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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur katalytischen Entkeimung und zur Entfernung vom Biofilmen.
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Aus dem Stand der Technik sind Vorrichtungen zur Wasserbehandlung mittels eines Systems bestehend aus einem Katalysator und Wasserstoffperoxid zur - Entkeimung dem Grunde nach bekannt.
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So beschreibt beispielsweise die deutsche Patentschrift
DE 196 10 345 C1 einen Vollmetallkatalysator zur Oxidation von Abwasserverunreinigungen mittels Persäuren oder Wasserstoffperoxid. Der Vollmetallkatalysator besteht aus einer Legierung aus den Elementen Kobalt, Nickel, Wolfram, Chrom, Kupfer, Eisen und Mangan. Er beschleunigt an seiner Oberfläche die Spaltung von Peroxiden.
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Weiterhin sind Verfahren zur Entfernung von Biofilmen unter Nutzung der bioziden Wirkung der Zerfallsprodukte mikrobiologischer Phasen aus dem Stand der Technik bekannt. Hierbei werden Zellmembranen zerstört und aus ihnen in situ Biotenside erzeugt, welche nachfolgend Biofilme angreifen und abtragen können.
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Ein Nachteil des Standes der Technik liegt in einer geringen Effizienz der Katalysatoren, insbesondere bei ständiger Wasserstoffperoxid-Dosierung oder bei kurzen Dosierintervallen, beispielsweise von weniger als zwei Tagen.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung aufzuzeigen, mit der ein mikrobieller Befall durch planktonische Keime sowie vorzugsweise zudem auch ein vorhandener Biofilm wirksam bekämpft werden kann und welche über eine lange Betriebszeit einsetzbar ist. Ferner ist es die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren hierfür anzugeben.
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Die Aufgabe wird in Bezug auf die Vorrichtung durch die im Patentanspruch 1 aufgeführten Merkmale gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen ergeben sich aus den zugehörigen Unteransprüchen. In Bezug auf das Verfahren wird die Aufgabe durch die im Patentanspruch 6 aufgeführten Merkmale gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen ergeben sich aus den hier zugehörigen Unteransprüchen.
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Die Vorrichtung zur katalytischen Entkeimung weist erfindungsgemäß ein wässriges Fluid, eine Wasserstoffperoxid-Zugabeeinheit und einen Katalysator auf.
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Die Wasserstoffperoxid-Zugabeeinheit ist erfindungsgemäß ausgebildet, eine Wasserstoffperoxidlösung in das wässrige Fluid zu geben.
Die Wasserstoffperoxid-Zugabeeinheit gibt vorzugsweise aus einem Vorratstank das Wasserstoffperoxid über eine Pumpvorrichtung in das wässrige Fluid. Es sind als Wasserstoffperoxidquelle im Sinne der vorliegenden Anmeldung auch Lösungen eines Peroxidsalzes oder eines organischen Peroxids zu verstehen.
Die Wasserstoffperoxid-Zugabeeinheit kann in allen geeigneten Bauformen von Zugabeeinheiten oder Dosiereinheiten ausgebildet sein, welche eine Substanz aus einem Vorratstank in ein wässriges Fluid geben.
Die Wasserstoffperoxid-Zugabeeinheit ist besonders beständig gegenüber einer Oxidation durch das Wasserstoffperoxid ausgebildet.
Die Wasserstoffperoxid-Zugabeeinheit ist dabei vorzugsweise so ausgebildet, die Wasserstoffperoxidlösung unmittelbar auf den Katalysator zu dosieren. Sie kann auch so ausgebildet sein, dass das Wasserstoffperoxid in unmittelbarer Nähe zu dem Katalysator dosiert wird. In jedem Fall kommt es darauf an, eine möglichst hohe Konzentration an Wasserstoffperoxid an der Katalysatoroberfläche bereitzustellen, um den katalytischen Prozess intensiv ablaufen zu lassen. Es kann auch vorgesehen werden, den Katalysator durch ein teilgeöffnetes Gehäuse einzufassen und in den sich so ausbildenden inneren Raum das Wasserstoffperoxid zu geben, um so eine hohe Konzentration aufrecht zu erhalten.
