!HU000007380T2! (19) HU (11) Lajstromszám: E 007 380 (13) T2 MAGYAR KÖZTÁRSASÁG Magyar Szabadalmi Hivatal EURÓPAI SZABADALOM SZÖVEGÉNEK FORDÍTÁSA (21) Magyar ügyszám: E 07 87 (22) A bejelentés napja: 07. 0. 1. (96) Az európai bejelentés bejelentési száma: EP 07087 (97) Az európai bejelentés közzétételi adatai: EP 198038 A1 08.. 1. (97) Az európai szabadalom megadásának meghirdetési adatai: EP 198038 B1 09.. 14. (1) Int. Cl.: C02F 1/76 (06.01) () Elsõbbségi adatok: MU07007 07. 03. 28. IN (72) Feltalálók: Kadam, Manoj Krishna, Whitefield P.O., Bangalore, 066 (IN); Nadakatti, Suresh Murigeppa, Whitefield P.O., Bangalore, 066 (IN); Tendulkar, Mahesh Subbash, Whitefield P.O., Bangalore, 066 (IN) (73) Jogosult: UNILEVER N. V., 13 AL Rotterdam (NL) (74) Képviselõ: dr. Gyõrffy Béla, DANUBIA Szabadalmi és Jogi Iroda Kft., Budapest (4) Víztisztítási rendszer HU 007 380 T2 A leírás terjedelme oldal Az európai szabadalom ellen, megadásának az Európai Szabadalmi Közlönyben való meghirdetésétõl számított kilenc hónapon belül, felszólalást lehet benyújtani az Európai Szabadalmi Hivatalnál. (Európai Szabadalmi Egyezmény 99. cikk (1)) A fordítást a szabadalmas az 199. évi XXXIII. törvény 84/H. -a szerint nyújtotta be. A fordítás tartalmi helyességét a Magyar Szabadalmi Hivatal nem vizsgálta.
A találmány területe A találmány tárgya víztisztítási rendszer, eljárás víz tisztítására a rendszer alkalmazásával és a víztisztítási rendszer gyártási eljárása. A találmány tárgya különösen egy olyan víztisztítási rendszer, mely a stabil állapotot hosszú ideig megõrzõ, szilárd halmazállapotú klórfertõtlenítõ kis mennyiségekben történõ csomagolására alkalmas, ezáltal biztosítván, hogy megfelelõ mennyiségû klór álljon rendelkezésre a vízben található káros mikroorganizmusok elpusztítására és a víz emberi fogyasztásra alkalmassá tételére. Háttér és a technika állása Több milliárd ember él, különösen a fejletlen és fejlõdõ országokban, elsõsorban vidéken, akik nem rendelkeznek vezetékes vízzel otthonukban. Ezeken a területeken általában nem állnak rendelkezésre közösségi vízkezelési rendszerek. A vizet edényekbe kell gyûjteniük olyan forrásokból, mint folyók, kutak, tavak, patakok és fúrt kutak, és otthonukban tárolniuk mind fõzéshez, mind ivóvízhez. Az ilyen vizet gyakran fertõzik olyan káros mikroorganizmusok, mint ciszták, vírusok vagy baktériumok. A megbetegedési és halálozási számok, különösen a csecsemõknél és kisgyermekeknél igen magasak ezeken a területeken, az ilyen fertõzött víz fogyasztása miatt. Az emberekben széleskörûen tudatosul, hogy a víz forralása mikrobiológiailag biztonságossá teszi azt, de sokan mindössze 70 C¹ra hevítik, ahelyett hogy percig forralnák a WHO javaslatának megfelelõen. Tovább forralni a vizet költséges, és olyan fûtõanyagok hozzáférhetõségét feltételezi, mint a szén, kerozin vagy fa, melyekbõl egyre kevesebb van. Az olyan fejlett otthoni tisztítási rendszerek, mint az UV (ultraibolya), RO (reverz-ozmózis) stb. folyamatos vízáramlást és elektromos áramot feltételeznek, melyek szintén nem állnak folyamatosan rendelkezésre ezeken a vidékeken. Tehát mindig fennállt a szükségessége egy egyszerû, könnyen alkalmazható, olcsó és biztonságos eljárásnak, mellyel biztosítható ezen emberek ivóvízszükséglete. Tradicionálisan halogénalapú fertõtlenítõszereket alkalmaztak a vízben található mikroorganizmusok elpusztítására. E fertõtlenítõszerek között szerepel a jód, jódozott gyanták, klórvegyületek, mint a kalcium-hipoklorit, nátrium-diklór-izocianursav (NaDCCA), triklórizocianursav (TCCA) stb. E fertõtlenítõszerek igen hatásosan ölik a mikroorganizmusokat, de a fent említett talajból származó források nemcsak mikroorganizmusok által szennyezettek, hanem olyan egyéb szennyezõ anyagokkal is, mint a lebegõ por és talaj, valamint nyomokban olyan oldott szennyezõdésekkel, mint a szerves szennyezõdések, oldott sók és peszticidmaradványok. Fontos, hogy ezeket a szennyezõdéseket is eltávolítsuk ahhoz, hogy emberi fogyasztásra alkalmassá tegyük a vizet. A múltban ilyen esetekben a flokkuláció és fertõtlenítés kombinációját javasolták és alkalmazták. A WO96/32194 (1996, Truetech) számú nemzetközi közzétételi irat leír egy vízkezelõ készítményt egységdózis formában, például egy tabletta, mely képes a 1 2 3 4 0 vizet adagonként ivás céljára megtisztítani, és alapvetõen fertõtlenítõszert, mely egy szerves klórvegyület, koagulálást gyorsító szert, primer és szekunder flokkulenst, diszperzió-puffer szert, agglomerációs mátrixot és prefiltert és tömegioncsere-abszorbenst tartalmaz. Azt találtuk, hogy szerves klórvegyület alkalmazása hatásos a fertõtlenítéshez, és a tablettának nagy a stabilitása a hozzáférhetõ klór szempontjából, még meleg és nyirkos körülmények között történõ, hosszan tartó tárolás esetén is. Azonban a szerves klórvegyületek hátránya, hogy miután a klór felszabadul a vegyületbõl, amikor feloldódik a vízben, a visszamaradt szerves anyag, például cianursav, káros és el kell távolítani a vízbõl. Ez szükségessé teszi olyan gyökbefogó anyagok alkalmazását, mint az aktív szén, ami megnehezíti a háztartási alkalmazást. A WO02/007 (P&G) számú