elfare in Canada und das National !Technical Advisory Committee on Water Quality Criteria to the Secretary of the Interior in den USA haben derartige Standards herausgegeben. Danach liegt der maximal zulässige Gehalt an Silber bei Trinkwasser bei 0,05 ppm und bei Kupfer bei 1,0 ppm. Wasser mit einem Kupfergehalt von über 1,0 ppm besitzt im allgemeinen einen fühlbaren Kupfergeschmack.
Die Emissionsrate beider Metalle in Wasser ist proportional zu deren Anteilen in der Legierung. Folglich besitzt behandeltes Wasser unter Verwendung von Platten, bei denen das Verhältnis von Kupfer zu Silber kleiner als 20 : 1 ist,einen Kupfergeschmack, wenn die Silberkonzentration unterhalb der angegebenen Grenze liegt, vorausgesetzt, das Wasser besitzt anfänglich kein Kupfer. Bei den Platten 21 liegt das Verhältnis von Kupfer zu Silber bei etwa 4 : 1, so dass ein Sicherheitsfaktor gegeben ist für den Fall, dass das 'wasser bereits anfänglich Kupfer oder gelöste Kupfersalze besitzen sollte.
Im Betrieb wird durch Verbindung der Stangen 17 und 18 mit den Ausgangspolen 27 und 28 einer Schaltungsanordnung Strom den Platten 21 zugeführt. Eine derartige Schaltungsanordnung ist als Ganzes mit irosition 50 in Fi1*. 3 bezeichnet.
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Die Anordnung 30 liefert ungefilterte Gleichspannung mit positiven und negativen vollen Wellen mit Spitzenspannungen von 25 Volt bei 1,5 A von einer Weehselspannungsquelle mit 115 Volt und 60 Hz. Die Schaltungsanordnung 50 ist in Figo 3 gezeigt und "besteht aus drei Abschnitten: einen Abschnitt A für die Lieferung von Gleichspannung, einen Abschnitt B für vrequenzgabe und Steuerung, und einen Abschnitt C für die Schaltung des Ausganges„ Die einzelnen Bauelemente der Schaltung sind symbolisch dargestellt und folgendermassen bezeichnet: D für Dioden, C für Kondensatoren, R für Widerstände und Q für Transistoren.
In Pig. 3 ist im einzelnen ein Transformator 33 mit einer Hittelanzapfung Vo gezeigt, der über Dioden D1, D2, D3 und D4 positive und negative volle Wellen als ungefilterte Gleichspannung abgibt. Die positive Spannung liegt dabei an einer Leitung 34 und die negative Spannung an einer Leitung 35· Der Transformator liefert Spitzenspannungen von 25 Volt bezogen auf die Mittelanzapfung des Transformators„ Eine Diode 5 und ein Kondensator C1 t--;eben eine gefilterte Gleichspannung von 25 Volt an den Timing Abschnitt B ab und schützen die Timing Schaltung vor SpannungsSchwankungen.
Die Timing Schaltung besteht aus einem bistabilen Multivibrator mit Transistoren Q1 und Q2, die-durch einen Transistor Q3 (unijunction transistor) getriggert werden. Der Transistor Q3, ein Widerstand R9 und ein Kondensator C4 bilden einen Kippschwingungsos zillat or. Die Schwingfrequenz des Oszillators wird durch den ϊ/iderstand R9 und den Kondensator C4 bestimmt. Seine Periode liegt zwischen 10 und 20 Sekunden. Diese Schaltung bestimmt somit die zeitliche Dauer beider Ausgangspolaritäten, und zwar jeweils in gleicher Zeitdauer.
Die Zeitschfü rung S steuert durch einen Widerstand R 10 die IDin- bzw. Ausschaltung eines Transistors Q4, der das Spannungsniveau umsetzt. 'JJr setzt das Spannungsniveau von 0-25 Volt
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der Schwingschaltung D in ein negatives Niveau von 25 Volt ■ und ein positives Niveau, ebenfalls von 25 ToIt am Ausgang der Zeitschaltung um.
