DE19736507A1

DE19736507A1 - Vorrichtung zur dosierten Abgabe von Stoffen

Info

Publication number: DE19736507A1
Application number: DE1997136507
Authority: DE
Inventors: Loni Lueke-Schunck
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1997-08-22
Filing date: 1997-08-22
Publication date: 1999-03-04

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur dosierten Abgabe von fließfähigen Stoffen, insbesondere Flüssigkeiten und Gasen, an Systeme sowie ein Verfahren zur dosierten Abgabe von fließfähigen Stoffen in Systeme.

Auf verschiedenen Gebieten der Wartung biologischer Systeme, insbesondere bei der Hal tung von Tieren und Pflanzen in geschlossenen Räumen sowie innerhalb und außerhalb von Gewässern, ist es erforderlich, Wirkstoffe über einen längeren Zeitraum gleichmäßig und gezielt zuzuführen. Zu derartigen Wirkstoffen zählen beispielsweise Sauerstoff, Dünger, Arz neimittel, Algizide, CO₂, Bakterienkulturen Korrosionsschutzmittel, Desinfektions- und Oxidationsmittel, Nitrate oder Phosphate, Fällungsmittel wie Eisen, Aluminiumsalze, Polymere, Kalkmilch, usw.

Üblicherweise werden derartige Wirkstoffe, z. B. in biologischen Systemen, durch einfaches Zuführen per Hand oder andere gröbere Dosiervorrichtungen in fester und flüssiger Form zugegeben.

Bei der Dosierung von Wirkstoffen zu Gewässern, wobei es sich hier um Teiche, Aquarien und andere abgeschlossene wasserführende Systeme handeln kann, kann es zu Problemen kommen. Üblicherweise werden die Wirkstoffe mit der Hand direkt oder aus entsprechenden Vorratsbehältern in das Wasser gegeben. Die Dosierung von Hand ist mit hohen lokalen Konzentrationen an der Einbringstelle verbunden, insbesondere Systeme mit Zu- und Abflüssen können nur diskontinuierlich von Hand versorgt werden. Hier kommt es zu zeitabhängigen Schwankungen der Wirkstoffkonzentrationen. Die Dosierung in Zuflüsse ist dort nur mit höherem technischem Aufwand möglich. Die Konzentrationsschwankungen können zu kurzzeitigen Überdosierungen führen, die wiederum Schäden am ökologischen System, beispielsweise an den Tieren und Pflanzen verursachen können.

Bei gasförmigen Stoffen besteht die Gefahr, daß diese, wenn sie in solchen Mengen vorliegen, daß sie nicht sofort verbraucht werden, aus dem System entweichen, ohne genutzt zu werden. Dadurch muß der gasförmige Stoff in einer höheren Menge als für das System erforderlich zugegeben werden, was wiederum zu erhöhten Kosten führt. Die Dosierung von Gasen ist wegen der aufwendigen Anlagentechnik in der Regel mit hohen Kosten für den Anwender verbunden.

Verfahren und Vorrichtungen zur gezielt dosierten Abgabe von Flüssigkeiten sind beispielsweise aus der DE-PS-31 09 064 und der DE-A-34 00 589 bekannt. Die in der DE-PS-31 09 064 beschriebenen Vorrichtungen weisen einen ersten Behälter mit einem darin befindlichen Steigrohr auf, welches an seinen oberen Enden durch eine Abdeckung in einen weiteren Behälter führt, wobei eine Kuppel über das obere Ende des Steigrohres gestülpt ist. Bei dem vorbekannten Verfahren zur steuerbaren Abgabe von Flüssigkeiten wird von einer Treibgasdosierung ausgegangen, die auf einer katalytischen Zersetzung von Wasserstoffperoxid beruht. Durch die bei Zersetzung von Wasserstoffperoxid freiwerdenden Gasmenge wird durch in gesteuerter Weise aufgebauten Druck ein dementsprechend gesteuerter Austritt von Flüssigkeit aus der Vorrichtung erreicht.

Die in der DE-A-34 00 589 beschriebene Dosiervorrichtung für Flüssigkeiten besteht aus mindestens zwei miteinander in Verbindung stehenden Behältnissen, die jeweils mindestens eine Ausgangsöffnung aufweisen, und sind dadurch gekennzeichnet, daß ein innerer Behäl ter, der ein Treibgas entwickelndes System enthält, in einem äußeren Behälter, der die Dosierflüssigkeit enthält, angeordnet ist und sich im Betriebszustand die Austrittsöffnung des inneren Behälters oberhalb der eingefüllten Dosierflüssigkeit und die Austrittsöffnung des äu ßeren Behälters in dem Bereich der eingefüllten Dosierflüssigkeit befinden. Die zu leistende Arbeit wird hier über Zersetzungsprozesse gewonnen.

