DE3020615C2 - Zur Vorbeschichtung von Filteroberflächen von Wasserfiltern geeignetes Filtriermittel und Filtervorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein zur Vorbeschichtung von Filteroberflächen von Wasserfiltern geeignetes Filtriermittel, das eine bakteriostatische Wirkung entfaltet. Die Erfindung betrifft ferner eine Filtriervorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Pulverförmiger Kohlenstoff wird in großem Umfang zum Filtrieren von Wasser verwendet und tritt in Konkurrenz mit anderen Filtriermitteln, vor allem Cellulose. Weder Cellulose noch pulverförmiger Kohlenstoff haben bakteriostatische Eigenschaften. Kohlenstoff hat den Vorteil der Beständigkeit und einer guten Affinität gegenüber organischen Verunreinigungen.

Besonders brauchbare Filtriermittel und Filter sind in der US-PS 30 55 503 beschrieben. Es wird ein gefaltetes Filterelement verwendet, das in Form einer Patrone rasch austauschbar ist. Das Drainagegitter ist derart ausgebildet, daß ein gleichmäßiges Aufbringen von zur Vorbeschichtung geeigneten Kohlenstoffilterteilchen möglicht ist.

Ein wesentliches Problem aller Typen von Wasserfiltern besteht darin, daß sich Bakterien an der Grenzfläche zwischen den Feststoffen und der Flüssigkeit ansiedeln und sich dementsprechend in oder auf den Filtriermitteln vermehren. Dies kann zu einer erheblichen Zunahme der Keimzahl führen, insbesondere wenn das Filter nicht gebraucht wird.

Silber hat bakteriostatische Eigenschaften. Beispielsweise ist aus der US-PS 20 40 806 ein fasriges Material bekannt, das mit Silber behandelt ist. Dieses Material hat desinfizierende Eigenschaften. Aus der DE-PS 27 01 792 ist bekannt, daß bakteriostatisch wirkende Mittel zur Behandlung von Aktivkohlefiltriermitteln verwendet werden können. Aus der US-PS 27 85 106 ist die Behandlung von α-Cellulose mit Silbernitrat bekannt.

Das Aufbringen von Silber auf körnigem oder pulverförmigem Kohlenstoff für Filtriermittel ist bisher noch nicht vollständig gelöst. Das Verfahren ist äußerst umständlich, und in zahlreichen Fällen ist die Menge des auf den Kohlenstoff aufzubringenden Silbers schwierig zu steuern. Außerdem steigt der Silberpreis, wodurch das Verfahren sehr teuer wird. Die energieaufwendigen Verarbeitungskosten zur Behandlung des gesamten Filtriermittels im Gegensatz zur Behandlung nur eines kleinen Anteils soll vermieden werden. Von besonderer Bedeutung ist, daß die Behandlung des Kohlenstoffs mit Silber seine Eigenschaften derart verändern kann, daß er zum Filtrieren nicht mehr ausreichend geeignet ist, insbesondere im Falle der Filtereinrichtungen des vorbeschichteten Typs. Die Behandlung von pulverisiertem Kohlenstoff in derartigen Filtern erfordert in der Regel eine Erhöhung der Menge des Kohlenstoffs aufgrund des Verlustes an Adsorptionseigenschaften, wodurch wiederum die Kosten steigen.

Die meisten Fasern sind keine guten Filtriermittel, da sie in feuchtem Zustand meist schwierig zu handhaben sind, sich nich gut vorbeschichten lassen, zu Verklumpung neigen oder sich nicht gut dispergieren lassen und biologisch abbaubar sein können. In der Regel haben sie eine geringere Affinität gegenüber organischen Substanzen als Kohlenstoff. Ein Filtriermittel, das allein aus Fasern besteht, erfordert selbst wenn es mit Silber behandelt ist, große Mengen, um die Schwierigkeiten der niedrigen Filtrierwirkung zu überwinden. Cellulose allein ist aufgrund seiner Eigenschaften nicht geeignet als Filtriermittel des zur Vorbeschichtung geeigneten Typs. Aufgrund der biologischen Abbaubarkeit unbehandelter Cellulose arbeitet das Filtermaterial nicht zuverlässig, da es in unterschiedlichem Ausmaß bakteriellem Abbau unterliegt.

Die GB-PS 14 04 267 beschreibt, eine Wasserfiltriereinrichtung, bei der ein Filtermaterial eingesetzt wird, das aus einer Mischung aus feinen Teilchen von Aktivkohle und Silberionen, die auf einem inerten Träger angelagert sind, besteht. Dabei dient die Aktivkohle zum Verbessern des Geschmacks, des Geruchs und der Farbe des zu reinigenden Wassers. Die Silberionen werden extrem langsam an das Wasser abgegeben und dienen zum Abtöten von Krankheitserregern im Wasser.