Während eines Halbzyklus der Zeitschaltung B wird der Transietor Q4 durch einen Strom eingeschaltet, der durch den Widerstand H10 fliesst. Während der anderen Halbwelle ist der Transistor Q4 ausgeschaltet.
Ist der Transistor Q4 eingeschaltet, so ist die Spannung an fe der Spitze von Q4 im wesentlichen eine negative Spannung -V. Diese Spannung erscheint an der Basis von Transistoren Q5 und Q6. Q5 ist ein NPU-Transistor, dessen Emitter mit -V verbunden ist (über die leitung 35). Dieser Transistor ist also ausgeschaltet. Die Verbindung von Widerständen R14 und R16 liegt ebenfalls an der Spannung -V. Der Transistor Q6 ist andererseits ein PNP-Transistor, dessen Emitter über Widerstände R 15 und R17 mit +V verbunden ist und der leitet. Die Transistoren Q5 und Q6 sind Vorspannungs-Antriebe für zwei Paare von Ausgangstransistoren Q7-Q8 und Q9-Q10. Q7-Q8 sind in einer Darlington-Schaltung verbunden (die Basis des einen Transistors ist Kollektor bzw. Emitter des anderen Transistors). Die Transistoren Q7 und Q8 wirken daher als ein einziger PNP-Transis- w tor mit hohem Verstärkungsfaktor, während die Transistoren Q9 und Q1O ebenfalls in einer Darlington-Schaltung verbunden sind und als ein HPJJ-Transistor wirken. Der NPN-Transistor (Q9-Q10) ist so geschaltet, dass sein Emitter mit -V über einen Widerstand EIS ;; jrounden ist, während seine Basis mit -V über Widerstände HI4 wad R16 verbunden ist, so dass er ausgeschaltet ist und nicht lcltt-:J3
Der Transistor Qt ^^C-Jh,, der ein PSP-Transistor ist, ist so geschaltet, dass .·: - ' TJEltt-Gr sit +T über Widerstände H15 und R17 verbunden :u■ l., !):::::er Ίϊ:ι:diwlstur leitet» Die Spannung an " der VerM-ndiLüg es.,. V.i.dex-s lande Ei5 uii-I Ei? liegt einige YoIt unterhalb der vollen positiven Spannung. Dieser Spannungsabfall
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BAD ORIGINAL
beruht auf den Werten der Widerstände R15 und R17. Der Spannungsabfall wird V-Vorspannung genannt.
Die V-Vorspannung wird der Basis des PNP-r-Darlington-Transistors (Q7 und Q8) zugeleitet und bewirkt, dass Strom dem Ausgangspol 28 von +V über einen Widerstand R18 und einen Transistor Q8 zufliesst, d.h. über die äussere Last und zurück zur Mittelanzapfung des Transformators. Unterhalb einer bestimmten Grenze hängt der Betrag des fliessenden Stromes vom Wert von +V und dem Widerstand der äusseren Belastung ab. Wenn der Widerstand der äusseren Belastung hinreichend niedrig ist, reicht der Strom aus, um am Widerstand R18 einen Spannungsabfall hervorzurufen, der sich der V-Vorspannung nähert, an welchem Punkt der Transistor Q8 als veränderlicher Widerstand in Serie mit der äusseren Last erscheint, so dass der Strom auf einem konstanten Wert gehalten wird. Dieser Wert wird durch die Werte der V-Vorspannung und des Widerstandes R18 bestimmt.
Während der anderen Halbwelle, d.h. wenn der Transistor Q4 ausgeschaltet ist (gemeint ist natürlich, dass er nicht leitet), ist die an den Basen der Transisoten Q5 und Q6 erscheinende Spannung +V. Der PHP-Transistor (Q7 und Q8) ist ebenfalls ausgeschaltet und die V-Vorspannung wird der Basis des Transistors Q9 über 'Widerstände RH und R16 zugeführt, wodurch der Transistor Q1O leitet und die Spannung -V dem Pol 28 zuführt.
