DE69936139T2

DE69936139T2 - Verfahren zur reinigung von wasser

Info

Publication number: DE69936139T2
Application number: DE69936139T
Authority: DE
Inventors: Marilyn E. Aranda KARAMAN; Sivaraj Shanker; Heriberto Alejandro Sylvania BUSTAMANTE; Richard Mark Aranda PASHLEY
Original assignee: Australian National University; Sydney Water Corp
Current assignee: Australian National University; Sydney Water Corp
Priority date: 1998-03-18
Filing date: 1999-03-18
Publication date: 2008-01-24
Anticipated expiration: 2019-03-19
Also published as: AUPP242898A0; BR9908872A; KR20010041997A; EP1080040B1; DE69936139D1; EP1080040A1; NZ507412A; CA2324554A1; JP2002506729A; US7332088B1; ATE362896T1; KR100682559B1; ES2288015T3; WO1999047456A1; CA2324554C; DK1080040T3; ZA200005663B; PT1080040E; JP4297610B2; EP1080040A4

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Methode zum Reinigen von Wasser. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung die Entfernung von Cryptosporidium aus Wasser.
STAND DER TECHNIK
Das Vorliegen mikrobieller Krankheitserreger in Gewässern wie Flüssen, Dämmen, Meerwasser und Schwimmbäder, wo menschlicher Kontakt wahrscheinlich ist, oder in Wasser, das für den Kontakt mit oder den Verbrauch durch Menschen oder Tiere bestimmt ist, stellt eine potentielle Gefahr mit dem Potential dar, zu Erkrankungen, Arbeitsunfähigkeit oder sogar zum Tod zu führen, wenn diese Krankheitserreger versehentlich durch Menschen oder Tiere aufgenommen werden. Dementsprechend gibt es eine Reihe verschiedener Methoden zu ihrer Entfernung, um kontaminiertes Wasser für den menschlichen Kontakt und/oder Verbrauch unbedenklich zu machen.
Bekannte Methoden zum Entfernen von Krankheitserregern aus kontaminiertem Wasser umfassen mechanisches Filtrieren, z.B. physikalischen Ausschluss aufgrund der Größe der mikrobiellen Verschmutzungen, chemische Behandlung wie beispielsweise Chlorierung und Ozonisierung und Elektrolyse, die Oxidationsmittel bilden, die für die Krankheitserreger tödlich sind.
Cryptosporidium kann bis zu sechs Monate in einer feuchten Umgebung überleben und es ist bekannt, dass es schon öffentliche Schwimmbäder kontaminiert hat. Es ist schon von verschiedenen Ausbrüchen von Cryptosporidiose aufgrund kontaminierter Schwimmbäder berichtet worden. Die Kontamination ist gewöhnlich Vorkommnissen mit Fäkalien im Schwimmbecken zuzuschreiben und das Ausbreiten einer Infektion unter den Schwimmbeckenbenutzern kann sehr schnell vor sich gehen. Dies ist teilweise der Unwirksamkeit gegenwärtiger Desinfektionsverfahren zuzuschreiben. Da Schwimmbäder normalerweise nicht auf Cryptosporidium hin überwacht werden, wird man sich des Problems ausnahmslos durch inkriminierende epidemiologische Anzeichen gewahr. In vielen Fällen stellt sich die Cryptosporidiose als infektiöse Diarrhö mit dem Risiko von Komplikationen bei der immunkompromittierten/immunsupprimierten Bevölkerung, beispielsweise kleinen Kindern, sehr alten Leuten, Transplantatempfängern und denjenigen, die eine Immuntherapie durchmachen, ein.
Im Falle von Rohwasser können Cryptosporidium-Oozysten durch herkömmliche Wasserbehandlungsverfahren während der Herstellung von Trinkwasser entfernt werden. Diese Verfahren involvieren das Koagulieren mit Koagulationsmitteln wie Eisen(III)chlorid oder Alaun, gefolgt vom Zusetzen von Polyelektrolyten als Koagulationshilfsmittel und in einigen Fallen hochmolekularen polymeren organischen Filterhilfsmitteln. Das koagulierte Material wird entweder durch Sedimentieren oder Filtrieren durch Sandfilter entfernt.
Die Wasserbehandlungsverfahren sind bezüglich der Entfernung von Cryptosporidium-Oozysten nicht vollständig verlässlich und in vielen Fällen entkommen Oozysten am der Anlage in das Verteilungssystem. Dementsprechend werden herkömmliche Desinfektionsmittel wie beispielsweise Chlor oder Ozon dem filtrierten Wasser vor dem Verteilen als Vorkehrung zugegeben, um einige häufig vorkommende, im Wasser getragene krankheitserregende Mikroorganismen zu zerstören, die eventuell aus der Wasserbehandlungsanlage entkommen sind. Jedoch bleiben Cryptosporidium-Oozysten durch diese Desinfektionsmittel unbeeinflusst.
Außerdem ist es immer möglich, dass lebensfähige Mikroorganismen zwischen der Wasseraufbereitungsanlage und dem Haushaltsverbraucher eingeführt werden. Das kann durch Infiltrieren von Abwasser erfolgen.
Daher verursachen Cryptosporidium-Oozysten, die in das Verteilungssystem eindringen, äußerst ernsthafte Bedenken bezüglich der öffentlichen Gesundheit, da es keine Behandlungsmöglichkeit für die Cryptosporidiose gibt.
Außer Trinkwasser können Wasser in Schwimmbädern, Spa-Bädern und anderen für die Freizeitgestaltung benutzte Gewässer Cryptosporidium hauptsächlich durch Faeces-Kontamination enthalten, die durch Radbenutzer sowie potentiell durch das Trinkwasser, das in den Schwimmbädern verwendet wird, eingeschleppt wird.
Normalerweise wird das Wasser in Schwimmbädern und Spa-Bäder kontinuierlich durch Sandfilter filtriert, um teilchenförmiges Material zu entfernen, und durch Zusatz von Chlor desinfiziert, woraufhin es erneut im Kreislauf geführt wird. In einigen Fallen werden geringe Konzentrationen anorganischer Koagulationsmittel zum Optimieren der Feststoffentfernung hinzugefügt. Jedoch ist, wenn eine Cryptosporidium-Kontamination erfolgt, die Entfernung durch Filtrieren oder Koagulation/Filtrieren durch Sandfilter eventuell nicht vollständig effektiv. Das Erfassen von Oozysten führt zum Schließen des Schwimmbads für die Behandlung des Wassers, beispielsweise durch Überchlorierung in einer Konzentration von 3–5 mg/l. Die Effizienz der Überchlorierung als Behandlung für das Deaktivieren von Cryptosporidium ist nicht garantiert. Die Verwendung anderer starker Desinfektionsmittel wie Ozon, Chloroxid oder Mischungen starker Oxidationsmittel ist ebenfalls mit unterschiedlichem Erfolg geprüft worden.
Die FR-Patentanmeldung Nr. 2425407 offenbart eine Methode zum Reinigen von Schwimmbeckenwasser oder Wasser in einem städtischen Trinkwasserversorgungssystem. Diese Methode umfasst die Verwendung eines sogenannten Biokatalysators, der feinverteiltes Aluminiumoxid und Silberoxid umfasst.
