DE60036582T2

DE60036582T2 - Elektrochemische Behandlung einer wässrigen Lösung

Info

Publication number: DE60036582T2
Application number: DE60036582T
Authority: DE
Inventors: Alan Milton Keynes Buckley; Martin Bellamy; Phil Collins; Alexey Yureivich Popov
Original assignee: Puricore International Ltd
Current assignee: Puricore Inc
Priority date: 1999-08-06
Filing date: 2000-08-03
Publication date: 2008-06-26
Anticipated expiration: 2020-08-04
Also published as: US20090181107A1; CA2315355A1; DE60036582D1; EP1074515B1; US20040060815A1; US7303660B2; CA2315355C; EP1074515A3; US20070108064A1; US6632347B1; EP1074515A2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft neben anderen Gesichtspunkten ein Verfahren zum Betreiben einer elektrochemischen Zelle, so daß eine biozide Lösung erzeugt wird, und eine Vorrichtung zum Erzeugen einer bioziden Lösung durch elektrolytische Behandlung einer wäßrigen Chloridlösung.
In Krankenhäusern, insbesondere in Operationssälen und in anderen Fällen, in denen invasive Behandlungen vorgenommen werden, ist es wichtig, für eine angemessene Sterilität zu sorgen. Chirurgische Instrumente und andere Geräte müssen in Abhängigkeit von ihren Verwendungszweck vor der Benutzung sterilisiert oder desinfiziert werden, um die Gefahr einer Bakterieninfektion zu verringern. Ein Sterilisationsverfahren ist die Anwendung von Wärme und Druck in einem Autoklaven. Dies ist jedoch bei einigen medizinischen Geräten, wie wärmeempfindlichen Endoskopen, ungeeignet.
Ein typisches Verfahren, das für die Aufbereitung wärmeempfindlicher Instrumente angewendet wird, beinhaltet die Verwendung von chemischen Bioziden, wie Glutaraldehyd. Dies kann aufgrund der unangemessenen oder unvollständigen Desinfektion unbefriedigend sein. Ferner kann der Einfluß von Glutaraldehyddämpfen beim Gesundheitspersonal Asthma und Dermatitis hervorrufen. Man nimmt auch an, daß Glutaraldehyd eine relativ geringe sporentötende Wirkung hat. Andere Desinfektionsmittel, wie Chlordioxid und Peressigsäure, können zudem ähnliche Probleme bei der Handhabung aufweisen wie Glutaraldehyd.
Seit einigen Jahren ist bekannt, daß die elektrochemische Aktivierung einer Salzlösung superoxidiertes Wasser erzeugt, das für viele Anwendungszwecke geeignet ist, wozu die allgemeine Desinfektion bei Anwendungszwecken in der Medizin und Veterinärmedizin und die Sterilisation von wärmeempfindlichen Endoskopen gehören. Aufgrund seiner schnellen und starken bioziden Wirkung gegenüber einem weiten Bereich von Bakterien, Pilzen, Viren und Sporen besteht seit kurzem Interesse an der Verwendung von superoxidiertem Wasser als Desinfektionsmittel. Superoxidiertes Wasser ist auch eine äußerst wirksame kalt sterilisierende, ungiftige Lösung, die frei von stark toxischen Chemikalien ist, wodurch sie weniger Gefahren bei der Handhabung zeigt.
GB 2253860 beschreibt die elektrochemische Behandlung von Wasser durch eine Elektrolysezelle. Koaxial angeordnete zylindrische und stabförmige Elektroden sorgen für Strömungskammern der Anode und der Kathode (Arbeitskammer und Hilfskammer), die durch eine poröse Membran getrennt sind, die aus einer auf Zirconiumoxid basierenden Keramik besteht.
Wasser wird von der Unterseite zur Oberseite der Vorrichtung durch die Arbeitskammer geleitet. Gleichzeitig strömt Wasser mit einem höheren Mineraliengehalt durch die Hilfskammer zu einer Gastrennkammer. Elektrischer Strom wird zwischen der Kathode und der Anode durch das Wasser in beiden Kammern und die die Kammern trennende poröse Membran geleitet. Das durch die Hilfskammer strömende Wasser rezirkuliert durch Konvektion und durch die Scherkräfte zur Hilfskammer, denen das Wasser durch das Aufsteigen von Gasblasen ausgesetzt wird, die an der Elektrode in der Hilfskammer erzeugt werden. Der Druck in der Arbeitskammer ist höher als in der Hilfskammer, und gasförmige Elektrolyseprodukte werden durch ein Gasüberdruckventil aus der Gastrennkammer abgelassen. Eine Änderung des Betriebsmodus von der kathodischen zur anodischen Wasserbehandlung wird durch Änderung der Polarität erreicht.
Dieses Elektrolyseverfahren wirkt auf im Wasser gelöste Salze und Mineralien, wie Metallchloride, -sulfate, -carbonate und -hydrogencarbonate. Wenn die Arbeitskammer die Kathode aufweist, kann der Alkaligehalt des Wassers durch die Entstehung von sehr gut löslichen Metallhydroxiden erhöht werden. Alternativ kann die Elektrolysezelle so umgeschaltet werden, daß die Arbeitskammer die Anode aufweist, in diesem Fall wird die Acidität des Wassers durch die Entstehung eine Anzahl von stabilen und instabilen Säuren erhöht.
Eine ähnliche Elektrolysezelle ist in GB 2274113 beschrieben. Diese Zelle weist zwei koaxiale Elektroden auf, die durch ein Ultrafiltrationsdiaphragma (poröse Membran) getrennt sind, das auf Zirconiumoxid basiert, wodurch ein Paar koaxialer Kammern gebildet wird. Eine Stromquelle wird über eine Schalteinheit mit den Elektroden einer Vielzahl von Zellen verbunden, wodurch ein Wechsel der Polarität der Elektroden möglich wird, so daß Ablagerungen auf der Kathode beseitigt werden und die Zellen entweder in Reihe oder parallel elektrisch miteinander verbunden werden.
WO 98/13304 beschreibt die Verwendung einer solchen Elektrolysezelle in einer Vorrichtung, um eine Flüssigkeit, wie Wasser, zu behandeln. Eine Flüssigkeit wird nur der Kathodenkammer zugeführt, und ein Teil der Abgabe der Kathode (Katholyt) wird zum Zulauf der Anodenkammer rezirkuliert. Dieser Zulauf dient als gesamte Zufuhr für die Anodenkammer. In Fällen, bei denen nicht die gesamte Ausgabelösung aus der Kathodenkammer zum Zulauf der Anodenkammer rezirkuliert wird, wird ein Teil der Abgabe der Kathodenkammer zum Abwasser abgelassen, wobei dieser Anteil mit einem Durchflußmeßgerät gemessen wird. Zwischen der Anode und der Kathode wird eine Quelle für Gleichstrom mit konstanter Spannung verwendet, und der pH-Wert und das Redox-Potential der behandelten Lösungen werden gemessen und aufrechterhalten, indem der Durchsatz durch die Zelle gesteuert wird.
Ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erzeugen einer sterilisierenden Lösung ist in GB 2316090 beschrieben, wobei eine Quelle für enthärtetes Wasser erzeugt wird, indem Wasser durch einen mittels Ionenaustausch arbeitenden Wasserenthärter geleitet wird. Eine gesättigte Salzlösung, die durch Mischen von enthärtetem Wasser mit Salz erzeugt wird, wird durch eine Elektrolysezelle geleitet, so daß eine sterilisierende Lösung erzeugt wird, oder verwendet, um das Ionenaustauschharz im Wasserenthärter zu regenerieren.
In DE-A-22 124 20 ist ein Verfahren zum Steuern der Menge einer wäßrigen Bleichlösung beschrieben, die aktives Chlor enthält, die aus einer elektrochemischen Zelle erhalten wird. Der elektrische Widerstand der Zelle wird bei einem konstanten Wert gehalten, indem der Durchsatz der Zufuhr der Salzlösung (Salzlauge) zum durch die Zelle strömenden Elektrolyt bei einem konstanten Wert gehalten wird. DE-A-22 124 20 betrifft primär ein Verfahren zum Steuern des Durchsatzes der Lösung in die Zelle durch eine spezifische Ventilanordnung und sagt nichts über die Art der elektrochemischen Zelle selbst aus.
Eine elektrochemische Zelle für die Behandlung von Wasser und anderen wäßrigen Lösungen ist in US-A-5635040 beschrieben. In diesem Dokument ist eine bestimmte Gestaltung der elektrochemischen Zelle beschrieben, wobei die Zelle in einer stabartigen Form mit zylindrischen koaxialen Teilen aufgebaut ist. Die stabartige Zelle enthält ein koaxiales Keramikdiaphragma, das den Raum zwischen den Elektroden in den Elektrodenkammern trennt.
Alle vorstehend beschriebenen Systeme weisen jedoch Nachteile und Probleme auf. Die variablen Faktoren, wie das Ausmaß der Elektrolyse in den Elektrolysezellen, die Konzentration von gelösten Salzen und Mineralien und der Durchsatz, Schwankungen bei der Stromversorgung, Umgebungstemperatur und die Veränderlichkeit der ankommenden Wasserzufuhr stellen z. B. ein Hindernis bei der Sicherung einer beständigen Lieferung einer sterilisierenden oder, noch exakter, bioziden Lösung dar. Um die Lieferung einer bioziden Lösung zu sichern, beruhen folglich die beschriebenen elektrochemischen Systeme alle auf dem Eingreifen eines Fachmanns, damit die Zellen zum Zeitpunkt der Installation geeicht und erneut geeicht werden, wann immer sich die Chemie der Wasserzufuhr bis zu einem signifikanten Ausmaß ändert.
Als eine Erläuterung kann der pH-Wert der Ausgabelösung aus der Anodenkammer (Anolyt) geregelt werden, indem der Durchsatz des aus der Kathodenkammer abgelassenen Katholyts eingestellt wird. Das führt zu Änderungen des Durchsatzes des Anolyts und folglich zu Änderungen der in der Elektrolysezelle stattfindenden Elektrochemie.
Die Leistung aller vorstehend genannten Zellen und Verfahren hängt auch vom Alkaligehalt des Wassers und der wäßrigen Salzlösungen ab, die behandelt werden. In Europa kann z. B. der Alkaligehalt von Trinkwasser von einer geographischen Region zur anderen von sehr niedrig (3 bis 15 ppm CO₃ als CaCO₃) bis sehr hoch (470 ppm CO₃) variieren. Das bedeutet, daß eine Zelle, die so geeicht ist, daß sie an einem ersten geographischen Ort eine biozide Lösung mit einer vorgegebenen Zusammensetzung erzeugt, an einem zweiten Ort nicht die gleiche biozide Lösung erzeugen kann, womit eine erneute Eichung erforderlich wird. Das stellt eine zeitaufwendige und mühsame Aufgabe dar.
Eine Minimierung der Abweichungen ist wichtig, um die Lieferung einer Lösung mit den erforderlichen Eigenschaften, z. B. biozide Aktivität und pH-Wert, zu sichern, besonders wenn eine gründliche Sterilisation erforderlich ist, um die Gesundheit der Bevölkerung zu erhalten.
Ferner ist es wichtig, daß man eine Feinabstimmung der abschließenden Zusammensetzung irgendeiner erzeugten bioziden Lösung vornehmen kann, da die Lösung eine ausreichend hohe Konzentration an z. B. verfügbarem ungebundenem Chlor (AFC) aufweisen muß, damit sie ausreichend biozid ist, die jedoch nicht so hoch sein darf, daß irgendeine Ausrüstung, die sterilisiert wird, korrodiert oder auf andere Weise beschädigt wird. Ein weiterer Nachteil der im Stand der Technik beschriebenen Vorrichtung besteht darin, daß sie zu einer großen Abwassermenge neigt. Bis zur Hälfte der ursprünglich zugeführten wäßrigen Salzlösung kann nach dem Durchgang durch die Kathodenkammer weggeworfen werden. Das ist besonders relevant, wenn Ressourcen, wie Wasser, begrenzt oder teuer sind.
Laut der Erfahrung des Anmelders ist keines der vorstehend genannten Systeme geeignet, für eine vollkommen zuverlässige oder autonome Lieferung einer bioziden Lösung zu sorgen. Es ist selbstverständlich, daß eine "sterilisierende" Lösung, die nicht den erforderlichen Wert der bioziden Wirksamkeit erreicht, die Gefahr birgt, daß ein Instrument eine Infektion verbreitet. Außerdem ist der Endverbraucher nicht in der Lage, allein durch visuelle Prüfung festzustellen, ob die biozide Lösung von irgendeinem dieser Systeme den Vorschriften genügt oder nicht.
Folglich besteht die grundsätzliche Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein System bereitzustellen, das eine biozide Lösung nur dann für den Gebrauch liefert, wenn diese die gewünschten Eigenschaften aufweist, d. h. den Vorschriften genügt. Auf diese Weise kann die Gefahr der irrtümlichen Verwendung einer Lösung, die nicht angemessen biozid ist, in hohem Maß beseitigt werden.
Es besteht auch die Notwendigkeit, ein System bereitzustellen, das eine biozide Lösung nicht nur gemäß den Vorschriften sondern auch nach Bedarf erzeugen kann. Ferner besteht die Notwendigkeit, ein System bereitzustellen, das eine den Vorschriften genügende biozide Lösung nach Bedarf an der oder in der Nähe der Stelle liefern kann, wo die Lösung verwendet werden soll. Außerdem besteht die Notwendigkeit, ein System bereitzustellen, daß unabhängig von den Parametern der örtlichen Quelle des zugeführten Wassers arbeiten kann. Schließlich hat der Anmelder angegeben, wie ein System erreicht werden kann, das eine den Vorschriften genügende biozide Lösung irgendwo vor Ort nach Bedarf liefern kann.
Zu diesem Zweck und als Ergebnis extensiver Prüfungen und Versuche hat der Anmelder ein System konstruiert, das aufgrund verschiedener Neuerungen sichert, daß es biozide Lösungen liefert, die den Vorschriften genügen. Wie es deutlich wird, hat der Anmelder auch ein System erfunden, das irgendwo an Ort und Stelle eine den Vorschriften genügende biozide Lösung erzeugen kann.
Nach einem Gesichtspunkt besteht die Erfindung in einem Verfahren zum Betreiben einer elektrochemischen Zelle, die eine Kammer einer Anode (62) und eine Kammer einer Kathode (64) umfaßt, die durch einen Separator getrennt sind, so daß eine Ausgabelösung erzeugt wird, die eine bestimmte Menge an verfügbarem ungebundenem Chlor hat, das folgendes aufweist:

(a) Erzeugen einer Salzlösung durch Mischen eines Verdünnungsmittels aus enthärtetem Wasser und einer gesättigten Salzlösung;
(b) Messen der spezifischen elektrischen Leitfähigkeit der Salzlösung, bevor sie in die elektrochemische Zelle gelangt;
(c) Einstellen des Stroms der gesättigten Salzlösung und/oder des Stroms des Verdünnungsmittels aus enthärtetem Wasser, so daß die spezifische elektrische Leitfähigkeit der Salzlösung auf einen Wert innerhalb bestimmter Grenzwerte gebracht wird, bevor sie in die elektrochemische Zelle gelangt;
(d) Zuführen der Salzlösung der elektrochemischen Zelle, wobei die Salzlösung in der Zelle eine im wesentlichen konstante Chloridionenkonzentration aufweist;
(e) Anlegen eines im wesentlichen konstanten elektrischen Stroms innerhalb der Zelle zwischen der Kathode (64) und der Anode (62), so daß ein Anolyt und ein Katholyt erzeugt werden, wobei der Anolyt die Ausgabelösung ist; und
(f) Steuern des pH-Wertes des Ausgabelösung, indem zumindest ein Teil des Katholyts von der Kammer der Kathode (64) in die Kammer der Anode (62) rezirkuliert wird.

In diesem Zusammenhang hat der Anmelder überraschenderweise festgestellt, daß die Ausgabelösung durch Aufrechterhaltung dieser beiden Konstanten unabhängig von anderen Variablen, wie Härte des örtlichen Wassers, Alkaligehalt, Druck usw., eine bestimmte Menge an verfügbarem ungebundenem Chlor aufweist. Auf diese Weise muß man sich wesentlich weniger oder sogar überhaupt nicht mehr auf das Eingreifen eines Fachmanns verlassen, wenn immer sich die Chemie des zugeführten Wassers deutlich ändert.
Die vorliegende Erfindung besteht in einem Verfahren zum elektrochemischen Behandeln einer wäßrigen Lösung in einer Elektrolysezelle, wobei eine Ausgabelösung mit einer bestimmten Menge an verfügbarem ungebundenem Chlor erzeugt wird, wenn an die Zelle zwischen einer Kathode und einer Anode ein im wesentlichen konstanter elektrischer Strom angelegt wird, während Chloridionen mit einem im wesentlichen konstanten Durchsatz durch die Zelle hindurchgehen.
