NL8003150A - Filter en werkwijze voor het filtreren van water. - Google Patents

Description

Filter en werkwijze voor het filtreren van water.

Deze uitvinding betreft een bacteriostatisch filtreermedium en een filter dat zo'n medium bevat alsmede een werkwijze voor het filtreren van water.

Poederkool vindt in de laatste jaren uitgebreide 5 toepassing als filtermedium voor het zuiveren van water, en ver vangt daarbij andere media, vooral cellulose. Hoewel noch cellulose noch poederkool op zichzelf bacteriostatisch zijn heeft de kool het voordeel permanent te zijn, dat wil zeggen niet biologisch afbreekbaar, en het heeft een goede affiniteit voor orga-10 nische verontreinigingen. De organische verontreinigingen krij gen de laatste jaren hoe langer hoe meer aandacht doordat er steeds meer van komen, doordat er zo'n grote verscheidenheid van is, door hun onbekende effecten op lange termijn en doordat ze een ernstige bedreiging van de volksgezondheid kunnen zijn. Water-15 filters die poederkool bevatten zijn dan ook een goede benade ring gebleken voor het verbeteren van de waterkwaliteit.

Een bijzonder nuttig filtermedium is beschreven in het Amerikaanse octrooischrift 3.055.503, dat ons een gevouwen filterelement met gemakkelijk uitwisselbare patronen leert. Het 20 onwateringsrooster heeft een evenwichtig ontwerp dat een gelijk matige afzetting van de kooldeeltjes daarop toelaat.

Een hoofdprobleem met alle soorten waterfilters is dat bacteriën zich aan het vast/vloeistof-oppervlak hechten, zich daar vermenigvuldigen en nakomelingen in de te filtreren 25 vloeistof afgeven. Als er niets aan gedaan wordt kan de bacterie- concentratie in dé uitkomende vloeistof boven een aanvaardbare grens komen, vooral indien het filter zo nu en dan niet gebruikt 8003150 2 wordt.

Zoals reeds gezegd is poederkool op zichzelf niet bacteriostatisch. Een van de betere, bekende bacteriostatische middelen is zilver. Zo beschrijft het Amerikaanse octrooischrift 5 2.040.806 een vezelig materiaal dat met zilver behandeld is en desinfecterend werkt. Volgens het Amerikaanse octrooischrift 2.701.792 kan men stoffen met bacteriostatische eigenschappen gebruiken om filtermedia van actieve kool te behandelen. Volgens het Amerikaanse octrooischrift 2.785.106 behandelt men a-cellu-10 lose met zilvemitraat.

Maar het toepassen van zilver op korrelige of poederkool voor filtermedia geeft enige tot nog toe niet opgeloste problemen. Het belangrijkste is wel dat deze behandeling uiterst smerig is en in vele gevallen heeft men de op het poederkool af-15 gezette hoeveelheid zilver niet in de hand. Verder gaat de prijs van het zilver als maar omhoog en is deze werkwijze nogal duur geworden. Ook is de behandeling van al de filtermedia (in plaats van slechts een klein deel daarvan) erg energie-intensief, wat men beter vermijden kan. Nog belangrijker is dat de behandeling 20 met zilver de eigenschappen van het poederkool kan veranderen, zodat het niet langer geschikt is voor filtermedia, vooral voor filters die men nog op moet bouwen. Het opbouwen van dergelijke filters uit poederkool vergt, door het verlies van absorptievermogen, dat meer materiaal, wat op zijn beurt de kostprijs ver-25 hoogt.

Niet alle soorten vezels zijn even goede filtermedia doordat ze nat soms moeilijk te hanteren zijn, doordat er soms uit natte suspensies geen goede filterkoeken op te bouwen zijndoordat ze dan aan elkaar gaan zitten en niet goed meer dis-30 pergeren, of doordat ze biologisch afbreekbaar zijn. Ze hebben minder affiniteit voor organische stoffen dan koolstof. Zo zouden in een filter van alleen vezels, zelfs indien met zilver behandeld, grote hoeveelheden nodig zijn om de inherente lage filter-efficiën-tie te overwinnen. Dezerzijds is men van mening dat cellulose 35 door zijn eigenschappen niet geschikt zou zijn in filters met vooraf beklede filtermedia. Verder moet men een wisselend succes 8003150 3 ψ % verwachten doordat onbehandeld cellulose in wisselende mate door bacteriën afgebroken wordt, wat van filter tot filter verschilt.

Er is dan ook een belangrijke behoefte aan effectieve filtermedia met de voordelen van vooraf bekleedbare poederkool 5 maar met bacteriostatische eigenschappen zodat het zich ophopen van bacteriën daarin voorkomen wordt, zodat filters die een dergelijk medium bevatten altijd aan strenge eisen van bacterie-gehalte, filtreer-efficiëntie en laag verlies aan zilver zullen voldoen.

10 Nu is gevonden dat een dergelijk doel bereikt wordt met een filtermedium dat grotendeels uit geactiveerde poederkool (vanhet vooraf bekleedbare type) bestaat en voor een klein deel uit een inert deeltjesvormig of vezelig materiaal dat door een speciale behandeling zilver bevat. De uitvinding betreft ook 15 filters die een dergelijk filtermedium bevatten, alsmede het gebruik van zo’n filter voor het zuiveren van water.

Het hierbij te gebruiken inerte deeltjesvormige of vezelige materiaal zal in het algemeen cellulosepoeder zijn, en dan bij voorkeur van tenminste voedingskwaliteit, maar liever 20 van analytische kwaliteit. In het algemeen zal men een bevochtig- baar soort cellulose gebruiken waarvan de afzonderlijke vezels 10 tot lQOOy'um lang en 2 tot 25pm in doorsnede zijn. De schijnbare dichtheid hiervan is minder dan 0,3 g/ml volgens de suspen-siefiltratiemethode en minder dan 0,4 g/ml bij droog storten.

