DE102006007931A1 - Preparing a disinfectant, useful e.g. to disinfect water such as rain water, comprises adding an electrolytic solution to water, and subjecting the diluted water/electrolytic solution to an electric current - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Desinfektion von Wasser, wie Trink- und Brauchwasser, Regenwasser, Industriewasser. und dergleichen, durch elektrochemische Aktivierung (ECA), indem zumindest einem Teilstrom des zu desinfizierenden Wassers eine Elektrolytlösung, insbesondere eine Natriumchloridlösung, zugesetzt und das mit der Elektrolytlösung beaufschlagte Wasser in einem Elektrolysereaktor mit wenigstens einem Kathodenraum mit einer Kathode sowie mit wenigstens einem von dem Kathodenraum räumlich, insbesondere mittels eines Diaphragmas oder einer Membran, getrennten Anodenraum mit einer Anode durch Anlegen einer Gleichspannung an die Elektroden mit einem elektrischen Strom beaufschlagt wird, um die Wasser-/Elektrolytlösung in einen zur Desinfektion geeigneten, metastabilen Zustand zu versetzen. Die Erfindung bezieht sich ferner auf ein Verfahren zur Herstellung eines Desinfektionsmittels durch elektrochemische Aktivierung (ECA) von Wasser, indem dem Wasser eine Elektrolytlösung, insbesondere eine Natriumchloridlösung, zugesetzt und das mit der Elektrolytlösung beaufschlagte Wasser in einem Elektrolysereaktor mit wenigstens einem Kathodenraum mit einer Kathode und mit wenigstens einem von dem Kathodenraum räumlich, insbesondere mittels eines Diaphragmas oder einer Membran, getrennten Anodenraum mit einer Anode durch Anlegen einer Gleichspannung an die Elektroden mit einem elektrischen Strom beaufschlagt wird, um die Wasser-/Elektrolytlösung in einen zur Desinfektion geeigneten, metastabilen Zustand zu versetzen. Überdies ist die Erfindung auf ein solchermaßen hergestelltes Desinfektionsmittel sowie auf dessen Verwendung gerichtet.The The invention relates to a method for the disinfection of water, such as Drinking and service water, rainwater, industrial water. and the like, by electrochemical activation (ECA) by adding at least a partial flow of the water to be disinfected, an electrolyte solution, in particular a sodium chloride solution added and that with the electrolyte solution acted upon water in an electrolysis reactor with at least a cathode compartment with a cathode and at least one of the cathode space spatially, in particular by means of a diaphragm or a membrane, separate Anode space with an anode by applying a DC voltage the electrodes are supplied with an electric current to the water / electrolyte solution into a suitable for disinfection metastable state. The invention further relates to a process for the preparation of a disinfectant by electrochemical activation (ECA) of water by adding to the water an electrolyte solution, in particular a sodium chloride solution and that acted upon by the electrolyte solution Water in an electrolysis reactor with at least one cathode compartment with a cathode and with at least one of the cathode compartment spatially, in particular by means of a diaphragm or a membrane, separate Anode space with an anode by applying a DC voltage the electrodes are supplied with an electric current to the water / electrolyte solution into a suitable for disinfection metastable state. moreover the invention is based on a disinfectant prepared in this way and directed to its use.
Das Verfahren der elektrochemischen Aktivierung zur Desinfektion von Wasser ist bekannt. Hierbei wird eine verdünnte Lösung eines Elektrolyts, insbesondere eines Neutralsalzes, wie Natriumchlorid (NaCl) bzw. Kochsalz, in einem Elektrolysereaktor durch Anlegen einer Spannung an dessen Elektroden in einen metastabilen Zustand überführt, welcher je nach Art des Wassers und den eingestellten Verfahrensparametern über mehrere Stunden andauern kann. Der Elektrolysereaktor weist einen Kathodenraum mit einer oder mehreren Kathoden sowie einen Anodenraum mit einer oder mehreren Anoden auf, wobei der Anodenraum und der Kathodenraum mittels eines elektrisch leitfähigen – insbesondere eines für Ionen leitfähigen – Diaphragmas bzw. mittels einer Membran mit den genannten Eigenschaften räumlich voneinander getrennt sind, um eine Vermischung der in beiden Räumen befindlichen Wasser-/Elektrolytlösung zu verhindern. Während bei der Elektrolyse in der Regel ein im wesentlichen vollständiger Umsatz der eingesetzten Edukte angestrebt wird, wird die eingesetzte Elektrolytlösung bei der elektrochemischen Aktivierung lediglich zu einem sehr geringen Anteil umgesetzt, um die physikalischen und chemischen Eigenschaften der Lösung in vorteilhafter weise zu verändern und insbesondere das Redoxpotential des mit dem Elektrolyt versetz ten Wassers zu erhöhen, wodurch eine desinfizierende Wirkung erhalten wird. Von Vorteil ist insbesondere die gute Gesundheits- und Umweltverträglichkeit der anläßlich der elektrochemischen Aktivierung erzeugten Stoffe in deren jeweiligen Konzentrationen, welche gemäß der deutschen Trinkwasserverordnung (TwVO) auch zugelassen sind.The Method of electrochemical activation for the disinfection of Water is known. This is a dilute solution of an electrolyte, in particular a neutral salt, such as sodium chloride (NaCl) or saline, in an electrolysis reactor by applying a voltage to its Electrodes in a metastable state, which, depending on the nature of Water and the set process parameters over several Can last for hours. The electrolysis reactor has a cathode compartment with one or more cathodes and an anode compartment with one or more anodes, wherein the anode space and the cathode space by means of an electrically conductive - in particular one for Ion conductive - Diaphragm or by means of a membrane with the properties mentioned spatially from each other are separated to a mixture of located in both rooms Water / electrolyte solution to prevent. While in the electrolysis usually a substantially complete conversion of the sought educts, the electrolyte solution used is at the electrochemical activation only to a very small extent implemented the physical and chemical properties of the solution to change in an advantageous manner and in particular the redox potential of the staggered with the electrolyte th To increase water, whereby a disinfecting effect is obtained. Advantageous is in particular the good health and environmental compatibility on the occasion of electrochemical activation generated substances in their respective Concentrations, which according to the German Drinking Water Ordinance (TwVO) are also approved.
Wie
bei der Elektrolyse findet auch bei der elektrochemischen Aktivierung
an der Anode (d.h. an der positiv geladenen Elektrode) eine Oxidation
statt, während
an der Kathode (d.h. an der negativ geladenen Elektrode) eine Reduktion
stattfindet. Beim Einsatz einer verdünnten Neutralsalzlösung, wie
einer Natriumchloridlösung,
wird an der Kathode gemäß der nachfolgenden
Reaktionsgleichung (1) vornehmlich Wasserstoff erzeugt:
An
der Anode werden gemäß den nachfolgenden
Reaktionsgleichungen (2) und (3) insbesondere die chemischen Oxidationsmittel
Sauerstoff (O2) und Chlor (Cl2)
erzeugt, welche bekanntermaßen
hinsichtlich einer Desinfektion von Wasser wirksam sind:
Chlor
wiederum dissoziiert in Wasser entsprechend der nachfolgenden Gleichgewichtsreaktion
(4) in Hypochloritionen (OCl–) und Chloridionen (Cl–),
welche sich wiederum mit einem geeigneten Kation, z.B. Na+ aus dem Elektrolyt, oder mit einem Proton
bzw. einem H3O+-Ion
zu dem entsprechenden (Natrium salz bzw. zu der entsprechenden Säure, d.h.
zu hypochloriger Säure
(HClO) und Chlorwasserstoff bzw. verdünnter Salzsäure (HCl) zusammenlagern können:
Ferner
können
aus den vorgenannten, an der Anode gebildeten Stoffen durch Sekundärreaktionen
weitere Stoffe erzeugt werden, welche ebenfalls bekanntermaßen im Hinblick
auf eine Desinfektion von Wasser wirksam sind. Hierbei handelt es sich
insbesondere um Wasserstoffperoxid (H2O2, Reaktionsgleichung (5)), Ozon (O3, Reaktionsgleichung (6)), Chlordioxid (ClO2, Reaktionsgleichung (7)), Chlorate (ClO3 –, Reaktionsgleichung
(8)) und verschiedene Radikale (Reaktionsgleichungen (9) und (10)).