Die im Stand der Technik beschriebenen Vorrichtungen eignen sich in der Regel nur zur do sierten Abgabe von Gasen. Hinzu kommt, daß die Fertigung dieser Vorrichtungen aufgrund der miteinander verbundenen Behältnisse relativ große Probleme bereitet. Ferner ist bei der Anwendung der Systeme in wäßriger Umgebung auf die richtige Lager der Behälter zu achten. Das System ist durch seine Bauweise auf eine bestimmte Dosierkapazität festgelegt und insgesamt nicht sehr variabel.

Der vorliegenden Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, eine Dosiervorrichtung zur Verfügung zu stellen, mit welcher Wirkstoffe, Gase und Flüssigkeiten, über einen langen Zeitraum hin weg gleichmäßig und ohne schädliche Nebenprodukte abgegeben werden können. Eine weitere Aufgabe bestand darin, eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, die einfach zu handhaben ist und deren Dosierung auf die Systeme, in denen der Einsatz erfolgt, variabel einstellbar ist.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist demgemäß eine Vorrichtung zur kontrollierbaren Abgabe fließfähiger Stoffe an Systeme, gekennzeichnet durch ein Behältnis, das einen im wesentlichen volumenkonstanten Innenraum, der über eine semipermeable Membran mit dem umgebenden Medium verbunden ist und eine Substanz enthält, welche in Verbindung mit dem umgebenden Medium oder System einen osmotischen Druck aufbaut, und einen Auslaß aufweist.

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur dosierten Abgabe fließfähiger Stoffe in Systeme, das dadurch gekennzeichnet ist, daß ein Behältnis, das einen im wesentlichen volumenkonstanten Innenraum, der über eine semipermeable Membran mit dem umgebenden Medium verbunden ist und eine Substanz enthält, und einen Auslaß auf weist, mit dem umgebenden Medium oder System in Kontakt gebracht wird, das Medium über die semipermeable Membran in den Innenraum eindringt und die Substanz löst bzw. verdünnt, wodurch ein osmotischer Druck aufgebaut wird und bei weiterer Druckzunahme die Substanz oder Lösung aus dem Innenraum über den Auslaß abgeben wird.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung stellt eine wesentliche Vereinfachung bei der Zuführung von Stoffen oder zur Steuerung von chemischen und technischen Abläufen dar, die innerhalb von wasserführenden Anlagen oder Versorgungssystemen z. B. zur Pflege der darin befindlichen Lebewesen, wie Tiere und Pflanzen, dienen.

Durch die Konzentrationsunterschiede auf beiden Seiten der Membran, entsteht ein osmotischer Druck, der zur Verrichtung von mechanischer Arbeit, d. h. Abgabe von Stoffen, genutzt wird.

Wird die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Beispiel zur dosierten Abgabe von Stoffen in Süßwasser genutzt, so enthält das Behältnis vorzugsweise einen wasserlöslichen Stoff bzw. ein Stoffgemisch oder eine Salz- oder Zuckerlösung in einer Konzentration, die über der Konzentration des umgebenden Mediums, wie Wasser etc., liegt. Bringt man das Behältnis in ein System so ein, daß die Membranen mit dem umgebenden Medium, nämlich Wasser oder Lösungsmittel, Kontakt hat, so dringt das Wasser oder Lösungsmittel des Systems in den Innenraum des Behältnisses ein. Der Inhalt des Innenraums, d. h. die Substanz, wird ent sprechend dem osmotischen Druck mit dem Wasser oder Lösungsmittel verdünnt bzw. der Feststoff wird aufgelöst. Bei konstantem Druck füllt sich der Innenraum und anschließend wird die (gebildete) Lösung über den Auslaß an das umgebende Medium abgegeben. Das Behältnis sollte hierbei starr in dem Sinne sein, daß er sein Volumen beibehält.

Das System ist erschöpft, wenn die Lösung im Innenraum des Behältnisses und das umgebende Medium keine Konzentrationsunterschiede mehr aufweisen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann beispielsweise zur Abgabe von Wirkstoffen an Systeme, z. B. biologische Systeme, eingesetzt werden, wie Bakterienkulturen, Sauerstoff, Dünger, Algiziden, Arzneimitteln und auch CO₂-haltigen Lösungen. Zu derartigen biologischen System zählen u. a. Gewässer, wie Seen, Teiche, Süß- und Meerwasseraquarien, Kläranlagen, Ferner kann die erfindungsgemäße Vorrichtung für wasserhaltige Dosiervorrichtungen eingesetzt werden, beispielsweise Vorrichtungen zur dosierten Abgabe von Düngemitteln in Gärtnereibetrieben, oder zur Abgabe von Mitteln wie Korrosionsschutzmittel, Desinfektions- und Oxidationsmittel, Nitrate oder Phosphate, Fällungsmittel wie Eisen, Aluminiumsalze, Polymere, Kalkmilch, usw. in wasserführende Anlagen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat den besonderen Vorteil, daß die Abgabe des Wirk stoffes über verschiedene Parameter kontrolliert werden kann. Zu diesen Parametern zählen die Fläche der semipermeablen Membran und deren Durchlässigkeit sowie über das chemi sche Potential, d. h. den Konzentrationsunterschied zwischen dem umgebenden Medium bzw. Wasser und der im ersten Volumen befindlichen Lösung. Bei wählbarer Membranfläche ist durch entsprechende Konzentration in die Osmosezelle ein Grenzstrom zu erreichen, wodurch eine konstante Dosierung erreicht wird.

