DE10050489A1

DE10050489A1 - Vorrichtung zum Behandeln von Wasser

Info

Publication number: DE10050489A1
Application number: DE10050489A
Authority: DE
Inventors: Ludwig Bartl
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2000-01-24
Filing date: 2000-10-11
Publication date: 2001-07-26
Also published as: DE50106309D1; JP2003520680A; JP4761686B2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum antibakteriellen Behandeln, insbesondere Dekontaminieren und/oder Sterilisieren von Wasser sowie zum Abtöten von Mikroorganismen in Wasser, mit einem zum Aufnehmen einer zur Behandlung vorgesehenen Wassermenge ausgebildeten Behälter und einer zum Beaufschlagen der Wassermenge im Behälter ausgebildeten Elektrodenanordnung, die mit einer behälterextern vorgesehenen elektrischen Signalerzeugungsvorrichtung verbind- und betreibbar ist, wobei die elektrische Signalerzeugungsvorrichtung mit Niederspannung betreibbar und zum Erzeugen eines elektrischen Wechselsignals zwischen Elektroden der Elektrodenanordnung mit einer Maximalamplitude < 50 V und einer Signalfrequenz im Bereich zwischen 1 und 5000 kHz, insbesondere 5 bis 50 kHz, ausgebildet ist, wobei die Signalerzeugungsvorrichtung Einstellmittel aufweist, die zum automatischen Verändern einer Maximalamplitude, eines Amplitudenhubs und/oder eines Signal-/Pausenverhältnisses des Wechselsignals, abhängig von einem Leitwert der Wassermenge, ausgebildet sind.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Be handeln von Wasser nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, und zwar insbesondere eine Vorrichtung zur Aufbereitung von Wasser durch Dekontaminieren bzw. Sterilisieren.

Vor dem Hintergrund einer einfachen, handhabungsfreundli chen und portablen Vorrichtung zur Verbesserung der Trink wasserqualität sind bislang hauptsächlich Vorrichtungen er hältlich, die auf einer Filterwirkung (z. B. durch Aktiv kohlefilter) basieren, oder aber die mit chemischen Mitteln aus durch Bakterien, Schwermetallen usw. verseuchten was serhaltigen Flüssigkeiten die Trinkwassergewinnung ermögli chen.

Allerdings haben sich im praktischen Gebrauch rein filter basierende Lösungen für solche aufzubereitende Wassermen gen, die Bakterien oder andere Mikroorganismen enthalten, als oftmals unzureichend erwiesen, und andere bekannte Ver fahren gerade zum Abtöten von Mikroorganismen in Wasser, etwa die Beaufschlagung mit ultravioletter Strahlung, er weisen sich für einen Gebrauch in einem portablen Gerät, nicht zuletzt auf Grund der notwendigen Energieversorgung, als ungeeignet.

Ferner sind aus dem Stand der Technik gattungsbildende Technologien bekannt, mit Hilfe elektrischer Signale (typischerweise Gleichspannungen) Dekontaminations- bzw. Reinigungswirkungen von verschmutztem Wasser zu erreichen. Hier hängt die Wirksamkeit typischerweise davon ab, dass durch elektrolytische Wirkung sogenannte anodische Oxidan ten, typischerweise Chlor, aus dem kontaminierten Wasser freigesetzt werden und es tatsächlich dann dieses Chlor ist, welches die gewünschte bakterientötende Wirkung be sitzt. Üblicherweise besitzen derartige, bekannte Vorrichtungen daher auch großflächige Elektroden, um den elektro lytischen Effekt bestmöglich zur Geltung zu bringen.

Allerdings besitzt eine solche Vorgehensweise auch den Nachteil, dass das freigesetzte Chlor sich selbst wiederum negativ auf die Wasserqualität, insbesondere im Fall von Trinkwasser, auswirkt, und darüber hinaus wird Geruch und Geschmack eines so behandelten Wasser typischerweise als unangenehm empfunden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Vor richtung zur Behandlung, insbesondere zur Aufbereitung, De kontamination und Sterilisation von Wasser zu schaffen, die mit geringem Aufwand bedien- und betreibbar ist, portabel ausbildbar ist und darüber hinaus hinsichtlich ihrer Ener gieversorgung universell verwendbar ist sowie sichere, re produzierbare und schnell erreichbare Sterilisationswirkun gen ermöglicht, jedoch bei Minimierung der Erzeugung anodi scher Oxidanten.

Die Aufgabe wird durch die Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie das Verfahren nach dem Patent anspruch 15 gelöst; vorteilhafte Weiterbildungen der Erfin dung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Erfindungsgemäß vorteilhaft wird der durch den Erfinder entdeckte Effekt ausgenutzt, dass elektrische Wechselsigna le, wenn diese über eine Elektrode in eine zu behandelnde Wassermenge eingeleitet werden, einen dekontaminierenden, insbesondere Mikroorganismen abtötenden Effekt besitzen, und zwar auch dann, wenn elektrolytische Effekte weitgehend unterdrückt und damit das Entstehen von anodischen Oxidan ten verhindert werden (wie dies im Rahmen der Erfindung et wa durch minimierte Oberflächen der verwendeten Elektroden erreicht werden kann).

Ein kritischer Parameter bei einer möglichst effektiven De kontamination durch das elektrische Wechselsignal ist die erfindungsgemäß festgestellte Tatsache, dass ein optimaler Amplitudenhub des Wechselsignals sowie ein optimales Si gnal-/Pausenverhältnis des Signals (insbesondere bei einem Rechtecksignal) zum Erreichen einer optimalen Wirkung auf die zu beseitigenden Mikroorganismen von einem Leitwert des Wassers abhängig ist.

