DE102016014633A1

DE102016014633A1 - Verfahren zur Bestimmung einer Partikelkonzentration, Messvorrichtung sowie Reaktor mit Messvorrichtung

Info

Publication number: DE102016014633A1
Application number: DE102016014633.8A
Authority: DE
Inventors: Andreas Zeller
Original assignee: Lka - Werke & Co KG GmbH; Lka Werke & Co KG GmbH
Current assignee: Lka - Werke & Co KG GmbH; Lka Werke & Co KG GmbH
Priority date: 2016-12-09
Filing date: 2016-12-09
Publication date: 2018-06-14

Abstract

Zur Vereinfachung einer Bestimmung einer Partikelkonzentration in einer Flüssigkeit (3) werden das erfindungsgemäße Verfahren, die erfindungsgemäße optische Messvorrichtung (4) und der erfindungsgemäße Reaktor (1) vorgeschlagen. Bei diesen ist vorgesehen, dass eine Ablagerung von Partikeln auf einer Lichteintrittsfläche (10) und/oder einer Lichtaustrittsfläche (12) der optischen Messvorrichtung (4) mittels einer Reinigungsvorrichtung (13) bei Bedarf oder in einer definierten Frequenz entfernt oder verhindert wird. Vorzugsweise wird zu diesem Zweck über zumindest eine Düse (14) der Reinigungsvorrichtung (13) ein Fluid, insbesondere in Form eines Fluidstrahls, in die Messstrecke (8), insbesondere auf die Lichteintrittsfläche (10) und/oder auf die Lichtaustrittsfläche (11) oder benachbart zu diesen, abgegeben (vgl.).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur optischen Messung einer Partikelkonzentration, insbesondere einer Algenkonzentration, in einer Flüssigkeit mittels einer optischen Messvorrichtung.
Ferner betrifft die Erfindung auch eine optische Messvorrichtung, die eingerichtet ist zur Bestimmung einer Partikelkonzentration, insbesondere einer Algenkonzentration, in einer Flüssigkeit, mit zumindest einem optischen Sensor und einer in die Flüssigkeit eintauchbaren Sonde, wobei die Sonde eine Messstrecke, entlang der die Partikelkonzentration gemessen wird, und an dieser wenigstens eine mit dem optischen Sensor verbundene, der Messstrecke zugewandten Lichteintrittsfläche und/oder wenigstens eine mit einer Lichtquelle verbundene, der Messstrecke zugewandte Lichtaustrittsfläche aufweist.
Außerdem betrifft die Erfindung auch noch einen Reaktor, insbesondere einen Bioreaktor, mit einem Reaktorbehälter zur Aufnahme einer Flüssigkeit und mit einer optischen Messvorrichtung.
Derartige Verfahren, Messvorrichtungen und auch Reaktoren sind aus dem Stand der Technik in unterschiedlichen Ausführungsformen vorbekannt.
In unterschiedlichsten Bereichen werden dabei Partikelkonzentrationen, die sich über die Zeit verändern können, in Flüssigkeiten bestimmt. Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren, eine Messvorrichtung und auch einen Reaktor der eingangs genannten Art bereit zu stellen, bei denen sich die Bestimmung einer Partikelkonzentration in einer Flüssigkeit einfacher durchführen lässt.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Verfahren mit den Mitteln und Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Zur Lösung der Aufgabe wird bei dem Verfahren der eingangs genannten Art insbesondere vorgeschlagen, dass eine Ablagerung von Partikeln, insbesondere von Algen, an wenigstens einer mit einem Sensor der Messvorrichtung verbundenen Lichteintrittsfläche und/oder an wenigstens einer mit einer Lichtquelle verbundenen Lichtaustrittsfläche der optischen Messvorrichtung mittels einer Reinigungsvorrichtung der Messvorrichtung zumindest vor einer Messung und/oder zwischen zwei Messungen verhindert und/oder entfernt wird.
Denkbar ist es auch, die Ablagerung von Partikeln mittels der Reinigungsvorrichtung während einer Messung zu verhindern und/oder zu entfernen.
Die Reinigungsvorrichtung der Messvorrichtung kann dabei an einer Sonde der Messvorrichtung angeordnet oder ausgebildet sein. Die Sonde kann in eine Flüssigkeit, in der die Partikelkonzentration bestimmt werden soll, eingetaucht werden. An der Sonde können die Lichteintrittsfläche und/oder die Lichtaustrittsfläche der Messvorrichtung angeordnet oder ausgebildet sein. Dies benachbart zu einer Messstrecke, entlang der die optische Bestimmung der Partikelkonzentration in der Flüssigkeit erfolgt.
