DE2307877A1

DE2307877A1 - Verfahren zum sterilisieren von fluessigkeiten

Info

Publication number: DE2307877A1
Application number: DE19732307877
Authority: DE
Inventors: Reiner Dipl-Ing Wiest
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1973-02-17
Filing date: 1973-02-17
Publication date: 1974-09-05
Also published as: CH562615A5; DE2307877B2; DE2307877C3; IT1018473B

Description

Verfahren zum Sterilisieren von Blüssigkeiten Es sind Verfahren zum Sterilisieren von flüssigen oder gasförmigen Medien durch Ultraviolettstrahlung bekannt, bei welchen das zu behandelnde Medium den Mantelraum zwischen zwei koaxialen Rohren durchströmt und von einer im Inneren, aus für Ultraviolettstrahlen durchlässigem Material bestehenden Rohr angeordneten, stabförmigen Ultraviolettstrahlenquelle bestrahlt wird (DT-OS 1 916 540, CH-PS 275 970).
Das die Ultraviolettstrahlenquelle unmittelbar umschließende, als Schutzhülle wirksame Rohr besteht bei den bekannten Brennerausführungen im allgemeinen aus einem Spezialquarzglas mit Titanzusatz, das speziell für die bakterizid wirksame UV-Strahlung des ilellenbereiches 254 nm durchlässig ist, auf UV-Strahlungen anderer ellenbereiche bzw. Xellenlängen dagegen abschirmend wirkt. Für das koaxial zum inneren Rohr angeordnete äußere Rohr wird als werkstoff in der Regel ebenfalls ein quarzglas mit Titanzusatz gewählt, so daß hinsichtlich der UV-Strahlung dieselben Voraussetzungen vorliegen wie beim inneren Rohr.
Es ist ferner bekannt, Hohlgegenständ'e zwecks Sterilisierung einer UV-Bestrahlung im #ellenlängenbereich zwischen 1800 und 3000 A auszusetzen, wobei ein Teil der Strahlung im ~#llenlängenbereich zwischen 1800 und 2000 A ausgesandt wird. Das bei der Bestrahlung der in den Hohlgegenständen befindlichen Luft mit einer UV-Strahlung der erwähnten Xellenlänge entstehende Ozon wird dabei dadurch unwirksam gemacht, daß die Bestrahlung solange andauert bzw. fortgesetzt wird, bis die in den Behältern vorhandene Luft eine Temperatur von mindestens 800C erreicht hat; das ist die Temperatur, bei der sich Ozon sehr schnell zersetzt (CH-PS 325 668).
Die vorliegende Erfindung befaßt sich rhit der Sterilisierung von Flüssigkeiten mittels UV-Strahlung und basiert auf der Aufgabenstellung, hierfür den ellenbereichsanteil der UV-Strahlung zwischen 1800 und 300G A für die Sterilisierung nutzbar zu machen, d.h., insbesondere auch diejenigen Wellenlängen der UV-Strahlung heranzuziehen, welche einen ozonisierenden Effekt haben. Zum andern liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine solche Konzeption für eine Sterilisierungsvorricntung zu finden, die bei einem Geringstmaß an Konstruktionsaufwand eine optimale wirtschaftliche Arbeitsweise sowie eine optimale Sterilisierungswirkung gewährleistet.
Diese Aufgaben sind dadurch gelöst, daß erfindungsgemäß die Entkeimungswirkung der Ozon erzeugenden Strahlungskomponente durch nachträgliches Einleiten eines zuvor an dem (den) Brennerelement(en) vorbeigeführten, Sauerstoff enthaltenden Gases in die zu sterilisierende Flüssigkeit nutzbar gemacht wird und die unmittelbar bakterizid wirkende Strahlungskomponente einen Gasströmungskanal durchsetzend der außerhalb dieses Kanals am Brennerelement vorbeiströmenden Flüssigkeit zugeführt wird. Bei den infrage kommenden UV-Strahlungskomponenten handelt es sich im Falle der unmittelbar bakteriziden Strahlung insbesondere um Wellenlängen im Bereich von 254 nm, bei der ozonisierenden UV-Strahlung um Wellenlängen im Bereich von 185 nm.
