DE2822818A1

DE2822818A1 - Verfahren und mittel zum desinfizieren von wasser

Info

Publication number: DE2822818A1
Application number: DE19782822818
Authority: DE
Inventors: John William Ridgway
Original assignee: Interox Chemicals Ltd
Current assignee: Solvay Interox Ltd
Priority date: 1977-05-27
Filing date: 1978-05-24
Publication date: 1978-11-30
Also published as: JPS617163B2; BE867397A; NL7805637A; FR2391960A1; AU520210B2; GB1571204A; AU3624178A; JPS53148844A; US4239622A; IT1104674B; CH631141A5; DE2822818C2; ES470212A1; IT7849575A0; FR2391960B1

Description

DIPL-CHEM. DR. ELISABETH JUNG DIPL-PHYS. DR. JÜRGEN SCHIRDEWAHN D R.-IN G. GERHARD SCHMITT-NILSON PATENTANWÄLTE

eooo MÖNCHEN 40,

CLEMENSSTRASSE30

TELEFON 34 50 67

TELEGRAMM-ADRESSE: INVENT/MDNCHEN

2822318

L 839 C (J/vdB/or) GC79

24. Mai 1978

INTEROX CHEMICALS LIMITED London (Grossbritannien)

Verfahren und Mittel zum Desinfizieren von Wasser

beanspruchte Priorität:

27. Mai 1977 - Grossbritannien - Nr. 22597/77

Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der Desinfizierung von Wasserleitungen.

Die Desinfizierung von Wasserleitungen, insbesondere Trinkwasserleitungen ist seit vielen Jahren als nützlich angesehen worden.

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Die Bemühungen in der Vergangenheit zielten in der Hauptsache auf eine vollständige Abtötung von Krankheitserregern und fäkalen Anzeichen einschliesslich eines hohen Standards für ein Entfernen aller anderen Bakterien, doch wird jetzt eine erhöhte Aufmerksamkeit auf eine Verhinderung eines Nachwuchses gerichtet, d.h. auf ein Wuchern von Bakterien in dem behandelten Wasser während seiner Verteilung. Das Problem eines Nachwuchses kann aus einer Vielzahl von Gründen auftreten. Erstens kann bei üblichen Desinfektionsverfahren ein sehr geringer Anteil von Bakterien im Wasser verbleiben. Zweitens kann eine unzureichende Überwachung oder eine Überbeanspruchung bei den Aufbereitungsanlagen zu einer weniger wirksamen Desinfizierung als normal führen. Drittens können frische Bakterien durch das Verteilungssystem selbst eingebracht werden, beispielsweise durch ein Wachstum auf den Baustoffen oder während der Verlegung oder Instandsetzung der Hauptleitungen und aus der Berührung mit den Wandungen und Luft in Wasserspeichern und -vorratstürmen. Das Auftreten von Nächwucherungen kann zu üblen Gerüchen oder einem unangenehmen Geschmack des Wassers in Leitungen führen. Beschwerden wegen verschmutzten Wassers können in stärkerem Masse auftreten, und im Wasser lebende Lebewesen können sich unter Verwendung von Bakterien als Nahrungsquelle stark vermehren.Derartige Nachwucherungen können auch zu einer erhöhten, bakteriologisch hervorgerufenen Korrosion oder, wenn eine Anhäufung von Bakterienablagerungen auftritt, zu einer Erhöhung bei den Pumpkosten führen. Das Problem eines Nachwuchses nimmt eine grössere Bedeutung an, wenn klimatische Bedingungen eine Wucherung der

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Bakterien begünstigen, beispielsweise heisses Sommerwetter,
oder wenn die Verweilzeiten in dem Verteilungssystem langer andauern oder wenn ein Schaden bei dem System auftritt.