Insbesondere bei der Bestimmung von Partikelkonzentrationen biologischen Materials, beispielsweise von Algenkonzentrationen, in einer Flüssigkeit hat es sich nämlich als nachteilig erwiesen, dass an einer Messvorrichtung vorhandene Lichteintrittsflächen und/oder Lichtaustrittsflächen, über die ein Lichtstrahl zur optische Bestimmung der Partikelkonzentration aufgenommen oder abgegeben werden kann, erfolgt, mit der Zeit durch Ablagerungen von Partikeln belegt werden. Insbesondere bei biologischem Material, wie beispielsweise Algen, kann sich ein regelrechter Biofilm auf einer Lichteintrittsfläche und einer Lichtaustrittsfläche der Messvorrichtung ausbilden. Diese Ablagerungen von Partikeln beeinträchtigen die optische Messung erheblich, können die Messergebnisse verfälschen oder eine Messung gänzlich unmöglich machen. Bisher war es daher notwendig, die bei Benutzung der Messvorrichtung in die Flüssigkeit eingetauchten Elemente der optischen Messvorrichtung aus der Flüssigkeit zu entnehmen und zu reinigen. Mithilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es nun möglich, die mit der Flüssigkeit in Kontakt tretenden Elemente der Messvorrichtung, insbesondere die Lichteintrittsfläche und/oder die Lichtaustrittsfläche einer optischen Sonde der Messvorrichtung, bei in Gebrauchsstellung befindlicher, in die Flüssigkeit eingetauchter Messvorrichtung zu reinigen oder eine Ablagerung von Partikeln auf diesen zu vermeiden. So ist eine Entnahme dieser Elemente nun nicht mehr notwendig ist. Vor allem bei empfindlichen biologischen Kulturen, wie beispielsweise den bereits zuvor erwähnten Algen, ist dies von erheblichem Vorteil, da diese Kulturen besonders empfindlich auf Störungen sind, die durch eine Entnahme der Messvorrichtung aus dem Reaktor, in dem die Kulturen angesetzt sind, entstehen können.
Besonders schonend lässt sich eine Ablagerung von Partikeln, insbesondere von Algen, an der wenigstens einen Lichteintrittsfläche und/oder an der wenigstens einen Lichtaustrittsfläche der optischen Messvorrichtung durch Abgabe wenigstens eines Fluides, insbesondere eines Fluidstrahls, aus wenigstens einer Düse der Reinigungsvorrichtung verhindern und/oder entfernen.
Dabei kann das Fluid in einen an die Lichteintrittsfläche angrenzenden Bereich einer Messstrecke, an der die Lichteintrittsfläche angeordnet ist, und/oder auch auf die wenigstens eine Lichteintrittsfläche abgegeben werden. Wenn auch eine Lichtaustrittsfläche vorhanden ist, kann das Fluid in einen an die Lichtaustrittsfläche angrenzenden Bereich einer Messstrecke, an der die Lichtaustrittsfläche angeordnet ist, und/oder auch auf die wenigstens eine Lichtaustrittsfläche abgegeben werden.
An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass unter Lichteintrittsfläche die Fläche zu verstehen ist, an der Licht oder ein Lichtstrahl zur optischen Messung der Partikelkonzentration aus einer Messstrecke der optischen Messvorrichtung in ein Lichtleitelement, insbesondere einen Lichtleiter, eintritt, um zur weiteren Analyse einem optischen Sensor der Messvorrichtung zugeführt zu werden. Dementsprechend ist eine Lichtaustrittsfläche eine solche Fläche, an der Licht oder ein Lichtstrahl in die Messstrecke eingebracht werden kann.
Als Fluid, insbesondere zur Erzeugung eines Fluidstrahls, kann ein Gas, insbesondere Luft, vorzugsweise gereinigte Luft, verwendet werden. Grundsätzlich ist es aber auch denkbar, eine Flüssigkeit, insbesondere die Flüssigkeit, in der die Partikelkonzentration bestimmt werden soll, als Fluid zu verwenden.
Die Bestimmung der Partikelkonzentration kann beispielsweise im Reflexionsverfahren, im Durchlichtverfahren oder Absorptionsverfahren und/oder mittels eines fotografischen Verfahrens, vorzugsweise unter Verwendung einer Kamera, erfolgen.
Die eingangs genannte Aufgabe wird auch durch eine optische Messvorrichtung mit den Mitteln und Merkmalen des auf die optische Messvorrichtung gerichteten unabhängigen Anspruchs gelöst. Insbesondere wird zur Lösung der Aufgabe bei der eingangs definierten optischen Messvorrichtung vorgeschlagen, dass die Sonde wenigstens eine Reinigungsvorrichtung aufweist, mit der eine Ablagerung von Partikeln an der zumindest einen Lichteintrittsfläche und/oder an der zumindest einen Lichtaustrittsfläche verhinderbar und/oder entfernbar ist.
Dabei kann die erfindungsgemäße optische Messvorrichtung zur Durchführung des zuvor beschriebenen Verfahrens eingerichtet sein.