Nachteilig bei dem Verfahren der elektrochemischen Aktivierung ist insbesondere die mangelnde Qualitätskontrolle, da die für eine hinreichende Desinfektion des Wassers erforderlichen, meist empirisch ermittelten Verfahrensparameter, wie Menge der zugesetzten Elektrolytlösung, eingestellter Elektrodenspannung bzw. -strom und dergleichen, nicht nur von dem eingesetzten Elektrolysereaktor, wie dessen Reaktionsvolumen, dessen Anoden- und Kathodenfläche, der Verweilzeit des zu desinfizierenden Wassers in dem Reaktor etc., sondern insbesondere auch von der Zusammensetzung des jeweiligen, zu desinfizierenden Wassers, wie insbesondere dessen Leitfähigkeit und dessen Redoxpotential, abhängen. Ferner hat sich gezeigt, daß die mittels elektrochemischer Aktivierung gemäß dem Stand der Technik hergestellten Lösungen in der Regel – teils hochgradig – mit unerwünschten Produkten verunreinigt sind, wobei häufig gemäß der obigen Reaktionsgleichung (3) praktisch ausschließlich Chlorgas (Cl2) erzeugt wird, welches einen stechenden Geruch der elektrochemisch aktivierten Lösung verursacht. Überdies lassen sich aufgrund der in Abhängigkeit der vorgenannten Parameter stark schwankenden Zusammensetzung der elektrochemisch aktivierten Lösung keine zuverlässigen Angaben hinsichtlich der Haltbarkeit bzw. Lagerfähigkeit der elektrochemisch aktivierten Lösung treffen, so daß praktisch nur eine Produktion derselben vor Ort in Betracht kommt. In der Praxis hat sich das Verfahren daher – vornehmlich aufgrund seiner schlechten Handhabbarkeit bzw. der nur unzureichend möglichen Garantie einer hinreichenden Desinfektion – am Markt nicht durchsetzen können.A disadvantage of the method of electrochemical activation is in particular the lack of quality control, since the required for a sufficient disinfection of the water, mostly empirically determined process parameters, such as amount of added electrolyte solution, adjusted electrode voltage or current and the like, not only by the electrolysis reactor used, as its reaction volume, its anode and cathode surface, the residence time of the water to be disinfected in the reactor, etc., but in particular also on the composition of the respective water to be disinfected, in particular its conductivity and its redox potential depend. Furthermore, it has been shown that the solutions prepared by means of electrochemical activation according to the prior art are usually - sometimes highly contaminated with undesirable products, often according to the above reaction equation (3) almost exclusively chlorine gas (Cl 2 ) is produced, which causes a pungent odor of the electrochemically activated solution. Moreover, owing to the composition of the electrochemically activated solution which fluctuates greatly as a function of the abovementioned parameters, it is not possible to make reliable statements as to the durability or storability of the electrochemically activated solution, so that virtually only a production of the same takes place on site. In practice, therefore, the method has - mainly due to its poor handling and the insufficiently possible guarantee of adequate disinfection - on the market can not prevail.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines Desinfektionsmittels durch elektrochemische Aktivierung (ECA) von Wasser bzw. ein Verfahren zur Desinfektion von Wasser mittels eines solchen Desinfektionsmittels der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, daß eine im wesentlichen gleichbleibend hohe Desinfektionswirkung des Desinfektionsmittels bzw. des zu desinfizierenden Wassers sichergestellt ist, welche insbesondere auch der Trinkwasserverordnung genügt. Sie ist ferner auf ein mittels eines solchen Verfahrens hergestelltes Desinfektionsmittel sowie auf dessen Verwendung gerichtet.Of the The invention is therefore based on the object, a process for the preparation of a disinfectant by electrochemical activation (ECA) of water or a method for disinfecting water by means of to develop such a disinfectant of the type mentioned in the beginning, that one essentially consistently high disinfecting effect of the disinfectant or the water to be disinfected is ensured which especially the Drinking Water Ordinance is sufficient. She is also on disinfectant produced by such a process and directed to its use.
In verfahrenstechnischer Hinsicht wird diese Aufgabe bei einem gattungsgemäßen Verfahren zur Desinfektion von Wasser durch elektrochemische Aktivierung (ECA) dadurch gelöst, daß der pH-Wert der Wasser-/Elektrolytlösung in dem Anodenraum des Elektrolysereaktors auf einen Wert zwischen 2,5 und 3,5 gesteuert wird. Des weiteren ist zur Lösung dieser Aufgabe bei einem gattungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines Desinfektionsmittels durch elektrochemische Aktivierung (ECA) von Wasser erfindungsgemäß vorgesehen, daß der pH-Wert der Wasser-/Elektrolytlösung in dem Anodenraum auf einen Wert zwischen 2,5 und 3,5 gesteuert wird, wobei das Desinfektionsmittel in Form der derart elektrochemisch aktivierten, anodischen Wasser-/Elektrolytlösung erhalten wird. Hinsichtlich des Desinfektionsmittels selbst sieht die Erfindung zur Lösung des ihr zugrunde liegenden Problems ein mittels eines solchen Verfahrens hergestelltes Desinfektionsmittel vor.In From a process engineering point of view, this object is achieved in a generic method for the disinfection of water by electrochemical activation (ECA) solved in that the pH of the Water / electrolyte solution in the anode compartment of the electrolytic reactor to a value between 2.5 and 3.5 is controlled. Furthermore, to solve this Task in a generic method for the preparation of a disinfectant by electrochemical Activation (ECA) of water according to the invention provided that the pH the water / electrolyte solution controlled in the anode chamber to a value between 2.5 and 3.5 is, wherein the disinfectant in the form of such electrochemical activated, anodic water / electrolyte solution is obtained. Regarding the disinfectant itself sees the invention for solving the their underlying problem by means of such a procedure prepared disinfectant.