25 Het materiaal wordt met zilver geïmpregneerd door een oplosbaar zilver-zout zoals zilvemïtraat in aanwezigheid van dit materiaal te reduceren, in een zodanige hoeveelheid dat dit laatste 1 tot 5 % (betrokken op droge stof) en bij voorkeur 2 tot 4 % (bijvoorbeeld 3 %) zilver bevat.

30 Dit met zilver behandelde cellulose wordt ge combineerd met geactiveerde poederkool waaruit men nog een filter op moet bouwen, waarbij men genoeg zilver-materiaal neemt om een uit het mengsel te maken filter gedurende zijn hele levensduur een bacteriostatisch effect te verlenen maar waarbij tij- 35 dens gebruik niet meer dan 0,05 dpm zilver aan het water afge geven wordt. In het algemeen houdt dit in dat het poederkool met 8003150 4 1 tot 10 gew.% met zilver behandeld cellulose gemengd wordt.

Dit filtermedium wordt dan ingebouwd in een filtreer-inrichting van wat voor afmeting dan ook. Zo'n portie verbeterd bacteriostatisch filtermedium volgens de uitvinding kan vooral 5 goed toegepast worden in een snel verwisselbare filtreerpatroon, zoals beschreven in het Amerikaanse octrooischrift 3.055.503.

Met zo'n filtermedium zal het filter voldoen aan de regels FR 41:152, blz. 32778-82 (van 5 augustus 1976) van het Amerikaanse milieubeschermingsbureau (EPA), doordat het er uit stro-10 mende water maar weinig bacteriën bevat en doordat het zilver gehalte daarvan beneden 0,05 dpm ligt, in het algemeen tussen 0,015 en 0,035 dpm.

Het zilver bevattende materiaal kan ieder inert, onoplosbaar, niet-toxisch, vooraf op te bouwen materiaal zijn 15 dat zilver kan absorberen, en dat de omstandigheden van het fil treren door een vooraf te bekleden filter hydraulisch kan weerstaan. Het zilver wordt geadsorbeerd, niet gebonden, aan het inerte materiaal, en dus is de chemische aard daarvan niet zo belangrijk, als het de hierboven genoemde eigenschappen maar 20 heeft. Hoewel aan cellulose de voorkeur gegeven wordt, en in het bijzonder aan verhakte katoenvezels, zijn houtvezels ook bruikbaar. Andere bruikbare materialen zijn synthetische en natuurlijke deeltjesvormige en vezelige materialen (met de hieronder te noemen afmetingen), zoals rayon, polyolefinen (poly-25 etheen, polypropeen), diatomeeënaarde, kiezelzuur, polystyreen, polyesterharsen, polyvinylchloride, polyvinylalkohol, e.d. In de nu volgende beschrijving wordt steeds over "cellulose'' gesproken, maar dat is alleen gemakshalve, in plaats daarvan kan men zich ook andere materialen denken.

30 De uitvinding wordt nu nader toegelicht aan de hand van de volgende voorbeelden, die de uitvinding niet beperken. Meer in het bijzonder kan het beschreven filtermedium in alle mogelijke filters met andere vormen en andere afmetingen toegepast worden.

35 Specificaties van het te gebruiken uitgangsmateriaal.

Het te gebruiken inerte materiaal (bijvoorbeeld 8003150 5 cellulose) moet de volgende specificaties hebben: het moet tenminste van voedingskwaliteit en bij voorkeur van analytische kwaliteit zijn. Het moet gemakkelijk en direct bevochtigbaar zijn, wat men als volgt kan bepalen: als men een beetje van het 5 droge materiaal op een wateroppervlak laat vallen moet het zich noch over dit oppervlak uitspreiden noch een klont vormen; in plaats daarvan moet het direct water opnemen en beginnen te zinken. Ook moet het inerte materiaal zich bij suspensie in water gemakkelijk daarin dispergeren. Bij de zo juist genoemde proef 10 moet het inerte materiaal dat begint te zinken niet bij elkaar blijven, zoals een prop watten, maar uiteenvallen tot kleine deeltjes, Indien het inerte materiaal in samengeperste vorm geleverd wordt moet een klein monster hiervan in een mortier tot een poeder vermalen worden voordat men bovengenoemde proef uitvoert.

15 Bij het dispergeren van het inerte materiaal in water moet er een homogene suspensie ontstaan, zonder knopen, klonten, ballen e.d. Bij microscopisch onderzoek mogen er in de suspensie geen aggregaten van meer dan 10 afzonderlijke deeltjes gevonden worden, en ook geen aggregaten die groter dan 500yum 20 zijn.

De deeltjesgrootte van het poedervormige materiaal moet tussen 2 en lOO^um liggen, bij voorkeur tussen 5 en 20^um.

Als het een vezelig materiaal is moeten de afzonderlijke vezels 10 tot lOOOyum lang zijn, gemiddeld tussen 100 en 500yum. De 25 doorsnede van de vezels moet tussen 2 en 25^um liggen, en het gemiddelde daarvan tussen 5 en 10yum. Verder moet het stort-gewicht minder dan 0,40 g/ml (droge beproeving) of minder dan 0,30 g/ml (bepaald aan een suspensie in water) bedragen.

Bereiden van het bacteriostatische materiaal.