Zahlreiche Verfahren zum Desinfizieren werden in grösserem oder geringerem Umfang laufend angewendet. Das bedeutenste Verfahren besteht im Zusatz von Chlor, entweder als freies Chlor oder als gebundenes Chlor oder als Chlordioxid. Obwohl freies Chlor das wirksamste Bakterizid ist, ist es chemisch so reaktionsfähig,
dass Reststoffe nur kurzzeitig im Verteilungssystem verbleiben dürfen.. Weiterhin kann die Einführung von Chlor in Wasserleitungen, die ammoniakalische Substanzen enthalten, unter bestimmten Bedingungen zur Bildung von Dichloramin oder Trichloramin führen, die beide für Menschen einen ekelhaften Geschmack haben. Andere gebräuchliche Desinfektionsverfahren umfassen die Verwendung von Ozon und UV-Bestrahlung, doch ruft keines dieser Behandlungsverfahren irgendwelche bakterizide Reststoffe hervor. Eine Behandlung von Wasserleitungen mit Wasserstoffperoxid
selbst ist ebenfalls vorgeschlagen worden, doch ist Wasserstoffperoxid vergleichsweise ein unwirksames Bakterizid, so dass
dessen Verwendung im allgemeinen keine praktische Anwendung für diesen Zweck gefunden hat.

Vorliegender Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren und auch ein verbessertes Mittel zum Desinfizieren von Wasser in Wasserleitungssystemen zur Verfügung
zu stellen. Die Erfindung löst diese Aufgabe.

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Es ist gefunden worden, dass vorteilhafte Wirkungen durch den Einsatz eines Gemisches von Wasserstoffperoxid und Monochloramin in Wasserleitungssystemen erhalten werden können.

Gegenstand der Erfindung ist demzufolge ein Verfahren zum Desinfizieren von Wasser mit einem Desinfektionsmittel, das dadurch gekennzeichnet ist, dass man dem Wasser als Desinfektionsmittel ein Gemisch aus Monochloramin und Wasserstoffperoxid zugibt.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Mittel zum Desinfizieren von Wasser, das durch eine wässrige Lösung von Monochloramin und Wasserstoffperoxid gekennzeichnet ist.

überraschenderweise ist gefunden worden, dass Monochloramin und Wasserstoffperoxid mehrere Tage lang nebeneinander bestehen können, wenn die beiden Verbindungen in zur Hemmung des Bakterienwachstums ausreichenden Konzentrationen in Wasserleitungssystemen vorliegen. Im Gegensatz hierzu reagieren an sich Wasserstoffperoxid und freies Chlor ausserordentlich rasch miteinander, wodurch die bakteriziden Eigenschaften eines jeden Desinfektionsmittels aufgehoben werden.

Es ist wünschenswert, dass das Wasserleitungssystem bzw. Wasserversorgungssystem mit mindestens 0,01 Gewichtsteile je Million Monochloramin behandelt wird, wenn nichts anderes vermerkt ist. Des weiteren ist es erwünscht, dass das Wasserleitungssystem bzw. das Wasserversorgungssystem mindestens 0,05 Gewichtsteile

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- sr -

je Million Wasserstoffperoxid .enthält. Obwohl das Vorliegen derartiger Konzentrationen von Wasserstoffperoxid und Monochloramin in der Tat eine gewisse Bekämpfung der Bakterien im Wasser bewirkt, bevorzugt man jedoch höhere Konzentrationen von mindestens der einen oder der anderen der beiden Komponenten. Demzufolge beträgt die Konzentration von Monochloramin im Wasser vorzugsweise mindestens 0,02 Teile je Million und die Konzentration an Peroxid vorzugsweise mindestens 0,1 Teile je Million. Die Wirkung von höheren Konzentrationen an der einen oder an beiden Komponenten besteht darin, den Überlebensgrad der Bakterien in Lösung herabzusetzen. In bestimmten Fällen schliesst das Verteilungssystem für Wasser geschlossene Vorratsreservoire (Wasserspeicher) ein, in die das desinfizierte Wasser kontinuierlich einfliesst und aus dem Wasser konstant abgezogen wird.. Aus durchgeführten Untersuchungen war zu entnehmen, dass die Bakterienmengen in derartigen Speichern dadurch gesteuert werden können, dass man in dem einströmenden Wasser Konzentrationen von mindestens 0,1 Teile je Million Wasserstoffperoxid und mindestens 0,025 Teile je Million Monochloramin aufrechterhält.