Überraschenderweise wurde gefunden, daß sich bei einer Einstellung des pH-Wertes der Wasser-/Elektrolytlösung, d.h. des zu desinfizierenden Wassers mit dem in dieses eingemischten Elektrolyt, wie der Natriumchloridlösung, auf einen Wert zwischen etwa 2,5 und etwa 3,5, vorzugsweise auf einen Wert zwischen etwa 2,7 und etwa 3,3, insbesondere auf einen Wert zwischen etwa 2,8 und etwa 3,2, z.B. auf einen Wert zwischen etwa 2,9 und etwa 3,1, wie auf einen Wert von etwa 3,0, nicht nur eine praktisch gleichbleibende Desinfektionswirkung für Trink- und Brauchwässer mit praktisch beliebiger Zusammensetzung, sondern auch eine hinreichende Depotwirkung ergibt, welche keine weiteren Desinfektionsschritte mehr erforderlich macht und welche insbesondere auch im Falle von Stoßbelastungen anhält. Die erfindungsgemäße Steuerung des pH-Wertes der Wasser-/Elektrolytlösung in dem Anodenraum des Elektrolysereaktors führt zu einer potentialkontrollierten anodischen Oxidation (PAO), wobei sich ein Redoxpotential zwischen etwa 1240 mV und etwa 1360 mV, vorzugsweise zwischen etwa 1280 mV und etwa 1360 mV, insbesondere zwischen etwa 1320 mV und etwa 1360 mV, einstellt. Untersuchungen haben nicht nur gezeigt, daß sich die als Testkeime eingesetzten Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa und Enterococcus faecium bei einer Verdünnung der auf die erfindungsgemäße Weise durch elektrochemische Aktivierung unter potentialkontrollierter anodischer Oxidation hergestellten, anodischen Wasser-/Elektrolytlösung von etwa 1:400 innerhalb von etwa 30 s um mehr als vier Zehnerpotenzen reduzieren lassen, sondern daß auch ältere Rohrleitungen mit einem bereits optisch sichtbaren Befall von einem Biorasen innerhalb von zwei bis vier Wochen praktisch vollständig von dem Biorasen befreit werden. Folglich stellt bereits eine Verdünnung von etwa 1:400 eine z.B. zur Desinfektion von Trink- und Brauchwasser oder Schwimmbadwasser geeignete, höchst effiziente Verdünnung dar. Wie weiter unten noch näher erläutert, ist es selbstverständlich auch möglich, die mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens erzeugte anodische Wasser-/Elektrolytlösung – z.B. in konzentrierterer Form – für eine Vielzahl an weiteren Anwendungszwecken einzusetzen. Ferner ist es selbstverständlich auch möglich, im Falle einer Desinfektion von Wasser, z.B. auch nur über einen begrenzten Zeitraum, höhere Konzentrationen bzw. geringere Verdünnungen der anodischen Wasser-/Elektrolytlösung dem zu desinfizierenden Wasser zuzusetzen, um im Falle von in Rohrleitungssystemen aufgetretenen Kalamitäten für eine wirksame Akutbehandlung zu sorgen. Solche Verdünnungen können dann z.B. zwischen etwa 1:100 bis etwa 1:200 betragen, wobei die Verdünnung natürlich grundsätzlich von dem jeweiligen Anwendungsfall abhängt.Surprisingly, it has been found that when adjusting the pH of the water / electrolyte solution, ie the water to be disinfected with the admixed in this electrolyte, such as the sodium chloride solution, to a value between about 2.5 and about 3.5, preferably to a value between about 2.7 and about 3.3, in particular to a value between about 2.8 and about 3.2, for example to a value between about 2.9 and about 3.1, such as to a value of about 3.0, not only a virtually constant disinfecting effect for drinking and service water with virtually any composition, but also provides a sufficient depot effect, which makes no further disinfection steps more necessary and which persists especially in the case of shock loads. The inventive control of the pH of the water / electrolyte solution in the anode compartment of the electrolysis reactor leads to a potential-controlled anodic oxidation (PAO), wherein a redox potential between about 1240 mV and about 1360 mV, preferably between about 1280 mV and about 1360 mV, in particular between about 1320 mV and about 1360 mV. Investigations have not only shown that the Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa and Enterococcus faecium used as test germs at a dilution of the prepared in the manner according to the invention by electrochemical activation under potential-controlled anodic oxidation, anodic water / electrolyte solution of about 1: 400 within about 30 s by more than four orders of magnitude can be reduced, but that also older pipelines with an already optically visible infestation of a biorasen be virtually completely freed from the biorasen within two to four weeks. Consequently, a dilution of about 1: 400 already represents, for example, a highly efficient dilution suitable for disinfecting drinking and service water or swimming pool water. As will be explained in more detail below, it is of course also possible to use the anodic water produced by the process according to the invention. / Electrolytic solution - eg in concentrated form - for a variety of other applications. Furthermore, it is of course also possible in the case of disinfection of water, for example, even over a limited period, higher concentrations or lower dilutions of the anodic water / electrolyte solution to add the water to be disinfected, in the case of occurred in piping calamities for a to provide effective acute treatment. Such dilutions may then be, for example, between about 1: 100 to about 1: 200, the dilution being of course fundamentally dependent on the particular application.
Darüber hinaus wurde gefunden, daß die Einstellung des pH-Wertes der anodischen Wasser-/Elektrolytlösung in dem Elektrolysereaktor auf den erfindungsgemäßen pH-Wertebereich keine dauerhafte Absenkung des pH-Wertes des zu desinfizierenden Wassers auf diesen Wert bewirkt, was aufgrund des verhältnismäßig sauren pH-Wertes für viele potentielle Anwendungsmöglichkeiten der elektrochemischen Aktivierung, z.B. für Trinkwässer, unerwünscht sein könnte. Dies liegt einerseits an der nur sehr geringen, zur Desinfektion des Wassers erforderlichen zudosierten Menge des Desinfektionsmittels in Form der elektrochemisch aktivierten, anodischen Wasser-/Elektrolytlösung (z.B. in einer Verdünnung von etwa 1:300 bis 1:500), welche je nach Pufferkapazität des Wassers auch bei sehr weichen Wässern eine pH-Wertabsenkung von höchstens etwa –0,2 verursacht. Andererseits steigt der pH-Wert nach einiger Zeit wieder an, wobei vermutet wird, daß dies auf den Zerfall der anläßlich der elektrochemischen Aktivierung erzeugten, metastabilen Stoffe, wie Ozon, verschiedenen Radikalen etc. (vgl. auch die obigen Reaktionsgleichungen), zurückzuführen ist. Gleichwohl wird jedoch – wie bereits erwähnt – die hervorragende Desinfektionswirkung erreicht.Furthermore it was found that the setting the pH of the anodic water / electrolyte solution in the electrolysis reactor on the pH range according to the invention no permanent Lowering the pH of the water to be disinfected on this Value causes, due to the relatively acidic pH for many potential applications electrochemical activation, e.g. for drinking water, could be undesirable. This is on the one hand at the very low, for disinfection of Water required metered amount of disinfectant in the form of the electrochemically activated, anodic water / electrolyte solution (e.g. in a dilution from about 1: 300 to 1: 500), depending on the buffering capacity of the water even with very soft waters a pH reduction of at most about -0.2 causes. On the other hand, the pH rises again after some time, with it is suspected that this on the decay of the occasion of the electrochemical activation generated metastable substances, such as Ozone, various radicals, etc. (see also the above reaction equations), is due. Nevertheless, however - like already mentioned - the excellent Disinfection effect achieved.
Überdies läßt sich die Entstehung von Chlorgas gemäß der obigen Reaktionsgleichung (3) auf ein Minimum begrenzen, so daß das Desinfektionsmittel in Form der elektrochemisch aktivierten, anodischen Wasser-/Elektrolytlösung allenfalls einen sehr schwachen Chlorgeruch besitzt, während das desinfizierte Wasser, welchem diese Lösung in der geeigneten Verdünnung zugesetzt worden ist, überhaupt keinen für Chlor typischen Geruch aufweist. Infolge der potentialkontrollierten anodischen Oxidation werden vornehmlich Hypochlorite, wie Natriumhypochlorit (NaClO), metastabile radikalische Verbindungen sowie in geringeren Mengen Chlorwasserstoff anstelle von Chlorgas (Cl2) erzeugt, d.h. das Gleichgewicht der obigen Reaktionsgleichung (4) wird durch die erfindungsgemäße Verfahrensführung offenbar nach rechts verschoben.Moreover, the formation of chlorine gas according to the above reaction equation (3) can be limited to a minimum, so that the disinfectant in the form of electrochemically activated, anodic water / electrolyte solution at best has a very weak chlorine odor, while the disinfected water, which this solution in has been added to the appropriate dilution, has no smell characteristic of chlorine at all. As a result of the potential-controlled anodic oxidation, hypochlorites, such as sodium hypochlorite (NaClO), metastable radical compounds and in smaller amounts of hydrogen chloride instead of chlorine gas (Cl 2 ) are produced, ie the balance of the above reaction equation (4) is apparently shifted to the right by the process of the invention ,
Aufgrund der räumlichen Trennung des Anodenraums, in welchem die zu Desinfektionszwecken hoch wirksame, elektrochemisch aktivierte Wasser-/Elektrolytlösung erzeugt wird, von dem Kathodenraum wird eine Vermischung der anläßlich der elektrochemischen Aktivierung im Anodenraum erzeugten Produkte mit den im Kathodenraum erzeugten Produkten und somit die Bildung von zur Desinfektion des Wassers wenig(er) geeigneten Stoffen zu verhindern. Dies kann z.B. durch eine Trennung des Anodenraumes von dem Kathodenraum des Elektrolysereaktors mittels eines Diaphragmas, einer Membran oder dergleichen geschehen, welche(s) elektrisch leitfähig, aber im wesentlichen flüssigkeitsdicht ausgebildet ist. In diesem Zusammenhang hat sich beispielsweise ein(e) Diaphragma/Membran aus porösem Zirkoniumdioxid (ZrO2) als geeignet erwiesen.Due to the spatial separation of the anode space, in which the disinfectant highly effective, electrochemically activated water / electrolytic solution is generated from the cathode space is a mixing of the products generated during the electrochemical activation in the anode compartment products with the products produced in the cathode compartment and thus the formation of to prevent disinfection of the water little (s) suitable substances. This can be done for example by a separation of the anode space from the cathode space of the electrolysis reactor by means of a diaphragm, a membrane or the like, which (s) is electrically conductive, but substantially liquid-tight. In this context, for example, a diaphragm / membrane of porous zirconia (ZrO 2 ) has been found to be suitable.