Die JP-Patentveröffentlichung Nr. 4158865 erwähnt Aluminiumoxid als Beispiel einer aktiven Substanz, die für das Entfernen von Mikroorganismen wie Viren und Bakterien aus Wasser geeignet ist, in dem Fische und Schellfische oder Krebstiere leben.
Die JP-Patentveröffentlichung Nr. 02102780 betrifft die Reinigung von Wasser durch Anwendung eines wasserdurchlässigen Beutels, der ein poröses Absorptionsmittel, wie beispielsweise Aktivkohle, Aluminiumoxidpulver, das in Wasser unlöslich ist, enthält.
So gibt es zwar eine Anzahl von Verfahren, die für die Behandlung von Wasserquellen zur Erzeugung von Trinkwasser oder zum Behandeln von für die Freizeitgestaltung benutzten Gewässern allgemein anerkannt sind, es besteht jedoch weiterhin ein signifikantes Problem bezüglich der Fälligkeit dieser Verfahren, Wasser, insbesondere Trinkwasser zu erzeugen, das den strengen Erfordernissen der Vorschriften bezüglich des Gehalts an krankheitserregenden Mikroorganismen entspricht. Bedauerlicherweise haben sich herkömmliche Wasserbehandlungsverfahren als für ihre Entfernung aus Wasserquellen unzuverlässig erwiesen.
Die hier involvierten Erfinder haben die kritische Wichtigkeit des Bereitstellens einer Möglichkeit erkannt, durch die Mikroorganismen, insbesondere Cryptosporidium, die nach herkömmlichen Wasserbehandlungsvorgängen verbleiben können, vor der Verteilung des Trinkwassers an den Endverbraucher entfernt werden können.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Die hier involvierten Erfinder haben nun entdeckt, dass Mittel auf Aluminiumbasis, die Oberflachen-Al-OH-Gruppen besitzen, eine Möglichkeit zum Entfernen von im Wasser vorliegendem Cryptosporidium bereitstellen.
Dementsprechend bietet die vorliegende Erfindung in einer ersten Ausgestaltung ein Verfahren zur Entfernung von Cryptosporidium aus Wasser, das den Schritt umfasst, das Wasser mit teilchenförmigem Aluminiumoxid in Kontakt zu bringen, das AL-OH-Gruppen auf der Oberfläche enthält, für eine Dauer und unter Bedingungen, derart, dass ein Anteil des Cryptosporidiums auf dem Medium adsorbiert und aus dem Wasser entfernt wird.
In einer zweiten Ausgestaltung befasst sich die Erfindung mit der Verwendung von teilchenförmigem Aluminiumoxid, das Al-OH-Gruppen auf der Oberfläche enthält, beim Entfernen von Cryptosporidium aus Wasser.
Die hier involvierten Erfinder glauben, dass diese Erfindung zum ersten Mal eine praktische Möglichkeit zum Entfernen des gefährlichen, im Wasser getragenen Krankheitserregers Cryptosporidium durch Anwendung eines Verfahrens bereitstellt, das sich ohne Weiteres an bestehende Wasseraufbereitungsverfahren anpassen lässt.
Viele Krankheitserreger besitzen aktive Oberflächengruppen, wie beispielsweise Carboxylat- und Phosphatgruppen, die mit zellulären Glykoproteinen verbunden sind, die für eine Wechselwirkung, beispielsweise durch chemische oder elektrostatische Mittel zur Verfügung stehen, wenn sie mit aktiven Oberflächengruppen eines externen Mediums in Kontakt gebracht werden. Ein spezifischer Krankheitserreger ist Cryptosporidium, bei dem die hier involvierten Erfinder gefunden haben, dass es einen pk_a-Wert von 2,5 aufweist, was auf das Vorliegen negativ geladener Gruppen (wie beispielsweise Carboxylat- oder Phosphatgruppen) an der Oberfläche des Organismus hinweist. Zusätzliche Studien haben gezeigt, dass das maximale negative Oberflächenpotential von etwa –27 mV bei einem pH-Wert von mehr als 5,7 in wässriger Lösung erreicht worden ist.
Ein enger Kontakt zwischen Oberflächen kann zur Bildung chemischer Bindungen zwischen Oberflächenstellen sich annähernder Oberflächen (ihren. Dies wird als Chemisorption bezeichnet und erfolgt typischerweise zwischen Carboxylat, Phosphat und einer umfangreichen Reihe von Metallkationen wie Aluminium, Calcium, Eisen usw. in natürlichen Systemen. Die genaue Natur dieser chemischen Wechselwirkungen ist oft komplex, kann jedoch das Binden von Ligaoden an Carboxylat- und Phosphatgruppen an der Oberfläche von Mikroorganismen involvieren. Außerdem wirken Van-der-Waals-Kräfte im Allgemeinen, um Kolloide zu starkem haftfähigem Kontakt zusammenzuziehen.
So können sich die Begriffe „adsorbieren" und „Adsorption", wie hier verwendet, entweder auf die elektrostatische Adsorption oder die Chemisorption beziehen.
Bei der Erfindung wird Aluminiumoxid (Al₂O₃) an der Oberfläche hydratisiert, um Oberflächen-Al-OH-Gruppen zu bilden. Dieses Material stellt ein chemisch aktives Substrat für die direkte Adsorption geeigneter biologischer Spezies dar. Überraschenderweise haben die hier involvierten Erfinder gefunden, dass sich an der Oberfläche befindendes, hydratisiertes Aluminiumoxid die Fähigkeit hat, Cryptosporidium stark zu binden. Es ist jedoch kritisch wichtig, dass das Aluminiumoxid in der geeigneten hydratisierten Form vorliegt.
Das Aluminiumoxid kann in irgendeiner Anzahl physikalischer Formen, wie beispielsweise als Pulver, Granulate, kristalline Feststoffe oder komprimierte Scheiben oder Wafer vorliegen und kann im amorphen Zustand oder als α-Al₂O₃ oder γ-Al₂O₃ vorkommen.
Teilchenförmiges Aluminiumoxid, wie beispielsweise pulverförmige oder granulatförmige Formen, bieten einen erhöhten Oberflächenbereich pro Volumen und sind zum Einfüllen in Kartuschen geeignet, die als solche oder in Verbindung mit anderen Filtriersystemen verwendet werden können. Pulverförmiges und granulatförmiges Aluminiumoxid steht in Größen verschiedener Durchmesser im Bereich beispielsweise von 15 mm bis zu 50 Mikron (0,05 mm) ohne Weiteres zur Verfügung. Die Größe des verwendeten teilchenförmigen Aluminiumoxids kann je nach der Anwendung verschieden sein. Ausschließlich als Beispiel liegt ein spezifischer bei der Erfindung in Betracht gezogener Größenbereich beispielsweise im Bereich von 5 mm bis 1 mm, 3–2 mm und noch bevorzugter 3 mm bis 0,05 mm. Eine andere Teilchengröße liegt im Bereich von 1,5 mm bis 0,5 mm und 1,5 mm bis 0,05 mm. Noch eine andere, bei der vorliegenden Erfindung in Betracht gezogene Teilchengröße liegt im Bereich von 0,5 mm bis 0,05 mm, beispielsweise 0,3 mm bis 0,1 mm.
