DE102011014329B3

DE102011014329B3 - Verfahren und Anlage zum Entkeimen einer Flüssigkeit

Info

Publication number: DE102011014329B3
Application number: DE102011014329A
Authority: DE
Inventors: Dr. Swoboda Werner
Original assignee: Eisenmann SE
Current assignee: Eisenmann De GmbH
Priority date: 2011-03-18
Filing date: 2011-03-18
Publication date: 2012-07-05
Anticipated expiration: 2031-03-19

Abstract

Bei einem Verfahren zum Entkeimen einer mit Keimen belasteten Flüssigkeit wird zu entkeimende Flüssigkeit (26) zwischen Elektroden (30, 32) einer Elektroporationseinrichtung (12) einer Elektroporationsbehandlung unterworfen. Die Elektroden (30, 32) der Elektroporationseinrichtung (12) werden mittels eines Hochspannungsimpulsgenerators (14) mit Hochspannungsimpulsen beaufschlagt, bei welchem in einer Überschlagkammer (46) über eine Funkenstrecke (48) Lichtbogenüberschläge erzeugt werden. Die Überschlagkammer (46) des Hochspannungsimpulsgenerators (14) wird von einem sauerstoffhaltigen Kühlgas (52) durchströmt, in welchem bei jedem Lichtbogenüberschlag Ozon entsteht und welches als ozonhaltiges Abgas (60) aus der Überschlagkammer (46) ausströmt. ozonhaltiges Abgas (60) wird in elektroporierte Flüssigkeit (34) eingeblasen, welche nach der Elektroporationsbehandlung von der Elektroporationseinrichtung (12) kommt. Außerdem ist eine Anlage zum Entkeimen einer Flüssigkeit angegeben.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Entkeimen einer mit Keimen belasteten Flüssigkeit, bei welchem

a) zu entkeimende Flüssigkeit zwischen Elektroden einer Elektroporationseinrichtung einer Elektroporationsbehandlung unterworfen wird;
b) die Elektroden der Elektroporationseinrichtung mittels eines Hochspannungsimpulsgenerators mit Hochspannungsimpulsen beaufschlagt werden, bei welchem in einer Überschlagkammer über eine Funkenstrecke Lichtbogenüberschläge erzeugt werden;
c) die Überschlagkammer des Hochspannungsimpulsgenerators von einem sauerstoffhaltigen Kühlgas durchströmt wird, in welchem bei jedem Lichtbogenüberschlag Ozon entsteht und welches als ozonhaltiges Abgas aus der Überschlagkammer ausströmt.

Außerdem betrifft die Erfindung eine Anlage zum Entkeimen einer mit Keimen belasteten Flüssigkeit, welche umfasst:

a) eine Elektroporationseinrichtung mit Elektroden, zwischen denen zu entkeimende Flüssigkeit einer Elektroporationsbehandlung unterwerfbar ist;
b) einen Hochspannungsimpulsgenerator, mittels welchem die Elektroden der Elektroporationseinrichtung mit Hochspannungsimpulsen beaufschlagbar sind und bei welchem in einer Überschlagkammer über eine Funkenstrecke Lichtbogenüberschläge erzeugbar sind;
c) Mitteln, durch welche die Überschlagkammer des Hochspannungsimpulsgenerators derart von einem sauerstoffhaltigen Kühlgas durchströmbar ist, dass bei jedem Lichtbogenüberschlag Ozon entsteht und ozonhaltiges Abgas aus der Überschlagkammer ausströmt.