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Der Katalysator ist erfindungsgemäß in dem wässrigen Fluid angeordnet und wird von diesem vorzugsweise vollständig umspült.
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Erfindungsgemäß weist der Katalysator eine Katalysatoroberfläche auf und ist ausgebildet, durch eine Reaktion mit dem Wasserstoffperoxid reaktive Spaltprodukte bereitzustellen. Vorzugsweise handelt es sich um eine metallische Katalysatoroberfläche. Als metallische Katalysatoroberfläche wird verstanden, dass diese ein Metall, eine Metalllegierung oder auch ein Metalloxid aufweist, wobei das Material so ausgebildet ist, dass Wasserstoffperoxid zu reaktiven Spaltprodukten reagiert. Von einer metallischen Katalysatoroberfläche sind daher auch chemisch oder thermisch veränderte Oberflächen umfasst.
Das Wasserstoffperoxid lagert sich nach seiner Zugabe in das wässrige Fluid bevorzugt an der Katalysatoroberfläche an und wird mittels der katalytischen Wirkung des Materials der Katalysatoroberfläche in reaktive Spaltprodukte zerlegt. Als reaktive Spaltprodukte im Sinne der vorliegenden Erfindung werden alle chemischen Verbindungen verstanden, welche aus einer Spaltung eines Wasserstoffperoxidmoleküls entstehen können und eine höhere Reaktivität als das Wasserstoffperoxid aufweisen. Es kann sich insbesondere um das Hyperoxid-Anion, das Hydroxylradikal und das Hydroperoxylradikal handeln. An der Katalysatoroberfläche können zusätzliche aktive Verbindungen wie Singulettsauerstoff gebildet werden.
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Die reaktiven Spaltprodukte haben die Eigenschaft, eine mikrobiologische Phase eines zu entkeimenden wässrigen Fluids abzutöten und insbesondere deren Zellmembranen zu zerstören, wodurch in situ Biotenside entstehen. Die mikrobiologische Phase wird nachfolgend auch verkürzt als Mikrobiologie bezeichnet und wird als die Gesamtheit der in dem wässrigen Fluid vorhandenen Keime verstanden.
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Der Katalysator kann als ein Vollmetallkatalysator oder als eine Trägerstruktur mit einer aktiven Metalloberfläche ausgebildet sein.
Der Katalysator weist vorzugsweise eine Struktur mit vergrößerter Oberfläche auf. Insbesondere kann der Katalysator als ein Netz gelegter langer Leiter, als ein Hohlkörper, als gefalteter Körper oder als eine poröse Struktur ausgebildet sein. Vorzugsweise weist der Katalysator eine zylindrische Grundform auf.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur katalytischen Entkeimung ist insbesondere durch eine Spannungsquelle gekennzeichnet. Bei der Spannungsquelle handelt es sich um eine Gleichspannungsquelle. Die Spannungsquelle ist erfindungsgemäß mit dem Katalysator und einer inerten Elektrode verbunden.
Die Verbindungen sind ausgebildet einen elektrischen Strom von der Spannungsquelle zu übertragen.
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Erfindungsgemäß ist die Spannungsquelle ausgebildet, den Katalysator mit einer Spannung zu versorgen. Dabei ist die Spannungsquelle insbesondere ausgebildet, an den Katalysator eine externe Reduktionsspannung anzulegen, mit der an der Katalysatoroberfläche ein Elektrodenpotential unterhalb des Reduktionspeaks von Wasserstoffperoxid erreicht wird. Vorzugweise wird in Abhängigkeit von der technologischen Zielstellung und der chemischen Umgebung eine Spannung im Bereich von 2 bis 20 Volt, besonders bevorzugt von 4 bis 6 Volt beaufschlagt. Soweit die Wirksamkeit des Katalysators durch Bildung einer passivierenden Deckschicht verringert ist, wird mittels der Reduktionsspannung die Beseitigung dieser passivierenden Deckschicht an der Katalysatoroberfläche erreicht und der Katalysator aktiviert. Der Katalysator wird insoweit als Kathode beaufschlagt.
