DE10314919A1

DE10314919A1 - Verfahren zur Herstellung einer wässerigen Chlordioxid-Lösung

Info

Publication number: DE10314919A1
Application number: DE2003114919
Authority: DE
Inventors: Kurt Sielaff
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2003-04-01
Filing date: 2003-04-01
Publication date: 2004-12-16

Abstract

Ein Verfahren zur Herstellung einer wässerigen Chlordioxid-Lösung soll für den Anwender an jedem Ort besonders gefahrlos und unaufwendig durchführbar sein. Dabei soll die Herstellungszeit der wässrigen Chlordioxid-Lösung für einen zügigen Einsatz als Desinfektions- oder Wasseraufbereitungsmittel vergleichsweise kurz sein. Dazu wird eine weniger als 1 gewichtsprozentige wässerige Salzsäure-Lösung mit einer weniger als 5 gewichtsprozentigen wässerigen Chlorit-Lösung umgesetzt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer wässerigen Chlordioxid-Lösung. Sie betrifft weiter eine derartig hergestellte wässerige Chlordioxid-Lösung, ihre Verwendung und einen Desinfektionskit zur Herstellung einer derartigen wässerige Chlordioxid-Lösung.

Wässerige Lösungen von Chlordioxid finden wegen der bis zu 2,5-fachen Oxidationskraft des Chlordioxids gegenüber z.B. Chlor, Chlorbleichlauge, Peressigsäure oder Wasserstoffperoxid häufige Verwendung in der Wasseraufbereitungstechnik. Das Anwendungsgebiet erstreckt sich dabei von der Desinfektion von Trink- und Badewässern bis zur Aufbereitung von Brauch- und Abwässern. Wässerige Lösungen von Chlordioxid sind wegen ihrer bakteriziden, sporiziden, viroziden und algiziden Eigenschaften als vielseitig wirkende Desinfektionsmittel einsetzbar. Gegenüber den klassischen oxidierenden Desinfektionsmitteln wie Chlor und Hypochlorit zeichnet sich Chlordioxid in der Anwendung durch eine gute Ökobilanz aus. So werden beim Einsatz von Chlordioxid nur geringe Mengen von Adsorbierbaren Organischen Halogenverbindungen (AOX; Summenparameter für alle an Aktivkohle adsorbierbaren Chlor-, Brom-, Jod-Verbindungen unterschiedlichsten Gefährdungspotentials) und nahezu keine Trihalomethane (THM, Haloforme) gebildet.

Technisch findet die Darstellung von Chlordioxid üblicherweise aus einer 9 gewichtsprozentigen wässerigen Salzsäure-Lösung und einer 7,5 gewichtsprozentigen wässerigen Chlorit- Lösung statt. Ein solches Verfahren ergibt zwar vergleichsweise gute Ausbeuten (größer als 20 g/l), ist aber in seiner Anwendbarkeit wegen eines hohen apparativen Aufwands für die Separierung des Chlordioxids als auch wegen der hohen Explosionsgefahr des gasförmigen Chlordioxids auf die großtechnische Verwendung beschränkt.

Wünschenswert ist allerdings insbesondere für Wasseraufbereitungs- und so genannte CIP-Anlagen (Cleaning-In-Place-Anlagen) beispielsweise im Hygiene-, Gesundheits-, Lebensmittel- oder Getränkesektor sowohl im zivilen als auch im militärischen Bereich eine nahezu ungefährliche und vergleichsweise einfach handhabbare mobile Herstellung einer gebrauchsfertigen Chlordioxid-Lösung "vor Ort", egal ob im Haushalt, beim Camping, auf einem Schiff oder im Flugzeug. Die Chlordioxid-Lösung sollte daher von jedermann ohne besondere Schutzmaßnahmen hergestellt werden können, und sie sollte unmittelbar nach ihrer Herstellung von jedermann direkt zur Desinfektion eingesetzt werden können.