Besonders schonend kann die zuvor beschriebene Ablagerung von Partikeln verhindert oder entfernt werden, wenn die Reinigungsvorrichtung zumindest eine Düse aufweist, die der wenigstens einen Lichteintrittsfläche und/oder der wenigstens einen Lichtaustrittsfläche der optischen Messvorrichtung zugeordnet ist.
Die Reinigungsvorrichtung kann über die zumindest eine Düse dann zur Abgabe eines Fluides, insbesondere in Form eines vorzugsweise fokussierten Fluidstrahls, und damit zur Verhinderung und/oder zum Entfernen einer Ablagerung von Partikeln auf der wenigstens einen Lichteintrittsfläche und/oder auf der wenigstens einen Lichtaustrittsfläche eingerichtet sein. Besonders vorteilhaft ist es, wenn jeder Lichteintrittsfläche und/oder jeder Lichtaustrittsfläche der optischen Messvorrichtung jeweils wenigstens eine Düse zugeordnet ist.
Ablagerungen lassen sich besonders einfach entfernen, wenn die zumindest eine Düse, die der wenigstens einen Lichteintrittsfläche zugeordnet ist, auf die Lichteintrittsfläche und/oder auf einen an die Lichteintrittsfläche angrenzenden Bereich der Messstrecke gerichtet ist. Auf diese Weise kann ein vorzugsweise fokussierter Fluidstrahl direkt auf die Lichteintrittsfläche der Messvorrichtung und/oder in den an die Lichteintrittsfläche angrenzenden Bereich abgegeben werden.
In analoger Weise kann es vorteilhaft sein, wenn die zumindest eine Düse, die der wenigstens einen Lichtaustrittsfläche zugeordnet ist, auf die Lichtaustrittsfläche und/oder auf einen an die Lichtaustrittsfläche angrenzenden Bereich der Messstrecke gerichtet ist. Auch hier kann dann durch Abgabe eines, vorzugsweise fokussierten, Fluidstrahls eine Ablagerung auf der Lichtaustrittsfläche verhindert oder von dieser entfernt werden.
Die Handhabung der optischen Messvorrichtung lässt sich weiter vereinfachen, wenn die Sonde an einem distalen Ende, eines vorzugsweise stabförmigen Sondenhalters der optischen Messvorrichtung angeordnet ist. Auf diese Weise kann die Sonde, an der auch die Messstrecke ausgebildet ist, inmitten der Flüssigkeit, in der die Partikelkonzentration bestimmt werden soll, angeordnet werden. Besonders vorteilhaft kann es in diesem Zusammenhang sein, wenn die Sonde zerstörungsfrei lösbar mit dem Sondenhalter verbunden ist. Zudem kann es vorteilhaft sein, wenn die Messvorrichtung, insbesondere der Sondenhalter, ein Befestigungsmittel zur lösbaren Befestigung an einem Reaktorbehälter eines Reaktors, in dem die FLüssigkeit angeordnet ist, aufweist. Auf diese Weise kann die optische Messvorrichtung, zumindest aber der Sondenhalter an einem Reaktorbehälter eines Reaktors angeordnet werden. An dieser Stelle sei erwähnt, dass an dem proximalen Ende des Sondenhalters, also an dem Ende, das nicht in eine Flüssigkeit eingetaucht wird, die übrigen Bestandteile der optischen Messvorrichtung, insbesondere der optischen Sensor angeordnet sein können. Auch eine Lichtquelle zur Versorgung der wenigstens einen Lichtaustrittsfläche kann hier angeordnet oder ausgebildet sein.
Die Messvorrichtung, insbesondere der Sensor, kann zur Absorptionsmessung und/oder zur Reflexionsmessung eingerichtet sein. Ferner ist es möglich, dass die Messvorrichtung als Sensor einen Kamerachip aufweist. Über eine entsprechende Auswertung eines in der Messstrecke aufgenommenen Bildes kann dann auf eine Partikelkonzentration in der Flüssigkeit rückgeschlossen werden.
Wenn die wenigstens eine Lichteintrittsfläche und die wenigstens eine Lichtaustrittsfläche an einem gemeinsamen Ende der Messstrecke angeordnet sind, kann eine Reflexionsmessung zur Bestimmung der Partikelkonzentration in der Flüssigkeit durchgeführt werden.
Wenn die wenigstens eine Lichteintrittsfläche an einem ersten Ende der Messstrecke und die wenigstens eine Lichtaustrittsfläche an einem dem ersten Ende gegenüberliegenden Ende der Messstrecke angeordnet sind, kann eine Absorptionsmessung entlang einer definierten Messstrecke durch die zu analysierende Flüssigkeit geschickt wird, durchgeführt werden.
