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Verfahren zur Keimbefreiung von Wasser.
Gegenstand vorliegender Erfindung ist ein Verfahren zur Keimbefreiung von Wasser, welches einerseits eine völlige Keimabtötung gewährleistet, anderseits ein von freiem oder wirksamen Chlor vollkommen befreites Reinwasser liefert.
Es wurde bereits vorgeschlagen, den im Wasser verbleibenden Überschuss an freiem oder wirksamem Chlor durch Adsorptionskohlen derart zu entfemen, dass man das Wasser nach Zusatz des Chlors mit Kohle von hohem Adsorptionsvermögen in Berührung brachte und auf diese Weise den noch im Wasser verbleibenden Überschuss an Chlor durch Kohle absor- bierte. Um die Abscheidung dieser Kohle schneller zu bewerkstelligen, wurde auch vorge- schlagen, die Adsorptionskohle mit Ausflockungsmitteln, wie Aluminiumsulfat, zu vermengen.
Die gesättigte Kohle wird dann in geeigneter Weise von dem Wasser getrennt. Ferner wurde vorgeschlagen, kohlenstoflhältige Verbindungen, wie z. B. Braunkohle, Torf u. dgl., zur Ent- fernung des Chlorüberschusses heranzuziehen. Solche Verbindungen enthalten ungesättigte Kohlenstoffverhindungen, die freies oder wirksames Chlor als Chloradditions oder-substitutions- verbindungen chemisch aufnehmen. Wenn daher solche Verbindungen längere Zeit im Gebrauche stehen, nimmt das Chlorbindungsvermögen in dem Masse, als sich die vorerwähnten ChlorKohlenstoffverbindungen bilden, ab. Auch diese Produkte müssen daher durch frische ersetzt werden, sobald ihr Chlorbindungsvermögen erschöpft ist.
Gemäss vorliegender Erfindung werden Produkte, deren wirksames chemisches Prinzip der elementare Kohlenstoff ist, zur Unschädlichmachung des freien oder wirksamen Chlors zur Anwendung gebracht, aber für die Arbeitsweise des vorliegenden Verfahrens kommt eine chemische Bindung des Chlors mit dem Kohlenstoff nicht in Frage ; ebenso ist das Adsorptionsvermögen von völlig untergeordneter Bedeutung.
Bekanntlich ist Kohlenstoff gegen freies oder wirksames Chlor in verdünnter Lösung und bei normaler Temperatur sehr widerstandsfähig, während er in Gegenwart von Wasser der Oxydation durch Chlor nur dann zugänglich ist, wenn das freie oder wirksame Chlor in sehr hoher Konzentration auf den Kohlenstoff einwirkt.
Für die Keimbefreiung von Wasser kommen aber niemals so hohe Chlorkonzentrationen, die ohne weiteres eine Oxydation des Kohlenstoffs bewirken würden, in Betracht, und die Erfahrung zeigt auch, dass bei Berührung eines durch Chlor sterilisierten Wassers mit Kohle, die letztere das Chlor wohl adsorbiert, von einem chemischen Angriff des Kohlenstoffes durch Chlor-unter diesen Versuchsbedingungen aber nicht die Rede ist.
Es wurde nun gefunden, dass die Arbeitsweise derart ausgebildet werden kann, dass auch bei den für die Wassersterilisierung in Frage kommenden geringen Chlorkonzentrationen die Oxydation des Kohlenstoffes unter gleichzeitiger Bildung von Chlorion und demnach eine quantitative und kontinuierliche Umwandlung des freien oder wirksamen Chlors in das Chlorion ermöglicht wird.
Diese neue Arbeitsweise besteht in folgendem : Lässt man über eine gegebene Schichtlänge einer zweckmässig gekörnten Kohlenstoffsorte Wasser von bestimmtem Chlorgehalte mit konstanter Geschwindigkeit fliessen, so wird in bekannter Weise das Chlor absorbiert, und es reichert sich an der Oberfläche des Kohlenstoffes an. Sobald die Sättigung durch Chlor erfolgt
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ist, wird freies Chlor in dem vom Kohlenstoff abfliessenden Wasser erscheinen : es wurde nun gefunden, dass diese Chlormenge jedoch geringer ist, als die dem Kohlenstoff zugeführte Menge.
