Verfahren zur Verbesserung von Wasser und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens Die Erfindung betrifft ein neuartiges und beson ders vorteilhaftes Verfahren zur Verbesserung von Wasser, insbesondere zur Gewinnung von Trink- und Brauchwasser aus Oberflächen- und Grundwasser, und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfah rens. Das erfindungsgemässe Verfahren besteht darin, dass das Wasser einer anodischen Oxydation unter worfen wird.
Durch den ständig steigenden Wasserbedarf für Bevölkerung und Industrie reichen die zur Verfügung stehenden Quellwassergebiete längst nicht mehr aus und man ist gezwungen, für die Trink- und Brauch wasserversorgung Oberflächenwasser aus Flüssen, Seen und Talsperren zu verwenden.
Es wird sich auch bei dem dauernd steigenden Wasserbedarf nicht umgehen lassen, die heute noch geltenden gesetzlichen Bestimmungen, dass das Trinkwasser u. a. der Herkunft nach, selbst wenn es hygienisch einwandfrei ist, nicht ekelerregend sein darf, einer Revision zu unterwerfen. Nach diesen Be stimmungen darf also das Abwasser, das beispiels weise von Städten anfällt, zur Wiedergewinnung von Trinkwasser nicht verwendet werden, selbst wenn es hygienisch einwandfrei ist. Es wird sich aber in Zu kunft nicht mehr umgehen lassen, auch Wasser ekel erregender Herkunft, das den Kreislauf Quell- oder Oberflächenwasser - Mensch - Abwasser - Reini gung schon einmal durchlaufen hat, wieder diesem Kreislauf zuzuführen und schliesslich möglichst viele Male ein und dasselbe Wasser diesen Kreislauf durch laufen zu lassen.
Es hat auch in der Vergangenheit nicht an Stim men gefehlt, die eine Änderung dieser gesetzlichen Bestimmungen dahingehend befürworteten, dass an das Trinkwasser nur mehr die Forderung nach hy gienischer Einwandfreiheit gestellt werden dürfte. Dem haben auch angesehene Wasserfachleute beige stimmt. Seit man aber die Bedeutung der Viren kennt und auch mit dem Vorkommen von Antibiotika im Abwasser rechnen muss, hat sich der Begriff hygie nische Unbedenklichkeit stark gewandelt. Jedenfalls halten die bisher bekannten Verfahren den modernen hygienischen Anforderungen nicht stand, da Viren und Antibiotika hierdurch nicht beseitigt oder zer stört werden.
Mit den bekannten Verfahren lässt sich daher, selbst wenn die gesetzliche Bestimmung, dass Trink- und Brauchwasser nicht ekelerregender Her kunft sein darf, aufgehoben werden sollte, kein im modernen Sinne hygienisch einwandfreies Trink- und Brauchwasser gewinnen.
Durch die Anwendung des Verfahrens nach der Erfindung (Gewinnung von Trink- und Brauchwasser durch anodische Oxydation von Oberflächenwasser und Grundwasser) ist es nun möglich, auch aus den nach den bekannten Verfahren gereinigten Abwäs sern ein nach dem neuesten Stand der Wissenschaft hygienisch einwandfreies Trink- und Brauchwasser zu gewinnen, da durch das erfindungsgemässe Verfahren sowohl Viren wie auch Antibiotika vollkommen zer stört werden und zudem so behandelten Wasser nach Kühlung auf die Temperatur von Trinkwasser gleich zeitig ein frischer Geschmack, wie er reinem Quell wasser eigen ist, verliehen wird.
Durch das Verfahren nach der Erfindung ist es somit möglich, im neuesten Sinne hygienisch ein wandfrei den Kreislauf Mensch - Abwasser - Reini gung - Mensch zu schliessen und ein und dasselbe Wasser diesen Kreislauf beliebig oft durchlaufen zu lassen.
Schliesslich kann das Verfahren nach der Erfin dung auch noch zur Geschmacksverbesserung von mit Chemikalien, z. B. Chlor, behandeltem Trink- wasser verwendet werden. Unterwirft man beispiels weise Trinkwasser, das gechlort oder mit Phenol.be- handelt wurde und dementsprechend des Wohlge schmacks von Quellwasser entbehrt, der anodischen Oxydation, so verschwindet der Chlor- bzw. Phenol geschmack und das Wasser schmeckt, auf Trinkwas- sertemperatur von 120 C gebracht, wie frisches Quell wasser.