Die erfindungsgemäße optische Messvorrichtung lässt sich auch bei sehr empfindlichen, insbesondere biologischen Stoffen oder Organismen, wie beispielsweise Algen oder Algenkulturen einsetzen, wenn die Flüssigkeit in Gebrauchsstellung kontaktierenden Elemente der optischen Messvorrichtung, insbesondere die Sonde und/oder ein, beispielsweise der bereits zuvor erwähnte, Sondenhalter aus einem nichtmetallischen, vorzugsweise biologisch verträglichem Werkstoff bestehen.
Diese Elemente können beispielsweise aus Kunststoff, aus Glas und/oder aus Keramik bestehen. PTFE, PEI und PEEK haben sich als geeignete Kunststoffe erwiesen.
Je nach Anwendungsfall ist es jedoch auch möglich, zumindest die mit Flüssigkeit in Kontakt tretenden Elemente der Messvorrichtung aus Metall, insbesondere aus Edelstahl, herzustellen.
Um die optische Messvorrichtung nach ihrer Verwendung zuverlässig reinigen zu können, kann es vorteilhaft sein, wenn insbesondere die die Flüssigkeit kontaktierenden Elemente der optischen Messvorrichtung, also insbesondere die Sonde, und/oder ein, beispielsweise der bereits zuvor erwähnte, Sondenhalter, sterilisierbar, vorzugsweise autoklavierbar gestaltet sind.
Die Messvorrichtung kann zudem eine Druckquelle, beispielsweise eine Pumpe, einen Kompressor und/oder ein Druckbehältnis aufweisen, aus der die Reinigungsvorrichtung, insbesondere die wenigstens eine Düse der Reinigungsvorrichtung, mit Fluid, insbesondere mit Gas, vorzugsweise mit Luft, besonders bevorzugt mit gereinigter Luft zur Erzeugung eines Fluidstrahls versorgt werden kann. Bei optischen Messvorrichtungen, die keine derartigen Druckwellen aufweisen, ist es möglich, diese mit einer solchen zu verbinden.
Die eingangs genannte Aufgabe wird auch durch einen Reaktor mit den Mitteln und Merkmalen des auf einen Reaktor gerichteten unabhängigen Anspruchs gelöst. Insbesondere wird zur Lösung der Aufgabe bei einem Reaktor der eingangs genannten Art, insbesondere einem Bio-Reaktor, vorgeschlagen, dass als optische Messvorrichtung eine solche nach einem der Ansprüche 6 bis 14 verwendet wird. Diese Messvorrichtung kann dann mit ihrer Sonde in den Reaktorbehälter eingetaucht sein oder eingetaucht werden.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist anhand der Zeichnungen nachfolgend näher beschrieben. Es zeigt in zum Teil stark schematisierter Darstellung:

1 eine vereinfachte Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Reaktors, in dessen Reaktorbehälter eine Sonde einer erfindungsgemäßen Messvorrichtung eingetaucht ist,
2 eine geschnittene Seitenansicht der in 1 dargestellten Sonde,
3 eine weitere geschnittene Seitenansicht der Sonde der erfindungsgemäßen Messvorrichtung, wobei anhand der beiden Pfeile die Richtung verdeutlicht ist, entlang der Licht aus einer Lichtaustrittsfläche in Richtung einer Lichteintrittsfläche der Messvorrichtung durch eine Messstrecke der Messvorrichtung ausgesandt wird,
4 die in den vorherigen Figuren dargestellte Sonde mit aktivierten Düsen, die über einen in einem Sondenkörper der Sonde ausgebildeten Kanal mit einem Fluid, hier mit Druckluft versorgt werden, sowie
5 die in den 2 bis 4 dargestellte Sonde, wobei hier sowohl die Düsen als auch eine in 1 schematisiert dargestellte Lichtquelle zur Abgabe eines Lichtstrahls durch die Messstrecke aktiviert sind.

1 zeigt einen im Ganzen mit 1 bezeichneten Reaktor, der hier als Bio-Reaktor ausgebildet ist. Dieser Reaktor 1 weist einen Reaktorbehälter 2 zur Aufnahme einer Flüssigkeit 3 auf. In die Flüssigkeit 3 sind Algen 5 eingebracht, die in dem Reaktorbehälter 2 kultiviert werden sollen.
Mit zunehmendem Algenwachstum verändert sich die Algenkonzentration in der Flüssigkeit 3. Bei einer definierten Algenkonzentration können die Algen 5 aus der Flüssigkeit 3 geerntet werden. Um den optimalen Erntezeitpunkt feststellen zu können, ist eine erfindungsgemäße optische Messvorrichtung 4 vorgesehen, die mit ihrer Sonde 7 in den Reaktorbehälter 2 und die darin befindliche Flüssigkeit 3 eingetaucht ist. Die optische Messvorrichtung 4 ist zur Bestimmung der Algenkonzentration in der Flüssigkeit 3 eingerichtet. Grundsätzlich ist es auch denkbar, die Konzentration anderer Partikel in einer Flüssigkeit mit der erfindungsgemäßen optischen Messvorrichtung 4 zu bestimmen.