Je nach der Anwendung, liegen die Teilchengrößen im Allgemeinen zwischen 500 Mikron (0,5 mm) und 13 mm. Der geeignetste Größenbereich wird unter Bezugnahme auf die wirksame Größe und den Gleichförmigkeitskoeffizienten ausgewählt werden.
Im Falle städtischer Wasserbehandlung werden gewöhnlich größere Teilchengrößen, typischerweise von mehr als 1 mm bevorzugt, um geeignete Wasserdurchsätze zu erreichen. Jedoch können Prüfungen in der Technikumsanlage durchgeführt werden, um den optimalen Zusammenhang zwischen der Dicke des Aluminiumoxidbetts und der Teilchengröße festzustellen, um die maximale Entfernung sicherzustellen, während hohe Wasserdurchsätze erreicht werden.
Desgleichen werden im Falle der Wasserbehandlung für technische Zwecke, wie beispielsweise bei der Zubereitung von Wasser zur Verwendung bei der Herstellung von Nahrungsmitteln und Arzneimitteln, relativ große Volumen Wasser behandelt. Dementsprechend erfolgt gewöhnlich ein ähnlicher Ansatz wie bei städtischem Wasser. Man muss sich jedoch im Klaren darüber sein, dass die Anwendung von Filterkartuschen, die das hydratisierte Aluminiumoxid enthalten, bei einigen Herstellungsmöglichkeiten erwünscht sein kann.
Sowohl bei Anwendungen in städtischen als auch privaten Schwimmbecken kann es angebracht sein, feinere Teilchen, sagen wir zwischen 0,5–2 mm zum Maximieren des Auftreffens auf und Auffangens von Cryptosporidium durch die Teilchen zu verwenden.
Bei der Reinigung von Wasser für den Verbrauch im Haushalt wäre es angebracht, kleinste Teilchengrößen zu verwenden, um sowohl die Größe der Filtergeräte zu minimieren als auch einen maximalen Oberflächenbereich zu erreichen, während sichergestellt wird, dass der Druckabfall über die Filterkartusche, die das Aluminiumoxid enthält, minimiert wird.
Es liegt innerhalb des Umfangs dieser Erfindung, hydratisiertes Aluminiumoxid als Teil eines gemischten Filterbetts zu verwenden. In dieser Form ist das hydratisierte Aluminiumoxid im Allgemeinen auf der stromabwärts gelegenen Seite des einfließenden Wassers angeordnet. Auf diese Weise wird das Wasser bevorzugt auf herkömmliche Weise behandelt worden sein, bevor es das hydratisierte Aluminiumoxid kontaktiert. Der mit dem Stand der Technik vertraute Fachmann wird sich im Klaren darüber sein, dass das gemischte Filterbett einzelne Betten von hydratisiertem Aluminiumoxid verschiedener Teilchengrößenbereiche umfassen kann.
Es ist auch wichtig, sich im Klaren darüber zu sein, dass bei einigen Anwendungen es gestattet sein kann, Betten aus hydratisiertem Aluminiumoxid einzusetzen, die unter Schwerkraft gespeist werden.
Um das Adsorptionsvermögen des hydratisierten Aluminiumoxids für Cryptosporidium zu maximieren, wird das Aluminiumoxidbett bevorzugt als Polierfilter angewendet. So sehen einige Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung es vor, das hydratisierte Aluminiumoxid als getrennte Polier-„Monofilter" nach den herkömmlichen Filtern, die die Flocken aus dem flockulierten Rohwasser entfernen, zu verwenden. Bei dieser Konfiguration ist es leichter, den Filter außer Betrieb zu setzen, wenn er erschöpft ist, um das Aluminiumoxid chemisch zu regenerieren. Man muss sich im Klaren darüber sein, dass es Anwendungen geben kann, bei denen das Aluminiumoxid bei wenig oder keiner Vorbehandlung des einfließenden Wassers angewendet werden kann.
Vor dem Kontaktieren des Wassers mit dem hydratisierten Aluminiumoxid werden im Falle der Behandlung von städtischem Wasser sowohl die Trübe als auch die Farbe gewöhnlich durch Zusatz geeigneter anorganischer Koagulationsmittel und organischer Polyelektrolyte entfernt. Ist das städtische Wasser hart, so wird das Wasser bevorzugt durch Enthärten mit Kalk, Enthärten durch das Kalk-Sodaverfahren oder Behandlung mit überschüssigem Kalk enthärtet.
Des Weiteren kann das hydratisierte Aluminiumoxid für die Behandlung der überstehenden Flüssigkeit des Spülwassers bei der Erzeugung von städtischem Wasser verwendet werden, wodurch sichergestellt wird, dass das Cryptosporidium entfernt wird. Das Spülwasser wird in Wasseraufbereitungsanlagen durch Umkehren der Wasserströmung durch ein Filter, um das aufgefangene Material zu entfernen, gebildet. Das Spülwasser wird normalerweise dekantiert und die überstehende Flüssigkeit kann in den Anfang der Anlage zurückgeführt werden.
In einer Wassersituation im Haushalt wird das Wasser schon durch die normalen Verfahren, wie oben beschrieben, behandelt worden sein. Jedoch ist es immer möglich, dass lebensfähige Mikroorganismen in der Wasserversorgung verbleiben oder zwischen der Wasseraufbereitungsanlage und dem Verbraucher im Haushalt eingeführt werden. Dies kann beispielsweise durch Eindringen von Abwasser in das Verteilungssystem erfolgen.
Während Schwimmbeckenwasser nicht als Trinkwasser eingestuft ist, ist es wichtig, dass sein Mikroorganismengehalt innerhalb von Standardgrenzen gehalten wird. Dies ist besonders im Falle öffentlicher Schwimmbäder und Spa-Bäder wichtig. Um die Wasserqualität von Schwimmbadwasser aufrechtzuerhalten, wird es wünschenswerterweise einer Filtration und Desinfektion unterworfen. Da Chlor als Desinfektionsmittel gegen Cryptosporidium unwirksam ist, ist es wichtig, in der Lage zu sein, es von Schwimmbeckenwasser zu entfernen, während das Wasser vor dem Verteilen filtriert wird.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass sie ohne Weiteres als Zusatz zu bestehenden Wasseraufbereitungsanlagen angewendet werden kann. Wie oben erwähnt, wird das Bett von hydratisiertem Aluminiumoxid bei den meisten Anwendungen als letztes Polierfilter angewendet. Dies erlaubt es, dass eine vorhandene Wasseraufbereitungsanlage durch Einfügen einer zusätzlichen Stufe nach den gegenwärtigen Wasseraufbereitungsstufen verbessert werden kann.
Das Medium auf Aluminiumbasis, bevorzugt hydratisiertes Aluminiumoxid, kann in geeignete Filtrierkartuschen hoher Strömungsgeschwindigkeit eingefüllt und beispielsweise als Endstufe in einer Schwimmbeckenpumpfiltriereinheit eingesetzt werden. Als Alternative können derartige Kartuschen direkt in Verbindung mit einem Wasserverteilungssystem im Haushalt eingesetzt werden. In dieser Form kann die Kartusche an den Wasserhahn bzw. Wasserhähne, aus dem bzw. denen Trinkwasser erhalten werden soll, oder an den Einlass aus der städtischen Wasserversorgung angebracht werden.