Temperaturempfindliche Widerstände R21 und R22 sind parallel zu den Widerständen R17 bzw. R16 geschaltet und thermisch mit den Transistoren Q8 und Q10 verbunden, so dass sie den Widerstand dieser Transistoren und den Wert der V-Vorspannung ändern, wenn die Transistoren Q8 und Q1O sich zu überhitzen beginnen. Dadurch wird der Ausgangsstrom verringert und der Temperaturanstieg der Transistoren Q8 und Q10 begrenzt.
Ein Widerstand R13 dient als Sicherheitsschaltung, um den der Basis des Transistors Q 5 zugeführten Strom zu begrenzen.
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- ίο -
Ein Amperemeter 36, dessen Nullpunkt in der Mitte der Scala liegt, ist zwischen dem Pol 27 und der Mittelanzapfung des .Transformators vorgesehen. Dieses Amperemeter zeigt die G-rösse und Polarität des Stromes an.
Beim Betrieb der Vorrichtung 10 zur Behandlung von Wasser eines Schwimmbades kann das Gehäuse 11 mit einer Umwälzleitung verbunden werden, die bei den meisten Schwimmbädern vorgesehen ist. Die Schaltung 30 wird mit einer geeigneten Spannungsquelle, beispielsweise von 115 Volt und 60 Hz verbunden. Die Vorrichtung arbeitet ohne weitere Aufsicht. Es muss lediglich gelegentlieh das Amperemeter beobachtet werden, um sicherzustellen, dass der Strom bei 1,8 A relativ konstant ist.
Bei Anlagen, bei denen Wasser verhältnismässig lange galgert wird, beispielsweise bei Schwimmbädern, ist die Nachwirkung der oligodynamisch aktiven Metalle, die in das Wasser abgegeben werden, ein Maximum.
Bei Wasserleitungen für Haushalte, wenn das Wasser beispielsweise direkt von einer Quelle oder einem Vorratsbehälter zum Verbrauch gepumpt wird, wird die Vorrichtung sehr wirksam dann verwendet, wenn ein Sammelbehälter für Wasser stromab der Vorrichtung 10 vorgesehen ist, wodurch die Nachwirkung der oligodynamisch aktiven Metalle am besten ausgenutzt wird.
tfig. 4 ist eine schematische Zeichnung, die die Vorrichtung nach der Erfindung als Teil eine a septischen Vorratsbehälters zeigt. Die Vorrichtung wird dabei zur Verwendung des Ausflusses, benutzt. Eine Schalttafel 3 enthält die Schalt- und Steueranlage 2, wie sie beispielsweise in 3?ig. 3 erläutert wurde, und die über eine Hauptleitung 1 mit strom versorgt wird. Der Ausgang der Hauptleitung wird über Verbindungsdrähte 4 einer Behandlungseinheit 8 zugeführt. Ein septischer Tank besitzt eine Ausgangsleitung 7 mit einem Siphon, wobei die Ausgangsleitung einen Einlass 9 besitzt. Wenn die in septischen Tanks gelagerte
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Flüssigkeit ein Niveau*erreicht, das durch die Linie 5 angedeutet ist, beginnt der Ausfluss vom Tank, fällt das ITüssigkeitsniveau so weit ab, dass die Linie 6 erreicht wird, so stoppt der Ausfluss. Der Ausfluss läuft durch die Behandlungsapparatur 8, bevor die Flüssigkeit abgegeben wird.
Um die Wirksamkeit gegenüber Bakterien und Algen der Vorrichtung 10 zu beweisen, wurden Versuche durchgeführt«
Versuch 1
Die Vorrichtung 10 wurde mit dem städtischen Abwassernetz hinter der Ausgangsleitung eines Basins für erste Sedimentation verbunden. Die Hälfte des Abwassers lief durch die Vorrichtung 10 und die andere Hälfte aus einem Probehahn vor der Vorrichtung 10. Die Vorrichtung 10 wurde mit einer geeigneten Spannungsquelle verbunden. Die Metallplatten in der Vorrichtung 10 besessen eine Fläche von 1 Quadratfuß und die Plussrate durch die Kammer der Vorrichtung betrug 2,8 1 pro Minute.