Wenn höhere Konzentrationen an Peroxid und Chloramin eingesetzt werden, wird die Bakterienmenge im Wasser fortlaufend herabgesetzt, so dass beispielsweise bei 0,025 Teile je Million Chloramin und 0,5 Teile je Million Wasserstoffperoxid eine praktisch lOOprozentige Abtötung der Bakterien unter den Untersuchungsbedingungen beibehalten werden kann. Natürlich können noch höhere Mengen an Wasserstoffperoxid oder Monochloramin eingesetzt werden, doch würden diese Mengen lediglich als Puffersub-

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- ir -

stanz gegenüber noch grösseren und unerwarteten Überimpfungen von Bakterien in das System dienen. In der Praxis wird die im Wasser erforderliche Konzentration von Monochloramin und Wasserstoffperoxid zur Bekämpfung der Bakterien durch die anfängliche Menge der Bakterien im Wasser bestimmt. Im allgemeinen dürfte die Konzentration von Monochloramin nicht über 0,5 Teile je Million liegen, und für zahlreiche Zwecke wird sie nicht über 0,1 Teile je Million an Chloramin betragen. Auch die Konzentration von Wasserstoffperoxid im Wasser liegt im allgemeinen nicht über 5 Teile je Million und häufig nicht über 1 Teil je Million.

Aus den vorstehenden Ausführungen ist ersichtlich, dass das Verhältnis von Chloramin zu Wasserstoffperoxid über einen weiten Bereich variieren kann. Vorzugsweise beträgt das Gewichtsverhältnis für Wasserstoffperoxid zu Monochloramin mindestens 2:1 und gewöhnlich nicht mehr als 50:1 und liegt häufig im Bereich von 4:1 bis 20:1.

Die Konzentration der Wasserstoffperoxidlösung, die zur Behandlung von Wasserleitungssystemen eingesetzt wird, ist nicht kritisch. Es können beliebige im Handel erhältliche Konzentrationen eingesetzt werden. Aus Zweckmässigkeitsgründen liegt die Konzentration vorzugsweise zwischen 25 und 70 Gewichtsprozent. Gegebenenfalls kann die Wasserstoffperoxidlösung in einfacher Weise auf eine beliebige Konzentration verdünnt werden, beispielsweise um die genaue Zugabe des Peroxids einfacher zu gestalten, und kann darüber hinaus gewünschtenfalls

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Monochloraitiin in einer geeigneten Menge enthalten. Das zum Einbringen in die Wasserversorgungseinrichtungen auf unmittelbarem Wege oder in einer Peroxidlösung verwendete Monochloramin kann nach bekannten chemischen Verfahren erzeugt werden. So wird nach einem Verfahren Chlor mit Ammoniumchlorid in Gegenwart einer Boraxpufferlösung vom pH 8,5 oder nach einem anderen Verfahren Chlor mit wässrigem Ammoniak bei pH 7,5 umgesetzt.

Wenn das Monochloramin in situ mittels einer Reaktion ; zwischen Chlor und gelösten ammoniakalischen Substanzen erzeugt wird, wird vorzugsweise anschliessend eine ausreichende Menge Wasserstoffperoxid zugegeben, um einen Rest innerhalb des Bereichs der vorstehend genannten bevorzugten Menge übrigzulassen, den man dann mit dem restlichen freien Chlor reagieren lässt.

Die nachstehenden Beispiele erläutern bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Das in den Beispielen verwendete Wasser hat die folgenden Eigenschaften:

Tabelle ι

Eigenschaften Werte des untersuchten

Was se r_s

Gesamthärte mg CaCo₃/Liter
Carbonat-Härte als mg CaCc^
Nicht-carbonat-Härte als mg CaCO₃/Liter

Calcium-Härte als mg CaCO₃/Liter

2+

Magnesium-Härte als mg Mg /Liter Eisen als mg Fe/Liter Kupfer als mg Cu/Liter

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286	,0
261	,01
25	,03
277
2
O
O

- ar -

Tabelle i (Fortsetzung)

Eigenschaften Werte des untersuchten Wassers

Nitrat als mg N/Liter 4,0

Ammoniak als mg N/Liter 0,02

organischer Gesamtstickstoff mg N/Liter 0,1

Permanganat-Zahl mg O/Liter 0,3

organischer Gesamtkohlenstoff mg C/Liter 0,4

PH 7,5

Das Wasser ist unmittelbar aus einer Steigleitung entnommen worden und wurde mit Ausnahme von Beispiel 3, Ansatz B, unter Verwendung einer Fluoreszenzlampe ("Hanovia", Modell 16) mit entferntem Filter entchlort*