In einer Situation im Haushalt kann es auch angebracht sein, ein Bett von hydratisiertem Aluminiumoxid einzusetzen, das innerhalb einer durch Schwerkraft gespeisten Kartusche enthalten ist. In dieser Situation wird Wasser einfach unter Schwerkraft durch eine Kartusche geführt, die offen ist, um das Wasser an einem Ende aufzunehmen und es dem Wasser am anderen Ende erlaubt, in ein Aufnahmegefäß abgelassen zu werden. Alternativ kann das hydratisierte Aluminiumoxid in einem wasserdurchlässigen Beutel enthalten sein. In dieser Situation wird der das hydratisierte Aluminiumoxid enthaltende Beutel in ein Gefäß mit Wasser, das behandelt werden soll, für eine geeignete Kontaktzeit eingetaucht.
Für die meisten Anwendungen wird die Kontaktzeit zwischen dem Medium auf Aluminiumbasis und dem zu behandelnden Wasser minimal sein. Typische Kontaktzeiten zwischen etwa 5 Sekunden und 1 Stunde reichen aus, um eine normale Entfernung zu erreichen. Die Kontaktzeit hängt jedoch von einer Reibe von Faktoren ab, die für jede Verwendungssituation zutreffen, wie beispielsweise das Ausmaß der Kontamination, der verfügbare Oberflächenbereich von Aluminiumoxid für den Kontakt mit dem Wasser, d.h. die Teilchengröße und das Volumen von Aluminiumoxid, der Oberflächendichte von Hydroxylgruppen und der Strömungsrate des Wassers über oder durch das Aluminiumoxid. Der mit dem Stand der Technik vertraute Fachmann wird sich im Klaren darüber sein, dass eine geeignete Kontaktzeit durch geeignetes Prüfen und Beurteilen bestimmt werden kann.
Wenn die Al₂O₃-Oberfläche im Wesentlichen vollständig hydratisiert ist, beträgt die Durchschnittsrate der Oberflächen-Al-OH-Gruppen pro nm² Oberflächenbereich 1 Hydroxy pro Gruppe 0,18 nm² bis 1 Hydroxy pro Gruppe 0,25 nm². Vollständig hydratisiertes Aluminiumoxid ist zum Entfernen einer biologischen Spezies am wirksamsten.
Aufgrund der Natur der Aluminiumoxidoberfläche enthält das aktivierte Aluminiumoxid (dehydratisiertes Aluminiumoxid) immer noch einige hydroxylierte Stellen, beispielsweise weniger als 1 Hydroxygruppe pro 10 nm². Jedoch ist das Material für die Entfernung von Cryptosporidium von kontaminiertem Wasser nicht wirksam. Das Einführen von Oberflächen-Al-OH-Gruppen auf aktiviertes Aluminiumoxid ist thermodynamisch vorzuziehen und kann durch Hydratisierungsverfahren erreicht werden, die den mit dem Stand der Technik vertrauten Fachleuten bekannt sind, beispielsweise kann aktiviertes Aluminiumoxid mit Wasser für längere Zeit getränkt werden. Ein zweites Verfahren involviert die Behandlung mit Natriumhydroxid (NaOH), wobei die obere Aluminiumoxidfläche gelöst wird, wodurch es erlaubt wird, dass sich andere Hydroxylgruppen bilden. Bei einem dritten Verfahren involviert das aktivierte Aluminiumoxid die Behandlung mit Natriumhydroxid (NaOH), wobei die obere Aluminiumoxidfläche gelöst wird, wodurch es erlaubt wird, dass andere Hydroxylgruppen gebildet werden. Bei einem dritten Verfahren kann das aktivierte Aluminiumoxid durch Aussetzen Ultraviolettlicht gegenüber in Gegenwart von Wasserdampf behandelt werden. Bei diesem Verfahren wird Ozon eingeführt, der die Al-O-Al-Bindung aufbricht, wodurch die Bildung von Al-OH gestattet wird. Bei einem vierten Verfahren wird aktiviertes Aluminiumoxid behandelt, das Peroxid erzeugt ein Hydroxylradikal, das die Al-O-Al-Bindung angreift, wodurch die Bildung von Al-OH erlaubt wird. Diese Verfahren können zum Einführen der erwünschten Frequenz von Al-OH-Gruppen über den Oberflächenbereich reguliert werden. Beispielsweise kann nur die Aluminiumoxidoberfläche durch Behandeln des Aluminiums in 1 × 10^–2 M NaOH oder in 30 Gew./Vol.% H₂O₂ für mehr als eine Stunde oder Behandeln mit Ozon in Gegenwart von Wasserdampf hydroxyliert werden.
Allgemein gesprochen Rührt das erfindungsgemäße Arbeiten zu einer 2 log-Reduktion in der im Wasser vorliegenden biologischen Spezies. Im Zusammenhang mit dieser Beschreibung bezieht sich log-Reduktion auf eine 10-fache Reduktion. Beispielsweise würde, wenn 1000 Mikroorganismen pro ml in einer Wasserprobe vorlägen, eine 2 log-Reduktion dazu führen, dass 10 Mikroorganismen verbleiben. Bevorzugt erfolgt eine 3 log-Reduktion, am bevorzugtesten eine 4 log-Reduktion. Es wird besonders bevorzugt, dass die Erfindung so vor sich geht, dass mindestens eine 5 log-Reduktion, insbesondere eine 6 log-Reduktion erfolgt. Die Entfernung des Anteils der biologischen Spezies kann mit einer Behandlung erreicht werden oder wahlweise kann das Verfahren des Kontaktieren des kontaminierten Wassers mit der Al-OH-Oberfläche wiederholt werden, um das erwünschte Entfernungsniveau der biologischen Spezies aus dem Wasser zu bieten.
Wie in den folgenden Beispielen beschrieben, hat es sich erwiesen, dass Cryptosporidium-Oozysten sich stark an Aluminiumoxidoberflächen, die Oberflächen-Al-OH-Gruppen enthalten, adsorbieren. Die Ergebnisse zeigen, dass die Oozyten, erfolgt die Adsorption einmal an das Aluminiumoxid, gegen Desorption äußerst widerstandsfähig sind, sogar in Lösungen von höheren pH-Werten, wo die Oberflächen negativer geladen sind. Eine derartige Unabhängigkeit vom pH-Wert ist eine Prozessabsicherung, weil die Oozysten aufgrund der geringen Variationen des pH-Werts nicht in das Wasser freigesetzt werden.
Es scheint, als ob Aluminiumoxid ein spezifisches Substrat für die Adsorption von Cryptosporidium-Oozysten ist. Die adsorbierte Oozystenschicht scheint gegen Desorption bei pH- und EDTA-Behandlung beständig und widerstandsfähig zu sein. Ohne die Erfindung durch die Theorie einzuschränken, kann die Cryptosporidium-Adsorption einer spezifischen Chemisorption zwischen der Aluminiumoxidoberfläche und entweder den Carboxylat- oder Phosphatgruppen oder einigen anderen Gruppen, die an der Oozystenoberfläche vorliegen, zuzuschreiben sein.
AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die folgenden nicht einschränkenden Beispiele und Figuren beschrieben. In diesen Beispielen wird die Entfernung von Cryptosporidium aus Wasser beschrieben.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt eine Elektronenmikrografie eines Cryptosporidium-Oozysten.
