DE3308325A1 - Method and device for the complete or partial destruction of microorganisms - Google Patents
Method and device for the complete or partial destruction of microorganismsInfo
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Abstract
Description
Beschreibung » 3 · Description »3 ·
Die Bekämpfung von gesundheitsschädlichen oder unerwünschten Mikroorganismen stellt eine wesentliche Aufgabe beispielsweise in der Pharmazie, der Lebensmittelindustrie, der Wasserwirtschaft, der Chemie und Biotechnologie dar. Ebenfalls ist im Gesundheitswesen in Bezug auf die Hygiene eine Begrenzung bzw. Vernichtung von pathogenen bzw. fakultativ pathogenen Mikroorganismen notwendig.The fight against harmful or unwanted microorganisms represents an essential task in pharmaceuticals, the food industry, water management, chemistry and biotechnology, for example In the health care system, with regard to hygiene, a limitation or destruction of pathogens or optional pathogenic microorganisms necessary.
Bekannte Verfahren wie z.B. Hitzsterilisation, Gassterilisation, Sterilisation durch Strahlung, Abtötung durch Thermoradiation oder durch Einwirkung von chemischen Mitteln sind zum Teil äußerst aufwendig, kostenintensiv oder sind für entsprechend zu behandelnde Medien nicht anwendbar. Known processes such as heat sterilization, gas sterilization, sterilization by radiation, death by thermal radiation or by exposure to it chemical agents are sometimes extremely complex, cost-intensive or cannot be used for media to be treated accordingly.
Mit der Erfindung kann beispielsweise ein flüssiges oder gasförmiges, durch Mikroorganismen kontaminiertes Medium ohne Hitze, Strahlung oder chemische Mittel mit nur geringem technischen und energetischem Aufwand kontinuierlich oder diskontinuierlich in seinem Gehalt an lebensfähigen Mikroorganismen ganz oder teilweise reduziert werden. Die Wirkung der Mikroorganismenreduktion wird bei der eingereichten Erfindung dadurch erzielt, daß mechanische Kräfte, welche bei einer vorangehenden Druckerhöhung und sofortiger Entspannung auf die Organismen einwirken, intakte Zellen zerstören, oder nur in ihrer Vermehrungsfähigkeit hemmen.With the invention, for example, a liquid or gaseous, Medium contaminated by microorganisms without heat, radiation or chemical agents with little technical and energetic expenditure be continuously or discontinuously reduced in its content of viable microorganisms in whole or in part. The effect the reduction of microorganisms is achieved in the submitted invention that mechanical forces, which in a preceding Pressure increase and immediate relaxation act on the organisms, destroy intact cells, or only inhibit their ability to reproduce.
In der pharmazeutischen Industrie wird beispielsweise aufbereitetes keimarmes Wasser in Ringleitungen umgepumpt. Es hat sich gezeigt, daß fliessendes Wasser eine geringere Wachstumsrate für Keime aufweist, als dies in stehendem Wasser der Fall ist. Jedoch kommt es selbst bei fließendem Wasser öfters zu unerwünschten hohen Verkeimungen.In the pharmaceutical industry, for example, processed low-germ is used Water circulated in ring lines. It has been shown that running water has a lower growth rate for germs than this is the case in standing water. However, undesirable high levels of germs often occur even with running water.