Die DE-OS 25 44 230 bezieht sich auf ein Schwebstoffilter mit mikrobizidem Filtermaterial zur Luftreinigung. Im einzelnen werden Bahnen oder Fliesen aus Fasern hergestellt, wobei auf der Oberfläche der Fasern sich Kupfer und/oder Silber in elementarer Form befindet. Das Metall wird in sehr feiner Verteilung entweder durch Aufdampfen oder in chemisch gebundener Form auf der Oberfläche der Fasern des Filtermaterials aufgebracht. Die so hergestellten Filter zeigen eine weitgehende Abtötung von aufgebrachten Mikroorganismenzellen und Pilzsporen, wobei der Luftwiderstand, die Abscheideleistung und die mechanischen Eigenschaften unverändert sind.

In der GB-PS 8 30 296 wird ein Verfahren zum Desinfizieren von Trinkwasser beschrieben. Dazu wird ein Filtriermittel aus mit Schwammsilber beschichteten feinen Diatomitteilchen mit einer gleich großen Menge pulverisierter Aktivkohle vermischt und auf einer Nylongewebefilterschicht aufgebracht. Durch dieses Filter wurde das zu desinfizierende Wasser hindurchgeleitet.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein Filtriermittel für Wasserfilter zu schaffen, das die günstigen Adsorptionseigenschaften von Aktivkohle und gleichzeitig bakterizide Eigenschaften aufweist, um das Ansiedeln von Bakterien und anderen pathogenen Keimen zu verhindern. Dabei soll Silber in möglichst geringer Menge aus dem Filtriermittel eluiert werden und die Filtrationsfläche soll gleichmäßig dispergierbar sein, um die Bildung von Kanälen oder Taschen zu vermeiden.

Diese Aufgabe wird gelöst mit den Merkmalen des Anspruchs 1.

Die weiteren Ansprüche beziehen sich auf bevorzugte Ausführungformen der Erfindung.

Das erfindungsgemäße Filtriermittel enthält ein Gemisch aus einer größeren Menge pulverisiertem Kohlenstoff und einer kleineren Menge eines mit 1-5 Gew.-% Silber beladenen, vorbehandelten inerten, feinteiligen, benetzbaren wasserunlöslichen und ungiftigen Materials. Das bakteriostatisch wirksame Filtriermittel enthält mit Silber vorbehandelte Cellulose und pulverisierten Kohlenstoff der zur Vorbeschichtung geeignet ist.

Das erfindungsgemäße Filtriermittel der vorstehend beschriebenen Art kann in Filtern des vorbeschichtbaren Typs eingesetzt werden, wie sie beispielsweise in der US-PS 30 55 503 beschrieben sind.

Das Filtriermittel der Erfindung enthält einen größeren Anteil an pulverisierter Aktivkohle die zur Vorbeschichtung geeignet ist sowie damit innig gemischt einen kleineren Anteil eines speziell behandelten, getrockneten, silberhaltigen, stark gereinigten benetzbaren, inerten, teilchenförmigen oder fasrigen Materials, vorzugsweie pulverförmige Cellulose, Filter mit diesen Filtriermitteln sind ein weiterer Gegenstand der Erfindung.

Die erfindungsgemäß verwendete pulverförmige Cellulose hat eine Reinheit von mindestens Nahrungsmittelqualität, vorzugsweise ist sie analytisch rein. Diese Cellulose soll benetzbar sein, und die einzelnen Fasern sollen eine Länge von 10 bis 1000 µm sowie einen Durchmesser von 2 bis 25 µm und eine Dichte von weniger als 0,3 g/cm³ aufweisen, gemessen nach der Methode der Filtration einer Aufschlämmung. Die "dry tap" Dichte soll weniger als 0,4 g/cm³ betragen, gemessen nach der "dry tap" Methode (Verdichten von trockenem Pulver durch Gegenstoßen und Bestimmung der Dichte).

Das inerte teilchenförmige oder faserförmige Material wird mit Silber imprägniert. Dies erfolgt durch Reduktion eines wasserlöslichen Silbersalzes, wie Silbernitrat, am Träger. Die Silbermenge am Träger soll 1 bis 5 Gew.-%, bezogen auf das Trockengewicht des Trägers, wie Cellulose, vorzugsweise 2 bis 4 Gew.-% und insbesondere 3 Gew-% Silber betragen.

Die mit Silber beschichtete Cellulose wird sodann mit pulverisierter Aktivkohle des zur Vorbeschichtung geeigneten Typs in solcher Menge versetzt, daß in der gesamten Masse der Aktivkohle ein bakteriostatischer Effekt erreicht wird und die Eluierung des Silbers während der Gebrauchszeit des Silbers einen Wert von 50 Teilen pro Billion (TpB) nicht übersteigt. Diese Bedingungen werden bei Verwendung von 1 bis 10 Gew.-% der silberbeschichteten Cellulose im gesamten Filtriermittel der Erfindung erfüllt.