2 ist eine grafische Darstellung der Änderung des Zetapotentials von Cryptosporidium-Oozysten in 10^–3 M NaCl in Abhängigkeit vom pH-Wert.
3 ist eine Fotografie von Cryptosporidium-Oozysten, die an polierten Aluminiumoxidwafern adsorbiert sind.
4 zeigt schematisch einen Größenvergleich zwischen Cryptosporidium-Oozysten und einzelnen Aluminiumoxid- oder Siliciumdioxidkugeln.
5 zeigt schematisch das Zurückhalten von Cryptosporidium-Oozysten in gefüllten und ungefüllten Säulen von Siliciumdioxid und Aluminiumoxid.
6 ist eine Fotografie der optisch glatten Oberfläche eines Aluminiumoxidwafers, auf dem sich außen einige wenige Staubteilchen befinden.
7 zeigt grafisch die Permeatniveaus von Cryptosporidium-Oozysten, die nach wiederholtem Waschen durch eine Siliciumdioxidsäule adsorbiert sind.
8 zeigt grafisch die Permeatniveaus von Cryptosporidium-Oozysten, die nach wiederholtem Waschen durch eine Aluminiumoxidsäule adsorbiert sind.
BEISPIELE
MATERIALIEN UND METHODEN
Die durch γ-Strahlung bestrahlten Proben von Rinder-Cryptosporidium-Oozysten wurden von Australian Water Technologies (AWT) in einer Konzentration von 5 × 10⁶ und 3 × 10⁸ Oozysten/ml in destilliertem Wasser geliefert, die vor der Verwendung bei 4°C gelagert wurden.
Das bei dieser Studie benutzte Wasser wurde aus Leitungswasser hergestellt, das durch eine Memtec Krystal Kleen^TM-Einheit unter Anwendung eines dreistufigen Reinigungsverfahrens (Vorfilter, Umkehrosmose und aktivierte Holzkohle) hindurchgeführt wurde, bevor es destilliert, aufgefangen und in einem staubfreien Laminarströmungsschrank unter positivem Druck aufbewahrt wurde, um eine Kontamination durch Schwebeteilchen aus der Luft zu verhindern.
Reines Aluminiumoxid (α-Al₂O₃) in Form flacher, optisch glatter Scheiben von 10 cm wurde von Silica Source Technology, Temple, Arizona, USA, erhalten.
Aluminiumoxidpulver (Durchmesser 63–200 μm) wurde von Merck (Artikel-Nr. 1077) erhalten. Die Aluminiumoxidprobe wurde in Wasser fraktioniert, um die größten Teilchen für Säulentrennungsuntersuchungen abzutrennen. Der Zweck des Auswählen der größten Teilchen bestand darin, die Füllkörpersäule aus Aluminiumoxid herzustellen, in der die Poren zwischen den einzelnen Kugeln im Vergleich mit der Größe des Cryptosporidium-Oozysten (vergleiche 4) groß wären. Daher wäre irgendeine Cryptosporidium-Retention ausschließlich der Adsorption anstatt der physikalischen Retention aufgrund ausschließlich eines Größenausschlusses zuzuschreiben. Das Aluminiumoxid wurde in wässriger Lösung dispergiert, geschüttelt und es wurde erlaubt, dass es sich schnell absetzte, die feine dispergierte Phase wurde abdekantiert und das verbleibende Material erneut dispergiert. Der Vorgang wurde 20 × wiederholt, wobei das dispergierte Material jedes Mal verworfen wurde, bis nur die größten Teilchen zurückgehalten wurden.
Um ein herkömmliches Sandfilter nachzuahmen, wurden parallele Säulenfiltrationsversuche unter Anwendung von Ballotini- (Glas-) Perlen eines Durchmessers von mehr als etwa 150 μm durchgeführt, die auf ähnliche Weise wie die Aluminiumoxidteilchen hergestellt wurden. Dies ermöglicht das Herstellen von Säulen mit ausreichend großen Poren, die das Auffangen von Oozysten durch Größenausschluss verhindern würden (vergleiche 4).
ADSORPTIONSSTUDIEN
Aluminiumoxidsubstrate wurden direkt nach dem Reinigen mit Hilfe von UV-Strahlung 100 μl einer Lösung von 5 × 10⁶ Oozysten/ml Cryptosporidium ausgesetzt. Die behandelten Substrate wurden in einer bedeckten Petrischale, die sich in einer anderen größeren feuchten Petrischale befand, mehrere Stunden lang in einen Kühlschrank eingegeben, um es den Oozysten zu erlauben, sich an die Oberfläche zu adsorbieren. Nach dieser Zeitdauer wurde die Flüssigkeit abdekantiert und das Substrat mit destilliertem Wasser gespült. Jegliche überbleibende Flüssigkeit wurde durch Kapillarwirkung mit Hilfe von Filterpapier entfernt. Das Substrat wurde dann unter einem Kombistereo Wild M32-Lichtmikroskop mit einer Vergrößerung im Bereich von 162-1000X unter Anwendung einer optischen Faserlichtquelle Intralux 5000 untersucht. Die Adsorptionsdichte wurde mit einem klaren Kodak 400 flexi-Film mit einer Filmgeschwindigkeit von 200 ASA mit Hilfe eines Nikon-Fotoapparats fotografiert.
SÄULENTRENNUNGEN

(1) Eine Aufschlämmung der größten Aluminiumoxidteilchen (wie oben beschrieben hergestellt) wurde in eine chromatografische Säule aus Glas (Außendurchmesser 28 mm), die eine #3 Glassintersubstanz enthielt, übertragen. Die überschüssige Flüssigkeit wurde am der Säule abgelassen, wodurch eine Füllkörpersäule mit einer Tiefe von 5 mm (vergleiche 5) hinterlassen wurde. Eine Probe von 100 μl Cryptosporidium mit einer Konzentration von 3 × 10⁸ Oozysten/ml wurde in einem Messkolben auf 25 ml verdünnt, 10 ml dieser Lösung wurden dann in die Aluminiumoxidfüllkörpersäule überführt und man ließ die Lösung 15 Minuten lang stehen, bevor man sie durch das Aluminiumoxid mit einer Rate von 10 ml/h in Glasphiolen hindurchlaufen ließ. Nachdem die gesamten Inhalte hindurchgegangen waren, wurde die Säule zweimal mit 10 ml destilliertem Wasser gewaschen, wobei es mit einer ähnlichen Geschwindigkeit wie derjenigen der ursprünglichen Cryptosporidium-Probe hindurchgelassen wurde. Jede Fraktion von 10 ml wurde aufgefangen, in eine Mikroelektrophoresezelle überführt und unter Anwendung einer Dunkelfeldbeleuchtung untersucht. Dadurch wurde die Dichte und die Ladung irgendwelcher vorliegender Teilchen bestimmt.
