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Die vorliegende Anmeldung ist eine Fortführungsanmeldung der US-Anmeldung
Nr. 605,652 vom 30. April 1984, WO 85/05. Die vorliegende Erfindung betrifft
im allgemeinen die Behandlung von Fluid, und im spezielleren Vorrichtungen
und Verfahren, die besonders dafür ausgebildet sind, die verbesserte Behandlung
von Fluids zu bieten. Industrie- und Haushaltswasserversorgungsanlagen
enthalten oft unerwünschte Bestandteile, welche die Behandlung vor dem
Endverbrauch erforderlich machen. Obwohl sie einer Vielzahl von
Verwendungsmöglichkeiten offen steht, findet die vorliegende Erfindung
vorteilhaften Nutzen bei der Behandlung von Wasser, um darin enthaltene
unerwünschte Bestandteile, wie beispielsweise gelöstes Chlor und
Bakterienbestandteile, zu entfernen oder deren Wachstum zu hemmen.
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In dieser Hinsicht erfordern industrielle und gemeinnützige Verfahren oft
große Wassermengen zum Kühlen. Bei vielen Wasserkühlungsvorgängen wird
Wärmeaustausch zur primären Wärmeregulierung eingesetzt, mit einem daraus
resultierenden Temperaturanstieg des durch die Einrichtung hindurchgehenden
Kühlwassers. Dieser Temperaturanstieg fördert das Wachstum von bereits im
Wasser befindlichen Organismen, was wieder zu einem Fouling der Einrichtung
wie durch Verstopfung des Systems oder den Aufbau einer biologischen
Schlammschicht auf den Wärmeaustauschflächen führt, die ihre Wirksamkeit
wesentlich verringern.
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Chlorierung ist die üblichste Einrichtung zum Eindämmen von Bakterien in
Kühlwassersystemen sowie in Trinkwassersystemen. Während die bioziden
Eigenschaften von unterchloriger Säure wirksam Bakterien abtöten, kann die
unterchlorige Säure selbst für andere verwendete Einrichtungen oder
Behandlungssysteme schädlich sein. Zusätzlich verleiht überschüssiges Chlor
in Trinkwasser dem Wasser oft einen nicht wünschenswerten Geschmack und Geruch,
und das Abwasser kann für die Umwelt schädigend sein. In dieser Beziehung
hat die EPA Abwasserbeschränkungen für Chlorrückstände festgelegt, und es
ist oft notwendig, Entchlorungsverfahren einzusetzen, um überschüssige
Chlorrückstände zu entfernen, die aus Überchlorierung resultieren, um die
EPA-Richtlinien einzuhalten.
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Auf dem Gebiet der Fluidbehandlung und insbesondere auf dem Gebiet der
Behandlung von Wasser für kommerzielle, industrielle und private Verwendung
ist eine Reihe von Systemen vorgeschlagen worden, von denen manche oder alle
bestimmte damit verbundene nicht wünschenswerte Eigenschaften, negative Aspekte
oder Nachteile haben.
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Beispielsweise werden Ionenaustauschsysteme üblicherweise verwendet, um Wasser
zu enthärten und selektiv bestimmte Verunreinigungen aus dem Wasser zu
entfernen. Das aktive Medium des Ionenaustauschers ist ein Ionenaustauschharz,
das dafür bestimmt ist, unerwünschte Bestandteile aus dem Fluid zu entfernen
und diese unerwünschten Bestandteile durch einen weniger unerwünschten
Bestandteil zu ersetzen. Zum Beispiel kann ein zum Entfernen der Härte
erzeugenden Elemente von Kalzium und Magnesium eingesetztes
Kationenaustauschharz dafür bestimmt sein, gleichzeitig Natrium im Austausch
für das im durch den Ionenaustauscher hindurchgegangenen Wasser enthaltene
Kalzium und Magnesium abzugeben. Unabhängig vom speziellen verwendeten
Ionenaustauschharz wird das Harzbett schließlich erschöpft und die Einheit
muß außer Betrieb gestellt und regeneriert werden, um wieder nützlich zu
werden. Zusätzlich zur chemischen Erschöpfung können Eisenbakterien einen
Ionenaustauschharzbehälter rasch füllen und die chemischen Zufuhrdüsen und
andere Öffnungen verstopfen. Das Harz ist auch für chemischen Abbau wie durch
überschüssiges Chlor anfällig, das von einem Bakterienbehandlungsverfahren
vorhanden ist. Dementsprechend muß die Ionenaustauscheinheit sorgfältig
gewartet und überwacht werden, um kontinuierliches akzeptables Funktionieren
zu gewährleisten.