Mit "Steuerung des pH-Wertes auf einen Wert im Bereich von 2,5 bis 3,5" ist im Sinne der Erfindung im übrigen gemeint, daß das aus dem von dem Kathodenraum durch ein(e) elektrisch leitfähige(s) Diaphragma/Membran räumlich getrennten Anodenraum des Elektrolysereaktors austretende Lösung – bzw. die elektrochemisch aktivierte, anodische Wasser-/Elektrolytlösung -, einen solchen pH-Wert aufweist, d.h. die Steuerung des pH-Wertes geschieht derart, daß sich dieser pH-Wert am Ende des Reaktors eingestellt hat. Mit "Steuerung" des pH-Wertes ist sowohl eine geeignete, mehr oder minder statische Voreinstellung der Verfahrensparameter als auch insbesondere eine dynamische Regelung der Verfahrensparameter während des Reaktorbetriebs angesprochen.With "control of pH to a value in the range of 2.5 to 3.5 "is meant for the purposes of the invention, that this from the cathode compartment through an electrically conductive (s) Diaphragm / membrane spatially Separate anode compartment of the electrolytic reactor emerging solution - or the electrochemically activated, anodic water / electrolyte solution -, having such a pH, i. the control of the pH happens such that this pH has been set at the end of the reactor. With "control" of the pH is both a suitable, more or less static default the process parameters and in particular a dynamic control the process parameters during the reactor operation addressed.
Der pH-Wert der Wasser-/Elektrolytlösung in dem Anodenraum läßt sich grundsätzlich auf verschiedene Weise steuern. Während es hierzu z.B. prinzipiell möglich ist, dem zu desinfizierenden Wasser zusätzlich zu dem Elektrolyt eine jeweils geeignete Menge an einer Säure, wie einer Mineralsäu re oder einer organischen Säure, zuzusetzen, ist in bevorzugter Ausführung vorgesehen, daß der pH-Wert auf den erfindungsgemäßen Wertebereich gesteuert wird, ohne eine solche – zusätzliche – Säure hinzu zu dosieren. Wie aus den obigen, an der Anode stattfindenden Reaktionsgleichungen ersichtlich, werden bei den an der Anode ablaufenden Oxidationsreaktionen vielfach Protonen bzw. H3O+-Ionen erzeugt, welche den pH-Wert folglich herabsetzen. Aus diesem Grund ist es möglich, den pH-Wert allein durch die an der Anode ablaufenden Reaktionen innerhalb des erfindungsgemäßen Bereiches einzustellen, wobei eine Erhöhung des bei der elektrochemischen Aktivierung erzielten Umsatzes an der Anode eine vermehrte Erzeugung von Protonen und folglich einen geringeren pH-Wert ergibt. Der anläßlich der elektrochemischen Aktivierung erhaltene Umsatz kann bei einer vorgegebenen Reaktorgeometrie wiederum dadurch erhöht werden, indem ein erhöhter Stromfluß zwischen den Elektroden eingestellt bzw. indem an die Elektroden eine höhere Spannung angelegt wird (welche einen höheren elektrischen Stromfluß zwischen den Elektroden zur Folge hat), indem die Verweilzeit der Wasser-/Elektrolytlösung in dem Reaktor erhöht wird (bzw. – sofern eine kontinuierliche oder semikontinuierliche Verfahrensführung vorgesehen ist – indem der Volumenstrom der Lösung durch den Reaktor verlangsamt wird), und/oder indem mehr Elektrolytlösung, z.B. mehr Natriumchloridlösung, zudosiert wird, also eine erhöhte Eduktmenge eingesetzt wird.The pH of the water / electrolyte solution in the anode compartment can basically be controlled in various ways. While it is possible in principle for this purpose, in addition to the electrolyte to be disinfected water in each case a suitable amount of an acid such as a Mineralsäu or an organic acid, is provided in a preferred embodiment, that the pH on the range of values according to the invention is controlled without any additional - to add additional acid. As can be seen from the above reaction equations taking place at the anode, proton or H 3 O + ions are often produced in the oxidation reactions taking place at the anode, which consequently reduce the pH. For this reason, it is possible to control the pH alone to adjust the occurring at the anode reactions within the range of the invention, wherein an increase in the conversion achieved at the anode during the electrochemical activation results in an increased generation of protons and consequently a lower pH. The conversion obtained on the occasion of the electrochemical activation can in turn be increased for a given reactor geometry by adjusting an increased current flow between the electrodes or by applying a higher voltage to the electrodes (which results in a higher electrical current flow between the electrodes), by increasing the residence time of the water / electrolyte solution in the reactor (or, if a continuous or semi-continuous process is provided - by slowing the volume flow of the solution through the reactor), and / or adding more electrolyte solution, eg more sodium chloride solution is, so an increased educt amount is used.
Andererseits ist es aufgrund dieser Abhängigkeit des pH-Wertes der Wasser-/Elektrolytlösung von dem Umsatz des Elektrolyts in dem Anodenraum des Reaktor auch möglich, den pH-wert unmittelbar oder mittelbar zu messen, um auf diese, Weise einen Ist-Wert zu erhalten, welcher – z.B. mittels herkömmlicher steuerungstechnischer Einrichtungen, wie mittels eines PID-Reglers – auf den erfindungsgemäßen Soll- Wert gesteuert werden kann. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist daher vorgesehen, daß der pH-Wert der Wasser-/Elektrolytlösung unmittelbar mittels eines pH-Meters gemessen wird. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, daß der pH-Wert der Wasser-/Elektrolytlösung mittelbar über den zwischen den Elektroden fließenden Strom gemessen wird (z.B. über die zur Erzielung eines solchen Stroms erforderliche Spannung, welche an die Elektroden angelegt werden muß) und/oder daß der pH-Wert der Wasser-/Elektrolytlösung mittelbar über die Verweilzeit in dem bzw. – im Falle einer (semi)kontinuierlichen Verfahrensführung – über den Volumenstrom derselben durch den Elektrolysereaktor gemessen wird.on the other hand it is because of this dependence the pH of the Water / electrolyte solution of the conversion of the electrolyte in the anode compartment of the reactor also possible, the To measure pH directly or indirectly to this way to obtain an actual value which - e.g. by means of conventional control equipment, such as by means of a PID controller - on the The target value according to the invention can be controlled can. According to one preferred embodiment The invention is therefore intended that the pH of the water / electrolyte solution directly measured by means of a pH meter. Alternatively or additionally be provided that the pH of the water / electrolyte solution indirectly over the flowing between the electrodes Current is measured (e.g. the voltage required to achieve such a current, which must be applied to the electrodes) and / or that the pH the water / electrolyte solution indirectly via the residence time in or - in the case a (semi) continuous process control - on the flow rate of the same is measured by the electrolysis reactor.
