DE4416069A1

DE4416069A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Ausleuchten von Medien

Info

Publication number: DE4416069A1
Application number: DE19944416069
Authority: DE
Inventors: Otto Dr Pulz; Rainer Prof Dr Buchholz; Horst Franke; Norbert Gerbsch; Karl Scheibenbogen
Original assignee: INST GETREIDEVERARBEITUNG
Current assignee: IGV INSTITUT FUER GETREIDEVERARBEITUNG GMBH, 14558
Priority date: 1994-04-21
Filing date: 1994-04-21
Publication date: 1995-10-26
Anticipated expiration: 2014-04-22
Also published as: DE4416069C2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ausleuchten von Medien zur Kultivierung phototropher Organismen und der Durchführung von photochemischen Prozessen in Behäl tern, in denen die Medien unter Verwendung seitlich abstrahlender Lichtwellenleiter mit Licht für eine selektiv, veränderbare Umwandlung behandelt werden und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Es ist bekannt, Licht in Behältern zur Kultivierung phototropher Mikroorganismen einzu setzen. Die dazu in den Behältern zur Anwendung gelangenden Beleuchtungseinrichtungen weisen signifikante Nachteile auf. Ein wesentlicher Nachteil ist dabei, daß eine ausreichen de Lichtversorgung der im Behälter zu behandelnden Organismen nur durch große, be leuchtete Flächen garantiert werden kann, was zu ungünstigen Bauformen, wie z. B. offenen Teichen und Rohrreaktoren führt. Daraus resultiert neben dem unzueichenden Lichteintrag ein weiterer Nachteil, weil die großen benötigten Flächen und die damit un mittelbar im Zusammenhang stehenden geringen Schichtdicken bewirken, daß das im Behälter befindliche Medium schlecht durchmischt und dadurch der Stoffaustausch, insbe sondere der Austausch von Gas, eingeschränkt wird.

Zur Beseitigung des Nachteiles eines unzureichenden Lichteintrages ist es weiter bekannt, lichtemittierende Organe in kompakte Reaktoren, wie Kessel u. a. Arten von Behältern einzubringen, um das Medium im Inneren dieser Behälter auszuleuchten.

Dazu ist dargelegt, seitlich abstrahlende Lichtwellenleiter zur Ausleuchtung von Medien in den Behältern zu verwenden. Eine bekannte Möglichkeit ist es, die Lichtwellenleiter als Fasern ausgebildet in den Reaktoren zu befestigen. Um die Möglichkeit des seitlichen Abstrahlens zu erreichen und diese im Reaktor so anzuordnen, daß eine homogene Aus leuchtung des Mediums erreicht wird, ist es gemäß der DE PS 36 00 635 bekannt, die Fasern mechanisch anzuritzen, anzuätzen und ihre Lichtabgabe so zu gestalten, daß ein seitlicher Lichtaustritt gewährleistet ist. Diese teilweise mechanische oder auch chemische Behandlung führt zu größeren Oberflächenrauhigkeiten der Lichtwellenleiter. Ein daraus resultierender bedeutender Nachteil ist in dem erheblichen Aufwuchs von Organismen auf den Oberflächen der Lichtwellenleiter zu verzeichnen, der beim Einsatz zur Kultivierung von phototrophen Mikroorganismen zu einem erheblichen Verlangsamen der Prozesse führt. Durch die verringerte Lichtabstrahlung ist auch ein bedeutender Verlust an mikrobio logischer Substanz und weiterer Ausbeute aus dem Behälter zu verzeichnen. Ein signifi kanter, den Lichtwellenleitern dieser Art eigener Nachteil, ist darin zu sehen, daß diese thermisch nicht stabil sind, wodurch es unmöglich ist, die Lichtwellenleiter im Reaktor zu sterilisieren.