Das Filtriermittel der Erfindung kann in Filtrationsvorrichtungen des vorbeschichtbaren Typs mit unterschiedlichen Größen eingebaut werden. Vorzugsweise wird das Filtriermittel der Erfindung in einer Filtrationspatrone des rasch austauschbaren Typs angeordnet, wie sie in der US-PS 30 55 503 beschrieben ist. Aus derartigen Filtern wird das Silber in einer Menge unterhalb 50 TpB und im allgemeinen im Bereich von etwa 15 bis 35 TpB eluiert. Als Träger für das Silber kommen alle inerten, unlöslichen, ungiftigen vorbeschichtbaren Materialien in Frage, auf denen sich Silber abscheiden läßt. Das Silber wird auf dem inerten Träger adsorbiert oder niedergeschlagen. Vorzugsweise wird Cellulose verwendet, insbesondere zerschnitte Baumwollfasern. Fasern aus Holz sind ebenfalls geeignet. Beispiele für andere Träger sind synthetische und natürliche teilchenförmige oder fasrige Materialien mit den nachstehend beschriebenen Abmessungen, wie Kunstseide, Polyolefin, wie Polyäthylen und Polypropylen, Diatomeenerde, Kieselsäure, Polystyrol, Polyester, Polyvinylchlorid und Polyvinylalkohol. Nachstehend wird die Erfindung am Beispiel der Verwendung von Cellulose als Trägermaterial beschrieben.

Das erfindungsgemäß verwendete Trägermaterial soll sich leicht und möglichst sofort benetzen. Diese Eigenschaft kann folgendermaßen festgestellt werden: Eine Prise des trockenen Materials wird auf die Oberfläche von Wasser gegeben. Das Material soll sich weder ausbreiten noch auf der Wasseroberfläche verklumpen, sondern möglichst sofort Wasser absorbieren und unter die Oberfläche sinken. Das Trägermaterial soll sich auch im Wasser gut dispergieren lassen. Wenn bei dem vorstehend beschriebenen Versuch das Material unter die Wasseroberfläche sinkt, soll es sich nicht zusammenballen oder verklumpen, sondern in einzelne Teilchen zerfallen. Wenn das Trägermaterial in verpreßter Form angeliefert wird, wird für den vorstehend beschriebenen Versuch eine kleine Menge in einem Mörser zerrieben. Beim Dispergieren des Trägermaterials in Wasser soll eine homogene Aufschlämmung erhalten werden. Unter dem Mikroskop soll die Aufschlämmung möglichst keine Aggregate von mehr als 10 Teilchen oder Fasern oder Aggregate mit Abmessungen von mehr als 500 µm aufweisen.

Bei Verwendung von pulverförmigen Trägern kann deren mittlerer Durchmesser 2 bis 100 µm, vorzugsweise 5 bis 20 µm betragen. Bei Verwendung von faserförmigen Trägern haben die einzelnen Fasern, beispielsweise Cellulosefasern, eine Länge von 10 bis 1000 µm und durchschnittlich eine Länge von 100 bis 500 µm. Die Fasern sollen einen Durchmesser von 2 bis 25 µm, durchschnttlich 5 bis 10 µm aufweisen. Schließlich soll die Dichte des Trägermaterials, bestimmt nach der Aufschlämmungsfiltrationsmethode, weniger als 0,30 g/cm³ und nach der "dry tap" Methode weniger als 0,40 g/cm³ betragen.

Nachstehend wird am Beispiel der Verwendung von pulverförmigen Cellulose das Aufbringen von elementarem Silber auf das Trägermaterial erläutert.

Pulverförmige Cellulose der vorstehend beschriebenen Art und Reinheit wird in destilliertem Wasser aufgeschlämmt. Sodann wird diese Aufschlämmung unter Rühren mit einer Lösung von Silbernitrat oder einem anderen löslichen Silbersalz versetzt. Die Silbersalzlösung wird in solcher Menge verwendet, daß schließlich 1 bis 5 Gew.-%, vorzugsweise 2 bis 4 Gewichtsprozent und in der Regel 3 Gewichtsprozent Silber, bezogen auf das Trockengewicht der Cellulose, vorliegen. Die erhaltene Celluloseaufschlämmung mit dem Silbersalz wird unter Verwendung eines Reduktionsmittels, wie einem Sulfit, Hydrazin oder Formaldehyd, oder einer Kombination dieser Reduktionsmittel chemisch reduziert. Auf diese Weise wird elementares Silber in und auf den Cellulosefasern niedergeschlagen. Nach beendeter Reduktion werden die mit Silber imprägnierten Cellulosefasern sorgfältig mit destilliertem Wasser gespült und danach getrocknet.