Die optische Messvorrichtung 4 weist einen optischen Sensor 6 und die in die Flüssigkeit 3 eintauchbare Sonde 7 auf. An der Sonde 7 ist eine Messstrecke 8 ausgebildet. Die Messstrecke 8 verläuft durch eine Ausnehmung 8a, die in der Sonde 7 ausgebildet ist. Diese Ausnehmung 8a ist in eingetauchter Gebrauchsstellung der Sonde 7 mit Flüssigkeit 3 gefüllt, sodass die Messstrecke 8 durch die Flüssigkeit 3 mit darin schwimmenden Partikeln, hier Algen 5, verläuft. Entlang der Messstrecke 8 wird die Partikelkonzentration gemessen. An der Messstrecke 8 weist die optische Messvorrichtung 4 eine mit dem optischen Sensor 6 über einen Lichtleiter 9 verbundene, der Messstrecke 8 zugewandte Lichteintrittsfläche 10 auf. Außer der Lichteintrittsfläche 10 ist an der Messstrecke 8 auch eine über einen zweiten Lichtleiter 11 mit einer Lichtquelle 20 der optischen Messvorrichtung 4 verbundene, der Messstrecke 8 ebenfalls zugewandte Lichtaustrittsfläche 12 vorgesehen. Aus der Lichtaustrittsfläche 12 kann Licht, das aus der Lichtquelle 20 über den zweiten Lichtleiter 11 an die Lichtaustrittsfläche 12 abgegeben wird, austreten und in die Ausnehmung 8a und die darin ausgebildete Messstrecke 8 abgestrahlt werden (vergleiche die Pfeile 23 in den 3 und 5) .
Die Sonde 7 weist eine Reinigungsvorrichtung 13 auf. Mithilfe dieser Reinigungsvorrichtung 13 kann verhindert werden, dass sich Partikel an der Lichteintrittsfläche 10 einerseits und an der Lichtaustrittsfläche 12 andererseits ablagern. Sofern Ablagerungen an der Lichteintrittsfläche 10 oder auch an der Lichtaustrittsfläche 12 bereits vorhanden sein sollten, lassen sich diese mithilfe der Reinigungsvorrichtung 13 automatisch entfernen.
Dazu kann die Reinigungsvorrichtung 13 bei Bedarf oder in bestimmten zeitlichen Abständen aktiviert werden.
Insbesondere die Schnittdarstellungen der Sonde 7 verdeutlichen, dass die Reinigungsvorrichtung 13 insgesamt zwei Düsen 14 aufweist. Die Düsen 14 werden über einen gemeinsamen Druckluftkanal 15, der an eine Druckquelle 21, beispielsweise eine Pumpe, ein Kompressor und/oder ein Druckbehältnis, angeschlossen ist, mit Druckluft versorgt. Eine der beiden Düsen 14 ist der Lichteintrittsfläche 10 zugeordnet, während die andere Düse 14 der Lichtaustrittsfläche 12 der Messvorrichtung 4 zugeordnet ist. Beide Düsen 14 sind zur Abgabe eines Fluides, hier in Form eines Druckluftstrahls und damit zur Verhinderung und/oder zum Entfernen einer Ablagerung von Partikeln, hier Algen, auf der Lichteintrittsfläche 10 einerseits und auf der Lichtaustrittsfläche 12 andererseits eingerichtet. Eine Ablagerung von Partikeln auf den beiden Flächen 10 und 12 lässt sich bereits dann verhindern, wenn der Fluidstrahl in einen Bereich der Messstrecke 8, der jeweils an die beiden Flächen 10 und 12 angrenzt, in Ausnehmung 8a und die darin befindliche Flüssigkeit 3 abgegeben wird. Beide Düsen 14 sind aber so ausgerichtet und angeordnet, dass sie zumindest einen Teil der abgegebenen Druckluftmenge direkt auf die Lichteintrittsfläche 10 beziehungsweise auf die Lichtaustrittsfläche 12 der Messvorrichtung 4 abgeben können. In den 4 und 5 ist oberhalb der beiden Düsen 14 jeweils ein mit dem Bezugszeichen 22 markierter Fluidausstoß, hier ein Druckluftausstoß, zu erkennen.
Die Sonde 7 ist an einem distalen Ende 16 eines stabförmigen Sondenhalters 17 angeordnet. Dabei ist die Sonde 7 bei einer Ausführungsform der Messvorrichtung 4 zerstörungsfrei lösbar mit dem Sondenhalter 17 verbunden. Innerhalb des Sondenhalters 17 verlaufen dann sowohl die Lichtleiter 9 und 11 als auch der Druckluftkanal 15 zur Versorgung der als Druckluftdüsen ausgebildeten Düsen 14.