Es liegt daher im Rahmen der Erfindung, eine Einheit zum automatisierten Bestimmen eines Leitwertes der zu behan delnden Wassermenge vorzusehen, und abhängig von einem Er gebnis dieser Leitwertbestimmung dann eine entsprechende Signaleinstellung, insbesondere hinsichtlich der Frequenz, Signalamplitude und/oder des Signal-/Pausenverhältnisses innerhalb einer Periode des Wechselsignals vorzunehmen.

Experimentell wurde zudem festgestellt, dass eine derartige Zuordnung einem nicht-linearen Verhältnis zwischen Leitwert und maximaler Signalamplitude folgt, wobei insbesondere ei ne parabolische Form einer entsprechenden Einstellkurve be vorzugt ist.

Vorteilhaft erreicht die Integration des Wasserbehälters sowie der Signalerzeugungsvorrichtung für die Elektrodenan ordnung in eine portable Einheit, dass damit das Gerät be darfsabhängig, flexibel und insbesondere auch an solchen Orten verwendet werden kann, wo ein Bedarf an sauberem, de kontaminiertem Wasser besteht.

Da zudem ein portabler, flexibler Einsatz einer solchen leicht bewegbaren Einheit es erfordert, weitgehend unabhän gig von einem (für große Energiemengen geeigneten) Strom versorgungsnetz zu sein, wurde zudem im Rahmen der vorlie genden Erfindung die Möglichkeit geschaffen, die elektri sche Signalerzeugungsvorrichtung mit Niederspannung zu be treiben, wobei als Niederspannung im Rahmen der vorliegen den Erfindung jegliche Spannung kleiner als eine Netz- Wechselspannung verstanden werden soll, welche üblicherwei se aus portablen Spannungsversorgungseinheiten, wie etwa Batterien oder dergleichen, zu gewinnen ist. Insbesondere ist unter "Niederspannung" im vorliegenden Fall daher eine Spannung von 12, 24 oder 30 V zu verstehen, oder aber eine von gängigen Solarzelleneinheiten abgegebene Spannung in dieser Größenordnung.

Im Ergebnis erreicht damit die vorliegende Erfindung, dass bei niedrigem Energieaufwand eine hochwirksame Dekontamina tion von verschmutztem Wasser und damit eine Umwandlung in Trinkwasser durchgeführt werden kann, wobei die erfindungs gemäß geschaffene Vorrichtung durch ihre Portabilität be liebig beweg- und an einen Einsatzort verbringbar ist.

Im Rahmen der Erfindung ist dabei unter dem "Aufnehmen" der zur Behandlung vorgesehenen Wassermenge nicht nur ein char genweiser Betrieb zu verstehen, sondern, wie die an späte rer Stelle zu beschreibenden Ausführungsbeispiele verdeut lichen, ist insbesondere auch eine Ausführung und eine Rea lisierung der Erfindung als Durchflussgerät beabsichtigt und von der Erfindung umfasst.

Es hat sich herausgestellt, dass eine Beaufschlagung der Wassermenge mit einem Wechselsignal, welches eine Gleich spannungskomponente besitzt, und welches weiter bevorzugt ein gleichgerichtetes Wechselspannungssignal ist (also le diglich Signalkomponenten in einer Polarität besitzt) be sonders wirksam auf Bakterien ist. Weiterbildungsgemäß ist daher die Signalerzeugungsvorrichtung zum Erzeugen eines derartigen Signalmusters mit Gleichspannungsanteil (d. h. einem hinsichtlich beider Polaritäten nicht symmetrischen Signalmuster) ausgebildet. Weiter vorteilhaft ist zudem ei ne Realisierungform der Erfindung denkbar, wo durch ein (periodisches) Umpolen des Elektrodensystems unerwünschte Verkalkung oder andere ungewollte Ablagerungen auf den Elektroden vermieden werden. Gemäß dieser bevorzugten Wei terbildung der Erfindung ist zudem vorgesehen, vor jedem dieser Umpolungsvorgänge eine asymmetrische, stromfreie Zeitspanne von ca. zwischen 1 und 5 sec. einzuschieben, um das Auftreten anodischer Oxidanten weiter zu verhindern. Zudem wirken sich derartige Pausen beim Beaufschlagen des kontaminierten Wassers (und unter Ausnutzen von Nach schwing- bzw. Relaxationseffekten im Wasser) positiv auf den Energieverbrauch der Anordnung, wichtig insbesondere im portablen Betrieb, aus.

Besondere Bedeutung in der praktischen Realisierung kommt zudem der Ausgestaltung der Elektrodenanordnung zu, wobei es sich weiterbildungsgemäß als besonders bevorzugt heraus gestellt hat, zumindest eine Elektrode der Elektrodenanord nung mittels eines langgestreckten Leiterstücks (insbesondere Drahtes) zu realisieren, wobei dieser Draht, bei zum Zweck der Minimierung anodischer Oxidanten entspre chend minimierter Oberfläche, typische Durchmesser zwischen ca. 0,1 und 0,5 mm aufweist und geeignet aus Platin od. dgl. Materialien realisiert werden kann. Insbesondere bei dieser Elektrodengestaltung zeigt sich der prinzipielle Un terschied zu bekannten, elektrolytisch basierten Dekontami nationsverfahren, da es herkömmlicherweise ja eher auf mög lichst großflächige Elektroden ankommt.

