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Verfahren und Einrichtung zum Sterilisieren von Flüssigkeiten durch Metallsalze.
Die Erfindung bezweckt die Sterilisierung von Flüssigkeiten jeder Art, insbesondere von Trinkund Gebrauchswasser, mit Hilfe von Metallsalzen. Die sterilisierende Wirkung gewisser Metallsalze, z. B. der Silber-, Quecksilber-und Kupfersalze, ist bekannt ; sie hat aber bisher in der Praxis der Wassersterilisierung keine Anwendung gefunden. Die Ursache davon ist darin zu suchen, dass bisher gewisse, in der Natur der genannten Salze begründete Vorbedingungen nicht erkannt und eingehalten worden sind. Folgende Eigenschaften der sterilisierend wirkenden Metallsalze standen einer praktischen Verwendung bisher entgegen :
1. Die Salze sind in grösserer Menge auch für den Makroorganismus giftig.
Bei Anwendung solcher Konzentrationen, wie man sie bisher in der wissenschaftlichen Literatur zur Erreichung des Sterilisiereffektes für nötig hielt, enthält das sterilisierte Wasser einer Metallmenge, die für den Verbraucher bei dauerndem Genuss nicht unschädlich bleiben kann. Abgesehen von der Schädlichkeit, verleihen aber die
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und den Geschmack der Flüssigkeit verändern. So verleiht z. B. Silbernitrat schon in verhältnismässig geringen Konzentrationen dem Trinkwasser einen widerlich bitteren Geschmack, und Kupfersulfat verleiht dem Wasser eine Blaufärbung, die es unappetitlich macht.
Ferner hätten die bisher vorgeschlagenen Metallsalzkonzentrationen bei der Sterilisierung in grosstechnischem Massstab einen beträchtlichen Verbrauch an Metallsalzen zur Folge gehabt, der um so mehr ins Gewicht fallen musste, als es sieh zum Teil um Salze wertvoller Metalle handelt.
2. Die Wirkung der sterilisierenden Metallsalze tritt nicht prompt ein, wie etwa die Wirkung von Chlor oder Ozon ; sie braucht vielmehr eine beträchtliche Zeit, die von dem Keimgehalt des Wassers einerseits und von der Metallsalzkonzentration anderseits abhängt. Man hatte bisher dieser Tatsache noch nicht Rechnung getragen ; wenn man das aber nicht tut, so besteht keine Garantie, dass in dem Verbrauchswasser die Keime abgetötet sind.
3. Die gedachten Metallsalze sind, soweit es sich um Salze edler Metalle handelt, empfindlich gegen die Anwesenheit unedler Metalle. Bringt man die Lösung eines Kupfersalzes mit metallischem Eisen in Berührung, so fällt bekanntlich das Kupfer als Zementkupfer aus und an seiner Stelle geht Eisen in Lösung. Auch diese Tatsache wurde bisher nicht berücksichtigt ; man konnte also in den üblichen Apparaten, die, wenn sie nicht ganz aus unedlen Metallen bestanden, doch allenthalben Bestandteile aus Eisen u. dgL enthielten, niemals zu einer befriedigenden Sterilisierwirkung gelangen, da zweifellos die wirksamen Metalle, bevor sie ihre Wirkung ganz entfalteten, bereits aus der Lösung ausgefallen waren.
Dieser Pbelstand wird natürlich um so fühlbarer, je geringer die gewählten Salzkonzentrationen sind.
Die vorliegende Erfindung zeigt nun, wie man sterilisierend wirkende Metallsalze, trotz ihrer oben genannten hinderlichen Eigenschaften, der Wassersterilisierung im grossen nutzbar machen kann, wobei jede Gefahr für den Verbraucher ausgeschaltet, eine Geschmacks-und überhaupt Beschaffenheitsverschlechterung des Wassers vermieden und eine sparsame Verwendung der Metalle erzielt wird.