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Beispielsweise wird aus einer derartigen Ringleitung (1) wie in Figur 1 gezeichnet, ein bestimmter Teilwasserstrom über die Bypassleitung (10) einer Pumpe (3) zugeführt. Durch die nachgeschaltete Drosseleinrichtung (5) baut sich beispielsweise zwischen Leitung (10) und Drossel (5) eine Druckdifferenz von beispielsweise zwei Bar auf, welche durch Veränderung des Drosselventils (5) variiert und auf dem Manometer (4) abgelesen werden kann. Nach Durchtritt durch beispielsweise einen Ventilkegel in der Drosselvorrichtung (5) wird das Wasser schlagartig auf den Umgebungsdruck entspannt, da die Drosselvorrichtung (5) über eine Düse (6) in ein Entspannungsgefäß (7) mündet und das Entspannungsgefäß (7) über ein Belüftungsventil (8) mit aufgebautem Sterilfilter (9) mit der Umgebung im Gleichdruck steht. Die plötzliche Entspannung bewirkt das Zerstören der Mikroorganismen. Um das Wasser nun aus dem Entspannungsgefäß (7) wieder der Leitung (1) zuzuführen, ist es erforderlich, daß der Druck in der Ringleitung (1) beim Eintritt der Bypassleitung (10) welche aus dem Entspannungsgefäß (7) führt, kleiner als der Umgebungsdruck ist. Mit Hilfe der Drosselklappe (2) in der Hauptleitung kann eine Reduzierung des Druckes in dieser erreicht werden. Das Sterilfilter (9) ist nötig, um das im Entspannungsgefäß (7) befindliche aufbereitete Wasser nicht mit Mikroorganismen aus der Umgebung erneut zu kontaminieren. Über das Ventil (11) können beispielsweise Wasserproben entnommen werden.For example, such a ring line (1) as in FIG drawn, a certain partial water flow is fed to a pump (3) via the bypass line (10). By the downstream throttle device (5), for example, a pressure difference of, for example, two bar builds up between line (10) and throttle (5), which is caused by change of the throttle valve (5) and can be read on the pressure gauge (4). After passing through, for example, a valve cone in the Throttle device (5), the water is suddenly expanded to the ambient pressure, since the throttle device (5) via a nozzle (6) into an expansion vessel (7) opens and the expansion vessel (7) via a ventilation valve (8) with built-on sterile filter (9) is in constant pressure with the environment. The sudden relaxation causes the destruction of the Microorganisms. In order to supply the water from the expansion vessel (7) back to the line (1), it is necessary that the pressure in the ring line (1) at the entry of the bypass line (10) which leads from the expansion vessel (7) is lower than the ambient pressure. The pressure in the main line can be reduced with the help of the throttle valve (2). The sterile filter (9) is necessary about the treated water in the expansion vessel (7) to recontaminate with microorganisms from the environment. For example, water samples can be taken via the valve (11).
Da sich das Medium durch Dissipation beispielsweise in der Pumpe (3) oder am Drosselorgan (5) erwärmen kann ist eine Kühleinrichtung (13), wie Sie Fig. 5 zeigt, in der Bypassleitung vorzusehen. Bekanntlich ist das Wachstum bei den meisten, im Wasser gefundenen Bakterien, bei etwa 25-370C am größten. Mit einer Kühleinrichtung ist es möglich, das Medium kalter zu halten.Since the medium can heat up through dissipation, for example in the pump (3) or at the throttle element (5), a cooling device (13), as shown in FIG. 5, must be provided in the bypass line. It is known that the growth of most, found in the water bacteria at about 25-37 0 C at the greatest. With a cooling device it is possible to keep the medium colder.
Anders als in Fig. 1 wird in Fig. 2 die Rückführung des Wassers in die Ringleitung (1) aus dem Entspannungsgefäß (7) mit Hilfe einer weiteren Pumpe (3) erreicht. Das in die Bypassleitung (10) eingebaute Rückschlagventil (12) verhindert ein Rückströmen von Wasser bei Ausfall der dahinter liegenden Pumpe (3) in das Entspannungsgefäß (7).Unlike in Fig. 1, the return of the water to the Ring line (1) reached from the expansion vessel (7) with the help of another pump (3). The check valve built into the bypass line (10) (12) prevents water from flowing back into the expansion vessel (7) if the pump (3) behind it fails.
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Die Verwendung des in Fig. 1 und 2 gezeichneten Bypass-Systems ermöglicht die Abnahme nur einer Teilmenge Wasser und spart somit den Anteil an Energiekosten, welcher bei der Gesamtmenge für die Druckerhöhung benötigt worden wäre. Voraussetzung hinsichtliche der Reduktion an Mikroorganismen ist, daß durch die Bypassleitungen (10) eine geringere Mikroorganismenzahl in die Leitung (1) eingebracht wird, als in dieser vor Eintritt in die Bypassleitung war. Die Reduktion an Mikroorganismen im Gesamtsystem ist abhängig von der Größe des Volumenstroms durch die Pumpe (3) und der darin enthaltenen Menge an Mikroorganismen, von der auftretenden Druckdifferenz zwischen Drosseleinrichtung (5) und Entspannungsgefäß (7) und der Geometrie der Drosseleinrichtung (5) und nachgeschalteter Düse (6).The bypass system shown in FIGS. 1 and 2 can be used the purchase of only a partial amount of water and thus saves the portion of energy costs that are required for the total amount for the pressure increase would have been needed. A prerequisite with regard to the reduction in microorganisms is that the bypass lines (10) reduce the amount Microorganism count is introduced into the line (1) than in this was before entering the bypass line. The reduction in microorganisms in the overall system depends on the size of the volume flow by the pump (3) and the amount of microorganisms it contains, of the pressure difference occurring between the throttle device (5) and Expansion vessel (7) and the geometry of the throttle device (5) and downstream nozzle (6).