Xie entsprechende Untersuchungen gezeigt haben, konnte bei zu entkeimendem fasser durch die Kombination einer direkten Bestrahlung mit bakteriziden UV-Strahlen mit einer Ozonbehandlung in Form von in die zu entkeimende Flüssigkeit ein- bzw. hindurchgeleiteten ozonisierten Luftsauerstoff eine beträchtliche Erhöhung der Entkeimungswirkung erzielt werden. Dabei ist eine umso wirksamere Ozonerzeugung gewährleistet, je trockener und staubfreier die am Brennerelement zur Ozonisierung vorbeigeführte Luft ist. In bestimmten Fällen kann es daher durchaus zweckmäßig sein, die zu oz#onisierende Luft zu konditionieren.
Im Ranmen der vorliegenden Erfindung hat es sich als vorteilhaft una wesentlich erwiesen, die unmittelbare Schutzhülle der Eintauchbrenner sowie die diese jeweils konzentrisch umschließenden Zylinder aus reinem quarzglas herzustellen, das, wie sich gezeigt hat, für die dellenlängen 234 nm und 185 nm der vom Brenner erzeugten UV-Strahlung optimal durchlässig ist.
Die Erfindung sei ia nachstehenden anhand der schematischen Zeichnung, die eine beispielsweise, zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung geeignete Entkeimungsvorrichtung im Prinzip veranschaulicht, noch näher erläutert.
beim Ausführungsbeispiel gemäß der Figur ist zwei strömungsmäßig in Reihe geschalteten UV-Bestrahlungskammern 1, 2 ein Reaktionsbehälter 3 nachgeordnet, der zugleich als Sammelbehält er dient und von dem aus die entkeimte Flüssigkeit den einzelnen, nicht gezeichneten Werbraucherstellen zugeführt wird.
Jede der beiden UV-Bestrahlungskammern enthält einen in ihr auswechselbar angebrachten Entkeimungsbrenner 4, beispielsweise in Form eines Quecksilber-Nieuereruckbrenners, der von einem UV-strahlungsdurchlässigen Zylinder 5 vorzugsweise aus reinem cduarzglas flüssigkeitsdicht und so umschlossen ist, daß zwischen der äußeren Oberfläche der Brennerelemente 4 und der inneren Oberfläche der Quarzzylinder 5 ein Abstand verbleibt, wodurch in jeder Bestrahlungskammer ein Strömungskanal b, 7 entsteht. Der jeweilige Abstand des quarzzylinaers vom Brennerelement wird dabei abhängig von der Strahlungsleistung und/oder der gewünschten Strahlungswirkung gewählt.
Die zu entkeimende Flüssigkeit wird der Bestrahlungskammer 1 über die Zulaufstelle 8 erforderlichenfalls unter Zwischenschaltung eines Filters 9 zugeführt. Das Filter dient dabei dem Zweck, aus der zu entkeimenden Flüssigkeit vor deren Eintritt in den Bestrahlungsbeflälter insbesondere solche Teilchen und/oder Substanzen zu entfernen, welche die Strahlungsdurchlässigkeit der Flüssigkeit im interessierenden Wellenbereich beeinträchtigen.
Die bakterizide UV-Strahlung der Wellenlänge 2000 bis 3000 Å, insbesondere die der Wellenlänge 254 nm, tritt im wesentlichen radial aus dem Entkeimungsbrenner aus und wirkt nach dem Durchlaufen des Strömungskanals 6 und dem Durchdringen der Wandung des quarzzylinders 5 unmittelbar auf die zu entkeimende Flüssigkeit 10 ein.
Die in dieser ersten Stufe der sterilisierenden Wirkung einer UV-Strahlung des iellenbereichs 2000 bis 3000 A ausgesetzte Flüssigkeit gelangt über eine Verbindungsleitung 11 in aie zweite UV-Bestrahlungskaminer 2, in der sie einer weiteren UV-Bestrahlung des angegebenen Wellenbereiches unterworfen wird. Nach dieser Bestrahlungsphase verläßt die vorsterilisierte Flüssigkeit die Bestrahlungskammer 2 und strömt über die Rohrleitung 12 in den Reaktionsbehälter 3, in welchem sie der sterilisierten Wirkung des Ozons ausgesetzt wird.