Zur ergänzenden Behandlung des Wassers im Hinblick auf Schwermetalle, Nitrate, Chlorverbindungen usw. bietet es sich an, die Vorrichtung zusätzlich mit einer Filtereinheit zu versehen, wobei, je nach Einsatzzweck und gewünschter Intensität der Filterwirkung, eine solche Filtereinheit ei nem Behältereinlass vor- und/oder einem Behälterauslass nachgeschaltet sein kann; auch ist es möglich, hier varia ble, einschwenkbare Filter usw. zu verwenden.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung hängt die Effektivität der Tötung von Krankheitserregern (Einzellern, Parasiten, Bakterien und Viren) im Wasser auch von einer konkreten Form des mittels der Elektrodenanordnung eingebrachten elektrischen Wechselsignals ab, wobei es sich als besonders bevorzugt herausgestellt hat, ein i. w. rechteckförmiges Wechselsignal einzubringen.

Wie wissenschaftliche Erprobungen der vorliegenden Erfin dung erwiesen haben, kann eine große Anzahl von coliformen, mesophilen und psychrophilen Bakterien verschiedener Typen durch Verwendung der vorliegenden Vorrichtung in relativ kurzer Behandlungszeit, typischerweise im Bereich zwischen 5 und 15 Minuten, abgetötet werden, so daß durch die vor liegende Erfindung ein Weg geschaffen ist, auf flexible und einfache Weise, netzspannungsunabhängig und portabel Wasser zu reinigen und damit ein Infektionsrisiko, insbesondere auch in ohnehin unterversorgten Gebieten, drastisch zu ver ringern.

Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung liegt insbesondere auch darin, eine Mehrzahl der erfin dungsgemäßen Behälter vorzusehen und diese modulweise so auszugestalten, dass mehrere Behälter parallel zum Aufneh men der Wassermenge ausgebildet sind und so bei einem Durchflussbetrieb, eine Reinigungsleistung innerhalb eines vorbestimmten Zeitraumes erhöhen können, und/oder aufeinan derfolgend verschaltet werden können, um eine verlängerte Wirk- bzw. Beaufschlagungsstrecke für das Wasser zu schaf fen.

Weitere bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sehen vor, dass die elektrische Signalerzeugungsvorrichtung im Hin blick auf Betriebszeiten des Erzeugens des elektrischen Wechselsignals programmierbar ist, wobei insbesondere auch voreingestellte Programme mit Signal- und/oder Betriebs zeitmustern abspeicher- und geeignet aufrufbar sind.

Eine weitere bevorzugte Weiterbildung der Erfindung besteht darin, zumindest einige Elektroden der Elektrodenanordnung, weiter bevorzugt solche, die benachbart eines Behälteraus lasses vorgesehen sind, als (weiter bevorzugt austauschba re) Magnesiumelektroden zu realisieren, um so eine zusätz liche, gesteuerte Beaufschlagung des erfindungsgemäß behan delten Wassers mit Magnesiumionen (geeignet wären etwa 5- 15 mg Mg pro Liter Wasser) zu ermöglichen.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen; diese zeigen in:

Fig. 1: eine schematische Seitenansicht der erfindungsge mäßen Vorrichtung zur Wasserbehandlung;

Fig. 2: verschiedene Signalformdiagramme (als Funktionen der Signalspannung über der Zeit) des über die Elektrodenanordnung in die zu beaufschlagende Wassermenge einzuleitenden Wechselsignal und

Fig. 3: eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Er findung.

Wie in der Fig. 1 schematisch gezeigt, besteht die erfin dungsgemäße Vorrichtung zum Behandeln, insbesondere De kontaminieren von Wasser mit dem Zweck der Trinkwasserer zeugung aus einer zylindrischen Behältereinheit 10, in de ren Innerem eine Elektrodenanordnung bestehend aus einem Paar von Draht- bzw. Stabelektroden 12 aus Platin (Durchmesser 0,1 mm) vorgesehen und so kontaktierbar ist, dass die Elektroden 12 bodenseitig mit einem - schematisch gezeigten - Wechselspannungssignal beaufschlagbar sind.

Genauer gesagt wird dieses Wechselspannungssignal durch ei ne schematisch gezeigte Signalerzeugungsvorrichtung 14 ge neriert, die selbst mit einer Niedervolt- Versorgungsspannung, typischerweise einem 12 V- Autobatterieanschluss od. dgl., verbindbar ist.

An ihrem der Signalerzeugungseinheit 14 entgegengesetzten oberen Einlassende 16 ist zudem schematisch eine Filterein heit 18 gezeigt, die durch den Einlass 16 eintretendes, kontaminiertes Wasser in ansonsten bekannter Weise von Schwermetallionen, Chlor- oder Stickstoffverbindungen be freit und das gesamte Reinigungsergebnis verbessert (alternativ ist es problemlos möglich, den Behälter durch Vorsehen eines entsprechenden, nicht gezeigten Auslasses zu einem Durchflussbehälter auszubilden, so dass die Behand lung nicht chargenweise erfolgt, sondern im Wege eines per manenten Zu- und Abflusses durch den Ein- bzw. Auslass.)

In der Fig. 1 gezeigten Weise bildet die Dekontaminations vorrichtung so eine probate, leicht auch manuell handzuha bende Einrichtung, die damit beliebig an entsprechende Ein satzorte verbracht werden kann. Typische Behältervolumina der Behältereinheit 10 liegen im Bereich zwischen etwa 0,5 Liter und etwa 5 Liter.

