DE202006001076U1 - Vorrichtung zur Aufbereitung und Entkeimung von Flüssigkeiten - Google Patents
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Abstract
Vorrichtung
zur Aufbereitung von Flüssigkeiten
zwecks Sterilisation und Elimination von darin enthaltenen Schadstoffen,
dadurch gekennzeichnet, das sich in mindestens einem Hohlkörper mindestens
eine UV-Lichtquelle (4), mindestens eine Ultraschallquelle (2), mindestens
eine Entgasungsvorrichtung (3), mindestens ein Flüssigkeitseintritt
(5) und mindestens ein Flüssigkeitsaustritt
(6) befinden.
Description
- Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Aufbereitung von Flüssigkeiten zwecks Sterilisation und Elimination von darin enthaltenen organischen Stoffen, wobei die Flüssigkeit Kavitation und einer Entgasung zur Erzeugung von H2O2 ausgesetzt wird, und die Anwesenheit von UV-Strahlung einen oxidativen Prozess von entstandenem H2O2 bewirkt.
- Derzeit ist die Herstellung von so genannten „reinen Flüssigkeiten" in oben beschriebenen Anwendungen oft nur unter Verwendung von Filtern (in Kombination mit einem Aktivkohlefilter) möglich. Dieser Aufbereitungsschritt kann jedoch sehr kostenintensiv sein und bietet langfristig aufgrund der Gefahr der Bildung multiresistenter Keime keine befriedigende Lösung.
- Auch die aus der Literatur bekannten theoretischen Möglichkeiten der UV-Desinfektion ist prinzipiell eine Alternative zum Sterilfilter im Rahmen der Flüssigkeitsaufbereitung. Es ist bekannt, dass die UV-Desinfektion eine sterilisierende Wirkung hat.
- Bei der Sterilisation durch UV-Strahlen werden lebende Mikroorganismen durch Veränderung der DNA mit einer Wellenlänge X=254nm abgetötet oder inaktiviert.
- Im Rahmen vieler Anwendungen, ist eine hohe Reinheit von Flüssigkeiten eine absolute Notwendigkeit. Eine adäquate Flüssigkeitsaufbereitung ist in der Praxis jedoch aufgrund von fehlenden technischen Realisierungsmöglichkeiten nur allzu oft nicht möglich. Dabei meint adäquate Wasseraufbereitung eine Eliminierung problematischer Mikroorganismen (Keime, Viren, Pilze, u.a.) und Pyrogene (Endotoxine, Exotoxine). Zu erwähnen sind zudem Schadstoffe wie Pestizide, u.a. Dies gilt insbesondere bei Anwendungen die wässrige Flüssigkeiten benötigen und die während der Anwendung zuvor unzureichend aufbereitet bezogen werden.
- Durch die Kombination der Wirkung von reinen UV-Desinfektionssystemen und Kavitation lassen sich organische Schadstoffe und Endotoxine derart abbauen, dass sie unschädlich sind.
- Beim kombinierten Einsatz von UV-Licht und Wasserstoffperoxid dass durch Ultraschall als Kavitationsquelle als Oxidationsmittel nach erzeugt wird finden u.a. folgende Reaktionen statt:
Photolyse des Peroxids unter Bildung von OH-Radikalen:- - Wasserstoffperoxid besitzt ein kontinuierliches Absorptionsspektrum im UV-Wellenlängenbereich. Dabei nimmt die Absorption mit abnehmender Wellenlänge zu. (http://www.ibl-gruppe.de/deutsch/pdf/700-66 Photooxidation%20mittels%20UV_Wasserstoffperoxid.PDF)
- A: Wechselwirkung Ultraschall – Entgasung: Um die sonochemischen Effekte der Kavitation zur Herstellung „reiner Flüssigkeiten" zu nutzen, ist diese Vorrichtung entwickelt worden, um den notwendigen hohen Wirkungsgrad der Kavitation in einem Desinfektionssystem zu gewährleisten. Es wird die Flüssigkeit beim Einströmen in den Behälter mit US-Erzeuger entgast z.B. durch Druckunterschiede der durchströmenden Flüssigkeiten.
- Daniel Bemoulli, Schweizer Wissenschaftler, entdeckte im 18. Jahrhundert die Grundprinzipien der Hydrodynamik. Er studierte die Strömung von Flüssigkeiten und formulierte unter anderem die Prinzipien, dass der Druck, der von einer Flüssigkeit ausgeübt wird, umgekehrt proportional zu ihrer Strömungsgeschwindigkeit ist und das die Summe aus Geschwindigkeit und Druck in strömenden Flüssigkeiten konstant ist. Dies bezeichnet man als das »Bernoulli-Prinzip«.