(2) Eine Aufschlämmung der größten Ballotini-Perlen wurde in eine chromatografische Säule aus Glas (Außendurchmesser 28 mm), die eine #3 Glassintersubstanz enthielt, übertragen. Die überschüssige Flüssigkeit wurde aus der Säule abgelassen, wodurch eine Füllkörpersäule mit einer Tiefe von 5 mm (vergleiche 5) hinterlassen wurde. Eine Probe von 100 μl Cryptosporidium mit einer Konzentration von 3 × 10⁸ Oozysten/ml wurde in einem Messkolben auf 25 ml verdünnt, 10 ml dieser Lösung wurden dann in die Siliciumdioxidfüllkörpersäule überführt und man ließ die Lösung 15 Minuten lang stehen, bevor man sie durch das Aluminiumoxid mit einer Rate von 10 ml/h in Glasphiolen hindurchlaufen ließ. Nachdem die gesamten Inhalte hindurchgegangen waren, wurde die Säule dreimal mit 10 ml destilliertem Wasser gewaschen, wobei es mit einer ähnlichen Geschwindigkeit wie derjenigen der ursprünglichen Cryptosporidium-Probe hindurchgelassen wurde. Jede Fraktion von 10 ml wurde aufgefangen, in eine Mikroelektrophoresezelle überführt und unter Anwendung einer Dunkelfeldbeleuchtung untersucht. Dadurch wurde die Bestimmung der Dichte und der Ladung irgendwelcher vorliegender Teilchen ermöglicht.

BEISPIEL 1
DIREKTADSORPTION AUF ALUMINIUMOXID
Die von AWT erhaltene Cryptosporidium-Oozystenprobe bestand aus 5 × 10⁶ Oozysten/ml. Da die Oozysten einen Durchmesser von etwa 5 μm aufweisen, bedeutet ein Bereich pro Oozyst von 1,9 × 10^–7 cm², dass die Anzahl von Oozysten, die zum Bedecken eines 1 cm² großen Substrats erforderlich ist, 5 × 10⁶ beträgt. Bei diesen Studien haben wir Proben von 0,1 ml der ursprünglichen Probe von 5 × 10⁶ Oozysten/ml verwendet.
Aus reinem Aluminiumoxid (α-Al₂O₃) bestehende Wafer wurden auf eine ungefähre Größe zugeschnitten und mit (λ185 und 254 mm) 1 h lang in Gegenwart von Wasserdampf bestrahlt, um irgendwelche organische Kontamination zu entfernen. Die UV-Bestrahlung in Gegenwart von Wasserdampf und Sauerstoff erzeugt Ozon- und Hydroxyl-Radikale, die die Aluminiumoxidoberflächen reinigen, wodurch sie hydrophil gemacht werden. Nach der UV-Bestrahlung wurde ein kleines Tröpfchen von destilliertem Wasser auf die Substrate aufgebracht, um sicherzustellen, dass die Oberflächen hydrophil waren, dann unter einem sachten Strom von Stickstoff trockengeblasen.
Die rohen Substrate wurden unter einem Kombistereo Wild M32 Lichtmikroskop mit einem Vergrößerungsbereich von 162–1000X untersucht. Der Aluminiumoxidwafer wurde hochpoliert, so dass ausschließlich die Kontamination durch Staub und die Rauheit auf der Rückseite des Wafers es uns ermöglichte, uns auf die glatte Oberfläche zu konzentrieren. Die 6 zeigt eine Fotografie des Mikroskops, das auf die optisch glatte Oberfläche gerichtet ist, auf der einige wenige von außen stammende Staubteilchen haften. Dies zeigt, dass der Wafer eine ausgezeichnete, optisch glatte Oberfläche für die Adsorptionsuntersuchungen unter Anwendung von Lichtmikroskopie bieten würde.
Der hydratisierte Aluminiumwafer wurde direkt 0,1 ml einer Lösung von 5 × 10⁶ Oozysten/ml ausgesetzt. Das behandelte Substrat wurde in einer bedeckten Petrischale, die sich in einer größeren feuchten Petrischale befand, mehrere Stunden lang in einen Kühlschrank eingegeben, um es den Oozysten zu erlauben, sich an die positiv geladene Oberfläche zu adsorbieren. Nach dieser Zeitspanne wurde die Flüssigkeit von dem Substrat abdekantiert und irgendwelche rückständige Flüssigkeit durch Kapillarwirkung mit Hilfe eines Filterpapiers entfernt. Das Substrat wurde auf ähnliche Weise wie der Rohling untersucht. Beim Konzentrieren auf die Aluminiumoxidfläche wurde eine Bedeckung aus einer gleichförmigen Schicht von etwa einem 1/10tel der Einzelschicht Oozysten beobachtet (vergleiche 3), was mit der ursprünglichen Oozystendichte (d.h. 5 × 10⁵ Oozysten) übereinstimmt, was darauf hinweist, dass die gesamten oder die meisten Oozysten aus der Lösung durch Direktadsorption an das Aluminiumoxidsubstrat entfernt wurden.
Um zu prüfen, ob adsorbierte Oozysten ohne Weiteres desorbiert werden könnten, wurde das beschichtete Aluminiumoxidsubstrat in einen bedeckten Becher, der destilliertes Wasser enthielt, etwa 20 Stunden lang eingegeben. Nach dieser Zeitspanne wurde das Substrat mit Hilfe von Pinzetten herausgenommen und irgendwelche verbleibende Flüssigkeit durch Kapillarwirkung mit Hilfe eines Filterpapiers entfernt, es wurde dann unter dem Mikroskop untersucht. Die Adsorptionsdichte von Oozysten blieb unverändert, was anzeigt, dass die adsorbierten Oozysten in Wasser bei einem pH-Wert von 5,7 stabil waren. Dieses Ergebnis stimmt mit der Beobachtung überein, dass Aluminiumoxid bei diesem pH-Wert positiv geladen ist. Des Weiteren zeigt es auch, dass Cryptosporidium-Oozysten eine hohe Affinität für die Aluminiumoxidoberfläche aufweisen.
Um zu prüfen, ob die Oozysten bei höheren pH-Werten an Aluminiumoxidsubstraten adsorbiert bleiben würden, wurde das beschichtete Aluminiumoxid in Puffermittel bei einem pH-Wert von 9,2 eingegeben. Bei diesem pH-Wert wird das Aluminiumoxid negativ geladen, was die Oozystendesorption verursachen könnte, wenn die Adsorption ausschließlich elektrostatischen Ursprungs wäre. Jedoch wurde, nachdem das beschichtete Substrat 16 Stunden lang bei diesem pH-Wert gehalten wurde, das Substrat unter dem Mikroskop untersucht, und es wurde wiederum festgestellt, dass keine Oozystendesorption stattfand. Dies könnte entweder deshalb sein, weil bei diesem pH-Wert das (negative) Oberflächenpotential immer noch zu schwach ist, um die starke Van-der-Waals-Anziehung zu überwinden oder weil sobald die Oozysten adsorbiert worden sind, starke Kurzbereichligandenbindungen zwischen dem Oberflachenaluminium und den Carboxylat- oder Phosphatgruppen, die an der Oozystenoberfläche vorliegen, gebildet werden. Um zu prüfen, ob das geringe Oberflächenpotential der Grund für das Nichtstattfinden der Desorption sein könnte, legten wir das beschichtete Substrat mehrere Stunden lang in ein Puffermittel eines pH-Werts von 10 (wobei das Aluminiumoxid ein hohes negatives Oberflächenpotential erwerben sollte), wobei wiederum keine Oozystendesorption beobachtet wurde. Dies bietet einen weiteren Beweis, dass die entstehende Oozystenadsorption einer relativ starken spezifischen Chemisorption zuzuschreiben war.