Die Funktionsweise der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung ist wie folgt: Der Benutzer füllt zu dekontaminierendes Wasser, welches neben Schwermetallionen wie Blei oder Kupfer auch Mikroorganismen in Form von Bakterien, Viren oder anderen potentiell schädlichen Erregern enthält, über den Einlass ein. Das Wasser tritt durch die Filtereinheit 18 hindurch und wird dort in ansonsten bekannter Weise gefiltert und sammelt sich in dem Inneren der Behältereinheit 10, wobei besonders bevorzugt die weitere Wasserbehandlung erst durchgeführt wird, wenn die Behältereinheit 10 vollständig gefüllt ist und damit die Stabelektroden 12 unterhalb des Wasserspiegels im Behälter 10 liegen.

Durch Aktivieren der Signalerzeugungseinheit 14 wird dar aufhin ein elektrisches Wechselsignal erzeugt und an das Elektrodenpaar 12, 12 angelegt, mit der Wirkung, dass in dem die Elektroden 12 umspülenden Fluid sich ein elektri sches Feld aufbaut, welches, unter Berücksichtigung des dielektrischen Beitrags des Wassers, eine der Elektroden geometrie sowie der Signalform des eingetragenen Wechselsi gnals folgende Feldausbreitung erzeugt.

Fig. 2 zeigt verschiedene Möglichkeiten der Eintragung des Wechselsignals in das im Behälter 10 befindliche Fluid. Die mit (a) bis (e) in Fig. 2 bezeichneten Signalformen stellen dabei sämtlichst gleichgerichtete, rechteckförmige Wechsel signal dar, setzen also im dargestellten Ausführungsbei spiel lediglich eine unipolare Signalform (allerdings ist die vorliegende Erfindung weder auf die dargestellte recht eckförmige Signalform, noch auf die Unipolarität be schränkt).

Wie zudem die verschiedenen Signalmuster (a) bis (e) der Fig. 2 verdeutlichen, liegt es im Rahmen der Ausführungs form der Fig. 1, die Signalform bevorzugt automatisiert einstellbar zu machen, und zwar abhängig von einem konkre ten Leitwert des im Behälter befindlichen Fluids; geeignet wird dieser Leitwert vor einer Beaufschlagung des Fluids mit dem Wechselsignal oder kontinuierlich während einer solchen Beaufschlagung durch einen Messvorgang mit einer (in den Figuren nicht gezeigten) Einheit ermittelt.

In Abhängigkeit von dem so ermittelten Leitwert findet dann eine Bestimmung einer für ein solches Fluid optimalen Si gnalform (Signalmuster) statt, wobei im Rahmen einer bevor zugten Ausführungsform der Erfindung von einem nicht- linearen, gleichwohl stetigen (insbesondere paraboli schem)Zusammenhang zwischen Leitwert und Maximalamplitude des Wechselsignals ausgegangen wird.

Konkret kann, wie etwa anhand der Beispiele (a)-(c) der Fig. 2 gezeigt, eine automatische, leitwertabhängige Varia tion des eingetragenen Wechselsignals dadurch erfolgen, dass lediglich die Maximalamplitude des Wechselsignals ver ändert wird, während das Signal-/Pausenverhältnis des Si gnals unverändert bleibt; typischerweise könnte die so ein stellbare Maximalamplitude zwischen etwa 3 V (Minimum) und etwa 50 V (Maximum) liegen, wobei praktischerweise, nicht zuletzt auch begrenzt durch die Möglichkeiten des aus Nie derspannung erzeugten Eingangssignals, Maximalamplituden von 12 oder 24 V gewählt werden. Eine beispielhafte maxima le Spannungsamplitude bei kleiner Leitfähigkeit (etwa im Bereich zwischen 180 µ-Scm^-1 und 360 µScm^-1) beträgt etwa 30 Volt, bei Spannungsimpulsen einer Breite von 15 µs. Eine höhere Wasserleitfähigkeit (typischerweise im Bereich zwi schen 1.500 µScm^-1 und 2000 µScm^-1) würde gemäß diesem Bei spiel die Spannungsamplitude automatisch auf einen Wert von etwa 10 Volt senken, mit der Folge einer signifikanten und automatischen Senkung des Durchschnittsstromes bei höherer Wasserleitfähigkeit gemäß der Erfindung.

Ergänzend oder alternativ ist es möglich, vgl. Fig. 2 (d) oder (e), anstelle der maximalen Signalamplitude (oder er gänzend dazu) das Signal-/Pausenverhältnis zu verändern, etwa dadurch, dass, wie in Fig. 2(e) gezeigt, nicht mehr die Signalzeit innerhalb einer Periode der Pausenzeit ent spricht (und damit in dem Signal nicht mehr die in (a) bis (c) ablesbare Grundschwingung, bestimmt durch einen Si gnalimpuls, enthalten ist). Beispielhafte Werte für Pausen zeiten zwischen Impulsen betragen etwa 5 µs (bei niedriger Wasserleitfähigkeit) und bis zu 200 µs(bei hoher Wasser leitfähigkeit), bei typischen Impulsbreiten der Span nungsimpulse von ca. 15 µs.

