NL1036083C - Werkwijze en inrichting voor het behandelen van water met zilver. - Google Patents

Description

Werkwijze en inrichting voor het behandelen van water met zilver

Onderhavige vinding betreft een werkwijze en inrichting voor het behandelen van een fluïdum in het algemeen en desinfectie van water in het bijzonder gekenmerkt door middelen om een fluïdum in contact te brengen met een zilver bevattend oppervlak, 5 middelen om een hoeveelheid zilver tijdelijk in oplossing te brengen en middelen om lage concentraties zilverionen terug te winnen uit de oplossing. De inrichting om het zilver tijdelijk in oplossing te brengen bestaat uit een electrololysecel en / of een of meerdere ultrasone transducers. De inrichting om lage concentraties zilver terug te winnen bestaat uit de kathode van een electrolysecel. Onderhavige vinding is uitermate geschikt voor desinfectie 10 van drinkwater en / of afvalwater en / of lucht.

Inleiding

Het is in de literatuur bekend dat lage concentraties zilverionen een desinfecterende werking hebben. Een bekende desinfectietechniek waarbij gebruik wordt gemaakt van 15 zilverionen is de zogenaamde zilverionisatie of koperzilverionisatie. Hierbij worden zilver- en / of koperionen door middel van elektrolyse geproduceerd. Koperionen en zilverionen hebben bij desinfectie een synergetische werking. Volgens de huidige stand der techniek wordt desinfectie van water middels zilverionisatie of koperzilverionisatie uitgevoerd bij een concentratie koperionen van circa 200 microgram Cu2* per liter water tot 400 microgram 20 Cu2* per liter water en een concentratie zilverionen van circa 20 microgram Ag* per liter water tot 40 microgram Ag* per liter water. De MAC waanden voor koper en zilver bedragen respectievelijk 200 microgram Cu2* per liter water en 100 microgram Ag* per liter water. Op het moment van indiening van onderhavige octrooi-aanvrage loopt in Nederland een door door het ministerie van VROM goedgekeurde proef op produktieschaal om drinkwater te 25 desinfecteren met koperionen en zilverionen. In de proefinstallatie worden de ionen geproduceerd door gebruik te maken van electrolyse waarbij de anode van de elektrolysecel uit koper en / of zilver en / of een mengsel van koper en zilver bestaat. Een belangrijk kenmerk van deze proefinstallatie is dat een groot deel van de koper- en zilverionen die tijdens de elektrolyse worden geproduceerd in het gezuiverde water 30 terechtkomen. Enerzijds is de aanwezigheid van koper- en zilverionen in het drinkwater gunstig omdat van deze ionen een desinfecterende werking uitgaat. Anderzijds leidt deze wijze van waterzuivering tot introductie van een verhoogd zilver- en kopergehalte in de waterketen, tot hoge chemicalienkosten om het drinkwater te zuiveren (zilverkosten en koperkosten) en tot onnodig hoge concentraties van deze metaalionen in het drinkwater.

35 De technologie volgens onderhavige vinding betreft een werkwijze en inrichting waarmee het mogelijk is om het te zuiveren water in de procesinstallatie te behandelen bij hoge koper- en zilverionenconcentraties zonder dat het uiteindelijke drinkwater dergelijke hoge 1036083 2 concentraties aan koper- en zilverionen bevat.

Technische beschrijving van onderhavige vinding

De technologie volgens de onderhavige vinding maakt gebruik van tenminste een electrolysecel die een of meerdere anoden bevat die tenminste voor een deel uit zilver en / 5 of koper bestaan. De electrolysecel bevat ook een of meerdere kathoden die bij voorkeur ook voor een deel uit zilver en / of koper bestaan. De zuivering van het water vindt bij voorkeur grotendeels plaats tussen de anode en de kathode en de elektrolysecel is zodanig ontworpen dat het water eerst langs het de anode(n) stroomt en vervolgens pas langs de kathode(n). De elektrolysecel wordt zo bedreven dat water dat zich tussen anode en 10 kathode bevindt een zeer hoge concentratie zilverionen en / of koperionen bevat. Zodra het water de kathode(n) is gepasseerd bevat het zeer lage tot verwaarloosbare concentraties aan zilverionen en koperionen. Door het ontwerp van de elektrolysecel slaan namelijk nagenoeg alle ionen die bij de anode zijn opgelost weer neer op de kathode. Dit betekent dat het met de technologie volgens onderhavige vinding gezuiverde water niet alleen 15 gedesinfecteerd is maar ook vrij van chemicaliën. Verder maakt de technologie volgens onderhavige vinding duurzame waterproduktie mogelijk omdat de gebruikte chemicaliën (koper en zilver) worden teruggewonnen en daardoor niet in de waterketen terechtkomen. Nu de basisgedachte van onderhavige vinding is beschreven wordt ingegaan op een aantal uitvoeringsvormen die de commerciële relevantie van onderhavige vinding duidelijk maken. 20 In een eerste voorkeuruitvoeringsvorm bestaat de anode van de elektrolysecel uit een gepakt bed van electriciteit geleidende knikkers. De knikkers hebben een diameter van 1 micron tot 10 cm en kunnen uit massief zilver en / of koper bestaan en / of uit een materiaal dat gecoat is met een laagje zilver en I of koper en / of uit een composiet met daarin zilver en / of koper. Het te behandelen water stroomt door het anodebed van de geleidende 25 knikkers. Bij voorkeur bevinden de knikkers zich in een cilindrische buis. De buis is zodanig gedimensioneerd dat de diameter van de buis meer dan tien keer de knikkerdiameter bedraagt van de knikkers die zich in de buis bevinden en dat de lengte van de buis meer dan 40 keer de knikkerdiameter bedraagt. Indien aan deze voorwaarde wordt voldaan mag worden aangenomen dat de vloeistof zich in propstroom door de buis verplaatst.