nemzetközi közzétételi irat víztisztító rendszert ismertet, amely lényegében tartalmaz primer koagulálószert, hídképzõ flokkulenst, koagulálást segítõ szert és adott esetben fertõtlenítõszert. Ez a szabadalmi bejelentés eljárást is igényel víz derítésére és tisztítására, amely eljárás koagulálás és flokkulálás, fertõtlenítés, szûrés, semlegesítés és ásványi anyag hozzáadása közül választott több szakaszt tartalmaz. Az EP0066421 (Buchan, 1982) számú európai szabadalom leír egy készítményt egységdózis formában adagonként viszonylag kis mennyiségû víz egylépcsõs tisztításához, mely három vegyértékû kationnal rendelkezõ szilárd szervetlen fémsó, szilárd vízben oldódó alkáli, szilárd anionos polimer hidrofil kolloid és adott esetben baktericid kombinációjának alkalmazásával történik. Az US04/002667 számú amerikai egyesült államokbeli szabadalmi bejelentés szennyezet ivóvíz tisztítására és derítésére és/vagy ásványi anyag hozzáadására alkalmas készítményeket, eljárásokat és reagenskészleteket ismertet, melyek primer koaguláns anyagot és hídképzõ flokkulens anyagot tartalmaznak, ahol a koaguláns és flokkulens szintje és a kettõ közötti arány lehetõleg bizonyos értékhatárok között mozog. A legjobban kedvelt készítmények tartalmaznak továbbá egy vagy több kationos koagulálást segítõ szert, különösen kitozánt, mikrobiocidális fertõtlenítõszert, vízben oldódó alkálit, vízben nem oldódó szilikátot, élelmiszer-adalékot vagy ásványianyag-forrást. Az US04/002667 ismertet továbbá vízkezelõ készítményeket elõre meghatározott térfogatú ivóvíz adagonkénti tisztításához és leírja a [0028] alkalmazását, továbbá egy alacsony nedvességtartalmú kalcium-hipoklorit biocidként történõ alkalmazását [000]. Jóllehet mindkét P&G által és Buchan által írt publikáció a víz flokkuláció és fertõtlenítés kombinációjának alkalmazásával történõ tisztítására irányul (szervetlen klóralapú vegyületek alkalmazásával), az ismertetés olyan készítményekre irányul, melyek olyan egységnyi dózisokat tartalmaznak, ahol a teljes készítményt bekeverték és becsomagolták fogyasztói felhasználásra. Az e két publikációban ismertetett készítmények egy értelemben jobbak, mint a Truetché, miszerint szervet- 2
len klórvegyületeket alkalmaznak fertõtlenítõként, melyek hatásosak, és a visszamaradt anyag fogyasztása ártalmatlan, a szerves klórvegyületektõl eltérõen. Mi is hosszú ideje dolgozunk ezen a területen, és az egyik probléma, amivel találkoztunk az volt, hogy a szervetlen klórvegyületek, mint a kalcium-hipoklorit, nagyon instabilak, különösen nedves környezetben. Egységdózisú kiszerelésben a készítmény egyéb összetevõi, mint az agyag stb. higroszkopikusak, és hajlamosak vizet felvenni, ami a klóros vegyület instabilitásához vezet, ezáltal csökkentvén a hozzáférhetõ klór mennyiségét, amikorra a fogyasztó felhasználja a készítményt. A fenti P&G általi publikáció optimális tisztítás elérésérõl beszél, ahol a fertõtlenítõszert lehetõleg szabályozott, késleltetett, fenntartott vagy lassan felszabaduló formában alkalmazzák. Az ilyen lassú felszabadulást biztosító eljárások között szerepel a klórvegyület vízben gyengén oldódó vagy hidrofób anyaggal történõ összekeverése vagy bevonata. Azt találtuk, hogy az ilyen típusú készítményeket hosszú ideig kell keverni a tisztítandó vízzel, ahhoz hogy megfelelõen feloldódjanak és hatékonyak legyenek, és kívánatos rövidebb keverési idõt biztosítani, hogy ezáltal megkönnyítsük a felhasználó feladatát. Továbbá az eddig ismert megoldások szerint, nagy mennyiségû tisztítókészítmény szükséges a tisztított víz megfelelõ minõségének eléréséhez. Szorgosan dolgoztunk azon, hogy megoldjuk ezt a problémát, és olyan víztisztító rendszert fejlesztettünk ki, amely biztosítja, hogy a tisztított víz a káros mikroorganizmusok eltávolítása tekintetében elérje a megfelelõ színvonalat. A rendszer elõre kiválasztott tulajdonságokkal rendelkezõ és tasakban csomagolt szervetlen klórvegyületet tartalmaz. A fertõtlenítéshez szükséges klór mennyisége a vízben szûk határok között kell mozogjon, azaz tömeg szerint 6 ppm. Ha túl kevés, nem történik meg a kívánt fertõtlenítés, a kívánt öt percnél rövidebb idõ alatt. Ha túl sok, nagy mennyiségû semlegesítõanyagot kell alkalmazni a következõ kezelésekben, ami megváltoztathatja a víz ízét. Így a kalcium-hipoklorithoz hasonló szervetlen klórvegyület mennyisége, mely tasakba kerül, olyan fogyasztó által történõ otthoni felhasználásra, akinek körülbelül 0 l tartálynyi vize van, 0,0 0, g között mozog. Igen nehéz ilyen kis mennyiségû anyagot tasakba csomagolni, különösen maróanyagot, mint a kalcium-hipoklorit. Ez különösen igaz, mivel a technológiát tömegpiacra terveztük, ahol több milliárd ilyen tasakot kell gyártani, alacsony áron, nagy megbízhatósággal és gyorsan. Széleskörûen kutattunk egy olyan csomagolási technológia után, mely kielégíti ezt a követelményt, de nem találtunk. Míg egyes rendelkezésre álló technológiák, a pontos mérés szigorú feltételeit nem tudták biztosítani, másoknak az alkalmazott klórvegyület áramlási tulajdonságaival volt problémájuk. Ezután nekiálltunk megoldani ezt a problémát. Azt találtuk, ha a