Zum Zwecke der Ozonisierung der durch UV-Bestrahlung bereits vorentkeimten Flüssigkeit wird der ersten UV-Bestrahlungskammer 1 ein ozonisierbares Gas, beispielsweise Luft, über eine Ansaug-bzw. Eintrittsstelle 13, gegebenenfalls unter Verwendung eines Luftkompressors 14 oder dgl. zugeführt. Dieses Gas gelangt dann über eine bei 15 den Behälterdeckel 16 durchdringende Rohrleitung 17 in den ersten Strömungskanal 6 und wird auf dem Weg zur Austrittsstelle 18 der Wirkung der UV-Strqtilung des Wellenbereiches 1800 bis 2000 Ae, insbesondere aber der Wellenlänge 185 nm zugänglich gemacht und dadurch ozonisiert. Das vorozonisierte Gas strömt dann über eine Verbindungsleitung 19 von unten her in den Strömungskanal 7 der Bestrahlungskammer 2 ein, durchsetzt diesen von unten nach oben und wird dabei einer zweiten Ozonisierungsphase unterworfen, bis es schließlich im ozonisierten Zustand in eine in den Reaktionsbehälter 3 führende Leitung 20 gelangt, welche durch die Abdeckung 21 dieses Behälters hindurch und bis angenähert in dessen Bodenbereich geführt ist.
Das ozonisierte Gas wird der im Reaktionsbehälter befindlichen, durch UV-Bestrahlung bereits weitgehend entkeimten Flüssigkeit 10 mittels einer Ringleitung 22 vorzugsweise im Gegenstrom zugeführt, die mit Gasaustrittsöffnungen 23 versehen ist. Im Bedarfsfall kann das ozonisierte Gas auch unter Druck in die Flüssigkeit 10 eingespeist werden. Anstelle einer Ringleitung kann selbstverständlich jede für einen solchen Zweck geeignete Vorrichtung verwendet werden.
Die entkeimte Flüssigkeit kann der Zapfstelle 24 entnommen werden.
Um in der Flüssigkeit eventuell noch vorhandenes freies Ozon herauszufiltern, besteht die Möglichkeit, der Zapfstelle 24 ein geeignetes Filter 25, etwa ein Aktiv-Kohlefilter, vorzuschalten.
Infolge des Doppelentkeimungseffektes wird einerseits eine optimale bakterizide Wirkung erzielt und zum andern kann der Flüssigkeitsdurchsatz pro Zeiteinheit ganz wesentlich erhöht werden.
Verwendet man beispielsweise einen #uecksilber-UV-Niederdruckbrenner mit einer Leistung von ca 8 Watt, so lassen sich damit bei ausschließlich auf reiner UV-Strahlung beruhender Entkeimungswirkung pro Minute etwa drei Liter bakteriologisch nicht einwandfreies Wasser in hygienisch einwandfreies Trinkwasser umwandeln.
Bei gleichzeitiger Ozonisierung eines an dem erwähnten Niederdruckbrenner vorbeigeleiteten Luftstromes von ca. fünf Litern pro Minute und anschließendem Einleiten der ozonisierten Luft gut verteilt in das zu entkeimende Wasser konnte die Entkeimungsleistung etwa verdoppelt werden, so daß pro minute ca. sechs Liter hygienisch nicht sehr beanstandbares Wasser gewonnen werden konnten.
Die ozonierte Luft kann ohne weiteres auch einer nachgeschalteten weiteren Flüssigkeitssäule oder Kolonne gegebenenfalls über geeignete Mischvorrichtungen und/oder Düsen zugeführt werden.
Werner können auch mehrere gemäß der Erfindung ausgeführte Brenterkombinationen nebeneinander in einem Sammelbehälter angeordnet bzw.
zusammengefaßt sein.
Das Verfahren nach der Erfindung eignet sicn insbesondere auch für die Entkeimung von FlüssigKeiten mit geringer U#-Durchlässigkeit, also beispielsweise für Milch, Fruchtsäfte und dergleichen.
