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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren
zur Reinigung von Trinkwasserleitungen oder Abwasserleitungen in
Fahrzeugen, insbesondere in Flugzeugen, Schienenfahrzeugen oder
Wasserfahrzeugen.
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Die
Verkeimung von Rohrleitungen des Frischwasser- oder Trinkwassersystems
in Fahrzeugen, insbesondere in Passagierflugzeugen, ist ein ernsthaftes
Problem, besonders bei längeren Standzeiten, wechselnden
klimatischen Bedingungen oder schlechter Wasserbeschaffenheit. Die
im Wasser vorhandenen Mineralien lagern sich innerhalb eines kurzen
Zeitraums an der Leitungsinnenoberfläche ab und begünstigen
die Bildung von Biofilmen, welche zu einer Verkeimung des Trinkwassers
im Fahrzeug führen können, wenn sich ein Teil
davon ablöst und ins Wasser übergeht. Der Biofilm
und die Ablagerungen können enge Leitungen oder Leitungsteile
fast vollständig verschließen. Solche in den Leitungen vorhandene
Biofilme stellen ein ideales Biotop für pathogene Mikroorganismen,
insbesondere Bakterien, dar. So findet man Bakterienstämme
wie Escherichia coli, Pseudomonas, aeruginosa, Legionella pneumophila,
Acinetobacter spp., atypische Mykobakterien und Serratia spp. sowie
deren Stoffwechselprodukte (siehe Hall-Stoodley and Stoodley,
2005, Biofilm formation and dispersal of the transmission of human pathogens).
Der dichte Belag schützt sie sogar vor Desinfektionsmitteln
im Wasser. Die Gefahr einer Verkeimung steigt, je wärmer
das Wasser und je geringer die Durchflussmengen in der Leitung sind.
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Durch
die Bildung von Ablagerungen und Biofilmen und die damit verbundene
Leitungsverengung kann es ferner zu Problemen im Rohrleitungssystem
kommen, wie zum Beispiel einen Druckabfall aufgrund höherer
Reibungsverluste oder eine Verminderung von Wärmeaustauschkapazitäten
bei der Warmwassererwärmung.
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Durch
die Wahl des Materials der Rohrleitungen kann zwar die Biofilmbildung
verzögert, jedoch nicht unterbunden werden. Ohne Behandlung
des Wassers wird selbst eine Kupferrohrleitung nach einiger Zeit
von Biofilmen besiedelt (siehe Exner et al, 1983, Untersuchungen
zur Wandbesiedelung der Kupferrohrleitungen einer zentralen Desinfektionsmitteldosieranlage.
Zbl Bakt Hyg. I. Abt. Orig. B 177: 170 bis 181).
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Bei
einer Behandlung des Wassers durch Desinfektionsmittel in den zulässigen
Konzentrationen oder UV-Bestrahlung zur Verringerung der Verkeimung
wird deren eigentliche Ursache, nämlich die Entfernung
des Biofilms, nicht behoben. Beim Durchfluss des Trinkwassers durch
das verschmutzte Rohrleitungssystem lösen sich erneut Keime
von dem Biofilm ab und gelangen so ins Trinkwasser bis zur Zapfstelle.
Die Behandlung des durch die Rohrleitung durchströmenden
Wassers mit Desinfektionsmitteln oder UV-Bestrahlung führt
daher nicht zum Ziel.
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In
Luftfahrzeugen besteht das Frischwasserverteilungssystem aus mindestens
einem Versorgungstank mit einer eine Zapfstelle verbindenden Leitung
sowie mindestens eine Fördereinrichtung zum Frischwassertransport.
Auf diese Weise werden beispielsweise Handwaschbecken im Bereich
von Toiletten sowie Bordküchen mit Frischwasser versorgt.
Das Trinkwasserversorgungssystem ist in Luftfahrzeugen häufig
als Ringleitung ausgebildet, so dass auch ohne eine Entnahme von
Frischwasser aus einer Zapfstelle eine ausreichende Zirkulation des
Wassers im Leitungssystem sichergestellt wird. Ein solches Rohrleitungssystem
dient gleichzeitig als Schutz gegen Einfrieren, ggf. unter Zuhilfenahme
eines Durchlauferwärmers. Ein solches System ist beispielsweise
in der
DE 42 27 516
A1 beschrieben. Leider kann jedoch auch die Ausgestaltung
eines Ringleitungssystems die Probleme einer Biofilmbildung nicht
beseitigen.
