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Verfahren zum Reinigen und Konditionieren von
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wasserbevorratenden und wasserführenden Systemen und ein Reiniger
für Wasserbrunnen Die Erfindung bezieht sich auf das Reinigen und Konditionieren
von Systemen, die Wasser bevorraten und/oder Wasser führen und in ihrer Funktion
durch Verschmutzungen, insbesondere durch Verockerungen, beeinträchtigt werden können.
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Ein Schwerpunkt der Erfindung ist das Reinigen, Regenerieren und Konditionieren
von Brunnen zur Entnahme von Wasser.
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Bei Brunnen zur Entnahme von Wasser ist zu beobachten, daß die Leistung
des Brunnens nach einiger Zeit vielfach nachläßt und der Brunnen dann sogar versiegt.
Dies liegt daran, daß sich die Filterschlitze zusetzen und die Filterschicht durch
Verockerung undurchlässig wird.
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Das bisher am häufigsten verwendete Verfahren, um solche versiegenden
oder bereits versiegten Brunnen wieder zu regenerieren, besteht im Säuern.
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Dabei bedient sich die Technik mechanischer Reinigungsverfahren, die
gegebenenfalls durch den Einsatz von Salzsäure oder von Gemischen aus Zitronen-
und Ascorbinsäure unterstützt werden.
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Die folgenden mechanischen Reinigungsverfahren sind zur Zeit in Anwendung:
1. Hochdruckverfahren mit Innenregenerierung und/oder Außenregenerierung, 2. Anpreßkörperverfahren
und 3. Bürstenreinigungsverfahren.
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Bei Anwendung dieser genannten Verfahren hat sich jedoch gezeigt,
daß trotz Verwendung großer Mengen von Salzsäure diese nur bis an den Rand der Ockerschicht
gelangen und eine durchdringende Reinigung nur in seltenen Fällen erzielt wird.
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Außerdem ist durch die Anwendung dieser Verfahren, insbesondere bei
Einsatz von Salzsäure, eine erhebliche Werkstoffzerstörung sowohl am Brunnen als
auch an der Vorrichtuna selbst nicht zu vermeiden.
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Durch die groben Mengen Säure muß man notgedrungen eine erhebliche
Gefahr der Grundwasserverseuchung in Kauf nehmen.
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Ein zusätzlicher grober Aufwand ist auch mit der Neutralisation der
Säure und der damit verbundenen umweltfreundlichen Entsorgung verbunden.
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Brunnen, die gesäuert wurden, müssen bis zum Neutralpunkt gespült
werden, wodurch viel Zeit und auch kostbares Wasser verloren gehen.
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Bei dem zur Zeit üblichen Einsatz von Säuren verdient nicht nur die
Gefährdung der damit arbeitenden Personen Beachtung, sondern auch die Probleme hinsichtlich
der Korrosion und der Materialzerstörung sind erheblich. Die Säuren müssen mit Inhibitoren
versetzt werden. Weiterhin müssen die Brunnen zur Reinigung durch Ausräumen empfindlicher
Materialien mit erheblichem Zeitaufwand vorbereitet werden.
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Verockerungen an den Rohrinnenwänden und Anbackungen an den Rohraußenwandungen
können praktisch nur durch Ausbaggern des F#ilterkieses und durch manuelle Reinigung
unter großem Zeit- und Kostenaufwand erreicht werden.
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Man hat bereits versucht, eine wirksame #runnenregenerierung
ohne
Chemikalieneinsatz, d.h. ohne Säuren und Ausbaggern des Filterkieses, auszuführen.
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In der DE-PS 25 46 684 werden nach einer Innenspülung mit einer langsam
wandernden Düse in kreisenden und vertikalen Bewegungen die Ocker (Kolke) zerstört
und die abgelösten Verkrustungen abgespült. Bei der Außenspülung wird die mit Bohr-
und Transportdüsen bestückte Lanze an der Außenwand des Filterrohres entlanggeführt.
Dabei erfolgt eine weitere Freispülung der Schlitze und eine Säuberung der Kiesfilterschicht.
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Filterrohre aus Stahl, PVC, Keramik usw. können so gesäubert werden.
