DE3443810A1

DE3443810A1 - Verfahren zur entkeimung eines mediums

Info

Publication number: DE3443810A1
Application number: DE19843443810
Authority: DE
Inventors: Herbert Dr. 1000 Berlin Pilgrimm
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1984-11-28
Filing date: 1984-11-28
Publication date: 1986-05-28

Description

Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Mikroorganismen sind in der Natur und in der menschlichen Umwelt weit verbreitet. Viele dieser Mikroorganismen sind Krankheitserreger für Menschen und Tiere oder zerstören Teile der Natur oder der vom Menschen geschaffenen Umwelt.
Um Schädigungen durch Mikroorganismen abzuwenden, wendet man Maßnahmen der Desinfektion und Sterilisation an. Hierdurch sollen die Mikroorganismen außerhalb des menschlichen oder tierischen Organismus abgetötet werden. Dabei bedient man sich physikalischer Verfahren und/oder antimikrobieller Mittel.
Bei den physikalischen Verfahren können unterschiedliche physikalische Wirkprinzipien zur Entfernung oder Abtötung der Mikroorganismen Anwendung finden. Bei den Bestrahlungsverfahren läßt man beispielsweise energiereiche UV-, Röntgen-oder Gammastrahlung auf das zu entkeimende Material einwirken, wobei die Eindringtiefe der Strahlung von der Art des Materials und der Energie der Strahlung abhängt. Diese Methoden sind bei großen Materialmengen apparativ aufwendig und teuer. ähnliches trifft für die thermischen Verfahren zu, wobei hier noch die Wärmebelastbarkeit der zu entkeimenden Materialien eine große Rolle spielt. Die Anwendung von Ultraschall zur Abtötung von Mikroorganismen ist nicht sicher genug, da meist nur eine Keimverarmung und keine vollständige Abtötung der Mikroorganismen erreichbar ist.
Filtrationsverfahren sind nur bei Gasen und Flüssigkeiten anwendbar.
Bei Filtrationsverfahren, die alle Mikroorganismen im Filter zurückhalten sollen, müßten infolge der geringen Größe einiger Viren- und Bakterienarten die Filter so geringe Porendurchmesser besitzen, daß mit vertretbarem technischen Aufwand keine Filtration größerer Flüssigkeits- und Gasmengen möglich ist. Außerdem werden die Mikroorganismen nicht abgetötet, bleiben also als Krankheitserreger erhalten.
Der in Anspruch 1 angegebenen Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Verfahren der eingangs angegebenen Art unter Vermeidung der genannten Nachteile bei der Entkeimung eines Mediums eine verbesserte Wirkung zu erzielen.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß an magnetischen oder magnetisierbaren Substanzen, die von Mikroorganismen mit para- oder diamagnetischen Eigenschaften berührt werden, Kräfte auftreten, die zur Abtötung der Mikroorganismen führen. Für die Größe der Kraftwirkung ist die Permeabilitätsdifferenz zwischen der Oberfläche der magnetischen Substanz und den Mikroorganismen sowie die an der Kontaktstelle wirkende magnetische Feldstärke senkrecht zur Oberf]ache entscheidend. Wirkt an der Grenze zweier Stoffe mit unterschiedlicher Permeabilität ein magnetisches Feld, so greift an der Grenzfläche eine mechanische Kraft an, die nach H2 P = -. F F -(µ1-µ2) (l) 8 berechnet ist. H = magnetische Feldstärke F = Fläche der Kontaktstelle Permeabilität = Permeabilität Mikroorganismen II; = Permeabilität magnet. Substanzen Da die Permeabilität der Mikroorganismen praktisch 1 beträgt, folgt aus (1) 2 P = H F (1 -8 Damit die 1<raftwirkung auf die Mikroorganismen möglichst groß ist, sollen die Permeabilität der magnetischen Substanz und die magnetische Feldstärke an der i<ontaktstelle möglichst hoch sein.
Prinzipiell können alle Oberflächen magnetischer oder magnetisierbarer Substanzen als entkeimend wirkende Phasengrenzen eingesetzt werden, die ferro-, ferri- und/oder superparamagnetische Eigenschaften besitzen. Dazu eignen sich also Eisen, Kobalt, Nickel und deren magnetische Legierungen, Ferrite usw.
Erfindungsgemäß ist es günstig, magnetische Substanzen mit hoher Permeabilität zu verwenden, da dann die zur Schädigung der Mikroorganismen notwendige Feldstärke geringer sein kann.
Auf der Oberfläche der magnetischen Substanzen befinden sich isolierte magnetische Bezirke, sogenannte Welßsche Bezirke, deren Durchmesser im Bereich von 10 3 - 10 1 mm liegen.