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Die inerte Elektrode ist in dem wässrigen Fluid angeordnet und ausgebildet, ein Gegenpotential zu dem Katalysator auszubilden.
Katalysator und inerte Elektrode sind so zueinander beabstandet angeordnet, dass ein Kurzschluss ausgeschlossen ist.
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Weiterhin ist das Material der inerten Elektrode möglichst resistent gegenüber einer elektrochemischen Umsetzung. Insbesondere kann die inerte Elektrode beispielsweise aus Blei, Edelmetallen oder aus Graphit ausgebildet sein. Für einen Einsatz der Vorrichtung zur Entkeimung von Trinkwasser ist eine inerte Graphitelektrode aufgrund ihrer nicht vorhandenen Toxizität und der geringeren Kosten besonders geeignet.
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Vorzugsweise weist die Vorrichtung ferner ein Behältnis auf, in welchem das wässrige Fluid aufgenommen wird und der Katalysator sowie die inerte Elektrode in der Weise lagefest angeordnet sind, dass diese von dem wässrigen Fluid umgeben werden.
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Ein Vorteil der Vorrichtung liegt in einer hohen Stabilität des Betriebs.
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Dem liegt zu Grunde, dass es bei Vorrichtungen zur katalytischen Entkeimung nach dem Stand der Technik als Problem bekannt ist, dass es mit fortschreitender Einsatzdauer und speziell bei ständiger Dosierung von Wasserstoffperoxid oder bei Dosierung in kurzen Intervalle von weniger als zwei Tagen zu einem Aktivitätsverlust des Katalysators durch eine Passivierung der Katalysatoroberfläche kommt. Die Passivierung wird in wässrigen Lösungen durch dünne adsorbierte, hydoxidische/oxidische Deckschichten hervorgerufen, deren Morphologie durch peroxidische Anlagerungen an der Katalysatoroberfläche wesentlich beeinflusst wird. Nach einiger Zeit ist der Katalysator so weit desaktiviert, dass auch bei weiteren Wasserstoffperoxidzugaben keine weiteren reaktiven Spaltprodukte gebildet werden und das Wasserstoffperoxid lediglich als solches und nicht katalytisch aktiviert wirkt.
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Im Stand der Technik wird versucht, dieser Passivierung durch Regenerierungsphasen im Prozess entgegen zu wirken.
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Als Regenerierungsphase ist das gezielte Aussetzen der Wasserstoffperoxid-Dosierung zu verstehen die es gestattet, durch eine langsam ablaufende Potentialabsendung des Katalysators die Aktivität zur Wasserstoffperoxidaktivierung zu „regenerieren“. Eine Regenerierungsphase des Katalysators bedingt eine längere Unterbrechung des Betriebs und führt zu einer Erhöhung der Behandlungsdauer bei einer entsprechenden Senkung der katalytisch aktiven Zeitintervalle. Teilweise sind mehrere Tage für eine weitgehende Regenerierung erforderlich.
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Es wurde überraschend gefunden, dass durch das Anlegen einer externen Spannung an den Katalysator dessen Regeneration erheblich beschleunigt werden kann. Dem liegt zu Grunde dass erkannt wurde, dass eine Passivierung der Katalysatoroberfläche durch eine oxidische Deckschicht bewirkt wird sowie dass diese oxidische Deckschicht durch das Anlegen einer externen Reduktionsspannung beschleunigt abbaubar ist. Durch die Reduktionsspannung, nachfolgend auch als Reinigungsspannung bezeichnet, werden die passivierenden Deckschichtbestandteile reduziert und somit die Katalysatoroberfläche erneut aktiviert. Es wurde gefunden, dass bereits nach kurzer Zeit ein negatives Elektrodenpotential des Katalysators nach Abschaltung der externen Reduktionsspannung erreichbar ist. Weiterhin wurde erkannt, dass ein negatives Elektrodenpotentials des Katalysators vor der Zugabe des Wasserstoffperoxids eine starke Aktivierung bewirkt und die Differenz des Elektrodenpotentials vor und nach der Wasserstoffperoxidzugabe als Potentialsprung das Maß der Aktivierung bestimmt.