30 Het poedervormige of vezelige materiaal dat aan de bovengenoemde eisen voldoet wordt in gedestilleerd water gesuspendeerd. Dan wordt een hoeveelheid zuiver zilvernitraat,of een ander oplosbaar zilver-zout, genoeg om het poedervormige of vezelige materiaal 1 tot 5 % (bij voorkeur 2 tot 4 %) zilver te 35 verschaffen, onder roeren als waterige oplossing toegevoegd. Dan wordt het geheel chemisch gereducee-rd door een reductiemiddel 800 3 1 50 s 6 toe te voegen, bijvoorbeeld een sulfiet, hydrazine, formaldehyd of iets dergelijks. Daardoor slaat zilver als element op het poedervormige of vezelige materiaal neer. Nadat de reactie voltooid is wordt het met zilver geïmpregneerde materiaal grondig met 5 gedestilleerd water uitgewassen en gedroogd.

Bijvoorbeeld werd in een 200 liter ketel 120 liter gedestilleerd water gebracht. Hierin werd onder roeren 11,25 kg cellulosepoeder gesuspendeerd. In een afzonderlijk vat werd in ongeveer 10 liter water 750 g zilvemitraat opgelost, en dit 10 werd onder roeren aan de eerder aangemaakte suspensie toegevoegd.

In nog een ander vat werden in 20 liter water 1930 g natriumsul-fiet, 300 g NaOH en 950 ml formaldehyd opgelost. Deze reducerende oplossing werd vervolgens langzaam onder roeren aan de suspensie toegevoegd. Na nog 10-15 minuten roeren werd de roer-15 der afgezet en liet men de suspensie bezinken. De bovenstaande vloeistof werd afgeheveld en weggedaan. De dikke suspensie werd door filtreren volledig ontwaterd. Vervolgens werd het behandelde cellulose opnieuw in 120 liter gedestilleerd water gesuspendeerd en 10 minuten geroerd; nadat men had laten bezinken 20 werd de bovenstaande vloeistof weer afgeheveld en werd de rest weer gefiltreerd. Deze cyclus van suspenderen, roeren, bezinken, afhevelen en filtreren werd nog acht keer uitgevoerd, waardoor het cellulose grondig uitgewassen werd. Tenslotte werd het met zilver geïmpregneerde cellulose in een oven bij 100°C gedroogd 25 en gezeefd totdat men een vlokkig materiaal gekregen had. Deze portie bacteriostaticum was voldoende voor ongeveer 1000 snel verwisselbare filterpatronen van het vooraf te bekleden type, zoals Model QC 4 van de firma Everpure, Ine. te Westmont,

Illinois.

30 Bereiding van het filterrnedium.

Het aldus met zilver behandelde cellulose of ander materiaal wordt dan grondig gemengd met fijn poedervormige geactiveerde kool. In het algemeen heeft deze poederkool deeltjes tussen 75^m en 150yum (dus eerder poederkool dan korrel-35 kool). Deze poederkool kan nog andere inerte stoffen bevatten, zoals de gebruikelijke filtreerhulpmiddelen (bijvoorbeeld 8003150 r-, ' + 7 diatomeeënaarde, kiezelzuur, aluminiumoxyde, e.d.)· Uitvinder dezes heeft met voordeel geactiveerde poederkool gebruikt die onder de naam "Micropure" door Everpure te Westmond, Illinois in de handel gebracht wordt.

5 Van een dergelijk filtermedium wordt bijvoorbeeld 10 g gebruikt voor een snel verwisselbaar waterfilter type QC-4 van de firma Everpure. Het gemengde filtermedium volgens de uitvinding blijkt zich gelijkmatig en compleet op het bui-ten-oppervlak van een vouwfilter af te zetten en geeft daarop 10 een koek van ongeveer 2| mm dikte.

Beproeving.

Dit gebeurde volgens de EPA-proeven (van het Amerikaanse bureau voor Milieubescherming) FR 41:152. Tijdens de gehele levensduur van alle filters werd er minder dan 0,05 dpm 15 zilver geëlueerd. In het algemeen lag dit tussen 0,015 en 0,035 dpm, met 0,018 dpm als representatieve waarde. Het uitkomende water kan beschreven worden als schoon, helder en smakeloos. Stof en troebelheid werden altijd verwijderd, slechte smaakjes en geurtjes weggenomen, en bacteriën daarin werden 20 tegengehouden; vermenigvuldiging van de bacteriën binnen het filter tijdens perioden van stilstand werd voorkomen. Het druk-verval over het filter is altijd voortreffelijk, en het filter slaat door toenemende dichtheid niet dicht. Er treedt geen tun-nelvorming op en Ook geen wegspoeling van het filtermateriaal.

25 De verlaagde bacterietellingen in het water nadat het filter enige tijd niet gebruikt werd laat steeds zien dat het met zilver behandelde cellulose binnen de poederkool een doeltreffende bron van langzaam afgegeven zilver is dat overal terecht komt zodat bacteriegroei in en op het filtermedium voorkomen wordt.

30 Vergelijkende proeven

Een directe impregnering van actieve poeder met zilver werd beproefd, maar dat materiaal bleek ongeschikt te zijn voor gebruik in nog op te bouwen filters.

Geactiveerde poederkool werd met zilver geïmpreg-35 neerd door chemische reductie van een zilver-zout in oplossing in aanwezigheid van die poederkool. Dit materiaal werd beproefd 800 3 1 50 8 in een doorzichtig filter van precies dezelfde vorm als bij de hierboven genoemde proeven gebruikt. Uit de met zilver behandelde poederkool kon geen behoorlijke waterige suspensie aangemaakt worden, en de opgebouwde filterkoek was te slecht om 5 genoegen mee te nemen. De filterkoek was ongelijk met op ver schillende plaatsen zichtbare hiaten. Naar schatting was slechts 60 % van het filteroppervlak in feite met de kool bedekt.