Die in den Beispielen verwendeten Bakterien stellen ein Gemisch von gleichen Teilen von Laborkulturen dar, nämlich von Escherichia coli, Streptococcus faecalis (NCIB 775), Pseudomonas aeruginosa (NCIB 8295), einer Enterobacter-Species und einer Chromobacterium-Species. Die Laborkulturen werden deshalb eingesetzt, um reproduzierbare Ergebnisse zu erhalten und um Zufälle auszuschalten, die auftreten, wenn Proben natürlichen Wassers verwendet werden. Die Anzahl der Bakterien wird durch Impfplatten von Nähragar mit 1-ml-Proben Wasser ermittelt, das gegebenenfalls mit 25prozentiger Ringer-Lösung 10fach verdünnt.wird. Wenn vorauszusehen ist, dass das Wasser eine verhaltnismässig geringe Anzahl von Bakterien enthalten

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wird, werden anstelle der vorgenannten Proben 10-ml-Proben eingesetzt. Die Platten werden 24 Stunden lang bei 37°C bebrütet und dann ausgezählt.

Beispiel 1

In diesem Beispiel wird die desinfizierende Wirkung eines Gemisches von Wasserstoffperoxid und Monochloramin einmal mit Wasserstoffperoxid, zum andern mit Monochloramin und zum dritten mit einer Blindprobe, d.h. einer von Desinfektionsmitteln freien Probe, verglichen. Es werden frisch zubereitete Lösungen mit einem Gehalt an einer geeigneten Menge des Desinfektionsmittels mit Bakterien in einer Menge von 50 Bakterien je ml beimpft. Die Menge an Bakterien wird anschliessend täglich gezählt. Die eingesetzten Lösungen sind in der Tabelle II und die Ergebnisse in den Fig. 1 und 2 zusammengefasst. Die Fig. 1 zeigt die Wirksamkeit von Wasserstoffperoxid allein im Vergleich mit dem Blindversuch, und die Fig. 2 zeigt die Wirksamkeit eines Ge-r misches von Wasserstoffperoxid und Monochloramin im Vergleich mit dem Blindversuch und mit Monochloramin allein.

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Tabelle

II

Pig.

Kurve

H-O -Konz, mg/Liter

NH₂C1-Konz. mg/Liter

A B C D

0,5 0,2 0,1

A B C D

0,5	0	,025
0,2	0	,025
0,1	0	,025
0,025	—

Aus den Figuren und aus der Tabelle II ist ersichtlich, dass das erfindungsgemässe Gemisch bessere Ergebnisse als Monochloramin allein oder als Wasserstoffperoxid allein liefert.

Beispiel 2

In diesem Beispiel wird die Wirksamkeit eines Gemisches von Wasserstoffperoxid und Monochloramin mit Monochloramin allein oder mit Wasserstoffperoxid allein unter Bedingungen verglichen, bei denen täglich die Hälfte des Wassers verworfen und durch Frischwasser ersetzt wird, das die ursprüngliche Menge an Bakterien und Desinfektionsmittel enthält. Die Bakterien werden

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täglich gezählt. Die eingesetzten Lösungen sind in der Tabelle III und die Ergebnisse in den Figuren 3 und 4 zusammengefasst. Diese Methode ahmt einen Wasserspeicher (oder einen geschlossenen Wasservorratsbehälter} nach, der für eine kurzzeitige Lagerung verwendet wird.

Tabelle

III

Fig.

Kurve

H_0 -Konz, mg/Liter

NH₂C1-Konz, mg/Liter

A B C D

5,0 0,5 0,2 0,1

A B C D

0,2 0,1 0,025

0,025 0,025

Aus den Fig. 3 und 4 ist ersichtlich, dass die erfindungsgemässe Kombination von Wasserstoffperoxid und Monochloramin Bakterienzahlen beibehalten lässt, die unterhalb derjenigen der Beimpf ung liegen, insbesondere bei einer Anwendung einer Konzentration von mindestens 0,2 Teile je Million Wasserstoffperoxid im Gemisch mit 0,025 Teile je Million Monochloramin.