Solche Flüssigkeiten können durch eine UV-Bestrahlung nur dann wirksam entkeimt werden, wenn die der unmittelbaren UV-Bestrahlung ausgesetzte Flüssigkeitsschicht nicht zu dick ist. Nach einem weiteren Gedanken der Erfindung ist daher vorgesehen, derartige Flüssigkeiten über einen beispielsweise trichterförmig gestalteten Verteiler dem diesem zugeordneten, in der Figur mit 5 bezeichneten Rohrzylinder derart zuzuführen, daß die Flüssigkeit als Film entsprechender Schichtdicke an der Außenwandung des Rohrzylinders abwärtsläuft. Um dabei einen Flüssigkeitsfilm gleichmäßiger Schichtdicke zu erhalten und diesen abhängig von der jeweiligen Flüssigkeit in seiner Stärke variieren zu können, ist der Strömungsquerschnitt des trichterförmigen Verteilers veränderbar und außerdem der Flüssigkeitspegel im Verteiler, beispielsweise durch eine höhenverstellbare Überlaufvorrichtungfi einstellbar. Der Reaktions- bzw. Sammelbehälter, in welchen die ozonisierte Luft eingeleitet wird, kann dabei auch vom unteren Teil eines Aufnahmebehälters für die komplette Kntkeimungseinheit gebildet sein. Zweckiäßigerweise wird auch diesem Reaktionsbehälter ein geeigneter Uberlauf zugeordnet. Durch die Wirkung des Ozons wird entweder der Grad der Entkeimung der im Reaktionsbehälter befindlichen Flüssigkeit erhöht oder im Falle unzureichender Entkeimung des an der Außenwandung des Rohrzylinders herablaufenden Flüssigkeitsfilms durch die unmittelbar bakterizid wirkende UV-Strahlungskomponente, beispielsweise infolge übermäßiger Schichtdicke der Flüssigkeit, der erforderliche Entkeimungsgrad erreicht. Dies bedeutet aber andererseits, daß der ozonisierende Effekt auch hier eine beträchtliche Erhöhung des Flüssigkeitsdurchsatzes pro Zeiteinheit ermöglicht.
Ia Bedarfsfall können mehrere Entkeimungseinheiten nach der Erfindung auch in einem gemeinsamen Behälter untergebracht werden. Das ozonisierte Gas kann dabei entweder unmittelbar der diesen Behälter durchströmenden Flüssigkeit zugeführt oder in eine der Flüssigkeit strömungsmäßig vor- oder nachgeschaltete Kolonne bzw. in einen Sammelbehälter eingeleitet werden. Zur Steuerung und/oder Regelung der jeweiligen Durchflußmengen eignen sich die von der Strömungstechnik her bekannten Elemente ohne Einschränkung. Dies gilt auch für die Erzielung turbulenter Strömungen.
Um insbesondere die Entkeimungswirkung der Ozon erzeugenden UV-Strahlung zu erhöhen, hat es sich als günstig erwiesen, die Innenwände der Rohrzylinder 5 teilweise oder ganz mit einer reflektierenden Schicht, z.B. in Form einer dünnen Aluminiuifolie, zu versehen.
Anspräche:

Claims

Patent ansprüche 1. Verfahren zum Sterilisieren von Flüssigkeiten mittels Ultraviolett strahlung des Wellenbereichs 1800 bis 3060 A, dadurch gekennzeichnet, daß die Entkeimungswirkung der Ozon erzeugenden Strahlungskomponente durch nachträgliches Einleiten eines zuvor an dem (den) Brennerelement(en) (4) vorbeigeführten, Sauerstoff enthaltenden Gases in die zu sterilisierende Flüssigkeit (10) nutzbar gemacht wird und die unmittelbar bakterizid wirkende Strahlungskomponente einen Gasströmungskanal (6, 7) durchsetzend der außerhalb dieses Kanals am Brennerelement (4) vorbeiströmenden Flüssigkeit zugeführt wird.
2. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß aie unmittelbare Schutzhülle der Entkeimungsbrenner (4) aus einem sowohl für die bakterizide Ultraviolettstrahlung der Wellenlänge 254 nm als auch für aie Ozon erzeugende Ultraviolettstrahlung der wellenlänge 185 nm durchlässigem Material besteht und daß die Gasströmungskanäle (6, 7) durch die Entkeimungsbrenner (4) konzentrisch umschließende Rohrzylinder (5) aus demselben strahlungsdurchlässigen Material abgegrenzt sind.