Vervolgens werd geprobeerd de met zilver behandelde geactiveerde poederkool eerst te bevochtigen. Hieruit kon 10 wel een behoorlijke suspensie gemaakt worden, maar deze gaf nog steeds geen goede filterkoek; hij werd niet gelijkmatig afgezet en sloeg meteen op de bodem van het vat neer toen de waterstroom afgezet werd. Dit betekent een ernstig nadeel doordat een hieruit op te bouwen filter onvoldoende levensduur zal 15 hebben ten gevolge van het snelle verstoppen daarvan. Boven dien houdt dit in dat men iedere keer nadat de waterstroom af- en dan weer aangezet wordt het filter opnieuw met zorg opgebouwd moet worden, anders krijgt men gapingen.

Bij verder beproeven werd gevonden dat de behande-20 ling van de poederkool met zilver leidde tot een verhoging van de dichtheid met 18 %. Hoewel uitvinder dezes niet gebonden wil worden door enige theorie wordt geloofd dat dit wel de voornaamste factor zal zijn die tot het verhoogde drukverval over de filterkoek leidt. Daarbij komt nog de slechte bevochtigbaar-25 heid die de zilverbehandeling blijkbaar veroorzaakt.

De conclusie luidt dat de behandeling van al de poederkool of een belangrijk deel daarvan tot een volkomen onaanvaardbaar filtermedium leidt, ook al heeft het bacterio-statische eigenschappen. Doordat er geen behoorlijk filter uit 30 opgebouwd kon worden was een volledige vergelijkende proef te gen filtermedia volgens de uitvinding (combinatie van poederkool met zilver op cellulose) niet mogelijk. Wel bleek water dat met de verzilverde poederkool in aanraking geweest was gemiddeld 0,054 dpm zilver te bevatten (met veel variatie) wat 35 boven de 0,050 dpm volgens de EPA-normen ligt.

800 3 1 50 9

Vergelijkende proeven met een niet-bacterio-statisch filtermedium.

Hard water uit een diepe put in Northbrook, Illinois, werd gedemineraliseerd door behandeling met een dubbel-5 bed-ionenwisselaar, gevolgd door passage door één enkel bed ionenwisselaar (voor een afmaken en het beheersen van de pH).

Dit sterk gezuiverde water werd gemengd met kraanwater door een gedeelte van de aanvoer door een kortsluitleiding langs de ionenwisselaars te leiden, zodat het in totaal 20-40 dpm aan ]0 opgeloste vaste stof bevatte (bepaald met een geleidbaarheid- meter die tijdens de gehele proef de waterkwaliteit continu mat). Tenslotte liet men het water door een kolom "gewone" korrelvormige geactiveerde kool (zonder bacteriostaticum) lopen, welke diende als broedplaats van bacteriën die van nature 15 in leidingwater voorkomen. Het hele systeem werd tijdens de proef onder een overdruk van 1,4-2,8 bar gehouden. Alle leidingen e.d. waren van messing en/of van kunsthars, en uit de proeven bleek dat het water geen meetbare hoeveelheid opgelost koper bevatte.

20 Om het water opzettelijk met bacteriën te be smetten werd Pseudomonas fluorescens (stam ATCC 13525) gekweekt op agar-buizen met trypton-glucose-extract, en vervolgens bij kamertemperatuur in Difco m-TGE-bouillon. Per 4 liter steriel tapwater, dat versterkt werd met 30 ml van deze bouillon, 25 werd I ml van een dergelijke 24-uur cultuur gebruikt. Na 24 uur incubatie werd een afgemeten hoeveelheid van deze secundaire kweek aan een tweede portie van 4 liter steriel kraanwater toegevoegd, en deze verdunde culture werd direct in het proefsysteem geleid via een doseerpomp die erop ingesteld was iedere 15 30 minuten twee stoten van 200 ml/min. te geven voordat een begin- monster "aangevoerd water" getrokken werd. Het besmette water ging door eeil mengvat voordat het in een module kwam met daarop aansluitend 6 te beproeven filters. Hier bevond zich het monsterpunt voor "aangevoerd water". Vooraf was bepaald hoe 35 men het debiet van de voedingspomp en de verdunning moest in- ’ stellen om een wenselijke bacterie-concentratie in het water te 8003150 10 krijgen.

Alle monsters werden opgevangen in 500 ml Erlenmeyers die van te voren droog gesteriliseerd waren (langer dan 12 uur op een temperatuur boven 200°C). De monster-5 punten van messing waren voor het trekken van de monsters gron dig van buitenaf geflambeerd. Elk monster van ongeveer 450 ml werd grondig geschud voordat er in duplo 100 ml porties van uitgegoten werden in steriele monsterflessen en in polyetheen flessen (voor de zilver-bepaling). Vlak voor het trekken der 10 monsters was in elke bacteriologische monsterfles 1 ml neutra liserende oplossing gebracht (thioglycolaat-thiosulfaat-opbssing van Chambers), en de monsterflessen voor de zilver-bepaling waren vooraf behandeld met de vereiste hoeveelheid geconcentreerd salpeterzuur. Alle bepalingen werden binnen 30 15 minuten na het trekken van het monster begonnen. Uit de proef- en de vergelijkingseenheden werden gelijktijdig even grote monsters getrokken om eventuele variaties in de bacteriologische kwaliteit van het inkomende water op te vangen.

