DE2143396A1 - Verfahren zur Sterihsierung von Wasser - Google Patents

Description

Patentanwälte Dlpf.-Ing. R. BKETZ sen. Dipl-Ιηπ· K- LAiviPF^ECHT

DrMnQ. R. B E E T Z Jr.
8 Manchen 22. Steinsdorfstr. 10

MINES DE POTASSE D'ALSACE S. Α., Mulhouse

(Frankreich)

Verfahren zur Sterilisierung von Wasser

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Sterilisierung von Wasser, insbesondere Schwimmbadwasser oder industriellem Wasser wie z. B. Wasser von Kühlungskreisläufen. Dieses neue Verfahren erlaubt es, den Gehalt an antiseptischem Reagenz in dem zu behandelnden Wasser ständig zu kontrollieren und zu steuern.

Es ist bekannt, daß Chlor und Brom häufig zur Wasserdesinfektion benutzt werden. Chlor und Brom bilden im wäß-

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rigen Medium Hypochlorit oder Hypobromitionen, die Oxydationsmittel sind und damit desinfizierende Wirkung haben. Es ist weiter bekannt, daß in schwach alkalischem Medium das Brom oder genauer das Hypobromit, das sich bei Eingabe von Brom in diesem Medium bildet, eine stärker desinfizierende Wirkung hat als das Hypochlorit. Darüber hinaus geben mit Brom behandelte Wasser keine lästigen Gerüche ab und rufen keine muköse Belästigungen hervor, wie dies nach der Behandlung mit Chlor enthaltenden Antiseptika der Fall ist. Ein weiterer Vorteil ist, daß das Brom auch algizide Eigenschaften hat.

Die Verwendung von Brom als Antiseptikum fordert jedoch eine sehr strenge Kontrolle der in das Wasser eingegebenen Brommenge, und man hat schon verschiedene Vorrichtungen' zur Behandlung von Wasser mit flüssigem Brom vorgeschlagen. Eine dieser Vorrichtungen, die in den Schutzumfang des der Anmelderin gehörenden französischen Patentes 1 588 417 vom 17. Oktober 1968 fällt, soll eine kontrollierte Einführung von Brom in das zu behandelnde Wasser ermöglichen und gestattet weiter, mit großer Si-r cherhei't und Genauigkeit den Bromgehalt des Wassers in vor- ■-■■-. bestimmte,!! Grenzenzu erhalten.

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Die Benutzung von Brom als Sterilisierungsreagenz von Wasser ist jedoch, nicht immer möglich, weil die Handhabung des flüssigen Broms gewisse Schwierigkeiten mit sich bringt, Zum Beispiel ist es manchmal nicht möglich, bei der Einrichtung von kleineren Schwimmbädern oder Fabriken geeignete Räumlichkeiten für die sichere Aufbewahrung und sachgemäße Behandlung der Gefäße mit flüssigem Brom zu finden. In anderen Fällen kann der Transport bei größeren Entfernungen der Bromquellen Schwierigkeiten bereiten.

Man hat jetzt ein Verfahren für die Wasserbehandlung gefunden, nach dem es möglxch ist, sich der antiseptischen Qualitäten des Broms zu bedienen, ohne daß dabei das Arbeiten mit flüssigem Brom erforderlich ist. Dieses Verfahren gestattet außerdem, den Gehalt des behandelten Wassers an Antiseptikum kontinuierlich zu kontrollieren und zu regeln.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß man darin ständig eine. Bromidlösung über einer vorherbestimmten Mindestkonzentration unterhält und das Bromid entsprechend dem Bedarf an Antiseptikum in situ mittels eines Hypochlorits oxidiert, dessen Zugabe durch die kon-

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tinuierliche Messung der im Wasser vorhandenen Menge an aktivem Brom gesteuert wird.