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Ein weiterer beliebter Verfahrenstyp zur Wasserbehandlung ist Umkehrosmose,
worin Druck über dem osmotischen Druck des Fluids verwendet wird, um
unbehandeltes Wasser, üblicherweise bei Umgebungstemperatur, in eine zu der
normalerweise bei osmotischen Vorgängen beobachteten entgegengesetzte Richtung
durch eine selektive Membran zu drücken. Die selektive Membran ist dazu
bestimmt, Wasser hindurchtreten zu lassen, während sie die gelösten
unerwünschten Bestandteile abweist. Der Erfolg dieses Verfahrens hängt
weitgehend von der Entwicklung geeigneter Membranen ab. Für Umkehrosmose
eingesetzte Membranen unterliegen typischerweise vielfältigen Problemen
bezüglich Temperatur, chemischer und Druckstabilität sowie Beschränkungen
bezüglich Geschwindigkeit und Kapazität. Ebenso wie Bakterien Wärmeaustauscher
bewachsen können, können sie einen Bewuchsfilm auf Umkehrosmosemembranen
bilden. Wenn die Wasserzufuhr mit Chlor als ein antibakterielles Agens
behandelt wird, hat das gelöste Chlor, obwohl es bei einer Bakterienbekämpfung
höchst wirksam ist, oft eine schädliche Wirkung auf Umkehrosmosemembranen.
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Außerdem muß Umkehrosmoseausrüstung auch sorgfältig installiert, gewartet
und überwacht werden. Dementsprechend kann es, unabhängig vom Entwicklungsstand
der verwendeten Technologie, zu einem Zusammenbrechen der Behandlung kommen,
wenn der Endbenutzer das System nicht wartet und nicht die notwendigen Proben
entnimmt, um sicherzustellen, daß das System gemäß den Konstruktionsangaben
funktioniert.
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Ein weiteres beliebtes Verfahren zur Wasserbehandlung ist die Anwendung von
Aktivkohle, die weitverbreitet Anwendung zur Geschmacks- und Geruchskontrolle
sowie zum Entfernen organischer Verunreinigungen aus dem Wasser durch
Adsorption findet, da Aktivkohle durch eine hohe Adsorptionsfähigkeit für
Gase, Dämpfe und kolloidale Feststoffe gekennzeichnet ist. Jedoch ist ähnlich
dem Harz in Ionenaustauschern die Adsorptionskapazität der Kohle schließlich
erschöpft und die Kohle muß entweder regeneriert oder ersetzt werden. Deshalb
erfordert ein Aktivkohle umfassendes Systems ebenfalls sorgfältige Überwachung,
um die Wirksamkeit des Mediums zu bestimmen. Ein zusätzlicher Nachteil von
Aktivkohle besteht darin, daß sie Mikroorganismen einschließlich schädlicher
Bakterien sammelt und ein Medium darstellt, auf dem derartige schädliche
Bakterien sich vermehren können. Als Ergebnis kann die Aktivkohle, die das
Wasser reinigen soll, das Wasser schließlich mit schädlichen Bakterien
verunreinigen. In dem Bemühen, diesen Nachteil zu überwinden, haben Hersteller
versucht, ein bakteriostatisches Medium aus Aktivkohle zu schaffen, indem
Aktivkohle mit Silber imprägniert wird. Jedoch waren derartige Bemühungen
nicht vollständig zufriedenstellend, da es schwierig ist, wirksame
bakteriostatische Silberkonzentrationen zu erreichen und innerhalb der von
der EPA festgelegten Richtlinien für den Gehalt an gelöstem Silber zu bleiben.
Mit der Verwendung von Silber sind auch andere Nachteile verbunden, wie der,
daß die Kosten für das Silber selbst eine wirtschaftliche Wasserbehandlung
unmöglich machen können.
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Im spezielleren ist bei der Verwendung von Metallen zur Wasserbehandlung seit
Jahrhunderten bekannt gewesen, daß metallisches Kupfer auf im Wasser
entstehende niedere Formen des Pflanzen- und Tierlebens eine Wirkung hat,
und aus diesem Grund ist es als Anti-Foulingmittel an Schiffen und
Unterwasserkonstruktionen verwendet worden. Die DE-A-2316668 behandelt die
Verwendung von Kupfer und anderen Metallen bei der bakteriostatischen
Behandlung von Wasser.
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Die US-A-4416854 offenbart, daß Teilchen aus Kupfer oder Zink mit Teilchen
aus Blei zur bakterioziden Behandlung von Wasser verwendet werden können,
und die GB-A-279085 besagt, daß bestimmte Metalle, einschließlich Kupfer oder
Legierungen davon, die "oligodynamische" Eigenschaften aufweisen, verwendet
werden können, um Wasser zu "aktivieren", das dadurch bakteriozide
Eigenschaften erwirbt.
