DE4126619A1 - Sterilisiervorrichtung zum sterilisieren von medien durch kontinuierliche erwaermung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Sterilisiervorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Üblicherweise wird zum Sterilisierung von Abwasser, welches Mikroben aufweist und beispielsweise aus dem Nährboden bzw. Nährmedium einer Mikrobenzüchtungsanlage stammt, eine Ste­ rilisierung durch kontinuierliche Erwärmung angewendet, bei der die zu behandelnde Flüssigkeit generell mittels einer Pumpe zugeführt wird, wie beispielsweise aus der JP-OS 11 48 180 bekannt ist.

Da aber die üblicherweise verwendete Pumpe eine Rotations­ maschine ist, ist eine solche Pumpe kompliziert und beson­ ders anfällig im Bezug auf Leckagen. Bei solchen üblichen Sterilisiervorrichtungen für Mikrobenzüchtungsanlagen kommt es oft vor, daß die Mikrobenzüchtungsvorrichtung wegen un­ erwartetem Ausfall der Pumpe stillgelegt werden muß. Beson­ ders bei Mikrobenzüchtungsanlagen, wie sie beispielsweise für Genrekombination und Zellfusion benötigt werden, bei welchen die Anforderung besteht, daß diese hermetisch abge­ schlossen sind, ist eine solche unerwartete Störung der An­ lage zu riskant, da eine hohe Sicherheit gegen das nach au­ ßen Dringen von Substanzen gewährleistet sein muß. Um die­ sen Nachteil zu beseitigen, werden herkömmlicherweise meh­ rere Pumpen bereit gestellt, was immer noch nicht zu einer befriedigenden Lösung führt.

Die Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Sterilisier­ vorrichtung der eingangs erwähnten Art zu schaffen, welche risikofrei auch für hermetisch abzuschließende Mikroben­ züchtungsanlagen mit hohen Sicherheitsanforderungen gegen das nach außen Dringen von Substanzen verwendbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Er­ findung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Bei der erfindungsgemäßen Lösung wird eine Dampfstrahlpumpe eingesetzt, bei der Wasserdampf von einer Düse in einen Saugraum eingeblasen und einem Diffusor zugeführt wird, wo­ bei in den Saugraum, in dem nun der Druck niedriger gewor­ den ist, die zu behandelnde Flüssigkeit eingesaugt, mit dem Wasserdampf aus dem Diffusor gemischt und durch die Erhö­ hung des Drucks ausgetragen wird.

Die zu behandelnde Mikroben enthaltende Flüssigkeit, bei­ spielsweise Abwasser, das aus einem Nährboden bzw. Nährme­ dium oder einer Mikrobenzüchtungsanlage ausgetragen wird, wird in die Dampfstrahlpumpe eingesaugt. Der Nährboden ist nicht auf einen bestimmten Nährboden beschränkt. Es kann ein Nährboden für die Züchtung von Mikroben (auch Algen) , eines Pflanzen- oder Tiergewebes sein.

Das Abwasser ist nicht auf ein bestimmtes Abwasser be­ schränkt. Es kann ein beliebiges Abwasser sein, welches Mi­ kroben enthält. Z.B. kann es daher das Abwasser aus einer Mikroben-, Pflanzen- oder Tiergewebe-Züchtungsanlage, aus einem Krankenhaus, einer Viehzuchtanlage oder einem Ge­ wächshaus sein. Bei Abwasser, welches feste Körper enthält, wie beispielsweise das Abwasser aus einer Tiergewebe-Züch­ tungsanlage oder einem Gewächshaus, ist es empfehlenswert, die Festkörperbestandteile vorher zu zerkleinern oder zu entfernen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird vorzugsweise für das Abwasser aus einer Mikroben-, Pflanzen- oder Tiergewebe- Züchtungsanlage, d. h. insbesondere bei Anlagen angewendet, die ein hermetisches Verschließen erfordern, wie beispiels­ weise Anlagen für Genrekombination oder Zellfusion. Das Nährmedium ist in seiner Zusammensetzung nicht auf ein be­ stimmtes Nährmedium beschränkt und besonders geeignet, wenn es sich um ein Nährmedium handelt, das für ein Verfahren unter hermetischem Abschluß eingesetzt wird.