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Diese mechanisch arbeitenden Verfahren, die ausschließlich Hochdruck
anwenden, haben jedoch nur begrenzten Erfolg, da die Probleme der stark verockernden
und stark vermanganenden Brunnen sich als schwieriger erwiesen, insbesondere wenn
man längere Zeiträume in Betracht zieht und den Zustand der Brunnen in unterschiedlicher
Brunnentiefe als Maßstab einer einwandfreien und gleichmäßig wirksamen Reinigung
berücksichtigt. Sobald aber die Ocker- und Manganester in den Filterschichten nicht
vollständig entfernt
werden, dienen sie sogar als bevorzugte Keime
für einen Neubewuchs.
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Die biologische Verockerung resultiert daraus, dab eisen-und manganspeichernde
Bakterien unter bestimmten Voraussetzungen imstande sind, das in Wasser gelöst vorhandene
zweiwertige Eisen undjoder zweiwertige Mangan aufzunehmen und in Form von unlöslichen
Verbindungen wieder auszuscheiden. Als besondere Ockerspezies sind zu nennen: Crenothrix,
Gallionella, Leptothrix sowie Ferribakterium. Diese Bakterien können auch in Wässern
existieren, die nur Spuren von Sauerstoff und Eisen enthalten. Als sogenannte autotrophe
Mikroorganismen, die den Energie gewinn bei der Eisenoxidation zur Chemosynthese
verwenden, sind sie in der Lage, Eisen zu speichern.
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Da die Eisenverbindungen sehr viel Hydratwasser enthalten und ausgesprochen
voluminös sind, bilden sich bereits nach sehr kurzer Zeit starke Ablagerungen.
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Um Verockerungen durch mikrobiologische Vorgänge zu verhindern, wendete
man bisher, ähnlich wie im Kühlwasserbereich, die Stoßchlorung eines Brunnens an.
Dabei werden die Brunnen regelmäßig (1 bis 2 mal pro Monat) mit 1 g aktives Chlor
pro 1 Liter Wasser beaufschlagt. Nach der Behandlung bleibt der Brunnen etwa 24
Stunden außer Betrieb und steht nach Abpumpen des Wasser wieder zu Verfügung.
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Eine weitere Methode zur Brunnenregenerierung besteht darin, daß die
Brunnen regelmäßig, bis zu einmal pro Woche, in aufwendiger Weise mit Chlor beaufschlagt
werden.
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Brunnen zur Wassergewinnung müssen mindestens alle 1 bis 2 Jahre mechanisch
gereinigt werden.
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Der Erfindung liegt als Aufgabe zu Grunde, ein verbessertes wirksames
Verfahren zum Reinigen und Konditionieren von wasserbevorratenden und/oder wasserführenden
Systemen bereitzustellen, die einer Verschmutzung, insbesondere einer Verockerung
und Manganierung (Braunstein-Bildung) unterliegen. Unter einem speziellen Aspekt
wurde ein verbessertes Verfahren zum Reinigen und Konditionieren von Brunnen für
die Wassergewinnung angestrebt, mit dem die Brunnen wirksam regeneriert werden können,
ohne daß ein Säuern und Ausbaggern des Filterkieses erforderlich ist, um dem Brunnen
wieder seine volle Leistungsfähigkeit zu geben. Trotz des Chemikalieneinsatzes soll
das Verfahren umweltfreundlich arbeiten und eine Grundwasserverschmutzung vermeiden.
Es soll einfach kontrollierbar und überprüfbar sein.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird das in Anspruch 1 angegebene Verfahren
vorgeschlagen, bei dem das System mit einer wäßrigen Spülung behandelt wird, die
mindestens einen Teil des Systems, beispielsweise eines Flach- oder Tiefbrunnens,
der kombinierten Einwirkung eines nichtionischen oberflächenaktiven Mittels und
einer dithionithaltigen Verbindung eine hinreichende Zeit lang aussetzt, bis sich
die Beläge, Ablagerungen, Ocker, Braunstein und andere Sedimente ablösen. Die abgelösten
Verunreinigungen und Verschmutzungen werden gleichzeitig oder nachfolgend entfernt,
zweckmäßigerweise mit einer Druckpumpe.