Bekanntlich ist "aktives Brom" ein Ausdruck, der allgemein benutzt wird, um das Oxydationsvermögen der oxydierenden Verbindungen des Broms zu bestimmen; es bezeichnet die Menge von Elementarbrom, das fähig ist, dieselbe Menge an Sauerstoff freizusetzen, wie die in Betracht gezogene Verbindung. Im Fall eines Hypobromites zum Beispiel ist der Gehalt an "aktivem Brom" doppelt so groß wie der

tatsächliche Gehalt an Brom im Hyporbr£?mit.

Bekanntlich wird unter dem Einfluß des Hypochlorites Bromsalz in Hypobromit und Chlorid nach der folgenden For-' mel umgewandelt:

Br" + ClO" ■ —* BrO" + Cl" (i)

Diese Reaktion erfolgt praktisch ohne jede Verzögerung, und man hat festgestellt, daß· bei geeigneten Reaktionsbedingungen das erzeugte Hypobromit^allein aufgrund seines Oxydationsvermögens als Bakterizid entsprechend dem Bedarf wirkt, indem es sich von neuem in Bromid zurück-

X geändert gemäß Eingabe ,

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verwandelt nach der Reaktionsgleichung;

BrO" ■—■» Br" + 0 (2)

Zur Verwirklichung der Erfindung unterhält« man ständig eine gewisse Menge Bromid in dem zu behandelnden Wasser. Diese Menge hängt selbstverständlich vom Grad der Verschmutzung des zu behandelnden Wassers, von den Bedingungen, unter denen das Hypochlorit eingegeben und gemischt wird, usw. ab. Für jeden Einzelfall muß deshalb der erforderliche Minimalgehalt an Bromid bestimmt werden. Der Minimalgehalt muß so bemessen sein, daß für den stärksten Bedarf an Antiseptikum und entsprechend für die maximale Zugabe von Hypochlorit in jedem Augenblick eine dem zugegebenen Hypochlorit stöchiometrisch entsprechende Menge an Bromid in der Lösung vorhanden ist. Man hat z. B. festgestellt, daß für Schwimmbadwasser der Minimalgehalt einer Natriumbromidkonzentration.von ungefähr 20 bis 50 mg pro Liter entspricht und innerhalb dieser Grenzen entsprechend der Benutzung des Schwimmbades schwankt. Wenn eine größere als die minimal erforderliche Bromidmenge verwendet wird, hat der Überschuß an Bromid keinen schädlichen Einfluß auf die antiseptische Wirkung, aber die Kosten des Ver-

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fahrens werden unnötigerweise erhöht, und der Überschuß an Bromionen, kann in dem behandelten Wasser störend wirken. Wenn die erforderliche Minimaimenge an Eromid be-> nutzt wird, wird der antiseptische Effekt allein durch das Brom hervorgerufen und gestattet so, die Nachteile der Chlorbehandlung völlig zu vermeiden» Man kann natürlich bei desi erfindungsgemäßen Verfahren jedes in Wasser lösliche Brrmsalz benutzen, im allgemeinen wird aber al-« kaiisches Broasalz, insbesondere Natriumbromid, verwendet.

Aus den obigen Reaktionsgleichungen (i) und (2) er-* sieht man, da0 die Oxydation und dementsprechend der antiseptische Effekt ohne Yerbraudi von Broniid erfolgt, da dieses, nachdem es bei der* Bildung von Hypobromit zerstört wird, sich wieder neu bildet, wenn das Hypobromit als Oxydationsmittel wirkt» In.einem geschlossenen Kreislauf genügt also theoretisch eine einmalige Zugabe von Bromid am Anfang, In Wirklichkeit müssen, da kein Kreislauf vollständig geschlossen ist, Verluste ersetzt werden: Außerdem ist z„ B. in einem Schwimmbad, wo das Wasser erneuert werden muB_f der Verbrauch an Bromid der Menge des erneuerten Wassers proportional«

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Das für die Oxydation des Bromide erforderliche Hypochlorit kann in den zu behandelnden Wassern direkt durch Einführung von Chlorgas oder durch Einführung von Chlorwasser, Chlor-Stickstoff-Verbindungen oder ganz allgemein durch jegliches Produkt erzeugt werden, aus dem sich in Wasser Hypochioritionen CIO" bilden. Man benutzt vorzugsweise ein in Wasser lösliches Hypochlorit, insbesondere Natriumhypochlorit, das ein billiges und im Handel leicht erhältliches Produkt ist.