Es ist weiterhin bekannt, im Rahmen von besonderen Herstellungsverfahren seitlich ab strahlende Lichtwellenleiter zu erzeugen. Lichtwellenleiter dieser Art sind zwar flexibel zu verwenden und termisch bis 200°C belastbar, können jedoch auf Grund ihrer Materialzu sammensetzung in Behältern zur Kultivierung phototropher Mikroorganismen nicht einge setzt werden und finden nur zur Effektbeleuchtungen Verwendung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Ausleuchten von Medien zur Kultivierung phototropher Organismen sowie der Durchführung von photochemischen Prozessen in Behältern, in denen die Medien unter Verwendung seitlich abstrahlender Lichtwellenleiter mit Licht für eine selektiv, veränderbare Umwandlung behandelt werden und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen, mittels der ein mi krobieller Aufwuchs verhindert und die Einsatzmöglichkeit des Verfahrens, Medien in Be hältern auszuleuchten, in ihrer Anwendung sowie ihrem verfahrenstechnischen Effekt ver bessert wird.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß mittels des Verfahrens zum Ausleuchten von Medien für die Durchführung der Kultivierung phototropher Organismen sowie dem Ablauf photochemischer Prozesse, in dem Behälter seitlich abstrahlende Licht wellenleiter zur Anwendung gelangen, die in Verbindung mit dem sie umgebenden Medium gemeinsam sterisiliert werden und im Bereich von -20°C bis +200°C wirksam bleiben. Die Erfindung ist dadurch sinnvoll ausgestaltet, daß das Medium als Sterilisierungs flüssigkeit ausgebildet in den Behälter eingegeben wird und die Lichtwellenleiter einschließlich der sie tragenden Halterungen für eine Sterilisierung des gesamten Innenrau mes umschließt. Dabei ist es eine sinnvolle Weiterführung der erfindungsgemäßen Lö sung, wenn das im Behälter vorhandene Medium ein Kultivierungsmedium ist, in welches Mikroorganismen nach dem Sterilisieren des Mediums eingeführt und in diesem behandelt werden. Es ist selbstverständlich, daß gemäß dem Verfahrensregim die Mikroorganismen vorher seperat kultiviert sowie sterilisiert worden sind.

Es ist darum eine Ausführungsform der Erfindung, daß die Lichtwellenleiter und die Mikroorganismen für eine phototrophe Reaktion im Behälter zusammengeführt werden.

Das Verfahrensregim ist unter Beachtung der erfindungsgemäßen Lösung so ausgebildet, daß mit der Anordnung der Lichtwellenleiter im Behälter definierte, hydrodynamische Verhältnisse erzeugt werden.

Die Erfindung ist weiter ausgebildet, wenn die Versorgung der Lichtwellenleiter mit Licht außerhalb des Behälters extern vorgenommen wird und die Lichtwellenleiter erst innerhalb des Behälters zum seitlichen Abstrahlen gebracht werden. Dabei ist es möglich, diese nur im Medium zum Abstrahlen zu bringen.

Vorteilhaft ist die Erfindung dadurch ausgeführt, daß durch eine definierte Anordnung der Lichtwellenleiter auf ihren Halterungen der Austritt des Lichtes, homogen und räumlich orientiert, in das Medium vorgenommen wird.

Sinnvoll ausgeformt ist die Erfindung damit, daß als Lichtquellen zur Erzeugung des zur Einkoppelung vorgesehenen Lichtes mehrere Möglichkeiten ins Auge gefaßt werden können. So ist es im Sinne der Erfindung durchführbar, natürliches Licht, Laser und Leuchtdioden zu verwenden, wobei es im Bereich der Erfindung ausgelegt ist, Hochdruck lampen und andere kommerziell verfügbare Lichtquellen zu verwenden.

Es ist erfindungsgemäß vorteilhaft, innerhalb des Verfahrensregims Lichtwellenleiter zu verwenden, die für einen Einsatz in Temperaturbereichen zwischen -20°C und +150°C geeignet sind. Es versteht sich als erfinderische Maßnahme, daß die Halterungen sowie sämtliche im Medium befindliche Materialien in diesem Temperaturbereich vollständig wirksam bleiben.

Eine äußerst vorteilhafte Ausübung der erfindungsgemäßen Lösung ist darin zu sehen, daß die zum Einsatz gelangenden Lichtwellenleiter ein hohes Verhältnis von lichtemittierender Oberfläche zum Mediumvolumen erzeugen.