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Die
bei aus Abwasserkanälen oder Trinkwasserleitungen in Gebäuden
bekannten mechanischen Reinigungsverfahren von Rohrleitungen können
nicht ohne weiteres auf Fahrzeuge übertragen werden, da
hier völlig andere Verhältnisse und Druckbedingungen
vorherrschen. Deshalb sind Verfahren, wie sie beispielsweise in
der
DE 195 39 806
A1 oder
DE 30 32 532 beschrieben
sind, nicht praktikabel. In diesen wird versucht, harte Ablagerungen
durch Einführen eines Molches in die Leitungen oder von
Ultraschall-Schwingerelementen, welche hydraulisch durch die zu
reinigende Rohrleitung getrieben werden, zu beseitigen. In einem
Ringleitungssystem mit mehreren Stichleitungen, wie sie bei Flugzeugen, Schiffen
oder Zügen vorhanden sind, sind diese Verfahren nicht durchführbar.
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In
der
DE 103 49 158
A1 wird eine mit dem Wasserverteilungssystem verbundene
Desinfektionseinheit beschrieben, welche aus einer auf der anodischen
Oxidation basierende Elektrolysezelle besteht. Auch dieses Verfahren
führt nur zu einer kurzen Abtötung oder Inaktivierung
von Mikroorganismen, nicht jedoch zur ursächlichen Behandlung, nämlich
Reinigung des Rohrleitungssystems und den einzelnen Stichleitungen
in einem Fahrzeug mit mehreren Verbrauchern. Die Ablagerungen und
der Biofilm bleiben nach wie vor vorhanden. Es wird lediglich das
durch die Leitungen durchströmende Wasser behandelt. Die
zuvor beschriebenen Probleme der mechanischen Auswirkungen der Ablagerungen
oder Biofilme auf die Leitungen bleiben ebenfalls bestehen.
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In
der
DE 10 2007
004 278 A1 wird ein System zur Reinigung von Abwasserleitungen,
insbesondere von Toilettenabläufen in Flugzeugen, beschrieben,
bei dem ein mobiles Spülmittel über eine Spülmittelpumpe
an den Beginn des zu reinigenden Abschnitts der Abwasserleitung
angeschlossen und mittels des Spülmittels zumindest ein
Reinigungskörper durch die Abwasserleitung hindurchgepresst wird,
wobei das Spülmittel danach in den Sammeltank gelangt.
Als Reinigungskörper kommen beispielsweise Molche in Betracht.
Je nach Leitungsdurchmesser muss mit Molchen mit unterschiedlichen
Durchmessern gearbeitet werden, was die Reinigung sehr aufwändig
macht. Bei widerstandsfähigen Belägen führen
diese Molche nicht zum Ziel. Gerade bei Luftfahrzeugen mit ihren
geringen Standzeiten muss die Wartung sehr schnell erfolgen, was
die Anwendung des Molch-Verfahrens ausschließt. Auch werden
bei diesem Verfahren, wie bereits oben erwähnt, die Stichleitungen,
die zu den einzelnen Verbrauchern führen, nicht gereinigt.
Biofilme können sich daher nach wie vor in den Leitungen
ablagern und dadurch in den Organismus gelangen.
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Vor
diesem Hintergrund ist es daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
eine Vorrichtung und ein Verfahren anzugeben, mit dem es möglich
ist, schnell und effizient Trinkwasserleitungen oder Abwasserleitungen
eines Fahrzeugs, insbesondere eines Luftfahrzeugs, Schienenfahrzeugs
oder Wasserfahrzeugs von Ablagerungen und Biofilmen zu reinigen.
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Diese
Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen
des Anspruchs 1 sowie einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 8.
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Das
erfindungsgemäße Reinigungssystem kann entweder
vollständig im Fahrzeug als halb- oder vollautomatisches
System integriert sein oder im Zuge von Wartungsmaßnahmen
durch Servicepersonal von außen am Fahrzeug betrieben werden.
Die Vorrichtung besteht aus einem Einlass, an dem ein Gas oder ein
Gasgemisch, welches von einem Gasbehälter stammt, in das
Rohrleitungssystem beaufschlagt wird. Vorzugsweise handelt es sich
bei dem Gas um Stickstoff und dem Gasgemisch um Luft. Die komprimierte
Luft kann mit einem Kompressor erzeugt werden. Dabei können
bereits vorhandene Kompressoren des Fahrzeugs genutzt werden, wie sie
beispielsweise in Flugzeugen vorhanden sind.
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Die
in die Leitung beaufschlagten Gasblöcke wandern in Form
von sich durch die Leitung bewegenden Gasblasen in intermittierenden
Folgen von Flüssigkeits- und Gasströmen durch
die Spülstrecke bis zu einer druckabbauenden Auslassstelle,
aus der die zuvor beaufschlagten Gasblasen wieder entweichen. Flüssigkeitsstrom
und Gasstrom wechseln sich daher im ständigen Wechsel in
der Leitung ab. Die Flüssigkeit stammt vorzugsweise von
dem im Fahrzeug vorhandenen Trinkwasser- oder Frischwasserbehälter.