Wie bereits angedeutet, sieht eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens vor, daß der pH-Wert der Wasser-/Elektrolytlösung in dem Anodenraum des Elektrolysereaktors durch gesteuertes Zusetzen der entsprechenden Menge an Elektrolytlösung gesteuert wird, d.h. es wird mehr Elektrolytlösung, d.h. mehr Edukt, zugesetzt, wenn der pH-Wert erniedrigt werden muß, um in den erfindungsgemäßen Bereich gesteuert zu werden, während weniger Elektrolytlösung, d.h. weniger Edukt, zugesetzt wird, wenn der pH-Wert erhöht werden muß, um in den erfindungsgemäßen Bereich gesteuert zu werden. Die Zudosierung der entsprechenden Menge an Elektrolytlösung, z.B. Natriumchloridlösung, kann beispielsweise mittels einer Dosierpumpe geschehen, wobei die hierdurch erzeugte Wasser-/Elektrolytlösung vor dem Eintritt in den Elektrolysereaktor vorzugsweise möglichst homogen vermischt wird, um für einen gleichmäßigen Betrieb des Elektrolysereaktors zu sorgen. Als geeignete Mischeinrichtung hat sich insbesondere ein Kugelmischer bewährt, bei welchem die Wasser-/Elektrolytlösung durch eine Kugelschüttung geleitet wird.As already indicated, provides a preferred embodiment of the method according to the invention before that pH of the water / electrolyte solution in the anode compartment of the electrolysis reactor by controlled addition the appropriate amount of electrolyte solution is controlled, i. it will more electrolyte solution, i.e. more educt, added when the pH must be lowered to in the range of the invention to be controlled while less electrolyte solution, i.e. less starting material is added when the pH is increased must, um in the range according to the invention to be controlled. The addition of the appropriate amount Electrolyte solution, e.g. Sodium chloride solution, can be done for example by means of a metering pump, wherein the This produced water / electrolyte solution before entering the Electrolysis reactor is preferably mixed as homogeneously as possible, around for a smooth operation of the electrolysis reactor. As a suitable mixing device In particular, a ball mixer has proven in which the water / electrolyte solution by a ballast is directed.
Alternativ oder zusätzlich kann in bevorzugter Ausführung vorgesehen sein, daß der pH-Wert der Wasser-/Elektrolytlösung in dem Anodenraum durch Steuerung des zwischen den Elektroden fließenden Stromes gesteuert wird, indem z.B. an die Elektroden des Elektrolysereaktors eine geeignete Spannung angelegt wird, welche für einen zur Erzielung des erfindungsgemäßen pH-Wertebereiches erforderlichen Stromfluß sorgt. Ferner ist es alternativ oder zusätzlich möglich, daß der pH-Wert der Wasser-/Elektrolytlösung indem Anodenraum durch Steuerung der Verweilzeit und/oder des Volumenstroms derselben in dem bzw. durch den Elektrolysereaktor gesteuert wird. In jedem Fall können ein oder mehrere Parameter im wesentlichen auf einem konstanten Wert gehalten bzw. geregelt werden.alternative or additionally can in a preferred embodiment be provided that the pH of the water / electrolyte solution in the anode space by controlling the current flowing between the electrodes is controlled by e.g. to the electrodes of the electrolysis reactor a suitable voltage is applied, which is one for achieving the pH range according to the invention required current flow ensures. Further, it is alternatively or additionally possible that the pH of the water / electrolyte solution by Anode space by controlling the residence time and / or the flow rate of the same in which or by the electrolysis reactor is controlled. In each Case can one or more parameters substantially at a constant value be kept or regulated.
Um einen Elektrolysereaktor mit einer vorgegebenen Reaktorgeometrie in Abhängigkeit des zu desinfizierenden Wassers zu kalibrieren, d.h. um eine Einstellung der für eine Steuerung des pH-Wertes des Wasser-/Elektrolytlösung auf den erfindungsgemäßen Wertebereich erforderlichen Verfahrensparameter vorzunehmen, sieht eine vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens vor, daß zur Steuerung des pH-Wertes der Wasser-/Elektrolytlösung in dem Anodenraum des Elektrolysereaktors auf einen pH-Wert zwischen 2,5 und 3,5, insbesondere zwischen 2,7 und 3,3, bei einem vorgegebenen Sollstrom zwischen den Elektroden des Elektrolysereaktors eine von der jeweiligen Zusammensetzung des zu desinfizierenden Wassers abhängige Verweilzeit (TV) und/oder eine von der jeweiligen Zusammensetzung des Wassers abhängiger Volumenstrom (V') der Wasser-/Elektrolytlösung in dem bzw. durch den Elektrolysereaktor ermittelt wird. Dabei sieht eine vorteilhafte Ausführungsform des Verfahrens vor, daß die Verweilzeit (TV) und/oder der Volumenstrom (V') in dem bzw. durch den Elektrolysereaktor in Abhängigkeit von der Leitfähigkeit (κ) und/oder von der Härte (H) des Wassers ermittelt wird. Da insbesondere die Leitfähigkeit des Wassers einen verhältnismäßig großen Einfluß auf die zum Erreichen des erfindungsgemäßen pH-Wertes erforderliche Verweilzeit der Lösung in dem Reaktor bzw. – im Falle einer (semi)kontinuierlichen Verfahrensführung – auf den entsprechenden Volumenstrom durch den Reaktor besitzt, ist es auf diese Weise möglich, zunächst einen für das jeweils zu desinfizierende Wasser zweckmäßige(n) Verweilzeit/Volumenstrom zu ermitteln, wobei zur Ermittlung dieser Abhängigkeit ein geeigneter Strom an die Elektroden des Reaktors angelegt wird, welcher z.B. empirisch ermittelt werden kann und vorzugsweise – wie auch die Menge an zudosierter Elektrolytlösung – konstant gehalten wird. Dabei kann vorgesehen sein, daß die Verweilzeit bzw. der Volumenstrom anstelle in Abhängigkeit von der Leitfähigkeit des zu desinfizierenden Wassers in Abhängigkeit von der für die elektrische Leitfähigkeit des Wassers repräsentativen Härte des Wassers ermittelt wird, d.h. anstelle der zur Gesamtkonzentration an in dem Wasser enthaltenen Ionen proportionalen Leitfähigkeit des Wassers wird nur dessen Härte, also dessen Konzentration an Calcium- und Magnesiumionen, herangezogen.In order to calibrate an electrolysis reactor with a given reactor geometry as a function of the water to be disinfected, ie to make an adjustment of the process parameters required for controlling the pH of the water / electrolyte solution to the value range according to the invention, provides an advantageous embodiment of the method that for controlling the pH of the water / electrolyte solution in the anode chamber of the electrolysis reactor to a pH of between 2.5 and 3.5, in particular between 2.7 and 3.3, at a predetermined desired current between the electrodes of the electrolysis reactor a is determined by the respective composition of the water to be disinfected dwell time (T V ) and / or depending on the particular composition of the water flow rate (V ') of the water / electrolyte solution in or by the electrolysis reactor is determined. An advantageous embodiment of the method provides that the residence time (T V ) and / or the volume flow (V ') in or through the electrolysis reactor as a function of the conductivity (κ) and / or the hardness (H) of Water is detected. Since, in particular, the conductivity of the water has a relatively great influence on the residence time of the solution in the reactor required for achieving the pH according to the invention or, in the case of a (semi) continuous process, on the corresponding volume flow through the reactor, it is up This way it is possible to first determine a residence time / volume flow which is appropriate for the water to be disinfected, wherein to determine this dependence, a suitable current is applied to the electrodes of the reactor, which, for example, can be determined empirically and preferably - as well as the amount of metered-in electrolyte solution - is kept constant. It can be provided that the residence time or the volume flow is determined instead of depending on the conductivity of the water to be disinfected depending on the representative of the electrical conductivity of the water hardness of the water, ie instead of the total concentration of ions contained in the water proportional conductivity of the water is only the hardness, ie its concentration of calcium and magnesium ions used.