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Die Behandlungszeiten können stark schwanken und hängen sowohl von
der Qualität des zu fördernden bzw. zu befördernden Wassers als auch von dem Zyklus
der vorangehenden Reinigungen ab. Bei der Brunnenreinigung genügt es, wenn man etwa
12 bis 24 Stunden behandelt und danach die abgelösten und gelösten Verschmutzungen
entfernt.
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Obwohl es im allgemeinen zweckmäßig ist, das oberflächenaktive Mittel
und die dithionithaltige Verbindung gleichzeitig einwirken zu lassen, hat es sich
zuweilen als vorteilhaft erwiesen, zunächst mit einer Lösung des nichtionischen
oberflächenaktiven
Mittels vorab zu behandeln und danach den Reiniger, bestehend aus oberflächenaktivem
Mittel und dithionithaltiger Verbindung, zur Spülung einzusetzen.
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Durch den Einsatz der dithionithaltigen Verbindung, die ein starkes
Reduktionsmittel darstellt, zusammen mit einem nichtionischen oberflächenaktiven
Mittel wird eine effektive Reinigung derartiger Systeme erreicht. Dies zeigt sich
besonders dann, wenn der Chemikalieneinsatz in Verbindung mit einer mechanischen
Reinigung erfolgt, deren Effizienz hierdurch deutlich verbessert werden kann.
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Gleichzeitig mit der Reinigung kommt es gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung
des erfindungsgemäßen Verfahrens aufgrund der dithionithaltigen Komponente bzw.
der sich während ihrer Einwirkung bildenden Folgeprodukte (Schwefeldioxid) sowie
eines Biodisperqators, der entweder bereits durch das nichtionogene Tensid oder
durch ein zusätzlich enthaltenes mikrobiozid wirkendes Biodispergiermittel gestellt
wird, zu einer biologischen Abtötung von Bakterien, insbesondere von Eisen- und
Manganbakterien. Die Menge des Biodispergators entspricht im allgemeinen der für
das nichtionische oberflächenaktive Mittel angegebenen Mengen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ist sehr einfach kontrollierbar und
überprüfbar, da eine analytische Überwachung der Spülung auf freies Dithionit genügt,
um die Effektivität der Reinigung zu gewährleisten und zu regeln.
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Das Verfahren der Erfindung eignet sich für alle durch Eisen(III)-
und Mn(IV)-oxide sowie für die durch Rost verockerten Systeme, wie Brunnen, Kiesfilter
und andere Filter, wasserführende Rohrsysteme, Behälter und Leitungen.
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Die erfindungsgemäß verwendete Spülung enthält bevorzugt in wäßriger
Phase mindestens zwei Komponenten, ein nichtionisches oberflächenaktives Mittel
und eine alkalidithionithaltige Verbindung.
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Die dithionithaltige Verbindung besteht vorzugsweise aus einem Alkalidithionit
und einem Alkalimetabisulfit (Pyrosulfit), wobei sich deren Gewichtsanteil bevorzugt
auf etwa 65 bis 92 Gew.-% Dithionit und etwa 8 bis 35 Gew.. -% Alkalipyrosulfit
beläuft. Eine bevorzugte Zusammensetzung der alkalidithionithaltigen Verbindung
entspricht ca.
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70 Gew.-% Natriumdithionit und ca. 30 Gew.-% Natriummetabisulfit.
Andere Dithionite, wie Kalium- und Zinkdithionite sowie deren Gemische mit Natriumdithionit
und Dithionit-
Abkömmlinge, wie Rongalit, sind ebenfalls geeignet.
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Die wäßrige Spülung enthält die dithionithaltige Verbindung in einer
wirksamen Menge, die vorzugsweise im Bereich von etwa 0,5 bis 10 % der Gesamtzusammensetzung
der Spülung, einschließlich Wasser, liegt, wobei der Anteil des Dithionits im allgemeinen
mehr als 50 % Gew.-% ausmacht.
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Wichtig für die Wirksamkeit der erfindungsgemäß eingesetzten Spülung
ist die starke Reduktionskraft des Dithionits.