Bei einer ”mobilen” Vorrichtung ist auch eine Versorgung
mit Spülwasser von einem externen Wasserbehälter
denkbar. An dem Fahrzeug kann sich dann neben der Einlassstelle
für das Gas auch eine Einlassstelle für das Spülwasser
befinden.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es essentiell,
dass die Gasblasen leitungsausfüllend mit einem Durchmesser,
der in etwa dem Innenquerschnitt der Rohrleitung entspricht, durch
die Rohrleitungen wandern und Vermischungen oder Aufschwemmungen
vermieden werden. Diese würden nämlich nicht zu
dem gewünschten Reinigungserfolg führen. Es ist
daher notwendig, dass die Gasblasen als zusammenhängende
Einheiten nach dem Durchwandern der Spülstrecke an der
Auslassstelle wieder hervortreten und entweichen. Der gewünschte
Reinigungseffekt stellt sich nicht ein, wenn sich die Gasblase vorher
verbraucht oder mit dem Wasser vermischt. Es ist daher erforderlich,
dass die Parameter wie die Wasserfliesgeschwindigkeit, Gasvolumen, Impulsdauer
und Impulsfrequenz der beaufschlagten Gasblöcke genau kontrolliert
werden.
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Vorzugsweise
ist die Höhe des Beaufschlagungsdrucks, die Impulsdauer,
die Impulsfrequenz und die Impulssequenz der Beaufschlagung der
Leitung mit dem Gas oder Gasgemisch so gewählt, dass die
Gasblasen die Spülstrecke in einzelnen Impulsen wie Perlen
einer Perlenkette vollständig durchlaufen und an der Auslassstelle
wieder austreten, ohne ihr Volumen zu verlieren (siehe 1B).
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Um
die Trinkwasserleitungen des Fahrzeugs zu schonen, ist der Arbeitsdruck
der druckbeaufschlagten Leitungen nicht größer
als der Ruhenetzdruck der Leitung in dem Wasserleitungssystem. Die Impulsfrequenz
und Impulsdauer des beaufschlagten Gases oder Gasgemisches wird
in der Abhängigkeit von der Länge der Spülstrecke
und der Leitungstopograhie eingestellt. Gegebenenfalls kann der
Ruhenetzdruck bei der Beaufschlagung der Leitung mit dem Gas oder
Gasgemisch durch Öffnen einer oder mehrerer Versorgungsstellen
(zum Beispiel Zapfstellen in der Bordküche) und/oder der
Auslassstelle herabgesetzt werden. Beim Reinigungsvorgang ist die Auslassstelle
vorzugsweise mit einem Zyklonabscheider ausgestattet. Dadurch wird
ein Verspritzen des aus der Zapfstelle austretenden Wassers beim Gasblasenaustritt
vermieden. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass
der Zyklonabscheider mit einem kleinen Drehpropeller versehen ist,
der das aus der Leitung austretende Gas oder Gasgemisch von dem austretenden
Wasser trennt. Auf diese Weise wird die Luft dekomprimiert und das
Wasser in die Entsorgungsleitung oder -behälter geführt.
Zweckmäßigerweise kann zu diesem Zweck der in
den Fahrzeugen ohnehin vorhandene Abwassertank verwendet werden.
Dieser wird im Rahmen von Servicearbeiten regelmäßig
entleert und stellt daher einen zweckmäßigen Auffangbehälter
dar.
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Vorzugsweise
wird die Einlassstelle über ein Ventil intervallweise großvolumig
geöffnet, um sicher zu stellen, dass die beaufschlagten
Gasblasen auch das geeignete Volumen erhalten. Bedarfsweise kann der
Wasserdruck durch eine in der Leitung angeordnete Drossel (zum Beispiel
Ventil oder Schieber) herabgesetzt werden.
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Die
Messung und Steuerung des Gasdrucks im Druckgasbehälter
sowie des Ruhenetzdrucks in den Leitungen wird erfindungsgemäß durch
eine Steuereinheit vorgenommen, welche mit Drucksensoren und Regeleinheiten
ausgestattet ist, welche es ermöglichen, die für
das zu reinigende Rohrleitungsnetz idealen Parameter wie Beaufschlagungsdruck, Impulsfrequenz,
Impulsdauer und Impulssequenz einzustellen. Um die Gasblase mit
einem definierten Druck und Volumen in die Leitung auszubilden,
erfolgt eine Messung des Gasdrucks im Druckgasbehälter
sowie des Ruhedrucks in den Leitungen. Bedarfsweise kann eine Anpassung
des Arbeitsdrucks mit einem Druckregelventil an der Einlassstelle
erfolgen.