Speziell werden in einem 190 Liter fassenden Behälter 114 Liter destilliertes Wasser vorgelegt und 11,25 kg der pulverförmigen Cellulose eingerührt. In einem weiteren Behälter werden 750 g Silbernitrat in 7,5 bis 11,4 Liter destilliertem Wasser gelöst. Die Silbernitratlösung wird unter Rühren in die Celluloseaufschlämmung eingerührt. In einem weiteren Behälter werden 1930 g Natriumsulfit, 300 g Natriumhydroxid und 950 ml Formaldehyd in 18,9 Liter destilliertem Wasser gelöst. Diese Lösung wird langsam und unter Rühren zur Aufschlämmung gegeben. Das Gemisch wird weitere 10 bis 15 Minuten gerührt. Sodann läßt man die Aufschlämmung absetzen. Der Überstand wird abgehebert und verworfen. Der verbleibende dicke Schlamm wird durch Filtration vollständig entwässert. Nach dem Entwässern wird die Cellulose in 114 Litern destilliertem Wasser erneut suspendiert, 10 Minuten verrührt und danach absetzen gelassen. Der Überstand wird abgehebert und der Schlamm filtriert. Diese Arbeitsstufen werden weitere achtmal wiederholt, um die Cellulosefasern gründlich zu waschen. Die erhaltene gewaschene und filtrierte, mit Silber imprägnierte Cellulose wird schließlich in einem Ofen bei 100°C getrocknet und danach gesiebt. Die erhaltene Menge der mit Silber imprägnierten bakteriostatischen Cellulose reicht zur Herstellung von 1000 rasch austauschbaren Wasserfiltern des vorbeschichteten Typs, beispielsweise des Modells QC 4 der Patronenfilter, wie sie von Everpure, Inc., Westmont, Illinois, V. St. A., hergestellt werden.

Nachstehend wird die Herstellung des Filtriermittels der Erfindung erläutert.

Die auf die vorstehend beschriebene Weise erhaltene, mit Silber imprägnierte Cellulose wird mit feinpulverisierter Aktivkohle für Filtrierzwecke gründlich vermischt. Im allgemeinen hat die Aktivkohle eine Korngröße, die zu 100% ein Sieb der lichten Maschenweite 75 µm passiert. Pulverförmige Aktivkohle wird der körnigen Aktivkohle vorgezogen. Diese pulverförmige Aktivkohle kann Inertstoffe als übliche Filterhilfen enthalten, beispielsweise Diatomeenerde, Kieselsäure oder Aluminiumoxid. Diese Filtrierhilfen fördern die Bildung eines Filterkuchens. Vozugsweise wird zur Vorbeschichtung geeignete pulverförmige Aktivkohle der Sorte Micropure verwendet, die von Everpure, Inc., Westmont, Illinois, V. St. A. hergestellt wird.

10 g des erfindungsgemäßen Filtriermittels werden sodann in einem Wasserfilter des QC-4 Patronentyps in den nachstehend beschriebenen Versuchen verwendet. Das Filtriermittel der Erfindung läßt sich gleichmäßig und vollständig auf der äußeren Oberfläche des plissierten Filtertuchs aufbringen. Die Schichtdicke beträgt etwa 2,54 mm.

Im Gebrauch zeigt sich die ausgezeichnete bakteriostatische Wirkung des Filtriermittels. Während der Lebensdauer des Filters werden weniger als 50 TpB Silber eluiert. Im allgemeinen liegt die eluierte Silbermenge in der Größenordnung von 15 bis 35 TpB, gewöhnlich bei 18 TpB. Das aus dem Filter austretende Wasser ist sauber, blank und geschmackfrei. Trübungsstoffe und Schmutzstoffe im Wasser sind entfernt. Das Wasser zeigt keinen Geruch oder Nebengeschmack, der Durchtritt von Bakterien ist auf ein Mindestmaß beschränkt und die Vermehrung von Bakterien und anderen Keimen in der Filterpatrone während Ruhezeiten ist gehemmt. Der Druckabfall im Filter zeigt einen ausgezeichneten Wert. Es kann kein Abfallen des Filtriermittels vom Filterträger aufgrund der erhöhten Dichte des Filtriermittels beobachtet werden. Auch die Bildung von Kanälen oder spulenähnlichen Abtragungen lassen sich nicht beobachten. Im Einlaßwasser vorhandene Asbestfasern fehlen im austretenden Wasser. Dies ist ein Indiz für eine ausgezeichnete Filtrierwirkung. Die Verminderung der Keimzahl im Auslaßwasser nach Ruhezeiten zeigt, daß die mit Silber imprägnierte Cellulose, die in der Aktivkohle dispergiert ist, zu einer wirksamen Unterdrückung der Vermehrung von Bakterien in und auf der Aktivkohle führt.

Nachstehend werden die Ergebnisse von Versuchen erläutert, bei denen Aktivkohle unmittelbar mit Silber imprägniert wird, um ihr bakteriostatische Eigenschaften zu verleihen. Das erhaltene Filtriermaterial ist ungeeignet für Filter des vorbeschichtbaren Typs.

Pulverförmige Aktivkohle für Filtrierzwecke die zur Vorbeschichtung geeignet ist, wird durch chemische Reduktion mit einer Silbersalzlösung mit Silber imprägniert. Sodann wird die mit Silber imprägnierte Aktivkohle auf ihre Eignung zur Vorbeschichtung und Kuchenbildung untersucht. Zu diesem Zweck wird sie in einem durchsichtigen Gefäß angeordnet, das in seiner Funktion und ein seinen anderen Eigenschaften in jeder Hinsicht identisch ist mit dem vorstehend beschriebenen QC-4-Filter des Patronentyps.

