Technisches Gebiet
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Diese Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reinigung von
chloriertem Wasser, vorzugsweise in einein Schwimmbecken, durch
Kreislaufführung des Wassers durch einen Behälter, während das
Wasser durch eine Anzahl von UV-Bestrahlungslampen bestrahlt
wird, die Licht einer Wellenlänge oberhalb 300 nm emittieren.
Weiterhin betrifft die Erfindung ein Gerät zur Durchführung
des Verfahrens.
Stand der Technik
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Die dänische Patentschrift Nr. 144 663, entsprechend
DE-A-30 20 170, offenbart ein Verfahren und ein Gerät zur
Reinigung von chloriertem Wasser, wobei das Wasser zunächst eine
Anzahl von Heizelementen passiert und danach durch eine Anzahl
von UV-Bestrahlungslampen bestrahlt wird, die unter anderem
Licht einer Wellenlänge oberhalb 300 nm emittieren.
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Während der letzten Jahre wurden zunehmende Anforderungen an
die Wasserbehandlung gestellt, um die Menge an Bakterien,
anorganische Verunreinigungen und das Auftreten von Chloraminen
und Trihalogenmethanen zu verringern.
Beschreibung der Erfindung
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Es stellte sich heraus, daß diese Anforderungen erfüllt werden
können durch ein Verfahren zur Reinigung von chloriertem
Wasser, vorzugsweise in einem Schwimmbecken, durch
Kreislaufführung
des Wassers durch einen Behälter (1, 2), während das
Wasser durch eine Anzahl von UV-Bestrahlungslampen (9) bestrahlt
wird, die Licht einer Wellenlänge oberhalb 300 nm emittieren,
wobei das Wasser mit IFR-Bestrahlungslampen (8) bestrahlt
wird, ehe es die UV-Bestrahlungslampen (9) passiert, wobei die
IFR-Bestrahlungslampen (8) Licht einer Wellenlänge im Bereich
von 765 nm bis 10 um emittieren, und das Wasser des weiteren
mit UV-Bestrahlungslampen (11) bestrahlt wird, die Licht einer
Wellenlänge von 253,7 nm emittieren, dadurch gekennzeichnet,
daß das Wasser des weiteren mit UV-Bestrahlungslampen (10)
bestrahlt wird, die Licht einer Wellenlänge im Bereich von 100
bis 200 nm emittieren.
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Im Ergebnis wird ein Verfahren bereitgestellt, das weitgehende
und schnelle Abtötung von Bakterien sicherstellt, den Zerfall
von Bakterienklumpen, schnellen und weitgehenden Zerfall von
Chloraminen unter Freisetzung von Stickstoff, schnelle und
weitgehende Entfernung von Trihalogenmethanen, Verringerung
des Gehalts an organischem Material im Wasser, sowie
wirkungsvolle Nutzung der elektrischen Energie für die
Bestrahlungslampen.
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Die weitgehende und schnelle Abtötung der Bakterien ist zum
Teil eine Folge des Zerfalls der Bakterienklumpen. Derartige
Bakterienklumpen entstehen in erster Linie aus Rückständen der
Ausflockung, die bei einer mechanischen Filtration auftritt,
aus Absonderungen und Speichel der badenden Personen, aus
Rückständen von Belägen aus biologischem Material, das sich im
Röhrensystem oder im Filter ablöst, sowie durch das
Bakterienwachstum im Filtersystem.
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Die Verringerung des Gehalts an organischem Material im Wasser
zeigt sich durch niedrigere Werte für CSV (chemischen
Sauerstoff-Verbrauch) und TOC (Gesamtmenge an organisch gebundenem
Kohlenstoff).
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Es stellte sich heraus, daß die Verwendung von
IFR-Bestrahlungslampen mit Wellenlängen im Bereich von 765 nm bis 10 um
eine weitreichende Strahlungswirkung im Wasser liefern;
gleichzeitig wird die eingesetzte elektrische Energie gut in
Wärme im Wasser umgewandelt. Versuche haben zum Beispiel
gezeigt, daß 96% der elektrischen Energie in Wärme umgewandelt
wird.
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Erfindungsgemäß wird das Wasser besonders vorteilhaft
abwechselnd mehrere Male an den IFR-Bestrahlungslampen und den UV-
Bestrahlungslampen vorbeigeführt, die Licht einer Wellenlänge
oberhalb 300 nm emittieren.