Ein derartiges Konzept wird beispielsweise dadurch verwirklicht, wenn einem Anwender ein aus zwei Komponenten bestehendes Reaktionsgebinde zur Verfügung gestellt werden kann und der Anwender diese Komponenten nur noch in einem vorgegebenen Verhältnis zu vermischen braucht, um sich selbst bei Bedarf eine frische Chlordioxid-Lösung herzustellen.

Eine derartige wässerige Chlordioxid-Lösung kann beispielsweise nach EP 822 920 B1 hergestellt werden, indem eine wässerige Reaktionslösung aus Chlorit und halogenfreiem Oxidationsmittel hergestellt wird, die mit Hilfe eines Protonendonators auf einen pH-Wert zwischen 5,5 und 9,5 eingestellt wird und dann bei Raumtemperatur solange umgesetzt wird, bis das Chlorit nahezu vollständig umgesetzt ist. Bis zum nahezu vollständigen Umsatz bedarf es dabei etwa 12 Stunden.

Insbesondere in Notfallsituationen, aber auch beim Einsatz im alltäglichen Bereich kann jedoch eine relativ schnelle Verfügbarkeit einer frischen wässerigen Chlordioxid-Lösung als Desinfektions- oder Wasseraufbereitungsmittel erforderlich oder zumindest wünschenswert sein.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung einer wässerigen Chlordioxid-Lösung anzugeben, das für den Anwender an quasi jedem Ort besonders gefahrlos und unaufwendig durchführbar ist und dessen Umsetzungszeit vergleichsweise kurz ist, um einen schnellen Einsatz als Desinfektions- oder Wasseraufbereitungsmittel zu ermöglichen. Dabei sollen auch vergleichsweise leicht verfügbare und kostengünstige Kom ponenten eingesetzt werden. Des Weiteren soll ein für das Herstellungsverfahren besonders geeignetes Desinfektionskit als Reaktionsgebinde bereitgestellt werden.

Bezüglich des Verfahrens wird diese Aufgabe erfindungsgemäß gelöst, indem zur Herstellung einer wässerigen Chlordioxid-Lösung aus Salzsäure und Chlorit eine weniger als 1 gewichtsprozentige wässerige Salzsäure-Lösung und eine weniger als 5 gewichtsprozentige wässerige Chlorit-Lösung verwendet wird.

Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, dass das Verfahren auch von einem nicht im Umgang mit möglicherweise die Gesundheit gefährdenden Chemikalien erfahrenen Anwender ohne ein großes Verletzungsrisiko durchgeführt werden können sollte. Dazu sollten im Verfahren Ausgangsstoffe eingesetzt werden, die bezüglich ihres Gefährdungspotentials hinsichtlich ihrer chemischen und physikalischen Eigenschaften mit üblichen Haushalts- oder Reinigungsmittel vergleichbar sind. Dabei kann auch insbesondere die eingesetzte Konzentration oder Verdünnung der Ausgangsstoffe maßgeblich sein.

Zudem ist für eine gefahrlose Verwendung der Ausgangsstoffe außerhalb eines mit Schutzvorrichtungen ausgerüsteten Labors für einen ohne entsprechende Schutzkleidung und -brille ausgestatteten Hersteller eine kontrolliert verlaufende Reaktion nach Zusammenführung der Edukte besonders wichtig. Andererseits sollte die Reaktionszeit bis zum vollständigen Umsatz der Edukte zu einer wässerigen Chlordioxid-Lösung in für einen anschließenden vielseitigen Gebrauch geeigneter Konzentration und frei von unerwünschten Nebenprodukten ohne zusätzlichen Aufwand oder zusätzliches Gefährdungspotential, wie beispielsweise durch Erhitzen oder die Zugabe weiterer Chemikalien, vergleichsweise kurz sein.