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Die vorliegende Erfindung schafft ein bakteriozides oder bakteriostatisches
Verfahren zur Fluidbehandlung, welches Metallteilchenmaterie einsetzt, die
eine Legierung aus Kupfer und Zink mit zumindest 50 Gew.-% Kupfer ist. Die
Metallteilchenmaterie kann unterschiedliche Meshgröße aufweisen, vorzugsweise
von 4 bis 400 Mesh basierend auf den US-Standardscreengrößen, und jede
gewünschte Gestalt, und ist üblicherweise in einem losen Bett angeordnet,
das durch Einrichtungen, die das Austreten der Teilchenmaterie verhindern,
die aber gleichzeitig den Fluidfluß durch ihn hindurch zulassen, in einem
Behandlungsbehälter eingeschlossen ist. Alternativ dazu können Techniken eingesetzt
werden, um die Teilchen in einem porösen Aggregatkörper aneinanderzuhängen,
dessen Oberflächen frei offenliegen. Geeignete Techniken zum Bilden derartiger
poröser Aggregatkörper umfassen Sintern und Verfahren, worin ein Bindemittel
eingesetzt wird, das dazu führt, daß die gesamte oder im wesentlichen die
gesamte Oberfläche der Teilchen zum Kontakt mit damit zu behandelnden Fluids
frei liegt. In diesem Zusammenhang umfaßt ein wichtiger Aspekt der vorliegenden
Erfindung eine Entdeckung, daß ein derartiges Verfahren für die wirtschaftliche
und lang andauernde Entfernung derartiger unerwünschter Verunreinigungen sorgt
und dadurch die Schwachstelle der meisten Behandlungssysteme ausschaltet,
d. h. die Wartung und Überwachung des Systems auf relativ häufiger Basis.
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Ein weiteres Merkmal der vorliegenden Erfindung umfaßt ein Verfahren zur
Verwendung eines derartigen Bettes aus Metallteilchenmaterie in Verbindung
mit einem anderen Typ Fluidbehandlungsvorrichtung wie Aktivkohle-,
Umkehrosmose- oder Ionenaustauschverfahren. In dieser Beziehung umfaßt ein
wichtiger Aspekt der vorliegenden Erfindung das Entfernen unerwünschter
Bakterien, die für den Betrieb und die Langlebigkeit anderer
Behandlungsverfahren wie Aktivkohle-, Umkehrosmose- und Ionenaustauschverfahren
schädlich sind.
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Des weiteren können damit in einem Fluid wie Wasser vorhandene Bakterien
behandelt werden, ohne daß derartige Bestandteile im Behandlungsmedium
konzentriert werden.
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In den beiliegenden Zeichnungen:
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ist Fig. 1 eine vertikale Schnittansicht einer Form von erfindungsgemäßer
Fluidbehandlungsvorrichtung, die ein loses Bett aus Metallteilchenmaterie
zeigt;
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ist Fig. 2 eine vertikale Schnittansicht einer Form von erfindungsgemäßer
Fluidbehandlungsvorrichtung, die ein Bett aus Aktivkohle und ein Bett aus
Metallteilchenmaterie zeigt, die voneinander getrennt aber in einem gemeinsamen
Gehäuse enthalten sind;
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ist Fig. 3 eine vertikale Schnittansicht einer Form von erfindungsgemäßer
Fluidbehandlungsvorrichtung, die ein Bett aus Aktivkohle und ein Bett aus
Metallteilchenmaterie in Serie zeigt; und
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ist Fig. 4 eine vertikale Schnittansicht einer Form von erfindungsgemäßer
Fluidbehandlungsvorrichtung, die ein herkömmliches Behandlungsverfahren wie
ein Bett aus Aktivkohle und ein Bett aus Metallteilchenmaterie zeigt, die
in einem gemeinsamen Gehäuse enthalten sind.
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Obwohl ein wichtiger Aspekt der vorliegenden Erfindung die Behandlung von
Wasser, insbesondere Trinkwasser betrifft, wird anerkannt werden, daß die/das
erfindungsgemäße Vorrichtung und Verfahren auch vorteilhafte Nützlichkeit
bei der Behandlung einer Vielzahl von Fluiden aus anderen Quellen mit
zahlreichen verschiedenen unerwünschten Verunreinigungen finden kann. Deshalb
wird die vorliegende Erfindung nur zum Zweck der Veranschaulichung größtenteils
unter Bezugnahme auf eine Ausführungsform beschrieben, bei der Wasser das
behandelte Fluid ist.
