DE3421113A1

DE3421113A1 - Filtereinrichtung und verfahren zur entfernung von eisen und/oder anderen chemisch reduzierenden stoffen aus trinkwasser

Info

Publication number: DE3421113A1
Application number: DE19843421113
Authority: DE
Inventors: Bruce F Brodzik; Edward G Kreusch
Original assignee: Culligan International Co
Current assignee: Culligan International Co
Priority date: 1983-06-08
Filing date: 1984-06-06
Publication date: 1984-12-13
Also published as: GB2141119A; GB8414383D0; GB2141119B

Description

Patentanwälte"-·" "--J=U ro pea η -Patent· · Attorneys '5/9111'?

München Stuttgart

CULLIGAN INTERNATIONAL COMPANY 6. Juni 19 84

One Culligan Parkway

Northbrook, Illinois 60062 / V.St.A.

Unser Zeichen: C 3390

Filtereinrichtung und Verfahren zur Entfernung von Eisen und/oder anderen chemisch reduzierenden Stoffen aus Trinkwasser

Die Erfindung betrifft eine Filtereinrichtung und ein Verfahren zum Entfernen von Eisen und/oder anderen chemisch reduzierenden Stoffen aus Trinkwasser mit einem pH zwischen fünf und neun.
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Die bekannten Filtereinrichtungen zum Entfernen von Eisen und/oder anderen chemisch reduzierenden Bestandteilen wie Mangan und Schwefel aus wässrigen Medien erwiesen sich nur mit gewissen Einschränkungen als brauchbar. Bei bestimmten bekannten Filtersystemen werden beispielsweise oxidativ wirksame Filtermedien wie manganbehandelter Formsand verwendet. Diese oxidativen Filtermedien erfordern im allgemeinen häufiges chemisches Regenerieren. Manganbehandelter Formsand muß beispielsweise häufig mit Kaliumpermanganat oder mit Natriumhypochlorit regeneriert werden. Nicht-oxidative Filtermedien erfordern üblicherweise zusätzliche Verweilzeit für den Zeitbedarf der Oxidationsreaktion, die,

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sofern sie nicht katalysiert wird, verhältnismäßig langsam abläuft.

Bei bestimmten bekannten Filtersystemen werden inerte FiI-termedien verwendet. Eines dieser Filtermedien ist beispielsweise Sand. Inerte Filtermedien erfordern jedoch ganz allgemein, daß der Zustrom eine entsprechende Zusammensetzung für die Oxidation und/oder die Ausfällung der Verunreinigungen aufweist.

Bei einem anderen bekannten System werden alkalische Medien zur teilweisen Modifizierung der Wasserzusammensetzung verwendet, so daß die Reinigungswirksamkeit erhöht wird. Zu diesen alkalischen Filtermedien gehören beispielsweise Kalziumkarbonat, Magnesiumkarbonat und Magnesiumhydroxid. In solchen Systemen müssen die alkalischen Medien von Zeit zu Zeit ersetzt werden.

Aus der US-PS 3 649 532 ist ein System zur Behandlung von 2Q Wasser bekannt, bei dem das Wasser belüftet und dann

durch ein mineralisches Bett aus einem Basizität zuführenden Material wie Dolomit, ein Gemisch aus Kalzium- und Magnesiumkarbonat, oder Kalziumkarbonat geleitet wird, um den pH auf 7,0 bis 7,5 zu erhöhen. Es wurde gefunden, 2g daß die Erfindung, die nachstehend beschrieben wird, zu

einer deutlich höheren Fließgeschwindigkeit (die Fließgeschwindigkeit, bei der wirksames Filtern erzielt wird) sowie deutlich höherer Kapazität (das Volumen der wässrigen Lösung, das gefiltert werden kann, bevor eine Rückspülung _on des Filters erforderlich ist) führt als das aus der genannten US-PS bekannte System.