Derartige Verfahren und Anlagen werden z. B. dazu verwendet, um verkeimtes Abwasser zu entkeimen, wie es beispielsweise in Lackieranlagen entsteht.
Bei einer Elektroporationsbehandlung werden Zellen kurzzeitig starken elektrischen Feldern ausgesetzt. Feinste Poren, die in der Zellmembran bereits vorhanden sind, werden unter dem Einfluss des elektrischen Feldes derart aufgeweitet, dass sie sich auch nach Abklingen des elektrischen Feldes nicht wieder schließen. Voraussetzung hierfür ist lediglich, dass das elektrische Feld eine ausreichende Feldstärke hat und über eine gewisse Mindestdauer hinweg besteht.
Auf diese Weise wird die Zellmembran der im Abwasser vorhandenen Keime irreversibel geöffnet, weshalb das Zytoplasma aus den Zellen austritt, was wiederum zu deren Absterben führt.
Allerdings werden in einer Elektroporationskammer, in der die zu entkeimende Flüssigkeit im Durchfluss einer Elektroporationsbehandlung unterworfen wird, nicht immer alle Keime abgetötet, die sich in der Flüssigkeit befinden.
Zudem gibt es bei Verfahren und Anlagen der eingangs genanten Art eine weitere Schwachstelle dahingehend, dass bei bekannten Hochspannungsimpulsgeneratoren der oben erläuterten Bauweise die entstehende Verlustwärme der Funkenstrecke mittels des erwähnten Kühlgases abgeführt wird. Hierzu wird in der Regel Luft verwendet, welche Sauerstoff enthält. Die Kühlluft durchläuft nach Verlassen der Überschlagkammer als erwärmte Abluft einen Wärmetauscher und wird, nachdem sie ausreichend abgekühlt ist, der Funkenstrecke in einem Kreislauf wieder als Kühlluft zugeführt.
In der Kühlluft entsteht bei jedem Lichtbogenüberschlag in bekannter Art und Weise Ozon, welches alle Komponenten angreift, die mit dem ozonhaltigen Abgas in Kontakt kommen. Die Anlage ist hierdurch insgesamt recht stark belastet.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, ein Verfahren und eine Anlage der eingangs genannten Art bereitzustellen, welche den oben erläuterten Gedanken Rechnung tragen.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass

d) ozonhaltiges Abgas in elektroporierte Flüssigkeit eingeblasen wird, welche nach der Elektroporationsbehandlung von der Elektroporationseinrichtung kommt.

Die elektroporierte Flüssigkeit ist diejenige Flüssigkeit, die in der Elektroporationskammer bereits der Elektroporationsbehandlung unterworfen wurde und somit zumindest teilweise entkeimt ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren beruht auf der Erkenntnis, dass die keimabtötende Wirkung des in der Abluft befindlichen Ozons effektiv genutzt werden kann, um Keime abzutöten, die auch nach der Elektroporationsbehandlung noch in der Flüssigkeit vorhanden sein können. Zugleich wird das ozonhaltige Abgas aus der Anlage entfernt, so dass die durch das anwesende Ozon belasteten Komponenten auf diejenigen Komponenten beschränkt bleiben, die zwischen der Überschlagkammer des Hochspannungsimpulsgenerators und der Einblasstelle der ozonhaltigen Abluft in die elektroporierte Flüssigkeit mit der ozonhaltigen Abluft in Kontakt kommen.
Besonders effektiv ist es, wenn ozonhaltiges Abgas fein verteilt in elektroporierte Flüssigkeit eingeblasen wird.
Als einfache Alternative kann als Kühlgas Luft verwendet werden.
Wenn als Kühlgas Sauerstoff verwendet wird, entsteht bei jedem Lichtbogenüberschlag jedoch gegenüber Luft eine größere Menge Ozon, wodurch die keimtötende Wirkung der in die Flüssigkeit eingeblasenen ozonhaltigen Abluft verstärkt wird.
Wenn ozonhaltiges Abgas vor dem Einblasen in elektroporierte Flüssigkeit durch eine Koronaeinheit geführt wird, in welcher das ozonhaltige Abgas Koronaentladungen ausgesetzt wird, kann durch die Koronaentladungen weiteres Ozon aus noch unverbrauchtem Sauerstoff in dem ozonhaltigen Abgas erzeugt werden.
Es ist energetisch und anlagentechnisch günstig, wenn für die Koronaeinheit und für den Hochspannungsimpulsgenerator ein und dieselbe Hochspannungsquelle verwendet wird.
Vorteilhaft wird als Hochspannungsimpulsgenerator ein einstufiger oder ein mehrstufiger Marx-Generator verwendet. Auf diese Weise kann auf etablierte Techniken zur Erzeugung von Hochspannungsimpulsen zurückgegriffen werden.
Die oben erörterte Aufgabe wird bei einer Anlage der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass

d) eine Einrichtung vorhanden ist, durch welche ozonhaltiges Abgas in elektroporierte Flüssigkeit einblasbar ist, welche nach der Elektroporationsbehandlung von der Elektroporationseinrichtung kommt.