Elk monster werd in duplo op bacteriën onder-20 zocht volgens de methoden en met de materialen voorgeschreven in FR 41:152 (Federal Register, Vol. 41, No. 152). De aangezuurde monsters werden op zilver onderzocht volgens het voorschrift in "Methods for Chemical Analysis of Water and Wastes" (1971) van het Amerikaanse Bureau voor Milieubescherming, 25 waarbij het zilver eerst tienvoudig geconcentreerd wordt voor dat men de eigenlijke bepaling door atoomabsorptie-spectrometrie uitvoert. Natuurlijk werden blanco’s en standaard-oplossingen op eenzelfde wijze door de gehele bepaling meegevoerd; daarbij bleek een terugvondst van beter dan 90 %, en de standaard-30 deviatie bleek in de buurt van 0,030 dpm ongeveer 0,005 dpm te bedragen.

35 8003150 ·« ' 11

Ed σι _ p. « -? ___>κ vo ^ 9 s + * - * S —-p

P

S

. 0) P · sod r-^ »H »H v.

m ,ο g n-? M ^ p ω·ν Μ P «-Ί a ^-► 2——»

V£) 'O

10 §+1 vo"-> 3—-> HO— ^

O

* W .

P

ö 3 p · 3 ii d tP ·Ρ *P 'w ip 33 g CO -'->· ^ -> 3 3 3--.

3 Η Ο H id CU 3d

-d 00 CU

•H > iP Id 3 91 β ·3 Λλ>

33 3 P Ο P

cd P cd o cu „ _ Η Μ Η Η P O , > o -............„, > g „>

g 3 P ·Η O ^ O

O g O tP “3 IS ' H 3 O w — ‘ 1:0

CU O Ά O

P _

Pc d ‘H in o o. o o

A d — co co co O

•r-j 09 · · * ^ * * • Pp 00 VO vo CM — H 3) — *- ” " * I t) mal »— C-J CO — CO CO — CO 0Π — C-! CO —< CO CO — CM 00 r-ι cvj CO cvl cd

p 3d I I I I I I I I I I I I I I I I I I 1 III I I

Hid «ibimuüU 'tomwuijü wwwooo cncncoooo HO)

Pc <u 3 öo ö fd cd au cd i *0 -i

g 30 > W T) > W

§ 3 p ld -ld jdp b^cu d d 6^cu o ω f> 3 p !> co P LD cu co 0 3

P CMlPP CO rP LflrPP

p ·π 3 Ή ^ a) .p 333 3 P 333 !2 Pd 3 id id 3 co 3 3313 8003150 12

SS CH

ft « > p·» & +1 6 <N >

(1) O IN

E-t O

P

d O) P · 3 dl Ö r-4 ·Η ·Η h P β «n ->*

Cp 0) --.

W P H

SS «*> ft ^-* • . __ ca

ft P

S +1 cm ^ cu § cm 11 > p

HU

O 'P

H

Μ! *

X O

p y

c S

0) p · co

3 CU d H

|—i ·Ρ *P rQ

*p rQ e «-> H

ö (U c h p h

N

CU en > 1

(U /λ U

•P ft P

C p O a) ^ ö

CU O P O O CU

ïP tP rH -P O x. O w

CU d P iP m -9 Γ* ? CM

η B o ^ Mf m I

Cd 5 O O

P UTJ

Λ d τ’

cd I

> d u •H O O O O /—' ^ bo en en -et· en «enen r-i o d · · — ^ * · co O O ·

o .p, S M3 M3 — 00 P U U iP

> ·Η p — — a) cd cd τ

P H 3 P O U M

αι η Θ >> ·η co co cp —I i-i m cp cd cd cm «j (U v_/ —- I T) o cp

P -P P η H O

cu cu —cMen — cMcn — cm en — cm en — cm en — cm en ft -'r— P

P Λ llllll llllll llllll Möpco iHd cncncnuoucncocnuuuencnenuuu d S S «

-rl dl *1-1 _ P

tv, <u ·ρ o m co

N — CM O

H

en cu t) ai

l co -rl ÖO

en cd cu ft P P o d _ t) _ cu d P d cd cd cd CM Cd rd Cd d d i cd cd i cd i en —ι a) —i g >co t) > ca cd h cd 8 d Pd d «ededed jd 6^cü dd 6-5 0) ppp o > dP > looo

co ma) co ma) en η Η H

M r^HP σι-) σ> η p v. _

p d -p d ïï IK

cu cd a) d dP cd o d 1«

Es g -o -d law g d d 8003150 13

Tabel B

Bacteriologische en chemische proefuitkomsten

Werkschema Filter- Microörganismen/ml Zilver (dpm)_ eenheid Influent Effluent_Influent Effluent

Begin S-l 0 2 <0,005 * <0,005 * S-2 0 0,008 S-3 3 <0,005 C-l 1 C-2 v 1 Ί C-3 30_______

Na 50 % van S-l 11 ’ <0,005 de levens- S-2 1 <0,005 duur S-3 1 <0,005 C-l 1 C-2 7 __ C-3 Y 2_.__

Toevoeging van S-l 650 kunstmatig be- S-2 smet water S-3 C-l C-2 v _;_c^3___ -

Bij 24 uur S-l 775 2 0,006 stilstand S-2 0 0,008

Na 50 % van S-3 1 0,007 de levens- C-l 31 duur C-2 μ 85 _ C-3 _1,250______

Na 95 % van de S-l 2 3 0,014 levensduur S-2 J 1 0,013 S-3 1 0,011 C-l 2 C-2 ψ 1 __C^3_ '0 __

Toevoeging van S-l 5.400 kunstmatig be- S-2 smet water S-3 C-l C-2 Hf ______ C-3

Bij 24 uur S-l 33.000 315 0,011 stilstand S-2 625 0,011

Na 95 % van S-3 715 0,010 de levens- C-l 3.250 duur C-2 ^ Ί.150 _C-3 _1.450 ______ K 0,005 dpm is de ondergrens van aantoonbaarheid.