30 Vervolgens komt de vloeistof in een verblijftijdsruimte. Deze bestaat bij voorkeur uit een gepakt bed van zilveren en / of koperen knikkers die geen contact maken met de anode(n) en ook geen contact maken met de kathode(n). Dit kan worden gerealiseerd door een geperforeerd kunststof plaatje tussen de anoderuimte en de tussenruimte te plaatsen. Door zo'n zelfde plaatje tussen de tussenruimte en de kathode(n)ruimte te plaatsen en de 35 kathode(n) op dezelfde manier uit te voeren als de anode(n) wordt een zeer efficiënte desinfectiereaktor verkregen. In de anoderuimte komen dankzij het grote elektrode-oppervlak grote hoeveelheden metaalionen vrij. Deze metaalionen bewegen zich in 3 propstroom van anode naar kathode. Door de zeer hoge concentratie metaalionen treedt na een korte verblijftijd i.e., een verblijftijd van enkele minuten, desinfectie op. Hierna passeert de vloeistof de kathoderuimte waar, dankzij het grote specifieke oppervlak van de kathode(n), nagenoeg alle metaalionen die in de anoderuimte zijn opgelost weer neerslaan 5 op de kathode. Het resultaat is gedesinfecteerd water met een zeer laag gehalte aan zilveren koperionen. Het is voor de vakman duidelijk dat de werking van de reaktor verder geoptimaliseerd kan worden door op de gelijkspanning tussen anode en kathode ook nog een wisselspanning te superponeren. Indien deze wisselspanning zich in het frequentiegebied tussen 20 kHz en 200 kHz bevindt treedt naast de desinfèctie door zilver-10 en koperionen ook nog eens desinfectie door electroporatie op. Verder is voor de vakman duidelijk dat desgewenst de anodevloeistof over een verblijftijdsvat kan worden gerecirculeerd waardoor de verblijftijd van het water in de vloeistof met een hoge concentratie aan zilver- en koperionen langer is. Doordat het op de anode(n) aanwezige koper en zilver langzaam oplost, raakt de anoderuimte langzaam uitgeput aan zilver en / of IS koper. In de kathoderuimte daarentegen wordt het zilver en koper dat in eerste instantie in oplossing ging weer teruggewonnen. Hierdoor wordt de kathoderuimte verrijkt aan zilver en / of koper. Zodra de efficiency van het desinfectieproces begint terug te lopen omdat de anoderuimte uitgeput raakt aan zilver en / of koper wordt de vloeistofstroom door de elektrolysecel omgedraaid en worden de elektroden omgepoold zodat de elektrode die 20 vroeger anode was nu kathode wordt. Het gevolg is dat de cel weer optimaal werkt en nu de elektrode die uitgeput was aan zilver en / of koper nu weer "opgeladen" wordt met deze metalen.

In een tweede uitvoeringsvorm wordt onderhavige vinding toegepast om biofouling in membranen tegen te gaan en tegelijkertijd de vloeistof die door de membraaninstallatie 25 stroomt te desinfecteren. Op deze wijze kunnen in een waterzuiveringsproces de membraanfiltratiestap en een desinfectiestap worden gecombineerd. Hiertoe worden in een module van een microfiltratiemembraan, ultrafiltratiemembraan, nanofiltratiemembraan of omgekeerde osmosemembraan zowel aan de permeaatzijde als aan de concentraatzijde elektriciteit geleidende deeltjes aangebracht die tenminste voor een deel uit zilver en / of 30 koper bestaan. Vervolgens worden de deeltjes aan de concentraatzijde op een anode aangesloten en de deeltjes aan de permeaatzijde op een kathode. Het gevolg is dat aan de anode zilverionen en / of koperionen ontstaan die een desinfecterende werking hebben. Nadat het water het membraan passeert komen deze ionen in contact met de kathodedeeltjes met als gevolg dat de ionen weer neerslaan. Het is voor de vakman 35 duidelijk dat op deze wijze water op een zeer effectieve wijze kan worden gedesinfecteerd en dat het systeem volgens onderhavige vinding nog het bijkomend voordeel heeft dat de membranen schoon blijven omdat geen biofouling optreedt. Verder is voor de vakman 4 duidelijk dat het concept met de zilverionen en de koperionen bij RO membranen en nanofiltratiemembranen complexer verloopt dan hierboven beschreven aangezien deze membranen een positieve retentie hebben voor koperionen en in de meeste gevallen ook voor zilverionen. Het gevolg is dat deze ionen zich in de concentraatstroom ophopen 5 hetgeen voor desinfectie gunstig is. Tot slot is voor de vakman duidelijk dat onderhavige vinding uitermate geschikt is om toegepast te worden in combinatie met tubulaire membranen in het algemeen en keramische membranen in het bijzonder.