Die Vorteile hiervon und von den nachfolgenden strukturellen Merkmalen entsprechen den oben zu den jeweiligen Verfahrensmerkmalen erläuterten Vorteilen sinngemäß entsprechend.
Somit ist es günstig, wenn Verteilmittel vorhanden sind, durch welche ozonhaltiges Abgas fein verteilt in elektroporierte Flüssigkeit einblasbar ist. Dabei umfassen die Verteilmittel vorzugsweise eine Glasfritte.
Das Kühlgas kann entsprechend vorteilhaft Luft oder Sauerstoff sein.
Der Anteil von Ozon in der ozonhaltigen Abluft kann durch eine Koronaeinheit erhöht werden, durch welche ozonhaltiges Abgas vor dem Einblasen in elektroporierte Flüssigkeit geführt und in welcher das ozonhaltige Abgas Koronaentladungen ausgesetzt werden kann.
Die Koronaeinheit und der Hochspannungsimpulsgenerator werden auch bevorzugt mittels ein und derselben Hochspannungsquelle mit Hochspannung versorgt und es ist außerdem günstig, wenn der Hochspannungsimpulsgenerator ein einstufiger oder ein mehrstufiger Marx-Generator ist.
Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der einzigen Figur näher erläutert.
Dort ist schematisch eine Anlage 10 zum Entkeimen einer Flüssigkeit veranschaulicht, welche eine Elektroporationseinrichtung 12 und einen Hochspannungsimpulsgenerator 14 umfasst.
Die Elektroporationseinrichtung 12 umfasst ein Gehäuse 16, in dem sich eine Elektroporationskammer 18 zwischen einem Kammereingang 20 und einem Kammerausgang 22 erstreckt. Der Kammereingang 20 ist mit einer Abwasserzuleitung 24 verbunden, über welche der Elektroporationskammer 18 eine zu entkeimende Flüssigkeit, beispielsweise in einer Lackieranlage anfallendes Abwasser 26, mittels einer Förderpumpe 28 zugeführt wird. Das Abwasser 26 ist in der Figur durch Wellenlinien angedeutet.
Das zu entkeimende Abwasser 26 durchströmt die Elektroporationskammer 18 und strömt dabei zwischen einer ersten Elektroporationselektrode 30 und einer zweiten Elektroporationselektrode 32 hindurch, die unter Einhaltung eines Abstandes voneinander in der Elektroporationskammer 18 angeordnet sind.
Zwischen den Elektroporationselektroden 30 und 32 wird wiederholt ein kurzzeitiges starkes elektrisches Feld erzeugt, wodurch Zellmembranen in der eingangs erläuterten Weise irreversibel geöffnet werden und zumindest ein Anteil der im Abwasser 26 vorhandenen Keime abstirbt. Die Elektroporationselektroden 30 und 32 werden hierzu beispielsweise mit Hochspannungsimpulsen von 100 kV mit einer Impulsbreite von etwa 2 μs bei einer Impulsfolgefrequenz von etwa 10 Hz beaufschlagt.
Das nun elektroporierte und so entkeimte Abwasser ist mit 34 bezeichnet und strömt über den Kammerausgang 22 aus der Elektroporationskammer 18 heraus in eine Abflussleitung 36. Das Abwasser 34 ist in dem Sinne entkeimt, dass die Keimkonzentration nach der Elektroporationsbehandlung zumindest geringer ist als bei dem zu entkeimenden Abwasser 26 vor der Elektroporationsbehandlung.
Um zwischen den Elektroporationselektroden 30 und 32 die für die Elektroporationsbehandlung notwendigen elektrischen Felder aufzubauen, sind die Elektroporationselektroden 30 und 32 mit jeweils einem ersten Pol 38 bzw. einem zweiten Pol 40 des Hochspannungsimpulsgenerators 14 verbunden. Dieser ist beim vorliegenden Ausführungsbeispiel als Marx-Generator ausgebildet. In der Figur ist beispielhaft ein einstufiger Marx-Generator 42 veranschaulicht, der in an und für sich bekannter Weise und Schaltungsanordnung mit R bezeichnete Widerstände und mit C bezeichnete Kondensatoren umfasst und mittels einer Hochspannungsquelle 44 mit Hochspannung versorgt wird.
