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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aktivierung und/oder
Selbstreinigung von Haushalts- und Industrieabwässern, insbesondere von Wasch-,
Bleich- oder Desinfektionsbädern,
die Oxidationsmittel enthalten.
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Bei
zahlreichen Prozessen sowohl im Haushalt als auch in der Industrie
werden Bäder
eingesetzt, die bisweilen hohe Mengen an Oxidationsmitteln (Chlorite,
Hypochlorite, mineralische oder organische Peroxide etc.) enthalten,
die zurückgewonnen
(Zirkulation in geschlossenem Kreislauf) oder einfach in die Kanalisation abgelassen
werden können.
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Als
nicht einschränkendes
Beispiel für
solche Prozesse können
das Bleichen von Wäsche
(Wäscherei, Textilindustrie),
von Papier (Papierindustrie) sowie die Wasch- und Desinfektionsvorgänge auf
der Basis von Oxidationsmitteln (Geschirr, Lebensmittel) sowohl
auf industrieller Ebene als auch auf der Ebene des Privatbenutzers
genannt werden.
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In
ihrem Zusammenhang werden bei diesen Prozessen im Allgemeinen Reaktionen
ionischer Art eingesetzt, was ein relativ geringes Reaktionsvermögen (Leistungsaspekt)
sowie eine niedrige Geschwindigkeit (kinetischer Aspekt) zur Folge
hat; hieraus resultiert, dass in den aus dem Reaktionsgefäß austretenden
Flüssen
nicht unbedeutende Mengen an Oxidationsmitteln vorliegen können.
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Diese
Rückstände bringen
unterschiedliche Nachteile mit sich, die insbesondere das Gebiet
des Umweltschutzes betreffen; denn mit Oxidationsmitteln belastete
Abwässer
sind toxisch und umweltverschmutzend und dürfen nicht direkt in die Kanalisation
abgelassen werden, um so mehr als sie kaum biologisch abbaubar sind.
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Es
ist außerdem
anzumerken, dass es störend
sein kann, bei einigen Phasen eines Prozesses in geschlossenem Kreislauf
Lösungen
wieder zu verwenden, die Oxidationsmittel, selbst in Spuren, enthalten.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Aktivierung und/oder Selbstreinigung
von Oxidationsmittel enthaltenden Haushalts- oder Industrieabwässern vorzuschlagen,
welches der Art ist, dass diese Nachteile behoben werden.
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Zu
diesem Zweck betrifft sie ein Verfahren vorgenannten Typs, welches
dadurch gekennzeichnet ist, dass der zu behandelnde Fluss mit einem
Katalysator in Kontakt gebracht wird, der metallisches Magnesium oder
eine in der Mehrheit aus Magnesium bestehende Legierung enthält, so dass
innerhalb dieses Flusses sehr reaktive Radikale erzeugt werden,
welche in der Lage sind, ihn teilweise zu neutralisieren und seine
umweltverschmutzende Eigenschaft zu vermindern.
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Es
sei angemerkt, dass Magnesium den Vorteil aufweist, nicht umweltschädlich zu
sein und folglich keine Ableitungsprobleme mit sich zu bringen.
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Nach
einem bevorzugten Merkmal der Erfindung liegt das Magnesium oder
die in der Mehrheit aus Magnesium bestehende Legierung in grober
Form vor.
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So
können
als Beispiel Magnesiumstäbe
eingesetzt werden.
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Gemäß der Erfindung
liegt das Magnesium oder die in der Mehrheit aus Magnesium bestehende
Legierung in metallischer Form vor.
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Denn
es konnte festgestellt werden, dass die erfindungsgemäße Verwendung
von Metalloxiden oder -hydroxiden, die zwangsläufig in Pulverform vorliegen,
Verstopfungsprobleme zur Folge haben würde.
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Ein
solches Verfahren kann schematisch mit der Selbstreinigung von Kraftfahrzeugabgasen
durch Zwischenschalten eines Katalysators, welcher die giftigen
Gase in Kohlendioxid und Wasser umwandelt, verglichen werden: Das
Prinzip einer solchen Vorrichtung beruht nämlich darauf, den zu behandelnden
Gasstroms über
ein katalytisches Bett zu leiten, derart, dass es zur Oxidation
von CO in CO2, zur Verbrennung der unverbrannten
Kohlenwasserstoffe sowie zur Reduzierung der Stickstoffoxide kommt.
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Gemäß der Erfindung
wirkt der Katalysator jedoch auf einen nicht gasförmigen,
sondern flüssigen Strom
und muss demzufolge angepasst werden.