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Für
die Grundreinigung des Rohrleitungssystems des Fahrzeugs werden
zunächst alle Zapfstellen geschlossen, so dass die an der
Einlassstelle zugeführten Gasblasen durch die Spülstrecke
bis zur Auslassstelle wandern können. Durch die einzelnen leitungsdurchmesserausfüllenden
Gasblasen (1B und C) entstehen an der Grenzfläche
zur Leitungsinnenoberfläche Verwirbelungen sowie Kavitationserscheinungen,
welche zur nahezu vollständigen Abtragung der Ablagerungen
und des Biofilms führen. Selbst harte, mobilisierbare Ablagerungen lassen
sich auf diese Weise effizient entfernen. Rohrleitungssysteme, bei
denen an den engen Stellen der Leitungsdurchmesser nahezu vollständig
verstopft ist, können wieder in ihren ursprünglichen
Zustand versetzt werden, d. h. sie erhalten den ursprünglichen
Leitungsdurchmesser und werden frei. Die Menge an Ablagerungen und
Biofilm, die aus einem gesamten Rohrleitungssystem gelöst
werden, kann bei einem Leitungsnetz in einem Fahrzeug beträchtlich
sein.
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Die
Grundreinigung erfasst bei einem Fahrzeug wie z. B. einem Luftfahrzeug,
einem Schienenfahrzeug oder einem Wasserfahrzeug typischerweise die
Frischwasserversorgungsleitungen der Bordküche, der Dusche
und der Waschstellen. Ferner werden auch die Abwasserleitungen der
Sanitärräume und Toiletten auf die oben beschriebene
Weise gereinigt. Bei Luftfahrzeugen erfolgt die Reinigung zweckmäßigerweise,
wenn sich das Flugzeug am Boden befindet. Bei einem fest installierten,
stationären System kann die Reinigung durch Knopfdruck
automatisiert erfolgen. Beaufschlagungsdruck, Impulsdauer und Impulslänge
werden entsprechend den zuvor eingestellten Parametern über
die Steuer- und Regelvorrichtung eingestellt. Dasselbe gilt auch
für Schienenfahrzeuge oder Wasserfahrzeuge. Bei Schienenfahrzeugen
ist es zweckmäßig, mehrere Spülstrecken
vorzusehen, die für die einzelnen Waggons mit individuellen
Einlass- und Auslassstellen versehen sind.
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Zur
Reinigung der Stichleitungen, die zu den einzelnen Zapfstellen führen,
ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass diese entweder
manuell oder über gesteuerte Regelventile für
den Reinigungsvorgang geöffnet werden. An den einzelnen
Zapfstellen befindet sich jeweils ein Zyklonabscheider, über
den das Spülwasser und Gas bzw. Gasgemisch entweichen kann.
Zweckmäßigerweise werden die Regelventile der
einzelnen Zapfstellen durch die Steuereinheit geöffnet
oder geschlossen. Im Gebrauchszyklus kann die Zapfstelle wie gewohnt
benutzt werden. Im Reinigungszyklus erfolgt eine Umleitung über
den Zyklonabscheider.
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Die
erfindungsgemäße Impulssteuerung umfasst in einer
Ausführungsform einen Gasdrucksensor, ein Druckregelventil,
einen Gas-Rückflussverhinderer sowie einen Wasserdrucksensor
und einen Wasser-Rückflussverhinderer. Ferner kann ein
Wasserzähler zur Bestimmung der Durchflussmengen oder auch
der Fließgeschwindigkeit des Wasserstroms vorgesehen sein.
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Gegebenenfalls
kann zur Vermeidung eines Rückflusses bei der Beaufschlagung
der Leitung mit dem Gas bzw. Gasgemisch auch an der Einlassstelle ein Rückflussverhinderer
vorgesehen sein. Mit diesem wird die Richtung des Spülstromes
der im Wechsel durch die Leitung migrierenden Gas- und Wasserblöcke
vorgegeben.
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Je
nach Fahrzeugtyp und Rohrleitungssystem kann es notwendig sein,
das gesamte System zu kalibrieren. Hierzu werden neben dem hohen
Netzdruck der Leitungen und dem Druck der Luft welche durch Drucksensoren
gemessen werden, weitere Parameter mit einbezogen, wie zum Beispiel
die Nennweite der Rohrleitung, die Leitungstopographie, die Länge
und den Verlauf des Spülabschnitts. Zur Reinigung wird
zunächst der Ruhenetzdruck durch Öffnen eines
Auslasses oder eine Zapfstelle herabgesetzt. Mit der sich so ergebenden
Druckdifferenz, oder auch darunter, wird die Spülleitung
mit dem Gas oder Gasgemisch beaufschlagt. Ein Rückfluss
des Gases bzw. Gasgemisches in die Druckluftleitungen wird durch
einen Gas-Rückflussverhinderer verhindert. Die Gasblasen
werden mit einem definierten Gasvolumen von einer vorgegebenen Impulslänge
in die Spülleitung gepresst. Hierfür wird ein
Drucklufttank über eine Druckluftversorgung mit komprimiertem
Gas oder Gasgemisch, idealerweise Luft, zur Beaufschlagung der Spülleitungen
gefüllt. Bei Verwendung von Luft wird diese vorzugsweise
mit einem oder mehreren Luftfiltern vor der Beaufschlagung gereinigt.