Die Proben vom Apparat 10 und vom Probehahn wurden gleichzeitig entnommen. Die Proben wurden als unbearbeitete Probe (für den Probehahn) und als Ausfluss (Abgabe aus der Kammer) bezeichnet. Zwei Sätze von Proben wurden nach 20 Minuten entnommen. Bei der ersten Probe wurde eine Analyse 5 Min. nach der Entnahme durchgeführt, sowie zweimal danach in Abständen von 55 Minuten und 45 Minuten. Die zweite Probe wurde zweimal analysiert, und zwar 25 Minuten und 80 Minuten nach der Entnahme.
Die erste und zweite unbearbeitete oder unbehandelte Probe wurden jeweils einmal analysiert, und zwar 20 Minuten bzw« 50 Minuten nach der Entnahme. Die Zeiten und Ergebnisse der Analyse sind in Tabelle A aufgeführt:
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Tabelle A 1410 Gesamtzahl an ■ Reduktion
1430 Colibakterien (Prozent)
Zeit(Stunde) 1410 (pro 100 ml)
S=Probe 1415
A=Analysiert 1510
Uhbehandelte 1555 .
Probe Nr. 1 S 3.400.000 85
A 1430
1520		 91
Ausfluss Nr.1 S 500.000 97
A 290.000
It A 78.000
ti A
Unbehandelte 3.200.000
Probe Nr0 2 S
A
Ausfluss Nr.2 S 1430
A 1455
« A 1550
400.000
250.000
Die Reduktion wurde durch folgende Formel errechnet?
1 - Aue fluss χ 100,
unbehandelte Probe
Die Versuche zeigen die unmittelbare Wirkung der Behandlung. Beim Probensatz Nr. 1 wurde eine 85$-ige Reduzierung der Bakterien (Coliform Count) 5 Minuten nach der Behandlung erreicht. Beim Probensatz Nr. 2 wurde eine Reduktion von 87 $> 25 Minuten nach der Behandlung erreichte
Die Versuche ergeben ebenfalls die grosse Nachwirkung , bei der Anwesenheit von oligodynamischen Metallen im Abwasser. Es wurde eine Reduktion der Bakterien von 97 9^ 1 3/4 Stunden nach der Behandlung erzielt.
Versuch 2
.TJm die YiTirksamkeit gegenüber Algen der Vorrichtung sicherzustellen, wurden Versuche bei einem Schwimmbad mit einem Inhalt von 25·000 Gallonen durchgeführt, das mit leitungswasser gefüllt war
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•und verschiedenen Behandlungen unterworfen wurde. Die Vorrichtung 10 wurde an das Leitungsnetz angeschlossen und zusammen mit einem Sandfilter in den Kreislauf der Umwälzleitung gebracht. Das Wasser wurde 5 Monate lang von Juli bis November umgewälzt. Von Zeit zu Zeit wurde algenhaltiges Wasser und Wasser mit Algensporen dem Schwimmwasser beigegeben. Während der Monate Juli und August wurde jedoch kein Algenwuchs beobachtet. Während dieser Monate lagen die Tagestemperaturen bei etwa 75 F·
Y/ährend des Monats September wurde weiteres, stark mit Algen angereichertes Wasser zusammen mit handelsüblichem Düngemittel zur Unterstützung des Algenwachstums zugegeben. Auch jetzt wurde kein Algenwachstum beobachtet.
Von Oktober an wurde das Badewasser stark verunreinigt. Urin, Abwässer und andere'Verunreinigungen wurden dem Badewasser beigegeben. Ebenfalls wurde eine bestimmte Menge von Ausfluss aus dem septischen Tank zugegeben. Auch jetzt wurde kein Algenwachstum beobachtet. Bei einer abschliessenden bakteriologischen Analyse im November wurden keine Bakterien oder Viren gefunden. Die Versuche im November ergaben fernerhin, dass die Konzentration an Kupfer und Silber im Wasser unter den angegebenen zulässigen Höchstwerten lag.