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Es ist nun entdeckt worden, daß Fluidbehandlungsmedium, das Zn/Cu-Legierungen
wie Messingteilchenmaterie enthält, bezüglich herkömmlicher bakterieller
Verunreinigungen wie E.coli und Pseudomonas als ein wirksames Bakteriozid
und/oder Bakteriostatikum wirkt. Es ist auch entdeckt worden, daß, wenn
gelöstes Eisen wie Eisen(II) enthaltendes Wasser, das bei Berührung mit
Kleidungsstücken darauf Flecken erzeugen könnte, durch ein Messingbett
geschickt wird, das abfließende Wasser offensichtlich frei von gelöstem Eisen
ist und Kleidungsstücke bei Berührung damit nicht verschmutzt werden. Es ist
weiters entdeckt worden, daß, wenn mit Tanninen verunreinigtes Wasser durch
ein Messingbett geschickt wird, das abfließende Wasser klar und offensichtlich
frei von Tannin ist. Als Ergebnis derartiger Feststellungen wird angenommen,
daß die vorliegende Entwicklung weitverbreitete Anwendung auf andere Typen
anorganischer Verunreinigungen wie Schwefelwasserstoff und Schwefeldioxid,
um nur einige zu nennen, sowie auf organische Verunreinigungen finden kann.
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Darüberhinaus wird angenommen, daß die Standzeit eines derartigen
Fluidbehandlungsverfahrens unter normalen Betriebsbedingungen die Standzeit
anderer herkömmlicher Behandlungssysteme bei weitem übersteigen würde. Demgemäß
stellt eine derartige Erkenntnis einen beträchtlichen Schritt vorwärts im
Stand der Technik dar, der dazu beiträgt, einen der Hauptnachteile
herkömmlicher Systeme auszuschalten, nämlich die Notwendigkeit, die wirksame
Behandlungsquelle häufig aufzufrischen, und die damit einhergehende
Notwendigkeit, das System ständig zu warten und zu überwachen.
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Zusätzlich hat ein derartiges Verfahren weitreichende Anwendungsmöglichkeiten
für eine Vielzahl privater, kommerzieller und industrieller Einsätze.
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Wie zuvor erwähnt, soll die vorliegende Entwicklung neben der Wasserbehandlung
auch auf andere Fluidmedien angewendet werden, einschließlich anderer flüssiger
Fluidmedien ebenso wie gasförmiger Fluidmedien an sich sowie gasförmiger
Fluidmedien, die in Flüssigkeiten aufgelöst sind.
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Nun auf die Zeichnungen Bezug nehmend zeigt Fig. 1, daß die Erfindung typisch
durch eine allgemein mit 10 bezeichnete Vorrichtung zur Behandlung eines Fluids
wie Wasser verkörpert wird, und zeigt, daß die Vorrichtung einen Einlaß 12,
einen Auslaß 14 und einen Behandlungstank 16 umfaßt, der ein Bett aus
Metallteilchenmaterie 18 enthält. Der Behandlungstank 16 kann, je nach der
gewünschten Anwendung, eine Vielzahl von Gestalten und Größen aufweisen.
Beispielsweise kann der Behandlungstank 16 die Form eines Kanisters wie in
Fig. 1 abgebildet annehmen.
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Wie in Fig. 1 gezeigt, umfaßt der Fluidbehandlungstank 16 undurchlässige
Seitenwände 20, und die Deck- und Bodenwände 22 und 24. Die Deckwand 22 und
Bodenwand 24 umfassen Einlaß 12 und Auslaß 14, die das Fließen von zu
behandelndem Fluid in den Behandlungstank 16 hinein bzw. aus diesem heraus
ermöglichen. Der Fluidbehandlungstank 16 umfaßt weiters durchlöcherte oder
durchlässige Deck- und Bodenplatten 26 und 28, die es zulassen, daß Fluid
in den Fluidbehandlungstank 16 hinein bzw. aus diesem heraus gelangt, während
sie das Austreten der Metallteilchenmaterie 18 verhindern. Gemäß einem weiteren
Aspekt der vorliegenden Erfindung kann das Bett aus Metallteilchenmaterie
in Kombination oder Verbindung mit anderen Fluidbehandlungsmedien verwendet
werden, um ein verbessertes Fluidbehandlungssystem zu schaffen.
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Die Fig. 2-4 veranschaulichen Beispiele derartiger verbesserter
Fluidbehandlungssysteme. In Fig. 2 umfaßt die Vorrichtung 40 einen
Fluidbehandlungstank 16, der weiters eine mittlere durchlöcherte oder
durchlässige Platte 42 umfaßt, die den Tank 16 in eine obere Kammer 44 und
eine untere Kammer 46 teilt. Die obere Kammer 44 enthält ein herkömmliches
Fluidbehandlungsmedium wie Aktivkohle 48 und die untere Kammer enthält das
Bett aus Metallteilchenmaterie 18. In Fig. 4 umfaßt die Vorrichtung 50 den
Fluidbehandlungstank 16, der ein herkömmliches Fluidbehandlungsmedium wie
beispielsweise Aktivkohle 48 enthält, die mit der Metallteilchenmaterie 18
vermengt ist. Das Behandlungsmedium 48 könnte selbstverständlich auch irgendein
herkömmliches Behandlungsmedium wie, um ein anderes Beispiel zu geben, ein
Umkehrosmosemedium sein, in welchem Fall die Membran mit
Feinmesh-Metallteilchenmaterie 18 beflockt sein könnte.