Die Impulssteuerung übernimmt die Mess- und Kontrollaufgaben.
So werden die Druckwerte von einem Drucksensor für die
Luft und einem Drucksensor für das Wasser gemessen und übermittelt. Ein
Druckregelventil übernimmt gegebenenfalls eine Anpassung
des Arbeitsdruckes bei der Beaufschlagung der Leitungen mit Luft.
Der notwendige Arbeitsdruck kann dadurch wunschgemäß eingestellt
werden. Zur Schonung der Leitungen des Fahrzeugs sollte der Arbeitsdruck
nicht höher als der Ruhenetzdruck sein, vorzugsweise liegt
dieser sogar darunter.
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Das
erfindungsgemäße System bzw. Verfahren kann bei
einem Schienenfahrzeug auch in einzelnen Wagons integriert werden.
Jeder einzelne Wagon wird dann wie ein eigenes Fahrzeug behandelt. Bei
einem stationären System sind Druckvorratsbehälter,
Druckgasleitungen sowie die Steuer- und Messeinrichtungen im Fahrzeug
selbst vorhanden, so dass der Benutzer lediglich den Reinigungsvorgang
starten muss. Vorzugsweise erfolgt die Kontrolle und Steuerung der
Druckbeaufschlagung und gegebenenfalls eine Anpassung der Impulslänge
und -dauer über eine elektronische Steuerung.
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Wenn
eine nachträgliche Ausstattung von Luftfahrzeugen, Schienenfahrzeugen
oder Wasserfahrzeugen mit dem erfindungsgemäßen
System zu aufwändig wäre, ist es auch möglich,
das erfindungsgemäße Verfahren außerhalb
des Fahrzeugs durchzuführen bzw. das System mobil zu betreiben.
Am Fahrzeug muss lediglich eine Einlassstelle für das Rohrleitungssystem
im Fahrzeug vorhanden sein, an der die Leitung mit dem Gas bzw.
Gasgemisch beaufschlagt wird. An der Auslassstelle ist darauf zu
achten, dass die Flüssigkeits- und Gasfolgen in den Abwasserbehälter
gelangen können. Gegebenenfalls sind bei der Reinigung
der Stichleitungen Zyklonabscheider in die Leitungen einzuführen.
Auf diese Weise ist es möglich, das zuvor beschriebene
Verfahren und System auch in älteren Fahrzeugen einzusetzen und
die dort vorhandenen Trinkwasserleitungen und Abwasserleitungen
von Ablagerungen und Biofilm zu reinigen.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung oder das Verfahren
ist in allen Fahrzeugen einsetzbar, die ein eigenes Wasserversorgungs-
oder Abwasserversorgungssystem besitzen. Nach einer erfolgten Reinigung
ist es möglich, die Wasserleitungen mit einem Desinfektionsmittel
zusätzlich zu behandeln. Die hierfür eingesetzten
Konzentrationen des Desinfektionsmittels liegen jedoch weit unterhalb
den Konzentrationen ohne zuvor durchgeführte mechanische Reinigung.
Dies bedeutet auch Schonung der Rohrleitungswerkstoffe, die durch
hohe Konzentrationen an Desinfektionsmittel geschädigt
werden können. Hier wird ein weiterer wichtiger Vorteil
der Erfindung deutlich. Desinfektionsmittel können bei
in Leitungen vorhandenen Ablagerungen oder Biofilmen nur oberflächlich
wirken. Die in den Biofilmen vorhandenen Bakterien sind für
das Desinfektionsmittel zumeist nicht zugänglich. Erst
bei der Entfernung dieser Ablagerungen oder Biofilme kann das Desinfektionsmittel auch
richtig wirken. Ferner ist es von Vorteil, dass weit geringere Konzentrationen
des Desinfektionsmittels eingesetzt werden können, was
letztendlich auch bedeutet, dass die Menge an Spülmittel,
welche durch die Leitungen nach der Desinfektionsmaßnahme
gespült werden muss, geringer sein kann. Bedeutend ist
jedoch der Befund, dass ohne eine vorherige Reinigung eine Desinfektionsmaßnahme
bei den im Fahrzeug vorhandenen Trinkwasser- und Abwasserleitungen
langfristig völlig nutzlos ist, da die Ursache der Verkeimung,
die in den Leitungen vorhandenen Biofilme, nach wie vor vorhanden
ist.