Der einstufige Marx-Generator 42 umfasst als Schalter eine Überschlagkammer 46, in welcher es über eine Funkenstrecke 48 zu einem Lichtbogenüberschlag kommt, wenn die am mit 50 bezeichneten Stoßkondensator anliegende Spannung ihren Endwert erreicht.
Gegebenenfalls kann die Funkenstrecke 48 auch so eingestellt sein, dass es gerade noch nicht zu einem Überschlag kommt, wenn der Stoßkondensator 50 seinen Spannungsendwert erreicht. In diesem Fall ist in an und für sich bekannter Weise eine Zündeinrichtung vorhanden, mittels welcher der Überschlag gezielt hervorgerufen werden kann.
Bei jedem Überschlag über die Funkenstrecke 48 durch den Lichtbogen wird Wärme erzeugt, die abgeführt werden muss, um die Betriebstemperatur des Marx-Generators 42 aufrecht zu erhalten. Hierfür wird die Überschlagkammer 50 von einem sauerstoffhaltigen Kühlgas in Form von Kühlluft 52 durchströmt, die andernorts bereitgestellt wird und in der Figur durch Kreise angedeutet ist. Die Kühlluft 52 wird über eine Luftzuleitung 54 mittels eines Gebläses 56 zur Überschlagkammer 50 geführt.
Bei jedem Lichtbogenüberschlag entsteht in der Überschlagkammer 50 auf Grund des Sauerstoffs in der Kühlluft in an und für sich bekannter Weise Ozon, welches von der Kühlluft 52 aufgenommen und mitgeführt wird, die dann als ozonhaltiges Abgas in Form von Abluft 60 über eine Abführleitung 58 aus der Überschlagkammer 50 ausströmt.
Die Abflussleitung 36 für das elektroporierte Abwasser 34 und die Abführleitung 58 für die ozonhaltige Abluft 60 münden in eine Mischeinheit 62. In dieser wird die ozonhaltige Abluft 60, welche die Überschlagkammer 50 durchströmt hat, in das entkeimte Abwasser 60 eingeblasen, welches nach der Elektroporationsbehandlung von der Elektroporationseinrichtung 12 kommt. Um eine möglichst feine Verteilung der eingeblasenen Abluft 60 in dem elektroporierten Abwasser 34 zu erreichen, umfasst die Mischeinheit 62 einen Gasverteiler in Form einer Glasfritte 64. In der Praxis haben sich Glasfritten nach ISO P 40, ISO P 16 oder ISO P 1,6 als gut geeignet erwiesen, um eine gewünschte feine Verteilung der Abluft 60 in dem elektroporierten Abwasser 34 zu erreichen.
Durch das über die ozonhaltige Abluft 60 in das elektroporierte Abwasser 34 eingebrachte Ozon wird eine weitere Entkeimung bewirkt, wodurch gegebenenfalls bei der Elektroporationsbehandlung noch nicht zerstörte Keime abgetötet werden.
Somit bildet die Elektroporation eine erste Entkeimstufe und die Ozonierung eine zweite Entkeimstufe. Das auf dieses Weise in zwei Stufen entkeimte Abwasser ist mit 66 bezeichnet und wird von der Mischeinheit 62 über eine Leitung 68 weggeführt.
Um den Ozonanteil in der Abluft 60 zu erhöhen, durchströmt diese auf ihrem Weg zur Mischeinheit 62 beim vorliegenden Ausführungsbeispiel außerdem eine Koronaeinheit 70, wo sie zwischen einer Sprühelektrode 72 und einer Gegenelektrode 74 hindurchströmt, die mit den nicht eigens mit Bezugszeichen versehenen Polen der Hochspannungsquelle 44 verbunden sind. Zwischen den Elektroden 72 und 74 kommt es in an und für sich bekannter Weise zu Koronaentladungen, die wiederum zur Bildung von Ozon in der Abluft 60 führen.
Somit werden die Koronaeinheit 70 und der Marx-Generator 42 mittels ein und derselben Hochspannungsquelle 44 mit Hochspannung versorgt.
Wenn anstelle der Kühlluft 52 Sauerstoff zur Kühlung verwendet wird, wird die Menge des pro Überschlag an der Funkenstrecke 48 oder in der Koronaeinheit 70 erzeugten Ozons erhöht. Dementsprechend wird hierdurch auch die Effektivität der Entkeimung durch das Ozon erhöht.
Statt des einstufigen Marx-Generators 42, welcher in der Figur veranschaulicht ist, kann auch ein mehrstufiger Marx-Generator zur Erzeugung der Stoßimpulse verwendet werden, wie er an und für sich bekannt ist.

