DE2307877C3

DE2307877C3 - Vorrichtung zum Sterilisieren von Flüssigkeiten

Info

Publication number: DE2307877C3
Application number: DE19732307877
Authority: DE
Inventors: Reiner Dipl.-Ing. 7312 Kirchheim Wiest
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1973-02-17
Filing date: 1973-02-17
Publication date: 1982-01-14
Also published as: DE2307877B2; DE2307877A1; CH562615A5; IT1018473B

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Sterilisieren von Flüssigkeiten mittels UV-Strahlung und von dieser gebildetem Ozon, die wenigstens einen in einer Bestrahlungskammer untergebrachten Entkeimungsbrenner enthält, dem im Abstand eine Umhüllung aus für UV-Strahlung durchlässigem Material zugeordnet ist, wobei in den so gebildeten Kanal zwischen Entkeimungsbrenner und Umhüllung ein Sauerstoff enthaltendes Gas eingeleitet und anschließend der zu sterilisierenden Flüssigkeit zugeführt wird, und bei der die die Umhüllung durchdringenden UV-Strahlen unmittelbar auf die Flüssigkeit einwirken.

Es ist eine Vorrichtung zum Entkeimen von Flüssigkeiten durch ultraviolette Strahlen und von diesen gebildetem Ozon bekannt, bei der eine Metalldampflampe ganz oder teilweise in ein Gefäß eingesetzt ist, das Zu- und Ableitrohre aufweist und in dem von den auf die Flüssigkeit direkt einwirkenden ultravioletten Strahlen auch Ozon gebildet werden kann, welches in die Flüssigkeit eingeleite: wird (DE-PS 3 78 123)

Die mit einer solchen Vorrichtung erzielbare Entkeimungswirkung ist jedoch nur sehr unvollkommen. Dies einerseits deshalb, weil infolge der im Vergleich zum umgebenden Flüssigkeitsvolumen nur sehr geringen Wirkungserstreckung der Metalldampflampe in dem sie nur unzureichend umhüllenden Gefäß sowie in der umgebenden Flüssigkeit von vornherein nur ein geringfügiger Ozonisierungseffekt erzielbar ist. Hinzu kommt noch, daß der dem Ableitrohr abgewandte Bereich des Gefäßes strömungsmäßig gesehen einen Stauraum bildet, so daß der Wirkungsgrad der Vorrichtung auch schon aus diesem Grund beeinträchtigt ist. Andererseits wird überhaupt nur ein verhältnismäßig geringer Volumenanteil der im Flüssigkeitsbehälter befindlichen Flüssigkeit von den aufsteigenden Luft- und Ozonblasen durchsetzt, zumal sich diese Gasblasen auch noch an den im Flüssigkeitsbehälter befindlichen Rohren, Leitungen und Einsätzen festsetzen.

Es sind auch schon Verfahren zum Sterilisieren von flüssigen oder gasförmigen Medien durch Ultraviolettstrahlung bekannt, bei welchen das zu behandelnde Medium den Mantelraum zwischen zwei koaxialen Röhren durchströmt und von einer im Inneren, aus für Ultraviolettstrahlen durchlässigem Material bestehenden Rohr angeordneten, stabförmigen Ultraviolettstrahlenquelle bestrahlt wird (DE-OS 19 16 540, CH-PS 2 75 970).

Das die Ultraviolettstrahlenquelle unmittelbar umschließende, als Schutzhülle wirksame Rohr besteht bei diesen bekannten Brennerausführungen im allgemeinen aus einem Spezialquarzglas mit Titanzusatz, das speziell für die bakterizid wirksame UV-Strahlung des Wellenbereichs 254 nm durchlässig ist, auf UV-Strahlung anderer Wellenbereiche bzw. Wellenlängen dagegen abschirmend wirkt. Für das koaxial zum inneren Rohr angeordneten äußeren 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, Hohlgegenstände zwecks

Sterilisierung einer UV-Bestrahlung im Wellenlängenbereich zwischen 1800 und 3000 A auszusetzen, wobei ein Teil der Strahlung im Wellenlängenbereich zwischen 1300 und 2000 A ausgesandt wird. Das bei der Bestrahlung der in den Hohlgegenständen befindlichen Luft mit einer UV-Strahlung der erwähnten Wellenlänge entstehende Ozon wird dabei dadurch unwirksam gemacht, daß die Bestrahlung so lange andauert bzw. fortgesetzt wird, bis die in den Behältern vorhandene Luft eine Temperatur von mindestens 80° erreicht hat; das ist die Temperatur, bei der sich Ozon sehr schnell zersetzt (CH-PS 3 25 668).

