DE3930023C2 - Verfahren zur Filtration eines verkeimten oder mit Pyrogenen verunreinigten Abgas-, Wasser- oder Luftstroms sowie dessen Verwendung - Google Patents

Verfahren zur Filtration eines verkeimten oder mit Pyrogenen verunreinigten Abgas-, Wasser- oder Luftstroms sowie dessen Verwendung

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Filtration eines verkeimten oder mit Pyrogenen verunreinigten Abgas-, Wasser- oder Luftstroms nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie auf dessen Verwendung.
Derartige Filter werden beispielsweise als Luftfilter für die Belüftung von Reinsträumen, wie etwa Operationssälen, Elektronik-Produktionsstätten, biotechnischen Produktions­ stätten etc. eingesetzt.
Ein besonderes Problem in diesen Einsatz fällen ist die sog. "Verkeimung". Darunter wird verstanden, daß durch an sich von der Porenweite ausreichend dichte Filter Mikroor­ ganismen allmählich hindurchwachsen. Deshalb müssen derar­ tige Luftfilter in regelmäßigen Abständen ausgetauscht oder über Lösungsmittelbäder gereinigt und sterilisiert werden. Dies ist nicht nur sehr kostenintensiv, sondern auch vergleichsweise unsicher, wie häufige Infektionszwischen­ fälle in Kliniken etc. zeigen.
Die gleichen Überlegungen gelten für die Filter von Lami­ nar-Flow-Boxen.
Schließlich sind die Abgasfilter von Bioreaktoren in be­ sonderem Maße für Infektionen gefährdet. Aeroben Mikroor­ ganismen in entsprechenden Bioreaktoren muß Sauerstoff zugeführt werden; die beim Stoffwechsel entstehenden Ab­ gase, insbesondere CO₂ müssen über eine sogenannte Ab­ gasstrecke abgeführt werden.
Die Sicherung von Bioreaktoren gegen Infektionen aus der Abgasstrecke erfolgt fast ausschließlich durch Filter. Als Filterelemente werden sog. Kerzen eingesetzt, die bei­ spielsweise aus
  • 1. kunstharzgebundenem Carborund,
  • 2. gesintertem Edelstahl,
  • 3. Borosilikatglasvlies,
  • 4. Membranelementen aus Polysulfon, Polypropylen u. a., oder
  • 5. Hohlfaser-Membranen
bestehen.
Sämtliche genannten Filterelement-Materialien haben spezi­ fische Nachteile: Beispielsweise ist der unter 1. genannte Werkstoff spröde und schlagempfindlich. Durch Rißbildung kommt es häufig zu sogenannten Sekundärinfektionen, d. h. einem Rückwachsen der Mikroorganismen an der benetzten Oberfläche des Filtergehäuses oder der Rohrleitungen.
Andererseits sind Edelstahlkerzen mechanisch hoch belast­ bar, bieten aber nur einen Abscheidegrad von 99,9% bei Partikelgrößen über 1 µm. Außerdem benötigen sie verhält­ nismäßig große Oberflächen, so daß sie aus Platzgründen für Gasdurchsätze über 100 m³/Stunde nicht mehr wirtschaft­ lich einsetzbar sind.
Kerzen bzw. Filterelemente aus Borosilikatglas bauen zwar verhältnismäßig klein, verlieren aber bei steigendem Was­ sergehalt sehr rasch ihre Filtereigenschaften.
Filterelemente aus den unter 4. und 5. genannten Materiali­ en gibt es zwar mit hydrophilen Oberflächen, aber auch sie tolerieren Wasser nur begrenzt.
Die Hauptursache, daß Filter in Bioreaktoren ausfallen, ist die Kontamination durch Schaum. Bei sehr kritischen Fermentationen, z. B. mit pathogenen Organismen gibt es bisher nur die Möglichkeit, die Partikel im Abgas über geeignete Einrichtungen kontinuierlich zu veraschen. Die Kosten für den hierfür erforderlichen Energieaufwand sind aber nur bei sehr teuren Produkten vertretbar.
Aus der US 4 661 126 ist eine Sterilisationsvorrichtung zur Reinigung von Abgasströmen bekannt. Für diesen spe­ ziellen Anwendungsfall ist in dieser Druckschrift ein Hochtemperaturfilter beschrieben, der aus einem hitzebe­ ständigen Material, beispielsweise Keramik, Metall, Carbon oder Mineralien besteht und der in granulatartiger, re­ chteckiger oder bienenwabenförmiger Struktur ausgebildet ist. Die Erwärmung dieses Filters dient ausschließlich der Entkeimung bzw. der Sterilisierung der durch den Filter strömenden Luft. Durch die Wärmezuführung wird dabei nur die durchströmende Luft, nicht jedoch der Filter selbst gereinigt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gattungsgemäßen Filter derart weiterzubilden, daß der Filter über lange Zeiträume mit einem hohen Wirkungsgrad funktionsfähig bleibt, ohne daß es zu einer Kontamination des dem Filter nachgeschal­ teten Raumes kommt.