Die Menge an verfügbarem ungebundenem Chlor wird entsprechend der erforderlichen bioziden Eigenschaften festgelegt, die die Ausgabelösung erhalten soll. Die Ausgabelösung muß vorzugsweise als Biozid für einen weiten Bereich von Bakterien, Pilzen, Viren und Sporen wirken. Ein Gehalt an verfügbarem ungebundenem Chlor von etwa 3 bis etwa 300 ppm sorgt im allgemeinen bei den meisten in Betracht gezogenen Anwendungszwecken für biozide Eigenschaften. Es ist jedoch selbstverständlich, daß die biozide Wirksamkeit auch vom pH-Wert abhängt und folglich ein angemessenes Gleichgewicht zwischen dem pH-Wert und dem AFC erreicht werden muß, um für das gewünschte Ausmaß an Biokompatibilität und Kompatibilität der Materialien zu sorgen. Der Anmelder hat z. B. festgestellt, daß eine Menge an verfügbarem ungebundenem Chlor von etwa 100 bis 250 ppm bei einem pH-Wert von etwa 5 bis 7 für die Verwendung bei der Aufbereitung von wärmeempfindlichen medizinischen Instrumenten besonders geeignet ist. Andere Anwendungszwecke, wie die Verwendung auf nicht-medizinischen Gebieten, z. B. bei der Behandlung von Geflügel und Fisch, und bei der allgemeinen Verwendung in der Landwirtschaft und der Erdölchemie, beim Auflösen eines bakteriellen Biofilms und bei der Wasserbehandlung, können unterschiedliche Mengen von verfügbarem ungebundenem Chlor erfordern.
Wie es nachfolgend erläutert ist, hat der Anmelder festgestellt, daß es durch die Verwendung einer bestimmten Zelle und eines bestimmten Strömungssystems möglich ist, den pH-Wert der Ausgabelösung zu steuern. Folglich weist die erfindungsgemäße elektrochemische Zelle zwei, durch einen Separator getrennte Kammern auf, wobei die erste Kammer eine Kammer einer Anode und die zweite Kammer eine Kammer einer Kathode umfaßt.
Es ist im allgemeinen selbstverständlich, daß die Funktion eines Separators in der Zelle darin besteht, die Lösung in einer Kammer von der Lösung in der anderen Kammer zu trennen, wobei die Wanderung ausgewählter Ionen zwischen den Kammern möglich ist, und der Begriff "Separator" sollte hier in diesem Sinne stehen. Semipermeable Diaphragmen und ionenselektive Membranen stellen die häufigsten Formen bekannter Separatoren dar.
Es ist bekannt, daß bei einer elektrochemischen Reaktion die Reaktionsgeschwindigkeit innerhalb bestimmter Grenzwerte der Stromstärke im allgemeinen direkt proportional zur Stromstärke ist. Folglich können die Stromstärke (und somit die Oxidationsgeschwindigkeit von Chlorid zu Chlor) und der Strom des Chlorids durch die Zelle geeignet festgelegt werden, so daß eine Ausgabelösung erzeugt wird, die die bestimmte Menge an verfügbarem ungebundenem Chlor hat. Die gewünschte Stromstärke hängt nicht nur von der Art der verwendeten Zelle, z. B. dem Material, aus dem die Elektroden hergestellt sind, und den verschiedenen Edelmetallen, die für die Erzeugung von aktiven Beschichtungen auf den Elektroden verwendet wurden, sondern auch von der Größe der Zelle ab, z. B. ist für eine Zelle mit einer Anodenoberfläche von etwa 100 cm² ein zwischen der Kathode und der Anode angelegter elektrischer Strom mit 8 A besonders geeignet.
Die Spannung ändert sich im allgemeinen, wenn sich der Widerstand des Elektrolysezelle z. B. durch Ablagerung von Kesselstein im Separator ändert. Wenn die Spannung, jedoch nicht die Stromstärke konstant gehalten wird, erhöht sich folglich der Widerstand in der Zelle, wenn die Zelle benutzt wird. Laut dem Ohmschen Gesetz nimmt die Stromstärke ab, und folglich sinkt die Konzentration des verfügbaren ungebundenen Chlors in der Ausgabelösung. Das führt zu einer Ausgabelösung, die nicht ausreichend verfügbares ungebundenes Chlor aufweisen kann, um als Biozid zu wirken. Folglich sind bisherige Systeme, wie das in WO 98/13304 beschriebene, die auf einer konstanten Spannung innerhalb der Zelle beruhen, nicht immer in der Lage, eine vorhersagbare Menge an verfügbarem ungebundenem Chlor zu erzeugen. Mit anderen Worten können die bioziden Eigenschaften der Ausgabelösung bei Systemen mit konstanter Spannung nicht gewährleist werden.
Der Anmelder hat jedoch erkannt, daß die Spannung innerhalb der Elektrolysezelle unter den Bedingungen einer konstanten Stromstärke vorteilhaft überwacht werden kann, so daß für einen Indikator der anderen Parameter, wie der Leistung der Vorrichtung, gesorgt wird, die dazu dient, das Verfahren durchzuführen. Wie vorstehend beschrieben, ändert sich z. B. die Spannung innerhalb der Zelle, wenn der Separator mit Ablagerungen verstopft wird. Die Spannung ändert sich ebenfalls, wenn die aktive Beschichtung auf den Elektroden abnimmt oder es in der Zelle zu einem verhängnisvollen Versagen, wie dem Reißen des Separators, kommt. Auf diese Weise sorgt das Überwachen der Spannung für eine Maßnahme, die Lebensdauer der Zelle vorherzusagen.
Damit ein konstanter Chloridionendurchsatz erreicht wird, ist es von Vorteil, den Fluß der Chloridionen in die Zelle zu steuern. Der Bequemlichkeit halber werden die Chloridionen der Zelle als Salzlösung zugeführt. Folglich kann der Durchsatz der Chloridionen durch die Zelle bestimmt werden, indem der Salzgehalt und der Durchsatz gesteuert werden.
Angesichts dessen, daß die Salzlösung eine veränderliche Konzentration haben kann und folglich der Durchsatz geändert werden muß, um für eine konstante Chloridzufuhr in die Zelle zu sorgen, müssen bei der Zuführung der Salzlösung mit einer im wesentlich konstanten Konzentration nur relativ geringfügige Änderungen de Durchsatzes vorgenommen werden, um für den konstanten Chloridionendurchsatz zu sorgen.
Der im wesentlichen konstante Chloridionendurchsatz wird wünschenswerterweise dadurch erreicht, daß für einen im wesentlichen konstanten Salzgehalt bei einem im wesentlichen konstanten Durchsatz gesorgt wird. Auf diese Weise läßt sich die Qualität der Einsatzmenge, und zwar in bezug auf die gewünschte Konzentration der der Zelle zugeführten Chloridionen, leichter vorhersagen und steuern.
Ein konstanter Salzgehalt kann durch eine Vielzahl von Maßnahmen erreicht werden, z. B. durch Auflösen einer bekannten Salzmenge in einer bekannten Wassermenge. Das erfordert jedoch Erfahrung sowie auch Kenntnis der örtlichen Wasserparameter, um sicherzugehen, daß die exakte Salzmenge zugesetzt wird, so daß der gewünschte Salzgehalt erzeugt wird. Somit hat der Anmelder ein Verfahren zur Erzeugung eines gewünschten Salzgehaltes erfunden, das diese Nachteile vermeidet.
Insbesondere und nach vielen Versuchen hat der Anmelder festgestellt, daß sich die Chloridzufuhr für die Zelle leichter regeln läßt, wenn aus der gesättigten Salzlösung eine Salzlösung erzeugt wird, die dann bis zur geforderten Konzentration verdünnt wird. Die gesättigte Salzlösung wird vorzugsweise erhalten, indem dem Wasser ein Salzüberschuß zugesetzt wird, wobei je nach Bedarf weiteres Wasser und/oder Salz eingeführt wird.
Insbesondere kann die Zelle durch Verteilen einzelner Volumina einer konzentrierten Salzlösung in einem Verdünnungsmittelstrom bei einer konstanten Rate mit einer im wesentlichen konstanten Chloridkonzentration versorgt werden. Der Anmelder hat festgestellt, daß eine gesättigte Salzlösung besonders geeignet ist, die bis zu einer Konzentration von weniger als 1% Gew./Vol., stärker bevorzugt im Bereich von 0,3%, verdünnt worden ist. Die bevorzugte Konzentration wird jedoch entsprechend einer Anzahl von Faktoren festgelegt, die für die verwendete Elektrolysezelle und die erwünschte Art der Ausgabelösung spezifisch sind.
Es ist bevorzugt, wenn die gesättigte Salzlösung z. B. mit einer peristaltischen Pumpe pulsierend in den Strom des Verdünnungsmittels Wasser gegeben wird. Auf diese Weise wird jeder Stoß so geleitet, daß er eine bekannte Menge der gesättigten Salzlösung liefert. Wenn die gesättigte Salzlösung stärker verdünnt wird, z. B. wenn die Salzzufuhr stark abnimmt, wird folglich die Pulsierrate der konzentrierten Salzlösung in den Wasserstrom erhöht.
Der Anmelder hat festgestellt, daß Vorteile erzielt werden, wenn periodisch zugelassen wird, daß die gesättigte Salzlösung immer stärker verdünnt wird. Durch diese Maßnahme werden Ablagerungen von kristallinem Salz in der Vorrichtung verringert, in der die gesättigte Salzlösung hergestellt wird.
Ein weiterer Vorteil, der darauf zielt, für einen konstanten Salzgehalt zu sorgen, besteht darin, daß beim Erfassen irgendwelcher signifikanten Änderungen des Salzgehaltes diese exakt einem Fehler, wie einer Fehlfunktion der Vorrichtung oder einem Verlust bei der zugeführten gesättigten Salzlösung, zugeschrieben werden können. Unter diesen Umständen kann ein betriebssicherer Mechanismus, der vorzugsweise im System enthalten ist, so arbeiten, daß die Abgabe einer Ausgabelösung verhindert wird, die den gewünschten Wert der bioziden Wirksamkeit nicht erreicht, d. h. nicht den Vorschriften genügt.
Nachdem die gesättigte Salzlösung im Wasser verteilt worden ist, ist es folglich ferner bevorzugt, den Salzgehalt vor dem Eintritt in die Zelle z. B. durch Messen der spezifischen elek trischen Leitfähigkeit der Salzlösung zu bestätigen. Vorteilhafterweise wird dies mit Hilfe einer Leitfähigkeitssonde erreicht.
Wenn die spezifische elektrische Leitfähigkeit nicht im gewünschten Bereich liegt, kann eine Einrichtung vorgesehen sein, um den Salzgehalt einzustellen, so daß die spezifische elektrische Leitfähigkeit wieder in den gewünschten Bereich zurückkehrt. Dies kann erreicht werden, indem die Pulsierrate erhöht oder verringert wird, so daß die Menge der gesättigten Salzlösung, die in den Wasserstrom eingeführt wird, erhöht oder verringert wird. Nach einer anderen Ausführungsform oder zusätzlich dazu kann eine Einrichtung vorgesehen sein, um den Durchsatz des Wassers zur Zelle einzustellen. Auf diese Weise, d. h. durch eine Einstellung der Stöße und/oder des Durchsatzes, können Schwankungen der Chloridkonzentration, die die Zelle erreichen, im wesentlichen ausgeglichen werden.
Das einfache pulsierende Einführen einzelner Volumina der gesättigten Salzlösung in den Strom des Verdünnungsmittels Wasser kann zu einem Strom einer Salzlösung mit einer veränderlichen Chloridkonzentration führen. Die Konzentration der Salzlösung kann z. B. innerhalb des Stroms Höchstwerte und Mindestwerte aufweisen, die den Stößen der gesättigten Salzlösung entsprechen. Wenn die Salzlösung kein im wesentlichen gleichmäßiges Gemisch ist, kann die spezifische elektrische Leitfähigkeit der Lösung, wenn sie vor dem Eintritt in die Zelle gemessen wird, nicht für den tatsächlichen Chloridionengehalt der Salzlösung insgesamt repräsentativ sein. Folglich besteht eine weitere Aufgabe der Erfindung darin, ein Verfahren anzugeben, um das schnelle und wirksame Einmischen der gesättigten Salzlösung im Verdünnungsmittel Wasser zu erreichen.
Für diesen Zweck besteht die vorliegende Erfindung auch in einem Verfahren zum Mischen von mischbaren Flüssigkeiten, das das Verteilen einer Flüssigkeit aus einer pulsierenden Quelle in einer anderen Flüssigkeit aufweist, die als kontinuierlicher Strom bereitgestellt wird, wobei die Flüssigkeit durch eine Vielzahl von Öffnungen entlang des Strömungsweges pulsierend abgegeben und verteilt wird, so daß ein Strom von gleichmäßig gemischten Flüssigkeiten erzeugt wird.
Durch das pulsierende Verteilen der Flüssigkeit in einem anderen Flüssigkeitsstrom durch eine Reihe von Öffnungen können Schwankungen der Konzentration minimiert und ein im wesentlichen homogenes Gemisch erzeugt werden.
Anders ausgedrückt besteht die Erfindung in einem Verfahren zum Mischen von mindestens zwei Flüssigkeiten, wobei eine erste Flüssigkeit als kontinuierlicher Strom zugeführt und eine zweite Flüssigkeit, die mit der ersten Flüssigkeit mischbar ist, aus einem Verteiler zugeführt wird, wobei die zweite Flüssigkeit durch eine Vielzahl von Öffnungen im Verteiler pulsierend in den zugeführten Strom der ersten Flüssigkeit eingeführt und darin verteilt wird, wodurch ein kontinuierlicher homogener Strom der ersten und der zweiten Flüssigkeit erzeugt wird.
Insbesondere gibt die Erfindung ein Verfahren zum Mischen von zumindest zwei Flüssigkeiten an, wobei bewirkt wird, daß ein kontinuierlicher Strom einer ersten Flüssigkeit durch eine Leitung strömt und eine zweite Flüssigkeit, die mit der ersten Flüssigkeit mischbar ist, pulsierend in einen Flüssigkeitsverteiler abgegeben wird, der sich in der Leitung befindet, und durch eine Vielzahl von Öffnungen, die im Verteiler vorgesehen sind, im Strom der ersten Flüssigkeit verteilt wird, so daß ein kontinuierlicher Strom erzeugt wird, der ein homogenes Gemisch der ersten und der zweiten Flüssigkeit aufweist.
Vorzugsweise ist der Verteiler im wesentlichen länglich, z. B. in Form einer Rohrlänge mit einem Außendurchmesser, der kleiner als der Innendurchmesser der Leitung ist, die selbst ein Rohr umfassen kann, und hat ein geschlossenes Ende und ein offenes Zulaufende. Das Volumen der zweiten Flüssigkeit, das pulsierend in die erste Flüssigkeit abgegeben wird, wird vom Volumen des Verteilers bestimmt. Außerdem können die Länge und der Durchmesser des Verteilers so gewählt werden, daß die Homogenität der gemischten ersten und zweiten Flüssigkeit entsprechend der bevorzugten Pulsierrate und des Stoßvolumens der zweiten Flüssigkeit erreicht wird.
Für eine maximale Wirkung sind die Öffnungen vorzugsweise sowohl in Längsrichtung als auch entlang des Umfangs des Verteilers im wesentlichen gleichmäßig angeordnet. Praktischerweise umfassen die Öffnungen Perforationen, und deren Größe kann in Abhängigkeit von der Art der betreffenden ersten und zweiten Flüssigkeit, z. B. entsprechend ihrer Viskositäten, geändert werden.
Der Anmelder hat festgestellt, daß es mit dem vorstehend genannten Mischverfahren möglich ist, ein festgelegtes Volumen der gesättigten Salzlösung bereitzustellen und dieses Volumen gleichzeitig im Wasser zu verteilen, so daß ein kontinuierlicher Strom der gleichmäßig gemischten Salzlösung erzeugt wird. Durch diese Maßnahme können vor dem Eintritt in die Zelle echte repräsentative Messungen der spezifischen elektrischen Leitfähigkeit der Salzlösung vorgenommen werden.
Die Endkonzentration der gemischten Salzlösung wird von dem Volumen des Verteilers, der Pulsierrate der gesättigten Salzlösung in den Verteiler und dem Durchsatz des Verdünnungsmittels Wasser bestimmt. Der Anmelder hat z. B. berechnet, daß der Verteiler für die Erzeugung einer 0,3%igen Salzlösung aus einer gesättigten Salzlösung mit etwa 12% Gew./Vol. eine Länge von mehr als etwa 0,19 m aufweisen sollte. Idealerweise haben die Perforationen im Verteiler einen Innendurchmesser von etwa 1 mm, und für diesen Anwendungszweck sind etwa zehn Perforationen ausreichend.
Bei einem typischen System, das das erfindungsgemäße Verfahren durchführt, wird die gesättigte Salzlösung vorzugsweise mit einer Rate von etwa 1 bis 5 Liter pro Stunde pulsierend zugegeben, und das Verdünnungsmittel Wasser wird mit einer Rate von etwa 150 bis 250 Liter pro Stunde zugeführt, um die zu erzielende Chloridkonzentration aus dem Verteiler zu erreichen.