Wie sich überraschend herausgestellt hat, ist eine zuverlässige Reaktionsführung auch mit wesentlich geringeren Eingangskonzentrationen als bislang allgemein für notwendig erachtet erreichbar. So sind als Ausgangsstoffe für die Chlordioxid-Herstellung eine weniger als 1 gewichtsprozentige wässerige Salzsäure-Lösung und eine weniger als 5 gewichtsprozentige wässerige Chlorit-Lösung vorgesehen. Damit können wider Erwarten die teilweise widersprechenden Anforderungen in Einklang miteinander gebracht werden. Es können handelsübliche und vergleichsweise kostengünstige Stoffe verwendet werden, die aufgrund der gewählten Verdünnung keine außergewöhnliche Verätzungs- oder anderweitige Verletzungsgefahr mehr für den Anwender darstellen, aber dennoch innerhalb einer relativ kurzen Reaktionszeit von 3 Stunden bei Raumtemperatur vollständig zu einer stabilen wässerigen Chlordioxid-Lösung umgesetzt werden.

Chlordioxid ist entsprechend der "Liste der Aufbereitungsstoffe und Desinfektionsverfahren gemäß § 11 Trinkwasserverordnung" (Bundesgesundheitsblatt S. 827, 2002) zur Aufbereitung von Trinkwasser zugelassen. Nach Abschluss der Aufbereitung ist ein maximaler Gehalt von 0,2 mg/l Chlorit im Trinkwasser zulässig. Für einen vielseitigen Gebrauch der wässerigen Chlordioxid-Lösung ist ihre Herstellung in einer geeigneten Konzentration zweckmäßig. Die Konzentration der wässerigen Chlordioxid-Lösung beträgt daher durch die entsprechende Wahl der Konzentrationen der Ausgangsstoffe nach dreistündiger Reaktionszeit vorteilhafter Weise weniger als oder etwa gleich 2 g/l. Um die Trinkwasserqualität des aufbereiteten Wassers zu gewährleisten, ist diese Lösung um den Faktor 10.000 zu verdünnen.

Die hergestellte Chlordioxid-Lösung weist dabei zweckmäßigerweise einen nahezu vollständigen Umsatz des eingesetzten Chlorits auf und enthält als Zwischen- oder Nebenprodukte zweckmäßigerweise nahezu kein Chlorat (ClO₃ ^–) oder freies Chlor (Cl₂) mehr. Bei der Herstellung von Chlordioxid nach obigem Verfahren beträgt die Konzentration an Chlorit (ClO₂ ^–) vorzugsweise weniger als 0,01 g/l, die an Chlorat (ClO₃ ^–) vorzugsweise weniger als 0,05 g/l und die an freiem Chlor (Cl₂) vorzugsweise ebenfalls weniger als 0,05 g/l.

Vor Ort wird die hergestellte wässerige Chlordioxid-Lösung wegen ihrer bakteriziden, sporiziden, viroziden und algiziden Eigenschaften vorteilhafterweise zur einfachen, schnellen und wirksamen Desinfektion vorzugsweise von Trinkwasser und dessen Rohrnetzen, von Brunnen-, Rohr- und Abwasser, in Kühl- oder Warmwasserkreisläufen, Wasseraufbereitungs- und so genannten CIP-Anlagen verwendet. Des Weiteren wird sie dafür vorteilhafter Weise im Dental-, Hygiene-, Krankenhaus- und Lebensmittelbereich, in der Industrie, z.B. in Getränkeabfüllbetrieben, Flaschenwaschanlagen, und in Wasserwerken, beispielsweise zur Notfalldesinfektion, eingesetzt.