Eine
bevorzugte Ausführung
sieht in diesem Zusammenhang vor, daß die Verweilzeit (TV) und/oder der Volumenstrom (V') gemäß einer
Geradengleichung der Form
In
weiterhin bevorzugter Ausführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens
ist vorgesehen, daß zur
Steuerung des pH-Wertes der Wasser-/Elektrolytlösung in dem Anodenraum des
Elektrolysereaktors auf einen pH-Wert zwischen 2,5 und 3,5, insbesondere
zwischen 2,7 und 3,3, bei einer vorgegebenen Verweilzeit (TV) der Wasser-/Elektrolytlösung in dem
Elektrolysereaktor und/oder bei einem vorgegebenen Volumenstrom
(V') der Wasser-/Elektrolytlösung durch
den Elektrolysereaktor ein von der jeweiligen Zusammensetzung des
zu desinfizierenden Wassers abhängiger,
statischer Sollstrom (Isoll, stat) zwischen
den Elektroden ermittelt wird. Auch in diesem Fall ist es von Vorteil,
wenn der statische Sollstrom (Isoll, stat)
in Abhängigkeit
von der Leitfähigkeit
(κ) und/oder
von der Härte
(H) des Wassers ermittelt wird. Überdies
kann wiederum vorzugsweise vorgesehen sein, daß der statische Sollstrom Isoll, stat gemäß einer Geradengleichung der
Form
Um zusätzlich zu einer mehr oder minder statischen Steuerung des anodischen Potentials des Elektrolysereaktors der oben genannten Art für eine dynamische Regelung in Abhängigkeit der gegebenenfalls sich über die Zeit verändernden, tatsächlichen Parameter zu sorgen, sieht eine besonders bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens vor, daß zur Steuerung des pH-Wertes der Wasser-/Elektrolytlösung in dem Anodenraum des Elektrolysereaktors (6) auf einen pH-Wert zwischen 2,5 und 3,5, insbesondere zwischen 2,7 und 3,3, bei einem vorgegebenen statischen Sollstrom (Isoll, stat) zwischen den Elektroden des Elektrolysereaktors ein von der jeweiligen Verweilzeit der Wasser-/Elektrolytlösung in dem Elektrolysereaktor und/oder von dem jeweiligen Volumenstrom der Wasser-/Elektrolytlösung durch den Elektrolysereaktor abhängiger, dynamischer Sollstrom (Isoll, dyn) ermittelt wird, so daß die Steuerung des Reaktors zum Zwecke einer Aufrechterhaltung des pH-Wertes der elektrochemisch aktivierten, anodischen Wasser-/Elektrolytlösung im Bereich von 3 in situ in Abhängigkeit der gemessenen tatsächlichen Parameter, wie der Verweilzeit bzw. des Volumenstroms, geschehen kann.In order to provide a more or less static control of the anodic potential of the electrolysis reactor of the type mentioned above for a dynamic control depending on the possibly changing over time, actual parameters, provides a particularly preferred embodiment of the inventive method that for control the pH of the water / electrolyte solution in the anode chamber of the electrolysis reactor (6) to a pH of between 2.5 and 3.5, in particular between 2.7 and 3.3, at a predetermined static nominal current (I soll, Stat ) between the electrodes of the electrolytic reactor is determined by the respective residence time of the water / electrolyte solution in the electrolysis reactor and / or by the respective volume flow of the water / electrolyte solution by the electrolysis reactor dependent dynamic target current (I soll, dyn ), so that the control of the reactor for the purpose of maintaining the pH of the el electrochemically activated, anodic water / electrolyte solution in the range of 3 in situ depending on the measured actual parameters, such as the residence time or the volume flow, can be done.
Der
dynamische Sollstrom (Isoll, dyn) wird vorzugsweise
ebenfalls gemäß einer
Geradengleichung der Form
An
die Elektroden des Elektrolysereaktors wird bei einer solchen Steuerung,
welche sowohl statische, von dem jeweils eingesetzten Wasser abhängige Einstellkomponenten
als auch dynamische, von den tatsächlich gemessenen Parametern
abhängige Regelungskomponenten
umfaßt,
vorzugsweise ein Gesamt-Sollstrom (Isoll, ges)
angelegt, welcher aus der Summe des statischen Sollstromes (Isoll, stat) und des dynamischen Sollstromes
(Isoll, dyn) gebildet ist:
Wie bereits erwähnt, wird die Menge an zudosierter Elektrolytlösung sowohl hinsichtlich der Voreinstellung des Reaktors als auch während des Betriebs im wesentlichen konstant gehalten, wobei der Reaktor z.B. stets in seinem optimalen Betriebszustand mit einem bestimmten Volumenstrom an Wasser (bzw. mit einer bestimmten Verweilzeit des Wassers in dem Reaktor) gefahren werden kann und z.B. im Falle einer Desinfektion von Wasser mit Spitzenlasten großen Bedarfs und Ruhezeiten geringen Bedarfs vorgesehen sein kann, den Reaktor einerseits von Zeit zu Zeit abzuschalten (z.B. während Ruhezeiten) und andererseits einen Speicher für die produzierte elektrochemisch aktivierte, anodische Wasser-/Elektrolytlösung bereitzustellen, um Spitzenlasten zu überbrücken.As already mentioned, is the amount of added electrolyte solution both in terms of default of the reactor as well as during the operation is kept substantially constant, the reactor e.g. always in its optimal operating condition with a specific one Volume flow of water (or with a certain residence time of the water in the reactor) and e.g. in case of disinfection of water with peak loads of great needs and rest periods low demand can be provided, the reactor on the one hand of Time to time shut down (e.g., during rest periods) and on the other hand a memory for to provide the produced electrochemically activated, anodic water / electrolyte solution, to bridge peak loads.
Ein besonderer Vorteil der dynamischen Regelungskomponente der erfindungsgemäßen Steuerung besteht darin, daß in dem Fall, wenn die gemessene Verweilzeit der Wasser-/Elektrolytlösung und/oder der gemessene Volumenstrom derselben in dem bzw. durch den Elektrolysereaktor absinkt, bei einem solchen gemessenen Abfall dieser Verweilzeit und/oder dieses Volumenstroms der zwischen den Elektroden fließende Gesamtstrom (Isoll, ges) kurzzeitig aufgrund des dynamischen Anteils (Isoll, dyn) ebenfalls abgesenkt werden kann. Es wurde festgestellt, daß sich insbesondere im Falle eines kontinuierlichen Betriebs der elektrochemischen Aktivierung Gasbläschen bilden können, wie insbesondere aus dem zu desinfizierenden Wasser ausgasender Sauerstoff sowie Chlorgas, wodurch der bei der elektrochemischen Aktivierung erzielte Umsatz beeinträchtigt wird und folglich auch der pH-Wert ansteigt und wobei ferner eine Verminderung des Volumenstroms durch den Reaktor detektierbar ist. Um dem entgegenzuwirken, hat sich insbesondere eine kurzzeitige Erniedrigung des zwischen den Elektroden des Elektrolysereaktors fließenden Stromes als vorteilhaft erwiesen, was durch den dynamischen Anteil des Sollstroms möglich ist. Eine solche Maßnahme der dynamischen Steuerung bzw. Regelung kann ferner auch unabhängig von der erfindungsgemäß vorgesehenen statischen Steuerung des pH-Wertes des Wasser-/Elektrolytlösung in Abhängigkeit von der Leitfähigkeit bzw. von der Härte des Wassers zweckmäßig sein, um eine Bildung von Gasbläschen in dem Elektrolysereaktor, welche offenbar auf eine Art labiles Gleichgewicht zurückzuführen ist, zu beseitigen und wieder zu einem für eine einwandfreie Desinfektion des Wassers geeigneten Betrieb der elektrochemischen Aktivierung zurückzukehren.A particular advantage of the dynamic control component of the control according to the invention is that in the case when the measured residence time of the water / electrolytic solution and / or the measured volume flow of the same sinks in or through the electrolysis reactor, at such a measured drop of this residence time and / or this volume flow of the total current flowing between the electrodes (I soll, ges ) can also be lowered for a short time due to the dynamic component (I soll, dyn ). It has been found that, in particular in the case of continuous operation of the electrochemical activation gas bubbles can form, in particular from ausgasender to be disinfected water oxygen and chlorine gas, whereby the conversion achieved in the electrochemical activation is impaired and consequently the pH increases and further wherein a reduction of the volume flow through the reactor is detectable. In order to counteract this, in particular a short-term reduction of the current flowing between the electrodes of the electrolysis reactor has proved to be advantageous, which is possible due to the dynamic portion of the desired current. Such a measure of the dynamic control or regulation can also be appropriate independently of the inventively provided static control of the pH of the water / electrolyte solution depending on the conductivity or the hardness of the water to a formation of gas bubbles in the Electrolysis reactor, which is apparently due to a kind of labile balance to eliminate and return to a suitable for proper disinfection of the water operation of the electrochemical activation.