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Als besonderer Vorteil kann eine Regeneration bereits nach sehr kurzer Zeit erreicht werden, wobei in der Regel nur wenige Minuten benötigt werden.
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Die Regeneration des Katalysators ist zudem vorteilhaft nicht davon abhängig, ob während der Beaufschlagung mit der Reinigungsspannung eine Wasserstoffperoxidzugabe erfolgt. Die Regeneration kann vielmehr sowohl in einer Phase ohne Wasserstoffperoxidzugabe als auch in einer Phase mit Wasserstoffperoxidzugabe stattfinden.
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Insbesondere ist es ein Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung, dass nach der Reinigungsphase mittels externer Reduktionsspannung die Katalysatoroberfläche gegenüber dem Gleichgewichtszustand sogar noch eine erhöhte Aktivität aufweist. Als Gleichgewichtszustand wird die Aktivität des Katalysators in dem wässrigen Fluid ohne eine wasserstoffperoxidbedingte Passivierung und ohne vorangegangene Beaufschlagung mit einer Reduktionsspannung verstanden.
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Diese beschriebene erhöhte Aktivität des Katalysators ist durch die Höhe eines Potentialsprungs des zwischen dem Katalysator und einer Bezugselektrode anliegenden Potentials, direkt vor und nach der Zugabe des Wasserstoffperoxids charakterisierbar und messbar. Dieser Potentialsprung kann als Messwert für eine Bestimmung der Aktivität herangezogen werden.
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Eine schnelle und erfolgreiche Regeneration kann auch durch eine kurzzeitige Behandlung mit Säuren erreicht werden. Da dies im laufenden Prozess jedoch eine Entnahme des Katalysators aus dem zu behandelnden wässrigen Fluid erfordert, ist dieses Verfahren nur begrenzt einsetzbar. Ferner ist der zusätzliche Einsatz von Chemikalien aus ökonomischen und ökologischen Gründen als nachteilig anzusehen. Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht also darin eine Lösung aufzuzeigen, die diesen Nachteil vermeidet.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung weist die Vorrichtung zur katalytischen Entfernung von Biofilmen ferner eine Steuerungseinheit auf welche ausgebildet ist, die Spannungs- und/oder Stromabgabe der Spannungsquelle zu steuern. Hierzu ist die Steuerungseinheit mit der Spannungsquelle verbunden. Es ist möglich, dass die Spannungsquelle und die Steuerungseinheit baulich ineinander integriert sind.
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Vorzugsweise ist die Steuerungseinheit zudem mit der Wasserstoffperoxid-Zugabeeinheit verbunden und ausgebildet, die Wasserstoffperoxidzugabe zu steuern.
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Die Steuerungseinheit ist so ausgebildet, dass sie eine präzise Steuerung der Spannungsbeaufschlagung und damit des an dem Katalysator und der inerten Elektrode anliegenden Potentials bereitstellt.
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Hierbei kann eine Steuerung manuell, semiautomatisch oder automatisch erfolgen.
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Bei einer manuellen Steuerung sind beispielsweise gewünschte Spannungen oder Spannungsverläufe an dem Katalysator oder auch Dosiermengen der Wasserstoffperoxid-Zugabeeinheit durch den Anwender einzustellen. Für eine manuelle Steuerung weist die Steuerungseinheit entsprechende Eingabeeinrichtungen und vorzugsweise auch Anzeigeeinrichtungen wie beispielsweise Displays oder einen Monitior auf.
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Bei einer semiautomatischen Ausbildung der Steuerungseinheit sind lediglich Eckparameter durch den Anwender einzugeben, anhand derer die Steuerungseinheit beispielsweise Spannungen oder Dosiermengen selbstständig errechnet und über die Spannungsquelle, sowie bevorzugt auch über die Wasserstoffperoxid-Zugabeeinheit, in dem zu entkeimenden wässrigen Fluid beaufschlagt.