Bei anderen bekannten Systemen werden chemische Oxidations mittel wie Chlor, Natriumhypochlorit oder Kaliumpermanga_o_ nat verwendet, um die chemisch reduzierenden Verunreinigungen zu oxidieren. Diese Systeme erforderten unter bestimmten Bedingungen eine zusätzliche Modifizierung der

wässrigen Zusammensetzung durch Zugabe von Fällungsreagenzien . Ausgedehnte Kontaktzeiten sind oft erforderlich. Darüberhinaus sind oxidativ wirksame Chemikalien ganz allgemein gefährlich und schädlich, insbesondere wenn sie ver schüttet werden oder unabsichtlich verwendet werden.

Ein bekanntes System, bei dem chemische Oxidationsmittel verwendet werden, ist aus der US-PS 3 017 347 bekannt, bei dem (vgl. Spalte 1, Zeile 41-49) "das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, daß das Wasser, dem geeignete Mengen an Oxidationsmitteln wie Ozon, Chlor, Chlordioxid oder dergleichen zudosiert wurden, über kornförmige Aktivkohle geleitet wird. Die Schwermetallverbindungen, die durch die Oxidationsmittel oxidiert werden, aber im gelösten Zustand verbleiben, werden katalytisch auf der aktiven Oberfläche der Kohle abgeschieden. Gleichzeitig werden die geschmack- und geruchverursachenden Stoffe durch die Aktivkohle absorbiert". Es ist jedoch erwünscht, die Verwendung chemischer Oxidationsmittel zu vermeiden, so daß

2Q es für den Anwender überflüssig wird, Chemikalien zum Zwecke der Oxidation zu kaufen und häufig zu benutzen.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Filtereinrichtung und ein Verfahren zum Entfernen lös_oc licher und unlöslicher chemisch reduzierender Stoffe aus Trinkwasser zu schaffen, bei dem keine zusätzlichen Oxidationsmittel oder sonstigen Reagenzien und keine vielstufigen Regenerierungsverfahren erforderlich sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Filtereinrichtung und ein Verfahren zum Entfernen von Eisen und/ oder anderen chemisch reduzierenden Stoffen wie Schwefelverbindungen aus Trinkwasser mit einem pH zwischen fünf und neun, vorzugsweise etwa sieben gelöst, wobei die Filtereinrichtung einen Behälter zur Aufnahme des Wassers 35

aufweist und ein Bett aus Aktivkohle enthält. Dabei sind Mittel zum Belüften des Wassers vor der Kontaktierung mit

der Aktivkohle vorgesehen. Das gesamte belüftete Wasser wird in das Aktivkohlebett eingeführt. Die Aktivkohle bewirkt eine katalytische Reaktion, durch die praktisch die gesamte Oxidation innerhalb des gesamten Aktivkohlebettes abläuft und die Verwendung chemischer Oxidationsmittel überflüssig wird. Darüberhinaus ist keine zusätzliche Verweilzeit neben der Durchgangszeit durch das Filterbett erforderlich. Die erfindungsgemäße Filtereinrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren sind somit gegenüber den ^q derzeit bekannten Filtersystemen, insbesondere zum Herausfiltern von Eisen, wirtschaftlicher.

Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist eine Einrichtung zur Entfernung überschüssigen Gases aus dem be-

, c lüfteten Wasser vor dem Kontaktieren mit der Aktivkohle Io

vorgesehen. Der Behälter ist zur Hälfte oder zu Dreiviertel mit der Aktivkohle gefüllt, und die Aktivkohle besteht aus Körnern mit einer durchschnittlichen Korngröße von zwischen 0,149 mm und 3,36 mm. Die Belüftungseinrichtung

umfaßt eine Luftpumpe und die Einrichtung zum Entfernen Λ (J

überschüssigen Gases umfaßt ein Entlüftungsventil.

Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung wird ein chemischer Verstärker wie Natriumhypochlorit-Lösung

oder Kalziumhypochlorit in das Aktivkohlebett während der 25

Rückspülung eingeführt und zur Verstärkung der katalytischen Eigenschaften der Aktivkohle verwendet.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung weiter erläutert:

Die Zeichnung zeigt schematisch, teilweise im Schnitt, ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Filtereinrichtung zur Entfernung von Eisen aus Trinkwasser.