Es ist eine Ausführungsform der Erfindung, daß die Vorrichtung zur Ausleuchtung der Medien derart ausgebildet ist, daß das Licht aus ein oder mehreren Lichtwellenleitern seit lich, radial gerichtet austritt, wobei diese Art verwendeter Lichtwellenleiter eine völlig glatte, homogene, geschlossene Oberfläche aufweist, die es erfindungsgemaß gestattet, einen stetigen und gleichmäßigen Lichtaustrag aus den Lichtwellenleitern in das Medium zu gewährleisten, wobei die Lichtwellenleiter in Halterungen angeordnet sind, mittels denen ihre durchlaufende Einordnung in dem Behälter vorgesehen ist.

Erfindungswesentlich ist dabei weiterhin, daß die Lichtwellenleiter und Halterungen sowie alle im Innenraum befindlichen Behälterteile gemeinsam thermisch sterisiert werden. Damit ist der wesentliche Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung realisiert, daß alle Vorrichtungsteile einschließlich des sie umgebenden Behälters im Zusammenhang mit dem Medium sterilisiert werden können.

Es ist eine Ausbildungsform der erfindungsgemaßen Lösung, daß die Wegstrecke von der Lichtquelle zum Medium, ohne seitliche Abstrahlung des Lichtwellenleiters, ausgerüstet ist. Erst im Innenraum des Behälters erfolgt die Einkoppelung des Lichtes in die aktiv arbeitenden, seitlich abstrahlenden Lichtwellenleiter. Es ist dem Vorteil der Erfindung adäquat, daß die Lichtwellenleiter mit einer Beschichtung versehen sind, die ihre Ober fläche glättet, um dadurch eine vollständig homogene Beleuchtung zu gestatten und den Aufwuchs von Mikroorganismen auf der Oberfläche des Lichtwellenleiters zu verhindern. Dafür kann es außerordentlich vorteilhaft sein, zur Beschichtung der Oberfläche solche Stoffe zu verwenden, die neben ihrer Glättwirkung eine adhäsive, die Mikroorganismen am Aufwuchs hindernde, Eigenschaft haben.

Es ist eine vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemaßen Lösung, wenn die Lichtwel lenleiter faserförmig ausgebildet, die Halterungen im Behälter in schlaufenförmigen, vertikalen Lagen durchlaufend, vorgesehen sind, wobei es die erfindungsgemaße Lösung weiter ausbildend möglich ist, daß die Lichtwellenleiter spiral- bzw. wendelförmig auf den Halterungen befestigt, im Behälter eingeordnet sind.

Einer Ausbildungsform der Erfindung folgend, sind die Lichtwellenleiter auf der Halte rung für einen Austritt des von den Lichtwellenleitern emittierten Lichtes räumlich defi niert, in vertikaler und horizontaler, Richtung, der Längsmittenachse des Behälters folgen den Orientierung, vorgesehen.

Ausgebildet ist die Erfindung vorteilhaft, wenn die Lichtwellenleiter im Innenraum des Behälters, in gleichmäßigen Abständen angepaßt, auf den dazu entsprechend geformten Halterungen angeordnet sind, wobei es erfindungsgemäß vorteilhaft ist, neben den schlau fenförmig angeordneten, nebeneinander den Innenraum des Bioreaktors ausfüllenden faser förmigen Lichtwellenleitern, eine spiral-, wendelförmige Anordnung der Lichtwellenleiter zu wählen. Eine so gewählte Anordnung gestattet es, aus mehreren, konzentrisch angeord neten, durch spiralförmige aus Lichtwellenleitern gebildeten, auf die Halterungen gelegte Wicklungen ausgebildete Zylinder, in den Behältern anzuordnen.

Die gewählten Anordnungen sichert erfindungsgemäß das Merkmal, daß die Lichtwellen leiter im Innenraum des Behälters in gleichmäßigen Abständen den Innenflächen angepaßt, auf den dazu entsprechenden Halterungen, angeordnet sind.