Bezüglich der Düsen 14 sei hier erwähnt, dass eine Abgaberichtung, in der Fluid aus den Düsen 14 abgegeben werden kann, quer, hier sogar rechtwinklig zu einer Richtung, entlang der die Lichtstrahlen 23 durch die Messstrecke 8 geführt werden, ausgerichtet ist. Auf diese Weise kann sich auch eine zum Teil tangential verlaufende Abgabe von Fluid relativ zu den zu reinigenden Flächen 10 und 12 ergeben.
Der Sondenhalter 17 weist außerdem ein nicht näher dargestelltes Befestigungsmittel auf, mit dem er lösbar an dem Reaktorbehälter 2 des Reaktors 1 befestigt werden kann. Hier ist es denkbar, eine Klammer, einen Haken oder auch eine Zwinge zur Befestigung der optischen Messvorrichtung 4 an dem Reaktor 1 und seinem Reaktorbehälter 2, insbesondere an einem Deckel des Reaktorbehälters 2, vorzusehen.
Die in den Figuren dargestellte optische Messvorrichtung 4 ist zur Absorptionsmessung eingerichtet. Hierbei wird über eine mit zunehmenden Algenwachstum zunehmende Trübung der Flüssigkeit 3, die durch die höhere Anzahl einzelner Algen 5 in der Flüssigkeit verursacht wird, auf die Partikelkonzentration rückgeschlossen. Dies, da die Flüssigkeit 3, je trüber sie durch die zunehmende Anzahl von Algen 5 ist, mehr in die Messstrecke 8 ausgestrahltes Licht absorbiert. Je weniger Licht also in die Lichteintrittsfläche 10 der optischen Messvorrichtung 4 und über den ersten Lichtleiter 9 an den Sensor 6 übertragen werden kann, desto höher ist die Partikelkonzentration entlang der Messstrecke 8.
Um die Absorptionsmessung oder auch Durchlichtmessung mithilfe der optischen Messvorrichtung 4 durchführen zu können, ist die Lichteintrittsfläche 10, an der das Licht aus der Messstrecke 8 in den Lichtleiter 9 eintritt, an einem ersten Ende 18 der Messstrecke 8 angeordnet. Die wenigstens eine Lichtaustrittsfläche 12, an der Licht in die Messstrecke 8 abgestrahlt wird, ist an einem dem ersten Ende 18 gegenüberliegenden zweiten Ende 19 der Messstrecke 8 angeordnet.
Die Lichteintrittsfläche 10 und die Lichtaustrittsfläche 12 sind an einander zugewandten, sich gegenüberliegenden Seitenwänden 24 der Ausnehmung 8a angeordnet.
Die Flüssigkeit 3 kontaktierende Elemente der optischen Messvorrichtung 4, also insbesondere die Sonde 7 und der Sondenhalter 17, sind aus einem nichtmetallischen Werkstoff, der biologisch verträglich ist, hergestellt. Als Werkstoff wird besonders bevorzugt ein Kunststoff verwendet. Dieser kann beispielsweise PTFE, PEI oder PEEK sein.
Die Flüssigkeit 3 kontaktierende Elemente der optischen Messvorrichtung 4 sind sterilisierbar und im vorliegenden Fall sogar autoklavierbar, um eine zuverlässige Reinigung der Messvorrichtung 4 nach erfolgter Benutzung zu gewährleisten.
Die Messvorrichtung 4 weist die Druckquelle 21 auf oder ist mit einer solchen verbindbar. Da im vorliegenden Ausführungsbeispiel der Messvorrichtung 4 Druckluft zur Versorgung der Düsen 14 verwendet wird, kann es sich bei der Druckquelle 21 um einen Kompressor oder auch um ein Druckbehältnis, beispielsweise eine Druckluftflasche handeln. Aus dieser Druckquelle 21 können die Reinigungsvorrichtung 13 und ihre beiden Düsen 14 mit Druckluft, hier gereinigter Druckluft versorgt werden.
Mit der erfindungsgemäßen Messvorrichtung 4 lässt sich nachfolgend beschriebenes Verfahren zur optischen Messung einer Partikelkonzentration durchführen:
Hierbei ist vorgesehen, dass eine Ablagerung von Partikeln, im vorliegenden Fall von Algen 5, an der mit dem Sensor 7 der Messvorrichtung 4 verbundenen Lichteintrittsfläche 10 und an der mit der Lichtquelle 20 verbundenen Lichtaustrittsfläche 12 der optischen Messvorrichtung 4 mithilfe der Reinigungsvorrichtung 13 der Messvorrichtung 4 verhindert und/oder entfernt wird. Dies beispielsweise nachdem eine Ablagerung festgestellt wurde oder auch präventiv, um die Ablagerung zu verhindern. Zu diesem Zweck wird aus den Düsen 14 der Reinigungsvorrichtung 13 Druckluft in die Ausnehmung 8a, in der die Messstrecke 8 ausgebildet ist, abgegeben. Die Abgabe der Druckluft erfolgt zumindest vor einer Messung und/oder zwischen zwei Messungen.