8003150 14

De algemene lage uitkomsten van de bacterie-tel-lingen zijn opmerkelijk. De broedplaats met geactiveerde kool was speciaal in het systeem opgenomen om van nature voorkomende bacteriën de kans te geven, maar om een of andere reden had die 5 niet veel effect. Van het demineraliserende systeem van ionen wisselaars mag men verwachten dat het de bacteriën in de hoofdstroom doodt door de hierbij optredende hoge en lage pH-waarden, maar het schijnt dat de kortsluitleiding onvoldoende bacteriën leverde. Haar tegen het einde van de proef bereikten 10 de bacterie-tellingen betrekkelijk hoge waarden, waaruit de afwezigheid van giftige of remmende omstandigheden van het systeem blijkt.

De doeltreffendheid van de met zilver behandelde filters volgens deze uitvinding (S-l, S-2 en S-3) kan men zien 15 door de bacterie-tellingen van tabel B met elkaar te vergelij ken. Bij het begin en in twee andere gevallen waren de bacterie-tellingen zo laag dat een statistische bewerking van de uitkomsten zinloos zou zijn. Van belang is dat in deze gevallen de monsters tijdens een continue doorstroming getrokken werden. 20 Et zijn twee mogelijke oorzaken voor de lage gehalte aan bac teriën. De ene is dat, zolang geen kunstmatige besmetting toegepast werd, in feite weinig bacteriën in het hele systeem aanwezig waren. De andere, belangrijker, is dat het voorfilter uitzonderlijk fijn uitgevallen was waardoor vele bacteriën 25 al mechanisch verwijderd werden en ook zonder bacteriostataat bij continue toepassing lage bacterie-tellingen gevonden werden. Tijdens langdurige perioden van stilstand konden in het filter gevangen bacteriën zich voortplanten en lukte het sommige dochtercellen door het hele filter heen te komen. Bijna al deze 30 bacteriën worden snel weggewassen zodra het water weer gaat stromen. Dit ziet men aan de monsters genomen na de twee 24 uur durende tijdens van stilstand.

Na 50 % van de levensduur van het fiLter had het effluent van de blanco filter 445 bacteriën per ml (bij een 35 aanvoer van 775 per ml), terwijl dat in de effluenten van de filters volgens de uitvinding 1 per ml was. Bij 95 % van de 8003150 .--. 15 levensduur van het filter met een aanvoer van 33.000 bacteriën per ml gaven de blanco filters 1950 per ml en de met zilver behandelde filters volgens de uitvinding slechts 552 per ml. Hieruit blijkt dat de gemengde filtermedia volgens de uitvinding 5 zeer doeltreffend zijn om de groei en het overleven van bac teriën in het filter tegen te gaan.

Vergelijkende proeven met coliforme bacteriën * en tijden van stilstand.

Een belangrijk aspect van waterfilters is dat 10 zij niet voortdurend in gebruik zijn. Tijdens doorstroming is er een natuurlijke variatie in porositeit van filter tot filter, hetgeen de zo nu en dan hoger uitvallende bacterie-tellin-gen verklaart. Maar de meeste filters geven hogere gehalten aan bacteriën af nadat ze een geruime tijd niet doorstroomd zijn, 15 gedurende welke tijd de bacteriën die in het filter gespoeld waren de gelegenheid kregen zich daarin te vermenigvuldigen.

Bij het opnieuw aanzetten van het filter kan men gedurende enige tijd in het afgetapte water vrij veel bacteriën vinden. Uit de nu volgende proeven ziet men de resultaten van het bemon-20 steren van twee blanco filters (die alleen poederkool bevatten) en van twee filters volgens de uitvinding (die mengsels van poederkool en met zilver behandelde cellulose bevatten, in tabel C respectievelijk blanco 1, blanco 2, zilver 1 en zilver 2 genaamd.

25 Er werden vier filters aangemaakt, twee van poe derkool zonder zilver en twee met filtermedia volgens de uitvinding. Deze werden in snel verwisselbare patronen gebracht en als zodanig in een proefopstelling geplaatst. Deze proefopstelling werd gevoed met zacht water dat ontchloord was met een 30 groot bed van geactiveerde korrelkool gevolgd door een fijn- filtratie door een in situ opgebouwd filter, De aanvoer van de proeffilters werd met een solenoxde op 4 liter per minuut ingesteld.

Coliforme organismen werden kunstmatig toege-35 voegd vlak voor het verdeelstuk dat op de vier gelijktijdig doorstroomde filters aansloot. Besmet werd met Enterobacter 800 3 1 50 16 aerogenes (stam ATCC 15038), een soort waarvan sommige beweren dat het de meest bestendige uit de groep der coliformen is. Ze werden op de proef voorbereid door een 18 uur verblijf in steriel ontchloord kraanwater dat 0,4 Z lactose-5 bouillon bevatte. Nadat 6940 liter water door elk filter ge gaan was werden bacteriën gebruikt die van 24 uur oude agar-cultures afgenomen waren en die geen opzettelijke bijvoeding gekregen hadden. De keuze van het organisme, de voorbehandeling van het water en het gebruik van een beetje lactose-10 bouillon waren alle bedoeld om de coliformen de meeste kans op overleving te bieden. Het water met de coliformen werd met de gewone voeding gemengd, zodat de coliformen zich in de filters konden ophopen voordat deze een tijd stilgezet werden.