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Im
Allgemeinen entscheidet man sich für ein einfaches Inkontaktbringen;
selbstverständlich
sind die Geometrie und das Volumen der eingesetzten Apparatur sowie
die Katalysatormenge in jedem Fall von der Kinetik der Reaktion
(Temperatur des Flusses, gewünschte
Kontaktzeit etc.) sowie von der Menge und der Belastung der zu behandelnden
Abwässer
abhängig.
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Es
ist anzumerken, dass sich gemäß der Erfindung
der Katalysator außerhalb
des Waschreaktors befinden kann.
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Die
der Erfindung zugrundeliegende Idee ist folglich, die in den zu
behandelnden Abwässern
vorliegenden Oxidationsmittel zu aktivieren, derart, dass von einem
Prozess ionischer Art zu einem radikalischen Prozess übergangen
wird, bei dem die Reaktionsfähigkeit
infolge des Auftretens freier Radikale, deren Lebensdauer extrem
kurz ist, viel größer ist.
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Im
Rahmen eines Prozesses in geschlossenem Kreislauf können die
so erzeugten Radikale in den Kreislauf zurückgeführt werden, um das Reaktions fähigkeitsniveau
zu erhöhen,
wobei jedoch die Risiken, die mit einem größeren, einer schnelleren Kinetik
zugeordneten Reaktionsvermögen
verbunden sein können,
berücksichtigt
werden.
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Gemäß der Erfindung
verbinden sich die radikalischen Oxidationsprodukte in allen Fällen gewissermaßen unverzüglich mit
den in den Abwässern
vorhandenen oxidierbaren organischen Stoffen; hieraus ergibt sich
eine wenigstens teilweise Oxidation dieser zu Kohlenmonoxiden, was
den Vorteil aufweist, zu einer Verringerung des in dem Fluss enthaltenen
CSB (chemischer Sauerstoffbedarf) sowie der zugeordneten finanziellen
Belastungen zu führen.
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Es
ist wahrscheinlich, dass das Vorliegen der Radikale parallel zu
einer Verringerung der Bakterienpopulationen und anderer Mikroorganismen
und folglich der mikrobiologischen Elemente führt.
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Genauer
gesagt können
die radikalischen Reaktionen, die in den gemäß der Erfindung zu behandelnden
Abwässern
ablaufen, auf die folgende Weise schematisch dargestellt werden:
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Demzufolge
sind diese Reaktionen von einer CO2-Abgabe
und von einer H+-Ionenfreisetzung begleitet;
in Anbetracht der Tatsache, dass erfindungsgemäß die Abwässer im Allgemeinen einen alkalischen pH-Wert
aufweisen, führt
dies zu ihrer Neutralisierung.
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Infolgedessen
können
die auf diese Weise behandelten Abwässer leichter wieder verwendet
oder in die Kanalisation geleitet werden.
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Es
ist auch anzumerken, dass wenn der Oxidationsmittelgehalt des Flusses
erhöht
wird, parallel die in den Ausflüssen
vorhandenen Mengen erhöht
werden und demzufolge der chemische Sauerstoffbedarf (CSB) und folglich
die umweltverschmutzende Eigenschaft der Ausflüsse verringert werden, was
besonders vorteilhaft ist.
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Wie
bereits angegeben wurde, liegt der Katalysator vorzugsweise in grober
Form vor, insbesondere in Form von Stäben, d.h. in einer physischen
Form, die den Erhalt von relativ großen Kontaktflächen ermöglicht, ohne
jedoch zu fein verteilt zu sein, um im Höchstfall das Risiko eines Verstopfens
durch ein belastetes Fluid zu vermeiden.
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Die
Merkmale des Verfahrens zur Aktivierung und/oder Selbstreinigung,
das den Gegenstand der Erfindung bildet, werden unter Bezugnahme
auf die beiliegenden Zeichnungen eingehender beschrieben, in diesen
zeigen:
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1 ein
Prinzipschaltbild einer Einrichtung, welche die Durchführung des
Verfahrens ermöglicht,
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2 das
Reaktionsgefäß, welches
den Katalysator enthält.
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Gemäß 1 wird
das Verfahren auf eine Einrichtung zum Bleichen von Wäsche angewandt.
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Diese
Einrichtung enthält
eine Waschmaschine 1, die mit einem Kreis 2 für die Zirkulation
von Waschflüssigkeit
in geschlossenem Kreislauf entlang der Pfeile a verbunden werden
kann.
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Dieser
Zirkulationskreis 2 ist mit einer Förderpumpe 3 sowie
mit einem Durchflussmengencontroller 4, der einem Ventil 5 zur
Durchflussmengenregulierung zugeordnet ist, und mit einem den Katalysator
enthaltenden Reaktionsgefäß 10 ausgestattet.