Es ist selbstverständlich, daß der Durchsatz des Verdünnungsmittels Wasser weitestgehend vom Druck der Zufuhr bestimmt wird und durch deren Staudruck gesteuert werden kann. Nach einer anderen Ausführungsform oder zusätzlich dazu kann der Wasserdruck geregelt werden, indem man das Wasser durch einen oder mehrere Durchflußbegrenzer, z. B. in Form von einer oder mehreren Öffnungen, strömen läßt, die entlang des Strömungswegs des Verdünnungsmittels vorgesehen sind. Idealerweise kann die Größe der oder jeder Öffnung erhöht oder verringert werden, um den Strom einzustellen. Auf diese Weise kann die Öffnungsgröße der oder jeder Öffnung geeignet geändert werden, um den Ausstoß der Pumpe bei einem konstanten Strom zu regeln.
Wenn nunmehr der erforderliche Salzgehalt z. B. durch das vorstehend genannte Mischverfahren erreicht ist, wird der tatsächliche Strom der Salzlösung in die Zelle vor dem Eintritt in die Zelle vorzugsweise mittels eines oder mehrerer Strömungsregler geregelt. Idealerweise wird die Zufuhr der Salzlösung so aufgeteilt, daß der Kammer, die die Anode aufweist, ein Anteil zugeführt wird und der Rest der Kammer zugeführt, die die Kathode aufweist. Vorteilhafterweise weist der Katholytzulauf seinen eignen Regler auf.
Vorzugsweise wird der Kammer der Anode ein größerer Anteil der Salzlösung zugeführt als er der Kammer der Kathode zugeführt wird. Der Anmelder hat festgestellt, daß ein Verhältnis von mindestens 80% zu 20%, das der Kammer der Anode bzw. der der Kathode zugeführt wird, besonders geeignet ist, um aus dem Anolyt eine biozide Lösung zu erzeugen. Auf diese Weise wird die Menge des nützlichen Produktes außerdem auf einen Höchstwert gebracht, während die Abwassermenge minimiert wird. Ein besonders bevorzugtes Zulaufverhältnis beträgt 88% Salzlösung zur Anode und 12% zur Kathode.
Diese parallele Einsatzmenge für die beiden Kammern der Zelle stellt eine weitere Unterscheidung gegenüber dem Stand der Technik dar, der die Verwendung von Einsatzmengenserien, zuerst zur Kammer der Kathode und dann zur Kammer der Anode, beschreibt. Ein solcher dualer paralleler Durchlauf sorgt für eine noch bessere Steuerung und Regulierung der Zusammensetzung der Ausgabelösung, wodurch im wesentlichen gesichert wird, daß das Endprodukt die geforderten bioziden Eigenschaften hat.
Es ist selbstverständlich, daß das elektrochemische Verfahren durch eine Vielzahl von elektrisch in Reihe und hydraulisch parallel verbundenen Elektrolysezellen erreicht werden kann. Folglich sollte hier der Bezug auf eine Elektrolysezelle so gedeutet werden, daß eine Vielzahl derartiger Zellen eingeschlossen ist.
Zusammenfassend ist es durch Anlegen eines konstanten elektrischen Stroms entlang der Zelle und die Verwendung eines konstanten Durchsatzes von Chloridionen durch die Zelle, wie es vorstehend beschrieben ist, möglich, eine Ausgabelösung aus der Kammer der Anode zu erzeugen, die ausreichend verfügbares ungebundenes Chlor aufweist, um der Lösung biozide Eigenschaften zu verleihen.
Somit kann die Erfindung nach einer anderen Ausführungsform als Verfahren zum Erzeugen einer bioziden Lösung angegeben werden, bei dem Wasser und eine wäßrige Salzlösung gemischt werden, so daß eine Salzlösung mit einer konstanten Konzentration bereitgestellt wird, die mit einem konstanten Durchsatz durch eine Elektrolysezelle geleitet wird, und ein konstanter elektrischer Strom durch die Salzlösung in der Zelle geleitet wird, so daß eine Ausgabelösung erzeugt wird, die die gewünschte Menge an verfügbarem ungebundenem Chlor aufweist.
Wie bereits erwähnt, hängt die biozide Wirksamkeit der Ausgabelösung und insbesondere des Anolyts, der für die Quelle von verfügbaren ungebundenen Chlor sorgt, stark von deren pH-Wert ab. Es ist folglich vorteilhaft, den abschließenden pH-Wert des Anolyts anzupassen, so daß er sich für den gewünschten Endverbrauch eignet. Zum Beispiel ist, wie es auch in der gleichzeitig anhängigen Patentanmeldung des Anmelders GB 9919951.5 beschrieben ist, ein pH-Wert von etwa 5 für die Verwendung bei der Behandlung von Schenkelvenengeschwüren geeignet, um eine bakterielle Infektion zu verringern, wohingegen für die Verwendung bei der Desinfektion und Sterilisation von wärmeempfindlichen Endoskopen ein pH-Wert von 5 bis 7 besser geeignet ist. Um eine Beeinträchtigung von pH-empfindlichem Material zu vermeiden, kann ein neutraler pH-Wert von etwa 7 geeignet sein. Folglich weist das erfindungsgemäße Verfahren ferner vorzugsweise das Einstellen des pH-Wertes der Ausgabelösung auf, was wiederum erfordert, daß der pH-Wert des Anolyts überwacht wird.
Eine Änderung des pH-Wertes der Ausgabelösung kann bequem erreicht werden, wenn dem Anolyt zumindest ein Teil des Katholyts zugegeben wird. Der Katholyt kann dem Anolyt entweder stromaufwärts oder stromabwärts der Zelle zugegeben werden. Vorzugsweise wird zumindest ein Teil des Katholyts in die Kammer der Anode rezirkuliert. Der Anteil des Katholyts, der dem Anolyt zugegeben wird, hängt vom geforderten abschließenden pH-Wert ab und kann durch laufende Untersuchungen bestimmt werden. Folglich weist das erfindungsgemäße Verfahren vorzugsweise auch eine Regelung des Anteils des dem Anolyt zugegebenen Katholyts auf.
Ein weiterer Vorteil, der durch das Rezirkulieren von einem Teil des Katholyts erreicht wird, ist eine Verringerung der tatsächlichen Menge des Katholyts, die in das Abwasser gelangt. Das ist besonders erwünscht, da der Katholytabfall Natriumhydroxid enthält. Durch das Rezirkulieren des Katholyts hat der Anmelder eine Verringerung des Abwassers auf weniger als 10% der gesamten Flüssigkeit erreicht, die in die Zelle eingeführt wurde, und selbst diese Abwassermenge kann zudem wesentlich verringert werden. Es ist selbstverständlich, daß eine Verringerung der Menge des flüssigen Abfalls auf derartige Werte einen beträchtlichen Vorteil bietet, wenn Ressourcen wie Wasser, eine sehr große Bedeutung haben. Durch Verwendung eines Nebenproduktes des Verfahrens zur Steuerung des pH-Wertes kann zudem die externe Zufuhr einer anderen Prozeßkomponente vermieden werden, die andernfalls für die Steuerung des pH-Wertes erforderlich sein kann.
Es ist wird angenommen, daß die Ausgabelösung ihre bioziden Eigenschaften dem Vorhandensein des verfügbaren ungebundenen Chlors in Form von oxidierenden Spezies verdankt, wozu Hypochlorsäure (HOCl) und Natriumhypochlorit (NaOCl^–) gehören. Solche reaktiven Spezies weisen eine begrenzte Haltbarkeit auf, und somit nimmt deren biozide Wirksamkeit mit dem Alter ab, während der pH-Wert der Ausgabelösung gewöhnlich im Verlauf der Zeit konstant bleibt.
Obwohl die Ausgabelösung folglich bei der Erzeugung die gewünschte biozide Wirksamkeit hat, besteht die Gefahr, daß diese außerhalb der geforderten Vorschriften liegt, wenn sie über irgendeinen Zeitraum aufbewahrt wird, statt sie sofort zu verwenden. Als weitere Sicherheitsmaßnahme weist das erfindungsgemäße Verfahren folglich ferner das Entsorgen der Ausgabelösung nach einem Zeitraum auf. In diesem Zusammenhang hat der Anmelder festgestellt, daß die Ausgabelösung über einen Zeitraum von mehr als 24 Stunden im allgemeinen einen ausreichenden Wert der bioziden Wirksamkeit beibehält. Um jedoch sicher zu sein, daß die Ausgabelösung ausreichend biozid ist, weist das Verfahren das Entsorgen von ungebrauchter Ausgabelösung auf, wenn sie nicht innerhalb von etwa 24 Stunden nach ihrer Erzeugung benutzt wird.
Der Anmelder hat festgestellt, daß das Verdünnen der Ausgabelösung bakterienfreies Wasser erzeugt, das einen gewissen Teil der bioziden Eigenschaften der Ausgabelösung beibehält. Ein solches bakterienfreies Wasser weist eine Anzahl von Verwendungszwecken auf, dazu gehört das Spülen von wärmeempfindlichen medizinischen Instrumenten nach dem Desinfizieren oder Sterilisieren und das Spülen von Glasgegenständen für die sterile Produktion im Labor oder in der Pharmazie. Für solche Spülmittel gelten ständig neue Standards, und der Anmelder nimmt an, daß die Eigenschaften der gemäß der vorliegenden Erfindung erzeugten Ausgabelösung, wenn sie verdünnt ist, für ein effektives bakterienfreies Wasser sorgen (hier nachfolgend als bakterienfreies Spülwasser bezeichnet, nur um es von der reinen Ausgabelösung zu unterscheiden), das die geforderten Standards übertrifft. Deshalb weist das erfindungsgemäße Verfahren ferner vorteilhafterweise einen Schritt auf, bei dem die Ausgabelösung verdünnt wird, so daß bakterienfreies Spülwasser erzeugt wird.
Der Anmelder nimmt an, daß die für die Erzeugung des Spülwassers verwendete Ausgabelösung vorzugsweise nicht älter als etwa 3 Stunden ist, um die biozide Wirksamkeit des bakterienfreien Spülwassers zu sichern. Entsprechend der verschiedenen Maßnahmen für die Betriebssicherheit beim bevorzugten erfindungsgemäße Verfahren wird jede Ausgabelösung, bei der festgestellt wird, daß sie außerhalb der geforderten Vorschriften liegt, unabhängig von ihrem Alter im allgemeinen als Abwasser entsorgt. Für die Zwecke von bakterienfreiem Spülwasser wird sogar eine "den Vorschriften entsprechende" Ausgabelösung nicht für die Erzeugung von bakterienfreiem Spülwasser verwendet, wenn sie das geforderte Höchstalter überschreitet.
Damit für die Herstellung von bakterienfreiem Spülwasser nur ganz frisch erzeugte Ausgabelösung verwendet wird, ist es bevorzugt, daß die aus der Zelle austretende Ausgabelösung einem dazwischenliegenden Aufnahmeort, z. B. in Form einer ersten Aufnahmeeinrichtung, zugeführt wird, von dem die Ausgabelösung für die Herstellung von bakterienfreiem Spülwasser abgezogen werden kann. Jede Ausgabelösung, die nicht für die Herstellung von bakterienfreiem Spülwasser verwendet wird, wird zu einem weiteren Aufnahmeort, z. B. in Form einer Speichereinrichtung, geleitet.
Der Einfachheit halber kann die Ausgabelösung zuerst im dazwischenliegenden Aufnahmeort aufgenommen werden, und von dort kann sie in einen weiteren Aufnahmeort überlaufen, nachdem ein bestimmtes Volumen der Ausgabelösung erzeugt worden ist. Es ist noch günstiger, wenn sich der weitere Aufnahmeort unter dem dazwischenliegenden Aufnahmeort befinden kann, so daß die Ausgabelösung aus dem dazwischenliegenden Aufnahmeort direkt in diesen überlaufen kann. Idealerweise weist die dazwischenliegende Aufnahmeinrichtung einen Überlauftank auf, aus dem die Ausgabelösung in einen Speichertank überlaufen kann. Um Platz zu sparen und irgendeine Gefahr einer Verunreinigung von außen zu verringern, ist der Überlauftank vorzugsweise im Inneren des Speichertanks enthalten.
Der Überlauftank bietet eine ideale Stelle, an der geprüft und bestätigt werden kann, ob die Ausgabelösung die gewünschten Parameter aufweist. Folglich ist der Überlauftank vorzugsweise mit einer Einrichtung zum Messen des Redox-Potentials und des pH-Wertes versehen. Wenn die Messung zeigt, daß die Ausgabelösung, die in den Überlauftank gelangt, außerhalb der geforderten Vorschriften liegt, wird der gesamte Inhalt des Überlauftanks vorzugsweise zum Abwasser abgeleitet, wodurch eine Verunreinigung des zweiten Tanks, des Speichertanks, und von dessen Inhalt verhindert und die Gefahr der Herstellung von Spülwasser aus einer schlechten Lösung vermieden wird. In jedem Fall ist es erwünscht, daß der Inhalt des Speichertanks entsorgt wird, wenn er eine Ausgabelösung enthält, die er mehr als etwa 24 Stunden aufgenommen hatte. Um sicherzugehen, daß die schlechte Ausgabelösung, die in den Überlauftank gelangt, nicht zufällig in den Speichertank überläuft, ist es erwünscht, daß der Durchsatz der Ausgabelösung zum Abwasser höher als deren Durchsatz oder besser deren Überlaufrate, in den Speichertank ist.
Der dazwischenliegende Aufnahmeort ist vorzugsweise zur Atmosphäre hin offen, wodurch der Staudruck verringert wird, der auf die Zelle ausgeübt werden kann und für den die Zelle bekanntlich empfindlich ist. In dieser Hinsicht bietet der Überlauftank wiederum eine besonders geeignete Möglichkeit.
Es ist bevorzugt, wenn die dazwischenliegende Aufnahmeeinrichtung, wie der Überlauftank, ein ausreichendes Fassungsvermögen aufweist, um den typischen Bedarf nach bakterienfreiem Spülwasser aus der Ausgabelösung zu decken, wobei gleichzeitig das Volumen minimiert wird, das entsorgt würde, sollte die Ausgabelösung den Vorschriften nicht genügen. Es ist selbstverständlich, daß das ideale Fassungsvermögen vorn gewünschten Ausstoß der Vorrichtung abhängt.
Ein weiterer Vorteil der Verwendung eines Tanks, wie eines Überlauftanks, als dazwischenliegende Aufnahmeeinrichtung besteht darin, daß er ein bekanntes Fassungsvermögen bietet, in das zusätzliche Reagenzien zu der darin enthaltenen Ausgabelösung gegeben werden können. Es ist z. B. sehr erwünscht, der Ausgabelösung einen Korrosionsinhibitor zuzusetzen, um nicht nur die Korrosion der für die Erzeugung und Abgabe der Ausgabelösung verwendeten Vorrichtung sondern auch der Gegenstände zu verhindern, die der bioziden Lösung beim Sterilisieren und Desinfizieren ausgesetzt sind.
Folglich weist das erfindungsgemäße Verfahren ferner vorzugsweise einen Schritt auf, bei dem der Ausgabelösung ein Korrosionsinhibitor zugesetzt wird. Stärker bevorzugt wird der Korrosionsinhibitor nach der Bestätigung, daß die Ausgabelösung die gewünschten Parameter hat, und vor der Abgabe zugesetzt. Auf diese Weise wird die Korrosion irgendeiner Vorrichtung oder Ausrüstung, die mit der Ausgabelösung in Kontakt kommt, verringert oder im wesentlichen beseitigt.
Es ist jedoch wichtig, daß irgendein der Ausgabelösung zugesetzter Korrosionsinhibitor die bioziden Eigenschaften nicht bedeutend beeinflußt. Außerdem ist es auch wichtig, daß die ungiftigen, ungefährlichen Eigenschaften der bioziden Lösung nicht beeinträchtigt werden. In dieser Hinsicht weist ein bevorzugter Korrosionsinhibitor eine Kombination aus einem Polyphosphat und einem Molybdat, stärker bevorzugt ein Gemisch von Natriumhexametaphosphat und Natriummolybdat, auf.
Der Einfachheit halber ist es erwünscht, wenn man die Ausgabelösung nach Bedarf an oder in der Nähe der Stelle, wo die Lösung verwendet werden soll, z. B. in einem Krankenhaus, erzeugen könnte. Auf diese Weise läßt sich der notwendige Transport der Ausgabelösung, z. B. in Flaschen, zu der Stelle vermeiden, an der die Lösung verwendet werden soll. Mit anderen Worten ermöglicht es das erfindungsgemäße Verfahren vorzugsweise, daß die Ausgabelösung direkt zur Verwendung abgegeben wird.
Obwohl die Ausgabelösung aus der Zelle direkt zur Verwendung abgegeben werden kann, wenn sofortiger Bedarf nach der Lösung besteht, ist es auch erwünscht, daß die Ausgabelösung und bakterienfreies Spülwasser, falls erzeugt, aufbewahrt werden können, bis sie gebraucht werden. Es ist selbstverständlich, daß das Fassungsvermögen einer solchen Speichereinrichtung im allgemeinen je nach dem geforderten Endverbrauch und der Bedarfsmenge bestimmt wird. Diese Speichereinrichtung hat natürlich im allgemeinen ein größeres Fassungsvermögen als die dazwischenliegende Aufnahmeeinrichtung oder der Überlauftank. Der Anmelder hat z. B. festgestellt, daß eine Speicherkapazität von etwa 90 l ausreicht, um den Bedarf einiger typischer Spülapparate-Desinfektionsapparate zu decken, die in möglichst kurzer Zeit gefüllt werden müssen. Solche Spülapparate-Desinfektionsapparate werden häufig zum Sterilisieren medizinischer Instrumente, wie Endoskope, verwendet. Außerdem wird das Volumen der erzeugten Ausgabelösung von der Anzahl der verwendeten Elektrolysezellen bestimmt, und folglich sollte das Fassungsvermögen der Speichereinrichtung idealerweise ausreichend sein, um diesem Volumen gerecht zu werden. In diesem Zusammenhang ist festgestellt worden, daß acht Zellen, die hydraulisch parallel mit einander verbunden sind, ein Volumen von etwa 200 Liter pro Stunde erzeugen können.