Verlängert man nun die Schichtlänge durch Auflegen von mehr Kohlenstoff und wartet bei gleichbleibender Wassergeschwindigkeit abermals die Sättigung ab, so zeigt sich. dass der Gehalt an Chlor im abfliessenden Wasser sich weiter verringert hat. Dieser Versuch wird nun so lange wiederholt, bis endlich nach Sättigung des Kohlenstoffes durch Chlor überhaupt kein freies Chlor im Ablaufwasser mehr erscheint.
Ist dieser Moment erreicht, dann zeigt sich, dass das gesamte der Adsorptionskohle zuge- führte freie Chlor im ablaufenden Wasser als Chlorion erscheint und man gelangt-wie der Versuch beweist-zu dem unerwarteten Ergebnisse, dass dieser Zustand nicht etwa nach kurzer Zeit wieder abklingt, wie dies z. B. beim Überleiten von Chlorgas über feuchte Kohle der Fall ist, sondern dauernd erhalten bleibt, insofern nicht durch Verunreinigungen oder sonstige Schädigungen die Oberfläche des Kohlenstoffes verlegt und dessen Wirksamkeit hiedurch verringert wird.
Weitere Versuche haben gezeigt, dass man auch zu dem gleichen Ergebnisse gelangen
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lineare Geschwindigkeit des durch den Kohlenstoff fliessenden Wassers variiert. Es wurde nämlich gefunden, dass es in diesem Falle gelingt, diese lineare Geschwindigkeit derart abzu-
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Streichen über die mit Chlor hochgesättigte Kohlenstoffoberfläehe quantitativ und kontinuierlich in das Chlorion umgewandelt werden, wenn die abgepasste lineare Geschwindigkeit konstant erhalten wird.
Die Erklärung für die durch vorstehende Arbeitsweise gewonnene Erkenntnis besteht darin, dass beim Durchleiten des chlorhaltigen Wassers vorerst eine Sättigung der Kohlenstoff. oberfläche mit Chlor erfolgt und dadurch an der Trennungsfläche zwischen Kohlenstoff und Wasser sich eine so hohe Chlorkonzentration ausbildet, die eine Oxydation des Kohlenstoffes ermöglicht und dieser Zustand insolange erhalten bleibt, als die geringen Chlormengen durch den Wasserstrom ständig der Kohlenstoffoberfläche zugeführt und dadurch deren Chlorkonzentration noch weiters übersättigen.
Wird daher die geschilderte Arbeitsweise eingehalten, d. h. bleibt das durch die vorstehend beschriebene Arbeitsweise gekennzeichnete Verhältnis zwischen linearer Wassergeschwindigkeit und Kohlenstoffoberfläche konstant, dann bildet sich ein stationärer Zustand aus, der sich durch die bekannten Gleichungen C + 2HaO + 2 CI. = 4HCI + CO2 oder
C + 2 NaCIO = 2 NaCI + CO2 u. dgl. ausdrücken lässt und der eine kontinuierliche und quantitative Umwandlung des freien Chlors in das Chlorion gestattet und bei welchem daher das gesamte dem Kohlenstoff zugeführte Chlor im Ablaufwasser als Chlorion erscheint.
Im Verlaufe der weiteren Untersuchung hat sich gezeigt, dass nach Erreichung des geschilderten stationären Zustandes mit einer gegebenen Schichtlänge des Kohlenstoffes die quantitative Umwandlung in das Chlorion (im Sinne des Massenwirkungsgesetzes) auch dann erfolgt, wenn die Konzentration des zugeführten Chlors eine wesentliche Erhöhung erfahren sollte. Diese Erkenntnis ist von grosser praktischer Bedeutung, weil auch für den Fall der Verminderung der chlorzehrenden Substanz des Wassers und des hiedurch eintretenden Ansteigens des Chlorüberschusses die völlige Dechlorierung gewährleistet ist.
Da die Geschwindigkeit der Umwandlung des freien Chlors in das Chlorion von der Oberfläche der jeweils angewendeten Kohlenstonsorte und dem Gehalte derselben an elementarem Kohlenstoff abhängig ist, werden die zahlreichen im Handel befindlichen Kohlenstosssorten, wie Steinkohle, Braunkohle oder die daraus erzeugten Kokssorten nur geringe Wirksamkeit besitzen. während Sorten mit hohem Kohlenstoffgehalte, wie Holzkohle, Russ und namentlich die ausserdem durch grosse Oberflächenausbildung ausgezeichneten und sehr kohlenstoffreichen Adsorptionskohlen besser wirken müssen. Selbstredend müssen eventuell in solchen Sorten vorkommende chlorbindende Kohlenstoffverbindungen vorher durch Chlor völlig abgesättigt sein.