kalcium-hipoklorit rendelkezik bizonyos elõre meghatározott tulajdonságokkal, lehetséges a kívánt kis mennyiséget tasakba csomagolni, megfelelni a nagy mérési pontosságnak, megbízható, gyors csomagolást 1 2 3 4 0 nyújtani, és mindezt úgy, hogy nem károsul a csomagolt klórvegyület tárolási stabilitása. A JP0213697 (Anto KK) számú japán szabadalom ismertet eljárást a kis mennyiségû ivóvíz mérésére, kezelésére és fertõtlenítésére kalcium-szulfát kalcium-hipoklorithoz történõ hozzáadásával, a kalciumhipoklorit térfogatának növelésére. Mi alkalmatlannak találtuk ezt a technológiát, mivel nem lehetett kielégíteni azt a szigorú tárolási, stabilitási követelményt, hogy a hozzáférhetõ klór vesztesége ne legyen több mint % a csomagolt készítményben. Tehát a találmány egyik célját képezi víztisztítási rendszer, mely lehetõvé teszi olyan szervetlen fertõtlenítõszer, mint a kalcium-hipoklorit 0,0 0, g közötti kis mennyiségben tasakba történõ csomagolását. A találmány másik célját képezi víztisztítási rendszer 0,0 0, g kalcium-hipokloritot tartalmazó tasakkal, ahol a hozzáférhetõ klór vesztesége három hónap alatt nem több mint %, C¹on és 8% relatív páratartalom mellett tárolva. A találmány még további célját képezi eljárás 0,0 0, g kalcium-hipokloritot tartalmazó tasak kialakítására és csomagolására nagy sebességû gépben, a tömeg nagy megbízhatóságú mérésével, miközben a kalcium-hipoklorit tárolási stabilitása nem sérül. A találmány még további célját képezi víztisztítási rendszer, mely biztosítja a nyersvíz tisztítását, eleget téve a WHO szigorú log¹6 baktérium¹, log¹4 vírus- és log¹3 cisztaeltávolítási kritériumainak, a flokkuláció-fertõtlenítés eljárás alkalmazásával. A találmány összefoglalása A találmány egyik szempontja szerint a találmány tárgyát képezi víztisztítási rendszer, mely tasakot tartalmaz, melyben 0,0 0, g kalcium-hipoklorit-granulátum van, 68% hozzáférhetõ klórral és 3%¹ig terjedõ nedvességgel, ahol az említett granulátum legalább 80%- ának a szemcsemérete 0 80 mikron között mozog; mely szerint az említett tasak két részre van osztva, az egyik rész tartalmazza az említett granulátumot, és egy másik rész a flokkulálókészítményt; és ahol a flokkulálókészítmény semlegesítõanyagot tartalmaz. Különösen elõnyös, ha a találmány szerinti víztisztítási rendszer tasakja polimer és fém laminátumból készül. A találmány egy másik szempontja szerint a találmány tárgyát képezi eljárás víz tisztítására a találmány szerinti víztisztítási rendszer alkalmazásával, amely eljárás tartalmazza a tasak tartalmának a tisztítandó vízzel történõ keverésének lépését. A találmány egy még további szempontja szerint a találmány tárgyát képezi eljárás a találmány szerinti víztisztító rendszer tasakjának kialakítására és megtöltésére, mely eljárás tartalmazza a következõ lépéseket: a) tasak kialakítása a két egymásra helyezett laminátum egymással átfedõ oldalsó és alsó szélének lezárásával; b) a tasak hosszmetszetben történõ lezárása, két rész kialakításához; 3
c) a tasak említett elsõ részének megtöltése az említett kalcium-hipoklorit-granulátummal, elõre meghatározott térfogatú csészébõl, a tasak említett másik részének megtöltése a flokkulálókészítménnyel; és d) az egymással átfedõ felsõ szélek lezárása. Végül a találmány tárgyát képezi kalcium-hipokloritgranulátum alkalmazása, 68% hozzáférhetõ klórral, 3%¹ig terjedõ nedvességgel, ahol az említett granulátum legalább 80%-ának a szemcsemérete 0 80 mikron között mozog, hogy 0,0 0, g közötti mennyiségi határok között tasakba csomagolják; ahol az említett tasak tartalmaz két részt, egy elsõ rész az említett granulátumot, és egy második rész a flokkulálókészítményt tartalmazza; és ahol a flokkulálókészítmény semlegesítõanyagot tartalmaz. A találmány részletes leírása Minden itteni rész tömeg szerint van, hacsak külön más nincs meghatározva. A találmány egyik szempontja szerint a találmány tárgyát képezi víztisztítási rendszer, mely tasakot tartalmaz igen kis mennyiségû szelektív fertõtlenítõvel, úgymint kalcium-hipolkorittal, mely igen szelektív tulajdonságokkal rendelkezik. Azt találtuk, ha ki akarjuk elégíteni az egyéni fogyasztók és családjuk szükségleteit, akiknek körülbelül napi 0 l edényes víz szükséglete van edényekben vagy vödrökben, nagyon kis mennyiségû, 0,0 0, g nagyságrendû, klórvegyületet kell biztosítani a víz fertõtlenítéséhez. A klórvegyület tömege eltér a választott vegyülettõl, annak molekulatömegétõl és hozzáférhetõ klórjától függõen, de e tömegtartományon belül mozog. A hozzáférhetõ klór kifejezést széleskörûen alkalmazzák a víztisztítóiparban. A kifejezést a klórvegyületek potenciális fehérítõ- vagy oxidáló¹, vagy fertõtlenítõerejének összehasonlítására hozták létre. Ezt az oxidációhoz rendelkezésre álló klór mennyiségi elemzésével, az úgynevezett iodometrikus eljárással határozzák meg. A hozzáférhetõ klór kifejezés az a számított klórmolekula- (Cl 2 ) tömeg, amely szükséges ugyanakkora mennyiségû jódmolekula (I 2 ) felszabadításához. Mivel a klórmolekulának csak a fele pozitív vegyértékû (+1 oxidációs állapot), oldatban a hozzáférhetõ klór tartalma bármely klórvegyületnek, mely CL+-szal