Ein weiterer Vorteil läßt sich feststellen, wenn das Volumen der Ausgabelösung und/oder des bakterienfreien Spülwassers, das gespeichert ist, ausreicht, um das erforderliche Verteilen irgendwelcher Zusätze, wie Korrosionsinhibitor, für die Lösungen zu erleichtern.
Als ein weiterer Sicherheitsmechanismus ist es bei diesem System, das die Ausgabelösung erzeugt, sehr wünschenswert, wenn es selbstüberwachend ist. Sollte dabei festgestellt werden, daß irgendwelche Parameter, wie Prozeß- oder Materialparameter, außerhalb der gewünschten Werte liegen, oder sollten irgendwelche schnellen oder unerwarteten Veränderungen erfaßt werden, kann das System alarmiert werden. Messungen können z. B. anzeigen, daß mehr Ausgangsmaterialien erforderlich sind oder daß ein Fehler beim Produktionsprozeß vorliegt. Durch Einführen der Selbstüberwachung im Zusammenhang mit einem Alarmmechanismus kann die Gefahr der Erzeugung eines Volumens der Ausgabelösung wesentlich verringert werden, die die Vorschriften nicht erfüllt.
Vorteilhafterweise enthält das System einen Eigenalarmmechanismus, der vorzugsweise dafür ausgelegt ist, eine Selbstkorrekturmaßnahme auszulösen und/oder einem Anwender des Systems zu melden, daß es einen Fehler oder Bedarf gibt. Wenn möglich ist jedoch eine Selbstkorrektur bevorzugt, bevor Alarm gegeben wird. Eine Selbstregulierung des Durchsatzes kann z. B. schon alles sein, was erforderlich ist, um Schwankungen des örtlichen Wasserdrucks und des Alkaligehalts gerecht zu werden, während eine Unterbrechung der zugeführten Einsatzmenge des Wassers nicht unbedingt einer Selbstkorrektur zugänglich ist. Als weitere Vorsichtsmaßnahme zur Sicherheit oder Betriebssicherheit ist es bevorzugt, daß die Erzeugung der Ausgabelösung unterbrochen wird, sollte eine Selbstkorrektur nicht möglich sein oder wenn es keine Reaktion auf einen Alarm gibt. Auf diese Weise kann die Möglichkeit, daß eine Ausgabelösung abgegeben wird, die die gewünschten Parameter nicht erfüllt, im wesentlichen vermieden werden.
Nach einem weiteren Gesichtspunkt ist es erwünscht, wenn es das System erlaubt, daß der Benutzter mit dem Produktionsprozeß in Wechselwirkung treten kann, um eine Information über die Leistung des Systems zu erhalten. Eine solche Wechselwirkung ermöglicht es dem Benutzer idealerweise zu bestätigen, daß der Produktionsprozeß geeignet arbeitet, und wenn nicht, stellt sie dem Benutzer eine Richtlinie zur Verfügung, welche Maßnahme(n) ergriffen werden kann (können) oder sollte(n), um irgendwelche Fehler oder Mängel zu beseitigen. Natürlich ist es wahrscheinlich, daß irgendwelche Fehler oder Mängel des Systems, die der Selbstkorrektur nicht zugänglich sind, bereits durch einen Alarm die Aufmerksamkeit des Benutzers erzielt haben. In den Fällen, bei denen sich Fehler oder Mängel vom Anwender nicht leicht beseitigen lassen oder bei denen es einen Hinweis gibt, daß das System gewartet werden muß, kann der Anwender sofort einen Fachmann anrufen.
Es ist jedoch vorteilhaft, wenn der Anwender unter anderen Bedingungen als bei einem Alarm mit dem System in Wechselwirkung treten kann, damit der Anwender z. B. in der Lage ist festzustellen, ob es ausreichend Ausgabelösung und/oder bakterienfreies Spülwasser zur Deckung des erwarteten Bedarfs gibt oder nicht, um dem Anwender zu empfehlen zu warten, bis ausreichend Ausgabelösung erzeugt worden ist, oder Salz und/oder Wasser zuzusetzen. Außerdem kann der Anwender mit einer Information bezüglich der Leistung der Zelle und/oder ihrer vorhergesagten Haltbarkeit versorgt werden, wodurch es möglich wird, die Zelle zu einem günstigen Zeitpunkt zu ersetzen, statt auf ein Versagen der Zelle reagieren zu müssen.
Es ist selbstverständlich, daß die Benutzeroberfläche von computerisierten Einrichtungen, z. B. unter Bereitstellung einer geeigneten Hardware und Software, regiert werden kann. Das System kann typischerweise von einem Mikroprozessor gesteuert werden, wobei die Oberfläche idealerweise durch einen Bildschirm, eine Kleintastatur und/oder eine Druckereinrichtung bereitgestellt wird, so daß für eine interne Steuerung gesorgt wird.
Obwohl es bevorzugt ist, daß das Verfahren, mit dem die Ausgabelösung erzeugt wird, selbstregulierend ist, ist es in dem Fall, bei dem der Fehler durch Selbstregulierung nicht korrigiert werden kann, von Vorteil, wenn Selbstdiagnoseeinrichtungen vorgesehen sind, um wenn möglich die Art des Fehlers festzustellen. Folglich ist es bevorzugt, daß das erfindungsgemäße System ferner eine Serviceoberfläche aufweist, durch die ein Techniker auf eine Diagnoseinformation zugreifen kann, bevor er eine Abhilfemaßnahme ergreift. Wie bei der Benutzeroberfläche wird auch die Serviceoberfläche von einer geeigneten Software regiert.
Der Flexibilität und Einfachheit halber ist es bevorzugt, daß entweder intern oder aus der Ferne über ein Modem oder das Internet auf die Serviceoberfläche zugegriffen werden kann. Ein Vorteil davon, daß der Zugriff aus der Ferne möglich ist, besteht darin, daß ein Techniker die Vorrichtung regelmäßig prüfen kann, ohne daß er an den Ort der Vorrichtung fahren muß. Das ist von beträchtlichem Vorteil, wenn das System an einer entfernt liegenden Stelle installiert ist.
Die Serviceoberfläche kann auch dafür ausgelegt sein, den Verlauf des Produktionsprozesses anzugeben, z. B. wie der Produktionsprozeß innerhalb eines Zeitraums funktioniert hat, und folglich die Resthaltbarkeit einer bestimmten Komponente zu ermitteln. Der Verbrauch der Ausgabelösung kann ebenfalls periodisch überwacht werden. Es kann z. B. für unterschiedliche Ebenen des Zugriffs auf die Serviceoberfläche gesorgt werden, z. B. kann der Zugriff auf den Verlauf des Produktionsprozesses auf das technische Personal beschränkt sein.
Ein weiterer Vorteil ist zu erkennen, wenn ein Systemtechniker ein Hilfsmittel erhält, um Betriebsparameter wenn möglich aus der Ferne zu ändern, womit es folglich seltener erforderlich ist, daß der Techniker das System wartet, wenn der Prozeß nur einer geringfügigen Regulierung bedarf. Damit kann der Techniker das System auch überwachen, damit es weiterhin reibungslos arbeitet. Wenn der Zugriff aus der Ferne erleichtert wird, ist es tatsächlich möglich, daß der Techniker Regulierungen des Systems ausreichend vor der Auslösung irgendeines Alarmmechanismus vornimmt. Auf diese Weise kann der Eingriff durch den Anwender bei einem Minimum gehalten werden. Bei typischen Bedingungen kann der Anwender tatsächlich nur erforderlich sein, um das System in geeigneten Abständen mit Salz zu beschicken, da irgendwelche anderen Steuerungen oder Regulierungen vom System selbst oder durch die Serviceoberfläche aus der Ferne erfolgen.
Wenn für den Zugriff aus der Ferne über das Internet gesorgt wird, wird z. B. erwogen, daß ein solcher Zugriff auch eine Einrichtung einschließen kann, mit der das System bei einem Problem den Techniker, z. B. durch eine E-Mail, alarmieren kann, so daß die Vorrichtung gewartet werden kann, bevor ein möglicherweise ernsthafterer Fehler auftritt. Man kann den Techniker auch per Fax, Kurznachrichtendienst (SMS) oder durch eine andere derartige Maßnahme alarmieren. All diese Merkmale der Serviceoberfläche können dazu beitragen, die Abschaltzeit der Vorrichtung zu verringern und den Sitz der Vorrichtung an unterschiedlichen Orten zu erleichtern.
Alle vorstehend genannten Merkmale tragen dazu bei, ein System bereitzustellen, das eine Ausgabelösung für den Gebrauch abgibt, die ausreichend verfügbares ungebundenes Chlor aufweist, so daß die Lösung biozide Eigenschaften erhält. Mit anderen Worten wird es durch die verschiedenen selbstprüfenden und Alarmmechanismen selbstverständlich, daß das System geeignet ist, die Abgabe einer Ausgabelösung zu verhindern, die nicht den Vorschriften entspricht.
Nach einem weiteren Gesichtspunkt betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zur Erzeugung einer Ausgabelösung mit einer bestimmten Menge an verfügbarem ungebundenem Chlor, die folgendes aufweist:
eine Einrichtung zum Enthärten von Prozeßwasser;
einen Tank (20) für eine Auffrischung aus einer gesättigten Salzlösung, der eine gesättigte Salzlösung enthält, einen Tank (14) für Prozeßwasser, der enthärtetes Prozeßwasser enthält, und eine Einrichtung zum Mischen der gesättigten Salzlösung mit dem enthärteten Prozeßwasser, so daß eine Salzlösung erzeugt wird;
eine Elektrolysezelle, die eine Kammer einer Anode (62) und eine Kammer einer Kathode (64) aufweist, die durch einen Separator getrennt sind, wobei jede Kammer eine Zuleitung (58, 60), durch die die Salzlösung in die Kammern eingeführt wird, und Anolyt- und Katholytleitungen für die Aufnahme eines Anolyts bzw. eines Katholyts aufweist, die die Zelle verlassen;
eine Einrichtung zum Messen der spezifischen elektrischen Leitfähigkeit der Salzlösung, bevor sie in die Zelle gelangt;
eine Einrichtung zum Regeln des Stroms der gesättigten Salzlösung und/oder des Stroms des enthärteten Prozeßwassers, damit die spezifische elektrische Leitfähigkeit der Salzlösung auf einen Wert innerhalb bestimmte Grenzwerte gebracht wird, bevor sie in die Zelle gelangt;
eine Einrichtung zum Leiten der Salzlösung mit einer im wesentlichen konstanten Chloridionenkonzentration durch die Zelle;
eine Einrichtung zum Anlegen eines im wesentlichen konstanten elektrischen Stroms an die Zelle, so daß der Anolyt und der Katholyt erzeugt werden;
eine Einrichtung zum Zuführen von zumindest einem Teil des Katholyts aus der Kammer der Kathode (64) zur Zuleitung (58) der Kammer der Anode (62); und
eine Einrichtung zum Abgeben der Ausgabelösung aus der Zelle, wobei der Anolyt die Ausgabelösung darstellt.
Es ist selbstverständlich, daß es durch eine solche Vorrichtung möglich ist, fast überall eine Ausgabelösung mit bioziden Eigenschaften zu erzeugen, wo eine Versorgung mit Prozeßwasser, Salz und Elektrizität besteht.
Die Vorrichtung ist vorzugsweise mit einer Wasserzulaufeinrichtung ausgestattet, die einen Zufuhrtank zum Speichern und Abgeben von Prozeßwasser aufweist. Da der Druck einer örtlichen Wasserquelle schwanken kann, kompensiert ein solcher Zufuhrtank irgendwelche Schwankungen und wirkt dadurch als hydraulischer Kondensator. Der Zufuhrtank hat geeigneterweise ein ausreichendes Fassungsvermögen, um irgendwelchen derartigen Schwankungen gerecht zu werden. Ein weiterer Vorteil des Speicherns von Prozeßwasser besteht darin, daß der Zufuhrtank für eine "Reserve"-Wasserzufuhr für das Verfahren sorgt, sollte die örtliche Versorgung aus irgendeinem Grund unterbrochen sein.
Die Vorrichtung für die Erzeugung einer Salzlösung mit einer im wesentlichen konstanten Chloridkonzentration weist vorzugsweise eine Salzzulaufeinrichtung, eine Wasserzulaufeinrichtung, eine Einrichtung zum Auflösen des Salzes im Wasser, so daß eine gesättigte Salzlösung erzeugt wird, eine Einrichtung zum Mischen und Verdünnen der gesättigten Salzlösung bis zur gewünschten Konzentration und eine Einrichtung auf, mit der die resultierende Salzlösung der Elektrolysezelle mit einer geregelten Rate zugeführt wird.
Es ist bevorzugt, daß die Salzzulaufeinrichtung eine Schütte aufweist, die idealerweise eine bekannte Menge aufnimmt, wenn sie bis zu einem bestimmten Niveau gefüllt ist, und die Salz zu einem Tank für eine Auffrischung aus einer konzentrierten Salzlösung transportiert. Der Anmelder hat z. B. festgestellt, daß etwa 6 kg Salz geeignet sind, da dies einer leicht zu handhabenden Menge entspricht und bei typischen Betriebsbedingungen eine angemessene Salzzufuhr für die Vorrichtung für einen Zeitraum von z. B. 2 Tagen darstellt.
Salz wird im allgemeinen im Wasser aus der Zulaufeinrichtung gelöst, so daß im Tank für die Auffrischung eine gesättigte Salzlösung erzeugt wird. Nach dem Zulauf von frischem Salz ist die Lösung zumindest anfangs eine gesättigte Salzlösung. Im Tank für die Auffrischung kann ein Niveaudetektor vorgesehen sein, so daß angezeigt wird, wenn das Salzniveau nicht ausreicht, um eine gesättigte Lösung zu erzeugen. Ein solcher Detektor ist vorzugsweise mit einem Alarmmechanismus, wie einem sichtbaren oder hörbaren Alarm, verbunden, der ausgelöst wird, um den Anwender zu warnen, daß mehr Salz erforderlich ist. Außerdem ist die Vorrichtung vorzugsweise mit einem Mechanismus ausgestattet, der so gestaltet ist, daß die Erzeugung der Ausgabelösung unterbrochen wird, wenn nicht innerhalb eines vorgeschriebenen Zeitraums auf den Alarm reagiert wird.
Die gesättigte Salzlösung wird bis zu gewünschten Konzentration mit Prozeßwasser verdünnt. Wie bereits beschrieben, wird dies vorzugsweise dadurch erreicht, daß gesättigte Salzlösung, z. B. unter Verwendung einer peristaltischen Pumpe, aus einem Behälter für eine Auffrischung pulsierend in einen Prozeßwasserstrom gegeben wird, der durch einen Verteiler vom Zufuhrtank geliefert wird. Der Verteiler kann mit einer Reihe von Öffnungen versehen sein, wodurch gesichert wird, daß die Stöße der gesättigten Salzlösung im wesentlichen gleichmäßig im Prozeßwasser verteilt werden. Durch diese Maßnahme kann eine Salzlösung mit der gewünschten Konzentration erzeugt werden.
Um die Konzentration von Chloridionen in der entstandenen Salzlösung festzustellen, ist außerdem geeigneterweise ein Leitfähigkeitssensor oder irgendeine andere geeignete Meßeinrichtung vorgesehen, bevor die Lösung in die Zelle gelangt. Wenn die gemessene Chloridionenkonzentration nicht im gewünschten Bereich liegt, kann die Pumprate der gesättigten Salzlösung und/oder des Prozeßwassers über eine Rückkopplungseinrichtung von der Leitfähigkeitssonde reguliert werden. Außerdem kann ein oder mehrere Durchflußregler als Feinabstimmungsmechanismus für die in die Zelle gelangende Salzlösung vorgesehen sein.
Wenn die spezifische elektrische Leitfähigkeit bestätigt und der Strom entsprechend geregelt worden ist, wird die Salzlösung in eine Elektrolysezelle eingeführt. Elektrolysezellen für die Erzeugung von bioziden Lösungen sind natürlich bekannt und weisen vorzugsweise koaxiale zylindrische und stabförmige Elektroden auf, die durch einen Separator, wie eine semipermeable oder ionenselektive Membran, getrennt sind. Die Elektroden bestehen gewöhnlich aus Titan, und die Anode ist mit einer aktiven Schicht aus einem Metalloxid versehen. Im allgemeinen sind die zylindrische Elektrode mit dem positiven Pol einer Stromquelle und die stabförmige Elektrode mit dem negativen Pol verbunden, es ist jedoch auch eine umgekehrte Anordnung bekannt.