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Die
Erfindung wird in den nachfolgenden Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen
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1 eine
Darstellung des erfindungsgemäßen Reinigungsprinzips,
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2 das
erfindungsgemäße Reinigungssystem für
einen externen Betrieb,
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3 eine
Weitergestaltung des in der 2 gezeigten
Ausführungsform,
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4 ein
stationäres Reinigungssystem für Fahrzeuge,
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5 einen Regelmechanismus für
einen Frischwasserzyklus sowie Reinigungszyklus.
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In 1 ist
das erfindungsgemäße Prinzip dargestellt. In 1A ist eine Rohrleitung zu erkennen, in
der sich einzelne Gasblasen befinden. Dieser Zustand ist unerwünscht,
da es zu einer Vermischung der in die Leitung beaufschlagten Gasblasen
mit der Flüssigkeitsphase kommt. Diese Gasblasen führen daher
nicht zu dem gewünschten Reinigungserfolg. In 1B ist
der erfindungsgemäße Zustand gezeigt. Die einzelnen
Gasblasen verlaufen intermittierend als Folgen von Flüssigkeits-
und Gasströmen durch die Leitungen. Die Impulsdauer und
Impulsfrequenz können mit Hilfe einer Impulssteuerung eingestellt
werden. Hier stellt sich der gewünschte Reinigungserfolg
ein. In 1C erkennt man eine Spülgasblase
mit größerer Impulslänge.
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In 2 erkennt
man ein mobiles System zur Reinigung von Trinkwasserleitungen oder
Abwasserleitungen in Fahrzeugen. Vorzugsweise wird als Gasgemisch
Luft oder als Gas Stickstoff zur Reinigung verwendet. Über
eine Druckgasleitung 1 wird die Luft über einen
Kompressor 2 komprimiert und gelangt über einen
Luftfilter 3 in den Drucklufttank 5. Ein Druckregelventil 4 übernimmt
gegebenenfalls die Anpassung des Druckes für den Drucklufttank 5.
Die Druckwerte werden von einem Drucksensor für die Luft 6 und
einen Drucksensor 26 für das Wasser gemessen und
ermittelt. Der Drucksensor 26 misst die Werte direkt vom
Trinkwassertank 21 und übergibt sie der Impulssteuerung 12.
Ein Druckregelventil 7 übernimmt gegebenenfalls
eine Anpassung des Arbeitsdruckes bei der Beaufschlagung der Leitungen mit
Luft. Mit diesem Ventil kann der notwendige Arbeitsdruck wunschgemäß für
die einzelnen Leitungen eingestellt werden. Ein Rückflussverhinderer 8 für
die Luft verhindert einen Rückstrom der auf die Leitung
beaufschlagten Luft in die Druckluftleitungen. Impulsdauer, Impulsfrequenz
sowie der notwendige Beaufschlagungsdruck werden von der Impulssteuerung 12 ermittelt
und umgesetzt.
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Die
Beaufschlagung der Leitung erfolgt an dem Einlass 23. Dieser
befindet sich in der gezeigten Ausführungsform an der Außenseite
des Fahrzeugrumpfes. Bei Flugzeugen idealerweise an einer Stelle,
wo das Servicepersonal bzw. Bodenpersonal Zugang hat.
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Bei
Schienenfahrzeugen kann sich der Einlass 23 entweder seitlich
oder an den Stirnseiten der Wagons befinden. Bei Wasserfahrzeugen
befindet sich der Einlass 23 vorzugsweise über
Deck. Über den Einlass 23 wird bei jeder Art von
Fahrzeugen das Spülgas in die Rohrleitung gepresst. Der
hierfür notwendige Beaufschlagungsdruck ist unter anderem abhängig
von der Leitungstopographie, dem Leitungsdurchmesser, der Leitungslänge
und dem in den Leitungen herrschenden Arbeitsdruck.
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Über
Regelventile 24, 25 wird der Flüssigkeitsstrom
gesteuert. Der Flüssigkeitsstrom wird von dem Trinkwasserbehälter 21 geliefert.
Die einzelnen Zapfstellen A, B, C sind mit einem Zyklonabscheider versehen,
die es ermöglichen, Druckluft vom Wasser zu trennen und
somit ein Verspritzen beim Austreten der Gasblasen zu vermeiden.
Die einzelnen Zyklonabscheider sind über eine Abflussleitung
mit dem Abwassertank 22 verbunden. Dieser kann über
einen entsprechenden Auslass entleert werden. Es können beliebig
viele Zapfstellen (n) gereinigt werden.
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In 3 ist
zusätzlich ein externer Trinkwasser- oder Spülwassertank
gezeigt. Über verschiedene Rückflussverhinderer
und Ventile kann dessen Leitung an einem entsprechenden Einlass
mit dem bordinternen Trinkwassertank 21 verbunden werden. Auch
dieser Einlass befindet sich zweckmäßigerweise
am Fahrzeugrumpf und ist von außen für das Servicepersonal
zugänglich. Für den Wartungszyklus kann das für
die Reinigung erforderliche Spülwasser von dem externen
Tank zugeführt werden. Auf diese Weise kann auch der bordinterne
Trinkwassertank wieder gefüllt werden.