In een derde uitvoeringsvorm wordt een metallisch oppervlak van zilverionen en / of koperionen geoxideerd door dit oppervlak bloot te stellen aan ultrasone trillingen. Het is de 10 vakman duidelijk dat in een dergelijk geval microcavitatie optreedt hetgeen corrosie en het in oplossing gaan van koperionen en zilverionen tot gevolg heeft. De op deze wijze in oplossing gebrachte ionen hebben een desinfecterende werking. Opgemerkt wordt dat de ultrasone technologie in de meeste gevallen superieur is aan electrolysetechnologie omdat deze laatste investeringstechnisch duurder is, hogere variabele kosten tijdens 15 procesvoering met zich meebrengt en minder goed regelbaar is dan de ultrasone technologie waar de oplossnelheid van de elektrode kan worden ingesteld aan de hand van de amplitude en / of frequentie van de ultrasone trilling. Het in oplossing brengen van koper en zilver door middel van ultrasone trillingen waarbij de aldus verkregen koper- en zilverionen worden toegepast voor desinfectie van water maakt nadrukkelijk deel uit van 20 onderhavige vinding. Desgewenst kunnen de ionen die door middel van ultrasone trillingen zijn gevormd weer worden neergeslagen aan een kathode door toepassing van een electrolysecel. Het is voor de vakman duidelijk dat de combinatie van koper- en zilverionen enerzijds met ultrasone trillingen anderzijds een sterke synergetische werking tot gevolg heeft aangezien bekend is dat ultrasone trillingen zelf ook tot desinfectie leiden.

25 In een vierde uitvoeringsvorm wordt door de procesinstallatie die in eerdere uitvoeringsvormen is beschreven een hoeveelheid te behandelen lucht of gas gepompt. Gevolg is dat dit gas wordt gedesinfecteerd.

In een vijfde uitvoeringsvorm wordt de technologie volgens onderhavige vinding gecombineerd met gemoduleerde radiogolven ter desinfectie.

30 De deeltjes die in combinatie met onderhavige vinding kunnen worden toegepast als onderdeel van een elektrode zijn: metaaldeeltjes in het algemeen, aktieve kool, grafiet, polymeerdeeltjes waaronder deeltjes die zijn geproduceerd door suspensiepolymerisatie, emulsiepolymerisatie, glazen deeltjes, Raschig ringen van glas, metaal of kunststof, holle kunststof balletjes. Elk van deze deeltjes kan worden voorzien van zilver en / of koper en in 35 combinatie met onderhavige vinding worden toegepast. Indien holle deeltjes worden toegepast zullen deze een dichtheid hebben die kleiner is dan de dichtheid van water. Bijgevolg zullen de deeltjes in een kolom met water opstijgen.

5

In een zesde voorkeuruitvoeringsvorm vindt het desinfectieproces volgens onderhavige vinding met verzilverde en / of verkoperde holle deeltjes plaats waarbij de op deze wijze gepakte kolom van tijd tot tijd met perslucht wordt gereinigd door de perslucht van boven naar beneden in de kolom te injecteren.

5 10 15 20 25 30 35 1036083

Claims (4)

1. Werkwijze of inrichting voor behandeling van een vloeistof of gas met zilverionen en / of koperionen gekenmerkt door tenminste • een electrolysecel waarbij de vloeistof en of het gas eerst langs een 5 anodecompariment stroomt en waarbij • het anodecompartiment uit een bed van deeltjes bestaat waarvan tenminste een deel als elektrode fungeert en waarbij • de deeltjes tenminste gedeeltelijk uit zilver en / of koper bestaan en waarbij • het kathodecompartiment uit een bed van elektriciteit geleidende deeltjes bestaat.

2. Werkwijze of inrichting volgens conclusie 1 waarbij tussen het anodecompartiment en het kathodecompartiment een verblijftijdsreaktor is aangebracht.

3. Werkwijze of inrichting volgens een van de voorgaande conclusies 1 of 2 waarbij de anode zich in een membraanbehuizing bevindt aan de concentraatzijde van een vloeistof en waarbij de kathode zich aan de permeaatzijde bevindt.

4. Werkwijze of inrichting volgens een van de voorgaande conclusies 1 t/m 3 waarbij tenminste een deel van de zilverionen en / of de koperionen In oplossing is gebracht door een oppervlak van zilver en / of koper bloot te stellen aan ultrasone trillingen. 20 25 30 35 1036083