Dabei versteht es sich aus erfinderischer Sicht, daß die Halterungen und Lichtwellenleiter in geeigneter Anordnung für eine homogene Ausleuchtung des Mediums abgestimmt sind, wobei die Vorrichtung erfindungsgemäß so ausgebildet ist, daß vorteilhaft die medien durchströmten Schichten in ihren Dicken durch die Abstände der Lichtwellenleiter vonein ander gebildet sind.

Die Erfindung ist weiterhin dadurch ausgebildet, daß die Lichtquelle und die Lichtin tensität sowie die spektrale Verteilung des Lichtes variierbar in das Medium übertragen werden, wobei es erfindungsgemäß vorteilhaft ist, daß die Vorrichtung entsprechend dem Behälter in ihrer Größe veränderbar ist.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile sind insbesondere darin zu sehen, daß

- in einer sterilisierbaren Anordnung Lichtwellenleiter im Behälter zur Kultivierung phototropher Organismen angesiedelt sind.
- durch die Wahl von Abmessungen und die Zahl der Haltevorrichtungen im Medium definierte Schichtdicken und somit Lichtverhältnisse erzeugt werden können, die einen homogenen Ablauf der physikalischen und chemischen Prozesse sichern.
- sich durch die Anordnung die hydrodynamischen Verhältnisse im Medium definiert beeinflussen lassen.
- mit diesem Beleuchtungskonzept eine Vielzahl ausgewählter konventioneller Reaktorty pen, wie z. B. Rührkessel oder Blasensäulen nachgerüstet werden können.
- durch Verwendung von Fasern, die eine glatte Oberfläche aufweisen, ein die Lichtab strahlung vermindernder mikrobieller Aufwuchs verhindert, bzw. vermindert werden kann.
- da die Schichtdicken beeinflußbar sind, es möglich ist, darüber hinaus auch die Durch mischung und somit den Stoffaustausch im Medium zu beeinflussen.
- das emittierte Lichtspektrum durch die Wahl der Lichtquelle, bzw. durch Filtereinrich tungen definiert beeinflußt werden kann.
- durch die Auswahl der Lichtwellenleiter es gestattet ist, Arbeiten in einem weiten Temperaturbereich durchzuführen.
- das Verfahren mit der Vorrichtung den Einsatz einer Vielzahl von Lichtquellen erlaubt.
- durch die Art der Einkoppelung des Lichtes in die Lichtwellenleiter Lichtverluste außerhalb des Reaktors vermieden werden.

Die Erfindung soll an Hand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert werden.

In der dazugehörigen Zeichnung zeigen:

Fig. 1 einen Behälter mit einer zylinderisch ausgebildeten Halterung, auf der die Lichtwellenleiter spiralförmig angeordnet sind.

Fig. 2 den Behälter nach Fig. 1 mit mehreren konzentrisch angeordneten, Lichtwel lenleiter tragenden Halterungen.

Fig. 3 den Behälter nach Fig. 1 mit schlaufenförmig angeordneten Lichtwellenleiter.

Der Behälter 2 gemäß Fig. 1 weist auf seiner Mantelfläche im Bereich der Oberkante des Behälters 2 einen Zufluß 1 und im Bereich der Unterseite einen Abfluß 14 auf. Zentrisch im Innenraum ist an Halterungen 8 ein Lichtwellenleiter 10 angeordnet, der wendel- bzw. spiralförmig die Halterungen 8 umschlingt und dadurch eine zylindrische Mantelfläche aus Lichtleitern 10 erzeugt.

Der Lichtwellenleiter 5 ist aus dem Verschlußdeckel des Behälters 2 herausgeführt und extern mit einem Leuchtkörper 6 in Verbindung gebracht. Durch den Deckel des Be hälters 2 ist eine Gaszuführung 3 geleitet, die mit einem Begasungsring 7 in Verbindung gebracht ist, der in der Nähe des Behälterbodens die Halterungen 8 mit dem Lichtwellenlei ter 10 konzentrisch umschließt. Dadurch ist es möglich, im Rahmen der Kultivierung der Mikroorganismen das tragende Medium zu begasen und eine Strömungsrichtung 15 zu erzeugen, die durch entsprechende Pfeile angemerkt ist. Die Gaszuführung ist selbstver ständlich, sowie die Zuführung des Lichtwellenleiters 5 im Deckel, mit einer Dichtung 4 gegen die Außenluft abgedichtet. Durch den Zufluß 1 wird dem Doppelmantel des Be hälters 2 ein Heizmedium zu- und durch den Abfluß 14 abgeführt.