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In 4 ist
ein bordinternes, stationäres Reinigungssystem gezeigt.
Jedes Fahrzeug besitzt einen eigenen Trinkwassertank 21 bzw.
Abwassertank 22. Druckluft wird über einen internen
Druckgasbehälter durch die Spülgasversorgung über
ein Regelventil 13 in die Trinkwasserleitung in erfindungsgemäßer
Weise beaufschlagt. Ein weiteres Ventil 14 ist in eine
ebenfalls vom Trinkwassertank 21 ausgehende Leitung integriert.
Je nach Stellung der Ventile 13, 14 können
unterschiedliche Betriebszustände erreicht werden. Die
einzelnen Betriebszustände sind in der Tabelle gezeigt.
Beim ersten Betriebszustand erfolgt eine Versorgung des Fahrzeugs
mit Trinkwasser. Hierzu sind beide Leitungen des Trinkwassertanks 21,
welche über die Ventile 13 und 14 führen, zu
den einzelnen Zapfstellen a, b, ... n geöffnet. Zum Entleeren
des Trinkwassertanks wird das Ventil 14 so gestellt, dass
der Flüssigkeitsstrom in den Abwassertank 22 geleitet
wird. Ein Entleeren des Trinkwassertanks kann notwendig sein, wenn
das Wasser infolge langer Standzeiten im Fahrzeug gespeichert werden musste.
Eine Verkeimung ist dann vorprogrammiert.
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Der
dritte Betriebszustand entspricht dem Reinigungszustand. Hierfür
werden die Ventile 13, 14 so eingestellt, dass über
die Steuerung Spülgas auf die Trinkwasserleitung über
das Regelventil 13 beaufschlagt werden kann. Über
dasselbe Regelventil wird auch das Flüssigkeitsstrom vom
Trinkwassertank 21 geleitet. Über die Impulssteuerung 12 können die
einzelnen Intervalle der Druckbeaufschlagung mit Gas bzw. des Wassers
kontrolliert werden. Ein Rückflussverhinderer 20 verhindert
eine Rückströmung der Flüssigkeit bei
Beaufschlagung der Rohrleitung mit Gas. Druckluft und Flüssigkeit
gelangen über das Rohrleitungssystem zu den einzelnen Verbrauchern a,
b, ... n über das Regeventil 14 in den Abwassertank 22.
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In 5 ist ein bevorzugter Regelmechanismus
gezeigt, mit dem es über Regelventile möglich ist,
von einem Verbrauchszyklus zu einem Reinigungszyklus umzustellen.
In 5 links ist die Verbraucherstellung
gezeigt. Ausgehend vom Frischwassertank gelangt das Wasser über
einen Strang a oder eine Ringleitung zu den einzelnen Verbraucher 1
und 2 zu dem Endverbraucher. In der Reinigungsstellung der beiden
gezeigten Ventile verläuft der Strömungsverlauf
anders. Spülgas kann in den Strang oder Ringleitung in
erfindungsgemäßer Weise beaufschlagt werden. Der
Durchfluss des Frischwassers ist gedrosselt. Die intermittierenden
Folgen von Gas und Flüssigkeit gehen durch den Strang oder Ringleitung
hindurch und erzeugen an den Grenzphasen Verwirbelungen, welche
zur Ablösung der in den Leitungen vorhandenen Ablagerungen
und Biofilmen führt. An der Auslassstelle ist das oberste
Regelventil so gestaltet, dass das Gas und die Flüssigkeit über
einen Zyklonabscheider in den Abwassertank gelangt. Die einzelnen
Ventile können elektronisch gesteuert werden, so dass der
Reinigungszyklus per Knopfdruck eingeleitet werden kann.
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Beispiele:
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Die
Erfindung wird in den nachfolgenden Beispielen näher erläutert.
Insbesondere wird gezeigt, wie sich das erfindungsgemäße
Verfahren eignet, Biofilm und die damit verbundene Verkeimung in
Trinkwasserleitungen von Fahrzeugen nahezu vollständig zu
eliminieren.
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Koloniezahlbestimmungen und Ermittlung
des Reduktionsfaktors
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Um
die Wirkung des erfindungsgemäßen Verfahrens auf
Bakterien in Biofilmen zu untersuchen, wurden kulturelle Bestimmungen
der koloniebildenden Einheiten pro cm2 Leitung
(KBE/cm2) vor und nach der Behandlung mit
dem erfindungsgemäßen Verfahren durchgeführt.