Es wurde gefunden-und darauf beruht die Erfindung-, dass extrem geringe, z. B. oligodyna- mische"Metallsalzkonzentrationen eine verhältnismässig sehr starke Sterilisierwirkung haben, d. h. dass die Sterilisierwirkung sehr geringer Konzentrationen, bezogen auf die Gewichtseinheit des wirksamen Metalles, um vieles grösser ist als die Wirkung stärkerer Konzentrationen, wie sie bisher vorgeschlagen worden sind. Unter extrem geringen Metallsalzkonzentrationen im Sinne der Erfindung sollen Konzen-
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trationen von weniger als 5'10-4 g Metall pro Liter bezeichnet werden.
Es wurde festgestellt, dass man hiebei gleichzeitig dem Zeitfaktor Rechnung zu tragen habe, d. h. dass man dem Sterilisiervorgang um so mehr Zeit einräumen muss, je geringer die gewählten Salzkonzentrationen sind. Man kann sich diese Notwendigkeit mit folgender hypothetische Vorstellung erklären : Auch in äusserst schwachen, oligodynamischen" Lösungen eines Metallsalzes (z. B. in einer Silbernitratlösung von 10-5 g pro Liter Ag) ist noch immer eine so grosse Menge Metallionen vorhanden, dass selbst, wenn das Wasser mehrere hunderttausend Bakterien im Kubikzentimeter enthält, auf jedes Bakterium viele Millionen Metallionen kommen ; es ist also, absolut genommen, stets ein gewaltiger Überschuss an sterilisierend wirkendem Stoff vorhanden.
Es besteht aber natürlich in einer stärkeren Metallsalzlösung die grössere Wahrscheinlichkeit, dass in einer gegebenen Zeit jedes Bakterium mit derjenigen Anzahl Metallionen zusammengestossen ist, die genügt, um seinen Tod herbeizuführen. Je dünner die Metallsalzlösung wird, um so geringer wird die Wahrscheinlichkeit dieser Zusammenstösse in einer vorgeschriebenen Zeitspanne ; man muss also, je geringere Konzentrationen man wählt, um so grössere Zeitspannen einschalten, um den gleichen Sicherheitsgrad zu erreichen. Es wurde aber hiebei festgestellt, dass keineswegs die Werte von Metallsalzkonzentrationen und Sterilisierdauer umgekehrt proportional sind.
Wenn man eine bestimmte Menge Colibakterien mit einer Silbernitratlösung von 10 mg pro Liter Ag in zehn Minuten abtötet, so braucht man bei Anwendung einer tausendmal schwächeren Lösung (von 10 y pro Liter Ag) nicht etwa die tausendfache Zeit (also zirka 170 Stunden), sondern nur zirka die zwanzigfache (etwa 3 Stunden).
Das Wesen der vorliegenden Erfindung besteht demnach darin, dass man zur Sterilisierung von Flüssigkeiten extrem geringe, beispielsweise oligo dynamische Konzentrationen an Metallsalzen anwendet und dass man gleichzeitig die Flüssigkeit nach der Zumischung des Metallsalzes eine ausreichende Zeit hindurch sich selbst überlässt, so dass der Sterilisiervorgang mit Sicherheit beendet ist, bevor die Flüssigkeit zum Verbrauch entnommen wird. Hat man es mit ruhenden Flüssigkeiten zu tun, so braucht man sie nur in entsprechenden Behältern die vorgeschriebene Zeit stehen zu lassen.
Hat man es mit strömenden Flüssigkeiten zu tun, so ist die Zwischenschaltung einer vorgeschriebenen Sterilisierzeit gleichbedeutend mit der Zwischenschaltung von Sterilisierräumen, deren lichter Inhalt unter Berücksichtigung der stündlichen Fördermenge der Flüssigkeit so bemessen ist, dass jedes Flüssigkeitsteilchen zum Durchwandern des Raumes mindestens die vorgeschriebene Zeit braucht.
Die Lösungen der Sterilisiersalze sind, wie oben erwähnt, empfindlich gegen die Berührung mit solchen Metallen, die unedler sind als das Metall des Sterilisiersalzes. Dieser Übelstand wird natürlich besonders fühlbar, wenn man extrem geringe Metallsalzkonzentrationen gemäss dieser Erfindung anwendet.