Claims

Verfahren zum Entkeimen einer mit Keimen belasteten Flüssigkeit, bei welchem a) zu entkeimende Flüssigkeit (26) zwischen Elektroden (30, 32) einer Elektroporationseinrichtung (12) einer Elektroporationsbehandlung unterworfen wird; b) die Elektroden (30, 32) der Elektroporationseinrichtung (12) mittels eines Hochspannungsimpulsgenerators (14) mit Hochspannungsimpulsen beaufschlagt werden, bei welchem in einer Überschlagkammer (46) über eine Funkenstrecke (48) Lichtbogenüberschläge erzeugt werden; c) die Überschlagkammer (46) des Hochspannungsimpulsgenerators (14) von einem sauerstoffhaltigen Kühlgas (52) durchströmt wird, in welchem bei jedem Lichtbogenüberschlag Ozon entsteht und welches als ozonhaltiges Abgas (60) aus der Überschlagkammer (46) ausströmt, dadurch gekennzeichnet, dass d) ozonhaltiges Abgas (60) in elektroporierte Flüssigkeit (34) eingeblasen wird, welche nach der Elektroporationsbehandlung von der Elektroporationseinrichtung (12) kommt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ozonhaltiges Abgas (60) fein verteilt in elektroporierte Flüssigkeit (34) eingeblasen wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Kühlgas (52) Luft verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Kühlgas (52) Sauerstoff verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ozonhaltiges Abgas (60) vor dem Einblasen in elektroporierte Flüssigkeit (34) durch eine Koronaeinheit (70) geführt wird, in welcher das ozonhaltige Abgas (60) Koronaentladungen ausgesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass für die Koronaeinheit (70) und für den Hochspannungsimpulsgenerator (14) ein und dieselbe Hochspannungsquelle (44) verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass als Hochspannungsimpulsgenerator (12) ein einstufiger (42) oder ein mehrstufiger Marx-Generator verwendet wird.
Anlage zum Entkeimen einer mit Keimen belasteten Flüssigkeit, welche umfasst: a) eine Elektroporationseinrichtung (12) mit Elektroden (30, 32), zwischen denen zu entkeimende Flüssigkeit (26) einer Elektroporationsbehandlung unterwerfbar ist; b) einen Hochspannungsimpulsgenerator (14), mittels welchem die Elektroden (30, 32) der Elektroporationseinrichtung (12) mit Hochspannungsimpulsen beaufschlagbar sind und bei welchem in einer Überschlagkammer (46) über eine Funkenstrecke (48) Lichtbogenüberschläge erzeugbar sind; c) Mitteln (54, 56), durch welche die Überschlagkammer (46) des Hochspannungsimpulsgenerators (14) derart von einem sauerstoffhaltigen Kühlgas (52) durchströmbar ist, dass bei jedem Lichtbogenüberschlag Ozon entsteht und ozonhaltiges Abgas (60) aus der Überschlagkammer (46) ausströmt, dadurch gekennzeichnet, dass d) eine Einrichtung (62) vorhanden ist, durch welche ozonhaltiges Abgas (60) in elektroporierte Flüssigkeit (34) einblasbar ist, welche nach der Elektroporationsbehandlung von der Elektroporationseinrichtung (12) kommt.
Anlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass Verteilmittel (64) vorhanden sind, durch welche ozonhaltiges Abgas (60) fein verteilt in elektroporierte Flüssigkeit (34) einblasbar ist.
Anlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Verteilmittel (64) eine Glasfritte umfassen.
Anlage nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlgas (52) Luft ist.
Anlage nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlgas (52) Sauerstoff ist.
Anlage nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine Koronaeinheit (70) vorhanden ist, durch welche ozonhaltiges Abgas (60) vor dem Einblasen in elektroporierte Flüssigkeit (34) geführt und in welcher das ozonhaltige Abgas (60) Koronaentladungen ausgesetzt werden kann.
Anlage nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Koronaeinheit (70) und der Hochspannungsimpulsgenerator (14) mittels ein und derselben Hochspannungsquelle (44) mit Hochspannung versorgt werden.
Anlage nach einem der Ansprüche 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Hochspannungsimpulsgenerator (14) ein einstufiger (42) oder ein mehrstufiger Marx-Generator ist.