Die mit Silber imprägnierte Aktivkohle bildet keine Aufschlämmung, wenn das Einlaßwasser in die Vorrichtung einströmt, d. h. wenn die Vorrichtung aktiviert wird. Dies hat eine schlechte Kuchenbildung auf der Oberfläche des Filters zur Folge. Der Filterkuchen ist uneben, und es zeigen sich Spalten an mehreren Stellen. Schätzungsweise sind nur 60% der Filteroberfläche durch den Kuchen des Filtriermittels bedeckt.

Sodann wird die mit Silber imprägnierte pulverförmige Aktivkohle angefeuchtet, um zu versuchen, die Schwierigkeiten zu überwinden. Dieses angefeuchtete Filtriermittel bildet zwar eine Aufschlämmung, jedoch bildet es keinen guten Kuchen zur Vorbeschichtung des Filters. Es kann nicht gleichmäßig niedergeschlagen werden und es fällt vom Boden des Gefäßes, wenn der Wasserstrom abgestellt wird. Dies ist ein besonders schwerer Nachteil, da hierdurch die brauchbare Lebensdauer des Filters durch rasches Verstopfen und Zunahme des Rückdrucks stark vermindert wird. Außerdem bedeutet dies, daß jedes Mal, wenn der Wasserstrom angestellt und abgestellt wird, ein gleichmäßiger Filterkuchen auf dem Filter aufgebracht werden muß, damit keine Spalten im Filtriermittelbett auftreten.

Weitere Versuche haben ergeben, daß die Imprägnierung der pulverförmigen Aktivkohle mit Silber die Dichte um 18% erhöht. Vermutlich ist dies ein wesentlicher Faktor beim Abfallen des Filterkuchens von der Filteroberfläche. Aufgrund der Unmöglichkeit, eine Filterpatrone mit silberimprägnierter Aktivkohle herzustellen, konnte sie nicht mit dem Filtriermittel der Erfindung verglichen werden. Ferner wurde festgestellt, daß die eluierte Silbermenge bei Verwendung von mit Silber imprägnierter Aktivkohle 54 TpB beträgt. Dies liegt oberhalb des Maximalwertes von 50 TpB, der gegenwärtig als zulässig angesehen wird. Mit Silber imprägnierte Aktivkohle wird daher als ungeeignetes Filtriermittel zur Herstellung von Trinkwasser angesehen. Silber imprägnierte Aktivkohle ist außerdem schlecht benetzbar.

Nachstehend werden die Vergleichsversuche mit pulverförmiger Aktivkohle sowie dem Filtriermittel der Erfindung hinsichtlich ihrer bakteriziden Eigenschaften erläutert.

Hartes Quellwasser wird durch Ionenaustausch vollentsalzt. Das erhaltene sehr reine Wasser wird mit Leitungswasser bis zu einem Feststoffgehalt von 20 bis 40 TpM vermischt. Dieses Wassergemisch wird durch eine mit gewöhnlicher körniger Aktivkohle gefüllte Säule geführt, die als Bruttank für die im Wasser vorliegenden Bakterien dient. Während des Versuchs wird das System unter einem Druck von 1,4 bis 2,8 kg/cm² (137,2-274,4 KPa) gehalten. Die Verbindungsstücke des Systems bestehen aus Messing und Kunststoff. Das untersuchte Wasser enthält keine feststellbaren Mengen an gelöstem Kupfer.

Als Testkeim für das Wasser wird Pseudomonas fluorescens ATCC 13525 verwendet. Auf Trypton-Glucoseextrakt-Agar- Schrägröhrchen werden Kulturen hergestellt und zur Vermehrung bei Raumtemperatur auf Difco m-TGE-Brühe übertragen. 1 ml einer 24 Stunden alten Kultur wird zum Beimpfen von 3,7 Liter sterilem Leitungswasser verwendet, das mit 30 ml der gleichen Nährbrühe (Minimalmedium) versetzt ist. Das Wasser wird 24 Stunden bebrütet. Kurz vor der künstlichen Infektion des Systems wird eine bestimmte Menge dieser zweiten 24 Stunden alten Kultur zu 3,7 Liter sterilem Leitungswasser gegeben. Diese verdünnte Kultur wird unmittelbar mittels einer Dosierpumpe, die 200 ml/Minute in einer Geschwindigkeit von 2 Stößen pro Sekunde während 15 Minuten eingespeist, bevor die anfängliche Probe entnommen wird. Das infizierte Wasser läuft zunächst durch einen Mischbehälter, bevor es in eine Vorrichtung eintritt, die die sechs zu untersuchenden Filter und den Einlaßproben-Durchströmungskanal enthält.

Die Geschwindigkeit der Dosierpumpe und der Verdünnungsfaktor zur Erzeugung der erwünschten Keimzahl im Wasser werden vorab bestimmt.

Sämtliche Proben werden in 500 ml fassende Erlenmeyerkolben gesammelt, die durch trockenes Erhitzen, d. h. mehr als 12 Stunden bei 200°C, sterilisiert worden sind. Die Durchströmungskanäle aus Messing wurden unmittelbar vor der Entnahme der Proben an ihrer Außenseite gründlich abgeflammt. Jede Probe (etwa 450 ml) wird kräftig geschüttelt, bevor 100 ml Anteile in sterile Flaschen für bakteriologische Zwecke und Polyäthylenflaschen zur Silberanalyse abgefüllt wurden. Es werden jeweils zwei Versuche durchgeführt.