Gemäss der Erfindung sollen daher die Behälter-und Apparateteile, in denen die Flüssigkeit sich während
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kein freies Metall enthalten, das unedler ist als das Metall des Sterilisiersalzes. Man kann die entsprechenden Teile der Apparatur z. B. aus Glas, Steinzeug oder ähnlichem, nicht metallischem Material herstellen ; man kann sie aber auch aus dem Metall des Sterilisiersalzes selbst oder aus einem noch edleren Metall herstellen, z. B. kann man die Sterilisierung mit Hilfe von Kupfersulfat in einem kupfernen oder einem silbernen Gefäss ausführen. Die Anwesenheit solcher Metalloberflächen, die selbst oligodynamisch wirken, ist sogar erwünscht, da sie den Sterilisierprozess befördert.
Man kann daher im Rahmen der vorliegenden Erfindung den Sterilisierraum durch oligodynamische Metalle oder durch mit solchen Metallen über- zogene Einsatzkörper unterteilen, so dass die Wirkung der Metalloberflächen sich zu der Wirkung des gelösten Metallsalzes addiert. Man kann überhaupt gemäss vorliegender Erfindung die Sterilisierung mit Hilfe von Salzen in jeder beliebigen Weise mit der eigentlichen"oligodynamischen"Sterilisierung mit Hilfe von freien Metallen verbinden, sofern man nur die oben gegebene Regel einhält, dass das freie Metall nicht unedler sein darf als das Metall des Sterilisiersalzes.
Die gegebene Vorschrift der Ausschaltung jeglichen unedlen Metalles während der ganzen Sterilisierdauer ist ein wesentlicher Teil der vorliegenden Erfindung, da ohne Beachtung dieser Vorschrift die winzigen, in der Lösung vorhandenen Metallmengen durch das unedle Metall ausgefällt würden, bevor sie noch ihre sterilisierende Wirkung ausgeübt hätten.
Die Anwendung extrem geringer Metallsalzmengen bietet schon für sich allein eine gewisse Gewähr dafür, dass das Reinwasser für den Menschen unschädlich und dass es im Aussehen und im Geschmack nicht verschlechtert ist. Immerhin ist der menschliche Geschmackssinn, z. B. für Silbernitrat, ausserordentlich empfindlich, so dass möglicherweise selbst Mengen von z. B. 100 (pro Liter Ag in Form von Silbernitrat noch als unangenehm empfunden werden können. Auch ist es aus ökonomischen Gründen erwünscht, die zum Teil wertvollen Metalle der Sterilisiersalze nach beendeter Sterilisation wieder zu gewinnen. Es wird daher gemäss vorliegender Erfindung hinter den Sterilisierraum eine Vorrichtung beliebiger Art geschaltet, in welcher die wertvollen Metalle zurückgehalten werden.
Die Zurückhaltung der Metalle kann durch Adsorption an grossoberflächigen Stoffen oder auf elektrochemischem Wege oder in jeder andern geeigneten Weise erfolgen. Beispielsweise kann man hinter den Sterilisierraum ein Gitter oder ein Filter schalten, welches aus einem Metall besteht oder mit einem Metall überzogen ist, das unedler ist als das Metall des Sterilisiersalzes. Arbeitet man bei der Sterilisierung mit Silber-, Quecksilber-oder Kupfersalz, so wird man das Filter mit Eisen oder Aluminium ausrüsten können.
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Die edlen Metalle schlagen sich dann auf dem Abfangorgan nieder und eine entsprechende Menge unedlen Metalles, also Eisen oder Aluminium, geht in Lösung. Die Anwesenheit dieser Metalle im Reinwasser bringt dem Verbraucher keinen Schaden, zumal sie ja in denselben in extrem geringen Konzentrationen vorhanden sind, in welchen vorher die Sterilisiersalze vorhanden waren. Wird das Wasser nach der Sterilisierung, wie an vielen Orten üblich, noch mit Kalk behandelt, so wirkt die Anwesenheit der Eisenoder Aluminiumsalze sogar günstig auf den Coagulationsvorgang, bei welchem ja dem Wasser absichtlich grössere Mengen Eisen-oder Aluminiumsalz zugesetzt werden.