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In Fig. 3 umfaßt die Vorrichtung 60 zwei Fluidbehandlungstanks 62 und 16,
die in Serie geschaltet sind. Der Fluidbehandlungstank 62 umfaßt einen Einlaß
64 und einen Auslaß 66, der mit dem Einlaß 12 von Fluidbehandlungstank 16
verbunden ist. Der Fluidbehandlungstank 62 umfaßt ein herkömmliches
Behandlungsmedium wie ein Bett aus Aktivkohle 66. Der Fluidbehandlungstank
62 umfaßt undurchlässige Seitenwände 68 und Deck- und Bodenwände 70 und 72.
Die Deckwand 70 und Bodenwand 72 umfassen einen Einlaß 64 und Auslaß 66, die
das Fließen von zu behandelndem Fluid in den Behandlungstank 62 hinein bzw.
aus diesem heraus ermöglichen. Der Fluidbehandlungstank 62 umfaßt weiter
durchlöcherte oder durchlässige Deck- und Bodenplatten 74 und 76 die es
zulassen, daß Fluid in den Behandlungstank 62 hinein bzw. aus diesem heraus
gelangt, während sie das Austreten von Aktivkohle 66 verhindern.
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Es wird anerkannt werden, daß die in den Fig. 2 und 3 dargestellte und
oben beschriebene Anordnung der Fluidbehandlungsmedien zueinander je nach
der gewünschten Anwendung umgekehrt werden kann. Wenn beispielsweise, wie
zuvor beschrieben, das herkömmliche Behandlungsmedium Aktivkohle ist, kann
es wünschenswert sein, daß das Bett aus Metallteilchenmaterie sich stromabwärts
von Aktivkohle befindet, um jegliche schädliche Bakterien zu behandeln, die
im das Bett aus Aktivkohle verlassenden Fluid enthalten sind. Wenn das
herkömmliche Behandlungsmedium andererseits ein Umkehrosomose- oder
Ionenaustauschmedium ist, kann es wünschenswert sein, daß sich das Bett aus
Metallteilchenmaterie stromaufwärts vom derartigen Medium befindet, um
Bestandteile wie gelöstes Chlor zu eliminieren, die für ein derartiges Medium
schädlich sein können.
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Zink- und Kupferlegierungen sind die für das vorliegende Verfahren ausgewählten
Metalle, da sie, was übliche anorganische Verunreinigungen wie Chlor betrifft,
relativ gute Reduktionsmittel sind, und da beide in Lösung in gemäßigten
Konzentrationen ohne negative Wirkungen toleriert werden können. Während andere
Metalle wie Eisen und Aluminium ebenfalls theoretisch gute Reduktionsmittel
darstellen, weisen derartige Metalle Nachteile auf, die ihre Anwendbarkeit
auf universelle kommerzielle Verwendung einschränken. Während beispielsweise
relativ hohe Konzentrationen an Eisen in Trinkwasser ohne toxische Wirkungen
toleriert werden können, neigen derartige Konzentrationen dazu, Bakterien
auf Eisenbasis zu nähren und neigen auch dazu, bei der Verwendung im Haushalt
auf Dingen wie Kleidungsstücke Flecken zu erzeugen. In diesem Zusammenhang
ist jetzt entdeckt worden, daß, wenn gelöstes Eisen wie Eisen(II) enthaltendes
Wasser, das Kleidungsstücke bei der Berührung damit verschmutzen könnte, durch
ein Messingbett hindurchgeschickt wird, das abfließende Wasser offensichtlich
frei von gelöstem Eisen ist und auf Kleidungsstücken bei der Berührung damit
keine Flecken erzeugt. Außerdem neigt ein Metallteilchenbett auf Eisenbasis
zu vorzeitigem Verstopfen. Auf ähnliche Weise neigen Behandlungsbetten auf
Aluminiumbasis zum Verkrusten, d. h. ein Oxidfilm bildet sich auf der
Oberfläche, wodurch sie nach kurzer Verwendung praktisch unwirksam werden.
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In der Praxis ist festgestellt worden, daß eine Zink- und Kupferlegierung
wie Messing auch wirksamer beim Entfernen von gelöstem Chlor ist als entweder
reines Zink oder reines Kupfer oder eine heterogene Mischung daraus. Zusätzlich
zur festgestellten Wirksamkeit von Messing ist Messing auch vom Standpunkt
der chemischen Sicherheit ein bevorzugtes Metall. Das gilt besonders in
wässerigen Medien, da Messing nicht solche starke Reaktivität mit wässerigen
Fluids aufweist wie Metalle wie reines Natrium, Kalium, Kalzium oder Zink.