Im Behälter 8 wird das Medium zusätzlich durch einen Propellerrührer 9 bewegt, wobei die durch den Rührer 9 erzeugte Strömung die Strömungsrichtung 15 der Begasung über deckend ausgebildet ist. Ein Motor 12 des Rührers 9 ist außerhalb des Behälters 2 angeordnet.

Fig. 2 zeigt den Behälter 2 in der gleichen Ausführung wie Fig. 1. Zur Durchführung der Kultivierungs- bzw. photochemischen Prozesse sind, abweichend von der Lösung gemäß Fig. 1, drei-zylindrische Halterungen (8), mit wendelförmig aufgebrachten Lichtwellenlei tern 10, in konzentrischer Anordnung im Innenraum des Behälters 2 vorgesehen.

Jeder dieser von einem spiralförmig ausgebildeten Mantel von Lichtwellenleitern 10 geformter zylindrischer Körper weist einen ihn umgebenden seperaten Begasungsring 7 auf. Ein extern angeordneter Leuchtkörper 6 versorgt jeden Lichtwellenleitermantel durch Zuführungen über Lichtwellenleiter 5 mit dem notwendigen Licht.

Die Lichtwellenleiter 5 sind gemäß den Fig. 1, 2 und 3 als nicht seitenabstrahlend ausgebildet, soweit sie aus den Dichtungen 4 des Behälters 2 herausragen. Durch die konzentrische Anordnung der mit dem Lichtwellenleiter 10 umschlossenen Halterungen 8 im Innenraum des Behälters 2 wird gemeinsam mit den Begasungsringen 7 eine definierte hydrodynamische Bewegung des Mediums erzeugt, dessen Strömungsrichtung 15 mittels Pfeilen in der Fig. 2 sichtbar dargestellt ist.

Durch die somit erzeugte eigene Intensität an hydrodynamischer Bewegung kann die Anordnung eines entsprechenden mechanischen Bewegungsmechanismus, wie z. B. eines Propellerrührers 9 oder Scheibenrührers 13, entfallen. Die Zuführung des Gases erfolgt über die Gaszuführung 3, ähnlich wie in Fig. 1.

Fig. 3 zeigt den Behälter 2, in seinen Konturen wie in den Fig. 1 und 2 ausgebildet.

Im Innenraum ist, unterscheidend zu den Behälterausführungen gemäß der Fig. 1 und 2, die Einordnung der Lichtwellenleiter 10 schlaufenförmig parallel zur Mittenachse des Behälters 2 auf- und absteigend vorgesehen. Dazu durchläuft der Lichtwellenleiter 10 eine mit entsprechenden Bohrungen versehene Lochplatte 16, die dicht unter dem Ver schlußdeckel des Behälters 2 angeordnet ist. Am Behälterboden sind, zur seitlichen und vertikalen Umlenkung der Lichtwellenleiter 10, schlaufenförmige Halterungen 11 angeord net. Durch diese schlaufenförmigen Halterungen 11 verläuft der Lichtwellenleiter 10 ein kurzes Stück parallel, um dann, beginnend bei der nächstliegenden Halterung 11 umge lenkt, zur Lochplatte 16 zu verlaufen. Durch diese Anordnung der Lichtwellenleiter 10 im Innenraum des Behälters 2 ist eine völlig gleichmäßige, umfassende Ausleuchtung des gesamten, den Innenraum des Behälters 2 füllenden Mediums, gewährleistet. Für die ent sprechend dem Verfahrensverlauf notwendige Bewegung des Mediums sorgt ein durch den Behälterboden geführter zentrisch im Innenraum angeordneter Scheibenrührer 13, der durch einen Motor 12 angetrieben wird.