Die Filtereinrichtung umfaßt einen Behälter 10 für die Aufnahme von Trinkwasser, das beispielsweise aus einer

Haushaltsversorgungsleitung für unbehandeltes Trinkwasser stammt und durch die Rohrleitung 12 zugeführt wird. Das Wasser, zu dessen Behandlung die Erfindung Anwendung findet, besitzt einen pH-Wert von zwischen fünf und neun, vorzugsweise von etwa sieben.

Die Leitung 12 erstreckt sich von der Zuführung unbehandelten Wassers, beispielsweise von einem Brunnen oder der kommunalen Wasserversorgung, und besitzt ein Ende 14, das in den Behälter 10 hineinragt, aber oberhalb eines Bettes 16 aus Aktivkohle endet. Es wurde gefunden, daß das Aktivkohlebett 16 zweckmäßigerweise die Hälfte bis Dreiviertel des Behälters ausfüllt. Ein Behälter mit einer Höhe von 1/1 m würde damit bis zu einer Höhe von etwa 0,76 m mit dem Aktivkohlebett 16 angefüllt sein. Die erfindungsgemäß verwendete Aktivkohle besitzt eine Korngröße von zwischen 0,149 mm und 3,36 mm.

In Reihe mit der Rohrleitung 12 ist eine Belüftungseinrichtung 20, beispielsweise eine herkömmliche Venturi-Luftstrahlpumpe oder vorzugsweise eine Luftpumpe, zur Einführung von Luft oder eines anderen Sauerstoff enthaltenden Gases in das unbehandelte Trinkwasser verbunden. Stromabwärts von der Belüftungseinrichtung 20, aber ebenfalls in Reihe mit der Leitung 12 verbunden, befindet sich ein übliches Entlüftungsventil 22 für die Entfernung der überschüssigen Luft. Das Entlüftungsventil kann alternativ auch direkt mit dem Deckel 23 des Behälters 10 mittels eines GewindeanschlußStutzens oder dergleichen ver-

QQ bunden werden, so daß das überschüssige Gas aus dem im Behälter befindlichen belüfteten Wasser entfernt wird. Vorzugsweise wird ein Rest an ungelöster Luft im Behälter 10 belassen. Um eine wirksame Entfernung des Eisens zu erzielen, wird das gesamte belüftete Wasser in das Bett 16

gj- eingeführt.

Eine Rohrleitung 24 ist an der Verzweigung 26 mit der Rohrleitung 12, stromaufwärts von der Belüftungseinrichtung 20, verbunden. Ein Ventil 28 ist mit der Leitung 24 verbunden und ein Ende 30 der Leitung 24 ist mit der Verzweigung 32 verbunden, die wiederum mit der Rohrleitung 34 verbunden ist. Ein Rückschlagventil 36 ist in der Rohrleitung 24 vorgesehen, welches den Durchfluß in Pfeilrichtung erlaubt. Ein Ventil 38 ist mit der Leitung 34 verbunden. Die Leitung 34 erstreckt sich in das Aktivkohlebett 16, wobei ihr Ende 40 eine solche Lage aufweist, daß das behandelte Wasser aufgenommen und zur Leitung 42 geführt werden kann, die an der Verzweigung mit der Leitung 34 verbunden ist. Die Leitung 4 2 ist mit dem Ventil 4 6 versehen.

Eine Leitung 48, die das Ventil 50 enthält, ist mit der

Leitung 12 an der Verzweigung 52 verbunden. Ein Ende 54 der Leitung 48 ist mit dem Abwasserkanal verbunden, und die Leitung 48 dient der Ableitung unbehandelten Wassers 2Q während der Rückspülung, wie nachstehend beschrieben werden wird.

Eine Rohrleitung 56 mit dem Durchflußregler 58 ist an der Verzweigung 32 mit der Leitung 24 verbunden und wird als Umgehungsleitung für das unbehandelte Wasser verwendet, das durch die Leitung 24 während der Rückspülung fließt.