In einigen Fällen kann es aus Gründen der Lagerung nachteilig sein, wenn das Behältnis über längere Zeit eine wäßrige Salz- oder Zuckerlösung oder dergleichen enthält. In solchen Fällen ist es möglich, das Salz bzw. den Zucker oder eine derartige Substanz fest, als Pulver oder z. B. in Form einer Tablette einzuarbeiten. Wird die Vorrichtung z B. in Wasser geworfen, so dringt das Wasser über die semipermeable Membran in den Innraum ein und löst die Substanz auf. Es bildet sich eine hochkonzentrierte bzw. gesättigte Salz- bzw. Zuckerlösung, deren Konzentrationsunterschied den osmotischen Druck herbeiführt.

Wie bereits eingangs erwähnt, kommen als Wirkstoffe alle Substanzen in Betracht, die zur Wartung und Stabilisierung eines biologischen Systems benötigt werden, beispielsweise sauerstoffspendende bzw. -haltige Lösungen, CO₂-bildende oder -haltige Lösungen, Säuren, Basen und Huminstoffe, Lösungen von Bakterienkulturen, Düngemittel, Algiziden und Fungiziden, Arzneimittel, usw. Die Wirkstoffe können in Form ihrer Reinsubstanz, sofern sie über den Auslaß abgegeben werden können, als Lösungen oder als Gase vorliegen oder in situ durch Kontakt mit einer weiteren Reaktionskomponente, wie Wasser oder Lösungsmittel oder einer darin enthaltenen Komponente, und ggf. einen Katalysator gebildet werden.

Die beigefügten Figuren stellen bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung dar. Dabei zeigt

Fig. 1 einen Schnitt durch die Vorrichtung zur kontrollierbaren Abgabe von Stoffen und

Fig. 2 eine bevorzugte Ausgestaltung der Vorrichtung aus Fig. 1.

Fig. 1 stellt einen Schnitt durch die erfindungsgemäße Vorrichtung dar. In das Behältnis 1 eine semipermeable Membran 2 eingearbeitet ist. Der Innenraum 3 enthält in der hier dargestellten Ausführungsform eine Substanz 4 in Form eines Feststoffes.

Die Membran 2 ist eine beliebige semipermeable Membran, die für Wasser durchlässig ist. Es können Umkehrosmose-Membranen, Nanofiltrationsmembran oder sonstige technische Membrane, Därme, z. B. Schweinedarm, Rinderdarm, Schweinsblase oder sonstige Produkte tierischer oder pflanzlicher Herkunft, die den Eigenschaften einer osmotisch wirkenden Membran entsprechen, verwendet werden. Alle halbdurchlässigen, also semipermeablen Membrane, die in bezug auf das Füllgut undurchlässig für das umgebende Lösungsmittel aber durchlässig sind.

Die Substanz 4, die sich im Innenraum 3 befindet, kann als Feststoff oder in Form der wäßrigen Lösung vorliegen. Wird die Substanz 4 als Feststoff eingesetzt, so löst sich dieser im über die Membran eindringenden Wasser auf. Liegt der Feststoff in ausreichender Menge vor, befindet sich noch ungelöster Bodensatz im Behältnis 1 vor, so daß die Lösung nach Einstellen eines Gleichgewichtszustandes gesättigt ist und die Substanz 4 in konstanter Konzentration enthält, so daß gleichmäßige Mengen Wirkstoff an das Medium abgegeben werden können. Eine fertige Wirkstofflösung sollte wiederum eine solche Konzentration aufweisen, daß sie deutlich über der Konzentration des Mediums liegt, um eine ausreichenden osmotischen Druck über einen langen Zeitraum aufbauen zu können.