Kurz vor der Probeentnahme wurden die Flaschen für bakteriologische Zwecke mit 1 ml einer Neutralisationslösung (Chambers Thioglykolsäure-Thiosulfatlösung) versetzt. Die Flaschen zur Silberanalyse wurden mit der erforderlichen Menge konzentrierter Salpetersäure versetzt. Die Analysen wurden innerhalb 30 Minuten nach der Probeentnahme durchgeführt. Proben aus den Versuchseinheiten und Kontrolleinheiten wurden gleichzeitig in angepaßten Paaren entnommen, um mögliche Variationen in der bakteriologischen Qualitäten des einströmenden Wassers auszugleichen. Die Einströmproben des künstlich infizierten Wassers wurden vor und nach der 24 Stunden Wartezeit vom Einströmproben-Durchströmungskanal entnommen.

Jede Duplikatprobe wird nach den in US-Federal Register, Bd. 41, Nr. 152 beschriebenen Methoden analysiert. Angesäuerte Proben werden auf Silber nach der Versuchsmethodik analysiert, die in Methods for Chemical Analysis of Water and Wastes, US-Enviromental Protection Agency, 1971, verarbeitet, um das Silber auf den zehnfachen Wert zu konzentrieren, bevor es durch Atomabsorptionsspektroskopie bestimmt wird. Standardproben und Blindproben werden im gesamten Verfahren ebenfalls verwendet. Bei der Analyse der Standardproben werden Wiedergewinnungraten von mehr als 90% erreicht. Die Standardabweichung beträgt ± 5 TpB beim Wert von 30 TpB.

Die Versuche und ihre Ergebnisse sind in Tabelle I und II zusammengefaßt.

Bemerkenswert ist die allgemein niedrige Keimzahl im System. Die mit Aktivkohle gefüllte Säule wurde speziell in das System eingebaut, um die im Wasser natürlich vorkommenden Keime zu vermehren. Aus unbekannten Gründen war diese Säule jedoch nicht wirksam. Das Ionenaustauschersystem zur Vollentsalzung sollte aufgrund der herrschenden extremen pH- Werte die Keime abtöten. Anscheinend werden durch die Zufuhr von Leitungswasser keine signifikanten Mengen an Keimen eingespeist. Gegen Ende des Versuchs erreicht die Keimzahl mäßig hohe Werte. Dies zeigt das Fehlen von toxischen oder hemmenden Bedingungen im System.

Die Wirksamkeit der die Filtriermittel der Erfindung enthaltenden Einheiten (Einheit S-1, S-2 und S-3) ergibt sich aus den bakteriologischen Versuchsergebnissen in Tabelle II. Zu Beginn und in den Kontrolleinheiten ist die Keimzahl sowohl in den Einheiten S-1 bis S-3 und in den Kontrolleinheiten C-1 bis C-3 so niedrig, daß eine statistische Analyse wertlos ist. Es ist darauf hinzuweisen, daß in diesen Fällen die Proben während der kontinuierlichen Durchströmung entnommen wurden. Es gibt zwei Gründe für die gefundenen niedrigen Keimzahlen. Der eine Grund ist der, daß bis zur absichtlichen Infektion im System nur wenige Keime vorliegen. Der andere und wichtigere Grund ist der, daß bei der Filtrationsmehtode mit vorbeschichtetem Filter eine ungewöhnlich feine Filtration erreicht wird. Zahlreiche Keime werden abgetrennt, und hohe Keimzahlen werden während der kontinuierlichen Verwendung im Ablauf der Filter selbst in Abwesenheit eines Bakteriostatikums nicht gefunden. Während längerer Wartezeiten vermehren sich die im Filter eingefangenen Keime, und einige der Keime können die Filtrationsbarriere durchdringen. Praktisch alle diese Keime werden rasch weggewaschen, sobald das Wasser wieder strömt. Die während dieser Bedingungen entnommenen Proben sind die Proben, die nach 24 Stunden Wartezeiten entnommen sind. Bei 50prozentiger Filterlebensdauer und mit 775 Keimen/ml, die in das Filter einströmen, beträgt die durchschnittliche Keimzahl im Ablauf von C-1 bis C-3 445, während die durchschnittliche Keimzahl im Ablauf aus den Versuchseinheiten S-1 bis S-3 den Wert 1 hat. Bei 95prozentiger Filterlebensdauer und mit einer Keimzahl von 33 000/ml im Zulauf beträgt die Keimzahl im Ablauf der Kontrolleinheiten durchschnittlich 1950/ml, während sie bei den Versuchseinheiten S-1 bis S-3 durchschnittlich nur 552/ml beträgt. Diese Werte zeigen, daß mit dem Filtriermittel der Erfindung das Wachstum der Keime im Filtermittel bzw. Filter signifikant gehemmt wird.