Obwohl im erfindungsgemäßen System solche bekannten Zellen verwendet werden können, hat der Anmelder eine neue Zelle entwickelt, die besonders geeignet ist. Nach einem weiteren Gesichtspunkt betrifft die vorliegende Erfindung folglich eine Elektrolysezelle, die eine Kammer einer Anode und eine Kammer einer Kathode aufweist, die durch einen Separator getrennt sind, wobei die Kammer der Anode und die Kammer der Kathode mit einer Anode bzw. einer Kathode ausgestattet sind, wobei jede Kammer zumindest einen Einlaß und einen Auslaß aufweist, wobei der Separator in Form einer semipermeablen Membran vorliegt, die eine auf Aluminiumoxid basierende Keramik umfaßt, die Zirconiumoxid und Yttriumoxid enthält.
Selbstverständlich ist es eine erwünschte Funktion des Separators, daß er ausreichend permeabel ist, damit ein angemessener Strom der Lösung zwischen den beiden Kammern möglich ist, so daß ein akzeptabler elektrischer Widerstand entsteht, wohingegen er ausreichend undurchlässig ist, damit das Mischen der Anolyt- und der Katholytlösung insgesamt verhindert wird. In diesem Zusammenhang hat der Anmelder festgestellt, daß eine Keramik diese Funktion erfüllt, die bis zu 20% Zirconiumoxid und bis zu 2% Yttriumoxid aufweist. Stärker bevorzugt besteht die Keramik im wesentlichen aus 80% Aluminiumoxid, 18,5% Zirconiumoxid und 1,5% Yttriumoxid. Die Porosität der Keramik liegt vorzugsweise im Bereich von 50 bis 70% und die Porengröße zwischen 0,3 und 0,5 μm. Die Keramik hat ferner vorzugsweise eine Wanddicke von 0,3 bis 1,0 mm.
Eine besonders geeignete Zusammensetzung der Keramikmembran und ein Verfahren zu deren Herstellung sind in der Beschreibung der gleichzeitig anhängigen Anmeldung Nr. GB 9914396.8 dieses Anmelders offenbart, deren Inhalt hier als Bezug erwähnt wird.
Eine andere Trenneinrichtung kann von einer ionenselektiven Membran bereitgestellt werden, die einen perfluorierten Kohlenwasserstoff aufweist, der ionische Sulfonatgruppen enthält, die Kanäle aufweist, die nur den Durchgang von Kationen durch die Membran erlauben, z. B. die von DuPont unter der Handelsbezeichnung Nafion^® gelieferten Membranen.
Wie bei den genannten bekannten Zellen weist die Elektrolysezelle vorteilhafterweise koaxial angeordnete zylindrische und stabförmige Elektroden auf, wobei vorzugsweise die zylindrische Elektrode die Anode und die stabförmige Elektrode die Kathode bildet. Die Kathode hat entlang ihrer effektiven Länge vorzugsweise einen einheitlichen Querschnitt.
Die Anode ist ferner vorzugsweise aus Titan hergestellt und schließt wünschenswerterweise eine elektrokatalytische (aktive) Schicht für die Oxidation von Chloridionen, z. B. Gemische irgendeiner oder aller Verbindungen aus Rutheniumoxid, Iridiumoxid und Titanoxid, ein.
Die Elektrolysezelle kann nach einer anderen Ausführungsform eine Gestaltung von Filterpreßtyp mit flachen Elektroden aufweisen, die durch eine ionenselektive Membran wie die getrennt sind, die bereits aufgeführt wurde und unter der Handelsbezeichnung Nafion^® vertrieben wird. Eine solche Zelle ist jedoch weniger bevorzugt als die vom Typ mit zylindrischen und stabförmigen Elektroden.
Wie bereits beschrieben weist die Elektrolysezelle getrennte Kammern der Anode und der Kathode auf, und eine Salzlösung wird in beide Kammer eingeführt, wobei gleichzeitig zwischen den Elektroden ein konstanter elektrischer Strom angelegt wird. Die Ausgabelösung wird aus der Kammer der Anode zu einer Abgabeeinrichtung geleitet, wobei der Katholyt entweder direkt zum Abwasser geleitet wird, wenn auch zumindest ein Teil davon in die Anodenkammer rezirkuliert wird.
Die Abgabeeinrichtung weist vorzugsweise einen oder mehrere Speichertanks auf. Da es jedoch erwünscht ist, nur die Ausgabelösung zu verwenden, die innerhalb eines bevorzugten Zeitraums erzeugt worden ist, sowie es vorstehend beschrieben ist, hat der Anmelder eine Anordnung von Speichertanks erfunden, die dafür sorgt. Die Ausgabelösung wird folglich vorzugsweise in einen dazwischenliegenden Aufnahmetank, wie einen Überlauftank, gegeben, bevor sie zu einem oder mehreren Hauptspeichertanks transportiert wird.
Um zu bestätigen, daß die in den dazwischenliegenden Tank gelangende Ausgabelösung die gewünschten Eigenschaften aufweist, können Qualitätskontrolleinrichtungen, wie Redox- und pH-Sonden, enthalten sein, so daß Daten der Ausgabelösung bereitgestellt werden, wenn sie in den Tank gelangt. Der dazwischenliegende Tank kann ferner mit einer Abgabeeinrichtung versehen sein, um die Ausgabelösung, die nicht den Vorschriften genügt, zum Abwasser abzuleiten. Es kann auch eine andere Einrichtung vorgesehen sein, um eine Ausgabelösung, die den Vorschriften genügt, aus dem dazwischenliegenden Tank einem Speichertank zuzuführen, aus dem die Lösung für die Verwendung abgegeben und/oder in einen weiteren Speichertank geleitet werden kann, worin sie verdünnt werden kann, so daß bakterienfreies Spülwasser erzeugt wird.
Wenn er bis zu einem bestimmten Niveau gefüllt ist und bestätigt worden ist, daß dessen Redox-Potential und pH-Wert den Vorschriften genügen, ermöglicht der Überlauftank das Überlaufen der Ausgabelösung in den Hauptspeichertank.
Es ist selbstverständlich, daß durch die elektrochemische Reaktion in der Zelle Gase, wie Wasserstoff und Chlor, erzeugt werden. Da diese Gase möglicherweise gefährlich sind und Chlor selbst unangenehm riecht, ist es sehr erwünscht, diese Gas aus der Ausgabelösung zu entfernen, bevor sie zur Verwendung abgegeben wird. Die Gase werden vorzugsweise durch einen oder mehrere Filter aus der Ausgabelösung abgelassen. Idealerweise wird ein Filter, wie ein Kohlefilter, angeordnet, um die Gase aus der Ausgabelösung im Überlauftank und/oder anderen Speichertanks, wie dem Speichertank für bakterienfreies Spülwasser, einzufangen.
Für die meisten Anwendungszwecke ist die beschriebene Vorrichtung vorzugsweise in einer in sich abgeschlossenen Einheit enthalten. Sie kann jedoch nach einer anderen Ausführungsform z. B. in einem Modulformat vorgesehen sein, so daß sie vor Ort innerhalb der Einschränkungen des zur Verfügung stehenden Raums aufgebaut werden kann. Damit die Montage und die Wartung einfach sind, ob nun in sich abgeschlossen oder im Modulformat, ist es besonders geeignet, wenn zwischen den Komponenten der Vorrichtung Verbindungen in Form starrer Leitungen vorgesehen sind. Die Leitungen können durch Universalverbindungen oder Schraubverbindungen mit den Komponenten und/oder untereinander verbunden sein. Wenn die eine oder andere Komponente für die Wartung ausgetauscht oder entfernt wird, wird folglich die Verwendung von Werkzeugen, wie Spannstücken, im wesentlichen vermieden.
Bei der Montage der einzelnen Komponenten zum Zusammenbau der Vorrichtung hat der Anmelder weit mehr als eine derartige einfache Anordnung der Komponenten vorgenommen, bei der sie in einem geeignetem Gehäuse enthalten sind. Insbesondere hat der Anmelder viel Zeit und Mühe aufgewendet, um eine Anordnung zu erreichen, die sowohl praktische als auch technische Vorteile bietet. Der Anmelder hat z. B. die Komponenten so angeordnet, daß sich die verschiedenen Pumpen in einer geringen Höhe innerhalb der Vorrichtung befinden, wodurch nicht nur der Vorrichtung Stabilität verliehen sondern auch dazu beigetragen wird, Schwingungen der Vorrichtung zu vermindern, die durch den Betrieb der Pumpen hervorgerufen werden. In ähnlicher Weise sorgt die Anordnung der Zufuhrtanks für Prozeßwasser und des Tanks für eine Auffrischung aus einer konzentrierten Salzlösung in einer geringen Höhe für weitere Stabilität. Die Anordnung des Tanks für eine Auffrischung aus einer gesättigten Salzlösung in einer geringen Höhe ist ebenfalls besonders geeignet, da sie für das Beschicken aus der Salzschütte in einer bequemen Höhe sorgt.
Außerdem ist festgestellt worden, daß durch die Anordnung der Elektrolysezelle in einer Höhe, die über der der vorstehend genannten Zufuhrtanks liegt, der Staudruck auf die Zelle wesentlich vermieden wird. Da sich die Elektrolysezelle in einer relative großen Höhe befindet, ermöglicht dies außerdem, daß die Ausgabelösung ebenfalls in einer großen Höhe zu einem oder mehreren Speichertanks befördert werden kann. Auf diese Weise kann die Abgabe der Ausgabelösung aus dem oder jedem Speichertank, entweder als reine biozide Lösung oder als bakterienfreies Spülwasser, durch Schwerkraftförderung erreicht werden. Wenn es jedoch erforderlich ist, ein großes Volumen der Lösung innerhalb eines kurzen Zeitraums abzugeben, z. B. wenn es erforderlich ist, einen Waschapparat-Desinfizierapparat zu füllen, kann die Schwerkraftförderung allein nicht ausreichen, und somit ist es vorteilhaft, wenn die Ausgabeleitungen auch Pumpeinrichtungen aufweisen.
Selbstverständlich ist es sehr wünschenswert, wenn sich der Kohlefilter im Verhältnis zur Vorrichtung in einer großen Höhe befindet. Auf diese Weise kann das Ansammeln von durch die elektrochemische Reaktion erzeugten Gasen auf einen Höchstwert gebracht und die Gefahr minimiert werden, daß das Personal diesen Gasen ausgesetzt wird.
Es kann auch eine Einrichtung enthalten sein, um irgendeinen Austritt von Flüssigkeiten aus der Vorrichtung zu erfassen, wobei eine solche Erfassungseinrichtung vorteilhafterweise in Verbindung mit dem Anwender oder der Serviceoberfläche steht, so daß sofort eine Maßnahme zur Abhilfe ergriffen werden kann. Idealerweise liefert die Benutzer/Serviceoberfläche eine Information über die Quelle der Undichtigkeit. Die Lecksucheeinrichtung kann sich geeigneterweise in einer Tropfschale befinden, die an der Basis der Vorrichtung angeordnet ist.
Damit das System nicht durch mangelnde Reinheit in der Vorrichtung aufs Spiel gesetzt wird, ist des erwünscht, daß es, vorzugsweise durch einen automatischen Selbstreinigungszyklus, selbstreinigend ist. In diesem Zusammenhang ist es vorteilhaft, wenn der Selbstreinigungszyklus so gestaltet ist, daß gesichert ist, daß zumindest jene Teile der Vorrichtung gereinigt werden, die mit der Ausgabelösung in Kontakt kommen können. Effektiv bedeutet dies, daß verschiedene Leitungen, Ventile, Pumpen, Sonden, Verbindungsstücke und Speichertanks gereinigt werden müssen. Da die Vorrichtung dafür ausgelegt ist, eine Ausgabelösung mit bioziden Eigenschaften zu erzeugen, ist diese Lösung für die Durchführung der Reinigung ideal. Auf diese Weise wird die Vorrichtung auch desinfiziert und sterilisiert.
Das erfindungsgemäße Verfahren weist ferner folglich einen Schritt zur automatischen Selbstreinigung auf, bei dem die Ausgabelösung periodisch durch im wesentlichen die gesamte Vorrichtung geleitet wird. Da das System so arbeitet, daß verhindert wird, daß Ausgabelösung abgegeben wird, die nicht den Vorschriften genügt, ist es selbstverständlich, daß nur Ausgabelösung beim Reinigungsschritt verwendet werden kann, die die geforderten bioziden Eigenschaften hat.
Um sicherzugehen, daß beim Reinigungsverfahren alle Oberflächen der Speichertanks mit der Ausgabelösung in Kontakt kommen, ist es vorteilhaft, wenn die Lösung durch einen Sprühstab in jeden der Tanks eingeführt wird.
Um die Abschaltzeit des Systems zu minimieren ist es außerdem bevorzugt, daß die Durchführung des Selbstreinigungszyklus zu einem Zeitpunkt erfolgt, zu dem die Lösung wahrscheinlich am wenigsten benötigt wird, z. B. in der Nacht.
Es stellt eine bevorzugte Aufgabe der Erfindung dar, daß das System unabhängig von örtlichen Bedingungen arbeiten kann. Da sich die Art der Wasserversorgung zwischen Orten enorm ändern kann, z. B. deren Zufuhrdruck und -temperatur, Härte, pH-Wert und Mikrobenzahl, ist es erwünscht, ein System bereitzustellen, das so eingestellt werden kann, daß es unabhängig von diesen Parametern arbeitet. Folglich ist es vorteilhaft, wenn die Vorrichtung eine Einrichtung aufweist, mit der Parameter kompensiert werden, die außerhalb des bevorzugten Arbeitsbereichs liegen.
Druckschwankungen des zugeführten Wassers können z. B. durch den Zufuhrtank für Prozeßwasser kompensiert werden. Eine hohe Mikrobenzahl kann durch geeignete Filtration verringert werden, bevor das Wasser in die Zufuhrtanks gelangen kann, das gilt besonders für die Verwendung der Vorrichtung in Entwicklungsländern, wo das Wasser eine schlechtere Qualität haben kann.
Schwankungen des pH-Wertes des zugeführten Wassers können kompensiert werden, wenn der pH-Wert der Ausgabelösung auf den geforderten Wert eingestellt wird, indem ein Teil des Katholyts aus der Kammer der Kathode der Zelle in die Kammer der Anode rezirkuliert wird. Dieses Verfahren zur Einstellung des pH-Wertes und dessen Vorteile sind vorstehend beschrieben.
Die Wasserhärte kann das System ebenfalls beeinflussen, indem sie zu Ablagerungen von Magnesium- und Calciumionen nicht nur in den Zufuhrtanks sondern, was noch problematischer ist, in der Zelle selbst führt. Eine solcher Ablagerung kann zum Verstopfen des Separators führen, wodurch der Widerstand der Zelle steigt, und dieses erhöht wiederum den Verschleiß der Zelle. Dadurch nehmen die Haltbarkeit und die Wirksamkeit der Zelle ab. Die Verwendung von nicht enthärtetem Wasser kann es auch erschweren, den pH-Wert des Anolyts zu steuern. Folglich sind Einrichtungen vorgesehen, um die für die Härte verantwortlichen Ionen aus dem zugeführten Wasser zu entfernen oder zumindest die Menge solcher Ionen zu verringern, bevor es in die Zufuhrtanks gelangt. Solche Einrichtungen können übrigens geeignete Wasserenthärter, z. B. ein solcher sein, der ein Kationenaustauschharz enthält.
Aufgrund der vorstehend genannten Merkmale hat der Anmelder ein neues System für die Erzeugung einer äußerst wirksamen ungiftigen, bioziden Lösung konstruiert, die gegen eine Vielzahl von Bakterien, Pilzen, Viren und Sporen wirkt und für viele Anwendungszwecke geeignet ist, wozu das Desinfizieren und Kaltsterilisieren gehört. Außerdem kann das System unabhängig vom Ort betrieben und gewartet werden und erfordert für den Betrieb nur Wasser, Elektrizität und Salz. Das System kann entweder kontinuierlich oder je nach Bedarf betrieben und so reguliert werden, daß es eine Lösung erzeugt, die einem bestimmten Endverbrauch angepaßt ist. Aufgrund der verschiedenen darin enthaltenen betriebssicheren Mechanismen ist es zudem praktisch unmöglich, daß ein Endverbraucher mit einer bioziden Lösung mit unangemessener Wirksamkeit versorgt wird.
Zusammenfassend hat der Anmelder ein System erfunden, das nicht nur dazu dient, irgendwo vor Ort immer eine biozide Lösung bereitzustellen, die die gewünschten Vorschriften erfüllt, sondern auch eine solche Lösung je nach Bedarf zu liefern.
Damit die Erfindung einfacher zu verstehen ist, wird nunmehr als Beispiel auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, welche zeigen:
1 eine Ausführungsform der Erfindung schematisch;
2 ein detailliertes Fließschema der Erfindung, wie sie in 1 dargestellt ist;
3 einen Verteiler gemäß einem weitern Gesichtspunkt der Erfindung; und
4 eine Elektrolysezelle für die Verwendung in der vorliegenden Erfindung.