Die Zuführung des Lichtes erfolgt aus einem Leuchtkörper 6 über die, wie schon erwähnt, nicht seitlich abstrahlenden Lichtwellenleiter 5. Zur Versorgung einzelner auf- und ab laufender Stränge bzw. partieller Stranggruppen ist über der Lochplatte 16 ein seperater Lichtwellenleiter 5 angeordnet, der die mehrfach vertikal verlaufenden Lichtwellenleiter 10 an seperat dafür vorgesehenen Koppelstellen 17 mit dem notwendigen Licht versorgt.

Gemäß den Fig. 1, 2 und 3 können die Lichtwellenleiter 10 aus Fasermaterial be stehen, deren Kern aus hochbrechendem Quarzglas besteht, wobei deren Mantel aus einem niedrigbrechendem Kunststoff hergestellt ist. Alle Bohrungen sind mit Dichtungen 4 versehen.

Bei Inbetriebnahme der Behälter 2 findet in den Zwischenräumen ein Flüssigkeitsaufstieg statt, der durch die mechanischen Rührer 9; 13 und durch die Begasungsringe 7 eingeleitet wird. Auf Grund der unterschiedlich hohen Anordnung des Behälters 2 kommt es an der Oberkante zu einer kaskadenähnlichen Strömung. Die Strömung kann, wie bereits darge stellt, im Behälter zentrisch in der Strömungsrichtung 15 wieder nach unten gelangen. Da die Flüssigkeit ständig zirkuliert und dabei an den Fasern der Lichtwellenleiter 10 vor beiströmt, wird in allen Ausführungen gemäß der Fig. 1 bis 3 eine gleichmäßige Versorgung des Mediums sowie der Mikroorganismen mit Licht garantiert.

Der Behälter 2 kann wechselweise über seinen Doppelmantel temperiert werden.

Ausführungsbeispiel 1

In dem von unten gerührten Behälter (2) mit Propellerrührer (9) ist eine Halterung (8) nach Fig. 1 eingebracht und mit Lichtwellenleitern (10) belegt, so daß eine zylinderartige Struktur entsteht, deren Wände aus Lichtwellenleitern (10) bestehen. Als Fasermaterial kann ein Lichtwellenleiter (10) mit einem hochbrechenden Kern aus Polymethylmethacry lat und einem niedrigbrechenden Teflonmantel verwendet werden, der thermisch bis über 150°C stabil ist. Durch Inbetriebnahme des Rührers 9 wird die im Reaktor befindliche Kulturflüssigkeit in einem Kreislauf durch den Behälter 2 bewegt. Die Flüssigkeit kann je nach Drehrichtung des Rührers 9 im Inneren oder außerhalb des Behälters 2 abströmen. Der Behälter 2 ist über einen Doppelmantel zu temperieren, der über den Zufluß (1) und den Abfluß (14) mit temperiertem Wasser durchflossen wird. Über einen Begasungsring (7) und dessen Zuführung (3) wird das Medium begast.

Ausführungsbeispiel 2

In dem schlanken Behälter (2) sind konzentrisch mehrere Halterungen (8) eingebracht, die jeweils mit Fasern (9) belegt sind, wobei die Oberkante der Halterungen (8) nach außen hin immer weiter oben im Reaktor positioniert wird. Das Fasermaterial kann, wie bei dem Lichtwellenleiter 10, im Ausführungsbeispiel 1 aus einer Faser bestehen, deren Kern aus hochbrechendem Quarzglas besteht und bei welcher der Mantel aus einem niedriger bre chenden Kunststoff hergestellt wird. In jedem Zwischenraum befindet sich ein Begasungs ring 7, der über die Zuführung (3) mit Gas versorgt wird. Bei Inbetriebnahme der Bega sungseinrichtung findet in den Rohrzwischenräumen ein Flüssigkeitsaufstieg mit gelenkter Strömungsrichtung 15 statt. Auf Grund der unterschiedlich hohen Anordnung der Halterun gen (8) kommt es an den Oberkanten der Zylinder aus Lichtwellenleitern 10 zu einer kas kadenähnlichen Strömung. Im Zentrum strömt die Flüssigkeit wieder zurück. Das Licht, durch einen Leuchtkörper (6) erzeugt, wird über ein seitlich nicht leuchtenden Lichtwellen leiter (5) in den Reaktor übertragen. Da die Flüssigkeit ständig zirkuliert und dabei an den Lichtwellenleitern (10) vorbeiströmt, kann ein gleichmäßiger Lichteintrag erzielt werden. Im Unterschied zum Ausführungsbeispiel 1 kann in dieser Darstellung durch die größere Zahl der Fasern ein größerer Lichteintrag erzielt werden.