Um das Hypochlorit in dem Bedarf an Antiseptikum entsprechender Menge in das Wasser einzugeben, mißt man kontinuierlich die Menge des im Wasser vorhandenen aktiven Broms. Zu diesem Zweck verwendet man eine an sich bekannte Methode. Man entnimmt kontinuierlich einen Strom des zu behandelnden Wassers und leitet diesen einer Amperemeterzelle als Erfassungsgerät zu. Diese gibt kontinuierlich einen elektrischen Strom ab, dessen Stärke der Konzentration an aktivem Brom im zu behandelnden Wasser proportional ist. Dieser Strom wird verstärkt und steuert dann über ein elektronisches System die Funktion der Eingabevorrichtungs ein Ventil für den Einlaß von Chlor oder eine Pumpe, die die Lösung von Hypochlorit von Chlorstickstoffderivaten oder Chlorwasser ansaugt*

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Im folgenden wird.anhand eines Ausführungsbeispiels das erfindungsgemäße Verfahren im einzelnen beschrieben. Um α.'e Beschrei'bung au vereinfachen und anschaulicher zu machen, bezieht sie sich auf das Verfahren für die Sterilisation von Schwimmbadwasser, aber selbstverständlich kann man das Verfahren p.n analoger ¥eise auch für andere Kreisläufe benutzen.

Anfangs gibt man in das Schwimmbecken Natriumbromid in solcher Menge zu, daß seine Konzentration im Wasser 3-0 mg pro Liter beträgt. Im folgenden wird diese Konzentration bei der Erneuerung des Wassers im Bassin beibehalten.

Aus dem Umwälzkreislauf des Beckenwassers z. B. vor dem Eintritt in die Filter wird ein Wasserstrom abge- f zweigt, den man einem Meßfühler zuführt. Die der Meßfühlereinrichtung zugeführte Wassermenge muß genüegend groß sein, damit ihre Veränderungen die Meßwerte nur unwesentlich beeinflussen. Man hat festgestellt, daß ein Durchfluß in der Größenordnung- von 300 bis 400 Liter pro Stunde diese Forderung erfüllt. Der Durchfluß kann ohne Nachteile erhöht werden, falls die Entnahme, wie z. B. bei einem besonders großen Bassin mit keinen besonderen

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Schwierigkeiten verbunden ist. Das Wasser, das die Meßeinrichtung passiert hat, wird entweder der Kanalisation zugeführt oder in den Wasserkreislauf zurückgeleitet.

Der Meßfühler enthält zwei polarisierte Elektroden;

eine aus Platin, die andere aus Silber, und bildet so eine Batterie, die einen Strom erzeugt, dessen Intensität dem Aktivbrom-Gehalt des Wassers proportional ist, das den Meßfühler durchläuft. Der von der Batterie erzeugte Strom fließt durch einen Verstärker, und der verstärkte Strom erregt ein Kontaktgalvanometer_o Dieses Galvanometer ist vorteilhafterweise in mg Brom pro Liter geeicht, so daß eine einfache Ablesung genügt, um den Gehalt des Wassers an Antiseptikum festzustellen. Die Kontakte des Galvanometers sind auf die Grenzwerte eingestellt, zwischen denen der Gehalt an Aktivbrom im Bassin schwanken darf. Über seine Kontakte wirkt das Galvanometer auf ein als zyklische Dosierungsvorrichtung bezeichnetes elektr nisches System ein, das den Betrieb einer Pumpe steuert. Diese Pumpe saugt die Lösung von Natriumhypochlorit aus einem Vorratsbehälter an und gibt sie in die Rohrleitung des Wasserkreislaufs vor dem Wiedereinfluß in das Schwimmbecken. Vorzugsweise enthält der Vorratsbehälter eine

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verhältnismäßig verdünnte Lösung von Hypochlorit, um zu große örtliche Konzentrationen bei der Eingabe in das Schwimmbecken zu vermeiden. Zum Beispiel verwendet man vorteilhafterweise eine handelsübliche Lösung von Chlorwasser von 50 chlorometrischen Grad und verdünnt sie etwa zehnfach.

