DE10150014B4 - Schwimmbeckenauskleidung zur Entkeimung von Wasser - Google Patents
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Abstract
Schwimmbeckenauskleidung
zur Entkeimung von Wasser, dadurch gekennzeichnet, dass es sich
um eine Folie handelt, welche aus Kunststoff, besteht deren Oberfläche ganz
oder teilweise mit einer Schicht bestehend aus photokatalytisch
aktivem Material bedeckt ist.
Description
- Beschreibung- Stand der Technik
- Die Entkeimung von Schwimm- und Badebeckenwasser ist eine wichtige Aufgabe.
- Die Schwimm- und Badebeckenwässer von Bädern werden während des Badebetriebes durch eine Vielzahl von Substanzen, beispielsweise Sonnenöl, Kosmetika, Urin, Hautpartikel und Krankheitserregern wie Escherichia Coli, Syphilis und neuerdings auch Legionella pneumophila und anderen organischen und anorganische, löslichen und unlöslichen Substanzen verunreinigt. Des Weiteren besteht das Problem der Algenbildung insbesondere an schwer zugänglichen Stellen.
- Verfahren zur Aufbereitung von Beckenwässern beabsichtigen, eine gute, gleichbleibende Beschaffenheit des Beckenwassers in bezug auf Hygiene, Sicherheit und Ästhetik sicherzustellen, damit eine Schädigung der menschlichen Gesundheit nicht zu erwarten ist. Dabei ist auch das Wohlbefinden der Badegäste zum Beispiel durch Minimieren von Nebenreaktionsprodukten der Desinfektion zu berücksichtigen. Dies alles dient die Kultur der Gemeinschaft zu erhalten.
- Zur Desinfektion werden Schwimm- und Badebeckenwässer gechlort oder gebromt, wobei die Folgereaktionen mit Brom denen des Chlors entsprechen. Als Nebenreaktion kommt es zur Chlorierung der im Beckenwasser enthaltenen organischen Substanzen. Manche dieser chlorierten organischen Verbindungen unterliegen weiteren Folgereakionen, so dass in den Beckenwässern auch Chloramine, chlorierte Kohlenwasserstoffe, Trichlomethan und andere chlorierte organische Verbindungen enthalten sind. Diese chlorierten organischen Verbindungen können zu Reizungen oder gar Gesundheitsschäden der Badegäste führen: Beispielsweise ist das sich nach der Chlorierung von Harnstoff bildende Chloramin die Substanz, die Rötung der Augen, Hautreizungen, Chlorschnupfen und den „Chlor" – Geruch verursacht. Trihalogenierte Methane gelten darüber hinaus sogar als Kanzerogen.
- Übliche Verfahren wie der erwähnte Zusatz von Chlor oder die Bestrahlung mit sehr kurzwelligem ultraviolettem Licht zeigen Nachteile durch die Verwendung oder Entstehung sehr aggressiver und ihrerseits gesundheitsschädigender Stoffe (Ozon).
- Abgesehen von den möglichen gesundheitlichen Folgen des Einsatzes von halogenhaltigen Desinfektionsmitteln erweist sich dieser als ein nicht unerheblicher Kostenfaktor während des Betriebs eines Freizeitbades und ist auch aus Umweltgründen nicht wünschenswert, unter anderem deshalb, da auch die Herstellung dieser Chemikalien energieaufwendig ist und weiter Umweltprobleme mit sich bringt.
- Die Betriebswässer von Schwimmbädern, die es zu reinigen gilt, weisen eine Vielfalt von verschiedenen Salzen auf. Auch ist der pH-Wert der Schwimm- und Badebeckenwässer annähernd neutral, so dass nach bekannten Untersuchungen unter den für die Schwimm- und Badebeckenwässer von Bädern herrschenden Bedingungen eigentlich keine photokatalytische Oxidation der chlorierten Verbindungen auftreten dürfte. Umso erstaunlicher ist es, dass der Titandioxidkatalysator unter den für die Aufbereitung von Betriebswässern herrschenden Bedingungen überhaupt, und dann auch noch ohne Chemikalienzusatz, einsetzbar ist. Ein weiter Vorteil des Verwendeten TiO2-Katalysators besteht darin, dass er ungiftig ist und beispielsweise sogar in „Kaffeweißern" oder Zahnpasta eingesetzt wird. Sollten infolge einer Betriebsstörung Katalysatorpartikel in das Badewasser gelangen, so wäre dies für die Badegäste gesundheitlich unbedenklich.