Es wird zuerst auf 1 Bezug genommen; die schematische Darstellung dieser Erfindung ist in drei hauptsächliche Behandlungsstufen aufgeteilt, und zwar eine Zulauf- und Vorbehandlungsstufe, eine Erzeugungsstufe und eine Speicher- und Abgabestufe. Obwohl auf Stufen Bezug genommen wird, ist es natürlich selbstverständlich, daß das erfindungsgemäße Verfahren kontinuierlich durchgeführt werden kann.
In der ersten Stufe (Zulauf und Vorbehandlung) gibt einen Trinkwasserzulauf der für die Zwecke der Erzeugung einer Salzlösung für die Verwendung in der Elektrolysezelle zuerst durch eine Wasserenthärterzone geleitet wird, in der überschüssige Magnesium- und Calciumionen entfernt werden. Das enthärtete Wasser wird dann in eine Prozeßwasser-Pufferzone geleitet, in der es aufgenommen wird, bis es für die Verwendung bei der Erzeugung von Salzlösung benötigt wird. Der Trinkwasserzulauf wird auch für die Verwendung bei der Herstellung von bakterienfreiem Spülwasser direkt zur Speicher- und Abgabestufe geleitet, für diesen Zweck muß das Wasser jedoch vor der Verwendung nicht enthärtet werden.
Die erste Stufe weist auch einen Zulauf von Salz (NaCl), gewöhnlich vakuumgetrocknetes, kristallines Salz, das kommerziell bis zu einem vereinbaren Standard hergestellt worden ist, zu einer Zone für die Erzeugung einer Salzlösung auf, in der aus dem Salz und dem enthärtetem Wasser, das über die Prozeßwasser-Pufferzone erhalten worden ist, eine gesättigte Salzlösung erzeugt wird.
Es ist ein weiterer Zulauf für zusätzliche Mittel, wie einen Korrosionsinhibitor, vorgesehen, der dazu dient, die durch dieses Verfahren erzeugte Ausgabelösung mit einem Zusatzstoff zu versehen. Der Zusatzstoff wird zu einer Speicherzone für den Zusatzstoff geleitet, wo er aufbewahrt wird, bis er benötigt wird.
Nunmehr wenden wir uns der zweiten Stufe (Erzeugung) zu; diese umfaßt ein Teilsystem für einen konstanten Salzgehalt, in dem eine Salzlösung mit im wesentlichen konstanter Konzentration erzeugt wird, indem die Salzlösung aus der Zone zur Erzeugung der Salzlösung bis zur gewünschten Konzentration mit enthärtetem Wasser aus der Prozeßwasser-Pufferzone verdünnt wird. Die entstandene Salzlösung wird aus dem Teilsystem für einen konstanten Salz gehalt zur einer oder mehreren Elektrolysezellen geleitet, die jeweils eine Kammer für die Kathode und eine für die Anode (nicht dargestellt) aufweisen und an die ein im wesentlichen konstanter elektrischer Strom angelegt wird. Der angelegte elektrische Strom wird durch eine Energiesteuerungs- und -überwachungszone bei einem konstanten Wert gehalten.
Als Ergebnis der elektrochemischen Behandlung der Salzlösung in den Zellen werden von der Kammer der Kathode und der der Anode ein Katholyt bzw. ein Anolyt erzeugt. Der Anolyt und ein Teil des Katholyts, der nicht zur Kammer der Anode rezirkuliert wird, werden beide in der dritten Stufe (Speichern und Abgeben) behandelt. Insbesondere wird der Katholyt, der nicht rezirkuliert wird, zum Abwasser geleitet und Anolyt, der sonst als Ausgabelösung bezeichnet wird, wird zu einem Puffer- und Qualitäts-Teilsystem geleitet. Die Ausgabelösung wird im Puffer- und Qualitäts-Teilsystem überprüft, und falls sie die Qualitätsstandards nicht erfüllt, ebenfalls zum Abwasser weitergeleitet. Wenn die Ausgabelösung die Vorschriften erfüllt, wird ihr im Puffer-Teilsystem eine Menge des Zusatzstoffes, wie eines Korrosionsinhibitors, zugegeben, und dann kann die Ausgabelösung entweder in eine Speicherzone für die Ausgabelösung, von der sie anschließend für die Verwendung abgegeben wird, oder in ein Spülwasser-Teilsystem geleitet werden.
Ausgabelösung, die zum Spülwasser-Teilsystem geleitet wird, wird mit Trinkwasser vom Trinkwasserzulauf verdünnt und dann zu einer Speicherzone für Spülwasser geleitet, von wo sie anschließend abgegeben wird.
Es wird auch für die Abgabe von Ausgabelösung aus der Speicherzone für Ausgabelösung und von Spülwasser aus der Speicherzone für Spülwasser in das Abwasser gesorgt.
Für eine Information über die unterschiedlichen Behandlungsstufen und die Möglichkeit, in das Verfahren einzugreifen, wird durch eine Benutzeroberfläche und eine Serviceoberfläche gesorgt. Die Serviceoberfläche ermöglicht auch einen Zugriff auf das Verfahren aus der Ferne, wodurch ein sich nicht vor Ort befindender Techniker eine Information über die Behandlung in jeder der drei Stufen erhalten kann und deren Einstellungen vornehmen kann.
Es wird auch ein Selbstreinigungs-Teilsystem bereitgestellt, um das Reinigen des Systems, entweder in regelmäßigen Abständen oder wann immer es geeignet ist, vorzunehmen.
2 ist ein Fließschema oder eine "hydraulische Karte", die die bereits in 1 dargestellte Erfindung ausführlicher zeigt. Trinkwasser wird durch einen externen Wasserenthärter geleitet, der ein Kationenaustauschharz enthält (nicht gezeigt), wodurch für die Härte verantwortliche Ionen von Calcium und Magnesium in das Harz ausgetauscht und Natriumionen in das Wasser freigesetzt werden.
Ankommendes enthärtetes Prozeßwasser wird von einem Sensor 10 überwacht. Der Sensor 10 stellt fest, ob das ankommende Wasser eine Temperatur in dem Bereich hat, in dem das Verfahren vernünftig arbeiten kann, und zwar zwischen etwa 5 und 35°C. Weitere Parameter, wie Druck, Härte, Alkaligehalt, pH-Wert, spezifische elektrische Leitfähigkeit und Mikrobenzahl des ankommenden Wassers, können ebenfalls vom Sensor 10 überwacht werden, um einwandfrei festzustellen, daß sie innerhalb für das Verfahren akzeptabler Werte liegen.
Wenn der Sensor 10 erfaßt, daß die Eigenschaften des ankommenden enthärteten Prozeßwassers nicht innerhalb akzeptabler Grenzwerte liegen, die die Vorschriften erfordern, wird das Wasser über ein Ventil 12 durch einer Verteiler für die Abgabe von Abwasser (nicht gezeigt) zu einem Ablauf abgeleitet. Wenn das ankommende enthärtete Prozeßwasser andererseits die Vorschriften erfüllt, kann es durch das Einlaßventil 16 in den internen Prozeßwassertank 14 strömen oder wird durch das Einlaßventil 18 zum Tank 20 für eine Auffrischung aus gesättigtem Salz abgeleitet.
Durch den Prozeßwassertank 14 mit einem ausreichend großen Volumen wird für einen Pufferspeicher für das Prozeßwasser für den Fall gesorgt, daß die Wasserzufuhr zeitweilig unterbrochen ist. Außerdem hat der Tank 14 auch ein ausreichendes Fassungsvermögen, um Druckschwankungen in der Fluidzufuhr zu den Elektrolysezellen zu eliminieren.
Der Prozeßwassertank 14 weist eine Vielzahl von Niveaudetektoren für die Überwachung und Steuerung des Prozeßwasserniveaus in diesem Tank auf. Der Niveaudetektor 22 ist eine Sicherheitseinrichtung, die nur betätigt wird, wenn das Prozeßwasser im Tank ein bestimmtes äußerst hohes Niveau erreicht, so daß das Befüllen des Tanks mit Prozeßwasser unterbrochen und Alarm ausgelöst wird. Ein anderer Niveaudetektor 24 wird betätigt, wenn das Niveau der Flüssigkeit im Tank ein bestimmtes hohes Niveau erreicht, so daß durch Schließen des Ventils 16 verhindert, daß ein weiterer Wasserzulauf in den Tank 14 gelangt. Nachdem eine bestimmte Zeit unterhalb dieses hohen Niveaus vergangen ist, beginnt das Wasser, den Tank 14 wieder zu füllen. Der Niveaudetektor 26 wird betätigt, wenn das Prozeßwasser im Tank 14 ein niedriges Niveau erreicht, so daß die Erzeugung von Ausgabelösung verhindert wird. Der Tank 14 weist auch ein Ventil 28 auf, das es ermöglicht, Flüssigkeit abzulassen. Außerdem ist der Tank 14 so gestaltet, daß er örtlichen Vorschriften, wie den Luftverschmutzungsvorschriften (air break requirements), Klasse A entspricht, wie sie in Großbritannien durch die Building Regulations Bylaw 11 vorgegeben sind.
Die gesättigte Salzlösung wird aufgefrischt und in einem Tank 20 für eine Auffrischung aus einer gesättigten Salzlösung aufbewahrt. Um die gesättigte Salzlösung aufzufrischen, wird dem Tank 20 vakuumgetrocknetes kristallines Salz (BS998:1990) über die Salzschütte 21 zugesetzt, die ein Fassungsvermögen aufweist, das nicht nur eine typische Salzzugabe von etwa 6 kg aufnehmen kann, sondern auch eine ausreichende Menge zum Überfüllen tolerieren kann, damit das System bei einem normalen Betriebsverlauf für etwa 1 bis 2 Tage versorgt bleibt.
Für die Überwachung der Flüssigkeitsniveaus im Tank 20 für eine Auffrischung aus einer gesättigten Salzlösung sind ebenfalls Niveaudetektoren vorgesehen. Folglich ist der Niveaudetektor 30 eine Sicherheitseinrichtung, die durch ein übermäßig hohes Niveau der Flüssigkeit im Tank 20 betätigt wird und das Schließen des Ventils 18 bewirkt, so daß eine Überfüllung des Tanks 20 verhindert wird, und einen Alarm auslöst, jedoch die Erzeugung der Ausgabelösung nicht unterbricht. Der Niveaudetektor 32 wird durch ein hohes Flüssigkeitsniveau im Tank 20 betätigt, so daß das weitere Füllen des Tanks 20 mit Wasser verhindert wird, indem das Ventil 18 geschlossen wird. Der Niveaudetektor 34 wird durch ein geringes Flüssigkeitsniveau im Tank 20 betätigt und bewirkt das Öffnen des Ventils 18, so daß der Tank 20 mit enthärtetem Wasser befüllt wird. Der Detektor 36 für ein niedriges Niveau wird durch ein sehr geringes Flüssigkeitsniveau im Tank 20 betätigt, so daß die Erzeugung von Ausgabelösung unterbrochen und Alarm ausgelöst wird.
Enthärtetes Wasser wird über das Ventil 18 zugeführt und füllt den Tank 20 durch einen Sprühstab 38 automatisch, bis der Schalter 32 für das hohe Niveau betätigt wird. Salz im Tank 20 löst sich im Wasser, so daß eine gesättigte Salzlösung erzeugt wird, wobei das Niveau des Salzes abnimmt, je mehr Salz gelöst wird.
Ein weiterer Niveaudetektor 40, diesmal für das Salz, befindet sich in Richtung des Bodens des Tanks 20. Der Niveaudetektor 40 für Salz wird betätigt, wenn die Salzmenge im Tank 20 stark abgenommen hat, so daß sie ein Niveau erreicht, das für die Erzeugung einer gesättigten Salzlösung nicht ausreicht. Bei der Betätigung wird ein Alarm ausgelöst, der den Anwender alarmiert, daß weiteres Salz erforderlich ist. Die Forderung, Salz zuzusetzen, wird auf der Benutzeroberfläche angezeigt (1), und die Ergänzung der Salzzufuhr im Behälter 20 kann manuell vom Anwender oder automatisch durch ein Steuerungssystem erfolgen. Die Benutzer oberfläche funktioniert so, daß eine geeignete Information angezeigt wird, wenn ausreichend Salz zugesetzt worden ist.
Schließlich weist der Tank 20 auch ein manuelles Ablaufventil auf.
Gesättigte Salzlösung aus dem Tank 20 fit eine Salzauffrischung wird mit Prozeßwasser aus dem Prozeßwassertank 14 verdünnt, so daß eine Salzlösung mit einer im wesentlichen konstanten Chloridionenkonzentration erzeugt wird. Ausführlicher dargelegt wird Prozeßwasser von einer Prozeßwasserpumpe 44 kontinuierlich durch ein Ventil 46 in Richtung einer Elektrolysezellenpackung gepumpt, und konzentrierte Salzlösung wird durch eine peristaltische Pumpe 48 mit einstellbarer Geschwindigkeit pulsierend in den Prozeßwasserstrom gegeben. Die Stöße der gesättigten Salzlösung werden durch ein perforiertes Rohr 50 im im wesentlichen kontinuierlichen Prozeßwasserstrom verteilt, wodurch die Stöße ausgeglichen werden, so daß ein Strom der Salzlösung mit einheitlicher Konzentration erzeugt wird.
Der Durchsatz der entstehenden Salzlösung wird, wenn sie in Richtung der Zellenpackung strömt, von einem Durchflußmeßgerät 52 überwacht und falls erforderlich von einem Durchflußregler in Form einer Platte 54 mit einer Öffnung reguliert. Der Durchsatz wird geändert, indem einfach die Größe der Öffnung in der Platte verändert wird. Es können unterschiedliche Platten mit einer Öffnung gewählt werden, um sie den örtlichen Bedingungen anzupassen.
Vor dem Eintritt in die Zellenpackung wird die Chloridionenkonzentration in der Salzlösung mit einem Leitfähigkeitssensor 56 geprüft. Wenn die Leitfähigkeitsmessung zeigt, daß die Chloridionenkonzentration unter den gewünschten Wert gefallen ist oder diesen übersteigt, wird die Pulsierrate der peristaltischen Pumpe 48 erhöht bzw. verringert, so daß die Chloridionenmenge geändert wird, die durch das perforierte Rohr 50 im Prozeßwasser verteilt wird, wodurch die Abnahme oder Zunahme der Chloridionenkonzentration kompensiert wird. Die Größe der Öffnung in der Platte 54 mit eine Öffnung wird ebenfalls eingestellt, um den Strom der Chloridionen in die Zellenpackung zu regulieren. Die Regulierung der Pulsierrate und des Durchsatzes sorgen zusammen für eine Maßnahme zur Feinabstimmung, so daß gesichert ist, daß die Zellenpackung mit einem konstanten Chloridionendurchsatz versorgt wird.
Wenn die spezifische elektrische Leitfähigkeit der Salzlösung, die vorn Leitfähigkeitssensor 56 gemessen wird, andererseits außerhalb eines bestimmten Bereichs liegt, so daß es nicht möglich ist, die Pulsierrate und/oder den Durchsatz so einzustellen, daß die spezifische elektrische Leitfähigkeit auf einen Wert innerhalb der geforderten Bereiche gebracht wird, und es folglich praktisch unmöglich wird, daß die Zellenpackung eine Ausgabelösung erzeugt, die die gewünschte Menge an verfügbarem ungebundenem Chlor aufweist, wird Alarm ausgelöst, und der Strom der Salzlösung zu den Zellen wird bis zur Lösung des Problems beendet.
Wenn die Salzlösung bereits für den erforderlichen Durchsatz von Chloridionen sorgt oder so eingestellt werden kann, daß sie dafür sorgt, wird sie in zwei Ströme 58, 60 aufgeteilt, bevor sie durch die Zellenpackung geleitet wird. Die Zellenpackung besteht typischerweise aus acht elektrochemischen Zellen, wobei zwei Sätze aus vier Zellen hydraulisch parallel miteinander verbunden sind. Der Einfachheit halber ist nur eine Zelle dargestellt. Die Anzahl der Zellen in der Zellenpackung wird jedoch vom Ausgabevolumen bestimmt, das bei einem bestimmten System gefordert ist. Jede Zelle weist eine Kammer einer Anode 62 und eine Kammer einer Kathode 64 auf, und der Strom der Salzlösung wird so aufgeteilt, daß der größere Anteil der Kammer der Anode 62 und der kleiner Anteil der Kammer der Kathode 64 zugeführt wird. Bei dieser Ausführungsform werden etwa 90% der Salzlösung durch die Kammer(n) der Anode geleitet, während der Rest durch die Kammer(n) der Kathode geführt wird. Der Durchsatz des Salzlösung durch die Kammer der Kathode ist viel geringer als bei der Kammer der Anode, und auch der Druck ist in der Kammer der Kathode geringer.