BEISPIEL 2
SÄULENSEPARATOREN
Eine chromatografische Säule aus Glas (Außendurchmesser 28 mm), die eine #3 Glassinstersubstanz enthielt, wurde zu Säulentrennungen ausgewählt (vergleiche 5). Um sicherzustellen, dass die Poren der Glassintersubstanz groß genug waren, um die Cryptosporidium-Oozysten hindurchzulassen, wurde eine Probe von 1,5 × 10⁶ Oozysten/ml durch die Glassintersubstanz der ungefüllten Säule hindurchgeführt.
Das Säulenpermeat wurde aufgefangen und in eine Mikroelektrophoresezelle überführt und mit Hilfe von Dunkelfeldbeleuchtung untersucht. Beim ersten stationären Niveau wurden etwa 125 negativ geladene Teilchen (Oozysten) beobachtet. Dies beweist, dass Oozysten ohne Weiteres durch die Glassintersubstanz hindurchgingen.
(2.2) SILICIUMDIOXID-ROHLING
Die Siliciumdioxid- (Ballotini-) Perlen wurden auf eine Größe eines Durchmessers von etwa 200 μm, wie oben beschrieben, fraktioniert. Die Glassäule wurde auf eine Tiefe von 5 mm mit den fraktionierten großen Ballotini-Perlen gefüllt. Man ließ 10 ml destilliertes Wasser durch die Füllkörpersäule hindurchlaufen und das Permeat wurde aufgefangen. Das Permeat wurde in eine Mikroelektrophoresezelle überführt. Dies erlaubte es uns nicht nur, zu prüfen, ob die Sintersubstanz eine ausreichende Porosität aufwies, um den Siliciumdioxidträger zurückzuhalten, es erlaubte auch eine Bestimmung der Hintergrundniveaus. Es wurde gefunden, dass die Sintersubstanz den Füllkörperträger ausreichend zurückhielt, da das Permeat typischerweise etwa 8 negativ geladene Teilchen im Blickfeld aufwies.
(2.3) SILICIUMDIOXIDFÜLLKÖRPERSÄULE
Die Siliciumdioxid- (Ballotini-) Perlen wurden auf eine Größe eines Durchmessers von etwa 200 μm fraktioniert. Eine Aufschlämmung dieser Perlen wurde in eine chromatografische Säule aus Glas (Außendurchmesser 28 mm), die eine #3 Glassintersubstanz enthielt, übertragen. Die überschüssige Flüssigkeit wurde aus der Säule abgelassen, wodurch eine Füllkörpersäule mit einer Tiefe von 5 mm hinterlassen wurde. Eine Probe von 100 μl Cryptosporidium mit einer Konzentration von 3 × 10⁸ Oozysten/ml wurde in einem Messkolben auf 25 ml verdünnt, 10 ml dieser Lösung wurden dann in die Siliciumdioxidfüllköpersäule überführt und man ließ die Lesung 15 Minuten lang stehen, bevor man sie durch das Aluminiumoxid mit einer Rate von 10 ml/h in Glasphiolen hindurchlaufen ließ. Nachdem die gesamten Inhalte hindurchgegangen waren, wurde die Säule dreimal mit 10 ml destilliertem Wasser gewaschen, wobei es mit einer ähnlichen Geschwindigkeit wie derjenigen der ursprünglichen Cryptosporidium-Probe hindurchgelassen wurde. Jede Fraktion von 10 ml wurde aufgefangen, in eine Mikroelektrophoresezelle überführt und unter Anwendung einer Dunkelfeldbeleuchtung untersucht.
Vor dem Hindurchführen durch den Füllkörperträger enthielt die Cryptosporidium-Probe etwa 75–78 negativ geladene Teilchen in einer vorgegebenen Sichtebene innerhalb der Zelle. Das Permeat, das durch die Füllkörpersäule hindurchgegangen war, erwies sich als etwa 70 negativ geladene Teilchen aufweisend. Drei weitere 10 ml-Wäschen wurden durch die Säule hindurchgeführt, um zu sehen, ob das Cryptosporidium sich desorbieren würde oder ob eine Verzögerungszeit bei der gesamten „Cryptosporidium"-Rückgewinnung erfolgte. Es wurde gefunden, dass die ersten, zweiten und dritten Wäschen 34 bzw. 13 bzw. 8 negativ geladene Teilchen enthielten. Die erhaltenen Ergebnisse sind in 7 grafisch aufgezeichnet. Dies beweist, dass Cryptosporidium nicht in dem Säulenträger zurückgehalten wurde (d.h. es war keine Adsorption ersichtlich), so dass es den Oozysten erlaubt wurde, durch große Zwischenporenabstände zwischen nebeneinander liegenden Siliciumdioxidteilchen hindurchzugehen.
(2.4) ALUMINIUMOXID-ROHLING
Das Aluminiumoxidpulver wurde auf eine Größe eines Durchmessers von etwa 200 μm, wie oben unter Materialien und Methoden beschrieben, fraktioniert. Die Glassäule wurde auf eine Tiefe von 5 mm mit fraktioniertem Aluminiumoxidpulver gefüllt. Man liess 10 ml destilliertes Wasser durch die Füllkörpersäule hindurchlaufen und das Permeat wurde aufgefangen. Das Permeat wurde in eine Mikroelektrophoresezelle überführt und auf das erste stationäre Niveau eingestellt. Dies erlaubte die Bestimmung, ob die Sintersubstanz eine ausreichende Porosität aufwies, um den Aluminiumoxidträger zurückzuhalten, es erlaubte auch eine Bestimmung der Hintergrundniveaus. Es wurde gefunden, dass die Sintersubstanz den Füllkörperträger ausreichend zurückhielt, da das Permeat typischerweise etwa 14 negativ geladene Teilchen in einer Sichtebene aufwies.
(2.5) ALUMINIUMOXIDFÜLLKÖRPERSÄULE
Das Aluminiumoxidpulver wurde auf eine Größe eines Durchmessers von etwa 200 μm, wie oben beschrieben, fraktioniert. Eine Aufschlämmung dieses hydratisierten Aluminiumoxidpulvers wurde in eine chromatografische Säule aus Glas (Außendurchmesser 28 mm), die eine #3 Glassintersubstanz enthielt, übertragen. Die überschüssige Flüssigkeit wurde aus der Säule abgelassen, wodurch eine Füllkörpersäule mit einer Tiefe von 5 mm hinterlassen wurde. Eine Probe von 100 μl Cryptosporidium mit einer Konzentration von 3 × 10⁸ Oozysten/ml wurde in einem Messkolben auf 25 ml verdünnt, 10 ml dieser Lösung wurden dann in die Aluminiumoxidfüllkörpersäule überführt und man liess die Lösung 15 Minuten lang stehen, bevor man sie durch das Aluminiumoxid mit einer Rate von 10 ml/h in Glasphiolen hindurchlaufen ließ. Nachdem die gesamten Inhalte hindurchgegangen waren, wurde die Säule zweimal mit 10 ml destilliertem Wasser gewaschen, wobei es mit einer ähnlichen Geschwindigkeit wie derjenigen der ursprünglichen Cryptosporidium-Probe hindurchgelassen wurde. Jede Fraktion von 10 ml wurde aufgefangen, in eine Mikroelektrophoresezelle überführt und unter Anwendung einer Dunkelfeldbeleuchtung untersucht. Dies erlaubte die Bestimmung der Dichte und der Ladung irgendwelcher vorliegender Teilchen.