Die Ventile 18, 28, 38, 46 und 50 können manuell oder mittels geeigneter automatischer Einrichtungen bedient wer- _ den. Während des normalen Filterns sind die Ventile 18 und 46, die mit "NO" gekennzeichnet sind, gewöhnlich offen, während die Ventile 28, 38 und 50, die mit "NC" gekennzeichnet sind, gewöhnlich geschlossen sind. Andrerseits sind während des Rückspulens die Ventile 18 und 46 normalerweise geschlossen, während die Ventile 28, 38 und 35

50 hierbei gewöhnlich offen sind.

Beim Betrieb des Systems, während des Filterns, fließt das unbehandelte Trinkwasser durch die Leitung 12 und wird mittels der Luftpumpe 20 belüftet, wobei die überschüssige Luft durch das Entlüftungsventil 22 entfernt wird. Das gesamte belüftete Wasser fließt in den Behälter 10, und es findet praktisch keine Oxidation statt, bis das belüftete Wasser durch das Aktivkohlebett 16 hindurchströmt. Somit findet praktisch die gesamte Oxidation innerhalb des Aktivkohlebettes 16 auf den Oberflächen der Yg Aktivkohle statt, und zwar wegen der katalytischen Wirksamkeit der Aktivkohle und ihrer hochporösen Struktur.

Das behandelte Wasser fließt durch die Leitung 34 und die Leitung 42 zu einem Vorratsbehälter oder zur direkten . p. Verwendung.

Wenn eine Rückspülung gewünscht wird, werden die Ventile 18 und 46 geschlossen und die Ventile 28, 38 und 50 geöffnet. Das unbehandelte Wasser fließt dann durch die

Leitungen 24 und 34 und spült das Bett 16, wobei der 20

Rückspülfluß durch das Ende 14 der Leitung 12 und durch die Leitung 48 zum Abwasserkanal strömt. Der Durchflußregler 58 wird so eingestellt, daß die Leitung 56 als Umgehungsleitung für das unbehandelte Wasser benutzt werden kann, das für die Rückspülung nicht verwendet wird. 25

Es wurde gefunden, daß bei Verwendung eines chemischen Verstärkers für den Aktivkohlekatalysator eine noch weitgehendere Entfernung chemisch reduzierender Substanzen

wie Eisen, Schwefelverbindungen etc. aus Wasser erzielt 30

werden kann. Hierzu kann ein Verstärker wie Natriumhypochloritlösung oder Kalziumhypochlorit, in Wasser gelöst, verwendet werden. Der Verstärker wird während der Rückspülung in das Aktivkohlebett eingeführt, vorzugsweise

während eines Abschnittes des Rückspülverfahrens, der 35

etwa 20 Minuten dauert, und zwar in einer Konzentration von 500 ppm, bezogen auf den Rückspülstrom. Die Verwendung

eines Natriumhypochloritlösung-Verstärkers ergab eine Verbesserung der Eisenentfernung von über 50 Prozent.

Es wurde gefunden, daß es bei Anwendung der Erfindung überflüssig ist, ein Verweilgefäß zu benutzen, um zusätzliche Verweilzeit für die Oxidation und für das Ausfällen zu schaffen, wie es bei bekannten Einrichtungen und bekannten Verfahren häufig erforderlich ist. Der Behälter stellt einen Reaktionsort für die Oxidation im Katalysator, für das Ausfällen der oxidierten Ionen und für das Zurückhalten bzw. Festhalten der ausgefällten Teilchen durch Filtration dar. Weiterhin wurde gefunden, daß das erfindungsgemäße System im Vergleich mit bekannten Systemen hinsichtlich seiner Ausführbarkeit weit überlegen ist. Die Filtriergeschwindigkeit konnte beispielsweise unter Anwendung der Erfindung gegenüber den bekannten Systemen um ein Vielfaches gesteigert werden und die Kapazität, also das gefilterte Volumen bis zur ersten bzw. nächsten Rückspülung, konnte ebenfalls um ein Vielfaches gegenüber den bekannten Systemen erhöht werden.