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Bei einer automatischen Ausbildung sind der Steuerungseinheit entsprechende Sensoren zur Erfassung von Kenngrößen des Betriebszustands der Vorrichtung zugeordnet. Bei den Kenngrößen, die durch die Sensoren erfasst werden, handelt es sich beispielsweise um Potentiale, Leitfähigkeit, Temperatur oder Durchflussmengen des wässrigen Fluid. Bei der automatischen Ausbildung errechnet die Steuerungseinheit aus diesen erfassten Kenngrößen automatisch die Parameter für einen optimalen Betrieb. Ferner steuert die Steuerungseinheit entsprechend diesen Parametern den Betriebszustand der Spannungsquelle sowie vorzugsweise auch der Wasserstoffperoxid-Zugabeeinheit. In dieser bevorzugten Ausbildung wird eine Regelung des Betriebs bereitgestellt.
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Die Steuerungseinheit weist gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung eine Potentialmesseinheit auf, welche wiederum mindestens eine Bezugselektrode und ein Potentialmessgerät aufweist.
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Ein Potentialmessgerät und Bezugselektroden sind als solche dem Stand der Technik bekannt. Die Bezugselektrode kann beispielsweise aus Silber/Silberchlorid oder Kalomel (Quecksilber/Quecksilber(I)chlorid-Elektroden) ausgebildet sein.
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Gemäß dieser vorteilhaften Weiterbildung ist das Potentialmessgerät ausgebildet, eine Potentialdifferenz zwischen Katalysator und Bezugelektrode zu messen. Dem liegt zu Grunde, dass bei der Zugabe des Wasserstoffperoxids ein Potentialsprung erfolgt, welcher durch die Potentialmesseinheit detektierbar ist.
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Die Potentialmesseinheit ist zusätzlich ausgebildet, die ermittelte Potentialdifferenz des Potentialmessgerätes beispielsweise als direktes elektrisches oder vorher umgewandeltes digitales Signal an die Steuerungseinheit zu übertragen.
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Die Steuerungseinheit ist gemäß dieser vorteilhaften Weiterbildung ausgebildet, die übertragene Potentialdifferenz auszuwerten. Gemäß dieser Weiterbildung können unmittelbar Informationen zu dem Betriebsverhalten erlangt werden. Diese können für die Betriebsführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung verwandt werden.
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Die Vorrichtung zur katalytischen Entkeimung weist gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung eine Fluidpumpe auf, welche ausgebildet ist, das wässrige Fluid aus der Vorrichtung abzuführen oder dieser zuzuführen.
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Die Fluidpumpe ist ausgebildet, an bestehende Wasserkreisläufe oder Wasserreservoirs angeschlossen zu werden.
Die Fluidpumpe weist hierzu Anschlüsse bzw. Leitungen auf, welche bei laufender Pumpe wässriges Fluid ansaugen und einen den Katalysator umströmenden Volumenstrom des wässrigen Fluids bereitstellen. Das wässrige Fluid wird vorzugsweise im Kreislauf geführt.
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Entsprechend dieser Weiterbildung ist die Vorrichtung zur katalytischen Entkeimung universell einsetzbar. Insbesondere können so beispielsweise Abschnitte eines Trinkwasserleitungssystems beispielsweise bei Legionellenverdacht entkeimt werden. Vorrangig auf die Biofilmentfernung gerichtete Anwendungen in technischen Kreisläufen sind ferner durch den Vorteil einer höhreren Effektivität und einer Senkung der Menge der eingesetzten Katalysatoren gekennzeichnet.
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Dabei wird die im wässrigen Fluid geführte frei bewegliche mikrobiologische Phase, auch als planktonische Keime bezeichnet, durch die reaktiven Spaltprodukte aus dem Wasserstoffperoxid zerstört. Insbesondere werden Zellmembranen zerstört und aus ihnen in situ Biotenside erzeugt. Die Biotenside werden in dem wässrigen Fluid mittels der Fluidpumpe in einem Kreislauf durch den zu entkeimenden Abschnitt des Wassersystems geführt. Dort greifen die Biotenside etwaige dort vorhandene Biofilme an und tragen sie ab. Neben der unmittelbaren Entkeimung durch Zerstörung planktonischer Keime wird zudem mittelbar eine Entfernung von Biofilmen bewirkt. Die Entfernung von Biofilmen ist für eine nachhaltige Wirksamkeit der Entkeimungsmaßnahme besonders wichtig, da sich in Biofilmen die Keime sehr schnell wieder ansiedeln und vermehren können.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist der Katalysator als Vollmetallkatalysator ausgebildet, wobei der Katalysator aus einer Metalllegierung besteht, welche mindestens ein katalytisch aktives Metall aufweist.