Vor dem Hindurchführen durch den Füllkörperträger enthielt die Cryptosporidium-Probe etwa 70 negativ geladene Teilchen in einer vorgegebenen Ebene innerhalb der Zelle. Im Vergleich dazu erwies sich das Permeat, das durch die Füllkörpersäule hindurchgegangen war, als nur 4 negativ geladene Teilchen in einer vorgegebenen Ebene (d.h. unterhalb des Hintergrundniveaus) aufweisend. Zwei weitere 10 ml Wäschen wurden durch die Säule hindurchgeführt, um zu sehen, ob das Cryptosporidium ohne Weiteres desorbiert werden könnte. Es wurde gefunden, dass die zweiten und dritten Wäschen nur 1 negativ geladenes Teilchen enthielten (vergleiche 8).
Dies zeigt, dass Cryptosporidium aufgrund von Adsorption in der Säule zurückgehalten wurde, da die Zwischenporenabstände zwischen nebeneinander liegenden Aluminiumoxidteilchen keine Sperre aufgrund ausschließlich von Größenausschluss darstellen würden. Auch boten wiederholte Wäschen einen guten Beweis dafür, dass die Oozysten nicht leicht desorbiert werden konnten.
BEISPIEL 3
Um die verschiedenen schnellen Rehydroxylierungsmethoden zu untersuchen, wurde das Aluminiumoxid auf 610°C erhitzt und das Pulver entweder mit H₂O₂ oder NaOH behandelt. Dieses Beispiel leistet einen wichtigen Beitrag zu den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung und stellt den allgemeinen Stand der Technik dar. Jedoch bildet dieses Beispiel nicht Teil der vorliegenden Erfindung, wie beansprucht. Das Pulver wurden dann im Ofen bei 110°C zum Entfernen von Oberflächenwasser getrocknet und geprüft, um zu sehen, ob die feinen Pulverteilchen schwommen oder sanken. Die entwickelte Methode involvierte das Nehmen einer Probe des Pulvers mit dem Ende eines Spachtels und dann wurde bei Annäherung an die Oberflächen in einem Winkel von 45° das Pulver langsam durch die Grenzfläche zwischen Luft/Wasser bewegt, der Spachtel wurde dann langsam zurückgezogen und wenn das Pulver nicht vollständig hydroxyliert war, schwommen die feinen Pulverteilchen, während, wenn das Pulver vollständig hydroxyliert war, es nass zu werden schien und vom Ende des Spachtels abrieselte.
MIT NaOH BEHANDELTES ALUMINIUMOXID
Wir prüften die Pulver, die mit 1 × 10^–5, 5 × 10^–4 und 1 × 10^–2 M NaOH eine Stunde lang behandelt worden waren. Die mit 1 × 10^–5, 5 × 10^–4 behandelten Pulver schwommen, während die mit 1 × 10^–2 M NaOH behandelte Probe sank, was zeigt, dass die Aluminiumoxidteilchen hydrophil geworden waren.
MIT H₂O₂ BEHANDELTES ALUMINIUMOXID
Wir prüften die Pulver, die mit 10 Gew./Vol.-% H₂O₂ ½ h lang und 1 h lang und mit 30 Gew./Vol-% H₂O₂ 5, 10, 15, 30, 60, 120 und 225 Minuten lang behandelt worden waren. Wir fanden, dass die weniger als 1 h lang behandelten Pulver schwommen, während diejenigen, die mehr als 1 h behandelt worden waren, sanken, was zeigt, dass diese Versuche beweisen, dass die Hydroxylierung von Aluminiumoxid auf schnelle und effiziente Weise durch Behandlung mit entweder Natriumhydroxid- oder Wasserstoffperoxidlösungen erreicht werden kann.
In der ganzen Beschreibung und den Ansprüchen, die folgen, sollte das Wort „umfassen" und Variationen wie „umfasst" und „umfassend" so zu verstehen sein, dass es den Einschluss einer angegebenen ganzen Zahl oder eines Schritts oder einer Gruppe von ganzen Zahlen oder Schritten, jedoch nicht den Ausschluss irgendeiner anderen ganzen Zahl oder eines Schritts oder Gruppe von ganzen Zahlen oder Schritten bedeutet, es sei denn, der Zusammenhang erfordert etwas anderes.

Claims

Verfahren zur Entfernung von Cryptosporidium aus Wasser, das den Schritt umfasst, das Wasser mit einem Medium, das im Wesentlichen aus teilchenförmigem Aluminiumoxid mit einem Durchmesser im Bereich von 15 mm bis 0,05 mm besteht, wobei das Aluminiumoxid Al-OH-Gruppen auf der Oberfläche enthält, die in einer durchschnittlichen Anzahl von 1 Hydroxylgruppe pro 0,25 nm bis 1 Hydroxylgruppe pro 0,18 nm² Oberflächenbereich auftreten, für eine Dauer von 5 Sekunden bis 1 Stunde in Kontakt zu bringen, um mindestens eine Verringerung des in dem Wasser vorhandenen Cryptosporidiums um zwei logarithmische Einheiten durch dessen Adsorption auf dem Aluminiumoxid zu bewirken.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei das teilchenförmige Aluminiumoxid einen Durchmesser im Bereich von 1,5 mm bis 0,05 mm hat.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei das Wasser für den Kontakt mit dem Menschen bestimmt ist.
Ein Verfahren gemäß Anspruch 3, wobei das Wasser für den menschlichen Verbrauch bestimmt ist.
Verfahren gemäß Anspruch 3, wobei das Wasser für die Verwendung in Schwimmbädern oder in Spa-Bädern bestimmt ist.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei eine Verringerung des Cryptosporidiums in dem Wasser um mindestens drei, bevorzugt vier, bevorzugter fünf und insbesondere sechs logarithmische Einheiten durch dessen Adsorption auf dem Aluminiumoxid bewirkt wird.
Verwendung eines teilchenförmigen Aluminiumoxids, das Al-OH auf der Oberfläche enthält und einen Durchmesser im Bereich von 15 mm bis 0,05 mm hat, wobei das Aluminiumoxid Al-OH-Gruppen auf der Oberfläche enthält, die in einer durchschnittlichen Anzahl von 1 Hydroxylgruppe pro 0,25 nm bis 1 Hydroxylgruppe pro 0,18 nm Oberflächenbereich auftreten, bei der Entfernung von Cryptosporidium aus Wasser.
Verwendung gemäß Anspruch 7, wobei das teilchenförmige Aluminiumoxid einen Durchmesser im Bereich von 3 mm bis 0.05 mm hat.
Verwendung gemäß Anspruch 7, wobei das Wasser für den Kontakt mit dem Menschen bestimmt ist.
Verwendung gemäß Anspruch 9, wobei das Wasser für den menschlichen Verbrauch bestimmt ist.
Verwendung gemäß Anspruch 9, wobei das Wasser für die Verwendung in Schwimmbädern oder in Spa-Bädern bestimmt ist.