Beim Abschluss der Versuche im November wurde die Vorrichtung abmontiert, wobei festgestellt wurde, dass die Elektrodenplatten nur geringfügig verbraucht waren, und zwar trotz des hohen Säuregehaltes des Badewassers. Dieser Säuregehalt war einmal durch die Zugabe von Säure auf einen pH-Wert von 4»5 abgesenkt worden. Daraue ergibt sich, dass Wasser mit einem pH-Wert von 6,8 bis 6,9 - welche Werte normalerweise für Schwimmbäder empfohlen werden - die Vorrichtung wirksam und ununterbrochen mehrere Jahre lang ohne Ersetzen der Plattenelektroden arbeiten kann. Die Dicke der Plattenelektroden betrug ursprünglich 1/8 Inch.
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-u-
Versuch 3
Um weiterhin den Wirkungsgrad der Vorrichtung zum Entfernen von Coliform-Organismen in Wasser zu bestimmen, wurde ein zusätzlicher Test mit Wasser durchgeführt, das wechselnde Konzentrationen von E.Coli-Organismen enthielt. Die Versuchsorganismen waren Esherischia CoIi, Stamm B (Strain B), erhalten vom Biochemischen Department der Universität von British Columbia. Sie wurden mit Lactose-Brühe unterkultiviert. Die Vorrichtung wurde zum Durchströmen mit Wasser mit einem Reservoir verbunden, das 45 Gallonen Leitungswasser des städti- k sehen Wasserleitungsnetzes von Vancouver enthielt. Die Vorrichtung wurde mit 32-33 Volt und 1,5 A mit einer Durchströmungs. Plussrate von 350 Gallonen/Stunde betrieben.
Der Wasserbehälter, die Rohre, Pumpen, Wasserzähler und Vasserreiniger wurden dadurch "sterilisiert", dass eine Lösung von 2 tfa Javex zwei Stunden lang vor jedem Experiment in der Anlage zirkuliert wurde. Anschliessend wurde die Anlage mit Leitungswasser zwei Stunden lang durchspült, um auch Spuren der Javex-Lösung zu entfernen. G-läser, Pipetten, filter und feinporige Membranen wurden bei 1200C 20 Minuten lang sterilisiert.
Sämtliche Coliform-Zählungen wurden durch eine Membranfilter-" technik vorgenommen. Y/asserproben wurden durch ein feinporiges Filter von 0,45 M gefiltert. Die Piltermembranen wurden anschliessend auf Papierkissen gelegt, die mit einer M-Endo Brühe Mi* vollgesogen waren. Dann wurden sie bei 37 C 24 Stunden lang ausgebrütet. Lebende E. CoIi entwickelten sich in Kolonien innerhalb von 24 Stunden und wurden gezählt.
Der Kupfergehalt des Wassers wurde vor und nach der Behandlung bestimmt. Diese Technik beruhte auf einer Spektrophotometrie mit Absorption der Atome unter Verwendung eines Spektrophotometers, das von der Perkin-Blmer Corporation hergestellt war und als Modell 303 erhältlich ist.
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Das Reservoir wurde mit»45 Gallonen Leitungswasser gefüllt. Da das Leitungswasser in Vancouver eine sehr geringe Leitfähigkeit besitzt, wurden Calcium- und Magnesium-Salze in ausreichender Menge zugeführt* so dass der Apparat bei 1,5 A arbeitet. Vierzehn Gramm von CaSo..2HpO und 35 gjvon MgSO..7HoO wurden zugesetzt. Die Lösung wurde 10 Minuten lang gerührt, um die Salze aufzulösen. Anschliessend wurde sie eine kurze Zeit lang durch den Wasserreiniger gepumpt, um die Messungen der Spannungs- und der Stromstärke zu überprüfen. Falls notwendig, wurde zusätzliches HgSO..7HpO zugesetzt, um die Stromslärke auf den gewünschten Wert zu bringen. Alle Versuche wurden bei 32-35 Volt und 1,5 A durchgeführt.