Die Kontakte des Galvanometers begrenzen vorzugsweise drei Zonen. Solange sich die Nadel des Galvanometers in der ersten Zone befindet, wo der- Gehalt des Wassers an Aktivbrom unzureichend ist, wird Chiorwasser in schneller Taktfolge zugegeben. In der mittleren Zone, die dem gewünschten Gehalt an aktivem Brom entspricht, erfolgt die Zufuhr in einer langsameren Taktfolge. Schließlich wird in der dritten Zone die Zufuhr von Chlorwasser angehalten. Die Steuerung der Eingabetaktfolge ei-folgt über die zyklische Dosiervorrichtung. Diese arbeitet folgenderweises Die Zahlenangaben sind hier nur als Beispiel angegeben, um das Verständnis des Prinzips zu erleichtern, sie sind für jeden Einzelfall neu zu bestimmen: Wenn die Dauer eines Zyklus k Minuten ist, wird für den starken Zugaberhythmus die Pumpe während 3 Minuten und für den sehwachen Zugaberhythmus während 1,5 Minuten betätigt.

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In einem Schwimmbecken von ungefähr 300 m Fassungsvermögen wurde das erfindungsgemäße Verfahren versuchsweise angewendet; dort wurde der Gehalt an Natriumbromid auf 30 mg pro Liter gehalten, und man hat handelsübliches Chlorwasser (48 - 50 chlorometrische Grade, zehnfach verdünnt) zugegeben, um den Gehalt an aktivem Brom auf 0,k •f 0,05 mg/l festzusetzen. Während sechs Monaten hat man die bei diesem Versuch erhaltenen Ergebnisse kontrolliert. Der Gehalt an aktivem Brom wurde richtig beibehalten, und man hat niemals einen unangenehmen Geruch feststellen können, wie er sonst bei Chlorwasser üblich ist. Außerdem konnten die Badenden in dem Schwimmbecken bemerken, daß das Wasser nicht in den Augen, brannte.

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Claims (6)

Patentansprüche

1. Verfahren zur Sterilisierung von Wasser, dadurch

g e k ennz e i chne t .., daß man darin ständig eine Bromidlösung über einer vorherbestimmten Mindestkonzentration unterhält und das Bromid entsprechend dem Bedarf an Antiseptikum in situ mittels eines Hypochlorits oxidiert, dessen Zugabe durch die kontinuierliche Messung der im Wasser vorhandenen Menge an aktivem Brom gesteuert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man kontinuierlich einen Strom des zu behandelnden Wassers abzweigt und diesen eine Amperemeterzelle durchfließen läßt, die kontinuierlich einen elektrischen Strom abgibt, dessen Stärke der Konzentration an aktivem Brom im zu behandelnden Wasser proportional ist.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der von der Amperemeterzelle gelieferte Strom verstärkt wird und über ein elektronisches System die Zugabevorrichtung für das Hypochlorit steuert.

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4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Wasser Schwimmbadwasser ist und daß die Bromidlösung darin ständig entsprechend einer Na Br Konzentration von ungefähr 20 - 50 mg/l unterhalten wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß man dem zu säubernden Wasser ständig einen Wasserstrom von wenigstens 300 l/h entnimmt und diesen eine Amperemeterzelle durchfließen läßt, die kontinuierlich einen elektrischen Strom abgibt, dessen Stärke der Konzentration an aktivem Brom im zu säubernden Wasser proportional ist.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 4 und 5? dadurch gekennzeichnet, daß der von der Amperemeterzelle gelieferte Strom verstärkt wird und über ein elektronisches System den Betrieb einer Pumpe steuert, die die Hypochloritlösung ansaugt.

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