Eine erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist im Patent­ anspruch 1 gekennzeichnet. Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Erfindungsgemäß weist das Filterelement einen elektrisch leitenden Bestandteil auf, aufgrund dessen das Filterele­ ment zur Sterilisation mittels Stromdurchgang aufheizbar ist.
Bei allen vorgenannten Anwendungsfällen bietet ein Filter, der aus elektrisch leitendem Material besteht bzw. einen elektrisch leitenden Bestandteil auf­ weist, und deshalb durch Stromdurchgang beheizbar ist, den Vorteil, daß durch kurzfristiges Umschalten auf "Aufheiz­ betrieb" eine Aufheizung auf die für eine Sterilisation erforderliche Temperatur möglich ist:
Beispielsweise ist bei Temperaturen oberhalb von 250°C und bei ausreichender Verweilzeit eine Denaturierung, bei noch höheren Temperaturen eine vollständige Inaktivierung der Mikroorganismen gesichert.
Dabei ist es von besonderem Vorteil, wenn das Filterele­ ment ohne Ausbau aus dem Filter aufheizbar ist, da bei einem eventuell erforderlichen Ausbau immer Keime etc. austreten können. Darüberhinaus ist das "Umschalten" auf Aufheizbetrieb wesentlich weniger kostenaufwendig als ein Wechseln der Filterelemente bzw. -kerzen.
In jedem Falle kann das leitende Material des Filterele­ ments aus Kohlenstoff oder aus einem mit Kohlenstoff be­ schichteten Material oder aus einem Metall oder aus einem mit einem Metall beschichteten Material bestehen.
Dabei kann das Filterelement induktiv oder durch direkten Stromdurchgang aufgeheizt werden.
Der erfindungsgemäße Filter gemäß einem der Ansprüche kann als Luftfilter von Reinsträumen, als Filter für Laminar-Flow-Boxen oder als Abluftfilter für Bioreaktoren sowie als Filter für die Herstellung von Reinstwasser bzw. pyrogenfreiem Wasser verwendet werden. Je nach der für die Sterilisation erforderlichen Zeit kann die Sterilisierung in Reinsträumen, Laminar-Flow-Boxen und Abluftfiltern dadurch geschehen, daß die Zuluft vorübergehend abgeschal­ tet wird, während sich bei der Herstellung von Reinst- bzw. pyrogenfreiem Wasser ein Umschalten auf einen zweiten, identischen Filter anbietet.

Claims (5)

1. Verfahren zur Filtration eines verkeimten oder mit Pyrogenen verunreinigten Abgas-, Wasser- oder Luftstroms unter Verwendung wenigstens eines Filterelements, das einen elektrisch leitenden Bestandteil aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß zur Sterilisierung oder Entpyrogenisierung ohne Ausbau des Filterelements auf Aufheizbetrieb umgeschaltet wird, bei dem das Filterelement mittels Stromdurchgang aufgeheizt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Filterelement induktiv oder durch direkten Stromdurchgang aufgeheizt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß für das leitende Material des Filterelements Kohlenstoff oder ein mit Kohlenstoff beschichtetes Material verwendet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß für das leitende Material des Filterelements ein Metall oder ein mit einem Metall beschichtetes Material verwendet wird.
5. Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4 zur Sterilisierung oder Entpyrogenisierung von Luftfiltern von Reinsträumen, von Filtern für Laminar- Flow-Boxen oder für Abluftfilter von Bioreaktoren sowie für Filter für die Herstellung von Reinstwasser bzw. pyrogenfreiem Wasser.
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