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Beispiel 3

In diesem Beispiel wird ein Röhrenverteilungssystem nachgeahmt, wobei eine 200 m lange Polyäthylenleitung mit einem Durchmesser von 19 mm verwendet wird, die von einer Hauptleitung abzweigt. Das Wasser wird mit Bakteriendosen versetzt und enthält die in Tabelle 4 angegebenen Bakterizide, und zwar gegen einen unter Verwendung von Pumpen("Metripump Q/5513") erzeugten Hauptleitungsdruck, während die Leitungen 4 Liter je Minute ausströmen lassen. Wenn ein gleichbleibender Zustand erreicht worden ist, wird der Auslass verschlossen, um die erforderliche Verweilzeit aufrechtzuerhalten, und das Pumpen unterbrochen. Es werden Verweilzeiten von über 20 Stunden lediglich durch Verschliessen des Systems nach 20 Stunden erhalten, so dass die Kontaktdauer von über 20 Stunden dargestellt wird durch 20stündiges Kontaktieren während des Fliessens plus der Restzeit eines statischen Kontaktierens .

Das Auszählen der Bakterien in den Wasserproben und der restlichen Mengen der Bakterizide erfolgt bei den Zeiten 0 Stunden und nach 6, 22 und 40 Stunden. Die erhaltenen Ergebnisse sind in den Tabellen 4 und 5 angegeben.

Beim Ansatz B wird das Wasser durch Zugabe einer ausreichenden Menge Thiosulfat entchlort. Die Ansätze A und ^B dienen zu Vergleichszwecken.

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- ι? -16

Tabelle IV

Ansatz

Rest-Chlor (ppm)

Rest-H^O Anzahl der Bakterien in ml (ppm; nach Stunden

0 6 22 40

A B C

0,1

	,25	90	27	11	0
0	,25	150	140	16	12
0	87	52	0	0

Tabelle V

Ansatz Restgehalte in ppm nach Stunden

0 6 22 40

B C

freies Chlor gebundenes Chlor

0,04 0,04 0,02 <0,02 0,06 0,05 0,06 0,03

0,25 0,20 <0,1 <0,1

0,045 <0,02 0 0

0,05 0,045 0,05 0,035

0,2 0,15 <0,1 <0,1

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Claims

2822618 Patentansprüche

1. Verfahren zum Desinfizieren von Wasser mit einem Desinfektionsmittel, dadurch gekennzeichnet, dass man dem Wasser als Desinfektionsmittel ein Gemisch aus Monochloramin und Wasserstoffperoxid zugibt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man beim Desinfizieren von Wasser in Wasserleitungssystemen Monochloraminkonzentrationen von mindestens 0,01 Gewichtsteile je Million einhält.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass man beim Desinfizieren von Wasser in Wasserleitungssystemen Monochloraminkonzentrationen von mindestens 0,02 Gewichtsteilen je Million einhält.

4. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass man beim Desinfizieren von Wasser in Wasserleitungssystemen Wasserstoffperoxidkonzentrationen von mindestens 0,05 Gewichtsteilen je Million einhält.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass man beim Desinfizieren von Wasser in Wasserleitungssystemen Wasserstoffperoxidkonzentrationen von mindestens 0,1 Gewichtsteilen je Million einhält.

6. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, da-

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durch gekennzeichnet, dass man Gemische mit einem Gewichtsverhältnis von Wasserstoffperoxid zu Monochloramin von mindestens 2:1 verwendet.

7. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass man Gemische mit einem Gewichtsverhältnis von Wasserstoffperoxid zu Monochloramin von nicht
mehr als 50:1 verwendet.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass man Gemische mit einem Gewichtsverhältnis von Wasserstoffperoxid
zu Monochloramin im Bereich von 4:1 bis 20:1 verwendet.

9. Mittel zum Desinfizieren von Wasser, gekennzeichnet durch
eine wässrige Lösung von Monochloramin und Wasserstoffperoxid.

10. Mittel nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch ein Gewichtsverhältnis von Wasserstoffperoxid zu Monochloramin von mindestens 2:1.

11. Mittel nach den Ansprüchen 9 oder 10, gekennzeichnet durch ein Gewichtsverhältnis von Wasserstoffperoxid zu Monochloramin von nicht mehr als 50:1.

12. Mittel nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch ein Gewichtsverhältnis von Wasserstoffperoxid zu Monochloramin im Bereich
von 4:1 bis 20:1.

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