De filters liet men meerdere dagen werken, met 15 4000 liter door elk filter, zodat zich in elk filter een hoge concentratie aan organismen kon opbouwen voordat met monsternemen begonnen werd. Monsters van 1 liter werden in steriele flessen opgenomen direct nadat de filters gedurende de nacht of gedurende het weekeinde stilgestaan hadden. Ze 20 werden grondig gemengd voordat er delen van overgebracht wer den in steriele bacteriologische monsterflesjes, welke binnen 1 uur opgewerkt werden volgens de voorschriften voor het bepalen van totaal aan coliformen. Altijd werd bij de instroom-poort het eerste monster getrokken. Alle belangrijke ge-25 gevens staan bij elkaar in tabel C.

8003150 17

Tabel C

Periode van Toen was Monster- Coliformen per Tijd van stilstand ....liter punt 100 ml na op- stilstand doorge- nieuw aanzetten _ stroomd______ 1 4008 Influent 810

Effluent: BI 13 " B2 5 17 " Agl <1 _" Ag2 _<1 _ 2 5736 Influent 2500

Effluent BI 10 " B2 15 17

Agl <1

Ag2_ 1 __ 3 6696 Influent 52000

Effluent: BI 25 " B2 110 68 " Agl 1 __ Ag2_<1 _ 4 7920 Influent 320000

Effluent: BI 650 B2 1300 68

Agl 2 ______11 Ag 2 _7 _ .

5 8880 Influent 52000

Effluent: BI 120 " B2 2700 17

Agl 14 _ ._" Ag 2_140__

Zoals uit de tabel blijkt werd coliformen bevattend water continu door de vier filters gepompt totdat de watermeter een verbruik van 4008 liter aangaf. Nu. werd de kraan afgezet en liet men de filters 17 uur (overnacht) stilstaan. Daarna werd de kraan aangezet en werd eerst een monster bij de in-stroompoort genomen; hier bleek het water per 100 ml 810 coliformen te bevatten. Vervolgens werden de vier uitstroompoorten bemonsterd; de uitkomsten daarvan ziet men in tabel C.

Vervolgens werd weer continu water door de filters geleid, dat ook coliformen bevatte, totdat de watermeter een totaal verbruik van 4968 liter aanwees. Nu werd het systeem voor het weekeinde stilgelegd.

De volgende maandag ging men weer water doorpompen, 800 3 1 50 18 en na nogeens 768 liter (met coliformen) was het totaal verbruik 5736 liter en begon er een tweede periode van stilstand, van 17 uur. Aan het eind daarvan vond men bij de instroompoort per 100 ml 2500 coliformen, bij de uitstroompoorten van de 5 vergelijkingsfliters 10 en 15 en bij de uitstroompoorten van de filters volgens de uitvinding ongeveer één bacterie per 100 ml.

Evenzo moet men de cijfers bij perioden van stilstand no. 3, 4 en 5 opvatten. De verbeterde onderdrukking van coliformen in de filters volgens de uitvinding vergeleken met 10 de twee gewone filters was statistisch zeer significant, over schrijdingskans (volgens de t-proef van Student) beneden 1 %.

Aanvrager dezes wil niet door een of andere theorie gebonden worden, maar toch lijken de volgende opmerkingen op zijn plaats. Verrassenderwijs werd gevonden dat in plaats van 15 volgens de heersende leer het zilver over het gehele filterma- teriaal te verdelen het beperken van het bacteriostatische zilver tot een afzonderlijk materiaal tot een beter filtermedium leidt. Met het gemengde filtermedium volgens de uitvinding kan men de goede adsorptie en de goede opstapelbaarheid van het geactiveer-20 de poederkool behouden, zonder gevaar van samenklinken van de kool en een toenemen van het drukverval. Door een met zilver geïmpregneerd inert materiaal (met name cellulose) te gebruiken bleek het mogelijk een langzame afgifte van zilver te bewerkstelligen. Geloofd wordt dat het zilver slechts losjes aan de 25 geactiveerde poederkool gebonden is zonder daarvan de wezen lijke eigenschappen te beïnvloeden.

In tegenstelling daarmee leidt een directe behandeling van de poederkool (zoals uit de vergelijkende proeven wel blijkt) tot een belangrijke verandering van de eigenschappen daar-30 van, waardoor men er geen goede filterkoeken meer uit kan opbouwen. Maar in het speciale filtermedium volgens de uitvinding kan het zilver de chemische of hydraulische eigenschappen niet veranderen. Het poederkool krijgt geen hogere dichtheid en het wordt niet moeilijker te doorstromen. In feite kan men door het 35 bijmengen van het inerte materiaal.de dichtheid van het gemengde filtermedium regelen, zodat er zelfs een lager drukverval 8003150 ' 19 mogelijk is. Onverwacht werd gevonden dat door deze scheiding van adsorbens en bacteriostaticum een goede bacteriostatische bescherming mogelijk is met minder zilver. Een van de voordelen van de uitvinding is dus dat slechts kleine hoeveelheden inert 5 materiaal zoals cellulose met zilver behandeld hoeven te worden om het gehele filtermedium een behoorlijke bacteriostatische werking te geven. Dit betekent ook dat de poederkool niets van zijn adsorberend vermogen verliest. Ook is het nu mogelijk de biologische afbreekbaarheid van het cellulose alsmede zijn on-10 bruikbaarheid voor het ophouwen van filters te overyinnen. Bij toepassing van zilver als bacteriostaticum hebben we nu minder uitgangsstoffen nodig en zijn ook de verwerkingskosten lager; ook voldoet het afgeg-even water nu altijd aan de gezondheids-normen. De doorlaatbaarheid van uit deze media opgebouwdè fil-15 terkoeken is zo goed dat ze geschikt zijn voor superfijne filtra tie.