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Eine Kupfer/Zink-Legierung wie Messing ist auch vom Standpunkt der gelösten
Metallkonzentrationen im abfließenden Fluid ein bevorzugtes Metall. In dieser
Beziehung wird festgestellt, daß Nebenprodukte der Redoxreaktionen zwischen
Zink, Kupfer und Legierungen davon mit anorganischen Verunreinigungen wie
gelöstem Chlor, gelöstes Zink, gelöstes Kupfer bzw. Mischungen daraus sind.
Wenn Zink oder Kupfer alleine verwendet werden, um übermäßig chloriertes
Trinkwasser zu behandeln, ist es möglich, gelöste Metallkonzentrationen zu
bewirken, die, während sie relativ verdünnt sind, über die von der EPA
(Environmental Protection Agency) empfohlenen Richtlinien hinausgehen. Während,
wie weiter unten weiter besprochen, jede resultierende unerwünschte
Metallkonzentration durch weitere Behandlung mit herkömmlichen
Behandlungsverfahren wie Ionenaustausch- oder Umkehrosmoseverfahren wirksam
entfernt werden könnte, ist herausgefunden worden, daß, wenn eine
Kupfer/Zink-Legierung wie Messing als das Behandlungsmedium eingesetzt wird,
die resultierenden gelösten Metallkonzentrationen gut innerhalb der
gegenwärtigen EPA-Richtlinien für gelöstes Zink und gelöstes Kupfer in
Trinkwasser liegen.
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Wie oben erwähnt, ist eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
ein Verfahren zur Reinigung, wobei das Wasser sowohl durch ein Teilchenbett
aus Kupfer/Zink-Legierung wie Messing als auch ein herkömmliches
Behandlungsverfahren wie Umkehrosmose oder Ionenaustausch oder Aktivkohle
hindurchgeschickt wird. Das könnte aufgrund der Tatsache besonders vorteilhaft
sein, daß halbdurchlässige Membranen wie Zelluloseacetat, das oft bei
Umkehrosmosebehandlungsverfahren eingesetzt wird, häufig dem Abbau durch
gelöstes Chlor unterworfen sind, wie das bei Divinylbenzol der Fall ist, das
oft verwendet wird, um Ionenaustauschharze zu vernetzen. Der Einsatz eines
Messingbetts in Verbindung mit der Umkehrosmosemembran oder dem
Ionenaustauscher könnte die Lebensdauer der Membran oder des Harzes wesentlich
verlängern. Zusätzlich ist jedes der herkömmlichen Behandlungsverfahren durch
Umkehrosmose, Ionenaustausch und Aktivkohle für bakteriellen Bewuchs und/oder
bakteriellen Aufbau anfällig. In dieser Beziehung ist herausgefunden worden,
daß die Verwendung von Kupfer oder einer Kupferlegierung wie Messing in einem
Behandlungssystem wirksam bei der Bekämpfung von Bakterien wie E.coli, das
üblicherweise in durch Abwasser verunreinigten Wasserquellen zu finden ist,
sowie von anderen nicht wünschenswerten Organismen wie Pseudomonas ist.
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Es wird anerkannt werden, daß der Begriff "Messing" hierin verwendet wird,
um eine Kupfer-Zinklegierung allgemein anzugeben, und daß eine derartige
Legierung andere Bestandteile enthalten und/oder mit einer anderen Nomenklatur
bezeichnet werden kann. Zum Beispiel werden allgemein als Bronze bezeichnete
Legierungen, die Kupfer und Zink enthalten, wie beispielsweise aber nicht
ausschließlich Architekturalbronze, die aus etwa 57% Cu-40% Zn-3% Pb besteht,
Manganbronze A, die aus etwa 58,5% Cu-39% Zn-1,4% Fe-1% Sn-0,1%Mn besteht,
und Manganbronze B, die aus 65,5% Cu-23,3% Zn-4,5% Al-3,7% Mn-3% Fe besteht,
sowie andere Metalle wie Muntzmetall, das aus 60% Cu-40% Zn besteht, hierin
im allgemeinen als Messing bezeichnet und fallen in den Schutzumfang der
vorliegenden Erfindung.
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Wenn Messing das gewählte Metall ist, ist herausgefunden worden, daß das
Waschen des Messings wie mit einer Salzsäurelösung und anschließendes Spülen
des Messings die Oberfläche des Messings von Verunreinigungen wie
Eisenfeilstaub oder anderer fremder Materie reinigt, welche die Wirkung des
Messings beeinträchtigen könnten. Jedoch ist außerdem festgestellt worden,
daß die Oberfläche des Messings, die der Atmosphäre oder einem Quellenfluid
wie Wasser ausgesetzt ist, einen gründlichen Rost entwickeln könnte, der ein
Carbonat- und/oder Oxidkomplex sein kann. Wenn die Oberfläche selbst
physikalisch abgeschabt wird, um den grünlichen Rost zu entfernen, weist der
entfernte Rost ebenfalls hervorragende Reinigungstendenzen auf.