Dabei kann die Druckluft zumindest zum Teil auf die Lichteintrittsfläche 10, die Lichtaustrittsfläche 12 oder auch tangential zu diesen aus den Düsen 14 abgegeben werden. Die aufgrund der Druckluft erzeugten Verwirbelungen in der Flüssigkeit 3 können dann eine bestehende Ablagerung von Partikeln von den Flächen 10 und 12 lösen beziehungsweise eine solche effektiv verhindern.
Zur Vereinfachung einer Bestimmung einer Partikelkonzentration in einer Flüssigkeit 3 werden das erfindungsgemäße Verfahren, die erfindungsgemäße optische Messvorrichtung 4 und der erfindungsgemäße Reaktor 1 vorgeschlagen. Bei diesen ist vorgesehen, dass eine Ablagerung von Partikeln auf einer Lichteintrittsfläche 10 und/oder einer Lichtaustrittsfläche 12 der optischen Messvorrichtung 4 mittels einer Reinigungsvorrichtung 13 bei Bedarf oder in einer definierten Frequenz entfernt oder verhindert wird. Vorzugsweise wird zu diesem Zweck über zumindest eine Düse 14 der Reinigungsvorrichtung 13 ein Fluid, insbesondere in Form eines Fluidstrahls, in die Messstrecke 8, insbesondere auf die Lichteintrittsfläche 10 und/oder auf die Lichtaustrittsfläche 11 oder benachbart zu diesen, abgegeben.
Bezugszeichenliste

1: Reaktor
2: Reaktorbehälter
3: Flüssigkeit
4: Messvorrichtung
5: Algen
6: Sensor
7: Sonde
8: Messstrecke
8a: Ausnehmung in 7
9: Lichtleiter
10: Lichteintrittsfläche
11: Lichtleiter
12: Lichtaustrittsfläche
13: Reinigungsvorrichtung
14: Düsen
15: Druckluftkanal
16: distales Ende von 17
17: Sondenhalter
18: erstes Ende von 8
19: zweites Ende von 8
20: Lichtquelle
21: Druckquelle
22: Fluidausstoß/Druckluftausstoß
23: Lichtstrahl
24: Seitenwände von 8a

Claims

Verfahren zur optischen Messung einer Partikelkonzentration, insbesondere einer Algenkonzentration, in einer Flüssigkeit (3) mittels einer optischen Messvorrichtung (4), dadurch gekennzeichnet, dass eine Ablagerung von Partikeln, insbesondere von Algen (5), an wenigstens einer mit einem Sensor (7) der Messvorrichtung (4) verbundenen Lichteintrittsfläche (10) und/oder an wenigstens einer mit einer Lichtquelle (20) verbundenen Lichtaustrittsfläche (12) der optischen Messvorrichtung (4) mittels einer Reinigungsvorrichtung (13) der Messvorrichtung (4) zumindest vor einer Messung und/oder zwischen zwei Messungen verhindert und/oder entfernt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ablagerung von Partikeln, insbesondere von Algen (5), an der wenigstens einen Lichteintrittsfläche (10) und/oder an der wenigstens einen Lichtaustrittsfläche (12) der optischen Messvorrichtung (4) durch Abgabe wenigstens eines Fluides, insbesondere eines Fluidstrahls, aus wenigstens einer Düse (14) der Reinigungsvorrichtung (13) verhindert und/oder entfernt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Fluid in einen an die Lichteintrittsfläche (10) angrenzenden Bereich einer Messstrecke (8), an der die wenigstens eine Lichteintrittsfläche (10) angeordnet ist , und/oder auf die wenigstens eine Lichteintrittsfläche (10) abgegeben wird und/oder dass ein Fluid in einen an die Lichtaustrittsfläche (12) angrenzenden Bereich einer oder der Messstrecke (8), an der die Lichtaustrittsfläche (12) angeordnet ist, und/oder auf die wenigstens eine Lichtaustrittsfläche (12) abgegeben wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Fluid, insbesondere zur Erzeugung eines Fluidstrahls, ein Gas, insbesondere Luft, vorzugsweise gereinigte Luft, verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmung der Partikelkonzentration im Reflexionsverfahren, im Durchlichtverfahren und/oder im Absorptionsverfahren und/oder mittels eines fotografischen Verfahrens erfolgt.