Geloofd wordt dat er bij het werken met een filtermedium Volgens de uitvinding in de volgende opzichten een echt synergisme is; de behandeling van hetinerte materiaal (bijvoor-20 beeld cellulose) met het zilver leidt blijkbaar niet tot een zodanige binding van het zilver aan het cellulose dat het er nooit meer vanaf komt. En bij de langzame afgifte van het zilver wordt dit niet zodanig aan de poederkool gebonden dat het de permeabiliteit van de filterkoek ongunstig beïnvloedt (bijvoorbeeld 25 doordat het wat inklinkt) en ook veroorzaakt het geen fysische of chemische veranderingen in de kool (die uit een verhoogd druk-verval zouden blijken). Het zilver schijnt op een niet helemaal begrepen wijze zodanig aan het oppervlak van de koolstof te komen dat het zijn volle bacteriostatische effect kan ont-30 plooien, zodat het geheel zich veel beter gedraagt dan met zilver behandelde kool. Dit resultaat is volkomen onverwacht, daar men eerder dacht dat het vooraf scheiden van adsorptie en bacteriostatische werking ertoe zou leiden dat slechts een klein deel van het filter bacteriostatisch zou werken zodat het geheel 35 veel minder effect zou hebben. Een filtermedium volgens de uitvinding zou daarom misschien beter "een gecombineerd filtermedium" genoemd kunnen worden dan een mengsel.

800 3 1 50

Claims (13)

1. Filtermedium geschikt voor toepassing in water-filters, met het kenmerk, dat het grotendeels bestaat uit geactiveerde poederkool (van het type waaruit in situ een filter 5 opgebouwd kan worden) en voor een klein deel uit een inert deel-tjesvormig of vezelig materiaal dat door een speciale behandeling zilver bevat.

2. Een bacteriostatisch filtermedium, geschikt voor toepassing in waterfliters, bestaande uit geactiveerde poe- 10 derkool en een zilver bevattend bestanddeel dat opgebouwd is uit een fijnverdeeld, in water onoplosbaar, niet-toxisch materiaal dat met 1 tot 5 gew.% zilver geïmpregneerd is, met het kenmerk, dat het zilver bevattende bestanddeel innig en uniform gemengd is met de poederkool waarbij er van het zilver afgevende bestand- 15 deel genoeg is om het filter gedurende zijn hele levensduur een bacteriostatisch effect te verlenen en het zilverbevattende bestanddeel aan doorstromend water langzaam zilver afgeeft, zodat het zilver doeltreffend aanwezig is in combinatie met het kool van het filtermedium en het gehele filtermedium een bacterio- 2Ö statisch effect heeft, en waarbij het filtermedium de eigen schap heeft uniform in situ opgebouwd te kunnen worden zonder dat het adsorberende vermogen van de poederkool er onder lijdt of dat de kool er een hogere dichtheid door krijgt (dat tot een hoger drukverval zou leiden).

3. Filtermedium volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat het voor 1 tot 10 gew.% uit het zilver bevattende bestanddeel bestaat.

4. Filtermedium volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat het zilver bevattende bestanddeel vezelige cellu- 30 lose of cellulosepoeder is.

5. Filtermedium volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat het cellulose bevochtigbare cellulose is dat uit vezels van 10 tot lOOO^um lengte en 2 tot 25yum doorsnede bestaat, waarvan de (droog bepaalde) schijnbare dichtheid minder 35 dan 0,4 g'ml is.

6. Filtermedium volgens conclusie 4 of 5, met het 800 3 1 50 kenmerk, dat het cellulose 2 tot 4 gew.% zilver bevat.

7. Filtermedium volgens een der voorafgaande conclusies, met het kenmerk, dat het nog een ondergeschikte hoeveelheid hulpstof (diatqmeeënaarde, kiezelzuur en/of alu- 5 miniujnoxyde) bevat.

8. Inrichting voor het filtreren van water, bestaande uit een huis, een filterelement in dat huis, een inlaat voor te reinigen water, een uitlaat voor gereinigd water, hulpmiddelen voor het richten van de stroom water door het filter- 10 element, met het kenmerk, dat het filterelement een filtermedium bevat volgens een der voorafgaande conclusies.

9. Werkwijze voor het filtreren van water, bestaande uit a) het verschaffen van een huis met daarin een filterelement, 15 b) het voorzien van dat filterelement met een filtermedium volgens een der conclusies 1 t/m 7, c) het aanvoeren van onzuiver water naar het genoemde filterelement, d) het in aanraking brengen van dat water met het genoemde 20 filterelement, zodat tegelijkertijd de koolstof in dat filter ongewenste stoffen uit het water adsorbeert en het aanwezige en langzaam afgegeven zilver de aanwezige bacteriën althans ten dele doodt, e) en het afvoeren van het gefiltreerde en gezuiverde water.

10. Werkwijze volgens conclusie 8, met het kenmerk, dat het te zuiveren water zodanig door het filter geleid wordt dat daarin in situ een filterkoek opgebouwd wordt.

11. Werkwijze volgens conclusie 10, met het kenmerk, dat men een filtermedium gebruikt volgens een der conclusies 30. t/m 7.

12. Filtermedium in hoofdzaak volgens beschrijving en/of voorbeeld.

13. Werkwijze in hoofdzaak volgens beschrijving en/of voorbeeld. 35 8003150