Bei den von der Anmelderin durchgeführten Versuchen wurde

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als Aktivkohle entweder kornförmige CULLAR vv-G-Kohle

oder CIMv^-Kohle verwendet, wie sie von Culligan USA, One Culligan Parkway, Northbrook, Illinois, vertrieben wird. Kornförmige CIM-Kohle erwies sich als am wirksamsten.

- Leerseite -

Claims

PRINZ, LEISER^ Bd-NKE.&.:PARTNER

Patentanwälte„_" '.. "Eur*Qpe?Jjn,*PafaQf Attorneys

München Stuttgart O 4 2 1 1 1

CULLIGAN INTERNATIONAL COMPANY

One Culligan Parkway

Northbrook, Illinois 60062 / V.St.A.

Unser Zeichen: C 3390

Patentansprüche

1 . Filtereinrichtung zum Entfernen von Eisen und/oder anderen chemisch reduzierenden Stoffen aus Trinkwasser mit einem pH zwischen fünf und neun, gekennzeichnet durch einen Behälter zur Aufnahme des zu behandelnden Wassers, wobei der Behälter ein Bett aus Aktivkohle enthält, durch eine Einrichtung zum Belüften des Wassers vor seiner Kontaktierung mit der Aktivkohle, durch Mittel zum Einführen des gesamten belüfteten Wassers in den Behälter und in das Aktivkohlebett, wobei die Aktivkohle eine katalytische Reaktion bewirkt, durch die praktisch die gesamte Oxidation innerhalb des Aktivkohlebettes abläuft und die Verwendung chemischer Oxidationsmittel überflüssig wird.
2. Filtereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Belüftungseinrichtung eine Luftpumpe umfaßt, sowie dadurch, daß die Filtereinrichtung zusätzlich eine Einrichtung zum Entfernen überschüssigen Gases aus dem belüfteten Wasser vor seiner Kontaktierung mit der Aktivkohle aufweist.

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3. Filtereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter zur Hälfte bis zu Dreiviertel mit der Aktivkohle gefüllt ist.
4. Filtereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Aktivkohle kornförmig ist und eine mittlere Teilchengröße von zwischen 0,149 und 3,36 mm aufweist.
IQ 5. Filtereinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Entfernen überschüssigen Gases ein Entlüftungsventil ist.
6. Filtereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, je gekennzeichnet durch Mittel zum Einführen eines chemischen Verstärkers in die Aktivkohle, um deren katalytische Wirksamkeit zu erhöhen.
7. Filtereinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekenn-

zeichnet, daß der chemische Verstärker Natriumhypochloritlösung ist.
8. Filtereinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der chemische Verstärker Kalziumhypochlorit-

_ns- lösung ist.
9. Filtereinrichtung zum Entfernen von Eisen und/oder anderen chemisch reduzierenden Stoffen aus Trinkwasser mit einem pH zwischen fünf und neun, gekennzeichnet durch

- einen Behälter (10) für die Aufnahme des Wassers, der ein Bett (16) aus Aktivkohle enthält;

eine erste Rohrleitung (12) für die Zuführung des unbehandelten Wassers;

eine Belüftungseinrichtung (20), die mit der ersten Leitung (12) verbunden ist, zum Belüften des unbe-

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handelten Wassers;

- ein Ende (14) der ersten Leitung (12), das sich in den Behälter (10) erstreckt und oberhalb des Bettes

(16) endet, zur Einführung des gesamten belüfteten Wassers in den Behälter (10) und zur Zuführung des belüfteten Wassers auf das Bett (16) aus Aktivkohle;

- eine zweite Rohrleitung (24), die stromaufwärts von der Belüftungseinrichtung (20) mit der ersten Leitung (12) verbunden ist;

- eine dritte Rohrleitung (34), die mit der zweiten Leitung (24) verbunden ist und die sich in das Bett

(16) hineinerstreckt;

- eine vierte Rohrleitung (42), die mit der dritten Leitung (34) verbunden ist, für die Abführung des behandelten Wassers;

- eine fünfte Rohrleitung (48), die mit der ersten

Leitung (12) verbunden ist, zum Abführen des Rückspülstroms in den Abwasserkanal; und

- eine sechste Rohrleitung (56), die mit der dritten Leitung (34) und mit der zweiten Leitung (24) verbunden ist, zum Fördern unbehandelten Wassers während des Rückspulens.