rendelkezik (például HOCl) mindig kétszerese lesz ennek a jelen levõ kationnak. Összefoglalva: a hozzáférhetõ klór kifejezés a vizsgált vegyület oxidálóerejére vonatkozik. További információ a Handbook of chlorine and alternative disinfectants, negyedik kiadás, Geo. Clifford White, (John Wiley & Sons Inc) címû kézikönyvben található. A legtöbb klórfertõtlenítõ igen instabil, különösen nedvesség és levegõ jelenlétében és a 4 C¹hoz hasonló hõmérsékleteken, melyek a trópusi országokban uralkodnak. A kalcium-hipoklorit egy gyakran alkalmazott szilárd, szervetlen klór fertõtlenítõszer. Általában két formában áll rendelkezésre. A gyakoribb forma képlete Ca(OCI)Cl, és általában stabilizált fertõtlenítõpor néven említik (SBP). A kereskedelmileg kapható 1 2 3 4 0 fehérítõpor hozzáférhetõ klórmennyisége általában 3 tömegszázalék között mozog. A stabil fertõtlenítõpor általában finom por alakban és alacsony, kevesebb mint 1 tömegszázalék, nedvességtartalommal kapható. A kalcium-hipoklorit másik formáját nagy erõsségû hipokloritnak nevezik, és a vegyi képlete Ca(OCI) 2 Ez kereskedelmileg kapható 61 6 tömegszázalék között mozgó hozzáférhetõ klórral. A kereskedelmi nagy erõsségû hipoklorit általában tömegszázalék közötti nedvességtartalommal kapható. Amikor hozzákezdtünk, hogy megoldást találjunk arra a jelenlegi problémára, hogy olyan víztisztító rendszert biztosítsunk, amely képes vidéki területek egyéni fogyasztóinak és családjuknak vizét fertõtleníteni, felismertük, hogy a csomagolandó fertõtlenítõ 0, g¹nál kevesebb és igen gyakran csak 0,1 g igen kis mennyiségû kell legyen. Azt találtuk, hogy az ilyen kis mennyiségû anyagok csomagolási technológiája nem valami pontos és megbízható, különösen az olyan maróhatású anyagok esetében, mint a klórvegyületek. Megpróbáltunk hozzáadni bizonyos töltõanyagokat, hogy növeljük a csomagolandó anyag súlyát. Vizsgáltunk továbbá különbözõ feldolgozási feltételeket, tablettázólehetõségeket és különbözõ fertõtlenítõszerek alkalmazását, mindegyik különbözõ tulajdonságokkal. Azt találtuk, hogy számos feltételnek kell eleget tenni, hogy a termék a fogyasztó minden szükségletét kielégítse. A terméket úgy kell csomagolni, hogy stabil maradjon, és a klór kielégítõ mennyiségben álljon rendelkezésre a fertõtlenítéshez, ugyanakkor a hozzáférhetõ klór nem lehet olyan sok, hogy megnehezítse a víz fogyasztását. A legtöbb kipróbált lehetõségnél számos különbözõ problémával találkoztunk, mint a mérés pontossága, dugulás és a megbízhatóság hiánya a tasak töltésekor a por/granulátum áramlási problémái miatt, a csomagolt klórvegyület gyenge stabilitása, a por/granulátum lassú oldódása, egy sereg egyéb probléma mellett. Azt találtuk, hogy csak akkor lehetett a kalcium-hipokloritot 0,0 0, g közötti mennyiségben tasakba csomagolni és ugyanakkor eleget tenni a fent leírt összes ellentétes követelménynek, ha eleget tett azoknak az igen szelektív tulajdonságoknak, hogy a nedvességtartalma alacsonyabb, mint 3% és a hozzáférhetõ klór 68 tömegszázalék, olyan szemcsemérettel, hogy több, mint 80% 0 80 mikron között mozog. Ha e tulajdonságok bármelyikének nem tettünk eleget, egy vagy több probléma merült fel és nem lehetett eleget tenni a találmány céljainak. Elõnyös, ha a kalcium-hipoklorit-szemcsék legalább 90%¹a, inkább 9%¹a 0 80 mikron közötti méretû, és az említett granulátum kevesebb mint 3% nedvességtartalommal és 68% hozzáférhetõ klórral rendelkezik. Elõnyös, ha a kalcium-hipoklorit hozzáférhetõ klórmennyisége 68 tömegszázalék között mozog, elõnyösebben 6 tömegszázalék között. A találmány víztisztító rendszere szerint elõnyös, ha a tasak 0,1 0,2 g kalcium-hipoklorit-granulátumot tartalmaz. A Ca(OCl) 2 vegyi képletû kalcium-hipoklorit különösen elõnyös. Elõnyös, ha a tasak tartalmaz továbbá a kalcium-hipoklorit-granulátum tömegére vetítve 4
1 2 3 4 0 2 % kalcium-oxidot. Azt találtuk, hogy az ilyen kalcium-oxidot tartalmazó készítmények további, javított stabilitást biztosítanak. A csomagolóanyag is fontos a csomagolt fertõtlenítõszer optimális stabilitásának és egyéb kívánatos tulajdonságainak eléréséhez. Elõnyös, ha a csomagolóanyag egy laminátum, mely egy réteg alumíniumot és egy réteg polietilént tartalmaz. Általában a polietilén érintkezik a kalcium-hipoklorit-granulátummal. Az alumíniumréteg a polietilénréteg külsején van. Az alumíniumréteget adott esetben tovább lehet rétegezni egy vagy több polimer réteggel. Alkalmas polimer a polietilén-tereftalát (PET). Elõnyös, ha a belsõ polietilénréteg vastagsága 0 mikron között mozog, elõnyösebben 3 7 mikron között. Elõnyös, ha az alumíniumréteg vastagsága 1 mikron között mozog, elõnyösebben 8 12 mikron között. A kalcium-hipoklorit-granulátum úgy van jelen a víztisztítási rendszerben, hogy amikor a tisztítandó vízben elkeverik, kevesebb mint egy perc alatt feloldódik. A találmány víztisztítási rendszerét alkalmazva, az említett granulátumban a hozzáférhetõ klór kevesebb mint %-kal csökken, elõnyösebb esetben kevesebb mint %-kal, amikor a tasakot három hónapig tárolják C¹on, 8% relatív páratartalom mellett. A találmány elõnyös szempontja szerint a találmány tárgyát képezi