Besondere Bedeutung kommt diesem Verfahren in den Tropen zu. Bekanntlich muss in tropischen Gegenden das den Leitungen entnommene < Trink wasser erst abgekocht oder mit Desinficien behan delt werden, da die Leitungen meistens verseucht sind (z. B. durch Paratyphus). Schliesst man an die Wasserleitung aber ein kleines elektrisches Ge rät an, das erfindungsgemäss eine elektrolyti sche Zelle aufweist, durch welche das zu be handelnde Wasser hindurchströmen kann, z. B.
aus einer an eine Wasserleitung anschliessbaren röhrenförmigen Anode mit einer innerhalb derselben angeordneten stabförmigen Kathode besteht, und lässt das Leitungswasser langsam durch den Raum zwischen Anode und Kathode hindurchströmen, so erhält man ein wohlschmeckendes Wasser, das sich beim Impfen steriler Böden als keimfrei erweist.
Die Erfindung soll noch an folgenden Beispielen erläutert werden <I>Beispiel 1</I> Aus einem See wurden aus verschiedenen Tiefen Wasserproben entnommen und auf<B>600</B> C erwärmt, um die Geschmackstoffe stärker hervortreten zu las sen. Es zeigte sich, dass bei diesem See die Wasser proben aus 3 - 5 m Tiefe beim Erwärmen auf<B>600</B> C gegenüber Proben aus anderen Tiefen den stärksten modrigen Geruch aufwiesen, da in diesen Seetiefen immerwährend ölhaltige Algen absterben.
Solche schlechteste Wasserproben des Sees aus 3 - 5 m Tiefe wurden in einem Gefäss mit platten- förmigen Elektroden oder in einem Gefäss, mit einer stabförmigen Kathode und einer Netzanode (zur Ver grösserung der Berührungsflächen zwischen Wasser und Anode) der anodischen Oxydation unterworfen und anschliessend auf<B>600</B> C erwärmt. Der modrige Geruch, den die nichtanodisch oxydierten Proben zei gen, tritt nicht mehr auf und beim Impfen steriler Böden erweist sich das Wasser als keimfrei.
Eine Probe des anodisch oxydierten Wassers wurde auf Trinkwassertemperatur von 1211 C gekühlt und geko stet. Es schmeckt rein und frisch, wie Quellwasser. <I>Beispiel 2</I> Aus einem See, der andere biologische Verhält nisse aufweist, wie beim Beispiel 1, wurden ebenfalls Proben aus verschiedenen Tiefen entnommen. Hier erwiesen sich beim Erwärmen auf<B>600</B> C durch das Auftreten starken modrigen Geruchs die Proben aus ca. 20 m Tiefe als die schlechtesten, offenbar davon herrührend, dass bei diesem See ein ständiges Nieder rieseln von verwesenden Plankton vorliegt, das sich in der Tiefe von 2.0 m stark häuft.
Eine Probe aus 20 m Tiefe wurde wie nach Beispiel 1 anodisch oxy diert und zeigte beim Erwärmen auf<B>601,</B> C, beim Impfen steriler Böden, sowie bei der Geschmacks probe nach Kühlung auf Trinkwassertemperatur die selben günstigen Ergebnisse wie nach Beispiel 1. Eine andere aus 20 m Tiefe entnommene Probe wurde langsam strömend durch ein elektrisches Gerät ge schickt, das aus einer röhrenförmigen Kathode be steht und von einem Mantelrohr als Anode umgeben ist, und eine weitere Probe nach dem Diaphragma- Verfahren anodisch oxydiert. In beiden Fällen zeig ten sich dieselben günstigen Ergebnisse beim Erwär men auf<B>60,1</B> C, beim Impftest und bei der Ge schmacksprobe.