Wie bereits erwähnt, kann vorzugsweise vorgesehen sein, daß die Elektrolytlösung in Form einer – insbesondere im wesentlichen gesättigten – Natriumchloridlösung zugesetzt wird. Indes sind auch andere Elektrolytlösungen denkbar, wobei sich – auch aufgrund ihrer äußerst hohen Löslichkeit in Wasser – insbesondere Neutralsalze mit einem Alkalimetallkation, vorzugsweise aus der Gruppe Natrium (Na) und Kalium (K), und mit einem Halogenanion, vorzugsweise aus der Gruppe Fluor (F), Chlor (Cl), Brom (Br) und Jod (I), als zweckmäßig erwiesen haben.As already mentioned, may preferably be provided that the electrolyte solution in Form one - in particular Substantially saturated - added sodium chloride solution. However, other electrolyte solutions are conceivable, with - also due their extremely high solubility in water - in particular Neutral salts with an alkali metal cation, preferably from the Sodium (Na) and potassium (K), and with a halogen anion, preferably from the group fluorine (F), chlorine (Cl), bromine (Br) and Iodine (I) proved to be expedient to have.
Wie bereits angedeutet, kann es nicht nur im Hinblick auf die Herstellung des erfindungsgemäßen Desinfektionsmittels selbst, sondern auch im Falle einer Desinfektion von Wasser von Vorteil sein, ausschließlich die in dem Anodenraum erzeugte, elektrochemisch aktivierte Wasser-/Elektrolytlösung zur Desinfektion des Wassers zu verwenden und die zur Desinfektion weniger geeignete, in dem Kathodenraum erzeugte Lösung zu verwerfen.As As already indicated, it can not be just in terms of manufacturing the disinfectant of the invention itself, but also in the case of disinfecting water from Be an advantage, exclusively the generated in the anode compartment, electrochemically activated water / electrolyte solution for disinfection of water and less suitable for disinfection, in the cathode compartment generated solution to reject.
Ferner kann es bei der Desinfektion von Wasser insbesondere günstig sein, wenn aus dem zu desinfizierenden Wasser ein Teilstrom abgezweigt, der Teilstrom elektrochemisch aktiviert und zumindest (oder ausschließlich) der in dem Anodenraum elektrochemisch aktivierte Teilstrom dem zu desinfizierenden Wasser als Desinfektionsmittel zugesetzt wird, wobei dieses Desinfektionsmittel – wie bereits erwähnt – je nach Anwendungsfall z.B. in einer Verdünnung von etwa 1:200 bis etwa 1:500 dem zu desinfizierenden Wasser wieder zugesetzt wird.Further it may be particularly beneficial in the disinfection of water, if a partial flow diverted from the water to be disinfected, the Partial flow electrochemically activated and at least (or exclusively) the in the anode compartment electrochemically activated partial flow to be disinfected Water is added as a disinfectant, said disinfectant - as already mentioned - depending on Use case e.g. at a dilution of about 1: 200 to about 1: 500 is added to the water to be disinfected again.
Schließlich ist das erfindungsgemäße Verfahren insbesondere zur kontinuierlichen oder semikontinuierlichen Durchführung geeignet, wobei ein Teilstrom des zu desinfizierenden Wassers bzw. das zur Herstellung des Desinfektionsmittels in Form der in erfindungsgemäßer Weise elektrochemisch aktivierten, anodischen Wasser-/Elektrolytlösung (semi)kontinu ierlich durch den Elektrolysereaktor hindurch geleitet wird.Finally is the inventive method especially suitable for continuous or semi-continuous implementation, a partial flow of the water to be disinfected or the Production of the disinfectant in the form of the invention electrochemically activated, anodic water / electrolyte solution (semi) continuous passed through the electrolysis reactor.
Die Erfindung betrifft ferner ein Desinfektionsmittel in Form einer auf die erfindungsgemäße Weise hergestellten, elektrochemisch aktivierten, anodischen Wasser-/Elektrolytlösung. Die gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Lösung kann als Desinfektionsmittel z.B. überall dort zum Einsatz gelangen, wo eine einwandfreie Desinfektion von Wasser, insbesondere auch unter Einhaltung der Trinkwasserverordnung, erforderlich ist, wie zur Desinfektion der kommunalen Wasserversorgung oder der Wasserversorgung von Krankenhäusern, Schulen, Pflegeheimen, Gewerbebetrieben, Hotels oder anderen gastronomischen Betrieben und Sportvereinen (z.B. zur Zudosierung in das Wasser der sanitären Anlagen), Bahnhöfen, Flughäfen, Großküchen, zur Desinfektion von Schwimmbadwasser oder Regenwasser (z.B. zur Beigabe bei der Regenwasseraufbereitung) bzw. zum Zusatz in Wasservorratstanks beliebiger Art, für Entsalzungsanlagen, wie Meerwasserentsalzungsanlagen auf Schiffen oder auf dem Binnenland, zur Verhinderung der Verschleppung von Keimen im Wasser von Textilwaschmaschinen, zur schnellen Entfärbung von Färbereiabwässern, für praktisch beliebige Industrie(ab)wässer, wie zur Beimischung in Kühlwasser (beispielsweise für Dreh-, Fräs-, Bohr-, Schneide- oder andere Werkzeugmaschinen), für Klimaanlagen und Luftbefeuchtungssysteme, für Osmoseanlagen, als Zusatz zu dem Wasser zum Anmachen von Beton und Zement, als Zusatz zu dem Wasser bei der Herstellung elektronischer Bauelemente und Schaltungen, als Zugabe in das Wasser von Schnittblumen, zur Zudosierung in das Tränke- und Abwasser von Tierhaltungsbetrieben und Schlachthöfen bzw. zur Desinfektion von in diesem Zusammenhang eingesetzten Vorrichtungen, wie Brutmaschinen, Melkmaschinen und dergleichen, etc. In allen Fällen wird zur akuten Desinfektion oder während des normalen Betriebs eine zuverlässige Desinfektion erreicht und wird die unerwünschte Bildung von Algen und/oder Schlämmen verhindert. Das Desinfektionsmittel kann entweder in im wesentlichen reiner Form oder – insbesondere bei der Wasseraufbereitung – in Form einer Verdünnung von bis zu etwa 1:500, vorzugsweise bis zu etwa 1:400, Anteilen eines Verdünnungsmittels, wie Wasser, eingesetzt werden, wobei sich im Falle der Wasseraufbereitung z.B. eine Verdünnung im Bereich von etwa 1:400 in vielen Fällen als zweckmäßig erwiesen hat.The invention further relates to a disinfectant in the form of an electrochemically activated, anodic water / electrolyte solution prepared in the manner according to the invention. The solution prepared according to the method according to the invention can be used as a disinfectant, for example everywhere where a perfect disinfection of water, especially in compliance with the Drinking Water Ordinance is required, such as for disinfection of municipal water supply or water supply to hospitals, schools, nursing homes, Commercial enterprises, hotels or other catering establishments and sports clubs (eg for dosing into the water of the sanitary facilities), railway stations, airports, canteen kitchens, for disinfecting swimming pool water or Re for desalination plants, such as seawater desalination plants on ships or inland, to prevent the carryover of germs in the water of textile washing machines, for fast discoloration of dyeing effluents, for virtually any Industrial (ab) water, such as for admixing with cooling water (for example for lathes, milling, drilling, cutting or other machine tools), for air conditioning and humidification systems, for osmosis plants, as an additive to the water for mixing in concrete and cement, as an additive to the water in the manufacture of electronic components and circuits, as an addition to the water of cut flowers, for metering into the drinking and waste water of livestock farms and slaughterhouses or for disinfecting devices used in this context, such as incubators, milking machines and the like , etc. In all Cases for acute disinfection or during normal operation, a reliable disinfection is achieved and the unwanted formation of algae and / or sludge is prevented. The disinfectant may be used either in substantially pure form or, in particular in water treatment, in the form of a dilution of up to about 1: 500, preferably up to about 1: 400, proportions of a diluent, such as water, in which case the water treatment, for example, a dilution in the range of about 1: 400 has proven in many cases to be useful.