víztisztítási rendszer, ahol a tasak két részt tartalmaz, egy elsõ rész tartalmazza a kalcium-hipoklorit-granulátumokat és egy másik rész tartalmazza a flokkulálókészítményt. Amikor a tasak két részt tartalmaz, különösen elõnyös, ha az említett elsõ rész külsõ felületének területe kisebb, mint az említett második rész külsõ felületének területe. A felület-terület viszony alkalmazásának oka, hogy a nedvesség behatolásához rendelkezésre álló felület területének mértéke minimális kell legyen, hogy biztosítsuk a minimális vízbehatolást a maximális stabilitáshoz. Elõnyös, ha a második részben jelen levõ flokkulálókészítmény tartalmaz koagulálószert, mely három vegyértékû szervetlen fém vízben oldódó sója; flokkulálószert, mely nagy molekulasúlyú vízben oldódó polimer; és egy adszorbens agyagot. A koagulálószer olyan vegyület, mely három vegyértékû kationnal rendelkezõ vízben oldódó szervetlen fémsó. Alkalmas három vegyértékû kationok az Al 3+ és Fe 3+. A koaguláns általában mentes a szénatomoktól. Példák a koagulálószerre a vas-szulfát, alumínium-szulfát és poli-alumínium-klorid. Anélkül, hogy korlátozna az elmélet, úgy vélekedünk, hogy ha ezeket a koagulálószereket vízhez adjuk, zselés hidroxidvegyületeket alkotnak 6 vagy ennél nagyobb ph¹értéken. A koaguláció mechanizmusa zselés hidroxid képzõdése útján akkor optimális, amikor a ph 6 és 8, közé van beállítva. A zselés csapadék magával viszi a finom szuszpendált részecskéket és mikrobákat, ahogyan leülepszik vagy koagulálódik. Elõnyös, ha a koagulálószer 0% közötti mennyiségben van jelen, különösen elõnyös, ha 1 %-ban a flokkulálókészítmény tömege szerint. A flokkulálószer a találmány szerinti flokkulálókészítményében olyan vegyület, mely nagy molekulatömegû vízben oldódó polimer. Példái a flokkulálószereknek a poliszacharidok (dextrán-cellulózok), fehérjék, módosított cellulózok (hidroxi-etil/hidroxi-propil vagy karboxi-metil), és poliakrilamidok, elõnyösen nagy molekulatömegû poliakrilamid. Különösen elõnyös, ha a poliakrilamid vagy anionos, vagy nem ionosan módosított, még elõnyösebben anionosan módosított. E poliakrilamidok megfelelõ molekulatömegei 7 között mozognak. A Superfloc (Cytectõl) elõnyös flokkulálószer. A flokkulálószer elõnyös mennyiségei 0, 1% között mozognak, még elõnyösebben 1 % között, és legelõnyösebben 2 8% között, a flokkulálókészítmény tömege szerint. Az adszorbens agyag a flokkulálókészítményben azon agyagok, melyek képesek nagy mennyiségû vizet és szerves vagy szervetlen vegyületet adszorbeálni. Példák az alkalmazható agyagokra a Montmorillonite agyag (dioktahedrál szmektit agyag), Laponite, Hectorite, Nontronite, Saponite, Volkonsite, Sauconite, Beidellite, Allevarlite, Illite, Halloysite, Attapulgite, Mordenite, Kaolinok és Bentonit. A találmány szerinti igen elõnyös agyag a Bentonit agyag. Alkalmazása esetén, az adszorbens agyag 7% közötti mennyiségben van jelen, elõnyösebb esetben % között a flokkulálókészítmény tömege szerint. Elõnyös, ha a flokkulálókészítmény tartalmaz semlegesítõanyagot, mely képes a klórral reagálni, ezáltal alkalmassá téve a vizet emberi fogyasztásra. Alkalmas semlegesítõanyagok a nátrium-tioszulfát vagy az aszkorbinsav. Elõnyös, ha a semlegesítõanyag 1 % közötti mennyiségben van jelen, még elõnyösebben 2 12%-kal a flokkulálókészítmény tömege szerint. Egy további összetevõ, mely adott esetben jelen lehet a flokkulálókészítményben, egy pufferelõszer, mely képes a ph¹értékét 6 8, közötti tartományban tartani, amikor a flokkulálószer feloldódik/diszpergálódik a vízben. Alkalmas pufferelõszerek a kalcium-oxid, nátriumkarbonát és nátrium-bikarbonát. A pufferelõanyag, ha jelen van, 0, % körüli mennyiségben szerepel, a flokkulálókészítmény tömege szerint. Elõnyös, ha a flokkulálókészítmény a tasak második részében van jelen, 0, g közötti mennyiségben, még elõnyösebben 1 g mennyiségben. A találmány egy másik szempontja szerint a találmány tárgyát képezi víztisztítási eljárás a találmány szerinti víztisztítási rendszer alkalmazásával, amely a tasak tartalmának a tisztítandó vízbe történõ bekeverésének lépését tartalmazza. Amikor a tasakon két rész van kialakítva, a víz tisztításának elõnyös eljárása a következõ lépéseket tartalmazza (i) az említett elsõ rész tartalmának bekeverése a szennyezett vízbe, ezt követi; (ii) az említett második rész tartalmának bekeverése, hogy csapadék képzõdjön; és (iii) az említett csapadék szétválasztása az említett szennyezett víztõl, hogy tisztított víz keletkezzen. Az elsõ rész tartalmát általában 0, perces idõszakon keresztül keverjük, ezután hagyjuk a vizet 2 perces idõszakon keresztül állni, majd hozzáadjuk a második rész tartalmát. A keveréket ezután 0, perces idõszakon keresztül keverjük, és újból