<I>Beispiel 3</I> Einem Fluss, der einen Ort ohne Abwasserregu lierung von ca. 3000 Einwohnern durchlaufen hat, wurden 1 km flussabwärts Proben entnommen, die beim Erwärmen auf<B>600</B> C starken Fäulnisgeruch zeigten. Wird dieses durch Abwässer stark verunrei nigte Flusswasser nach den in den Beispielen 1 und 2 angegebenen Verfahren anodisch oxydiert, so ist es beim Erwärmen auf 60p C geruchsfrei. Ebenso er weist es sich auf. sterilen Böden als keimfrei und schmeckt bei Kühlung auf 12p C wie frisches Quell wasser.
<I>Beispiel 4</I> Dem gleichen Fluss wurden vor dem Ort, 3 km flussaufwärts, Proben entnommen, bei denen beim Erwärmen auf<B>600</B> C kein unangenehmer Geruch auf trat. Beim Impftest zeigten aber die an rasch flies- senden Stellen entnommenen und klar und sauber aussehenden Proben, dass sie stark mikrobenhaltig sind. Durch anodische Oxydation nach den in den Beispielen 1 und 2 angegebenen Verfahren erhält man aber keimfreies und wohlschmeckendes Wasser.
<I>Beispiel 5</I> Ein von Grundwasser gespeister Baggerweiher in unmittelbarer Nähe eines Bauerndorfes nimmt nach längeren Regenperioden, offenbar durch Hebung des Grundwasserspiegels und Einsickern von Jauche und Wasser aus den Versitzgruben der Bauerngehöfte, einen fauligen Geruch an, der beim Erwärmen von Wasserproben auf 6011 C ekelerregend wird.
Nach dem Behandeln durch anodische Oxydätion nach den Beispielen 1 und 2 ist der faulige Geruch der Proben verschwunden und tritt auch beim Erwär men auf 601) C nicht mehr auf. Die Proben sind auch keimfrei und wohlschmeckend.
<I>Beispiel 6</I> In einem abgelegenen Einödhof traten bei Mensch und Tier ruhrartige Erkrankungen auf. Die Ursache wurde in dem 15 m tiefen Ziehbrunnen gefunden, aus dem der ganze Bauernhof mit Wasser versorgt wurde. Durch anodische Oxydation von Proben aus dem Ziehbrunnen konnte vollkommen keimfreies Wasser erhalten werden, das auch im Tierversuch keine Krankheitserscheinungen hervorrief.
<I>Beispiel 7</I> Abwasser eines Seuchenkrankenhauses wurde in üblicher Weise durch eine Kläranlage gereinigt und anschliessend zur Entkeimung gechlort. 2,0 1 dieses vollkommen klaren Wassers wurden auf dem Wasser bad durch dauerndes Nachgiessen in ein Becherglas zur Trockne eingedampft. Es verblieb ein grauer Rückstand, der sich beim Glühen durch Verkohlen als organische Substanz erwies, offenbar herrührend von den durch die Kläranlage nicht beseitigten und durch die Chlorung nicht zerstörten Antibiotika und Viren.
Es wurden nun ebenfalls 201 des gereinigten, aber nicht gechlorten Wassers, der anodischen Oxydation in einem Gefäss mit plattenförmigen Elektroden un terworfen. Das anodisch oxydierte Wasser wurde dann gleichfalls zur Trockne eingedampft. Es ver blieb wenig hellgrauer Rückstand, der beim Glühen nicht verkohlte, sondern noch aufgehellt wurde. Der Rückstand besteht aus anorganischen Salzen. <I>Beispiel 8</I> Das Abwasser eines Ortes von 2500 Einwohnern wird behandelt nach dem sog. Kavitationsverfahren, bei dem das Abwasser unter starker Kavitation er zeugender Belüftung unter gleichzeitigem mechani schen Rühren mit Hefekulturen versetzt wird.
Bei dieser Behandlung frisst die Hefe den gröss- ten Teil der Schmutzstoffe unter entsprechender eige ner Vermehrung auf. Man lässt die Hefe absetzen und erhält ein Wasser, das fast klar ist, leicht opali siert und noch etwas riecht. Der Impftest zeigt, dass das Wasser auch noch nicht keimfrei ist. Dieses Was ser ist aber soweit gereinigt, dass es in den nahe ge legenen Fluss abgelassen wird.