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10. Filtereinrichtung nach Anspruch 9, gekennzeichnet

durch ein erstes Ventil (18) in der ersten Rohrleitung (12), ein zweites Ventil (28) in der zweiten Leitung (24), ein drittes Ventil (38) in der dritten Leitung (34), ein viertes Ventil (46) in der vierten Leitung (42), ein

fünftes Ventil (50) in der fünften Leitung (48) , wobei do

das erste und vierte Ventil (18, 46) während des normalen Betriebs offen sind, während das zweite, dritte und

fünfte Ventil (28, 38, 50) geschlossen sind, und wobei das zweite, dritte und fünfte Ventil (28, 38, 50) während des Rückspulens offen sind, während das erste und vierte Ventil (18, 46) geschlossen sind.
11. Filtereinrichtung zum Entfernen von Eisen und/oder anderen chemisch reduzierenden Stoffen aus Trinkwasser mit einem pH zwischen fünf und neun, gekennzeichnet durch

- einen Behälter (10) zur Aufnahme des zu behandelnden Trinkwassers, der ein Bett (16) aus Aktivkohle enthält und zur Hälfte bis zu Dreiviertel mit der Aktivkohle gefüllt ist, wobei die Aktivkohle kornförmig ist und eine mittlere Teilchengröße von zwischen 0,149 und 3,36 mm besitzt;

- eine Belüftungseinrichtung (20) zum Belüften des Wassers vor seiner Kontaktierung mit der Aktivkohle;

- eine Einrichtung (22) zum Entfernen überschüssigen Gases aus dem belüfteten Wasser vor seiner Kontaktierung mit der Aktivkohle;

- Mittel zur Einführung des gesamten belüfteten Wassers in den Behälter (10) und zur Zuführung des be-

lüfteten Wassers auf das Bett (16) aus Aktivkohle; und

- Mittel zum Einführen eines chemischen Verstärkers

in die Aktivkohle, um deren katalytische Wirksam-30

keit zu erhöhen.
12. Verfahren zum Entfernen von Eisen und/oder anderen chemisch reduzierenden Stoffen aus Trinkwasser mit einem pH zwischen fünf und neun, dadurch gekennzeichnet, daß ein Behälter zur Aufnahme des gesamten zu behandelnden Trinkwassers verwendet wird, der ein Bett aus Aktivkohle

enthält, daß das Wasser vor seiner Kontaktierung mit der Aktivkohle belüftet, das gesamte belüftete Wasser in den Behälter eingeführt und dem Bett aus Aktivkohle zugeführt wird, wobei die Aktivkohle eine katalytische Reaktion bewirkt, so daß praktisch die gesamte Oxidation innerhalb des Aktivkohlebettes abläuft und die Verwendung von chemischen Oxidationsmitteln überflüssig wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, ^O daß überschüssiges Gas aus dem belüfteten Wasser vor dessen Kontaktierung mit der Aktivkohle entfernt wird.
14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß ein chemischer Verstärker in die Aktivkohle

^p- zur Erhöhung von deren katalytischer Wirksamkeit eingeführt wird.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der chemische Verstärker während des Rückspulens der

_on Aktivkohle eingeführt wird.
16. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß als chemischer Verstärker Natriumhypochloritlösung verwendet wird.
17. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß als chemischer Verstärker Kalziumhypochloritlösung verwendet wird.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß ein Entlüftungsventil zum Entfernen des überschüssigen Gases verwendet und ein Rest an ungelöstem Gas im Behälter zurückgelassen wird.