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Die
Waschmaschine 1 ist mit schematisch dargestellten Organen 7 zum
Steuern der Förderpumpe 3 versehen.
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Nach 2 ist
das Reaktionsgefäß 6 ein
im Wesentlichen zylindrisches Reaktionsgefäß, das an seinem oberen Teil
durch einen Deckel 8 verschlossen ist, in dem einerseits
ein Einlassstutzen 9 und andererseits ein Auslassstutzen 10 für die in
dem Kreis 2 zirkulierende Flüssigkeit angebracht ist.
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Der
Umlauf der Waschflüssigkeit
in dem Reaktionsgefäß 6 ist
durch die Pfeile x dargestellt.
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Der
Einlassstutzen 9 ist rechtwinklig gekrümmt und weist einen im Wesentlichen
horizontalen stromaufwärtigen
Abschnitt 11 sowie einen im Wesentlichen vertikalen stromabwärtigen Abschnitt 12 auf;
der stromabwärtige
Abschnitt 12, in dem die Waschflüssigkeit von unten nach oben
fließt,
setzt sich jenseits des Deckels 8 bis in die Nähe des Bodens 15 des
Reaktionsgefäßes 6 koaxial
zu diesem fort, derart, dass eine Umfangskammer 13 definiert
wird, in der die Waschflüssigkeit
von unten nach oben fließt,
bevor sie in den Auslassstutzen 10, welcher ebenfalls eine
gekrümmte
Form aufweist, eindringt. Ein nicht dargestellter Katalysator 14,
insbesondere Stäbe
aus metallischem Magnesium oder einer überwiegend aus Magnesium bestehenden
Legierung, wird in die Umfangskammer 13 des Reaktionsgefäßes 6 eingesetzt.
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Gemäß den Figuren
kann der Benutzer durch Einwirken auf die Steuerorgane 7 und
auf das Ventil 5 zur Durchflussmengenregulierung die Durchgangsgeschwindigkeit
sowie die Durchgangszeit der Waschflüssigkeit in dem Reaktionsgefäß 6 für eine gegebene
Förderpumpenkapazität und eine
gegebene Menge an metallischem Katalysator anpassen und auf diese
Weise die katalytische Wirkung modulieren.
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Es
ist klar, dass man in Abhängigkeit
von der Größe der Maschine
und von der gewünschten
Wirkung veranlasst sein kann, die Menge an Katalysa tor, dessen physische
Form, die Nennfördermenge
und die Betriebszeit der Pumpe zu ändern.
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Die
vorgenannten Beispiele ermöglichen,
die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens
besser herauszustellen.
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Beispiel 1
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Bei
einer Anlage wie sie in den 1 und 2 dargestellt
ist wurde die Waschmaschine mit einem Fassungsvermögen von
10 kg mit 5 kg Wäsche
beladen.
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Es
wurden sechs Stäbe
aus metallischem Magnesium in der Umfangskammer des Reaktionsgefäßes platziert;
jeder Stab maß 15
cm bei einem Durchmesser von 2 cm, was einer Fläche von 95 cm2 und
einem Gewicht in der Größenordnung
von 83 g pro Stab, also einer Kontaktfläche von etwa 570 cm2 entspricht.
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Die
Fördermenge
der Pumpe wurde auf etwa 10 Liter pro Minute eingestellt.
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Diese
war saugseitig an einen am unteren Teil der Waschmaschine befindlichen
Hahn zur Probenentnahme und ausflussseitig an den Produktbehälter am
oberen Teil dieser Maschine angeschlossen.
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Im
Rahmen dieses Beispiels wurde das 60°-Waschprogramm eingesetzt, wobei
zu Beginn des Vorgangs 80 g ELECTRA®-Waschmittel
und 6 Minuten nach Beginn der Waschphase 30 ml OZONIT®-Bleichmittel in
die Maschine eingefüllt
wurden.
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Es
wurde gemessen, dass die für
jeden Vorgang erforderliche Wassermenge 50 Liter betrug.
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So
wurden zwei Versuche durchgeführt,
nämlich
ein erster Versuch, wobei das Standardprogramm eingesetzt wurde
und ein zweiter Versuch, wobei die Förderpumpe während der letzten zehn Minuten
des Waschschrittes, d.h. während
des Einfüllens
des Bleichmittels, und während
der fünf
Minuten der ersten Spülphase
angeschlossen wurde.