- Dieses Prinzip kann z.B. bei der Konstruktion der Entgasung genutzt werden. Düsen erzeugen einen Druckabfall im Gehäuse und eine starke lokale Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit. Der dabei entstehende Druckabfall entgast die Flüssigkeit, da ein Druckgefälle zum Atmosphärendruck erzeugt wird.
- Diese Entgasung wird einfach durch Flüssigkeitsprobenentnahme und deren Gasanalyse vor und nach dem Einlauf in das System nachgewiesen. Ein direkter Zusammenhang zwischen Entgasung und Wirkungsgrad zur Herstellung „reiner Flüssigkeiten" im System ist bestimmt.
- B: Wirkung des Ultraschalls:
- Es ist aus der Literatur bekannt (http://edocs.tuberlin.de/diss/2004/ zenkermarco.pdf www.bandelin.com), dass Ultraschall ab einer Leistung von 1 Watt in Flüssigkeiten Kavitation erzeugt. Durch diese Kavitation entstehen in Flüssigkeiten unterschiedliche Kavitationsblasen
- 1. aus den in der Flüssigkeit gelösten Gasen,
- 2.: Wasserdampfblasen, die bei Nichtvorhandensein von gelösten Gasen in der Flüssigkeit entstehen.
- Die Wasserdampfblasen, deren Größe von der Erzeugerfrequenz abhängig ist kollabieren und erzeugen dabei Energien, die wiederum Radikale erzeugen. Diese Radikale (OH-Radikale) sind in der Lage organische Struckturen zu zerstören. Desweiteren verbinden sich OH-Radikale zu H2O2 (Wasserstoffperoxid), das als starker Oxidator von organischen Stoffen bekannt ist. Der Nachweiss ist in der Literatur (Alois Jungbauer Universität Wien) beschrieben. Es wird destiliertem Wasser (H2O) Kaliumjodid zugeführt und der entsprechenden Ultraschallleistung und Frequenz ausgesetzt. OH-Radikale führen zu einer chemischen Reaktion, sodass Jod entsteht, dass leicht nachgewiesen werden kann, und gleichzeitig als Indikator für den Wirkungsgrad des angewandten Verfahrens gilt.
- C: Wirkung der Entgasung
- In der Literatur wird ausführlich (http://edocs.tuberlin.de/diss/2004/zenkermarco.pdf, www.bandelin.com) beschrieben, dass eine Entgasung von Flüssigkeiten, in denen Kavitationsblasen, deren Energie ausreicht um bei Implosion (dem Kavitationsjet) Radikale zu erzeugen, notwendig ist. (Nur bei Entstehung eines Kavitationsjets, der auch zur Reinigung von Oberflächen genutzt wird, entsteht genügend Energie um Radikale zu erzeugen).
- Dies kann beim derzeitigen Stand der Technik mit keinem Gerät oder Verfahren gelöst werden. Mit bekannten Verfahren sind lediglich einige Teilaspekte einer Flüssigkeitsaufbereitung möglich:
- 1. Sterilisation von strömenden Flüssigkeiten durch UV-Strahlen der Wellenlänge X=254nm.
- 2. Abbau von Kohlenwasserstoffen in strömenden Flüssigkeiten unter Verwendung von X=185nm, kombiniert mit weiteren Methoden (keine Spezifizierung des Herstellers).
- 3. Die Sterilisation und Oxidation organischer Substanzen durch UV-Strahlen der Wellenlänge X=254nm unter Hinzugabe von OH-Radikalerzeugern wie Wasserstoffperoxid und Ozon.
- Durch die vorliegende Erfindung ist erstmalig ein Gerät entwickelt worden, bei dem H2O2 nicht zugeführt werden muss um Oxidationsprozesse durch UV-Strahlen zu erreichen, da im Prozess zeitgleich zur angestrebten Reaktion H2O2 erzeugt wird. Dabei ermöglicht die Erfindung, reine Flüssigkeiten in einem von der jeweiligen Anwendungsform abhängigen Zeitlimit ohne weitere Chemikalienzusätze oder kostenintensive Hilfsmittel herzustellen. Dadurch werden diese Anwendungen qualitativ auf ein deutlich höheres Niveau gehoben.