Für eine einfache und anwenderfreundliche Handhabung sind zweckmäßigerweise alle für die Herstellung benötigten Reaktionsmittel oder -utensilien mitgeliefert. Daher wird für die Herstellung der wässerigen Chlordioxid-Lösung vorteilhafter Weise ein Desinfektionskit als Reaktionsgebinde bereitgestellt. Um Fehler bei der Verwendung zu vermeiden, ist die Anzahl der zur Verfügung gestellten Reaktionsmittel zweckmäßigerweise besonders gering gehalten. Aus diesem Grund umfasst der Desinfektionskit vorzugsweise einen mit einer weniger als 1 gewichtsprozentigen wässerigen Salzsäure-Lösung befüllten Vorratsbehälter und einen weiteren mit einer weniger als 5 gewichtsprozentigen wässerigen Chlorit-Lösung befüllten Vorratsbehälter. Damit ist eine bedarfsgerechte Herstellung der gewünschten Chlordioxid-Lösung mit lediglich zwei Komponenten ermöglicht.

Damit ein sachgemäßer Einsatz der Reaktionsmittel gewährleistet ist und damit die Herstellung ohne weitere Hilfsmittel, wie beispielsweise ein Dosier- oder Rührmittel u. a., besonders einfach handhabbar und ungefährlich erfolgt, ist in besonders vorteilhafter Ausgestaltung des Desinfektionskits als weiterer Vorratsbehälter eine Spritze vorgesehen. Damit wird erreicht, dass jedermann auch ohne Lesen einer Gebrauchsanweisung deutlich wird, dass der Inhalt der Spritze zu dem Inhalt des anderen Vorratsbehälters zudosiert werden soll.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass durch einfaches Zusammenfügen zweier Komponenten mit genau gewählter Konzentration, einer weniger als 1 gewichtsprozentigen wässerigen Salzsäure-Lösung und einer weniger als 5 gewichtsprozentigen wässerigen Chlorit-Lösung, und Abwarten einer lediglich etwa dreistündigen Umsetzungszeit von jedermann an quasi jedem Ort ohne ein überdurchschnittliches Gesundheits- oder Verletzungsrisiko eine gebrauchsfertige wässerige Chlordioxid-Lösung für den privaten oder beruflichen Einsatz als Desinfektionsmittel hergestellt werden kann. Gerade die Wahl der vergleichsweise geringen Konzentration der Ausgangsstoffe erlaubt einerseits ein nahezu gefahrloses Hantieren mit den Stoffen auch für einen mit dem Umgang mit Chemikalien unerfahrenen Anwender ohne Schutzvorkehrungen oder -maßnahmen (wie z.B. den Einsatz von Schutzhandschuhen, Schutzbrille, Schutzkleidung u. a.). Andererseits ermöglicht die spezifische Konzentrationswahl der beiden Ausgangsstoffe die Umsetzung zu einer wässerigen Chlordioxid-Lösung (mit 2 g/l) nahezu ohne unerwünschte Nebenprodukte an Chlorat (weniger als 0,05 g/l) und Chlor (weniger als 0,05 g/l). Diese Ergebnisse lieferten die Untersuchungen des Hygiene-Instituts des Ruhrgebiets vom Oktober/November 2002. Ferner ist unter Beachtung der Reaktionszeit und der Höchstdosierung die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte wässerige Chlordioxid-Lösung konform mit den Anforderungen an Desinfektionsverfahren gemäß § 11 Trinkwasserverordnung 2001.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend näher erläutert.
Beispiel 1:
Herstellung einer wässerigen Chlordioxid-Lösung mit einem Desinfektionskit
Zu 190 ml einer 1 gewichtsprozentigen wässerigen Salzsäure-Lösung in einem im Ausführungsbeispiel als Kunststoff-Flasche ausgestalteten Vorratsbehälter wird aus einem weiteren als Spritze ausgestalteten weiteren Vorratsbehälter eine Menge von 10 ml einer weniger als 5 gewichtsprozentigen wässerigen Chlorit-Lösung zugeben. Nach etwa 3 Stunden Reaktionszeit ergibt die Analyse der Lösung folgende Gehalte:
1,95 ± 0,05 g/l Chlordioxid (ClO₂)
< 0,01 g/l Chlorit (ClO₂ ^–)
< 0,05 g/l Chlorat (ClO₃ ^–)
< 0,05 g/l Chlor (Cl₂)
Diese Analyseergebnisse zeigen, dass das eingesetzte Chlorit nach 3 Stunden nahezu vollständig umgesetzt ist und, dass die hergestellte wässerige Chlordioxid-Lösung nahezu keine unerwünschten Zwischen- oder Nebenprodukte an Chlorat und Chlor aufweist. Somit ist die hergestellte wässerige Chlordioxid-Lösung als fertige Desinfektions- oder Wasseraufbereitungslösung einsetzbar. Damit können etwa 2000 l Wasser aufbereitet werden, wobei der für Trinkwasser maximale Gehalt von 0,2 mg/l Chlordioxid nicht überschritten wird.
Beispiel 2
Herstellung einer wässerigen Chlordioxid-Lösung mit einem Desinfektionskit
Zu 47,5 ml einer 1 gewichtsprozentigen wässerigen Salzsäure-Lösung in einem im Ausführungsbeispiel als Kunststoff-Flasche ausgestalteten Vorratsbehälter wird aus einem weiteren als Spritze ausgestalteten weiteren Vorratsbehälter eine Menge von 2,5 ml einer weniger als 5 gewichtsprozentigen wässerigen Chlorit-Lösung zugeben. Nach etwa 3 Stunden liegt ein vollständiger Umsatz mit den oben erhaltenen Analyseergebnissen vor. Mit dieser hergestellten wässerigen Chlordioxid-Lösung können etwa 500 l Wasser aufbereitet werden, wobei der für Trinkwasser maximale Gehalt von 0,2 mg/l Chlordioxid nicht überschritten wird.
Selbstverständlich sind auch größere Einsatzvolumina mit den oben genannten Konzentrationen an wässeriger Salzsäure-Lösung und an wässeriger Chlorit-Lösung in entsprechend größer gewählten Vorratsbehältern einsetzbar. Mit der danach hergestellten Chlordioxid-Lösung ist die Aufbereitung von entsprechend mehr Wasser möglich.