Die wesentlichen Merkmale der Erfindung seien nochmals zusammengefasst : Die praktische Verwendung von Metallsalzen zur Sterilisierung von Flüssigkeiten, insbesondere von Trink-und Gebrauchswasser, wird möglich durch die neue Vorschrift, dass die Sterilisiersalze in extrem niedrigen Konzentrationen angewendet werden, dass nach der Zumischung der Salze genügende Sterilisierzeiten eingeschaltet werden, dass aus den Sterilisierräumen jedes Metall, das unedler ist als das Metall des Sterilisiersalzes, ferngehalten wird und dass die Metalle nach beendeter Wirkung durch eine Abfangvorrichtung aus der Lösung herausgeholt und zugute gemacht werden.
Die Vorzüge des Verfahrens sind : Sparsamste Wirtschaft mit dem wertvollen Metall, Sicherheit des gewünschten Sterilisiereffektes, Erzielung einer absolut unschädlichen und appetitlichen Reinflüssigkeit.
Eine Anlage gemäss der Erfindung kann z. B. so aussehen, wie sie die Zeichnung schematisch darstellt.
Das unter Umständen schon vorfiltrierte Rohwasser durchströmt das Rohr a in einer durch die Pumpenleistung gegebenen Fördermenge pro Stunde. In dem Auflösungsgefäss b wird eine Lösung des Sterilisiersalzes, z. B. eine Lösung von Silbernitrat oder Kupfersulfat bekannten Gehalts, hergestellt.
Diese Lösung wird in einer auf die stündliche Rohwassermenge genau abgestimmten Menge durch das Rohr c aus dem Gefäss entnommen und wird in d mit dem Rohwasserstrom vermischt. Das Gemisch tritt bei e in den Nachsterilisierraum f ein, der beispielsweise bei einer Fördermenge von 1000 V/t einen lichten Raum von 3000 M umfasst, so dass jedes Wasserteilchen zum Durchfliessen des Raumes 3 Stunden braucht. Der Sterilisierbehälter kann erfindungsgemäss aus niehtmetallischem Material bestehen, wie z. B. Glas, Beton usw. Er kann auch aus einem solchen Metall bestehen oder mit einem solchen Metall ausgekleidet sein, das nicht unedler als das im Sterilisiersalz enthaltene Metall ist.
Der Naehsterilisierraum kann auch in beliebiger Weise durch Zwischenwände g oder durch andere Organe unterteilt oder durch Füllkörper beliebiger Art aufgeteilt sein, wobei diese Füllkörper zur Erhöhung der Sterilisierwirkung aus einem passenden Metall bestehen oder mit einem solchen überzogen sein können. Das sterilisierte Wasser fliesst durch den Überlauf der Metallabfangvorrichtung i zu. Diese enthält als wesentlichen Bestandteil ein Gitter oder Filter k, das z. B. aus Eisendrahtgeflecht besteht.
Anstatt dessen kann die Abfangvorrichtung auch aus einem turmartigen Gefäss bestehen, das z. B. mit Eisenschrott oder Eisendrehspänen gefüllt ist. Das Reinwasser verlässt bei I die Abfangvorrichtung ; nötigenfalls schliesst sich noch eine Coagulation mit Kalk und eine Filtration an, bevor das Wasser dem Verbraucher zugeführt wird.
Selbstverständlich sind die in der schematischen Zeichnung veranschaulichten Einrichtungen nur als mögliche Ausführungsformen des Verfahrens anzusehen. Insbesondere ist es nicht nötig, dass das Sterilisiersalz in Form einer gesättigten oder beliebig verdünnten Lösung dem Rohwasserstrom beigemengt wird ; es liegt vielmehr auch im Rahmen der Erfindung, wenn das Salz in fester Form ins Rohwasser geschüttet wird, wobei dann natürlich besondere Einrichtungen zu treffen sind, damit die gewünsche Konzentration genau eingehalten wird.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum Sterilisieren von Flüssigkeiten mit Hilfe von Metallsalzen, dadurch gekennzeichnet, dass man die Metallsalze in äusserst geringen, beispielsweise oligodynamischen Konzentrationen der Flüssigkeit einverleibt und dass man zwischen diesen Vorgang und die Verbrauchsentnahme eine der Kleinheit der angewandten Metallsalzmenge entsprechende grosse Zeitspanne einschaltet, in welcher sich der Sterilisiervorgang vollzieht.