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Für die Reduktion gilt allgemein die Gleichung:
Während des Reinigungsverfahrens finden bevorzugt folgende Reaktionen statt:
Während unlösliche Fe(III)-Verbindungen (z.B. Ocker) überwiegend
Sulfit und lösliche Fe(II)-Derivate bilden, entstehen aus unlöslichen Mn(IV)-Derivaten
(z.B. Braunstein) überwiegend lösliches Mn(II)-Salz und Dithionat, welches wiederum
zum Sulfit und Sulfat oxydiert wird.
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bildet sich Hydrogen-Sulfi Uberwiegend entsteht als Folgeprodukt
also zunächst Bydrogensulfit, wobei zum Teil - insbesondere bei tieferem p -auch
SO2-Gäs frei wird.
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Unter Lufteinwirkung geht dann das gelöste Sulfit bzw.
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Hydrogensulfit fast ausschließlich und rasch in physiologisch unbedenkliches
Hydrogensulfat bzw. Sulfat über.
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Diese reduktive Reinigung von unlöslichen Fe(III)-und Mn(IV)-Ablagerungen,
verbunden mit einer Abtötung der Fe-und Mn-Bakterien durch das bakterizide SO2,
läuft bei einem Überschuß der dithionithaltigen Verbindung relativ schnell ab, muß
aber bis zum Abschluß durchaeführt werden,
möglichst durch leichte
Flüssigkeitsbewegung, sei es durch Umpumpen oder ähnliche Techniken.
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Anschließend ist die Reinigungslösung mit dem gelösten Fe(II)- und
Mn(II)-Salz weitgehendst zu entfernen, ehe wieder O2-haltiges Wasser herankommt,
das zur Rückbildung der unlöslichen Feststoffe in Form von Trüben führen würde.
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Wird bei einer Innenspülung eines Brunnens mit einer Verdüsung gearbeitet,
beispielsweise mit einer langsam wandernden Düse in kreisenden und vertikalen Bewegungen,
kommt es zur Zerstörung des Ockers, dessen Bruchstücke dann abgespült werden. Vorzugsweise
geschieht dies unter hohem Druck, vorzugsweise unter einem Druck von 200 bis 500
bar, damit der Wasserstrahl noch tiefer in den Ocker eindringen kann und das dreiwertige
Eisen zu zweiwertigem löslichen Eisen reduziert.
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Die andere wesentliche Komponente der erfindungsgemäß eingesetzten
Spülung ist ein nichtionisches oberflächenaktives Mittel, das durch eine noch nicht
vollständig
geklärte Zusammenwirkung mit der dithionithaltigen
Komponente die wasserführenden Systeme hervorragend reinigt.
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Oberflächenaktive Mittel oder Tenside sind bekanntlich grenzflächenaktive
chemische Verbindungen, die beim Lösen oder Dispergieren in einer Flüssigkeit an
einer Grenzfläche bevorzugt absorbiert werden. Die Moleküle dieser Verbindungen
weisen in der Regel mindestens eine Gruppe mit einer Affinität zu Substanzen starker
Polarität, wodurch ihre Löslichkeit in Wasser bedingt ist, sowie eine weitere Gruppe
mit geringerer Affinität zum Wasser auf. Die erfindungsgemäß geeigneten grenzflächenaktiven
Stoffe verfügen zwar über einen hydrophoben, d.h. wasserabweisenden Rest und einen
hydrophilen bzw. lipophoben Rest, sind im ganzen jedoch von nichtionischem Charakter.
Nichtionische grenzflächenaktive Stoffe sind beispielsweise Polyäther, insbesondere
Alkyloxyäthoxylate, Alkylaryläthoxylate wie Alkylphenolpolyglykoläther, Alkylaminoäthoxylate,
Acyloxyäthoxylate, Acylaminoäthoxylate und Athoxylierungsprodukte von mehrwertigen
Alkoholen, Fettsäuren, Fettsäureamiden, Fettaminen und Fettalkoholen, wobei die
bevorzugt verwendeten Äthoxylierungsprodukte von Polyolen, wie Polypropylenglykolen
besonders günstig sind,#weil sie neben ihrer Tensidwirkung gleichzeitig eine mikrobiozide
Wirkung als Biodispergator entfalten.