Nach Messung der Leitfähigkeit wird gemäß eines bevorzugten Ausführungsbeispiel bei relativ hochleitfähigem Wasser (z. B. hohe Konzentrationen von Ca- oder Mg-Ionen) die Signalamplitude bis auf eine festgestellte, untere Grenzampliture (Grenzspannungswert), ggf. zuzüglich eines Sicherheitszuschlages, gesenkt. Eine derartige Minimalspan nung wurde - behälter- bzw. einsatzspezifisch - durch Ex perimente ermittelt und mikrobiologisch getestet, wobei weitere Einflussgrößen einer derartigen Grenzspannung (Grenzamplitude) die konkrete Behälterform, die Wassermenge sowie Elektrodenparameter sind, etwa Form, Material und Fläche der Elektroden. Nach Einstellung der Maximalamplitu de erfolgt die Einstellung des Signal-/Pausenverhältnis des Wechselsignals, wobei, wie am Beispiel oben beschrieben, bei relativ hochleitfähigem Wasser eine Verengung der Si gnaldauer und/oder eine Verbreitung der Pausendauer im Si gnal-Zeitdiagramm erfolgt.

Dagegen führt die Messung einer niedrigen Leitfähigkeit des Wassers zu einer Spannungserhöhung (d. h. Erhöhung der Ma ximalamplitude des Wechselsignals) sowie einer Verbreite rung der Signaldauer relativ zur Pausendauer im Signal- Zeitdiagramm. In Grenzfällen ist es möglich, dass das zu behandelnde Wasser eine derart geringe Leitfähigkeit auf weist, dass eine weitere Elektrode hinzugeschaltet werden muss, oder aber dem Wasser sind Ionen zur Leitfähigkeitser höhung, etwa durch Salzen, hinzuzufügen. Gemäß einer beson ders bevorzugten Ausführungsform werden auch diese Leitfä higkeitszustände bzw. Grenzzustände durch eine geeignete Signalisierung, etwa ein Lichtsignal, angezeigt.

Während, wie dargelegt, bevorzugt die Einstellung des Si gnalmusters gemäß Fig. 2 durch automatische Regelung und Einstellung einer geeigneten Mess- und Einstellelektronik erfolgen kann, ist es alternativ natürlich auch möglich, manuell aus einigen voreingestellten Signalformen zu wäh len, mit Hilfe digitaler Technik aus einer Tabelle vorein gestellte Signalformen zu wählen, oder andere Wege zur An passung der Wechselsignalform an einen konkreten Leitwert vorzunehmen. Ergänzend oder alternativ ist es möglich, in nerhalb eines Behandlungsvorganges auch die Signalfrequenz zu variieren, etwa kontinuierlich zwischen einer unteren und einer oberen Grenzfrequenz. Hierdurch kann einer Fre quenzabhängigkeit der Dekontaminationswirkung auf verschie dene Bakterien Rechnung getragen werden.

Eine typische Behandlungsdauer der in Fig. 1 aufgenommenen Wassermenge eines Volumens von 2 Litern liegt im Bereich zwischen etwa 2 Minuten und etwa 20 Minuten; je nach Kontaminierungsgrad sollten jedoch auch Sicherheitszuschlä ge hinzugerechnet werden. Eine besonders bevorzugte Weiter bildung der Ausführungsform gem. Fig. 1 liegt zudem darin, eine (nicht gezeigte) Timer- bzw. Zeitgebereinheit vorzuse hen, die, idealerweise mit optischer oder anderer Signal ausgabe, einem Benutzer signalisiert, sobald die vorgewähl te Dekontaminationszeit der Signaleinleitung abgelaufen ist.

In der praktischen Erprobung der vorliegenden Erfindung hat sich dabei das erfindungsgemäße Prinzip nicht nur auch Bak terien vom Typ E-Coli, Salmonella, Legionella, Enterocos, Pseudamonasas Aerogenosa, Staphylococcus aureus usw. als wirksam erwiesen, auch wird davon ausgegangen, dass weitere Einzeller, Parasiten, Bakterien und Viren auf die beschrie bene Art und Weise im Wasser getötet bzw. unschädlich ge macht werden.

Ebenfalls wird durch die beschriebene Vorrichtung mit Fil terunterstützung erreicht, dass Schwermetallionen, Blei, Kadmium, Zink, Kupfer, Arsen usw. sowie Nitrate, Sulfate, Kohlenwasserstoffe, Chlor, organische Chlorverbindungen, Pestizide usw. entfernt werden können.

Gemäß einer weiteren, bevorzugten Ausführungsform der Er findung ist vorgesehen, die erfindungsgemäße Behälterein heit (etwa Einheit 10 in Fig. 1) selbst mit einem (nicht leitenden) Filtermaterial vollständig oder teilweise zu füllen, so dass die Behältereinheit, neben ihrer durch die Elektroden bzw. die elektrischen Signale bewirkten De kontaminationswirkung, zusätzlich als Filter wirkt.

Gemäß einer exemplarischen Realisierungsform dieser Ausbil dung der Erfindung wird geschüttetes, ggf. geeignet gesin tertes Filtermaterial einer Körnung von etwa 0,5 bis 1,5 mm in den Behälter gemäß Fig. 1 gefüllt, und die Behandlung des Wassers wurde in der vorbeschriebenen Weise durchge führt. Das in den Behälter gefüllte kontaminierte Wasser wurde nach Behandlungsende als vollständig dekontaminiert entnommen, zudem konnten in dem verwendeten Filtermaterial keine lebenden Bakterien festgestellt werden. Diese Weiterbildung der Erfindung scheint daher beachtliches Potential insbesondere auch für die Dekontamination von Filtereinhei ten zu besitzen, die ja bekanntermaßen Brutstätten für Bak terien sind, sofern nicht konkrete Maßnahmen hiergegen, et wa Oberflächenversilbern der Körner, vorgenommen werden. Allerdings gilt es bei der vorliegenden Erfindung darauf zu achten, dass das in die Behältereinheit eingefüllte Filter material nicht zu einer Beeinflussung der elektrischen Wir kung führt, etwa durch Eigenleitfähigkeit des Filtermateri als (hier bietet z. B. Aktivkohle potentielle Probleme).