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Als katalytisch aktive Metalle gemäß dieser Anmeldung werden Kobalt, Nickel, Wolfram, Aluminium, Eisen, Molybdän, Kupfer, Mangan und Chrom verstanden.
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Der Vollmetallkatalysator weist vorteilhaft eine hohe mechanische Robustheit und elektrische Leitfähigkeit auf.
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Das Verfahren zur katalytischen Entkeimung wird mittels einer Vorrichtung durchgeführt, welche ein wässriges Fluid, eine Wasserstofffperoxid-Zugabeeinheit, einen Katalysator, eine Spannungsquelle sowie eine inerte Elektrode aufweist. Vorzugsweise weist die Vorrichtung zudem eine Steuerungseinheit auf. In Bezug auf den Aufbau und die Wirkungsweise der Vorrichtung zur Durchführung des Verahrens gelten die vorstehenden Beschreibungsinhalte zu dem unabhängigen Vorrichtungsanspruch und zu den zugehörigen abhängigen Ansprüchen sinngemäß.
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Das Verfahren weist erfindungsgemäß folgende Verfahrenschritte auf:
- a) Durchführen einer Wasserstoffperoxidzugabe in das wässrige Fluid
- b) Anlegen einer externen Reinigungsspannung als Reduktionsspannung
- c) Abschalten der externen Reinigungsspannung
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Durchführen einer Wasserstoffperoxidzugabe in das wässrige Fluid
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Im Verfahrensschritt a) erfolgt die Zugabe des Wasserstoffperoxids über die Wasserstoffperoxid-Zugabeeinheit. Das Wasserstoffperoxid tritt in einen stofflichen Kontakt mit der Katalysatoroberfläche und wird katalytisch zu den reaktiven Spaltprodukten zersetzt, wie sie in dem Beschreibungsabschnitt zu der Vorrichtung erläutert wurden.
Diese reaktiven Spaltprodukte reagieren mit organischen Verbindungen und der im wässrigen Medium vorhandenen mikrobiologischen Phase, indem diese oxidiert werden.
Die reaktiven Spaltprodukte reagieren insbesondere mit den Zellmembranen der mikrobiologischen Phase unter Bildung von Biotensiden. Diese Biotenside reichern sich in dem wässrigen Fluid an und können einen Biofilm von zu behandelnden Einrichtu ngenablösen.
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Die Effektivität des Verfahrens kann zusätzlich erhöht werden, indem das wässrige Fluid in einem Kreislauf geführt wird, da sich so die Biotenside im Kreislauf anreichern und in intensiveren Kontakt zu einem zu entfernenden Biofilm treten.
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Anlegen einer Reinigungsspannung als externe Reduktionsspannung
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Es wird eine kathodische Reinigungsspannung an den Katalysator angelegt. Dies erfolgt vorzugsweise nach einer in Abhängigkeit vom technologischen Umfeld festzulegenden Zeit. Die inerte Elektrode bildet hierbei als eine Gegenanode die Gegenelektrode zum Katalysator.
Dabei wird die Reinigungsspannung so gewählt, dass sie zwischen dem Reduktionspotential des Wasserstoffperoxids und dem einer Wasserstoffentwicklung liegt. Dadurch werden die Oxidationsprodukte, die den Katalysator belegen, reduziert und die Katalysatoroberfläche wird wieder aktiviert.
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Bei bestimmten technologischen Bedingungen und Aufgabenstellungen kann es auch zweckmäßig sein, die negative Spannung bis in den Bereich einer intensiven Wasserstoffentwicklung einzustellen.