Dazu wurden die Biofilme aus definierten Stücken des Leitungsmaterials ausgeschabt,
in 0,9% NaCl-Lösung homogenisiert, in einer dekadischen
Verdünnungsreihe von 10–1 bis 10–5 verdünnt, im Doppelansatz
auf R2A-Agar ausplattiert und für sieben Tage bei 20°C
inkubiert. Anschließend wurden die KBE ausgezählt
und daraus die KBE/cm2 und der Reduktionsfaktor
(RF) bestimmt.
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Die
durchgeführten Untersuchungen zeigen, dass das erfindungsgemäße
Impuls-Spül-Verfahren zu einer Reduktion der Bakterien
auf der Leitungsoberfläche von bis zu 99,2% führte.
Der Reduktionsfaktor nahm mit der Anzahl der beaufschlagten Impulse
zu.
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Proteinbestimmungen
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Ferner
wurden im Rahmen der Untersuchungen Proteinbestimmungen durchgeführt,
um eine Aussage über die Wirkung des erfindungsgemäßen Impuls-Spül-Verfahrens
auf den Abbau der Biofilm-Matrix treffen zu können. Hierzu
wurden Gesamtprotein-Bestimmungen nach Lowry durchgeführt
und die Proteinreduktion in Prozent und in μg/cm2 errechnet. Durch die Reduktion des Proteinanteils
können Rückschlüsse auf den Abbau der
extrazellulären polymeren Substanzen (EPS) gezogen werden,
welche hauptsächlich aus Proteinen und Kohlehydraten bestehen.
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Als
Ergebnis wurde eine Protein-Reduktion von bis zu 91% festgestellt.
Dies weist daraufhin, dass die extrazellulären polymeren
Substanzen, die Bestandteil des Biofilms sind, durch das erfindungsgemäße
Verfahren effizient entfernt werden konnten.
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Rasterelektronenmikroskopie
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Zur
optischen Bestätigung des Matrix-Abbaus wurden rasterelektronenmikroskopische
Untersuchungen durchgeführt. Modellhaft wurden 1 cm lange
Silikonschlaustücke nach unterschiedlichen Drucksituationen
und Einwirkzeiten für die Betrachtung unter dem Rasterelektronenmikroskop
präpariert und anschließend untersucht.
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Nach
einer andauernden Behandlung der Silikonschläuche mit Biofilm
durch das erfindungsgemäße Impuls-Spül-Verfahren
ist bei einem Wasserdruck von 0,5 bar und einem Luftdruck von 2,0
bar im Vergleich zum unbehandelten Biofilm nach 1000 Impulsen eine
Reduktion der Biofilm-Matrix zu beobachten. Teile des Biofilms haben
sich von der Silikonschlauchoberfläche gelöst.
Bei einem höheren Wasserdruck und Luftdruck und/oder höherer
Impulszahl sind nur noch vereinzelt Biofilmstrukturen zu erkennen.
Die Matrix löst sich an einigen Stellen komplett von der
Silikonschlauchoberfläche.
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Bei
den hier erwähnten Untersuchungen ist hervorzuheben, dass
anstelle der üblichen Werkstoffe von Trinkwasserleitungen
Silikonschläuche verwendet wurden. Diese dämpfen
die Impulse und haben gegenüber Werkstoffen von Trinkwasserleitungen
ungünstigere Oberflächen und Materialeigenschaften.
Demnach wäre der Reinigungserfolg in Trinkwasserleitungen
noch erheblich besser.
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Durch
die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens
kann die vorhandene Biofilm-Matrix eines Leitungssystems in Fahrzeugen
nahezu vollständig entfernt werden. Durch die mechanische
und zugleich schonende Behandlung der Leitungen mit impulsweise
beaufschlagten und durch Wasser getrennten Gasblöcken wird
eine mechanische und chemikalienfreie Reinigung der empfindlichen
Wasserleitungen eines Fahrzeugs möglich. Somit ist das erfindungsgemäße
Verfahren zur Reinigung von biofilmkontaminierten Leitungen verwendbar.
Die Wirksamkeit einer anschließenden Desinfektionsmaßnahme
wird durch die überragende Reinigungsleistung des erfindungsgemäßen
Verfahrens entscheidend verbessert.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 4227516
A1 [0006]
- - DE 19539806 A1 [0007]
- - DE 3032532 [0007]
- - DE 10349158 A1 [0008]
- - DE 102007004278 A1 [0009]
-
Zitierte Nicht-Patentliteratur
-
- - Hall-Stoodley
and Stoodley, 2005, Biofilm formation and dispersal of the transmission
of human pathogens [0002]
- - Exner et al, 1983, Untersuchungen zur Wandbesiedelung der
Kupferrohrleitungen einer zentralen Desinfektionsmitteldosieranlage.
Zbl Bakt Hyg. I. Abt. Orig. B 177: 170 bis 181 [0004]