In besonders vorteilhafter Weise bietet es sich daher an, (Aktivkohle-)Filtereinheiten oder dergl. der vorliegenden Erfindung nachzuschalten, denn nicht nur sollten die her vorragenden Behandlungs- bzw. Dekontaminationseigenschaften der vorliegenden Erfindung dafür sorgen, dass eine Bakteri enansammlung und damit Kontamination in der nachgeschalte ten Filtereinheit vermieden werden kann, auch ist in prak tischen Erprobungen der vorliegenden Erfindung ein gewis ses, über den erfindungsgemäßen Behälter hinaus wirkendes Nachwirken des Behandlungseffektes zu beobachten gewesen, mit der Folge, dass offenbar auch eine unmittelbare Behand lungswirkung in einer nachgeschalteten Filtereinheit, mit den positiven Wirkungen auf Bakterien darin, erreicht wur de.

Unter Bezug auf die Fig. 3 soll nunmehr eine weitere, be vorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung be schrieben werden, die sich insbesondere auch für eine fle xible Modulbauweise und -verwendung der vorliegenden Erfin dung und damit zur Anpassung an verschiedene Betriebsver hältnisse eignet:

So zeigt die Fig. 3 einen quaderförmigen Behälterkörper 50, der, wie in der Seitenansicht der Fig. 3 erkennbar ist, aus einer Mehrzahl von Kammern gebildet ist, welche durch sich in der Figur vertikal erstreckende, abwechselnd von einem Behälterboden 56 bzw. einer Behälterdecke 58 in den Innenraum des Behälters 50 hineinragende Zwischenwände 52, 54 voneinander abgegrenzt sind. Genauer gesagt wechseln in der in Fig. 3 mit dem Pfeil 60 bezeichneten Strömungsrichtung abwärts gerichtete bzw. aufwärts gerichtete Zwischenwände 52, 54 einander ab, so dass im linksseitigen Einlassbereich 62 in den Behälter 50 eintretendes, kontaminiertes Wasser entlang einer durch die Pfeile 64 bezeichneten mäanderför migen Richtung durch einander benachbarte Kammern, abwech selnd auf- und abwärts gerichtet, bis zu einem Behälteraus lass 66 bewegt wird. Zusätzlich ist in der Fig. 3 zu erken nen, dass, zum Zweck des Austritts üblicher Gas- und Luft blasen, die abwärts gerichteten Zwischenwände 52 nicht durchgängig an der Deckfläche 66 des Behälters 50 ansitzen, sondern einen geringen Zwischenraum für den Gasdurchlass ermöglichen. Die Entlüftung dient vor allem auch dazu, das (in kleinsten Mengen nicht verhinderbare) Vorliegen von an odischen Oxidanten problemlos zu entlüften.

Wie die Fig. 3 zusätzlich zeigt, sind einige der auf die vorstehend beschriebene Weise gebildeten Kammern mit einem Elektrodensystem versehen, und zwar dergestalt, dass je weils drei als Platindrähte eines Durchmessers von bevor zugt 0,1 bis 0,2 mm ausgebildete Elektroden in diejenigen Zwischenräume des Behälters 50 hineinragen, welche gemäß Pfeilrichtung 64 von aufwärts strömendem Wasser durchströmt werden. Wie in der Fig. 3 gezeigt, sind die Elektrodendräh te mit einer symbolisch gezeigten Spannungsquelle 68 ge schaltet und erzeugen Signale in der oben beschriebenen Form. In der in Fig. 3 gezeigten Schaltungskonfiguration sind dabei die außenliegenden Elektrodendrähte mit einem ersten Pol verbunden, während der innenliegende Elektroden draht mit dem anderen Pol der Signalquelle 68 verbunden ist.

Insbesondere im Hinblick auf positive Betriebs- und Reini gungseigenschaften hat sich dabei die in Fig. 3 gezeigte Konfiguration besonders bewährt, indem nämlich - überra schend - die Elektroden in den aufwärts gerichteten Wasser strom platziert wurden.

Während im gezeigten Ausführungsbeispiel (reine) Platin drähte als Elektroden verwendet wurden, bieten sich auch andere Elektrodenformen an, so etwa Graphitstäbe oder - minen, die, bevorzugt austauschbar kontaktiert, typische Durchmesser im Bereich zwischen 0,1 und 2 mm, bevorzugt ca. 0,5 mm, aufweisen können.

Gemäß einer besonders bevorzugten, alternativen Ausfüh rungsform ist es zudem möglich, Elektroden unmittelbar auf Wände des gezeigten Behälters (oder einer anderen Behälter anordnung) aufzubringen, und zwar durch geeignete Metalli sierung (oder eine andere Art der Leiterbefestigung) auf den Behälterinnenwänden so, dass diese nicht nur mechanisch den Wasserbehälter begrenzen, sondern zugleich als Träger für die Elektroden dienen. Insbesondere im Hinblick auf ei ne günstige, automatisierbare Fertigung der Behälteranord nungen, weiter bevorzugt in einer Modulbauweise, bieten sich derartige Realisierungsformen an, wobei etwa in anson sten bekannter Weise geeignet in der Elektroden- bzw- Lei terbahnstruktur bemusterte Glasplatten als Wände des Behäl tergehäuses konfiguriert werden.