- Erste Untersuchungen weisen darauf hin, dass es mittels der photokatalytischen Oxidation an Titandioxid sogar möglich ist, Bakterien, wie beispielsweise Escherichia Coli oder Legionella pneumophila durch Oxidation zu inaktivieren. Versuche zeigen, dass dies selbst bei heterotrophen Bakterien an Titandioxid möglich zu sein erscheint.
- Durch die Nutzung ultravioletter Strahlung z.B. durch UV-Strahlung emittierende Lichtquellen oder einfallendes Sonnenlicht ist Photokatalyse an Titandioxid möglich. Die Photokatalyse – insbesondere am Titandioxid – ist recht gut untersucht, z.B. in:
- [1] Y. Toshinobu, et. al.: Photoelectrochemical properties of TiO2 coating films prepared using different solvents by the sol-gel method. Thin Solid Films 283 (1996) 188
- [2] P. Sawunyama, et. al.: Photocatalysis on TiO2 Surfaces Investigated by Atomic Force Microscopy: Photodegradation of Partial and Full Monolayers of Stearic Acid on TiO2. Langmuir 15 (1999) 3551
- [3] A. Heller: Chemistry and Applications of Photocatalytic Oxidation of Thin Organic Films. Acc. Chem. Res., Vol. 28, No. 12 (1995) 503
- [4] K. O'Shea, et. al.: The Influence of Mineralization Products on the Coagulation of TiO2 Photocatalyst. Langmuir 15 (1999) 2071
- [5] C. Paulus, et. al.: Auswirkungen einer Eisendotierung auf die photokatalytischen Eigenschaften von nanoskaligem Titandioxid. Universität des Saarlandes, FB Physikalische Chemie
- [6] D. Thompson, et. al.: Sensitization of Nanocrystalline TiO2 Initiated by Reductive Quenching of Molecular Exited States. Langmuir 15 (1999) 650
- [7] D. Bahnemann: Photocatalytic Detoxification of Polluted Waters. The Handbook of Environmental Chemistry, Springer Verlag 1999, Volume 2, Part L, 285 – 351
- [8] M. Lindner, D. Bahnemann, B. Hithe und Wolf-D. Griebler: Solare Wasserdesinfektion. The Amercian Society of Mechanical Engineers 1995 (399)
- Weiterhin ist bekannt, dass durch Dotierung des TiO2, mit Metallionen oder Metallionenkombinationen, die photokatalytisch aktive Wellenlänge variiert und insbesondere in den sichtbaren Bereich verschoben werden kann, für den Wasser weitgehend transparent ist[
DE 19757496 A1 ]. Ebenso ist die Aktivierung der TiO2 Oberfläche, z.B. mit Ruthenium bekannt, welche ebenfalls eine Variation der photokatalytisch aktiven Wellenlänge bewirkt. Da die photochemische Wirksamkeit von der Größe der aktiven Oberfläche abhängt wird der Photokatalysator im Schwimmbeckenwasser, nicht aber direkt im Becken, sondern in einem separaten Reaktor suspendiert. Die Suspension ist sehr stabil. Ein erheblicher Aufwand muß dann für die Entfernung des Photokatalysators aufgebracht werden, so dass insgesamt nur ein wenig praktikabler Prozess vorliegt. Entsprechend groß sind die Bemühungen, den Photokatalysator zu fixieren. Dafür existieren verschiedene Vorschläge und Verfahren. - Bei Titandioxid ist recht genau beschrieben welche Voraussetzungen erfüllt sein müssen, um wirksame Schichten herzustellen. Genannt wird in der Regel Anatas als wirksame Kristallform. Schichten in optischer Qualität lassen sich kostengünstig auf fast allen üblichen Oberflächen erzeugen. Geeignete Verfahren sind beispielsweise Sol-Gel-Verfahren oder Normaldruck-CVD-Verfahren (z.B.