Nach der richtigen Einstellung der Spannung und Stromstärke wurde der Behandlungsapparat ausgeschaltet. Bin bestimmter Betrag der Kultur E.CoIi, die 24 Stunden lang ausgebrütet worden war, wurde dem Reservoir zugegeben und gut gemischt. Anschlie-.ßend wurde eine Kontrollprobe entnommen und deren Zellen gezählt. Dann wurde der Behandlungsapparat angeschaltet und der Inhalt des Reservoirs bei einer 3?lussrate von etwa 350 Gallonen/ Stunde durchgepumpt· Probai von 6 Liter wurden dem behandelten Wasser hinter dem Apparat entnommen, und zwar in Abständen von 15» 30, 90 und 120 Minuten und bezüglich der E.CoIi analysiert.
Wasser mit 74.500 E.Coli-Zellen pro 100 ml wurde wie vorstehend beschrieben behandelt. Die Wirkung der Behandlung ist in Tabelle 3.1. gezeigt· 120 Minuten nach der Behandlung enthielt das behandelte Wasser keine E.CoIi.
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Tabelle 3.1.
Wasserprobe
gefiltert
durch feinporige
Membran
Zeit
nach
Behandlung
Anzahl lebender E.CoIi pro Probe
Anzahl von lebenden E< GoIi pro 100 ml Wasser
Überlebende
ml
Mine
3 Mittel
(Kontrolle; 160 162 126 149 .7 74. 500 100.00
0.5 15, 65 63 56 61 .3 12. 200 16.40
1.0 30 13 11 12 12 1. 200 1.60
1.0 60 1 0 1 0 70 0,09
10.0 90 0 0 1 0 3 0.004
10.0 120 0 0 0 0 0 0.00
Wasser mit 8.900 E.CoIi pro 100 ml wurde wie vorstehend behandelt. Die Wirkung der Behandlung ist in Tabelle 3.2 gezeigt. Die Behandlung ergab einen Ausfluss, der praktisch frei von jeden E.Coli-Organismen war. Keine lebenden E.Coli-Organismen wurden im Wasser 30 Minuten nach der Behandlung mit der Vorrichtung nach der Erfindung gefunden.
Wasserprobe
gefiltert Zeit
durch fein- nach der
porige Behand-Membrane lung
Tabelle 3.2
Anzahl lebender E.CoIi gefunden pro Probe
Anzahl lebender E.CoIi gefunden pro ml Wasser
Überlebende (50
ml
Min.
Mittel
0 78 99 89 89 (Kontrolle)
8.900
100.00
0.5 15 0 3 0 4 2.3 460 5.16
1 30 0 0 0 0 0 0 0.00
1 60 0 0 0 0 0 0.00
10 90 0 0 0 0 0.00
10 120 0 0 0 0 0.00
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Wasser mit 470 B.CoIi pro 100 ml wurde wie vorstehend behandelt. Die Wirkung der Behandlung ist in !Tabelle 3.3 gezeigt. Auch bei diesem Experiment ergab die Behandlung einen Ausfluss, der praktisch frei von jeden E.Coli-Zellen war. Keine lebenden E.Coli-Zellen wurden 30 Minuten nach einer Behandlung mit dem Wasserreiniger gefunden.
Tabelle 3.3
Wasserprobe
gefiltert
durch fein
porige
Membrane		 1 Zeit
nach der
Behand
lung		 Anzahl lebender
E.Coil gefunden
pro Probe		 2 3 Mittel Anzahl
lebender
E.CoIi ge
funden pro
100 ml Wasser		 Über
lebende
(*)
ml 5 Min. 1 3 2 4.7
10 0
(Kontrolle)		 9 3 3 2.3 470 100.00
10 15 1 0 0 0 46 9.80
20 30 0 0 0 0 0 0.00
60 0 0 0 0 0 0.00
90 0 0 0.00
Es wurde beobachtet, dasa der Kupfergehalt des Wassers durch die Behandlung etwa verdoppelt worden war (Tabelle 3.4). Der mittlere Kupfergehalt stieg von 0.54 mg pro liter auf 1.08 mg pro Liter an.