Claims

Verfahren zur Herstellung einer wässerigen Chlordioxid-Lösung aus Salzsäure und Chlorit, wobei eine weniger als 1 gewichtsprozentige wässerige Salzsäure-Lösung und eine weniger als 5 gewichtsprozentige wässerige Chlorit-Lösung verwendet wird.
Wässerige Chlordioxid-Lösung, die durch ein Verfahren nach Anspruch 1 in einer Konzentration von weniger als oder etwa gleich 2 g/l hergestellt ist.
Wässerige Chlordioxid-Lösung nach Anspruch 2, die Chlorit in einer Konzentration kleiner als 0,01 g/l, Chlorat in einer Konzentration kleiner als 0,05 g/l und freies Chlor in einer Konzentration kleiner als 0,05 g/l aufweist.
Verwendung einer wässerigen Chlordioxid-Lösung nach Anspruch 2 oder 3 als Mittel zur Desinfektion von Trinkwasser und dessen Rohrnetzen, von Brunnen-, Rohr- und Abwasser, in Kühl- oder Warmwasserkreisläufen, Wasseraufbereitungsanlagen, im Dental-, Hygiene-, Krankenhaus- und Lebensmittebereich, in Getränkeabfüllbetrieben, Flaschenwaschanlagen oder in Wasserwerken.
Desinfektionskit zur Herstellung einer wässerigen Chlordioxid-Lösung nach Anspruch 3 oder 4 mit einem mit einer weniger als 1 gewichtsprozentigen wässerigen Salzsäure- Lösung befüllten Vorratsbehälter und einem weiteren mit einer weniger als 5 gewichtsprozentigen wässerigen Chlorit-Lösung befüllten Vorratsbehälter.
Desinfektionskit nach Anspruch 5, bei dem als weiterer Vorratsbehälter eine Dosiereinheit, insbesondere Spritze vorgesehen ist.