DE 100 01 565 A1 , 2000 oderDE 199 62 055 A1 , 1999). - Generell wurde aber festgestellt, dass ein in einem Reaktor fixierter Photokatalysator eine wesentlich schlechtere Wirkung aufweist. Dies liegt daran, dass die für die Entkeimung erforderliche, mit dem Wasser wechselwirkende, Fläche gering ist. Daher bestehen Vorschläge zur Verwendung hochporöser Photokatalysatoren mit einer erhöhten Gesamtoberfläche von 10m2/g [
DE 19757496 A1 ]. Durch die Porosität verringert sich aber die mechanische Stabilität des photokatalytisch aktiven Materials so dass eine Anwendung nur in Bereichen die nicht den Badenden zugänglich sind in Frage kommt. Bei der Verwendung von Photokatalysatoren in gesonderten Reaktoren besteht die Gefahr der Zerstörung des Reaktorsubstrates durch hohe Konzentration der im Wasser entstehenden Radikale, da nur ein kleiner Teil der Wassermenge mit dem Photokatalysator in Kontakt steht. Daher bestehen Vorschläge für durchströmte Reaktoren, die derart gestaltet sind dass nahezu die gesamte Wassermenge in die Nähe der photoaktiven Oberflächenbereiche gelangen [DE 199 63649 A1 ]. Weiterhin werden die bisher bekannten katalytischen Systeme zur Beckenwasseraufbereitung mit einer UV Licht emittierenden Lichtquelle betrieben. Es ist bekannt, dass Lichtquellen einem gewis sen Verschleiß unterliegen und für gewöhnlich im Laufe des Betriebes erneuert werden müssen. Abgesehen von diesen Wartungskosten, müssen diese Systeme zusätzlich mit Spannung versorgt werden. Neben den für die Spannung notwendigen Energiekosten, kann es bei einem Defekt der Abdichtungen und einem somit folgenden Strom/Wasser Kontakt durchaus zu gesundheitlichen Schäden für den Badenden kommen. - Aufgabe der Erfindung
- Aufgabe der Erfindung ist es nun eine Schwimmbeckenauskleidung zur Entkeimung von Wasser zu schaffen, welche einen fixierten Photokatalysator hoher mechanischer Stabilität, einen hohen Wirkungsgrad der photokatalytischen Zersetzung, eine Schutzfunktion gegenüber der Beckenauskleidung aufweist und alleine mit Sonnenlicht betrieben wird.
- Darstellung der Erfindung
- Die Aufgabe der Erfindung lässt sich lösen, indem man eine Schwimmbeckenauskleidung vorsieht, dadurch gekennzeichnet, dass diese die natürliche Strahlung von der Sonne bezieht und einen Körper mit photokatalytischer Oberfläche aufweist, wobei der Körper mit photoaktiver Oberfläche möglichst die gesamte Oberfläche des Beckens selbst einnimmt.
- Der Erfindung liegt die Überlegung zugrunde, dass die Größe der Oberfläche die Gesamtwirkung der photokatalytischen Entkeimung direkt beeinflusst. Somit wird angestrebt, eine möglichst große belichtete Fläche, die mit dem zu entkeimenden Wasser in Kontakt steht und dem Sonnenlicht ausgesetzt ist, als Photoreaktor auszulegen. Hierzu wird die Beckenoberfläche selbst zum Reaktor modifiziert. Die zur Filterung ohnehin vorhandenen Umwälzpumpen sowie die durch den Badebetrieb hervorgerufene Wasserbewegung bewirken dass nahezu das gesamte Wasser mit der photokatalytisch aktiven Schicht wechselwirkt.