Tabelle 3.4
Experiment
Kupfer in Wasser (mg/1)
Vor der Behandlung
Nach der Behandlung
Wr. 3.1
Ur. 3.2
nr. 3.3
0.38
0,87
0.36
1.01
1.4
0.84
Durchschnitt
0.54
1.08
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Bei der Behandlung von Wasser mit verschiedenen Konzentrationen von Coliform-Bakterien war die Vorrichtung "bzw. der Apparat derart erfolgreich, dass sämtliche lebenden E.OcLis innerhalb von 2 Stunden entfernt wurden ( bei zwei Experimenten innerhalb einer halben Stunde). Bei einer Flussrate von 350 Gallonen/Stunde und unter den Versuchsbedingungen wurde etwa 0.5 mg/1 Kupfer in lösung gebracht.
Es sei erwähnt, dass die Vorrichtung 10 zwar beim Sterilisieren von Trinkwasser und von Wasser in Schwimmbädern besonders geeignet ist, jedoch ist seine Verwendung nicht hierauf beschränkt. Es kann auch zum Sterilisieren von anderen Flüssigkeiten, bei-" spielsweise Fruchtsäften, Milch und anderen zum menschlichen Verzehr bestimmten Getränken verwendet werden. Die Ergebnisse der Versuche in Tabelle A machen ferner die "Jirksamkeit beim Behandeln von städtischen Abwässern für die Verringerung von Bakterien und Viren deutlich.
Wie angeführt, sollte das Verhältnis von Kupfer zu Silber bei der zweifachen Legierung das Verhältnis 20 : 1 nicht überschreiten. Das heisst, der maximale Kupferanteil liegt bei 96 Gew.$. Legierungen mit 80 £ Kupfer, 20 C/S Silber; 70 <ά Kupfer, 30 c,ö Silber und 60 fi Kupfer, 40 fo Silber ergeben ^ute Resultate. Bei diesen Legierungen herrscht zuipfer vor. Dieses Metall wirkt gegen Algenbildung, co dass diese Legierungefiauptsächlich zur Verwendung bei Schwimmbädern und dergleichen geeignet sind. Eine bevorzugte Gruppe von Legierungen für diese Verwendung besteht aus 50 - 90 cß> Kupfer, der Rest Silber. Es können jedoch auch Legierungen mit einem überwiegenden Anteil von Silber Verwendung finden, insbesondere wenn Trinkwasser durch die antibakterielle 'wirkung von Silber trinkbar .-emacht werden soll. So wurde eine Legierung mit 10 1^ Kupfer und 90 C ;O Silber erfolgreich verwendet. Auch wurden Lzgii.run.;en uit uiü zu 95 '.'-- oilber und darüber hins.us mit ,ri'olj versucht.
ORIGINAL ? 0 a 8 1 8 / 0 9 5 8
',/esentlich "bei der Erfindung ist es, dass zum ο ligo dynami sehen Sterilisieren von ',/asser (Entkeimen und Sterilisieren von Wasser) ein Paar liupfer/Silber-Elektroden in das Wasser eingetaucht werden, dass die Elektroden an Spannung gelegt werden, wobei die Polarität der Spannung periodisch wechselt. Die Polarität wird bevorzugt in Abständen zwischen 11 und 20 Sekunden gewechselt. Jede der vorstehend erläuterten Kupfer/Silber-Legierungen kann bei der Vorrichtung nach der Erfindung verwendet werden.
209818/0958

Claims (1)

10. Okt. 1971
Gu/Ar
Pat entansprüche
1. Vorrichtung zum Entkeimen von Flüssigkeiten, gekennzeichnet durch
a) aus einer Legierung von Kupfer und Silber gebildete Elektroden, bei denen das Verhältnis von Kupfer zu Silber kleiner ist als 20 : 1, und die unter Abstand voneinander in die zu behandelnde Flüssigkeit eingetaucht werden können,
b) eine Einrichtung zur Verbindung der Elektroden als entgegengesetzte Pole einer elektrischen Schaltung,
c) eine Anordnung zur Änderung der Polarität der Elektroden in vorbestimmten Zeitabständen.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung zum Ändern der Polarität der Elektroden folgende Elemente enthält:
I) eine Anordnung, die eine Gleichspannung liefert,
II) ein PNP-Transistorpaar zum Steuern des Stromes von einer positiven Spannungsseite der Spannungsquelle zu einer Elektrode,
III) ein UPN-Transistorpaar zum Steuern des Stromes von einer negativen Spannungsseite der Spannungsquelle zu dieser Elektrode, und
IV) eine Transistorschaltung mit einem Kippsehwingungsoszillator und einer Vorspannungsanordnung, die in den Intervallen die Spa.nnungspolarität an den Basen des Transistorpaares ändert, so dass in diesen Intervallen die Leitfähigkeit der Transistorpaare zwischen leitendem und nicht leitendem Zustand geändert wird, wobei die Polarität der Elektrode in diesen Intervallen geändert wird.