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Das erfindungsgemäße Verfahren kann weiterhin dadurch
gekennzeichnet werden, daß das Wasser kontinuierlich mit
UV-Bestrahlungslampen bestrahlt wird, die Licht einer Wellenlänge im
Bereich von 100-200 nm emittieren. Auf diese Weise wird die
Sicherheit erlangt, daß die Fähigkeit der vorhergehenden
Lampen zur Auflösung der Bakterienklumpen vollständig genutzt
wird, ehe die Bakterien der besonders bakteriziden Wellenlänge
von 253,7 nm ausgesetzt werden.
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Des weiteren befaßt sich die Erfindung mit einem Gerät zur
Reinigung von chloriertem Wasser, umfassend einen ersten
Behälter, in dem das Wasser von einem Zufluß zu einem Abfluß
fließt, wobei sowohl Zufluß als auch Abfluß mit dem Becken
verbunden sind, und wobei der Behälter mit wenigstens einer
UV-Bestrahlungslampe versehen ist, die Licht einer Wellenlänge
oberhalb 300 nm emittiert. Der Behälter des erfindungsgemäßen
Geräts umfaßt ferner wenigstens eine IFR-Bestrahlungslampe,
die Licht einer Wellenlänge im Bereich von 765 nm bis 10 um
emittiert, wobei sich die IFR-Bestrahlungslampe in
Fließrichtung vor der UV-Bestrahlungslampe befindet, der Behälter des
weiteren wenigstens eine UV-Bestrahlungslampe umfaßt, die
Licht einer Wellenlänge im Bereich von 100-200 nm emittiert,
und die UV-Bestrahlungslampen, die Licht einer Wellenlänge von
253,7 nm emittieren, mit dem Behälter verbunden sind und
vorzugsweise mit einem separaten zweiten Behälter, der sich in
Fließrichtung nach dem ersten Behälter befindet.
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Im Ergebnis wird ein besonders vorteilhaft arbeitendes Gerät
zur Durchführung des Verfahrens erhalten. Es stellte sich
heraus, daß das Gerät unter anderem die betreffenden Wirkungen
gewährleistete und gleichzeitig der erforderliche
Chlor-Verbrauch verringert wurde.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Die Erfindung wird nachstehend anhand der beiliegenden
Zeichnungen beschrieben, wobei
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Fig. 1 eine Seitenansicht einer bevorzugten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Geräts ist;
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Fig 2 eine Draufsicht der Ausführungsform von Fig 1 ist;
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Fig. 3 eine graphische Darstellung ist, die die zeitliche
Wirkung des Geräts auf Colibakterien zeigt, wenn verschiedene
Bestrahlungslampen gekoppelt werden; und
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Fig. 4 eine graphische Darstellung ist, die die Messungen der
Menge gebundenen Chlors am Einlaß bzw. Auslaß des Geräts bei
zwei verschiedenen Betriebszuständen zeigt.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung
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Das in Fig. 1 und 2 gezeigte erfindungsgemäße Gerät umfaßt
einen ersten Behälter 1 und einen zweiten Behälter 2, die sich
hintereinander in einem Röhrensystem in Fließrichtung des
Wassers befinden. Dieses Röhrensystem erstreckt sich von einem
Einlaß 3 zu einem Auslaß 4 über eine Pumpe 5 und die beiden
Behälter 1 und 2. Wie gezeigt, fließt das Wasser in den
unteren Teil des ersten Behälters 1 hinein und dann aufwärts in
den oberen Teil des ersten Behälters. Sodann fließt das Wasser
durch ein Verbindungsstück 6 in den oberen Teil des Behälters
2 und dann abwärts und aus dem unteren Teil zum Auslaß 4 durch
ein Rohr 7.
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Der erste Behälter 1 ist mit einer Reihe von
IFR-Bestrahlungslampen (Infrarot-Bestrahlungslampen) 8 ausgestattet, die sich
übereinander befinden, so daß sie radial in einer nicht näher
beschriebenen Weise im Behälter quer zur Fließrichtung des
Wassers verlaufen. Diese IFR-Bestrahlungslampen emittieren
Licht einer Wellenlänge im Bereich von 765 nm bis 10 um. In
entsprechender Weise sind UV-Bestrahlungslampen 9 vorhanden,
wobei diese Lampen radial hineinragen und Licht einer
Wellenlänge oberhalb 300 nm emittieren. Somit verlaufen die
UV-Bestrahlungslampen ebenfalls quer zur Fließrichtung des Wassers.