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Für jeden
Versuch wurde ein mehrfach verschmutzter Streifen (nicht aufgehellter
weißer
Stoff, Blut, Kakao, Rohbaumwolle, Rotwein – wobei alle Streifen von ein
und demselben Posten stammten) in die Waschmaschine gegeben, und
nach dem Waschen wurde dieser durch Messung der chromatischen Koordinaten
(X, Y, Z) mit einer Lichtart D65, Erhaltung des Ultraviolett und
einen 10° Beobachter
ausgewertet, wie dies in den Bestimmungen der Internationalen Beleuchtungskommission
IBK üblich
ist.
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Der
Wert von Z wurde als Vergleichselement herangezogen: Je größer dieser
Wert ist, um so besser ist das Ergebnis.
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Für jede Versuchsreihe
wurden 7 Messungen durchgeführt,
und jedes Mal wurden der Minimalwert und der Maximalwert entfernt,
und das vorgelegte Ergebnis entspricht dem Mittelwert der fünf verbleibenden Werte.
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Da
alle Parameter mit Ausnahme des Inbetriebsetzens oder Nichtinbetriebsetzens
der Förderpumpe identisch
sind, wurden die Ergebnisse der durch die Messung der mehrfach verschmutzten
Streifen erhaltenen Werte von Z betrachtet; die erhaltenen Ergebnisse
sind in der nachfolgenden Tabelle zusammengestellt:
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Bei
den anderen Verschmutzungen (Rohbaumwolle und Rotwein) sind die
beim Wert aus Z beobachteten Abweichungen von kleiner oder gleich
1 nicht für
bedeutsam gehalten worden.
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Mit
diesem Beispiel konnte folglich bewiesen werden, dass es im Rahmen
der gewählten
Bedingungen möglich
ist, durch Zirkulation des Waschbades durch den Katalysator unter
den oben genannten Bedingungen höhere
Bleichergebnisse bei den ausgewählten
Verschmutzungen zu erzielen.
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Beispiel 2
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Es
wurde erneut Beispiel 1 aufgenommen, indem die gleichen Versuchsbedingungen
beibehalten wurden, wobei jedoch die Mengen an Waschmittel und Bleichmittel
variiert wurden. Es wurden in der Tat 150 g ELECTRA®-Waschmittel
und 100 ml OZONIT®-Bleichmittel eingesetzt.
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Auf
diese Weise konnten die in der nachfolgenden Tabelle zusammengestellten
Ergebnisse erzielt werden:
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Mit
diesem Beispiel konnte bewiesen werden, dass es im Rahmen der Bedingungen
des Versuchs möglich
ist, die Ergebnisse durch Zirkulation des Waschbades durch den Katalysator
zu verbessern.
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Es
ist auch anzumerken, dass wenn die Mengen an Waschmittel erhöht werden,
die Verschmutzungen, die gegenüber
Außenzirkulation
nicht oder kaum empfindlich waren, es werden.
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Beispiel 3
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Einem
aus einer Wäscherei
stammenden Industrieabwasser (Entnahme aus dem Homogenisierungsbecken)
wurde eine Menge von 0,7 ml/Liter Bleichmittel (OZONIT®) zugesetzt,
um die Restmenge an Bleichmittel zu simulieren.
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Dieses
Abwasser enthielt etwa 70 mg/Liter aktiven Restsauerstoff (Bestimmung
mit 0,8 N Permanganat in saurem Milieu), und sein chemischer Sauerstoffbedarf
(CSB) lag in der Größenordnung
von 980 bis 1.000 mg O2/Liter (Bestimmungsverfahren
durch spektro-kolorimetrische Ablesung an Kaliumdichromat).
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In
einen halben Liter dieser Zubereitung würde ein Magnesiumstab von 15
cm Länge,
2 cm Durchmesser und mit einem Gewicht von etwa 83 g eingeführt.
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Die
zeitliche Entwicklung des Gehalts an aktivem Sauerstoff bei Umgebungstemperatur
sah folgendermaßen
aus:
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Auf
diese Weise konnte festgestellt werden, dass der beschleunigte Sauerstoffverbrauch
eine Abnahme des chemischen Sauerstoffbedarfs bewirkt, der ein üblicherweise
bei der Bewertung der Schadstoffbelastung eines Abwassers herangezogenes
Kriterium ist.
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Es
kann folglich in Betracht gezogen werden, ein solches Zirkulationssystem
bei Abwässern
einzusetzen, die einen gewissen Gehalt an aktivem Restsauerstoff
aufweisen, um den Verbrauch dieses „schlafenden" aktiven Sauerstoffs
zu begünstigen,
um den chemischen Sauerstoffbedarf des Abwassers zu reduzieren und folglich
die Schadstoffbelastung zu verringern.