2098T8/09SP
Vorrichtung zum oligodynamischen Sterilisieren von Flüssigkeiten, gekennzeichnet durch
a) ein dielektris ehes Gehäuse mit einer länglichen zylinderförmigen Kammer, durch die die zu behandelnde Flüssigkeit
strömt,
la) ein Leitungspaar, das sieh in Längsrichtung der Kammer durch diese erstreckt, und das mit einer elektrischen Spannungsquelle verbindbar ist, wobei die leiter einander diametral entgegengesetzt angeordnet sind,
c) eine Vielzahl von Elektrodenplatten, die jeweils aus einer Kupfer-Silber-Legierung bestehen, in der das Verhältnis von Kupfer zu Silber kleiner als 20 : 1 ist, und die jeweils mit den Leitern verbunden sind, wobei die Platten derart angeordnet sind, dass jede Platte eines Leiters sich unter Abstand zwischen einem Paar von benachbarten Platten.des anderen Leiters befindet,
d) eine Gleitpassung für die Platten in der Kammer, wobei die Platten jeweils an ihrem Umfang eine Ausnehmung besitzen und die Ausnehmungen gegeneinander versetzt an entgegengesetzten Seiten der Kammer angeordnet sind, so dass für die Flüssigkeit ein zick-zack-förmiger Strömungsweg ausgebildet wird, und
e) durch eine Anordnung zum Ändern der Polarität der Elektrodenplatten in Intervallen von zwischen 11 und 20 Sekunden.
Vorrichtung nach Anspruch 3> dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung zum Ändern der Polarität der Elektrodenplatten folgende Bauelemente einschliesst:
I) eine elektrische Gleichspannungsquelle,
II) ein PBP-Transistorpaar zum Steuern des Stromes von einer positiven Spannungsseite der Spannungsquelle zu einem Leiter,
III) ein NPN-Transistorpaar zum Steuern des Stromes von einer negativen Spannungsseite der Spannungsquelle zu dem Leiter und
209818/0958
IV) eine Transistorschaltung mit einem Kippschwingungsoszillator und einer Vorspannungsanordnung, die in den Intervallen die Spannungspolarität an den Basen der Transistorpaare ändert, so dass in den Intervallen die leitfähigkeit der Transistorpaare zwischen dem eingeschalteten und dem ausgeschalteten Zustand geändert wird, wobei die Polarität der Elektrodenplatten des Leiters ebenfalls in diesen Intervallen geändert wird.
fc 5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4-, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodenplatten aus einer Kupfer-Silber-Legierung bestehen, die 50 - 90 Gew.-^ Kupfer und den Rest Silber enthält.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodenplatten aus einer Legierung mit 80 i> Kupfer und 20 ^Silber bestehen.
7. Verfahren zur oligodynamischen Sterilisierung von Wasser, insbesondere unter Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Paar Kupfer/Silber-Elektroden in Wasser eingetaucht wird, dass
™ die Elektroden mit einer Spannungsquelle verbunden werden, und dass die Polarität der Elektroden periodisch geändert wird, wodurch sich die Stromrichtung ebenfalls ändert»
8. Verfahren nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, dass die Polarität der Elektroden in Abständen von zwischen 11 und 20 Sekunden geändert wird.
9. Verfahren nach Anspruch JS oder ^g, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden aus einer Kupfer/Silber-Legierung mit von 50 - 90 Gew.-$ Kupfer und dem Rest Silber gebildet werden.
Der Patentanwalt:,; 209818/0958
T -Ί
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