- Aufgabe der Erfindung:
- Aufgabe der Erfindung ist die Erstellung und Aufbereitung von Flüssigkeiten unter dynamischen Bedingungen zwecks Sterilisation und Elimination von darin enthaltenen organischen Schadstoffen, wobei die Flüssigkeit der Wechselwirkung von Kavitation und UV-Strahlung ausgesetzt wird.
- Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf eine Vorrichtung zur Aufbereitung von Flüssigkeiten zwecks Sterilisation und Elimination von darin enthaltenen Schadstoffen, aufweisend mindestens einen UV Strahlungserzeuger und ein den UV Strahlungserzeuger umgebendes Gehäuse.
- Zur Lösung dieser Aufgabe dienen vorrangig folgende Merkmale:
Abtötung oder Inaktivieren von lebenden Mikroorganismen, Viren und Pilzen in Flüssigkeiten - 2. Elimination von Pyrogenen (Endotoxine und Exotoxine) in Flüssigkeiten
- 3. Elimination von Pestiziden, Herbiziden und Fungiziden in Flüssigkeiten
- Um dieses Ziel zu erreichen, wird eine Vorrichtung benötigt, in der die folgenden Verfahrensabläufe stattfinden:
Eine Radikal-Erzeugung, H2O2 Erzeugung und der damit verbundene hohe Wirkungsgrad entsteht durch die Kombination der gewählten Ultraschall – Wellenlängen und deren Leistung und durch kontrollierte Entgasung der Flüssigkeiten. - Einen UV Strahlungserzeuger und ein den UV Strahlungserzeuger umgebendes Gehäuse.
- Die Vorrichtung nach der Erfindung kann im Wesentlichen aus einen oder mehreren Hohlkörpern bestehen, durch den oder durch die die zu behandelnde Flüssigkeit hindurchgeleitet wird. Sie kann außerhalb eines Gerätes angeordnet oder auch in ein Gerät eingebracht werden oder aber auch intrgraler Bestandteil eines Gerätes sein.
- Wesentlich für die Vorrichtung der Erfindung ist, dass sich in dem Hohlkörper mindestens ein Ultraschallgeber befindet mit einer Leistung > 1 Watt/cm2, wobei der oder die Ultraschallgeber mindestens eine Wellenlänge aus dem Spektrum > 18 Kiloherz emittieren.
- Wesentlich ist ebenfalls eine Vorrichtung zur Entgasung der in den Hohlkörper einfliessenden Flüssigkeit um den oder die Ultraschallgeber. Diese Entgasung wird vorzugsweise beim Einströmen der Flüssigkeit in den oder die Hohlkörper erzeugt.
- Wesentlich für die Vorrichtung der Erfindung ist, dass sich in dem Hohlkörper mindestens ein UV Strahlungserzeuger befindet, dessen Strahlung die oxidative Reaktion des erzeugten H2O2 erzeugt.
Claims (6)
- Vorrichtung zur Aufbereitung von Flüssigkeiten zwecks Sterilisation und Elimination von darin enthaltenen Schadstoffen, dadurch gekennzeichnet, das sich in mindestens einem Hohlkörper mindestens eine UV-Lichtquelle (
4 ), mindestens eine Ultraschallquelle (2 ), mindestens eine Entgasungsvorrichtung (3 ), mindestens ein Flüssigkeitseintritt (5 ) und mindestens ein Flüssigkeitsaustritt (6 ) befinden. - Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich in dem Hohlkörper (
1 ) mindestens ein Ultraschallgeber (2 ) befindet, wobei der oder die Ultraschallgeber mindestens 1 Wellenlängen aus dem Spektrum > 18 KHz emittiert bzw. emittieren. - Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich in dem Hohlkörper (
1 ) mindestens ein Ultraschallgeber (2 ) zur Herstellung und zur Erzeugung von OH-Radikalen befindet mit einer Leistung von > 1 Watt/cm2 - Vorrichtung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, dass sich in dem Hohlkörper (
1 ) mindestens eine Ultraschallsonde (2 ) zur Herstellung und zur Erzeugung von H2O2 befindet mit einer Leistung > 1 Watt/cm2 - Vorrichtung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, dass sich in dem Hohlkörper (
1 ) mindestens eine Entgasungsvorrichtung (3 ) zur Entgasung der in den Hohlkörper (1 ) durch den Einfluss (5 ) einfließenden Flüssigkeit befindet. - Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich in dem Hohlkörper (
1 ) mindestens eine UV-Strahlungsquelle (4 ) zur Herstellung und zur Erzeugung von oxidativen Prozessen aus H2O2 befindet.
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2006
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