Unterwirft man dieses Wasser der anodischen Oxydation nach der Erfindung, so erhält man voll kommen steriles, geruchs- und geschmackfreies und klares Wasser. <I>Beispiel 9</I> Bekanntlich wird von Oberflächenwasser herrüh rendes Trink- und Brauchwasser für Städte nach der üblichen Reinigung noch gechlort. Hat solches Trink wasser über Nacht in Leitungen gestanden, so ist beim Öffnen des Wasserhahns der Geruch nach Chlor wahrzunehmen. Ebenso zeigt solches Wasser in dik- ken Schichten, z. B. bei einer gefüllten Badewanne, deutlich die gelbe Farbe des Chlors.
Wird solches gechlortes Trinkwasser der anodi- schen Oxydation nach den Beispielen 1 und 2 unter worfen, so ist es in dicken Schichten vollkommen farblos, hat den Chlorgeruch verloren und schmeckt angenehm und rein wie frisches Quellwasser.
Der anodischen Oxydation von gechlortem Trink wasser kommt auch gesundheitliche Bedeutung zu. Bekanntlich wirkt sich der regelmässige und reichli che Genuss von gechlortem Trinkwasser, wie er vor allem bei Kindern vorkommt, schädlich auf die Darmflora, auf den Fermenthaushalt und vermutlich auch auf den Hormonhaushalt des menschlichen Kör pers aus. Diese schädliche Wirkung wird durch die anodische Oxydation beseitigt.
Wie aus den Beispielen hervorgeht, kann durch das Verfahren nach der Erfindung Oberflächenwasser aus Flüssen, Seen und Talsperren, sowie verseuchtes Grundwasser unter Wegfall der teuren und umfangrei chen Anlagen direkt durch anodische Oxydation in hygienisch einwandfreies Trink- und Brauchswasser übergeführt werden.
Insbesondere erübrigt sich auch eine Behandlung des Oberflächenwassers mit Che mikalien, wie Chlor und Phenol, und das durch ano- dische Oxydation erhaltene Wasser ist wohlschmek- kend, wie es nach den bekannten Verfahren nicht er halten werden kann. Darüberhinaus kann Trink- und Brauchwasser aus gereinigten Abwässern gewonnen werden, das nicht bloss keimfrei, sondern ebenso frei ist von Viren und Antibiotika.
Aber nicht bloss zur Versorgung von Städten mit Trink- und Brauchwasser ist das Verfahren geeignet. Es ist in allen Masstäben anwendbar und gewinnt so mit auch Bedeutung z. B. für Expeditionen, insbeson dere in tropischen Gegenden und für die Versorgung von Truppen mit hygienisch einwandfreiem Wasser unter Ersparung des Abkochens oder des Zusatzes von Chemikalen, die in allen Fällen der Gesundheit abträglich sind.
Ebenso kann Trinkwasser, das schlecht schmeckt, oder gar seuchenverdächtig ist, durch Anschluss eines kleinen elektrischen Geräts zur anodischen Oxydation an den Wasserhahn angeschlossen werden.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung zur Durch führung des Verfahrens ist gekennzeichnet durch eine elektrolytische Zelle, durch welche das zu behandeln de Wasser hindurchzuströmen bestimmt ist. Die Zel le kann z. B. aus einer an eine Wasserleitung an schliessbaren röhrenförmigen Anode mit einer inner halb derselben angeordeten stabförmigen Kathode be stehen.
Nachfolgend sind an Hand der beiliegenden Zeich nungen zwei Ausführungsbeispiele erfindungsgemäs- ser Vorrichtungen beschrieben.
Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch eine Vor richtung für einen Wasserdurchsatz von etwa 1 Liter pro Minute.
Fig. 2 zeigt eine Vorrichtung für einen Wasser durchsatz von etwa 10 Liter pro Minute, ebenfalls im Längsschnitt.
Fig. 3 zeigt einen Längsschnitt durch den unteren Teil der Vorrichtung gemäss Fig. 2, bei welchem die Schnittebene senkrecht zur Schnittebene zur Fig. 2 verläuft.