MESSINGANALYSE
VOR DER BEHANDLUNG NACH DER BEHANDLUNG Kupfer Zink Blei Eisen
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Es ist herausgefunden worden, daß aus jeweiligen Gewichtsprozent an Kupfer
und Zink bestehende Messingarten unterschiedliche Konzentrationen an gelösten
Metallen im abfließenden Fluid erzeugen. In dieser Beziehung und bezogen auf
gegenwärtige Abfließbegrenzungen werden Messingarten bevorzugt, die Kupfer
und Zink im Verhältnis von etwa 1:1 enthalten, Messingarten, die Kupfer und
Zink im Verhältnis von etwa 3:2 enthalten, werden mehr bevorzugt, und
Messingarten, die Kupfer und Zink im Verhältnis etwa 7:3 enthalten, werden
am meisten bevorzugt. Selbstverständlich wird anerkannt werden, daß, nachdem
Kupfer ein besseres Bakteriozid und Bakteriostatikum ist als Zink, steigende
Prozentwerte an Kupfer im Messing ein verstärktes
bakteriozides/bakteriostatisches Behandlungsmedium erzeugen sollten.
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Es wird angenommen, daß ein 50 cm (20 Inch)-Bett mit 14·30 Mesh Messing,
das in einem Zylinder mit einem Durchmesser von 6 Inch untergebracht ist,
die gesamte Druckwasserflußrate eines Privathaushaltbenutzers aufnehmen und
einfließendes chloriertes Wasser viele Jahre ohne Austauschen des Messingbetts
wirksam behandeln könnte.
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Unten sind die Beispiele I und II dargelegt, die von einem unabhängigen Labor
durchgeführte quantitative Analysen von mit E.coli bzw. Pseudomonas Bakterien
geimpftem Wasser vor und nach der Behandlung eines jeden mit Messing; einer
Mischung aus 50% Messing und 50% Aktivkohle; Zink, Kupfer; und Aktivkohle
beschreiben.
Beispiel I
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Das ursprüngliche Escherichia coli Impfmedium wurde aus einer über Nacht
auf Standardverfahren-Agar gezüchteten Stammkultur hergestellt und in
phosphatgepufferter Salzlösung suspendiert. Der Impfmediumsuspension wurde
tryptische Einstärken-Sojabrühe hinzugefügt, um eine Endkonzentration an
tryptischer Sojabrühe von 10% zu erreichen, um adäquaten verfügbaren Nährstoff
zu schaffen, um bakterielles Wachstum zu ermöglichen.
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Etwa 100 cm³eines jeden der folgenden Testmaterialien wurden in jeweils 400
ml-Becher gegeben:
Testmaterialien
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1. Messingspäne (ungefähre Elementenzusammensetzung: 70 Gew.-% Cu
und 30 Gew.-% Zn)
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2. 50:50 Mischung aus Messing (wie oben) und Teilchen aus
handelsüblicher Aktivkohle;
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3. Zinkteilchen;
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4. Kupferteilchen;
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5. handelsübliche Aktivkohle.
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Das Impfmedium (wie oben angegeben hergestellt) wurde einem jeden Becher
ausreichend hinzugefügt, um den Fluidspiegel knapp unter die Oberfläche des
Testmaterials zu bringen. Eine Mikrobenzählung des Impfmediums wurde vor dem
Hinzufügen des Testmaterials durchgeführt. Jeder Becher wurde bei
Raumtemperatur 16 Stunden lang inkubiert, und eine Mikrobenzählung wurde dann
an 1 ml des verfügbaren Fluids durchgeführt.
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Die Ergebnisse waren:
Testmaterial anfängliches E. coli Impfmedium CFE/ml Flüssigkeit E. coli Endgehalt Messing Messing/Aktivkohle Zink Kupfer Aktivkohle
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Die Tests, bei denen Messing, 50% Messing/50% Aktivkohle, Zink und Kupfer
verwendet wurden, wurden am selben Tag unter Verwendung desselben Impfmediums
durchgeführt. Der Test, bei dem Aktivkohle verwendet wurde, wurde vom selben
unabhängigen Labor zu einem späteren Zeitpunkt unter Verwendung eines anderen
Impfmediums durchgeführt, das auf die gleiche Art wie oben beschrieben
hergestellt wurde.
Beispiel II
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Anfängliches Pseudomonas-Impfmedium wurde aus einer über Nacht auf
Standardverfahren-Agar gezüchteten Stammkultur hergestellt und in
phosphatgepufferter Salzlösung suspendiert. Tryptische Einstärken-Sojabrühe
wurde der Impfmediumsuspension hinzugefügt, um eine Endkonzentration an
tryptischer Sojabrühe von 10% zu erreichen, um adäquaten verfügbaren Nährstoff
zu schaffen, um bakterielles Wachstum zuzulassen.