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Der erste Behälter 1 ist des weiteren mit einer Anzahl von
UV-Bestrahlungslampen 10 ausgestattet, die Licht einer
Wellenlänge im Bereich von 100 bis 200 nm emittieren. Diese
UV-Bestrahlungslampen 10 sind im Oberteil des ersten Behälters 1
befestigt und verlaufen axial in nicht näher beschriebener
Weise abwärts durch den Behälter 1 bis in unmittelbare Nähe
von dessen Boden. Wie in Fig. 2 dargestellt, sind die
UV-Bestrahlungslampen 10 im wesentlichen gleich weit von der
Mittelachse des runden zylindrischen Behälters 1 angeordnet.
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Im Oberteil des zweiten Behälters 2 ist eine Reihe von
UV-Bestrahlungslampen 11 befestigt, und diese Lampen emittieren
Licht einer Wellenlänge von 253,7 nm. Diese
UV-Bestrahlungslampen 11 verlaufen axial durch den zweiten Behälters 2
abwärts bis in unmittelbare Nähe von dessen Boden uns sind
kreisförmig um dessen Achse angeordnet. Des weiteren ist eine
einzelne Lampe coaxial zur Achse des Behälters 2 angeordnet.
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In der gezeigten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung
weisen die beiden Behälter 1 und 2 einen Durchmesser von etwa
30 cm und einen Höhe von etwa 1 m auf. Letzteres besagt, daß
die Bestrahlungslampen 8 und 9 eine Länge von etwa 30 cm haben
und die Bestrahlungslampen 10 und 11 eine Länge von etwa 1 m.
Durch dieses Gerät wird das Wasser zunächst mit Hilfe der
Pumpe 5 durch den Behälter gepumpt und danach durch den
Behälter 2, während es abwechselnd die IFR-Bestrahlungslampen, die
Licht einer Wellenlänge im Bereich von 765 nm bis 10 um
emittieren, und die UV-Bestrahlungslampen, die Licht einer
Wellenlänge oberhalb 300 nm emittieren, passiert. Gleichzeitig wird
das Wasser fortwährend durch die UV-Bestrahlungslampen
bestrahlt, die Licht einer Wellenlänge im Bereich von 100 nm bis
200 nm emittieren. Nach dieser Bestrahlung fließt das Wasser
durch das Verbindungsstück 6 in den zweiten Behälter 2, wo es
starker Bestrahlung durch die UV-Bestrahlungslampen ausgesetzt
wird, die Licht einer Wellenlänge von 253,7 nm emittieren.
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Um die Wirkung des Geräts zu veranschaulichen, wurde eine
Reihe von Tests durchgeführt, wobei verschiedene Lampensets
eingesetzt wurden. Diese Tests ergaben folgende Werte für den
Wasserfluß, gemessen am Einlaß des Geräts:
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pH = 7,2
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Freies Chlor = 0,6 mg/l
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Gebundenes Chlor = 0,2 mg/l
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Fließgeschwindigkeit des Wassers = 24 m³/h
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Fließdauer = 40 s.
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Nachstehend wird eine Reihe von Tests A-E näher beschrieben,
wobei die beiden ersten A und B Vergleichstests sind, wobei
eine Ausstattung mit den gleichen Anfangsdaten wie vorstehend
erwähnt eingesetzt wurde.
Test A
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Das Wasser wurde durch einen "Millipore"-Filter vom Typ HA
0,45 um filtriert.
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Die Menge an Keimen bei 21ºC wurde durch Agarplattenzählung
und 72 h langes Inkubieren bestimmt. Die Menge an Keimen bei
37ºC wurde auf Blut-Agar (5% Kalbsblut) mit 24 h langem
Inkubieren bei 37ºC bestimmt.
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Für den Test auf coliartige Bakterien wurde
Eosin-Methylenblau-Agar (EMB), 24 h lang bei 37ºC inkubiert, verwendet.
Verdächtige
Besiedlungen auf EMB wurden in McConkey-Bouillon, zum
Teil bei 37ºC und zum Teil bei 44ºC, auf mögliche Entwicklung
von Säure und Luft untersucht.
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Für den Test auf Ps aeroginosa wurde Cetrimid-Agar, 72 h lang
bei 42ºC inkubiert, verwendet.
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Am Einlaß dieses Geräts wurden zwischen 50 und 200
Bakterien/100 ml gemessen, und am Auslaß des Geräts wurden zwischen 5
und 10 Bakterien/100 ml gemessen.
Test B
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Für diesen Test wurde ein Gerät wie das in der obigen
dänischen Patentschrift Nr. 144 663 beschriebene verwendet, wobei
jedoch die UV-Bestrahlungslampen, die Licht einer Wellenlänge
oberhalb 300 nm und bei 253,7 nm emittieren, ausgeschaltet
waren. Somit waren nur die Heizelemente eingeschaltet.