Als Desinfektionsmittel kommen in üblicher Weise freies Chlor, Hypochlorite, Chlorkalk und sonstige Chlor abspaltende Stoffe in Betracht. Der bei Anwendung von freiem Chlor entstehende Chlorwasserstoff wird im allgemeinen durch die Salze des Wassers oder durch Überleiten über säurebindende Stoffe, wie Kalkstein, Marmor, Bauxit u. dgl. neutralisiert. Die geringen durch Oxydation des Kohlenstoffes verbrauchten Mengen müssen zeitweilig ersetzt werden.
Mit Rücksicht auf den grossen Widerstand, welchen pulverförmige Kohlenstosssurten beim Durchlauf grösserer Wassermengen verursachen würden, hat sich für die Durchführung des vorliegenden Verfahrens als zweckmässig erwiesen, solche Pulverkohlen in einen grobkörnigen Zustand in üblicher Weise zu bringen.
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Im Verlaufe der weiteren Untersuchung wurde dann gefunden, dass in vielen Fällen eine erhöhte desinfizierende Wirkung des Chlors eintritt, wenn das Wasser nach Zusatz des Chlors durch poröse, gegen Chlor widerstandsfähige Körper geleitet wird, welche den Lauf der im Wasser befindlichen Keime gegenüber der Durchflussgeschwindigkeit des die porösen Körper durchströmenden Wassers verringern oder völlig hemmen, wobei es grundsätzlich darauf ankommt, dass das Wasser während der Zeit, während welcher es den porösen Körper durchfliesst, einen Gehalt an freiem oder wirksamem Chlor aufweist, welcher ausreicht, um die in dem Wasser befindlichen und innerhalb des porösen Körpers sich stauenden Keime abzutöten.
Als poröse Körper können mannigfache Materialien, wie Ton, Sand, Quarzpulver, Asbest, Glaswolle, Kieselgur u. dgl. in pulveriger Form oder, nach üblichen Methoden, als Stücke, Platten zu einseitig geschlossenen Röhren u. ä. ausgebildet, zur Anwendung gelangen.
In Fällen, in welchen das Wasser Schwebstoffe enthält und dadurch eine allmähliche Verstopfung des porösen Körpers eintreten könnte, ist es erforderlich, zeitweilig und je nach Erfordernis entgegengesetzt der normalen Durchflussrichtung den porösen Körper mit Wasser rückzuspülen. Es hat sich nun gezeigt, dass es zweckmässig ist, diesem Wasser gleich zu Beginn oder gegen Ende der Rückspülung genügende Mengen freien Chlors hinzuzufügen, um auf diese Weise im porösen Körper gegebenenfalls zurückgebliebene Keime abzutöten.
Mitunter enthalten die zur Aufbereitung gelangenden Wässer Phenole. deren Homologe oder ähnliche Körper, welche aus industriellen Abwässern oder als tierische oder pflanzliche Zersetzungsprodukte in das Wasser gelangen, die bei Zusatz von Chlor in die stark riechenden Chlorphenol umgewandelt und in dieser Form von dem Kohlenstoff aufgenommen und darin angereichert werden. Auch besteht die Möglichkeit, dass ein oder das andere Bakterium der Vernichtung durch die erwähnten Desinfektionsmittel entgeht und in dem Kohlenstoffmaterial festgehalten wird, wo es zur weiteren Entwicklung Anlass geben könnte.
Es wurde gefunden, dass diese Übelstände durch zeitweiliges Hindurchleiten von Dampf behoben werden können, weil hiedurch die erwähnten Chlorphenol entfernt und allenfalls zurückgehaltene Keime abgetötet werden.
PATENT-ANSPRÜCHE : l. Verfahren zur Keimbefreiung von Wasser mit freiem oder wirksamem Chlor unter Anwendung von Kohlenstoff zur Unschädlichmachung des überschiissigen Chlors. dadurch gekennzeichnet, dass beim Überleiten des chlorhaltigen Wassers über den Kohlenstoff zuerst eine Sättigung des Kohlenstoffes mit Chlor und hierauf eine kontinuierlich quantitative Umwandlung der weiteren im Wasser befindlichen und über die mit Chlor gesättigte Kohlenstoffoberfläche streichenden Mengen an freiem oder wirksamem Chlor in das Chlorion durch Abpassung der linearen Wassergeschwindigkeit erreicht wird.