Erfindungsgemäß ist es günstig, wenn die Oberfläche der magnetischen Substanz Krfimmungsradien besitzt, die in der Grö-Renordnung der Weißschen Bezirke liegen. Solche Krümmungsradien können durch die Oberflächenrauhigkeit flächiger magnetischer Substanzen oder durch die Größe der Teilchen- oder Fadendurehmesser der verwendeten magnetischen Substanz ausgewählt werden. Die Größe der Krümmungsradien bestimmt auch die spezifische Oberfläche, d. h. die für die Entkeimung wirksame Phasengrenze. Je kleiner die Krümmungsradien sind, desto größer ist die spezifische Oberfläche.
Erfindungsgemäß liegt der Bereich günstiger spezifischer Oberflächen zwischen 102 und lO 3 m2/g.
22 Spezifische Oberflächen von 10 m /g lassen sich erzeugen, indem magnetische Flüssigkeit, z.B. an Aktivkohle, Kieselgel, Aluminiumoxid adsorbiert und anschließend das Dispersionsmittel verdampft wird. Solche porösen magnetischen Substanzen haben eine große Aufnahmekapazität für Mikroorganismen, wobei sie den erfindungsgemäßen Vorteil zrB genen~ über unmagnetischer Aktivkohle haben, daß sie die Mikroorganismen schädigen. Verwendet man magnetische Teilchen oder Fäden als Filtermaterial, so sind die erreichbaren spezifischen Oberflächen niedriger. Je nach Substanzart und Durchmesser der Teilchen und Fäden lassen sich spezifische Ober-2 flächen von 1 bis lO m /g erzielen, wobei kleinere spezifische Oberflächen als lO 3 m2 technisch geringe Bedeutung besitzen.
Magnetische Teilchen können auch durch Sinterungs- oder Klebeprozesse in Filtermaterialien mit vorgegebenen Formen verarbeitet werden, wie z.B. zu Filterrohren, -kerzen oder -scheiben. Magnetische Fäden können zu dichten Filtergeweben oder Faservlies verarbeitet werden.
Das magnetische Feld an der Oberfläche der magnetischen Substanzen kann durch die Weißschen Bezirke der magnetischen Substanz und/oder durch äußere Magnetfelder erzeugt werden.
Als Quellen äußerer Magnetfelder kommen Permanentmagnete und/oder Elektromagnete in Frage, wobei elektromagnetisch erzeugte Gleich-, Wechsel- und/oder Impulsfelder Anwendung finden können. Erfindungsgemäß ist es günstig, wenn die magnetischen Feldstärken im Bereich der Sättigungsinduktion der verwendeten magnetischen Substanzen liegen. Magnetische Wechsel- und Impulsfelder haben an magnetischen Phasengrenzen noch eine zusätzliche schädigende Wirkung, da die Kraftwirkung auf die Mikroorganismen nicht konstant ist, sondern sich zeitlich verändert. Auf zeitlich veränderliche Kraftwirkungen können sich Mikroorganismen schwerer einstellen als auf konstant einwirkende Kräfte (DE 3343 586).
Setzt man die magnetische Substanz ohne äußere Magnetfelder ein, so wirken die ungeordneten Weißschen Bezirke ebenfalls entlseimend, da in ihnen die Magnetfeldstärken so groß sind, daß Sättigungsinduktion vorliegt. Für die Entkeimungswirkung ist in diesem Fall wichtig, daß die Feldlinien aus der Oberfläche der magnetischen Substanz austreten und auf die Mikroorganismen einwirken können und daß die Sättigungsinduktion möglichst hoch ist.
Besonders vorteilhaft ist, daß das erfindungsgemäße Verfahren mittels relativ einfacher Vorrichtungen ausführbar ist und eine Vielzahl von Verfahrensvarianten die Anpassung an den jeweligen Anwendungsfall erleichtert.
Bei einer ersten Ausführung des Verfahrens wird die zu entkeimende Flüssigkeit durch ein Rohr geleitet, das eine 20 cm dicke Filterschicht von Teilchen einer Eisen-Kobalt-Legierung enthält. Der Teilchendurchmesser liegt zwischen 0,35 und 0,55 mm, die mittlere Verweildauer der Flüssigkeit in der Filterschicht beträgt 60 sec.
Bei einer anderen Ausführung des Verfahrens wird bei einer bakteriellen Magen-Darm-Erkrankung magnetische Aktivkohle dem Menschen oder Tier oral eingegeben. Ein von außen in der Manen-Darm-Gegend einwirkendes Magnetfeld verstärkt die entkeimende Wirkung.
Bei einer weiteren Ausführung des Verfahrens wird die Oberfläche von Implantaten durch Aufbringen einer magnetischen Substanz antimikrobiell ausgerüstet, so daß nach der Implantation die Möglichkeit besteht, an der Oberfläche des Implantats befindliche Mikroorganismen zusätzlich durch Einwirkung äußerer Magnetfelder zu schädigen.
Weitere Ausführungen des Verfahrens siehe DE 33a3 586.
Anwendungsgebiete für das erfindungsgemäße Entkeimungsverfahren liegen insbesondere in der Entkeimung von Trinkwasser, von Badewasser in Schwimmbädern oder von Industriewässern in Kühlkreisläufen, in der Entkeimung von flüssigen Nahrungs- und Genußmitteln, wie Säften, Milch u.s.w. Ein weiteres Anwendungsgebiet liegt im Bereich der Medizin zur Entkeimung von Implantaten und von äußerlich zugänglichen Bereichen tierischer und menschlicher Körper.