Die vorliegende Erfindung befaßt sich mit der Sterilisierung von Flüssigkeiten mittels UV-Strahlung und basiert auf der Aufgabenstellung, eine solche is Konzeption für eine Sterilisierungsvorrichtung zu finden, die bei einem Geringstmaß an Konstruktionsaufwand eine optimale Sterilisierungswirkung sowie eine optimal wirtschaftliche Arbeitsweise gewährleistet Dabei wird der Wellenbereichsanteil der UV-Strahlung zwischen 1800 und 3000 A für die Sterilisierung nutzbar gemacht, das heißt, insbesondere werden auch diejenigen Wellenlängen der UV-Strahlung herangezogen, welche einen ozonisierenden Effekt haben.

Diese Aufgabe ist dadurch gelöst, daß die Vorrichtung zum Sterilisieren erfindungsgemäß mindestens eine Bestrahlungskammer enthält, der ein kombinierter Reaktions- und Sammelbehälter räumlich nachgeordnet ist, und daß die Bestrahlungskammer und der Reaktions-Sammelbehälter sowohl flüssigkeits- als auch gasströmungsmäßig miteinander verbunden sind, und daß ferner die in den Reaktionsbehälter eingeführte Gasleitung bis in dessen Bodenbereich herabgezogen ist und in einen mit Austrittsöffnungen versehenen Ringverteiler einmündet.

Bevorzugte Ausführungen der Vorrichtung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet. Wie entsprechende Untersuchungen gezeigt haben, konnte bei zu entkeimendem Wasser durch die Kombination einer direkten Bestrahlung mit bakteriziden UV-Strahlen mit einer Ozonbehandlung in Form von in die zu entkeimende Flüssigkeit ein- bzw. hindurchgeleitetem ozonisiertem 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 ozonisierende Luft zu konditionieren.

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.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung hat es sich als vorteilhaft und wesentlich erwiesen, die unmittelbare Schutzhülle der Eintauchbrenner sowie die diese jeweils konzentrisch umschließenden Zylinder aus reinem Quarzglas herzustellen, das, wie sich gezt-igt hat, für die Wellenlängen 254 nm und 185 nm der vom Brenner to erzeugten UV-Strahlung optimal durchlässig ist

Die Erfindung sei im nachstehenden anhand der schematischen Zeichnung, die eine beispielsweise, zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung geeignete Entkeimungsvorrichtung im Prinzip veran- b5 schaulicht, 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 Sammelbehälter dient und von dem aus die entkeimte Flüssigkeit den einzelnen, nicht gezeichneten Verbraucherstellen zugeführt wird.

Jede der beiden UV-Bestahlungskammern enthält einen in ihr auswechselbar angebrachten Entkeimungsbrenner 4, beispielsweise in Form eines Quecksilber-Niederdruckbrenners, der von einem UV-strahlungsdurchlässigen Zylinder 5 vorzugsweise aus reinem Quarzglas flüssigkeitsdicht und se 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 6, 7 entsteht Der jeweilige Abstand des Quarzzylinders 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 Bestrahlungsbehälter 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 A, 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 Wellenbereichs 2000 bis 3000 A ausgesetzte Flüssigkeit gelangt über eine Verbindungsleitumng 11 in die zweite UV-Bestrahlungskammer 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 sterilisierenden 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 Wege zur Austrittsstelle 18 der Wirkung der UV-Strahlung des Wellenbereiches 1800 bis 2000 A, 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 Abdekkvng 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 Rineleitune 22

vorzugsweise im Gegenstrom zugeführt, die mit Gasaustrittsöffnungen 23 versehen ist Im Bedarfsfall kann das ozonisierte Gas auch unter Druck in die Flüssigkeit IO 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 Quecksilber-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 mehr 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. Ferner können auch mehrere gemäß der Erfindung ausgeführte Brennerkombinationen nebeneinander in einem Sammelbehälter angeordnet bzw. zusammengefaßt sein.