In einer Weiterbildung des Modulgedankens bietet es sich zudem an, etwa analog der in Fig. 3 gezeigten Ausführungs form gebildete Behälter (die typischerweise von 3 bis 30 cm lang und 5 bis 15 hoch sein und eine typische Dicke von 20 bis 50 mm aufweisen können) so auszubilden, dass eine Mehr zahl dieser Behälter als Module entweder parallel (und da mit gleichzeitig) mit einfliessendem Wasser beschickt oder aber benachbarte Behältermodule aufeinanderfolgend von dem zu reinigenden Wasser durchströmt werden können. Durch die se Technologie ist es dann insbesondere möglich, eine größere Anzahl von Behältern in einer standardisierten Größe einfach und kostengünstig herzustellen und dann durch ge eignete Anordnung einer zu bestimmenden Mehrzahl von derar tigen Modulen eine für eine geeignete Reinigungssituation und -leistung notwendige Anzahl von Modulen zusammenzustel len, ohne dass jeweils individuelle Behältergrößen herge stellt werden müssen.

Gemäß weiterer, bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung sind zahlreiche Modifikationen möglich: So ist die Be hälterform nahezu unbeschränkt, sie kann, neben der gezeig ten zylindrischen Form, auch quaderförmig, ellipsenförmig usw. sein. Die Elektroden können neben den gezeigten Posi tionen im Behälterinneren, auch unmittelbar Teile der Be hälterwand sein, so etwa als Netz (z. B. aus Kohlefasern realisiert) direkt auf die Behälterinnenwand aufgebracht sein, alternativ etwa als Platinfolie.

Eine weitere, alternative Realisierungsform der Erfindung erfolgt durch Trennen der Elektroden vom Medium, etwa durch entsprechendes Membranmaterial (ionendurchlässiges Materi al).

Experimentell wurde zudem festgestellt, dass sich die er findungsgemäße Dekontaminationswirkung durch Druckeinwir kung oder durch Blasen für einen vorbestimmten Zeitraum er höhen lässt.

Starke Leitfähigkeitsunterschiede des Wassers lassen sich, neben Einbringen von zusätzlichen Ionen durch Kochsalz, Kalzium oder Magnesiumsalzen besser behandelbar machen; ho he Wasserleitfähigkeit verlangt möglicherweise spezielle Elektrodenformen.

Sollte das zu reinigende Wasser in Extremfällen stark bio logisch verunreinigt sein, ist es im Rahmen der Erfindung möglich, weitere Klärungs-, Flockungs- und/oder Durchlüf tungsstufen sowie Filtrationsschritte vor- oder nachzu schalten.

Auch wenn ein Schwerpunkt-Anwendungsgebiet der vorliegenden Erfindung im portablen Bereich liegt und entsprechend ge eignete Niederspannungen verwendet werden, so ist die vor liegende Erfindung jedoch nicht auf einen rein portablen Betrieb beschränkt, und insbesondere unter Einsatz geeigne ter Spannungswandler bzw. Netzteile ist es möglich, die vorliegende Erfindung stationär zu betreiben. Insbesondere in einem solchen Fall, wenn nämlich Netzspannung zur Verfü gung steht, ist es gemäß einer weiteren, bevorzugten Aus führungsform vorgesehen, die vorhandene Netzspannung zum Betreiben einer Kühleinrichtung für den erfindungsgemäßen Behälter zu verwenden, mit weiteren, vorteilhaften Wirkun gen auf die hygienischen Verhältnisse im Behälter.

Hervorzuheben bleibt letztendlich, dass durch die vorlie gende Erfindung, wie beabsichtigt, das Auftreten von anodi schen Oxidanten, insbesondere Chlor, weitestgehend verhin dert werden konnte. Nicht zuletzt ist dieser Effekt auch das Ergebnis der erfindungsgemäße, automatischen Einstel lung und Veränderung der Wechselsignale in Abhängigkeit von einer aktuellen Wasserleitfähigkeit, was vorteilhaft insbe sondere auch dazu führt, dass bei Realisierung der Erfin dung als Durchflusssystem das Wasser sofort nach einem Be handlungsdurchlauf ohne ein Sorbieren von freiem Chlor in Aktivkohlefiltern od. dgl. trinkbar ist. Experimentelle Überprüfungen des Chlorgehaltes bzw. des Entstehens von Chlor durch die erfindungsgemäße Behandlung haben dazu ge führt, dass bei bakteriell kontaminiertem Wasser mit typi scherweise geringen Mengen von 1 mg Chloriden pro Liter Wasser überhaupt kein freies Chlor gemessen wurde; bei ty pischen (normalen) Gehalten von ca. 10 mg Chloriden pro Li ter Wasser wurde nach der Behandlung ebenfalls kein freies Chlor festgestellt, und lediglich bei bakteriell kontami niertem Wasser mit starkem Chloridgehalt (mit 120 mg Chlo riden pro Liter Wasser sogar noch oberhalb der Normgrenze von 100 mg/Liter) wurde nach erfindungsgemäßer Behandlung ein freier Chlorgehalt im Auslauf < 0,1 mg pro Liter fest gestellt, was ein Vielfaches unterhalb einem erlaubten Chlorgehalt für Trinkwasser liegt.