Die in Fig. 1 gezeigte Vorrichtung besitzt einen äusseren Zylinder 1 aus korrosionsfestem Stahlblech. Unten ist an diesem Zylinder eine Bodenplatte 2 an geschweisst, in deren zentrale Öffnung ein zentraler Zylinder 3 eingeschweisst ist. Ferner ist exzentrisch in die Bodenplatte 2. ein Zuleitungsrohr 4 einge- schweisst. Unten ist der zentrale Zylinder 3 durch eine angeschweisste Verschlussplatte 5 verschlossen, in welche für den Wasserablauf ein Stutzen 6 einge schweisst ist. Auf diesen kann ein Schlauch aufge schoben werden. Selbstverständlich können Zu- und Ablauf des Wassers auch in beliebiger anderer Weise ausgebildet sein.
Die Teile 2, 3, 5 und 6 bestehen zweckmässig ebenfalls aus korrosionsfestem Stahl.
Oben ist die Vorrichtung mittels einer Kunststoff platte 7, welche beispielsweise aus Polyvinylchlorid bestehen kann, abgeschlossen. Diese Platte ist mit tels der Schrauben 8 und 9 am oberen Ende des äus sern Zylinders 1 festgeschraubt, welcher zu diesem Zweck in einen entsprechenden Flansch ausläuft.
An der Platte 7 ist ferner ein Zwischenzylinder 10 mittels der 4 Schrauben 11 festgeschraubt. Der Zwischenzylinder 10 besitzt zu diesem Zweck an seinem oberen Ende 4 nach innen umgebogene Lap pen 12, welche von den Schrauben 11 erfasst werden. Auf diese Weise bleibt zwischen der Platte 11 und dem Zylinder 10 ein Zwischenraum für den Durch- fluss des Wassers. Am unteren Ende des Zylinders 10 ist ein Kunststoffring 13 in geeigneter Weise befestigt.
Das Material sowohl des Ringes 13 als auch der Platte 7 ist elektrisch isolierend. Der Ring 13 hält einerseits das untere Ende des Zwischenzylinders 10 im Abstand vom äusseren Zylinder 1 und zentralen Zylinder 3 und sorgt andererseits durch in ihm vor gesehene Bohrungen 14 für eine gleichmässige Ver teilung des Wasserstromes.
Der Zwischenzylinder 10 besteht aus Titanblech, welches mit einer sehr dünnen Platinschicht überzogen ist, da Platin gegenüber Titan eine höhere Oxyda tionswirkung hat.
Im Innern des zentralen Zylinders 3 ist ein Füll stück 15, z. B. aus Polyvinchlorid, vorgesehen, wel ches das Entstehen toter Räume verhindern soll.
Die Schraube 9 und die Schraube 11a dienen zu gleich als Anschlüsse für die elektrische Spannung. Von diesen Schrauben führen Leitungen 16 und 17 zu einem elektrischen Polwender 18, welcher an eine Gleichstromquelle 19 angeschlossen ist. Der Polwen der ist nicht näher beschrieben, da Polwender, welche den Strom in vorgegebenen Zeitabständen umpolen, allgemein bekannt sind.
Der Polwender 18 ist vorge sehen, um in gewissen zeitlichen Abständen, beispiels weise im Abstand von 10 Sekunden, Kathode und Anode zu vertauschen. Dies ist zweckmässig, da an dernfalls an der Kathode Deckschichten entstehen und das Material oxydativ angegriffen werden könn <I>te.</I>
Zwischen jeweils 2 Elektrodenzylindern kann ein für den elektrischen Strom durchlässiges Diaphrag- ma, z. B. ein Textil- oder Kunstfasergewebe, vorgese hen sein, um so die kathodische und anodische Be einflussung des Wassers zu trennen. Gegebenenfalls kann dann die Ausfüllung der Zwischenräume mit zerkleinertem Elektrodenmaterial zweckmässig sein. Die Vorrichtung wird mit Gleichstrom von einer Spannung betrieben, die vorteilhaft 4 - 12 Volt be trägt.
Man wird die Spannung um so höher wählen, je geringer die lonisation, also die Leitfähigkeit des Wassers und je grösser der Abstand zwischen Anode und Kathode ist. Die Spannung kann natürlich auch grösser gewählt werden. Unter Umständen können auch Spannungen von 60 oder 100 Volt Verwendung finden. So hohe Spannungen haben jedoch den Nach teil, dass unter Spannung stehende Teile nach aussen isoliert sein müssen. Die Vorrichtung gemäss Fig. 1 ist etwa in natür licher Grösse dargestellt, lediglich die volle Länge konnte nicht gezeigt werden. Bei den aus der Zeich nung ersichtlichen Durchmessern hat die Vorrichtung eine gesamte Höhe von etwa 53 cm, gemessen von der Platte 5 zur Platte 7.