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Die Aktivierung des Katalysators kann auch zusätzlich durch eine chemischen Aktivierung erfolgen. Bei dieser Weiterbildung des Verfahrens wird der Katalysator über ein Waschen mit einer Mineralsäure aktiviert. Es ist auch möglich, die Aktivierung durch die externe Reduktionsspannung und die chemische Aktivierung zeitversetzt durchzuführen.
Für die Durchführung des Verfahrensschrittes b) ist es zwar möglich, aber nicht erforderlich, die Wasserstoffperoxidzugabe zu unterbrechen. Eine Regeneration der Katalysatoroberfläche mittel der Regenerationsspannung ist auch dann möglich, wenn die Wasserstoffperoxidzugabe fortgesetzt wird. Es findet dann lediglich keine Aufspaltung des Wasserstoffperoxids in reaktive Spaltprodukte statt.
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Abschalten der externen Reinigungsspannung
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Nachdem der Katalysator für eine Zeitdauer mit der Reinigungsspannung beaufschlagt war, wird die Reinigungsspannung wieder abgeschaltet. Die Durchführung der Abschaltung kann beispielsweise in einer Weise zeitgesteuert nach Ablauf einer bestimmten Zeitspanne erfolgen. Ferner ist es möglich, anhand von Kenngrößen aus einer Potentialmessung die Abschaltung zu initiieren. Dabei ist es auch möglich, für eine oder mehrere Potentialmessungen die Spannungsbeaufschlagung kurzzeitig zu unterbrechen um Potentialmessungen im Zustand der Freiheiten von einer externen Reduktionsspannung durchzuführen.
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Die Phase ohne dem Anliegen der Reinigungsspannung wird auch als Arbeitsphase und die Phase mit Anliegen der Reinigungsspannung wird auch als Regenerationsphase bezeichnet.
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Für das erfindungsgemäße Verfahren ist die Reihenfolge von Arbeitsphase und Regenerationsphase nicht festgelegt. Von dem erfindungsgemäßen Verfahren ist sowohl die Durchführung der Arbeitsphase mit nachfolgender Regenerationsphase als auch umgekehrt, die Durchführung der Regenerationsphase mit nachfolgender Arbeitsphase erfasst. Vorzugsweise werden die Regenerationsphase und die Arbeitsphase fortlaufend alternierend durchgeführt.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens werden die Verfahrensschritte a) bis c) oder b) und c) periodisch wiederholt.
Nach einer Durchführung der Verfahrensschritte a) bis c) werden diese wiederholt, um vorteilhaft immer wieder erneut einen möglichst vollständig aktivierten Zustand der Katalysatoroberfläche bereitzustellen.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung erfolgt als Verfahrensschritt 0) eine chemische Aktivierung des Katalysators vor Verfahrensschritt a).
Durch eine chemische Aktivierung wird der Katalysator bereits vor dem eigentlichen Entkeimungsverfahren in einen hochaktiven Zustand versetzt. Somit steht der Katalysator vorteilhaft sofort mit voller Effizienz zur Verfügung.
Die chemische Aktivierung des Katalysators erfolgt vorzugsweise durch ein Waschen der Katalysatoroberfläche mit einer Mineralsäure.
Eine chemische Aktivierung des Katalysators ist aber auch durch ein Waschen mit Lösungen anderer chemischer Substanzen erzielbar. Es sind alle Substanzen wie beispielsweise auch organische Säuren möglich, welche zu einer Aktivierung der Katalysatoroberfläche führen.
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Die Erfindung wird als Ausführungsbeispiel anhand von
- 1 Schematische Darstellung
näher erläutert.
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In 1 ist ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur katalytischen Entkeimung sowie zur Entfernung von Biofilmen schematisch dargestellt. Anhand des Ausführungsbeispiels der Vorrichtung wird zugleich ein Ausführungsbeispiel des Verfahrens beschrieben.
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In dem wässrigen Fluid 1 sind die Wasserstoffperoxid-Zugabeeinheit 2, die inerte Elektrode 6, die Bezugselektrode 9 und der Katalysator 3 mit der Katalysatoroberfläche angeordnet.