Die Temperatur der zu behandelnden Flüssigkeit ist nicht besonders festgelegt und liegt vorzugsweise im Bereich von 10 bis 60°C. Der zur Dampfstrahlpumpe geleitete Wasserdampf soll vorzugsweise einen hohen Druck haben. Bei der Sterili­ sation eines Nährmediums wird die Höhe des Drucks je nach der Zusammensetzung des Nährmediums angemessen gewählt. Wenn das Nährmedium Bestandteile enthält, die sich durch die Hitze leicht zersetzen, ist der maximale Druck des Was­ serdampfes theoretisch nicht begrenzt, falls die Sterilisa­ tion der Komponenten getrennt durchgeführt wird.

Das Volumen des zuzuführenden Wasserdampfs ist je nach dem Druck des Wasserdampfs und dem Massenstrom der zu behan­ delnden Flüssigkeit verschieden und kann nicht allgemein bestimmt werden.

Der Druck des Wasserdampfs liegt gewöhnlich über 6 kg/cm² (6 bar), vorzugsweise bei ungefähr 7 bis 10 kg/cm² (7 bis 10 bar). Der Massenstrom des Wasserdampfes liegt ungefähr bei 50 bis 80 kg/h, vorzugsweise bei 60 kg/h pro m³/h der zu behandelnden Flüssigkeit. In der Praxis reicht gewöhn­ lich eine einzige Dampfstrahlpumpe aus. Es können aber auch mehrere miteinander verbundene Dampfstrahlpumpen verwendet werden.

Der Auslaß der Dampfstrahlpumpe ist an eine Heizvorrichtung angeschlossen. Der aus der Dampfstrahlpumpe ausgetragene Massenstrom wird in der Heizvorrichtung wieder erwärmt.

Die Heizvorrichtung ist in ihrem Aufbau und hinsichtlich ihrer Wärmequelle nicht beschränkt. Sie soll vorzugsweise so aufgebaut sein, daß sie nicht partiell, sondern mög­ lichst gleichmäßig insgesamt erwärmt. Im allgemeinen ent­ hält die Heizvorrichtung einen Wärmetauscher. Als Wärme­ quelle kann Wasserdampf dienen. Es kann auch eine elektri­ sche Heizung oder eine Gasheizung benutzt werden. Am besten eignet sich Wasserdampf.

Die Temperatur der in der Heizvorrichtung zu behandelnden Flüssigkeit braucht nur so hoch zu sein, daß die Mikroben in der zu behandelnden Flüssigkeit tatsächlich absterben. Die maximale Temperatur ist nahezu unbegrenzt. Wenn die zu behandelnde Flüssigkeit ein Nährmedium ist, wird ihre Tem­ peratur je nach der Zusammensetzung des Nährmediums ange­ messen gewählt. In der Praxis beträgt sie gewöhnlich minde­ stens etwa 130°C und höchstens etwa 145°C.

Die Heizvorrichtung ist an einen Warmhalteschlauch ange­ schlossen. Der aus der Heizvorrichtung mit der erhöhten Temperatur austretende Massenstrom durchströmt den Warmhal­ teschlauch über eine gewisse Zeitdauer zur im wesentlichen völligen Sterilisierung und damit Vernichtung der Mikroben. Dabei sind Temperatur und Verweilzeit von der Art und dem Volumen der zu behandelnden Flüssigkeit oder der enthalte­ nen Bakterienanzahl sowie dem Verwendungszweck der behan­ delten Flüssigkeit abhängig, beispielsweise ob die Flüssig­ keit in einer Züchtungsanlage verwendet wird oder ob sie lediglich entsorgt wird. Im Temperaturbereich von 130 bis 145°C beträgt die Verweilzeit bzw. Durchströmzeitdauer un­ gefähr 5 bis 60 Sekunden. Der Durchmesser und die Länge des Warmhalteschlauchs hängen von der Temperatur und dem Mas­ senstrom der aus dem Warmhalteschlauch austretenden Flüs­ sigkeit sowie von dem Grad der Wärmeisolierung und dem Ma­ terial des Warmhalteschlauchs ab. Sie brauchen nur so groß zu sein, daß die Temperatur und die erforderliche Verweil­ zeit bzw. Durchströmzeitdauer eingehalten werden können.

Der Warmhalteschlauch ist ferner an eine Kühlvorrichtung angeschlossen, in der der aus dem Warmhalteschlauch austre­ tende Massenstrom auf die gewünschte Temperatur, z. B. auf Züchtungs- oder Raumtemperatur bzw. die übliche Temperatur, gekühlt wird. Als Kühlvorrichtung wird ein wasser- oder luftgekühlter Wärmetauscher verwendet. Es ist auch möglich, eine Kühlvorrichtung zum Kühlen mit Verdampfungs-, Entspan­ nungs- oder natürlicher Kühlung zu verwenden.