hagyjuk állni 2 percig. A flokkulált tömeget ezután hagyjuk leülepedni, majd szétválasztjuk a keveréktõl, általában szûréssel vagy dekantálással. Egy egyszerû rongyot is lehet alkalmazni a szûréshez. Adagonként 0 l víz tisztítható a találmány szerinti víztisztítási rendszerrel. A találmányi szerinti víztisztító eljárás a baktériumok 6¹log-eltávolítását (2 4. példa), a vírusok 4¹log-eltávolítását (. és 6. példa), a ciszták 3¹log-eltávolítását (7. példa) biztosítja. A tasak kialakításának és megtöltésének elõnyös eljárása a következõ szakaszokat tartalmazza: a) tasak kialakítása a két egymásra helyezett laminátum egymással átfedõ oldalsó és alsó szélének lezárásával; b) a tasak hosszmetszetben történõ lezárása, két rész kialakításához; c) a tasak említett elsõ részének megtöltése az említett kalcium-hipoklorit-granulátummal, elõre meghatározott térfogatú csészébõl, a tasak említett másik részének megtöltése a flokkulálókészítménnyel; és d) az egymással átfedõ felsõ szélek lezárása. A találmány egy még további szempontja szerint a találmány tárgyát képezi kalcium-hipoklorit-granulátum 68% hozzáférhetõ klórral, legfeljebb 3% nedvességgel, ahol az említett granulátum legalább 80%-ának a szemcsemérete 0 80 mikron között mozog, amely granulátum 0,0 0, g mennyiség tasakba történõ csomagolására szolgál. A találmányt a továbbiakban a következõ nem korlátozó példákkal illusztráljuk. Példák 1. példa és A D összehasonlító példa 1. példa Kalcium-hipoklorit-mintát, melynek vegyi képlete Ca(OCl) 2, és % hozzáférhetõ klórral rendelkezik körülbelül 2,8% nedvességig szárítottunk. A mintát megszitáltuk olyan szemcseméretre, hogy a szemcsék körülbelül 9%¹a 0 800 mikron között legyen. Formáló, töltõ, lezáró csomagológépet alkalmaztunk a minta tasakba történõ csomagolásához, mely laminátumból készült, melynek polietilén képezte a belsõ rétegét, polietilén-tereftalát a külsõ rétegét és alumíniumréteg volt a kettõ között. A gépet körülbelül egy órán keresztül futtattuk problémamentesen, és körülbelül tíz tasakot választottunk véletlenszerûen mintaként, és meghatároztuk a bennük levõ kalcium-hipoklorit-granulátum tömegét. A tasakokat 0,1 g átlagos tervezett töltési tömegre törekedtünk megtölteni. A tömegeltérések adatait az 1. táblázat mutatja. A összehasonlító példa 1. példa szerinti tasakokat gyártottunk, azonban a kalcium-hipoklorit-szemcsék méretei olyanok voltak, hogy a szemcseméret 90%¹a 00 00 mikron között, 70%¹a 0 800 mikron között és %¹a 00 mikron között mozgott. Az 1. táblázat összefoglalja tíz ilyen véletlenszerûen kiválasztott tasak tömegeltéréseinek adatait. 1 2 3 4 0 1. táblázat 1. példa A összehasonlító példa Átlagsúly, g 0,1 0,16 Tömegtartomány, g 0, 0,18 0,11 0,180 Standard deviáció, g 0,003 0,011 Az 1. táblázat adatai azt mutatják, hogy igen erõsen lehet irányítani a tasakba csomagolandó kalcium-hipoklorit mennyiségét, ha olyan hipokloritot alkalmazunk, amely eleget tesz a találmány szerinti tulajdonságoknak (1. példa), miközben a találmányon kívüli példában (A összehasonlító példa) a szabályozás gyenge. B összehasonlító példa Úgy csomagoltuk a tasakokat, mint az 1. példában, kivéve hogy a kalcium-hipoklorit kiindulónedvessége,9% körüli volt. E tasakokat meleg, nyirkos kamrában tároltuk (8% relatív páratartalom és C) több héten keresztül. Néhány hetente kivontunk mintákat. A tasakok tartalmát feloldottuk l vízben egy percig tartó keveréssel. Megmértük a hozzáférhetõ klór mennyiségét l vízben. A 2. táblázat összefoglalja két ilyen mérés átlagát. 1. példa Hasonló tárolási tanulmányokat folytattunk az 1. példa szerint elõkészített mintákkal. A hozzáférhetõ klór adatait a két mérés átlagában a 2. táblázat foglalja össze. A hat ppm-nél magasabb hozzáférhetõ klórtartalmat elfogadhatónak tekintettük a tisztítandó vízben ilyen három hónapon keresztül tartó, meleg és nyirkos körülmények között. 1. példa: kezdeti nedvesség=2,94% hét hozzáférhetõ klór (ppm) 2. táblázat B összehasonlító példa: kezdeti nedvesség=,87% hét hozzáférhetõ klór (ppm) 0,2 0,0 12 8,2 3,9 A 2. táblázat adatai jelzik, hogy az olyan kalcium-hipoklorit, melynek tulajdonságai a találmányon kívül esnek (B összehasonlító példa) kevesebb mint hét tárolás után instabil, míg a találmány szerinti minta (1. példa) eleget tesz a kívánt stabilitási kritériumoknak. C és D összehasonlító példa: kalcium-hipoklorit a találmányon kívül esõ hozzáférhetõ klórral és szemcsemérettel. C összehasonlító példa: kalcium-hipoklorit-mintát, melynek vegyi képlete Ca(OCl)Cl, hozzáférhetõ klórtartalma %, nedvességtartalma 1%, és kereskedelmileg stabil fehérítõ porként kapható, alkalmaztunk 6
0,1 g¹os tasakok megtöltéséhez formáló, töltõ, lezáró csomagológéppel. A kalcium-hipoklorit szemcsemérete olyan volt, hogy a szemcsék 90%¹a mikronnál kisebb méretû volt. A csomagolás alatti megfigyeléseket a 3. táblázat tartalmazza. D összehasonlító példa: egy a C összehasonlító példa szerinti mintát olyan méretre granuláltunk, hogy a részecskék 90%¹a az 00 0 mikron közötti tartományban volt. Az ezzel a mintával csomagolt tasakok alkalmazásával kapcsolatos megfigyeléseket l vízben történõ oldódáskor, a 3. táblázat tartalmazza. Összehasonlító példa C D 3. táblázat Megfigyelés Nehéz volt a töltési mûvelet. A kalcium-hipoklorit-szemcsék odaragadtak a gép részeihez, a szemcsék áramlása gyenge volt, és nem lehetett elérni a kívánt töltési egyenletességet. Nem oldódik fel teljesen a vízben, még öt percen keresztül történõ keverés után sem. A 3. táblázat adatai azt mutatják, hogy nagyon nehéz kis mennyiségû kalcium-hipokloritot tasakba csomagolni, ha olyan tulajdonságokkal rendelkezik, melyek a hozzáférhetõ klór % és szemcseméret tekintetében szelektív tartományon kívül esnek. 