- Durch die Absorption von Licht, insbesondere UV-Licht, verhindert die erfindungsgemäße Beschichtung die photochemische Zersetzung der Substrate.
- Das Wesen und die Vorteile der Erfindung bestehen darin, dass
- 1. durch die große beschichtete Oberfläche eine große photokalatytisch aktive Oberfläche geschaffen wird.
- 2. nahezu die gesamte Wassermenge im Laufe eines täglichen Filterzyklus an dem phokatalytisch aktiven Körper vorbei strömt und somit nahezu alle im gesamten aufzubereitenden Volumen befindlichen Keime erfasst werden.
- 3. im Laufe eines täglichen Filterzyklus eine Verteilung der photochemisch gebildeten Radikale im gesamten aufzubereitenden Volumen stattfindet.
- 4. die für Schwimmbecken übliche Veralgung an Ecken und Nähten der Schwimmbeckenauskleidung verhindert wird.
- 5. es möglich ist, die keimtötende Wirkung durch Sonnenlicht zu erreichen ohne dass eine mit Spannung zu versorgende, UV-Strahlung emittierende, Lichtquelle zum Einsatz kommt.
- 6. die Ausbleichung und die Zerstörung der Schwimmbeckenauskleidung Sonneneinstrahlung und Wasserdesinfektionsmittel unterbunden wird.
Claims (6)
- Schwimmbeckenauskleidung zur Entkeimung von Wasser, dadurch gekennzeichnet, dass es sich um eine Folie handelt, welche aus Kunststoff, besteht deren Oberfläche ganz oder teilweise mit einer Schicht bestehend aus photokatalytisch aktivem Material bedeckt ist.
- Schwimmbeckenauskleidung zur Entkeimung von Wasser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das photokatalytisch aktive Material aus einer Titandioxidschicht mit einer Schichtdicke von wenigen Nanometern bis einigen Mikrometern besteht.
- Schwimmbeckenauskleidung zur Entkeimung von Wasser nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Titandioxidschicht weitere Metalloxide oder Metallionen beigemischt sind.
- Schwimmbeckenauskleidung zur Entkeimung von Wasser, nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die natürliche Sonnenstrahlung als Quelle für den photochemischen Prozess dient.
- Schwimmbeckenauskleidung zur Entkeimung von Wasser, nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung als Sonnenschutz für die Beckenfolie aus PVC, PP oder PE dient.
- Schwimmbeckenauskleidung zur Entkeimung von Wasser, nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung die Veralgung an Ecken und Nähten der Schwimmbeckenauskleidung verhindert.
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7160461B2 (en) | 2002-10-16 | 2007-01-09 | Umwelttechnik Georg Fritzmeier Gmbh & Co. Kg | Water purification with catalytic surfaces and microorganisms |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19757496A1 (de) * | 1997-12-23 | 1999-06-24 | Studiengesellschaft Kohle Mbh | Hochporöse Photokatalysatoren zur Verwertung von sichtbarem Licht |
| DE19963649A1 (de) * | 1999-12-29 | 2001-07-12 | Andreas Biedermann | Vorrichtung zur Entkeimung von Wasser |
-
2001
- 2001-10-11 DE DE20120403U patent/DE20120403U1/de not_active Expired - Lifetime
- 2001-10-11 DE DE10150014A patent/DE10150014B4/de not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19757496A1 (de) * | 1997-12-23 | 1999-06-24 | Studiengesellschaft Kohle Mbh | Hochporöse Photokatalysatoren zur Verwertung von sichtbarem Licht |
| DE19963649A1 (de) * | 1999-12-29 | 2001-07-12 | Andreas Biedermann | Vorrichtung zur Entkeimung von Wasser |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Heller, A.: Chemistry and Applications of Photo- catalytic Oxidation of Thin Organic Films. In: Acc. Chem. Res. 28, S. 503-508 (1995) * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE10150014A1 (de) | 2003-04-30 |
| DE20120403U1 (de) | 2002-06-06 |
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