3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzhülle der Entkeimungsbrenner (4) und die Rohrzylinder (5) aus reinem quarzglas bestehen.
4. Einrichtung nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurcn gekennzeichnet, daß Brennerelemente (4) und Rohrzylinder (5) auswechselbar in den Bestrahlungskamern (1, 2) angebracht sind.
5. Verfahren nach Anspruch 1 und Einrichtung nach den Ansprüchen 2 - 4, dadurch gekennzeichnet, daß die aus dem Brennerelement (4) und dem Rohrzylinder (5) bestehende Einheit jeweils in eine die zu entkeimende Flüssigkeit enthaltende, mit Anschlüssen für den Zu- und Ablauf der Flüssigkeit versehene Bestrahlungskammer flüssigkeitsdicht eingesetzt ist und das Sauerstoff enthaltende Gas dem Strömungskanal (6, 7) über eine im Behälterdeckel vorgesehene Öffnung (15) mittels einer Rohrleitung (17) und erforderlichenfalls unter Druck zugeführt und nach seiner Ozonisierung in die zu entkeimende Flüssigkeit eingeleitet wird.
6. Einrichtung nach den Ansprüchen 2 - 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine, zwei oder mehrere bestranlungskainmern (1, 2) flüssigkeits- und gasströmungsmäig hintereinandergeschaltet sind und der Flüssigkeitsauslauf (12) der letzten Bestrahlungskammer in einen eine Entnahmestelle (24) enthaltenden Reaktions- bzw. Sammelbehälter (3) mündet, in welchen das ozonisierte Gas über eine zu einem Verteiler (22) führende Leitung (20) eingeleitet wird.
7. Einrichtung nacn Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die in den Reaktionsbehälter (3) führende Gasleitung (20) bis zum Bodenbereich des Behälters herabgezogen ist und der in der Flüssigkeit befindliche Verteiler (22) als mit Austrittsöffnungen (23) für das ozonisierte Gas versehene Ringleitung ausgebildet ist, welches der Flüssigkeit vorzugsweise im Gegenstrom zugeführt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 1 una Einrichtung zur Durchfahrun des Verfahrens nach den Ansprüchen 2 - 7, dadurch gekennzeichnet, daß den Rohrzylindern (5) jeweils ein tric#terförmig oder ähnlich gestalteter Flüssigkeitsverteiler mit veränderbarem Flüssigkeitspegel und/oder einstellbarem Strömungsquerschnitt so zugeordnet ist, daß an der Außenwandung der Rohrzylinder ein Flüssigkeitsfilm definierter Schichtdicke kontinuierlich abwärts läuft.
9. Einrichtung nach den Ansprüchen 2 - 5, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere aus einem Entkeimungsbrenner und einem diesen konzentrisch umschließenden Zylinder bestehende Entkeimungseinheiten in einen gemeinsamen Behält er eingesetzt sind und daß das ozonisierte Gas entweder unmittelbar in die diesen Behälter durchströmende Flüssigkeit oder in einen diesem Behälter strömungsmäib nachgeschalteten Reaktions- oder Sammelbehälter eingeleitet wird.
10. Verfahren und Einrichtung nach den Ansprüchen 1 - 9, dadurch gekennzeichnet, daß als zuozonisierendes Gas Luft oder Sauerstoff verwendet wird.
11. Verfahren und Einrichtung nach den Ansprüchen 1 - 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlulsleitungen für den Zu- und Ablauf der Flüssigkeit tangential zu den entsprechenden Behälterwandungen verlaufen und die Rohrzylinder (5) flüssigkeitsseitig mit Schikanen zur Erzielung einer turbulenten Strömung versehen sind.
12. Einrichtung nach den Ansprüchen 2 - 11, dadurch gekennzeichnet, daß in den Zulauf der zu entkeimenden Flüssigkeit zu den Bestrahlungskammern und/oder in den Auslauf der entkeimten Flüssigkeit aus dem Reaktionsbehälter Filter eingeschaltet sind.
13. Einrichtung nach den Ansprüchen 2 - 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenwände der Rohrzylinder (5) mindestens teilweise mit einer reflektierenden Schicht versehen sind.

L e e r s e i t e