Claims

1. Vorrichtung zum antibakteriellen Behandeln, insbeson dere Dekontaminieren und/oder Sterilisieren von Was ser sowie zum Abtöten von Mikroorganismen in Wasser, mit
einem zum Aufnehmen einer zur Behandlung vorgesehenen Wassermenge ausgebildeten Behälter (10)
und einer zum Beaufschlagen der Wassermenge im Behäl ter ausgebildeten Elektrodenanordnung (12), die mit einer behälterextern vorgesehenen elektrischen Si gnalerzeugungsvorrichtung (14) verbind- und betreib bar ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
die elektrische Signalerzeugungsvorrichtung (14) mit Niederspannung betreibbar und zum Erzeugen eines elektrischen Wechselsignals zwischen Elektroden der Elektrodenanordnung mit einer Maximalamplitude < 50 V und einer Signalfrequenz im Bereich zwischen 1 und 5000 kHz, insbesondere 5 bis 50 kHz, ausgebildet ist, wobei
die Signalerzeugungsvorrichtung Einstellmittel auf weist, die zum automatischen Verändern einer Maximal amplitude, eines Amplitudenhubs und/oder eines Si gnal-/Pausenverhältnisses des Wechselsignals, abhän gig von einem Leitwert der Wassermenge, ausgebildet sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Wechselsignal eine Gleichspan nungskomponente besitzt und bevorzugt ein gleichge richtetes Wechselspannungssignal ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, dass der Behälter und die Signalerzeugungs vorrichtung eine portable, insbesondere manuell hand habbare Einheit bilden.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodenanordnung minde stens ein zumindest abschnittsweise langgestrecktes, bevorzugt drahtförmiges Leiterstück als Elektrode (12) aufweist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodenanordnung draht förmige Elektroden eines Maximaldurchmessers von 0,5 mm, bevorzugt 0,1 mm, aufweist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstellmittel so ausgebil det sind, dass bei einem niedrigen Leitwert der Was sermenge eine Spannungsamplitude des Wechselsignals erhöht und bei einem höheren Leitwert die Span nungsamplitude vermindert wird.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstellmittel so ausgebil det sind, dass bei einem niedrigeren Leitwert der Wassermenge ein zeitlicher Abstand zwischen aufeinan derfolgenden Impulsen des Wechselsignals auf einen niedrigen Wert eingestellt, und bei einem höheren Leitwert der zeitliche Abstand auf einen höheren Wert eingestellt wird.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekenn zeichnet durch eine einem Behältereinlass des Behäl ter vorgeschaltete und/oder einem Behälterauslass des Behälters nachgeschaltete Filtereinheit.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter zumindest teilweise mit einem Filtermaterial gefüllt ist und selbst als Filter wirkt, wobei die im Behälter vorgesehenen Elektrodenanordnung zur Dekontamination bzw. Sterili sation des als Filter wirkenden Behälters wirkt.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter als Durchflussbe hälter ausgebildet ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, ge kennzeichnet durch Mittel zur elektronischen Bestim mung eines elektrischen Leitwerts der Wassermenge, wobei die Mittel so mit der Signalerzeugungsvorrich tung verbunden sind, dass als Reaktion auf einen vor bestimmten Leitwert die Signalerzeugungsvorrichtung ein zugehöriges Signalmuster des elektrischen Wech selsignals einstellt und ausgibt.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine Zuordnung des Signalmusters zu dem Leitwert entlang einer nicht-linearen Einstell- bzw. Eichkur ve und/oder gemäß vorbestimmten, diskreten und ge speicherten Parametern erfolgt.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, da durch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von bevor zugt quaderförmigen Behältern modulartig vorgesehen und so konfigurierbar ist, dass die zur Behandlung vorgesehene Wassermenge eine Mehrzahl der modularti gen Behälter gleichzeitig durchströmen, oder die Mehrzahl der modulartigen Behälter sequenziell durch strömen kann.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, da durch gekennzeichnet, dass die elektrische Signaler zeugungsvorrichtung mit einer bevorzugt programmier baren Zeitsteuereinheit verbunden ist, die zum vorbe stimmten Einstellen von Betriebszeiten der elektri schen Signalerzeugungsvorrichtung ausgebildet ist.

15. Verfahren zum Behandeln von Wasser, insbesondere zum Aufbereiten von Trinkwasser, gekennzeichnet durch die Schritte:

- Einleiten einer vorbestimmten Wassermenge in einen Behälter, der eine mit einer Signalerzeugungsvor richtung verbundene Elektrodenanordnung aufweist
- Ermitteln eines Leitwerts der Wassermenge und
- Beaufschlagen der Elektrodenanordnung mit einem elektrischen Wechselsignal mittels der Signalerzeu gungsvorrichtung als Reaktion auf und abhängig von dem Leitwert,

wobei die Signalerzeugungsvorrichtung ein elektri sches Wechselsignal mit einer Maximalamplitude < 50 V und einer Signalfrequenz im Bereich zwischen 5 und 50 kHz erzeugt.

16. Verfahren nach Anspruch 15, gekennzeichnet durch den Schritt:

- Filtern der Wassermenge vor einem Einleiten in den Behälter und/oder nach einem Entnehmen aus diesem.

17. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, gekennzeichnet durch den Schritt:

- Variieren einer Maximalamplitude, eines Amplitu denhubs, einer Frequenz und/oder eines Signal-/ Pausenverhältnisses des elektrischen Wechselsi gnals in Abhängigkeit von dem ermittelten Leit wert der Wassermenge.