Das Desinfektionsmittel in Form der erfindungsgemäß elektrochemisch aktivierten, anodischen Wasser-/Elektrolytlösung kann darüber hinaus – ebenfalls z.B. in reiner Form oder insbesondere in Form einer jeweils geeigneten Verdünnung – zur Desinfektion von Lebensmitteln, wie Getreide oder Mehl, Gewürze, Obst, Gemüse, Speiseeis und als Kühlmittel dienendes Eis, z.B. bei der Lagerung von Fleisch, Fischen und Meeresfrüchten anläßlich Transport und Verkauf, Tierprodukten und dergleichen, verwendet werden, wobei eine einwandfreie Abtötung von Keimen, wie Fäulnisbakterien etc., und somit bei einer sehr guten Gesundheitsverträglichkeit eine längere Lagerbeständigkeit erzielt wird.The Disinfectants in the form of electrochemically activated according to the invention, anodic water / electrolyte solution can over it out - too e.g. in pure form or in particular in the form of a respectively suitable Dilution - for disinfection of foods such as cereals or flour, spices, fruits, vegetables, ice cream and as a coolant serving ice, e.g. in the storage of meat, fish and seafood during transport and sales, animal products and the like, wherein a perfect kill of germs, such as putrefactive bacteria etc., and thus with a very good health compatibility one longer Shelf Life is achieved.
Des weiteren ist eine Verwendung eines erfindungsgemäß hergestellten Desinfektionsmittels zur Desinfektion von Saatgut geeignet, wobei es z.B. als Silage- und Konservierungsmittel bei der Einlagerung von Saatgut und Getreide in Silos eingesetzt werden kann.Of Another is a use of a disinfectant according to the invention for Disinfecting seeds, e.g. as silage and Preservative in the storage of seeds and cereals can be used in silos.
Ein weiteres bevorzugtes Einsatzgebiet eines solchen Desinfektionsmittels besteht in der Desinfektion von Verpackungsbehältern und Verpackungen, insbesondere für hygienische Produkte, wie Lebensmittel, Pharmazeutika, sterile Gegenstände (wie Spritzen, Operationsbesteck etc.) und dergleichen.One Another preferred application of such a disinfectant consists in the disinfection of packaging containers and packaging, in particular for hygienic Products, such as food, pharmaceuticals, sterile items (such as syringes, Surgical instruments, etc.) and the like.
Überdies kann eine Verwendung eines solchen Desinfektionsmittels für Reaktionsmedien zur Durchführung von Lösungsmittel- und Emulsionspolymerisationen günstig sein, wobei der Einsatz von hierfür erforderlichen Emulgatoren verringert wird und die Polymerisationsrate überraschenderweise gesteigert werden kann, wie es sich bei einem Experiment anläßlich der Herstellung von Divinylstyrolkautschuk gezeigt hat.moreover may be a use of such a disinfectant for reaction media to carry out of solvent and emulsion polymerizations favorable be, with the use of emulsifiers required for this purpose is reduced and the polymerization rate surprisingly increased can be, as it is in an experiment on the occasion of Production of Divinylstyrolkautschuk has shown.
Ferner besteht ein weiteres bevorzugtes Anwendungsgebiet eines solchen Desinfektionsmittels als Additiv für insbesondere wasserlösliche Farben, Lacke und Pigmente, welchen eine biocide Wirkung verliehen werden kann, sowie als Additiv für Kühl- und Schmiermittel, z.B. für industrielle Kühlkreisläufe oder für technische Schmiermittel auf der Basis von Wasser, Öl oder Fett.Further There is another preferred field of application of such Disinfectant as an additive for in particular water-soluble paints, varnishes and pigments which can be given a biocidal effect, as well as an additive for Cold and Lubricant, e.g. For industrial cooling circuits or for technical Lubricant based on water, oil or grease.
Schließlich kann ein solches Desinfektionsmittels auch als Additiv für Treib- und Kraftstoffe, wie Heizöl, Benzin, Kerosin und dergleichen, verwendet werden.Finally, can such a disinfectant also as an additive for propellant and fuels, such as fuel oil, Gasoline, kerosene and the like.
In allen Fällen kann das Desinfektionsmittel in Form der in erfindungsgemäßer Weise elektrochemisch aktivierten, anodischen Wasser-/Elektrolytlösung bei geeigneter Lagerung (insbesondere im wesentlichen unter Sauerstoffabschluß) problemlos bis zu etwa sechs Monaten auf Vorrat gehalten werden.In all cases can the disinfectant in the form of in accordance with the invention electrochemically activated anodic water / electrolyte solution suitable storage (especially substantially under oxygen) problem-free be kept in stock for up to about six months.
Nachstehend ist das erfindungsgemäße Verfahren anhand eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zur Aufbereitung bzw. Desinfektion von Trinkwasser unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Dabei sei darauf hingewiesen, daß die Herstellung der elektrochemisch aktivierten, anodischen Wasser-/Elektrolytlösung in reiner oder andersartig verdünnter Form in einem identischen Elektrolysereaktor geschehen kann. In den Zeichnungen zeigen:below is the inventive method based on an embodiment a process for the treatment or disinfection of drinking water explained in more detail with reference to the drawings. It should be noted that the Preparation of electrochemically activated, anodic water / electrolyte solution in pure or otherwise diluted Form can happen in an identical electrolysis reactor. In show the drawings:
Die
in
Der
Mischer
Wie
insbesondere der
Der
Elektrolysereaktor
Nachfolgend
sind die geometrischen Abmessungen des vorliegend eingesetzten Elektrolysereaktors
Länge des Kathodenraumes: 18,5
cm;
Volumen des Kathodenraumes: 10 ml;
Fläche der
Kathode: 92,4 cm2;
Länge des
Anodenraumes: 21,0 cm;
Volumen des Anodenraumes: 7 ml;
Fläche der
Anode: 52,7 cm2;
Abstand zwischen Kathode
und Anode: ca. 3 mm (einschließlich
Diaphragma).Below are the geometric dimensions of the electrolysis reactor used here
Length of the cathode compartment: 18.5 cm;
Volume of the cathode compartment: 10 ml;
Area of the cathode: 92.4 cm 2 ;
Length of the anode compartment: 21.0 cm;
Volume of the anode compartment: 7 ml;
Area of the anode: 52.7 cm 2 ;
Distance between cathode and anode: approx. 3 mm (including diaphragm).
Der
Elektrolysereaktor
Wie
wiederum aus
Der
Elektrolysereaktor
Zur
Reinigung des Elektrolysereaktors
Um
die Lebensdauer des Elektrolysereaktors
Nachfolgend ist die Betriebsweise der Vorrichtung zur Desinfektion von Wasser durch elektrochemische Aktivierung (ECA) unter potentialkontrollierter anodischer Oxidation (PAO) kurz erläutert.following is the operation of the device for disinfecting water by electrochemical activation (ECA) under potential-controlled anodic oxidation (PAO) briefly explained.
Der
Elektrolysereaktor
Nachdem
die vorgenannten Kalibriergeraden ermittelt worden sind, wird der
zwischen der Anode
Während des
Betriebs wird der pH-Wert des zur Desinfektion des Wassers verwendeten
Anolyts stets so gesteuert, daß der
pH-Wert des Anolyts im Bereich von 3 beträgt, was insbesondere durch
zusätzliche
Regelung des dynamischen Anteils (Isoll, dyn) des
insgesamt an die Elektroden
Die
auf diese Weise durch die erfindungsgemäß gesteuerte elektrochemische
Aktivierung in Form einer potentialkontrollierten anodischen Oxidation
erhaltene Desinfektionsflüssigkeit,
welche in Form des Anolyts in dem Speichertank
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