Ein wichtiger Aspekt der Filterwirksamkeit ist darin zu erblicken, daß diese Filter nicht immer im Gebrauch sind. Während der Strömungsbedingungen gibt es eine natürliche Schwankung in der Porosität von Filter zu Filter, die gelegentlich höhere Keimzahlen im Ablauf der Filter erklären. Die meisten Filter lassen eine höhere Zahl von Keimen nach längerer Ruhezeit hindurch, während der sich Keime, die in das Filter geschwemmt werden, vermehren können. Nach Inbetriebnahme des Filters nach der Ruhepause können im Wasserablauf zunächst sehr hohe Keimzahlen vorhanden sein. Das nachstehende Versuchsprotokoll zeigt die Ergebnisse mit zwei Kontrollfiltern, die pulverförmige Aktivkohle verwenden im Vergleich mit zwei Filtern, die das Filtriermittel der Erfindung in Form eines Gemisches von mit Silber imprägnierter Cellulose und pulverförmiger Aktivkohle enthalten. Diese Filter werden nachstehend als Silber 1 und Silber 2 bezeichnet.

Es werden vier Filter der vorstehend beschriebenen Art hergestellt. Zwei dieser Filter verwenden pulverförmige Aktivkohle ohne Silber und zwei verwenden das Filtriermittel der Erfindung. Diesem Filter werden in rasch austauschbare Filterpatronen Modell QC-4 in einem Laborversuchsfilter eingesetzt. In das Versuchsfilter wird enthärtetes Wasser eingespeist, das mittels eines großen, mit körniger Aktivkohle gefüllten Filterbettes und anschließender Feinfiltration durch ein dickes Filterbett entchlort wird. Die Steuerung des Wasserablaufs aus jedem Filter und im Zulaufprobe-Durchströmungskanal wird mittels eines 1,0 gpm (3,8 l/min) Strömungsreglers und eines Zeitgebersolenoids bedient. Coliforme Keime werden vor dem Verteiler zugegeben, der zu den vier Standard QC-4 Patronen führt, welche die Testfilter enthalten. Als Testkeime werden Enterobacter aerogenes ATCC 15 038 verwendet. Es handelt sich um sehr virulente Keime der coliformen Gruppe. Diese Keime werden 18 Stunden in sterilem, entchlortem Leitungswasser mit 0,4% Lactosenährbrühe akklimatisiert. Nach Durchtritt von 6567 Liter durch jedes Filter wird die Beschickung geändert und es werden 24 Stunden Agar-Schrägröhrchenkulturen verwendet. Die Keime werden ohne irgendwelche Nährstoffe übertragen. Die Wahl der Keime, die Vorbehandlung des Wassers und die Akklimatisierung der Keime in Minimalmedien sind derart, daß die günstigsten Bedingungen für ein optimales Überleben der Keime vorliegen. Die Medien mit den coliformen Keimen werden in das einströmende Beschickungswasser derart eingespeist, daß die coliformen Keime sich in den Filtern vor den Ruhepausen ansammeln.

Die Einheiten werden mehrere Tage im Betrieb gehalten. Durch jedes Filter strömen 3785 Liter, um eine hohe Keimzahl zu erhalten, bevor die bakteriologischen Untersuchungen einsetzen. Es werden 1 Liter Proben in sterile Flaschen unmittelbar am nächsten Morgen oder nach dem Wochenende entnommen. Diese Proben werden gründlich gemischt, bevor davon Proben in sterile Probeflaschen für bakteriologische Untersuchungen übertragen werden. Diese Proben werden innerhalb 1 Stunde nach Standardmethoden zur Bestimmung von coliformen Keimen verarbeitet. Als erstes werden immer Proben aus dem Zulauf des Strömungskanals entnommen. Die Ergebnisse sind in Tabelle III zusammengefaßt.

Tabelle III

Das mit den coliformen Keimen infizierte Wasser wird in die vier Versuchseinheiten kontinuierlich mittels einer Pumpe eingespeist, bis das Strömungsmeßgerät einen Durchfluß von 3793 Liter anzeigt. Sodann wird der Zulauf unterbrochen und mit der ersten Ruheperiode von 17 Stunden (über Nacht) begonnen. Unmittelbar nach dem Ende dieser Ruheperiode wird der Wasserzulauf wieder eingeschaltet, und es werden Proben aus dem Zulauf-Durchflußkanal und dem Ablauf-Durchflußkanal entnommen. Zunächst wird eine Probe aus dem Zulauf-Durchflußkanal untersucht, und es werden nach der ersten Ruheperiode eine Keimzahl von 810 pro 100 ml festgestellt. Hierauf werden Proben aus dem Ablauf der vier Versuchsfilter entnommen. Die entsprechenden Keimzahlen sind in Spalte 4 der Tabelle III angegeben. Danach werden 757 Liter mit coliformen Keimen infiziertes Wasser kontinuierlich eingespeist, bis 4701 Liter angezeigt werden. Sodann wird das System über ein Wochenende stillgelegt.