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Am Einlaß dieses Geräts wurden zwischen 50 und 200
Bakterien/100 ml gemessen, und am Auslaß des Geräts wurden zwischen
50 und 200 Bakterien/100 ml gemessen.
Test C
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In einem Gerät wie dem in den Fig. 1 und 2 gezeigten wurden
lediglich die IFR-Bestrahlungslampen eingeschaltet, die Licht
einer Wellenlänge im Bereich von 765 nm bis 10 um emittieren.
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Am Einlaß dieses Geräts wurden zwischen 100 und 200
Bakterien/100 ml gemessen, und am Auslaß des Geräts wurde ein
Überwachstum gemessen, entsprechend unzähliger Bakterien/100 ml.
Test D
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In dem gleichen Gerät wurden folgende Lampen eingeschaltet:
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1. IFR-Bestrahlungslampen, die Licht einer Wellenlänge im
Bereich von 765 nm bis 10 um emittieren.
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2. Eine UV-Bestrahlungslampe, die Licht einer Wellenlänge
von 253,7 nm emittiert.
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Am Einlaß dieses Geräts wurden zwischen 50 und 200
Bakterien/100 ml gemessen, und am Auslaß des Geräts wurden zwischen
300 und 500 Bakterien/100 ml gemessen.
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Der obige, vielleicht überraschende Anstieg der Bakterienzahl
geht nicht auf tatsächliches Wachstum zurück, sondern im
Gegenteil auf weitgehenden Zerfall der Bakterienklumpen durch
die IFR-Bestrahlungslampen. Würde der Chlor-Gehalt
beträchtlich erhöht, so würden die Bakterien abgetötet, doch ergibt
sich eine Reihe negativer Auswirkungen als Folge des Anstiegs
Allergie-erzeugender und schädlicher organischer
Chlor-Verbindungen.
Test E
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Im Gerät wurden folgende Lampen eingeschaltet:
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1. IFR-Bestrahlungslampen, die Licht einer Wellenlänge im
Bereich von 765 nm bis 10 um emittieren.
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2. UV-Bestrahlungslampen, die Licht einer Wellenlänge im
Bereich von 100 bis 200 nm emittieren.
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3. UV-Bestrahlungslampen, die Licht einer Wellenlänge
oberhalb 300 nm emittieren.
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4. UV-Bestrahlungslampen, die Licht einer Wellenlänge von
253,7 nm emittieren.
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Am Einlaß dieses Geräts wurden zwischen 50 und 200
Bakterien/100 ml gemessen, und am Auslaß des Geräts wurden beinahe 0
Bakterien/100 ml gemessen.
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Durch das erfindüngsgemäße Gerät wurde weniger Chlor
zugeführt, doch wurde die gleiche elektrische Energie aufgewendet,
und im Gegensatz zu anderen Tests wurde vollständige Abtötung
der Keime erreicht. Ein wesentliches Merkmal ist, daß durch
Verwendung von IFR-Bestrahlungslampen, die Lacht einer
Wellenlänge im Bereich von 765 nm bis 10 um emittieren, anstatt von
Heizelementen wie im Gerät der obigen dänischen Patentschrift,
eine sehr weitreichende Strahlungswirkung im Wasser erzielt
wurde, wobei gleichzeitig die aufgewendete elektrische Energie
im Wasser in Wärme umgewandelt wurde. Bei einem kontrollierten
Test mit 1 m³ Wasser wurde eine Energieabsorption von 96%
gemessen.
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Fig. 3 ist eine aus den Tests mit dem Gerät erhaltene
graphische Darstellung, die die Wirkung des Geräts auf Wasser zeigt,
das eine vorbestimmte Menge an Colibakterien durch Zugabe
solcher Bakterien enthielt. So zeigen die verschiedenen Kurven
die Menge an Colibakterien/ml Wasser als Funktion der Zeit
nach dem Einschalten des Geräts. Die Kurven zeigen jeweils das
Gerät in den folgenden Betriebszuständen, wobei das Wasser am
Einlaß 0,06 mg freies Chlor/l (HOCl+OCl&supmin; bei pH 7,2) enthielt:
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1. Alle Lampen des Geräts waren eingeschaltet.
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2. Die UV-Bestrahlungslampen 10, die Licht einer Wellenlänge
im Bereich von 100 bis 200 nm emittieren, waren
ausgeschaltet, während alle anderen Lampen eingeschaltet
waren.