Claims

Verfahren zur Entkeimung eines Mediums Patentansprüche 1. Verfahren zur Entkeimung eines Mediums, g e 1< e n n -z e i c h n e t d a d u r c h , daß eine magnetische und/ oder magnetisierbare Substanz, aus deren Oberfläche magnetische Feldlinien austreten, mit den im zu entkeimenden Medium befindlichen Mikroorganismen in einen die Mikroorganismen schädigenden Kontakt gebracht werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, g e k e n n z e i c h -n e t d a d u r c h , daß die magnetische Substanz aus ferro-, ferri- und/oder superparamagnetischem Material, wie Eisen, Kobalt, Nickel und deren magnetische Legierungen, Ferrite usw. besteht und eine Sättigungsinduktion größer als r#,oi Tesla besitzt.
3. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, n- e k e n n z e i c h n e t d a d u r c h , daß die Permeabilitätsdifferenz zwischen der magnetischen Substanz und den Mikroorganismen größer als 1 ist.
4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, q e 1< e n n z e i c h n e t d a d u r c h , daß die aus der Oberfläche der magnetischen Substanz austretenden Feldlinien durch die Weißschen Bezirke der magnetischen Substanz selbst erzeugt werden und/oder durch äußere Permanentmagnetfelder und/oder elektromagnetische Felder hervorgerufen werden, wobei bei Anwendung elektromagnetischer Felder der Einsatz von Gleich-, Wechsel- und/oder Impuls feldern vorgesehen ist und die Stärke der Magnetfelder so bemessen ist, daß an der Oberfläche der magnetischen Substanz eine magne-Lische Induktion größer als 0,01 Tesla auftritt.
5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, g e k e n n z e i c h n e t d a d u r c h ,# daß das Magnetfeld an der Oberfläche der magnetischen Substanz durch einen Stromfluß durch die magnetische Substanz erzeugt wird.
6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, g e k e n n z e i c h n e t d a d u r c h , daß der Feldlinienverlauf im nahen Oberflächenbereich der magnetischen Substanz inhomogen ist und daß die Inhomogenität durch gekrümmte Oberflächen in Form von Teilchen, Fasern und porösen Feststoffen oder durch die Oberflächenrauhigkeit der magnetischen Substanz erzeugt wird, wobei die i<rümmungsradien im Bereich von 5-1 bis 10 m liegen sollen.
7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, g e k e n n z e i c h n e t d a d u r c h , daß die magnetische Substanz aus einer magnetischen Flüssigkeit, einer magnetischen Emulsion, magnetischen Teilchen, Fasern, Drähten, Folien, Geweben und/oder porösen Substanzen besteht.
8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, g e k e n n z e i c h n e t d a d u r c h , daß poröse magnetische Substanzen aus porösen nichtmagnetischen Substanzen, wie Aktivkohle, Aluminiumoxid, Kieselgel, Kieselgur, Molekularsiebe usw. hergestellt werden, indem magnetische Flüssigkeit von den porösen Substanzen adsorbiert und das flüchtige Dispersionsmittel verdampft wird.