Das Verfahren nach der Erfindung eignet sich insbesondere auch für die Entkeimung von Flüssigkeiten mit geringer UV-Durchlässigkeit, also beispielsweise für Milch, Fiuchtsäfte 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 Außenwan-■> dung des Rohrzylinders abwärtsläuft. Um dabei einen Flüsisigkeitsfilm gleichmäßiger Schichtdicke zu erhalten und diesen abhängig von der jeweiligen Flüssigkeit in seiner Stärke variieren zu können, ist der Strömungsquerschnitt des trichterförmigen Verteilers veränderbar

ίο und außerdem der Flüssigkeitspegel im Verteiler, beispielsweise durch eine höhenverstellbare Überlaufvorrichtung, einstellbar. Der Reaktions- bzw. Sammelbehälter, in welchen die ozonisierte Luft eingeleitet wird, kann dabei auch vom unteren Teil eines Aufnahmebehälters für die komplette Entkeimungseinheit gebildet sein. Zweckrnäßigcnvcisc wird auch dieseim Reaktionsbehälter ein geeigneter Oberlauf 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-Strahlungükomponente, beispielsweise infolge übermäßiger

ι--, 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

in Im 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

)5 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.

Urn insbesondere die Entkeimungswirkung der Ozon erzeugenden UV-Strahlung zu erhöhen, hat es sich als günsilig erwiesen, die Innenwände der Rohrzylinder 5 teilweise oder ganz mit einer reflektierenden Schicht z. B. in Form einer dünnen Aluminiumfolie, zu versehen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Sterilisieren von Flüssigkeiten mittels UV-Strahlung und von dieser gebildetem Ozon, bestehend aus wenigstens einem in einer Bestrahlungskammer untergebrachten Entkeimungsbrenner, dem im Abstand eine Umhüllung aus für UV-Strahlung durchlässigem Material zugeordnet ist, wobei in den so gebildeten Kanal zwischen Entkeimungsbrenner und Umhüllung ein Sauerstoff enthaltendes Gas eingeleitet und anschließend der zu sterilisierenden Flüssigkeit zugeführt wird, und bei der die die Umhüllung durchdringenden UV-Strahlen unmittelbar auf die Flüssigkeit einwirken, dadurch gekennzeichnet, daß sie mindestens eine Bestrahlungskammer enthält, der ein kombinierter Reaktions- und Sammelbehälter (3) räumlich nachgeordnet ist, und daß die Bestrahlungskammer und der Reaktions-Sammelbehälter (3) sowohl flüssigkeits- als auch gasströmungsmäßig miteinander verbunden sind, und daß ferner die in den Reaktionsbehälter eingeführte Gasleitung (20) bis in dessen Bodenbereich herabgezogen ist und in einen mit Austrittsöffnungen (23) versehenen Ringverteiler (22) einmündet

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die den Entkeimungsbrenner umschließende Umhüllung als die Bestrahlungskammer axial vollständig durchsetzender Rohrzylinder (5) ausge- jo bildet ist und daß das Brennerelement (4) und der Rohrzylinder (5) auswechselbar in der Bestrahlungskammer angebracht sind.

3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1-2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Reaktions-Sam- js melbehälter (3) zwei Bestrahlungskammern (1, 2) vorgeordnet sind.

4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere jeweils aus einem Entkeimungsbrenner (4) und einem diesem im Abstand umschließenden Rohrzylinder (5) gebildete Entkeimungseinheiten in eine gemeinsame Bestrahlungskammer eingesetzt sind.

5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 -4, dadurch gekennzeichnet, daß den Rohrzylindern (5) jeweils ein trichterförmig oder ähnlich gestalteter Flüssigkeitsverteiler mit veränderbarem Flüssigkeitspegel und/oder einstellbarem Strömungsquerschnitt zugeordnet ist, derart, daß an der Außenwandung der Rohrzylinder ein Flüssigkeitsfilm definierter Schichtdicke kontinuierlich abwärtsläuft.

6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 — 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußleitungen für den Zu- und Ablauf der Flüssigkeit tangential zu den Behälterwandungen verlaufen und die Rohrzylinder (5) flüssigkeitsseitig mit Schikanen zur Erzielung einer turbulenten Strömung versehen sind.

7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß in den Zulauf der zu entkeimenden Flüssigkeit zu den Bestrahlungskammern und/oder in den Auslauf der entkeimten Flüssigkeit aus dem Reaktions-Sammelbehälter Filter eingeschaltet sind.

8. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 — 7, dadurch gekennzeichnet, daß das ozonisierte Gas 6·> und die Flüssigkeit im Reaktionsbehälter entgegengesetze Strömungsrichtung haben.

9. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1—8,

dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzhülle der Entkeimungsbrenner und die Rohrzylinder aus reinem Quarzglas bestehen.