Das wässrige Fluid 1 wird mittels der Fluidpumpe 10 durch ein Behältnis (ohne Bezugszeichen) gepumpt.
Dabei ist die Wasserstoffperoxid-Zugabeeinheit 2 so angeordnet, dass die Dosierung des Wasserstoffperoxids direkt und mit möglichst geringer Verdünnung an die Katalysatoroberfläche gelangt. An der Katalysatoroberfläche 4 wird das Wasserstoffperoxid in reaktive Spaltprodukte katalytisch aufgespaltet.
Die reaktiven Spaltprodukte reagieren direkt an der Katalysatoroberfläche mit der Mikrobiologie sowie oxidierbaren organischen Substanzen. Die aus den zerstörten Zellmembranen der Mikrobiologie entstandenen Biotenside 4 werden mit dem Strom des wässrigen Fluids 1 mitgeführt und greifen bei einem stofflichen Kontakt mit einem Biofilm den Biofilm an und lösen diesen ab.
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Der Katalysator 3 und die inerte Elektrode 6 sind mit der Spannungsquelle 5 verbunden.
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Die Steuerungseinheit 7 ist mit der Spannungsquelle 5 und der Wasserstoffperoxid-Zugabeeinheit 2 verbunden. Sie steuert die Wasserstoffperoxidzugabe sowie Spannung- und Stromwerte der Spannungsquelle 5. Bei der Steuerungseinheit 7 handelt es sich um eine elektronische Schaltung. In dieser Ausführung misst das Potentialmessgerät 8 der Potentialmesseinheit die Potentialdifferenz zwischen dem Katalysator 3 und der Bezugselektrode 9 und überträgt diese als Messwert an die Steuerungseinheit 7. In dieser Ausführung sind die Spannungsquelle 5 und das Potentialmessgerät 8 baulich in der Steuerungseinheit 7 aufgenommen. Das Bedienpersonal erhält so Informationen zum Betriebsverhalten. Die Steuerungseinheit 7 sendet an die Wasserstoffperoxid-Zugabeeinheit 2 einen Schaltbefehl zur Beendigung der Wasserstoffperoxidzugabe. Zudem wird von der Steuerungseinheit 7 die Spannungsquelle 5 zugeschaltet. Den technologischen Vorgaben entsprechend wird in vorher optimierten Intervallen mittels der Spannungsquelle 6 zwischen dem Katalysator 3 und der inerten Elektrode 7 eine Reinigungsspannung angelegt, welche eine Reduktion der an der Katalysatoroberfläche gebildeten hydroxidischen/oxidischen Deckschrift bewirkt. Hierzu ist die Spannungsquelle 5 elektrisch mit dem Katalysator 3 und der inerten Elektrode 6 verbunden. Damit wurde die Arbeitsphase beendet und die Vorrichtung befindet sich in dem Betriebszustand der Regenerationsphase.
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Nach einem in der Steuerungseinheit 7 vorher hinterlegtem Zeitintervall schaltet die Steuerungseinheit 7 die Spannungsquelle 5 wieder ab, so dass nun keine Reduktionsspannung an dem Katalysator 3 mehr anliegt. Der Katalysator 3 befindet sich in einem regenerierten Zustand und weist eine hohe Aktivität auf. Die Steuerungseinheit 7 gibt nun an die Wasserstoffperoxid-Zugabeeinheit 2 einen Schaltbefehl, so dass diese wieder dosiert Wasserstoffperoxid in das wässrige Fluid 1 direkt an die Katalysatoroberfläche abgibt. Die Vorrichtung befindet sich nun wieder in dem Betriebszustand der Arbeitsphase.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- wässriges Fluid
- 2
- Wasserstoffperoxid-Zugabeeinheit
- 3
- Katalysator
- 4
- Biotenside
- 5
- Spannungsquelle
- 6
- inerte Elektrode
- 7
- Steuerungseinheit
- 8
- Potentialmessgerät
- 9
- Bezugselektrode
- 10
- Fluidpumpe
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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