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Etwa 100 cm³ eines jeden der folgenden Testmaterialien wurde in jeweilige
400 ml Becher gegeben:
Testmaterialien
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1. Messingspäne (ungefähre Elementenzusammensetzung: 70 Gew.-% Cu und
30 Gew.-% Zn);
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2. 50:50-Mischung aus Messing (wie oben) und Teilchen aus handelsüblicher
Aktivkohle;
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3. Zinkteilchen;
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4. Kupferteilchen;
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5. handelsübliche Aktivkohle.
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Das Impfmedium wie oben angegeben hergestellt) wurde zu jedem Becher
ausreichend hinzugefügt, um den Fluidspiegel knapp unter die Oberfläche des
Testmaterials zu bringen. Eine Mikrobenzählung des Impfmediums wurde vor dem
Hinzufügen des Testmaterials durchgeführt. Jeder Becher wurde bei
Raumtemperatur 16 Stunden lang inkubiert, und eine Mikrobenzählung wurde dann
an 1 ml des verfügbaren Fluids durchgeführt.
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Die Ergebnisse waren:
Testmaterial anfängliches Pseudomonas Impfmedium CFE/ml Flüssigkeit Pseudomonas Endgehalt Messing Messing/Aktivkohle Zink Kupfer Aktivkohle
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Die obigen Beispiele sind angeführt, um das Verfahren der vorliegenden
Erfindung und die dadurch erzeugte Wirkung zu veranschaulichen und sollen
den allgemeinen Schutzumfang der Erfindung nicht einschränken. Wie oben
gezeigt, erwies sich Messing, wenn es allein als Behandlungsmedium verwendet
wurde, als außergewöhnlich wirksames Bakteriozid. Wie am besten durch Beispiel
I veranschaulicht, bot Aktivkohle einen Nährboden für bakterielles Wachstum,
und wenn Aktivkohle allein verwendet wurde, kam es zu einer über 100fachen
Zunahme an Bakterien. Jedoch wurde durch Mischen von Messingspänen mit
Aktivkohle ein wirksames Bakteriostatikum erreicht. Es wird selbstverständlich
anerkannt werden, daß Messing in Verbindung mit anderen
Fluidbehandlungsverfahren wie Ionenaustausch- und Umkehrosmoseverfahren
eingesetzt werden kann, um ähnliche bakteriozide/bakteriostatische Medien
zu erreichen. Des weiteren wird anerkannt werden, daß das Metallbakteriozid
von den anderen Behandlungsmedien getrennt oder damit integriert sein kann,
wie durch Tränken von Aktivkohle mit Messing. Beispiel II veranschaulicht,
daß die vorliegende Erfindung auch bei der Steuerung des Wachstums von
Organismen mit einer größeren Widerstandsfähigkeit gegen antimikrobielle Mittel
wie Pseudomonas wirksam ist.
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Zusätzlich zur chemischen Behandlung unerwünschter Bestandteile findet das
erfindungsgemäße Verfahren auch beim physikalischen Filtern unerwünschter
suspendierter Feststoffe Anwendung. Dieser Aspekt der vorliegenden Erfindung
findet besondere Anwendung beim Entfernen von suspendiertem Eisen aus Wasser,
welches Eisen im Wasser natürlich, als ein Ergebnis der Vorbehandlung wie
durch Chlorieren oder als ein Ergebnis der Reaktion mit dem beim vorliegenden
Verfahren eingesetzten Metallteilchenbett vorhanden ist. Wenn das Wasser mit
Chlor vorbehandelt wird, um gelöstes Eisen zu behandeln, filtert das
vorliegende Verfahren nicht nur das resultierende suspendierte Eisen, sondern
behandelt auch das verbleibende Chlor im Wasser. Das Kanistergehäuse des Betts
aus Metallteilchenmaterie kann periodisch rückgespült werden, um jegliche
gefilterte Materie zu entfernen, die sich im Bett angesammelt hat, und um
das Bett von Verstopfungen zu befreien. Jedoch führt ein derartiges Rückspülen,
anders als bei anderen Behandlungsverfahren wie Umkehrosmose- und
Ionenaustauschverfahren, nicht zum Austragen der konzentrierten unerwünschten
Bestandteile.
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Eine andere alternative Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein
Reinigungsverfahren, bei welchem das Wasser sowohl durch ein Bett aus
metallischer Teilchenmaterie wie Messing als auch durch ein Bett aus
Filtermaterial und/oder eine Filterhilfe wie Sand hindurchgeschickt wird,
um die Filtration des ungewünschten suspendierten Materials zu verstärken.