Optische Messvorrichtung (4), eingerichtet zur Bestimmung einer Partikelkonzentration, insbesondere einer Algenkonzentration, in einer Flüssigkeit (3), insbesondere nach einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, mit zumindest einem optischen Sensor (6) und einer in die Flüssigkeit (3) eintauchbaren Sonde (7), wobei die Sonde (7) eine Messstrecke (8), entlang der die Partikelkonzentration gemessen wird, und an dieser wenigstens eine mit dem optischen Sensor (6) verbundene, der Messstrecke (8) zugewandte Lichteintrittsfläche (10) und/oder wenigstens eine mit einer Lichtquelle verbundene, der Messstrecke (8) zugewandte Lichtaustrittsfläche (12) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Sonde (7) wenigstens eine Reinigungsvorrichtung (13) aufweist, mit der eine Ablagerung von Partikeln an der zumindest einen Lichteintrittsfläche (10) und/oder an der zumindest einen Lichtaustrittsfläche (12) verhinderbar und/oder entfernbar ist.
Optische Messvorrichtung (4) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Reinigungsvorrichtung (13) zumindest eine Düse (14) aufweist, die der wenigstens einen Lichteintrittsfläche (10) und/oder der wenigstens einen Lichtaustrittsfläche (12) zugeordnet ist, und die zur Abgabe eines Fluides, insbesondere eines Fluidstrahls, und damit zur Verhinderung und/oder zum Entfernen einer Ablagerung von Partikeln an der wenigstens einen Lichteintrittsfläche (10) und/oder an der wenigstens einen Lichtaustrittsfläche (12) eingerichtet ist.
Optische Messvorrichtung (4) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Lichteintrittsfläche (10) und/oder jeder Lichtaustrittsfläche (12) jeweils wenigstens eine Düse (14) zugeordnet ist.
Optische Messvorrichtung (4) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Düse (14), die der wenigstens einen Lichteintrittsfläche (10) zugeordnet ist, auf die Lichteintrittsfläche (10) und/oder auf einen an die Lichteintrittsfläche (10) angrenzenden Bereich der Messstrecke (8) gerichtet ist, und/oder dass die zumindest eine Düse (14), die der wenigstens einen Lichtaustrittsfläche (12) zugeordnet ist, auf die Lichtaustrittsfläche (12) und/oder auf einen an die Lichtaustrittsfläche (12) angrenzenden Bereich der Messstrecke (8) gerichtet ist.
Optische Messvorrichtung (4) nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Sonde (7) an einem distalen Ende (16) eines, vorzugsweise stabförmigen, Sondenhalters (17) der Messvorrichtung (4) angeordnet ist, insbesondere wobei die Sonde (7) zerstörungsfrei lösbar mit dem Sondenhalter (17) verbunden ist, und/oder wobei die Messvorrichtung (4), insbesondere der Sondenhalter (17), ein Befestigungsmittel zur lösbaren Befestigung an einem Reaktorbehälter (2) eines Reaktors (1) aufweist.
Optische Messvorrichtung (4) nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Messvorrichtung (4), insbesondere der Sensor (6), zur Absorptionsmessung und/oder zur Reflexionsmessung eingerichtet ist, und/oder dass die Messvorrichtung (4) als Sensor (6) einen Kamerachip aufweist.
Optische Messvorrichtung (4) nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Lichteintrittsfläche (10) und die wenigstens eine Lichtaustrittsfläche (12) an einem gemeinsamen Ende der Messstrecke (8) angeordnet sind, oder dass die wenigstens eine Lichteintrittsfläche (10) an einem ersten Ende (18) der Messstrecke (8) und die wenigstens eine Lichtaustrittsfläche (12) an einem dem ersten Ende (18) gegenüberliegenden zweiten Ende (19) der Messstrecke (8) angeordnet sind.
Optische Messvorrichtung (4) nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit (3) kontaktierende Elemente der optischen Messvorrichtung (4), insbesondere die Sonde (7) und/oder ein oder der Sondenhalter (17), aus einem nichtmetallischen, vorzugsweise biologisch verträglichem Werkstoff, insbesondere aus Kunststoff, aus Glas und/oder aus Keramik bestehen, und/oder dass die Flüssigkeit (3) kontaktierende Elemente der optischen Messvorrichtung (4), insbesondere die Sonde (6) und/oder ein oder der Sondenhalter (17), sterilisierbar, vorzugsweise autoklavierbar sind.
Optische Messvorrichtung (4) nach einem der Ansprüche 6 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Messvorrichtung (4) eine Druckquelle (21), insbesondere eine Pumpe, einen Kompressor und/oder ein Druckbehältnis aufweist und/oder mit einer solchen verbindbar ist, aus der die Reinigungsvorrichtung (13), insbesondere die wenigstens eine Düse (14), mit Fluid, insbesondere mit Gas, vorzugsweise mit Luft, besonders bevorzugt mit gereinigter Luft versorgbar ist.
Reaktor (1), insbesondere Bio-Reaktor (1), mit einem Reaktorbehälter (2) zur Aufnahme eine Flüssigkeit (3) und mit einer optischen Messvorrichtung (4) nach einem der Ansprüche 6 bis 14, die mit ihrer Sonde (7) in den Reaktorbehälter (2) eingetaucht oder eintauchbar ist.