Wenn die so gekühlte behandelte Flüssigkeit ein Nährmedium ist, wird sie den verschiedenen Züchtungsanlagen zugeführt. Wenn die behandelte Flüssigkeit Abwasser ist, wird sie nach einer etwa erforderlichen Behandlung entsorgt.

Es ist auch möglich, daß der Wärmetauscher zum Wärmeaus­ tausch zwischen dem aus dem Warmhalteschlauch austretenden Massenstrom und der der Dampfstrahlpumpe zuzuführenden, zu behandelnden Flüssigkeit die Kühlvorrichtung oder ein Teil derselben ist. Weiter ist es auch möglich, daß der Wärme­ tauscher zum Wärmeaustausch zwischen dem aus dem Warmhal­ teschlauch austretenden Massenstroms und dem aus der Dampf­ strahlpumpe austretenden Massenstroms ein Teil der Kühlvor­ richtung ist. Dadurch kann der Durchsatz des Wasserdampfes und des Kühlmediums erniedrigt werden.

Wenn die Temperatur der der Dampfstrahlpumpe zuzuführenden. zu behandelnden Flüssigkeit sehr hoch ist, z. B. 90°C be­ trägt, läßt sich die zu behandelnde Flüssigkeit schwer in die Dampfstrahlpumpe einsaugen, so daß es empfehlenswert ist, die Flüssigkeit durch ein im Strömungsweg angeordnetes Kühlgerät zu kühlen.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird die zu behan­ delnde Flüssigkeit, die mit dem Wasserdampf in Berührung kommt, mit dem Kondenswasser des Wasserdampfes gemischt und dadurch verdünnt, so daß sie aus der Vorrichtung vermehrt um das Kondenswasser des Wasserdampfs ausgetragen wird.

Daher ist es nötig, daß die zu behandelnde Flüssigkeit, so­ fern sie ein Nährmedium ist, unter Berücksichtigung des verdünnenden Kondenswassers in konzentrierter Form zuge­ führt wird.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird zur Sterilisierung einer Mikroben enthaltenden Flüssigkeit, z. B. eines Nährme­ diums oder Abwassers, insbesondere zur Behandlung von Ab­ wasser aus einem Nährboden für solche Anlagen bevorzugt verwendet, welche aufgrund des Risikos eines biologischen Unfalls hermetisch abgeschlossen sein müssen.

Die Erfindung wird anhand von vier Figuren, die schemati­ sche Darstellungen von Ausführungsbeispielen der erfin­ dungsgemäßen Vorrichtung zeigen, in Einzelheiten erläutert.

Wie in Fig. 1 dargestellt ist, sind an eine Dampfstrahl­ pumpe 1 ein Zuführungsrohr 2 für den Wasserdampf und ein Zuführungsrohr 3 zum Einsaugen der zu behandelnden Flüssig­ keit angeschlossen. Der Auslaß dieser Dampfstrahlpumpe 1 ist an eine Heizvorrichtung 4 angeschlossen. Der Ausgang dieser Heizvorrichtung 4 ist über einen Warmhalteschlauch 5 an eine Kühlvorrichtung 6 angeschlossen.

In Fig. 2 ist bei einer Vorrichtung nach Fig. 1 ein Wärme­ tauscher 7 zum Wärmeaustausch zwischen der der Dampfstrahl­ pumpe 1 zuzuführenden, zu behandelnden Flüssigkeit und dem aus dem Warmhalteschlauch 5 austretenden Massenstrom an­ statt der Kühlvorrichtung 6 zur Kühlung des aus dem Warm­ halteschlauch austretenden Massenstroms vorgesehen. Wenn der Druckverlust im Wärmetauscher 7 zu groß ist, kann vor­ zugsweise stromaufwärts des Wärmetauschers 7 im Zuführungs­ rohr 3 für die zu behandelnde Flüssigkeit eine Zusatzpumpe angeordnet werden, damit die Dampfstrahlpumpe 1 entlastet wird.

In Fig. 3 ist zusätzlich bei einer Vorrichtung nach Fig. 1 ein Wärmetauscher 8 zum Wärmetausch zwischen dem aus der Dampfstrahlpumpe 1 austretenden Massenstrom und dem aus dem Warmhalteschlauch 5 austretenden Massenstrom als ein Teil der Kühlvorrichtung 6 zur Kühlung des aus dem Warmhal­ teschlauch 5 austretenden Massenstroms vorgesehen, wodurch die Belastung der Kühlvorrichtung 6 vermindert wird. Daher kann eine kleinere Kühlvorrichtung 6 als bei der Ausfüh­ rungsform gemäß Fig. 1 verwendet werden.