Wenn die Salzlösung durch die Elektrolysezellen strömt, wird an jede Zelle ein festgelegter elektrischer Strom von 7 bis 9 Ampere (typischerweise 8 A) angelegt, womit es zur Elektrolyse der Salzlösung kommt, wodurch im resultierenden Anolyt verfügbares ungebundenes Chlor erzeugt wird, der anderswo allgemein als Ausgabelösung bezeichnet wird. Um eine Ausgabelösung mit einem relativ neutralen pH-Wert, d. h. zwischen 5 und 7, zu erzeugen, wird der pH-Wert der Ausgabelösung zumindest teilweise gesteuert, indem ein Teil des Katolyts in den Zulaufstrom 58 für die Kammern der Anode 62 dosiert wird. Der Katholyt wird durch eine regelbare peristaltische Pumpe 66 in den Zulaufstrom 58 dosiert, und die Dosierrate wird erhöht oder verringert, um den zu erzielenden pH-Wert zu erreichen. Auf diese Weise dient das System auch dazu, einem unterschiedlichen Alkaligehalt des Trinkwasserzulaufs gerecht zu werden. Der restliche Katholyt, der nicht in den Zulaufstrom 58 für die Kammern der Anode 62 dosiert wird, wird zum Abwasser weitergeleitet, wobei et falls erforderlich vor der Entsorgung verdünnt wird.
Da der Durchsatz der Salzlösung in die Kammer der Kathode 64 auch einen Einfluß auf den pH-Wert der Ausgabelösung hat, ist ein Durchflußregler 68 vorgesehen, um den Strom der Salzlösung zu steuern, der in die Kammer gelangt. Der Durchflußregler 68 kann manuell ein gestellt werden, wenn die Wasserqualität des Zulaufs schwankt. Die Ausgabelösung wird aus dem Auslaß der Kammern der Anode 62 der Zellenpackung in einen dazwischenliegenden Überlauftank 70 geleitet.
Der pH-Wert und das Redox-Potential der Ausgabelösung im Überlauftank 70 werden mit einem pH-Meßgerät 72 bzw. einer Redox-Sonde 74 gemessen. Wenn der pH-Wert und das Redox-Potential nicht innerhalb der gewünschten Parameter liegen, wird ein Ventil 76 geöffnet, und der Inhalt des Überlauftanks 70 wird zum Abwasser abgelassen. Der Inhalt des Tanks 70 wird in jedem Fall zum Abwasser abgelassen, wenn er etwa 3 Stunden im Tank geblieben ist. Das pH-Meßgerät 72 ist mit einer Pumpe 66 verbunden, um die Menge des Katholyts einzustellen, die in die Kammern der Anode 62 dosiert wird, wodurch der pH-Wert der Ausgabelösung eingestellt werden kann, so daß die Ausgabelösung auf einen Wert im gewünschten pH-Bereich gebracht wird. Wenn festgestellt wird, daß der pH-Wert und das Redox-Potential der Ausgabelösung innerhalb der gewünschten Parameter liegen, womit bestätigt wird, daß die Ausgabelösung die erforderliche biozide Wirksamkeit hat, wird das Ventil 76 geschlossen gehalten, und die Ausgabelösung kann den Überlauftank 70 füllen, bis sie ein Niveau erreicht, bei dem sie in den Speichertank 78 überläuft. Der Überlauftank 70 weist einen Niveaudetektor 80 auf, um zu überwachen, wenn das Niveau der Ausgabelösung im Tank auf ein bestimmtes niedriges Niveau fällt. Wenn der Detektor 80 für das niedrige Niveau betätigt wird, wird die Erzeugung von sterilem Spülwasser unterbrochen.
Vorausgesetzt, daß das pH-Meßgerät und die Redox-Sonde 74 bestätigen, daß die Ausgabelösung die gewünschten Parameter aufweist, wird ein Korrosionsinhibitor, wie ein Gemisch von Natriumhexametaphosphat und Natriummolybdat, als Lösung mit einer peristaltischen Pumpe 84 aus dem Speicherbehälter 82 in die Ausgabelösung im Überlauftank 70 dosiert. Ein Sensor 86 ist im Speicherbehälter angebracht, um niedrige Niveaus des Inhibitors zu überwachen und einen Alarmmechanismus auszulösen, der das System alarmiert, daß dem Speicherbehälter 82 Inhibitor zugeführt werden muß.
Ausgabelösung, die den Vorschriften entspricht, kann aus dem Überlauftank 70 in den Speichertank 78 überlaufen, wo sie verbleibt, bis ein Bedarf dafür gemeldet wird. Wenn sie z. B. für den Zyklus von einem Waschapparat-Desinfizierapparat benötigt wird, empfängt das System ein Bedarfssignal von einem Kontrollmodul mit einer Schnittstelle zum Waschapparat, womit der Betrieb der Abgabepumpe 88 ausgelöst wird. Die Abgabepumpe 88 ist typischerweise so dimensioniert, daß sie den drei Waschapparatgefäßen mit einem Fassungsvermögen von 25 l in 180 s Ausgabelösung zuführen kann (1500 Liter pro Stunde, 3 bar Betriebsdruck). Das Fas sungsvermögen des Speichertanks 78 ist folglich derart, daß er ebenfalls diesen Volumenbedarf erfüllen kann.
Der Speichertank 78 weist verschiedene Niveaudetektoren zur Überwachung der Flüssigkeitsniveaus im Tank auf. Der Niveaudetektor 90 wird von einem äußerst hohen Niveau der Ausgabelösung im Tank betätigt, womit ein Alarm ausgelöst und die Produktion unterbrochen wird. Der Niveaudetektor 92 wird vor dem Detektor 90 betätigt, wenn das Volumen der Ausgabelösung im Speichertank 78 zunimmt, und unterbricht einfach die Produktion. Wenn die Ausgabelösung abgegeben ist und nach einem Zeitraum unterhalb des Niveaus des Detektors 92 wird die Erzeugung von Ausgabelösung wieder aufgenommen. Der Detektor 94 für das niedrige Niveau wird betätigt, wenn das Niveau der Ausgabelösung auf ein niedriges Niveau fällt, wobei ein Alarm ausgelöst wird und die weitere Abgabe an den Apparat verhindert wird.
Im Speichertank 78 ist eine pH-Sonde 96 zur Überwachung des pH-Wertes der Ausgabelösung vorgesehen, so daß die Ausgabelösung, wenn ihr pH-Wert außerhalb der Vorschriften liegt, vom Ventil 98, das sich am Auslaß des Speichertanks 78 befindet, zum Abwasser geleitet wird. Wenn die Ausgabelösung für 24 Stunden gespeichert worden ist, wird sie außerdem in ähnlicher Weise zum Abwasser geleitet. Auf diese Weise wird niemals Ausgabelösung abgegeben, die die Vorschriften nicht erfüllt. Um den Durchsatz und die Menge der Ausgabelösung zu überwachen, die aus dem Speichertank 78 abgegeben wird, ist ein Durchflußmeßgerät 100 mit den Programmroutinen "kein Durchfluß" und Lecksuche in der Benutzer/Serviceoberfläche verbunden, um das System zu alarmieren, daß z. B. das Abgabeventil 98 während der geforderten Abgabe geschlossen ist oder daß eine nicht geforderte Abgabe stattfindet.
Da die im Überlauftank 70 aufgenommene Ausgabelösung nie älter als 3 Stunden ist, wird sie für die Erzeugung von bakterienfreiem Spülwasser verwendet. Frische Ausgabelösung wird mittels einer peristaltischen Pumpe 104 mit einer bestimmten Rate aus dem Überlauftank 70 in den Speichertank 102 für Spülwasser dosiert. Filtriertes Trinkwasser strömt durch das Ventil 106 in den Tank 102, wo es mit der Ausgabelösung gemischt wird und diese bis zu einer Konzentration von etwa 2% verdünnt. Wenn die örtliche Wasserversorgung eine schlechte Qualität hat, ist eine höhere Konzentration der Ausgabelösung im Spülwasser, z. B. eine 5%ige Lösung, bevorzugt. Folglich wird die Dosierrate der Pumpe 104 von der ankommenden Trinkwasserversorgung bestimmt und von einem Durchflußmeßgerät 108 überwacht. Sowohl Trinkwasser als auch Ausgabelösung werden dem Speichertank 102 für Spülwasser gleichzeitig zugesetzt, und es wird immer eine Mindestruhezeit von 2 Minuten zugelassen, ehe das entstandene Gemisch abgegeben wird. Dies sichert eine ausreichende Kontaktzeit, damit die Ausgabelösung in das Trinkwasser diffundieren und dieses aktivieren kann. Spülwasser wird im Speichertank 102 für Spülwasser gespeichert, bis es z. B. von einem Waschapparat für Endoskope benötigt wird. Eine Abgabepumpe 110 wird beim Empfang eines Bedarfssignals von einem Kontrollmodul mit einer Schnittstelle zu einem Waschapparat betätigt. Ähnlich wie die Abgabepumpe 88 ist auch die Abgabepumpe 110 so dimensioniert, daß sie den Bedarf zum Füllen von drei Waschapparatgefäßen mit einem Fassungsvermögen von 25 l in 180 s erfüllt (1500 Liter pro Stunde, 3 bar Betriebsdruck), und das Fassungsvermögen des Speichertanks 102 für Spülwasser wird ebenfalls von dieser typischen Bedarfsplanung bestimmt.
Der Spülwassertank 102 ist mit einer Vielzahl von Niveaudetektoren versehen, um die Niveaus des Spülwassers zu überwachen. Der Niveaudetektor 112 wird betätigt, wenn das Spülwasser im Tank 102 ein äußerst hohes Niveau hat, wobei das System alarmiert wird und jede weitere Erzeugung von Spülwasser unterbrochen wird. Ein weiterer Niveaudetektor 114 überwacht das hohe Spülwasserniveau im Tank 102 und unterbricht die Spülwassererzeugung, wenn er betätigt wird. Nachdem eine bestimmte Zeit vergangen ist und wenn das Spülwasserniveau gefallen ist, wird der Detektor 114 für das hohe Niveau des Spülwassers deaktiviert, und die Erzeugung von Spülwasser wird wieder aufgenommen. Wenn das Spülwasser im Tank 102 nur ein niedriges Niveau hat, wird der Niveaudetektor 116 betätigt, wobei ein Alarm ausgelöst wird und verhindert wird, daß weiteres Spülwasser abgegeben wird.
Der Durchsatz und das gesamte abgegeben Spülwasser werden von einem Durchflußmeßgerät 118 überwacht, das ebenfalls mit den Programmroutinen "kein Durchfluß" und Lecksuche verwendet wird, die mit der Benutzer/Serviceoberfläche verbunden sind (1). Durch automatische Überwachung der Flüssigkeitsniveaus in dem Überlauftank 70, dem Speichertank 78 und dem Spülwassertank 102 und durch das periodische Abgeben der Ausgabelösung und von Spülwasser kann sich das System selbst so regulieren, daß es den Bedarf jederzeit erfüllen kann. Durch die Elektrolysereaktion in der Zellenpackung erzeugte Gase, hauptsächlich Wasserstoff und Chlor, werden durch einen Kohlefilter abgegeben, der sich über dem Überlauftank 70 und dem Spülwassertank 102 befindet, wodurch die Chlormenge verringert wird, die entweicht.
Das System weist auch eine Tropfschale auf, die mit einer Lecksucheeinrichtung versehen ist, die in Verbindung mit der Benutzer/Serviceoberfläche steht (1). Die Tropfschale ist ein flaches Gefäß, das zwei Niveaudetektoren 120, 122 enthält, wobei einer ein Detektor für ein niedriges Niveau und der andere ein Detektor für ein sehr hohes Niveau ist. Der Detektor 120 für das niedrige Niveau wird durch irgendeine kleine Undichtigkeit innerhalb der Vorrichtung betätigt und löst einen Alarm aus, wenn das Flüssigkeitsniveau über den Detektor hinaus ansteigt, unterbricht jedoch den Produktionsprozeß keineswegs. Der Detektor 122 für das sehr hohe Niveau löst jedoch einen Alarm aus und unterbricht die Produktion und die Abgabe der Ausgabelösung. An der Unterseite der Tropfschale ist ein manuelles Ventil 124 vorgesehen, damit die Schale abgelassen werden kann.
Um das System instandzuhalten, müssen die Speichertanks und Abgabeleitungen auf regelmäßiger, typischerweise täglicher, Basis sterilisiert werden. Ausgabelösung mit den gewünschten bioziden Eigenschaften, wie sie anhand ihrer gemessenen Parameter bestätigt worden sind, und dem gewünschten Alter wird durch die Filter, Tanks und die Rohrleitungen gespült, um ein Bakterienwachstum in diesen Bereichen zu beseitigen. Insbesondere vor Beginn des Reinigungszyklus wird der Tank 78 für die Ausgabelösung bis zum den hohen Niveau ergänzt, das vom Detektor 92 erfaßt wird, womit gesichert ist, daß für diesen Zyklus ausreichend Ausgabelösung zur Verfügung steht, und der pH-Wert und das Redox-Potential der Ausgabelösung werden durch die pH-Sonde 72 und die Redox-Sonde 74 als den Vorschriften genügend bestätigt. Der pH-Wert und das Redox-Potential ändern sich während des Reinigungsverfahrens und müssen nicht überwacht werden, wenn das Reinigungsverfahren einmal begonnen hat. Andererseits werden der Spülwassertank 102 und der Prozeßwassertank 14 vor Beginn des Reinigungszyklus bis zum niedrigen Niveau abgelassen.
Ausgabeauslösung aus dem Speichertank 76 wird durch das Ventil 126 geleitet, um den Prozeßwassertank 14 mittels des Sprühstabs 128 zu füllen. Der Sprühstab 128 bewirkt, daß die Ausgabelösung während des Füllprozesses auf die Tankwände gesprüht wird. Wenn der Prozeßwassertank 14 einmal bis zum bestimmten Niveau gefüllt ist, wird die Ausgabelösung mit der Pumpe 44 durch die Zellenpackung in den Überlauftank 70 gepumpt. Dann wird die Ausgabelösung durch das Ventil 76 zum Abwasser abgelassen.
Wenn die "reinigende" Ausgabelösung im Prozeßwassertank 14 ein niedriges Niveau erreicht, was durch den Niveaudetektor 26 festgestellt wird, wird der Tank 14 durch das Ventil 126 erneut mit Ausgabelösung gefüllt. Dann wird die Ausgabelösung mittels der Pumpe 44 aus dem Prozeßwassertank 14 gepumpt, und das Ventil 46 wird geöffnet, um die Ausgabelösung mittels des Sprühstabs 130 zum Spülwassertank 102 umzuleiten. Wenn der Spülwassertank 102 gefüllt ist, wird der Tank in Erwartung eines Bedarfs zum Spülen der Spülwasserleitung für etwa 5 Minuten gefüllt belassen. Wenn kein Signal empfangen wird, kann der Spülwassertank 102 zusammen mit dem Prozeßwassertank 14 und dem Speichertank 76 auslaufen.
3 zeigt einen Verteiler 200 zum gleichmäßigen Verteilen von zwei mischbaren Flüssigkeiten. Der Verteiler 200 liegt in Form eines länglichen Rohrs 202 mit einem offenen ersten Ende 204 und einem zweiten Ende 206 vor, das von einem Endstopfen 208 verschlossen wird. Das Rohr 202 ist im wesentlichen über seine Länge mit einer Reihe von Perforationen 210 versehen. Bei Verwendung im erfindungsgemäße Verfahren wird das offene erste Ende 204 des Verteilers 200 am Ende der Zulaufleitung für die konzentrierte Salzlösung angebracht, die durch die peristaltische Pumpe 48 pulsierend aus dem Tank 20 für eine Auffrischung zugeführt wird (2). Der Verteiler 200 ist im Strömungsweg des Prozeßwassers angeordnet und damit ausgerichtet, das durch die Pumpe 44 kontinuierlich aus dem Prozeßwassertank 14 gepumpt wird. Wenn die Stöße der gesättigten Salzlösung den Verteiler 200 erreichen, wird die Lösung durch die Perforationen 210 in den Prozeßwasserstrom gedrückt. Die entstehende Salzlösung hat aufgrund des Mischungsprofils, das vom Verteiler 200 erreicht wird, eine im wesentlichen homogene Konzentration.
Die Verdünnung der gesättigten Salzlösung wird von der Länge des Verteilers 200 oder eher der Länge, innerhalb der die Perforationen vorgesehen sind, der Pulsierrate der gesättigten Salzlösung und der Geschwindigkeit des Prozeßwassers bestimmt.
4 zeigt eine Elektrolysezelle 300, wie sie in der vorliegenden Erfindung verwendet wird. Die Zelle 300 weist koaxiale zylindrische bzw. stabförmige Elektroden 302, 304 auf, die durch eine semipermeable Keramikmembran 306 getrennt sind, die koaxial zwischen den Elektroden befestigt ist, womit der Raum zwischen den Elektroden folglich so aufgeteilt wird, daß zwei Kammern 308, 310 entstehen. Die zylindrische Elektrode 302, die die Anode bildet, besteht typischerweise aus handelsüblichem reinem Titan, das mit einer elektrokatalytischen (aktiven) Schicht überzogen ist, die für die Entstehung von Chlor aus einer Chloridlösung geeignet ist. Die stabförmige Elektrode 304, die die Kathode bildet, besteht aus Titan und ist aus einem 8 mm Ausgangsglied durch maschinelle Bearbeitung bis zu einem einheitlichen Querschnitt entlang ihrer effektiven Länge hergestellt worden, die typischerweise etwa 210 ± 0,5 mm beträgt. Die semipermeable Keramikmembran 306, die den Separator bildet und die Kammern 308 und 310 der Anode und der Kathode schafft, besteht aus Aluminiumoxid (80%), Zirconiumoxid (18,5%) und Yttriumoxid (1,5%) und weist eine Porosität von etwa 50 bis 70%, eine Porengröße von 0,3 bis 0,5 μm und eine Wanddicke von 0,5 mm +0,3 mm/–0,1 mm auf. Die Keramik der Membran 306 ist in der Beschreibung der Patentanmeldung mit der Nummer GB 9914396.8 ausführlich offenbart, deren Inhalt hier als Bezug erwähnt wird.