Wird die hier dargestellte Vorrichtung beispielsweise in ein Aquarium oder einen Teich geworfen, so dringt das Wasser des Teiches oder des Aquariums über die semipermeable Membran 2 in den Innenraum 3 ein und löst den Feststoff 4 auf. Aufgrund des Konzentrationsunterschiedes der sich bildenden Lösung und des umgebenden Mediums dringt weiter Wasser ein. Das eindringende Wasser verdrängt zunächst wegen des unveränderten Gesamtvolumens des Behältnisses 1 das im Innenraum befindliche Gas und wenn dieser gefüllt ist, die gebildete Wirkstofflösung. Diese wird kontinuierlich über den Auslaß 5, der hier in Form einer Kapillare ausgebildet ist, an das umgebenden Medium abgegeben. Der Auslaß 5 weist vorzugsweise Kapillargröße auf. Dadurch kann vermieden werden, daß Flüssigkeit aus dem Medium in den Innenraum 3 eindringt und die abzugebende Substanz kann in kleinen Mengen abgegeben werden.

Das System ist erschöpft, wann die Lösung im Innenraum 3 und das umgebende Medium keine Konzentrationsunterschiede aufweisen.

In der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform setzt sich das Behältnis 1 der Vorrichtung aus einem Topf 6 und einem Deckel 7 zusammen, wobei der Rand der Membran 2 zwischen Topf 6 und Deckel 7 eingespannt ist.

Um den Sauerstoffgehalt eines Systems zu erhöhen, kann H₂O₂ als Wirkstoff an das Medium abgegeben werden. Dazu wird ein Peroxidsalz oder eine H₂O₂-haltige Lösung vorgelegt. Um den H₂O₂-Zerfall zu katalysieren ist am Ende des Auslasses 5 vorzugsweise eine Kugel 8 angeordnet, die mit einem Katalysator, z. B. MnO₂, beschichtet ist. Das MnO₂ katalysiert die Zersetzung des H₂O₂ in Wasser und Sauerstoff, wodurch die Effektivität der erfindungsgemäßen Vorrichtung erhöht wird.

In dieser Ausführungsform befindet sich der Auslaß 5 am Boden des Topfes 6. Der Auslaß 5 ist in Form eines Stopfens ausgearbeitet, der in die Bodenöffnung 9 des Topfes 6 von innen gesteckt werden kann. Diese Ausführungsform hat zum einen den Vorteil, daß sich der Topf 6 auf einfache Weise als Tiefziehteil herstellen läßt und zum anderen kann die Substanz 4 bzw. dessen Lösung über die Bodenöffnung 9 nachgefüllt werden kann.

Vor der in Fig. 1 dargestellten Membran 2 ist ein Gitter oder Netz 10 aus einer wasserunlöslichen Substanz mit bakteriziden Eigenschaften, vorzugsweise aus Kupfer oder Silber angeordnet. Es ist auch möglich, die Membran 2 damit zu beschichten. Die Salzlösung kann aber auch mit Fungiziden und Bakteriziden versetzt werden.

Bezugszeichenliste

1

Behältnis

2

Membran

3

Innenraum

4

Substanz

5

Auslaß

6

Topf

7

Deckel

8

Kugel

9

Bodenöffnung

10

Gitter, Netz

Claims

1. Vorrichtung zur dosierten Abgabe fließfähiger Stoffe in Systeme, gekennzeichnet durch ein Behältnis (1), daß einen im wesentlichen volumenkonstanter Innenraum (3), der über eine semipermeable Membran (2) mit dem umgebenden Medium verbunden ist und eine Substanz (4) enthält, welche in Verbindung mit dem umgebenden Medium oder System einen osmotischen Druck aufbaut, und einen Auslaß (5) aufweist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslaß (5) Kapillargröße aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Membran ein Gitter oder Netz (10), das ggf. bakterizid oder fungizid behandelt worden ist, angeordnet oder die Membran damit beschichtet ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß am Auslaß (5) des Auslasses ein Element (8) angeordnet ist, das von der austretenden Substanz umspült wird.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Element (8) mit MnO₂ beschichtet ist und die Wirkstofflösung eine H₂O₂-Lösung ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das biologische System ein wäßriges System ist, insbesondere ein stehendes oder fließendes Gewässer, ein Aquarium, eine Kläranlage, eine Dosieranlage für die Dün gung von Pflanzen, Schwimmbäder, wasserführende Anlagen, Heizkreisläufe, etc.

7. Verfahren zur dosierten Abgabe fließfähiger Stoffe in Systeme, dadurch gekennzeichnet, daß ein Behältnis (1), das einen im wesentlichen volumenkonstanten Innenraum (3), der über eine semipermeable Membran (2) mit dem umgebenden Medium verbunden ist und eine Substanz (4) enthält, und einen Auslaß (5) aufweist, mit dem umgebenden Medium oder System in Kontakt gebracht wird, das Medium über die semipermeable Membran (2) in den Innenraum (3) eindringt und die Substanz (4) löst bzw. verdünnt, wodurch ein osmotischer Druck aufgebaut wird und bei weiterer Druckzunahme die Substanz oder Lösung aus dem Innenraum (4) über den Auslaß (5) abgeben wird.