In der Ausführungsform nach Fig. 4 ist im Vergleich zu der Ausführungsform nach Fig. 1 zusätzlich längs des Zufüh­ rungsrohrs 3 eine Kühlvorrichtung 9 vorgesehen.

Anwendungsbeispiel

Durch die erfindungsgemäße Sterilisiervorrichtung gemäß Fig. 1 wurde Züchtungsabwasser aus einer Mikrobenzüchtungs­ anlage durch kontinuierlich Erwärmung sterilisiert, wobei das Abwasser eine Konzentration von 5·10⁹/ml des Bacillus Stearothermophilus enthielt.

Vom Zuführungsrohr 2 für den Wasserdampf wurde ein Massen­ strom von 15 kg/h von gesättigtem Wasserdampf mit einem Druck von 7 kg/cm² (7 bar) der Dampfstrahlpumpe 1 zuge­ führt. Am Einlaß der Dampfstrahlpumpe 1 für die zu behan­ delnde Flüssigkeit stellte sich ein Niederdruck von -0,5 bis -1mH₂O Wassersäule (0,05 bis 0,1 bar) ein. Aus dem Zu­ führungsrohr 3 wurde das Abwasser mit den Mikrobenbakterien aus der Mikroben-Züchtungsanlage bei einer Temperatur von 30°C abgesaugt und ein Massenstrom von 400 kg/h des Abwas­ sers der Dampfstrahlpumpe 1 zugeführt. Der Druck am Auslaß der Dampfstrahlpumpe 1 war 3 kg/cm² (3 bar) und die Tempe­ ratur des austretenden Massenstroms war 110°C.

Der aus der Dampfstrahlpumpe 1 austretende Massenstrom wurde in der Heizvorrichtung 4, mit Wasserdampf als Wärme­ quelle, auf 140°C erwärmt und 20 Sekunden lang durch den Warmhalteschlauch 5 hindurchgeführt. Dann wurde der Massen­ strom aus dem Warmhalteschlauch 5 durch die Kühlvorrichtung 6 auf 30°C gekühlt und aus dem System ausgetragen. Es wurde so ein Gesamtmassenstrom von 415 kg/h ausgetragen. Die aus­ getragene Flüssigkeit enthielt praktisch keine Rohbakterien der Mikroben, so daß das Abwasser auf diese Weise leicht sterilisiert werden konnte.

Wirkung der Erfindung

Durch die erfindungsgemäße Sterilisiervorrichtung können die Abwässer aus einem Nährboden bzw. Nährmedium oder aus verschiedenen Anlagen wirkungsvoll behandelt werden. Die Sterilisiervorrichtung kann lange Zeit ohne Störungen ar­ beiten, so daß verhindert wird, daß die Anlage wegen einer Störung unerwartet stillgelegt werden muß. Die erfindungs­ gemäße Vorrichtung ist insbesondere dann von großem Vor­ teil, wenn sie für die Sterilisierung eines Abwassers aus einem Nährboden von einer Anlage mit hohen Sicherheitsan­ forderungen bezüglich der Abgeschlossenheit verwendet wird.

Claims (4)

1. Sterilisiervorrichtung zum Sterilisieren von Flüs­ sigkeiten mittels Durchlauferhitzung, dadurch gekenn­ zeichnet, daß eine die zu sterilisierende Flüssig­ keit durch ein Zuführungsrohr (3) ansaugende Dampfstrahl­ pumpe (1) vorgesehen ist, welche ausgangsseitig mit einer Heizvorrichtung (4) verbunden ist, die ihrerseits ausgangs­ seitig mit einem Warmhalteschlauch (5) verbunden ist, wel­ cher mit seinem Auslaß an eine Kühlvorrichtung (6) ange­ schlossen ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Kühlvorrichtung (6) einen Wärme­ tauscher (7) enthält, durch den das aus dem Warmhal­ teschlauch (5) austretende Medium mittels des das Zufüh­ rungsrohr (3) durchströmende Medium, gekühlt wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß stromaufwärts der Heizvorrichtung (4) ein von dem aus der Dampfstrahlpumpe (1) austretenden Massenstrom durchströmter Wärmetauscher (8) vorgesehen ist, durch den das aus dem Warmhalteschlauch (5) austretende Me­ dium gekühlt wird.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein Zuführungsrohr (3) einer Kühl­ vorrichtung (9) zugeordnet ist.