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Besonders geeignete nichtionische oberflächenaktive Mittel sind vorzugsweise
die Poly(oxyalkylen)polyole und Poly(oxyalkylen)polyester, besonders günstig erwiesen
sich die Poly(propylenäthylenoxide) und insbesondere die Blockcopoly-(propylenoxidäthylenoxide)
mit einem inneren Polypropylenglykol-Block. Das Molekulargewicht der polymeren nichtionogenen
Tenside sollte nicht höher als 15.000 liegen.
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Die Menge des oberflächenaktiven Mittels liegt im allgemeinen zwischen
etwa 100 und 750 und vorzugsweise bei etwa 250 bis 500 ppm.
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Beim Herstellen der Spülung verfährt man zweckmäßigerweise so, daß
eine geeignete Menge des nichtionogenen oberflächenaktiven Mittels in 1 m3 Wasser
gelöst und darin dann vorsichtig ohne Sauerstoffeintrag die dithionithaltige Komponente
in Pulverform eingerührt wird, um beispielsweise eine 10%ige Lösung der dithionithaltigen
Verbindung herzustellen. Die die kobminierten Komponenten enthaltende Lösung wird
dann vorzugsweise mit Hilfe einer Hochdruckdüse in die Filterkiesschichten verdüst,
wenn ein Brunnen gereinigt werden soll.
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Für den Bereich der Brunnenreinigung erstreckt sich die Anwendung
der Erfindung auf Innen- und/oder Außenspülungen.
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Für die Zwecke der Brunnenreinigung hat eine Reinigerzusammensetzung
besonders hervorragende Ergebnisse erbracht, wie sie Anspruch 13 angibt. Ein derartiger
Reiniger ist gleichfalls Gegenstand der Erfindung.
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In den Abbildungen 1a bis 14b wird anhand von Innenaufnahmen eines
Tiefbrunnens verdeutlicht, wie groß der Reinigungseffekt wird, wenn man mit dem
erfindungsgemäßen Brunnenreiniger arbeitet. Die jeweils auf der linken Seite erscheinenden
Abbildungen 1a bis 14a zeigen den Brunnenzustand in unterschiedlicher Brunnentiefe
1 Jahr nach einer mechanischen Reinigung, rechts daneben ist in den Abbildungen
1b bis 14b jeweils der Zustand des Brunnens kurz nach der erfindungsgemäßen Reinigung
wiedergegeben.
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Zur Anwendung gelangte ein Reiniger, bestehend aus 1000 kg Wasser
+ 100 kg alkalidithionithaltiger Verbindung mit einem Gehalt von 70 Gew.-% Natriumdithionit
+ 0,5 kg nichtionogenes Tensid (äthoxyliertes Polyoxypropylenglykol) + 0,1 kg ölhaltiger
Entschäumer Die Arbeitslösung wurde so hergestellt, daß die aufgeführten Produkte
in der angegebenen Reihenfolge in die vorgelegte
Wassermenge bis
zu ihrer vollständigen Auflösung eingerührt wurden.
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Die Reinigung erfolgte mit einem Hochdruckverfahren (DE-PS 25 46 684),
wobei der verdüste Wasserstrahl unter einem Druck von ca. 500 bar gegen die verockerten
Flächen gerichtet wurde.
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Die folgende Tabelle verdeutlicht die Wirksamkeit des erfindungsgemäßen
Reinigers im Vergleich zu der sonst üblichen Chlorung eines Flachbrunnens.
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Reinigung eines Flachbrunnens Zeitfolge Bei bisheriger Chlorung Bei
erfindungsgemäßer der Eisen Mangan Feststoffe Behandlung Probenahme Eisen Mangan
Feststoffe mg/l mg/l rng/lmg/l mg/l mg/l mg/l 1. sofort 3 5 92 21 500 3188 2. nach
1 min 2 5 168 17 1900 26030 3. nach 3 min 2 7 170 23 293 1026 4. nach 15 min 2 7
63 22 39 28 5. nach 30 min 2 6 100 22 24 31 6. nach .60 min 4 5 275 23 13 8
Zu
erkennen ist, daß die analysierten Wasserinhaltsstoffe Eisen, Mangan und die Gesamt-Feststoffmenge
bei Anwendung der erfindungsgemäßen Behandlung deutlich höher liegen als im Vergleich
zur bisherigen Chlor-Methode, was auf einen ausgezeichneten Reinigungseffekt schließen
läßt.
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