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3. Nur die UV-Bestrahlungslampe 11 war eingeschaltet.
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4. Alle Lampen ausgeschaltet, und stattdessen wurde die
Zugabe von Chlor in einem Maße erhöht, daß die Menge an
freiem Chlor 3 mg freies Chlor/l (HOCl+OCl&supmin; bei pH 7,2)
betrug.
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5. Nur die UV-Bestrahlungslampe, die Licht einer Wellenlänge
im Bereich von 100 bis 200 nm emittiert, war
eingeschaltet, und
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6. nur die IFR-Bestrahlungslampe 8, die Licht einer
Wellenlänge im Bereich von 765 nm bis 10 um emittiert, war
eingeschaltet.
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Bei herkömmlicher Chlorung normalen Badewassers wird nach
einer Reaktionsdauer von 10 min der sogenannte Brechpunkt bei
einer Zugabe von 12 Gewichtsteilen Chlor auf 1 Gewichtsteil
Ammoniak (als Stickstoff gewertet) erreicht. Wird der gleiche
Typ Badewasser darüber hinaus nach dem erfindungsgemäßen
Verfahren bestrahlt, so wird der Brechpunkt bereits nach 40 s bei
einer Zugabe von nur 6 Gewichtsteilen Chlor auf 1 Gewichtsteil
Ammoniak (als Stickstoff gewertet) erreicht. Die erforderliche
Dauer von 40 s entspricht einem Durchgang durch das Gerät.
Dieses Ergebnis wird nur unter der Voraussetzung erzielt, daß
alle Lampen eingeschaltet sind, wogegen bei Abschaltung
lediglich eines Typs oder mehrerer Typen von Lampen das Gerät
überhaupt keine Wirkung zeigt.
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Fig. 4 ist eine graphische Darstellung, die die Messungen der
Menge gebundenen Chlors am Einlaß (X-Achse) des Geräts und am
Auslaß (Y-Achse) des Geräts bei verschiedenen Anfangsmengen
zeigt. Die beiden Meßreihen veranschaulichen zwei
Betriebsphasen des Geräts:
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1. Nur die UV-Bestrahlungslampe 9 und 10, die Licht einer
Wellenlänge oberhalb 300 nm bzw. von 253,7 nm emittieren,
waren eingeschaltet.
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2. Alle Bestrahlungslampen des Geräts waren eingeschaltet.
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Diese Tests zeigen, daß das Gerät eine beträchtliche
Verminderung der Menge gebundenen Chlors gewährleistet und folglich
weitgehende Zersetzung von beispielsweise Chloraminen zu
Stickstoff und Salzsäure.
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Wie gezeigt, ergibt sich durch Anwendung des erfindungsgemäßen
Verfahrens und Geräts im Zusammenhang mit Schwimmbädern eine
beträchtliche Verminderung des Gehalts an Trihalogenmethanen,
eine geringere Menge Kaliumpermanganat und ein niedrigerer
TOC-Wert. Was zum Beispiel die Trihalogenmethane anbetrifft,
haben Tests, bei denen alle Lampen eingeschaltet waren,
erhebliche Abnahme gezeigt, wogegen lediglich eine Änderung in der
Entstehung der Trihalogenmethane eintritt, wenn andere
Kombinationen eingeschalteter Lampen angewandt werden. Die gute
Wirkung geht vermutlich auf eine Beziehung zwischen
weitgehender Entfernung von organischem Material und dem Zerfall von
beispielsweise Chloroform zurück. Eine Testmessung mit dem
Gerät ergab die folgenden Werte:
Trihalogenmethan
Einlaß
Auslaß
*FTU (Formazin-Trübungseinheiten) ist eine Trübungsmessung,
gemessen anhand der Menge Formazin, die vollkommen reinem
kristallklaren Wasser zugesetzt wird, bis Wasser mit der
gleichen Trübheit wie das Badewasser erhalten wird.
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Die Erfindung wurde beschrieben unter Bezugnahme auf eine
bevorzugte Ausführungsform. Es können jedoch zahlreiche
Modifikationen vorgenommen werden, ohne dadurch vom Umfang des
Schutzes abzuweichen. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform
werden die IFR-Bestrahlungslampen als Widerstand mit 35 Ω im
elektrischen Stromkreis verwendet, einschließlich der
UV-Bestrahlungslampen, die Licht einer Wellenlänge oberhalb 300 nm
emittieren. Im Ergebnis wird eine wirtschaftlich vorteilhafte
Kontrolle der betreffenden UV-Bestrahlungslampen
gewährleistet.