2 7. példák: a találmány szerinti rendszer mikrobiológiai hatékonysága Tasakokat készítettünk az 1. minta szerint. Elõállítottunk kísérleti vizet különbözõ szintû baktériummal, gyermekbénulási vírussal és cisztákkal, és megtisztítottuk a tasakok tartalmának alkalmazásával. Megmértük a különbözõ mikroorganizmusok log-eltávolításmennyiségét. A mikroorganizmusszurrogátum méréséhez a Thomas Clasen, Suresh Nadakatti és Shashikala Menon által a Tropical Medicine and International Health 11. kötet, 9. szám, 0399 1. oldalán 06. szeptemberében, Microbiological performance of a water treatment unit designed for household use in developing countries címû publikációban részletesen leírt eljárást alkalmaztuk. Az adatokat a 4. táblázat foglalja össze. 4. táblázat Baktérium (E. Coli) Logcsökkenés Gyermekbénulás-vírus (Sabin 1¹es típusú) Mikrobák Példa Bemenõkonc. Kijövõkonc. 2 2 8 /0 ml < 8, 3 2 6 /0 ml < 6, 4 7 6 /0 ml < 6,80 4.2 pfu/0 L < 4,2 6 4. pfu/0 L < 4, 1 2 3 4 0 Ciszta (besugárzott) Mikrobák Példa Bemenõkonc. Kijövõkonc. Logcsökkenés 7 4 /L 0/L 3,00 A 4. táblázat adatai azt mutatják, hogy a találmány szerinti rendszer alkalmazásával igen nagy mikrobiológiai tisztaságú, baktériumoknál log-6-csökkenésnek, vírusnál log-4-csökkenésnek és cisztáknál log-3-csökkenésnek megfelelõ víz érhetõ el. 8. és 9. példa: a kalcium-oxid-bevitel hatása 8. példa Az 1. példához hasonló mintát készítettünk, kivéve, hogy a csomagoláskori nedvesség mennyisége 2,32% volt. 9. példa Az 1. példához hasonló mintát készítettünk, kivéve, hogy kalcium-oxidot is tettünk a tasakokba, a kalciumhipoklorithoz képest tömeg%-ban. A 8. és 9. példában a megcélzott tömeg 0,17 g volt. A tasakok laminátumból készültek, melynek belsején 70 mikron polietilén volt, ezt takarta 12 mikron polietilén-tereftalát (PET), ezt takarta 9 mikron alumínium, ezt takarta 12 mikron PET. A tasakokat több héten keresztül tároltuk magas páratartalom mellett ( C és 8% páratartalom). A mintákat néhány hetente eltávolítottuk, és a tasak tartalmát feloldottuk l vízben. Megmértük a hozzáférhetõ klór mennyiségét a l vízben. Az adatokat az. táblázat foglalja össze. Hét. táblázat 8. példa 9. példa hozzáférhetõ klór (ppm) hét hozzáférhetõ klór (ppm) 0.,0 0,6 12. 8,0 12,4. 0,8 9,4 Az. táblázat azt mutatja, hogy a találmány szerinti minta (8. példa) megfelel annak a kívánt tárolásstabilitási kritériumnak, hogy a hozzáférhetõ klór több, mint 6 ppm, magas páratartalom mellett tárolva, 12 héten keresztül. Kalcium-oxid-hozzáadás több, mint héttel növeli a tárolási stabilitást, magas páratartalom mellett. 19. példák Két résszel rendelkezõ tasakokat gyártottunk egy formáló, töltõ, lezáró csomagológépben. Az elsõ részt 0,1 g kalcium-hipoklorit-granulátummal töltöttük meg a találmány szerint, és a második részt 1,8 g flokkulálókészítménnyel töltöttük meg az alábbi 6. táblázat szerint. 7
Elsõ rész 6. táblázat Tömeg, g Kalcium-hipoklorit* 0,1 Második rész tömeg, g Poli-alumínium-klorid 0, Poliakrilamid 0,08 Bentonit agyag 1,2 Vízmentes nátrium-tioszulfát 0, Kalcium-oxid 0,03 * A találmány szerinti kalcium-hipoklorit-granulátumot alkalmaztuk. Körülbelül 00 ilyen tasakot készítettünk a csomagológép bármilyen leállása nélkül. Körülbelül véletlenszerûen kiválasztott mintát alkalmaztunk a víz tisztítására, melynek zavarossága körülbelül 80 90 NTU volt. A víz tisztításához alkalmazott eljárást az alábbiakban ismertetjük. Víztisztítási eljárás Tesztvizet készítettünk a jelzett mértékû zavarossággal. Az elsõ rész tartalmát hozzáadtuk l tesztvízhez, és egy percig kevertük, és hagytuk állni öt percig. Ezután hozzáadtuk a második rész tartalmát, és egy percig kevertük, és hagytuk állni öt percig. A vizet ezután átszûrtük egy durva tiszta rongyon. Meghatároztuk a víz klórtartalmát a második rész tartalmának hozzáadása elõtt és szûrés után. Meghatároztuk a víz zavarosságát is az elsõ rész tartalmának hozzáadása elõtt és szûrés után. 1 NTU-nál kisebb zavarossági érték általában elfogadhatónak tekinthetõ. Az adatokat a 7. táblázatban foglaltuk össze. Pl. Az elsõ rész tartalmának hozzáadása után 7. táblázat % nedvesség hozzáférhetõ klór a kezelt vízben A második rész tartalmának hozzáadása után zavarosság, NTU** tesztvíz kezelt víz A klórmaradvány semlegesítödött¹e?. 2,04 8,1 81 0,69 igen 11. 1,92 8,72 81 0,0 igen 12. 1,71 8,33 81 0,8 igen 13. 1,2 8,4 81 0,8 igen 14. 1,76 8,36 81 0,94 igen 1. 3,01 8,93 81 0,82 igen 16. 1,7 8, 81 0,76 igen 17. 1,3 8,21 87 0,80 igen 18. 2,03 8,7 87 0,93 igen 19. 