Figur 3, 4 und 6 zeigt eine Drosseleinrichtung (5), bei welcher die Stelle der Drosselung unmittelbar auf dem Entspannungsgefäß (7) sitzt. Dadurch wird eine direktere Entspannung des Mediums in das Entspannungsgefäß erreicht. Figure 3, 4 and 6 shows a throttle device (5) in which the point the throttling sits directly on the expansion vessel (7). This results in a more direct expansion of the medium into the expansion vessel.
Figur 6 zeigt eine Drosseleinrichtung in welcher ein Drosselspalt (1B) dadurch erzeugt wird, daß über einer Öffnung des Zwischenbehälters (7) ein Gehäuse (19) angeordnet ist, in welchem sich eine Zahnstange (20) mit einer scharfen Kante befindet und diese beispielsweise über ein Zahnrad (21 ) hin und her bewegt werden kann. Der scharfkantige Drosselspalt (18) ermöglicht die spontane Entspannung des Mediums in dem Zwischenbehälter (7).Figure 6 shows a throttle device in which a throttle gap (1B) thereby is generated that a housing over an opening of the intermediate container (7) (19) is arranged, in which there is a toothed rack (20) with a sharp edge and this for example via a toothed wheel (21) and can be moved here. The sharp-edged throttle gap (18) enables the spontaneous relaxation of the medium in the intermediate container (7).
Durch die Abschrägung der scharfen Kante der Zahnstange (20) wird das Medium vor Eintritt in den Spalt (18) nochmals beschleunigt, sodaß bei der spontanen Entspannung nach Durchtritt noch größere Kräfte auf das Medium wirken, als dies ohne Abschrägung der Fall sein wird. Nach dem Durchtritt des Mediums durch den Spalt (18) ist die Wand des Zwischenbehälter ( Π r.o geformt, daß sich der Querschnitt schnell erweitert, um die Fntspannung möglichst schnell herbeizuführen.Due to the bevel of the sharp edge of the rack (20), the medium accelerated again before entering the gap (18), so that in the spontaneous relaxation after passage, even greater forces act on the medium than would be the case without beveling. After the passage of the medium through the gap (18) is the wall of the intermediate container (Π r.o shaped so that the cross-section expands quickly by the relaxation to bring about as quickly as possible.
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Die geometrische Form der Eintrittstelle des Mediums in den Zwischenbehälter (7) ist von großer Bedeutung für die Wirksamkeit der" Abtötung bzw. die Wachstumsreduktion. Wie bereits beschrieben, soll die Entspannung nach dem Durchtritt schnell orfolgen können.■Deshalb ist die Bohrung zur Aufnahme des Drosselkegels (16) in Figur 4 vom Innenraum des Zwischenbehälters (7) her ausgesenkt. Dde entstandene scharfe Kante des Ringspaltes (15) zwischen Ventilkegel (16) und Gehäuse (17) erzeugt beim Durchtritt des Mediums durch diesen starke Scherkräfte, welche das Zerstören der Mikroorganismen beschleunigen.The geometric shape of the entry point of the medium into the intermediate container (7) is of great importance for the effectiveness of the "killing or growth reduction. As already described, the relaxation be able to follow up quickly after the passage. ■ That is why the drilling for receiving the throttle cone (16) in Figure 4 from the interior of the intermediate container (7) countersunk. The resulting sharp edge of the annular gap (15) between valve cone (16) and housing (17) generates strong shear forces when the medium passes through it, which destroys the Accelerate microorganisms.
Ebenfalls hat die Pumpe (3) bereits zerstörende Wirkung auf die Mikroorganismen. Wird eine Pumpe verwendet, in welcher starke Kräfte auf das Medium einwirken, wie beispielsweise Fliehkräfte, welche durch hohe Radialbeschleunigungen auftreten, so werden die Mikroorganismen stark gequetscht und bereits teilweise zerstört. Beispielsweise eignen sich dazu Kreiselpumpen.The pump (3) also has a destructive effect on the microorganisms. If a pump is used in which strong forces act on the medium, such as centrifugal forces caused by high radial accelerations occur, the microorganisms are severely squeezed and already partially destroyed. For example, centrifugal pumps are suitable for this.