Zum Betrieb wird die Vorrichtung mit Hilfe des Polwenders 18 unter eine beispielsweise alle 10 Se kunden wechselnde Gleichspannung von beipielsweise 10 Volt gesetzt. Hierbei ist einmal der Zwischen zylinder 10 die Anode, während die Zylinder 1 und 3 als Kathode dienen, und umgekehrt. Das Wasser strömt durch das Rohr 4 in die Vorrichtung und ver teilt sich im Ringraum 20, von welchem es durch die Bohrungen 14 des Ringes 13 zu beiden Seiten des Zwischenzylinders 10 nach oben strömt. Hierbei wird es einer anodischen Oxydation unterworfen. Am obe ren Ende der Vorrichtung strömt das Wasser dann in den zentralen Kanal 21 des Füllstückes 15 und läuft durch diesen Kanal zum Austrittsstutzen 6.
Die in den Fig. 2 und 3 gezeigte Vorrichtung un terscheidet sich von der Vorrichtung nach Fig. 1 im wesentlichen dadurch, dass sie für grösseren Wasser durchsatz ausgelegt ist. Diese Vorrichtung besteht im wesentlichen aus konzentrisch ineinander angeordne ten Aluminiumzylindern 31 bis 34, welche von iso lierenden Kunststoffblöcken 35 und 36, z. B. aus Po lyvinylchlorid, zusammen gehalten werden. Die Kunststoffblöcke sind mit Zugankern 37 zusammen gespannt. Die äussere Fläche jedes Kunststoffblockes ist mit einer Metallplatte 38 bzw. 39 versehen. Der obere Kunststoffblock ist mit einem Wasserzuleitungs rohr 40 und einem Ableitungsrohr 41 versehen.
Die se beiden Rohre treten konzentrisch in den oberen Kunststoffblock ein, welcher mit radialen Bohrungen 42 versehen ist, durch welche das Wasser in den Raum zwischen den Aluminiumzylindern 31 und 32 eintritt. Dann strömt es nach unten und tritt durch die Bohrungen 43 in den Raum zwischen den Zylin dern 32 und 33, von wo es nach oben strömt. Am oberen Ende ist der Zylinder 33 mit Bohrungen 44 versehen, durch welche das Wasser in den Raum zwischen den Zylindern 33 und 34 eintritt, in wel chem es nach unten strömt. Am unteren Ende ist der Zylinder 34 mit mehreren Bohrungen 45 versehen, durch welche das Wasser in den Zylinder 34 eintritt.
Durch diesen strömt das Wasser nach oben, um dann durch die Bohrung 46 des oberen Kunststoffblockes und das anschliessende Rohr 41 die Vorrichtung wie der zu verlassen.
Die gesamte Höhe der Vorrichtung gemäss Fig. 2 von der Platte 38 zur Platte 39 gemessen beträgt etwa 60 cm.
Die elektrischen Anschlüsse der abwechselnd als Kathode und Anode wirkenden Zylinder 31 bis 34 sind in Fig. 3 dargestellt. Durch den Kunststoffblock 39 sind Metallstäbe 46 bis 49 jeweils zu einem der Aluminiumzylinder 31 bis 34 geführt, mit welchen die Metallstäbe elektrisch leitend verbunden sind. Die Metallstäbe können beispielsweise in die Zylinder ein geschraubt sein.
An den äusseren Enden sind die Metallstäbe mit elektrischen Anschlussklemmen versehen. An diese Klemmen sind elektrische Leitungen 50 und 51 ange schlossen, welche von einem Polwender 18 kommen. Dieser liegt an einer Gleichstromquelle 19. Die An schlüsse sind dabei so getroffen, dass jeweils ein Rohr als Anode und das benachbarte Rohr als Kathode ge schaltet ist. Zu diesem Zweck liegen die Rohre 31 und 33 an der elektrischen Leitung 50, während die Rohre 32 und 34 an der Leitung 51 liegen.