Am nächsten Werktag werden weitere 726 Liter mit coliformen Keimen infiziertes Wasser durch das Filtersystem geleitet, bis 5428 Liter hindurchgeströmt sind. Hierauf wird eine zweite Ruheperiode von 17 Stunden eingeschaltet. Am Ende dieser Zeit enthält eine Probe im Zulauf-Durchflußkanal 2500 Keime pro 100 ml, während die beiden Kontrollproben Keimzahlen im Bereich von 10 bis 15 im Ablauf zeigen. Bei den beiden Filtern mit dem Filtriermittel der Erfindung beträgt die Keimzahl bei der zweiten Ruheperiode etwa 1. Ähnlich günstige Werte werden nach der dritten bis fünften Ruheperiode erhalten.

Mit dem Filtriermittel der Erfindung gelingt es, die Adsorptionsfähigkeit und die Vorbeschichtbarkeit von pulverförmigen Aktivkohle-Filtriermitteln ohne Zunahme der Dichte oder der Neigung zum Abfallen beizuhalten, eine langsame Abgabe von Silber auf dem imprägnierten Träger zu erreichen, das sich in der Aktivkohle verteilt und auf diese Weise eine gleichmäßig bakteriostatische Wirkung im gesamten Filtriermittel ausübt. Im Filtriermittel der Erfindung sind die chemischen oder hydraulischen Eigenschaften der pulverförmigen Aktivkohle-Filtriermittel nicht verändert. Erfindungsgemäß gelingt es, die Dichte des Filtriermittelgemisches der Erfindung derart zu steuern, daß dieses noch eine geringere Neigung zum Abfallen zeigt als pulverförmige Aktivkohle. Die bakteriostatische Wirkung im gesamten Filtriermittel wird mit verhältnismäßig geringen Mengen an Silber erreicht und es sind nur geringe Mengen an Trägerstoff, beispielsweise Cellulose, erforderlich, um diese bakteriostatische Wirkung im gesamten Filtriermittel zu erzielen. Durch die Imprägnierung der Cellulose mit Silber wird gleichzeitig ihr biologischer Abbau gehemmt.

Mit dem Filtriermittel der Erfindung wird eine bessere Filtration und Abtrennung von Verunreinigungen der verschiedensten Art, Feststoffen und Gasen erreichtt als bei Verwendung von mit Silber beschichteter Aktivkohle. Das Filtriermittel der Erfindung ist nicht auf spezielle faserartige Trägerstoffe beschränkt, die mit Silber imprägniert werden. Ferner kann jede Aktivkohle mit einer Korngröße, die ein Sieb der lichten Maschenweite von unterhalb 75 µm passiert, verwendet werden. Filter mit dem Filtriermittel der Erfindung eignen sich zur Abtrennung von Gasen, wie sie in Abwassern erzeugt werden, zur Abtrennung von Trübungen verursachenden Feststoffen im Wasser, einschließlich feiner Teilchen bis herab zu 1 µm, Asbestteilchen unterhalb 1 µm und zur Abtrennung von organischen Substanzen und Bakterien. Die für das Filtriermittel der Erfindung verwendete Aktivkohle kann jede Aktivkohle sein, mit der sich Wasser zu Trinkwasser filtrieren läßt.

Claims (7)

1. Filtriermittel, geeignet zur Vorbeschichtung von Filteroberflächen von Wasserfiltern mit

• (a) einem Absorptionsmittel auf der Basis von pulverförmiger Aktivkohle sowie
• (b) einem inerten mit Silber beladenen Material,

dadurch gekennzeichnet, daß die Komponente (b) aus einem feinteiligen, wasserunlöslichen, benetzbaren und ungiftigen Material besteht, das mit 1 bis 5 Gew.-% elementarem Silber, bezogen auf das Trockengewicht des Materials, imprägniert ist, die Komponente (b) innig und gleichmäßig in der Komponente (a) dispergiert ist und die Komponente (b) im Filtriermittel in einer bakteriostatisch wirksamen Menge von 1 bis 10 Gew.-%, bezogen auf das Trockengewicht des Filtriermittels vorliegt.

2. Filtriermittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Komponente (b) pulverförmige oder fasrige Cellulose enthält.

3. Filtriermittel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Cellulose eine Länge der Einzelfasern von 10 bis 1000 µm, einen Durchmesser von 2 bis 25 µm und eine "dry tap" Dichte von weniger als 0,4 g/cm³ besitzt.

4. Filtriermittel nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Silber in und/oder auf der Cellulose in einer Menge von 2 bis 4 Gew.-% vorliegt.

5. Filtriermittel nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Aktivkohle noch Diatomeenerde, Kieselsäure, Aluminiumoxid oder deren Gemisch als Filtrierhilfe enthält.

6. Filtriervorrichtung mit einem Gehäuse für ein Wasserfilterelement, einem in dem Gehäuse angeordneten Wasserfilterelement, einem Einlaß für unreines Wasser am Gehäuse, einem Auslaß für gereinigtes Wasser am Gehäuse und Einrichtungen zur Führung des unreinen Wassers durch das Wasserfilterelement, dadurch gekennzeichnet, daß das Wasserfilterelement ein Filtriermittel gemäß Anspruch 1 bis 5 enthält.