Beispielsweise erzielte die in Fig. 5 abgebildete Anordnung bei geschlossener Drosselklappe (2) und einer Einrichtung zur Kühlung (13) des Bypass-Stromes (10) die in Fig. 7 aufgezeigte Abtötungskurve (14) mit den Bakterien Pseudomonas cepacia und einer Ausgangskeimzahl von 2 χ 10 KBE/ml. Die durchgezogene Kurve (14) zeigt die Abnahme KBE an Pseudomonas cepacia über der Zeit, bei einer Druckdifferenz zwischen Drosseleinrichtung (5) und Entspannungsgefäß (7) von zwei Bar und.einer Temperatur zwischen 14 und 160C. Die gestrichelte Kurve (13) zeigt den Verlauf der KBE einer aus gleichem Ausgangsmaterial selber Konzentration angesetzten Kontrollkultur und gleichem Medium mit der selben Temperatur wie im Versuch.For example, the arrangement shown in FIG. 5 with the throttle valve (2) closed and a device for cooling (13) the bypass flow (10) achieved the killing curve (14) shown in FIG. 7 with the bacteria Pseudomonas cepacia and an initial germ count of 2 χ 10 CFU / ml. The solid curve (14) shows the decrease in CFU of Pseudomonas cepacia over time, at a pressure difference between the throttling means (5) and expansion vessel (7) of two Bar und.einer temperature between 14 and 16 0 C. The dashed curve (13) shows the course of the CFU of a control culture prepared from the same starting material, the same concentration, and the same medium at the same temperature as in the experiment.
Wichtig beim beschriebenen Verfahren ist, daß in empirisch zu bestimmenden Abständen die Drosseleinrichtung kurzzeitig voll geöffnet und dann wieder auf den alten Wert eingestellt wird, um eventuell in Toträumen mit schwächerer Strömung sich absetzende Mikroorganismen abzuspülen. Dies kann von Hand oder mit einem automatischen Antrieb erfolgen.It is important in the process described that in empirically to be determined At intervals the throttle device is briefly fully opened and then set back to the old value, in order to possibly weaker in dead spaces Rinse off settling microorganisms. This can be done by hand or with an automatic drive.
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Die Abtötung der Mikroorganismen kann noch verstärkt werden, indem das zu behandelnde Medium mittels Ultraschallwellen beaufschlagt wird. Durch diese Schallwellen zerplatzen die Zellen dieser Organismen, welche dann nicht weiter lebensfähig sind.The killing of the microorganisms can be increased by the medium to be treated is acted upon by means of ultrasonic waves. These sound waves burst the cells of these organisms, which are then no longer viable.
Die in Fig. 8 abgebildete Anordnung zeigt beispielsweise Ultraschallschwinger (22), welche das sich noch in der Düse (6) befindliche Medium beschallen und so evtl. vorher noch nicht abgetötete Keime zerstören. Grundsätzlich kann ein oder mehrere Schwinger eingesetzt werden, welcher bzw. welche auch an jeder anderen Stelle der beschriebenen Anordnung, sowohl außerhalb als auch innerhalb der vom Medium berührten Einrichtungsteile, angeordnet sind.The arrangement shown in FIG. 8 shows, for example, ultrasonic oscillators (22), which sonicate the medium still in the nozzle (6) and thus destroy germs that have not yet been killed. In principle, one or more transducers can be used, which or which can also be used at any other point of those described Arrangement, both outside and inside the device parts in contact with the medium, are arranged.
Beaufschlagt man das Drosselorgan (5) bzw. (17) bzw. (19) mit Ultraschall, so wird neben der Abtötungswirkung noch der Vorteil erreicht, daß sich, wie bereits vorher beschrieben, absetzende Mikroorganismen an Toträumen sofort wieder abgelöst werden und der von Zeit zu Zeit nötige Spülvorgang der Drosseleinrichtung entfällt.If the throttle device (5) or (17) or (19) is acted upon with ultrasound, in addition to the killing effect, this also has the advantage that, as already described, microorganisms settle out are immediately removed again at dead spaces and the flushing process of the throttle device, which is necessary from time to time, is omitted.
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Priority Applications (1)
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DE19833308325 DE3308325A1 (en) | 1983-03-09 | 1983-03-09 | Method and device for the complete or partial destruction of microorganisms |
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DE (1) | DE3308325A1 (en) |
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