2,28 8,82 87 0,99 igen 1 2 3 4 0 A 7. táblázat adatai azt mutatják, hogy igen tiszta vizet lehet elõállítani, igen következetes módon nagy sebességû csomagológéppel, kétrészes tasakot alkalmazva, ahol az egyik részbe kalcium-hipoklorit kerül igen kis mennyiségben, és a második részbe flokkulálószer. E és F összehasonlító példa: a csomagolóanyag típusának hatása E összehasonlító példa Az 1. példa szerint alkalmazott kalcium-hipokloritgranulátumot tasakba csomagoltuk, mely belül alacsony sûrûségû polietilénbõl (LDPE) és az azt takaró nagy sûrûségû polietilén- (HDPE) rétegbõl álló laminátumból készült. F összehasonlító példa Az 1. példa szerint alkalmazott kalcium-hipokloritgranulátumot tasakba csomagoltuk, mely belül polipropilén (PP) és az azt takaró nagy sûrûségû polietilén- (HDPE) rétegbõl álló laminátumból készült. Az E és F összehasonlító példa tasakjait és az 1. példa tasakjait egy kamrában tároltuk, melyben C¹ot és 8% páratartalmat tartottunk fenn. Ellenõriztük a mintákat, hogy megfelelnek¹e a legalább 6 ppm hozzáférhetõ klórkritériumnak, amikor a granulátumokat feloldottuk l vízben, 12 hét tárolás után. Az eredményeket a 8. táblázat foglalja össze. Példák 8. táblázat Stabilitás 1. példa igen E összeh. példa F összeh. példa nem nem A találmány tárgyát képezi tehát egy víztisztítási rendszer, mely lehetõvé teszi a kalcium-hipoklorit 0,0 0, közötti kis mennyiségben tasakba történõ csomagolását, mely stabil, hogy megfelelõ mennyiségû hozzáférhetõ klórt biztosítson, amíg a fogyasztó felhasználja ivóvíz tisztítására. A találmány biztosítja a tömegmérés nagyfokú megbízhatóságát ilyen kis mennyiségekben. A találmány flokkulációs fertõtlenítõ rendszere képes eleget tenni a WHO szigorú, szennyezett vízbõl történõ, log¹6 baktériumeltávolítási, log¹4 víruseltávolítási és log¹3 cisztaeltávolítási kritériumainak. SZABADALMI IGÉNYPONTOK 1. Víztisztítási rendszer, amely 68% hozzáférhetõ klórtartalmú és legfeljebb 3%¹os nedvességû, 0,0 0, g közötti kalcium-hipoklorit-granulátumot tartalmazó tasakot tartalmaz, mely említett granulátum legalább 80%-ának a szemcsemérete 0 80 mikron közötti; ahol az említett tasak két részt tartalmaz, egy elsõ rész tartalmazza az említett granulátumot, és egy 8
második rész flokkulálószert tartalmaz; és ahol az említett flokkulálószer tartalmaz semlegesítõszert. 2. Az 1. igénypont szerinti víztisztítási rendszer, ahol az említett tasak polimer és fém laminátumból készül. 3. Bármely elõzõ igénypont szerinti víztisztítási rendszer, ahol a hozzáférhetõ klór az említett granulátumban kevesebb mint %-kal csökken, ha az említett tasakot három hónapig tárolják C¹on, 8% relatív páratartalom mellett. 4. Bármely elõzõ igénypont szerinti víztisztítási rendszer, ahol az említett elsõ rész külsõ felületének területe kisebb, mint az említett második rész külsõ felületének területe.. Bármely elõzõ igénypont szerinti víztisztítási rendszer, ahol az említett flokkulálókészítmény tartalmaz: (i) koagulálószert, mely három vegyértékû szervetlen fém vízben oldódó sója; (ii) flokkulálószert, mely nagy molekulatömegû, vízben oldódó polimer; és (iii) adszorbens agyagot. 6. Bármely elõzõ igénypont szerinti víztisztítási rendszer, ahol a flokkulálókészítmény tartalmaz pufferelõszert. 7. A 6. igénypont szerinti víztisztítási rendszer, ahol az említett pufferelõszer nátrium-karbonát, kalciumoxid vagy nátrium-bikarbonát. 8. Víztisztítási eljárás, amely az elõzõ 1 7. igénypontok bármelyike szerinti víztisztító rendszert tartalmazza, amely eljárás tartalmazza a következõ lépéseket: (i) az említett elsõ rész tartalmának szennyezett vízzel történõ összekeverése, melyet követ; (ii) az említett második rész tartalmának bekeverése, hogy flokkulumok képzõdjenek; és (iii) az említett flokkulumok szétválasztása az említett szennyezett víztõl, hogy tisztított vizet kapjunk. 1 2 3 9. A 8. igénypont szerint eljárás, ahol az (i) lépés 0, perces idõszakon keresztül tart, és ahol a keveréket 2 percet állni hagyjuk a (ii) lépés megkezdése elõtt.. A 8. vagy 9. igénypont szerint eljárás, ahol a (ii) lépés 0, perces idõszakon keresztül tart, és ahol a keveréket 2 percet állni hagyjuk a (iii) lépés megkezdése elõtt. 11. A 8. igénypontok bármelyike szerinti víztisztítási eljárás, ahol 0 l víz kerül megtisztításra. 12. Az 1 7. igénypontok bármelyike szerinti víztisztító készítmény alkalmazása baktériumok 6¹logos eltávolításának, vírusok 4¹logos eltávolításának és a ciszták 3¹logos eltávolításának eléréséhez. 13. Eljárás az 1 7. igénypontok bármelyike szerinti tasak kialakítására és töltésére, amely eljárás tartalmazza a következõ lépéseket: (i) tasak kialakítása két egymásra helyezett laminátum egymással átfedõ oldalsó és alsó részének lezárásával; (ii) a tasak hosszmetszetben történõ lezárása, két rész kialakításához; (iii) a tasak említett elsõ részének megtöltése az említett kalcium-hipoklorit-granulátummal egy elõre meghatározott térfogatú csészébõl, és a tasak második részének megtöltése flokkulálókészítménnyel; és (iv) az egymással átfedõ felsõ szélek lezárása. 14. 68% hozzáférhetõ klórtartalmú, legfeljebb 3% nedvességtartalmú kalcium-hipoklorit-granulátum, ahol az említett granulátum legalább 80%-ának a szemcsemérete 0 80 mikron közötti, alkalmazása 0,0 0, g közötti mennyiségének tasakba csomagolására; ahol az említett tasak tartalmaz két részt, egy elsõ rész tartalmazza az említett granulátumot, egy második rész pedig flokkulálókészítményt tartalmaz; és ahol az említett flokkulálókészítmény tartalmaz semlegesítõszert. 9
Kiadja a Magyar Szabadalmi Hivatal, Budapest Felelõs vezetõ: Szabó Richárd osztályvezetõ Windor Bt., Budapest