Die Zelle 300 ist mit Eintrittskanälen 312, 314 versehen, damit die Salzlösung in die Zelle 300 gelangen und nach oben durch die Kammern 308 und 310 der Anode und der Kathode strömen kann und als Anolyt bzw. Katholyt durch die Auslaßkanäle 316, 318 abgegeben wird. Der Anolyt, der verfügbares ungebundenes Chlor enthält, stellt die Ausgabelösung dar.
Wie bereits beschrieben wird, um innerhalb eines vernünftigen Zeitraums eine nützliche Menge der Ausgabelösung bereitzustellen, eine Gruppe von Zellen miteinander verbunden, so daß eine Zellenpackung entsteht. Eine Zellenpackung, die 8 hydraulisch parallel und elektrisch in Reihe miteinander verbundene Zellen aufweist, kann z. B. etwa 200 Liter Ausgabelösung pro Stunde erzeugen.
Obwohl die Erfindung ausführlich beschrieben worden ist, sollte selbstverständlich sein, daß die Erfindung nicht auf die beschriebenen und dargestellten bestimmten Ausführungsformen begrenzt ist, sondern alle Modifikationen und Abänderungen einschließt, die im Umfang der Erfindung liegen, wie er in den zugehörigen Ansprüchen angegeben ist. Z. B. kann eine Einrichtung, die von dem beschriebenen länglichen perforierten Verteiler verschieden ist, zum Mischen der gesättigten Salzlösung mit Prozeßwasser verwendet werden, um eine homogene Salzlösung zu erzeugen. Tatsächlich kann die gesättigte Salzlösung kontinuierlich in einen Prozeßwasserstrom gegeben werden, statt daß sie pulsierend zugesetzt wird. Obwohl der Überlauftank als besonders geeignet beschrieben worden ist, um eine dazwischenliegende Aufnahmeeinrichtung für die Ausgabelösung bereitzustellen, können außerdem andere Arten einer Aufnahmeeinrichtung, wie ein üblicherer Tank mit einer geeigneten Auslaßeinrichtung, verwendet werden, um deren Inhalt zum Speichertank für die Ausgabelösung zu transportieren. Der Separator der Zelle kann aus Keramiken, die von der beschriebenen Keramik aus Aluminiumoxid, Zirconiumoxid und Yttriumoxid verschieden sind, und aus irgendeinem anderen geeigneten semipermeablen oder ionenselektiven Material bestehen.

Claims

Verfahren zum Betreiben einer elektrochemischen Zelle, umfassend eine Kammer einer Anode (62) und eine Kammer einer Kathode (64), die durch einen Separator getrennt sind, so daß eine Ausgabelösung erzeugt wird, die eine bestimmte Menge an verfügbarem ungebundenem Chlor hat, das folgendes aufweist: (a) Erzeugen einer Salzlösung durch Mischen eines Verdünnungsmittels aus enthärtetem Wasser und einer gesättigten Salzlösung; (b) Messen der spezifischen elektrischen Leitfähigkeit der Salzlösung, bevor sie in die elektrochemische Zelle gelangt; (c) Einstellen des Stroms der gesättigten Salzlösung und/oder des Stroms des Verdünnungsmittels aus enthärtetem Wasser, so daß die spezifische elektrische Leitfähigkeit der Salzlösung auf einen Wert innerhalb bestimmter Grenzwerte gebracht wird, bevor sie in die elektrochemische Zelle gelangt; (d) Zuführen der Salzlösung der elektrochemischen Zelle, wobei die Salzlösung in der Zelle eine im wesentlichen konstante Chloridionenkonzentration aufweist; (e) Anlegen eines im wesentlichen konstanten elektrischen Stroms innerhalb der Zelle zwischen der Kathode (64) und der Anode (62), so daß ein Anolyt und ein Katholyt erzeugt werden, wobei der Anolyt die Ausgabelösung ist; und (f) Steuern des pH-Wertes des Ausgabelösung, indem zumindest ein Teil des Katholyts von der Kammer der Kathode (64) in die Kammer der Anode (62) rezirkuliert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die bestimmte Menge an verfügbarem ungebundenem Chlor ausreicht, um der Ausgabelösung biozide Eigenschaften zu verleihen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die gesättigte Salzlösung mit einer pulsierenden Einrichtung in den Strom des Verdünnungsmittels aus enthärtetem Wasser eingeführt wird, so daß die Salzlösung mit einer gewünschten Konzentration erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei die gesättigte Salzlösung durch eine Vielzahl von Öffnungen entlang des Strömungsweges pulsierend in einen kontinuierlichen Strom des Verdünnungsmittels Wasser gegeben wird, so daß ein Strom einer gleichmäßig gemischten Salzlösung erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Salzlösung, die in die Zelle eingeführt wird, eine im wesentlichen konstante Konzentration hat.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Strom der gesättigten Salzlösung und/oder der Strom des Verdünnungsmittels aus enthärtetem Wasser selbstreguliert wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 6, wobei für die Regulierung gesorgt wird, indem die gesättigte Salzlösung mit einer anderen Rate pulsierend in das Verdünnungsmittel Wasser gegeben wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Erzeugung der Ausgabelösung in dem Fall unterbrochen wird, wenn die spezifische elektrische Leitfähigkeit nicht innerhalb der bestimmten Grenzwerte eingestellt werden kann.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Konzentration der Salzlösung weniger als 1% Gew./Vol. beträgt.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Konzentration der Salzlösung etwa 0,3% Gew./Vol. beträgt.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Salzlösung aufgeteilt wird, so daß ein größerer Anteil der die Anode (62) enthaltende Kammer zugeführt wird und der Rest der die Kathode (64) enthaltende Kammer zugeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei 80% oder mehr der Salzlösung in die Kammer der Anode (62) eingeführt werden.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei etwa 88% der Salzlösung in die Kammer der Anode (62) eingeführt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei die Salzlösung der Kammer der Anode (62) mit einem höheren Durchsatz als der Kammer der Kathode (64) zugeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, wobei die Salzlösung der Kammer der Anode (62) mit einem höheren Druck als der Kammer der Kathode (64) zugeführt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der an die Zelle angelegte konstante Strom etwa 7 bis 9 A beträgt.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der pH-Wert zwischen etwa 5 und 7 gesteuert wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Menge des verfügbaren ungebundenen Chlors in der Ausgabelösung gemessen wird.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei die Menge des verfügbaren ungebundenen Chlors bestimmt wird, indem das Redox-Potential der Ausgabelösung gemessen wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der pH-Wert der Ausgabelösung gemessen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 20, das ferner das Entsorgen der Ausgabelösung aufweist, wenn das Redox-Potential und/oder der pH-Wert außerhalb der gewünschten Bereiche liegen.
Verfahren nach einen der vorstehenden Ansprüche, das ferner das Entsorgen der Ausgabelösung aufweist, die nicht innerhalb eines bestimmten Zeitraums zur Verwendung abgegeben worden ist.
Verfahren nach Anspruch 22, wobei die Ausgabelösung nach einem Zeitraum von etwa 24 Stunden entsorgt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, das ferner das Verdünnen von zumindest einem Teil der Ausgabelösung mit Wasser aufweist, so daß eine im wesentlichen bakterienfreie Lösung für die Verwendung als Spülwasser erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 24, wobei das im wesentlichen bakterienfreie Spülwasser von einer Ausgabelösung erhalten wird, die weniger als etwa 3 Stunden alt ist.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Ausgabelösung aus der Zelle einem dazwischenliegenden Aufnahmeort (70) zugeführt wird, bevor sie zu einem Speicherort (78) transportiert wird, von wo sie zur Verwendung abgegeben wird.
Verfahren nach Anspruch 26, wobei die Ausgabelösung im dazwischenliegenden Aufnahmeort (70) aufgestaut wird und in den Speicherort (78) überlaufen kann.
Verfahren nach Anspruch 26 oder 27, wobei die vom dazwischenliegenden Aufnahmeort (70) erhaltene Ausgabelösung mit Wasser verdünnt wird, so daß ein im wesentlichen bakterienfreies Spülwasser bereitgestellt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem der Ausgabelösung ferner ein Korrosionsinhibitor zugesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 29, wobei der Korrosionsinhibitor ein Gemisch aus einem Polyphosphat und einem Molybdat aufweist.
Verfahren nach Anspruch 30, wobei der Korrosionsinhibitor ein Gemisch aus Natriumhexametaphosphat und Natriummolybdat aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 29 bis 31, falls auf Anspruch 26 bezogen, wobei der Korrosionsinhibitor in den dazwischenliegenden Aufnahmeort (70) dosiert wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, das ferner folgendes aufweist: Bereitstellen einer Information über das Verfahren zum Herstellen der Ausgabelösung und Ermöglichen, daß das Personal die Information entweder an Ort und Stelle oder in einer räumlichen Entfernung erhält.
Verfahren nach Anspruch 33, wobei das Verfahren selbstüberwachend ist.
Verfahren nach Anspruch 34, wobei das Verfahren selbstregulierend ist.
Verfahren nach Anspruch 34, wobei die Erzeugung der Ausgabelösung automatisch gestoppt wird, wenn die Selbstregulierung des Verfahrens derart ist, daß keine Ausgabelösung mit bioziden Eigenschaften gewährleitstet werden kann.
Verfahren nach einem der Ansprüche 33 bis 36, wobei die Abgabe einer Ausgabelösung, die keine bioziden Eigenschaften aufweist, im wesentlichen verhindert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 33 bis 37, wobei das Personal entsprechend der erhaltenen Information in das Verfahren eingreifen kann.
Verfahren nach einem der Ansprüche 33 bis 38, wobei die Spannung innerhalb der Zelle überwacht wird, wodurch für eine Information über die Leistung der Zelle gesorgt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die elektrochemische Zelle eine Vielzahl von Zellen umfaßt, die elektrisch in Reihe und hydraulisch parallel miteinander verbunden sind.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, das ferner einen Desinfektionsschritt aufweist, der die Selbstreinigung mit Ausgabelösung umfasst.
Verfahren nach Anspruch 41, wobei die Selbstreinigung automatisch ausgelöst wird.
Vorrichtung zur Erzeugung einer Ausgabelösung mit einer bestimmten Menge an verfügbarem ungebundenem Chlor, die folgendes aufweist: eine Einrichtung zum Enthärten von Prozeßwasser; einen Tank (20) für eine Auffrischung aus einer gesättigten Salzlösung, der eine gesättigte Salzlösung enthält, einen Tank (14) für Prozeßwasser, der enthärtetes Prozeßwasser enthält, und eine Einrichtung zum Mischen der gesättigten Salzlösung mit dem enthärteten Prozeßwasser, so daß eine Salzlösung erzeugt wird; eine Elektrolysezelle, die eine Kammer einer Anode (62) und eine Kammer einer Kathode (64) aufweist, die durch einen Separator getrennt sind, wobei jede Kammer eine Zuleitung (58, 60), durch die die Salzlösung in die Kammern eingeführt wird, und Anolyt- und Katholytleitungen für die Aufnahme eines Anolyts bzw. eines Katholyts aufweist, die die Zelle verlassen; eine Einrichtung zum Messen der spezifischen elektrischen Leitfähigkeit der Salzlösung, bevor sie in die Zelle gelangt; eine Einrichtung zum Regeln des Stroms der gesättigten Salzlösung und/oder des Stroms des enthärteten Prozeßwassers, damit die spezifische elektrische Leitfähigkeit der Salzlösung auf einen Wert innerhalb bestimmte Grenzwerte gebracht wird, bevor sie in die Zelle gelangt; eine Einrichtung zum Leiten der Salzlösung mit einer im wesentlichen konstanten Chloridionenkonzentration durch die Zelle; eine Einrichtung zum Anlegen eines im wesentlichen konstanten elektrischen Stroms an die Zelle, so daß der Anolyt und der Katholyt erzeugt werden; eine Einrichtung zum Zuführen von zumindest einem Teil des Katholyts aus der Kammer der Kathode (64) zur Zuleitung (58) der Kammer der Anode (62); und eine Einrichtung zum Abgeben der Ausgabelösung aus der Zelle, wobei der Anolyt die Ausgabelösung darstellt.
Vorrichtung nach Anspruch 43, wobei die Ausgabelösung den Anolyt umfaßt.
Vorrichtung nach Anspruch 43, wobei die Mischeinrichtung einen Verteiler (50) umfaßt, um die gesättigte Salzlösung pulsierend in einen kontinuierlichen Strom des enthärteten Prozeßwassers abzugeben.
Vorrichtung nach Anspruch 45, wobei der Verteiler (50) ein Rohr mit einem geschlossenen Ende, einem offenen Zulaufende und einer Vielzahl von Öffnungen entlang seiner Länge aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 43, wobei sich die Elektrolysezelle oberhalb des Tanks (20) für die Auffrischung aus einer gesättigten Salzlösung und des Tanks (14) für das enthärtete Prozeßwasser befindet, wodurch der Staudruck auf die Zelle verringert wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 43 bis 47, die ferner einen dazwischenliegenden Aufnahmetank (70) für die Aufnahme der Ausgabelösung aus der Zelle aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 48, die ferner eine Meßeinrichtung aufweist, um die biozide Wirksamkeit der Ausgabelösung im dazwischenliegenden Aufnahmetank (70) zu messen.
Vorrichtung nach Anspruch 49, wobei die Meßeinrichtung ein pH-Meßgerät (72) und eine Redox-Sonde (74) aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 48 bis 50, die ferner einen Speichertank (78) für die Aufnahme der Ausgabelösung aus dem dazwischenliegenden Aufnahmetank (70) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 51, wobei der dazwischenliegende Aufnahmetank (70) einen Überlauftank aufweist, der sich oberhalb des Speichertanks befindet.
Vorrichtung nach Anspruch 52, wobei sich der Speichertank (78) in einer solchen Höhe befindet, daß die Ausgabelösung durch Schwerkraftförderung daraus abgegeben werden kann.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 48 bis 53, die ferner einen Speichertank (102) für Spülwasser aufweist, um die Ausgabelösung aus dem dazwischenliegenden Aufnahmetank (70) und Wasser aufzunehmen.
Vorrichtung nach Anspruch 54, wobei sich der Speichertank (102) für Spülwasser in einer solchen Höhe befindet, daß das Spülwasser, das mit Wasser verdünnte Ausgabelösung umfaßt, durch Schwerkraftförderung daraus abgegeben werden kann.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 48 bis 55, die ferner eine Einrichtung zum Speichern und Abgeben eines Korrosionsinhibitors aufweist, um den Korrosionsinhibitor in den dazwischenliegenden Aufnahmetank (70) zu dosieren.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 43 bis 56, die ferner eine Benutzeroberfläche für die Anzeige einer Information über die Leistung der Vorrichtung und die Materialien aufweist, die in die Vorrichtung eingeführt und von dieser abgegeben werden.
Vorrichtung nach Anspruch 57, wobei die Benutzeroberfläche einen Bildschirm mit Steuerungen in Form einer Kleintastatur aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 57 oder 58, die ferner eine Steuereinrichtung aufweist, so daß eine Regelung der Betriebsparameter als Reaktion auf die angezeigte Information möglich ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 43 bis 59, die ferner eine Serviceoberfläche für die Anzeige einer diagnostischen Information über die Leistung der Vorrichtung aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 60, wobei die Serviceoberfläche eine Einrichtung aufweist, so daß eine Einstellung der Betriebsparameter möglich ist.
Vorrichtung nach Anspruch 60 oder 61, wobei auf die Serviceoberfläche aus der Ferne zugegriffen werden kann.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 43 bis 62, die ferner einen oder mehrere betriebssichere Mechanismen aufweist, um zu verhindern, daß die Ausgabelösung abgegeben wird, wenn Betriebsparameter nicht so eingestellt werden können, daß gesichert ist, daß die Lösung die erforderlichen bioziden Eigenschaften hat, oder wenn die Ausgabelösung ein bestimmtes Alter überschritten hat.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 43 bis 63, wobei der Separator in Form einer semipermeablen Membran vorliegt, die eine auf Aluminiumoxid basierende Keramik aufweist, die Zirconiumoxid und Yttriumoxid enthält.
Vorrichtung nach Anspruch 64, wobei die Keramikmembran bis zu 20% Zirconiumoxid und bis zu 2% Yttriumoxid aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 65, wobei die Keramikmembran etwa 80% Aluminiumoxid, etwa 18,5% Zirconiumoxid und etwa 1,5% Yttriumoxid aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 64 bis 66, wobei die Porosität der Keramikmembran im Bereich von 50 bis 70% liegt und die Porengröße zwischen 0,3 bis 0,5 μm liegt.