Ausführungsbeispiel 3

Der gerührte Behälter (2) mit einem dreistufigen Scheibenrührer (13) ist in vertikaler Richtung mit parallel zueinander verlaufenden seitabstrahlenden Lichtwellenleitern (10) verspannt, welche die Halterungen (8) auf- und absteigend durchlaufen. Es können die in den Ausführungsbeispielen 1 und 2 beschriebenen Fasern als Lichtwellenleiter 10 verwen det werden. Die Verspannung erfolgt gemäß Fig. 3 über die Lochplatte (16), die unter einer Dichtung (4) am Behälter (2) befestigt ist. Am Boden sind die Lichtwellenleiter (10) fixiert. Im Zentrum ist ein zylindrischer Raum nicht mit Fasern versehen. Sein Radius ist um zwei bis fünf Faserdurchmesser der Lichtwellenleiter 10 größer als der Rührerradius.

Die Verteilung auf die einzelnen Lichtwellenleiter (10) wird durch eine Auffächerung erreicht, so daß jeder verspannte Lichtwellenleiter (10) mit Licht versorgt werden kann. Da die Flüssigkeit ständig zirkuliert und dabei an den Fasern vorbeiströmt, ist eine gleich mäßige Beleuchtung zu erzielen. Der Behälter (2) kann über einen Doppelmantel tem periert werden, der über den Zufluß (1) und den Abfluß (14) mit temperiertem Wasser durchflossen wird. Im Innenraum befindet sich der Begasungsring (7), der über die Zufüh rung (3) mit Gas versorgt wird. Alle Bohrungen sind mit Dichtungen (4) versehen.

Ausführungsbeispiel 4

In einem der in den Ausführungsbeispielen 1-3 beschriebenen Behälter (2) gemäß der Fig. 1, 2 und 3 wird eine Nährlösung aus anorganischen Salzen gefüllt, wie z. B. von Schlösser, G.U.: "List of Strains", Berichte der Deutschen Botanischen Gesellschaft, Bd. 95, S. 269-270, 1982 beschrieben, und diese mit Algenzellen, z. B. der Art Microcystis Firma, beimpft. Die Strahlungsquelle, z. B. eine Metalldampflampe des Typs OSRAMHTI, 400 W, 24 LL wird eingeschaltet und die Kulturflüssigkeit beleuchtet. Über die Gaszuführung wird Kohlendioxid in das System geleitet. Im Medium befindet sich eine Elektrode. Sobald der pH-Wert ansteigt, wird Kohlendioxid zudosiert und der pH-Wert bei konstant 7,0 gehalten. Die Temperatur des Systems wird durch Temperierung des den Doppelmantel durchströmenden Wassers auf 25°C eingestellt. Der Kesselinhalt ist durch den mit 20 Umdrehungen pro Minute rotierenden Rührer (9; 13) durchmischt. Die Zellen wachsen in einem Zeitraum von einer Woche in den beschriebenen Systemen.

Ausführungsbeispiel 5

Zur Photolyse organischer Substanzen wird einer der in den Ausführungsbeispiel 1-3 beschriebenen Kessel mit einer Standardluftmischung mit 20%-21,5% Sauerstoff, 78,6%-80% Stickstoff, einem Kohlenwasserstoffgehalt unter 0,1 ppm, einem Koh lenmonoxidgehalt unter 1 ppm und einem Stickoxidgehalt unter 0,1 ppm befüllt. Je 30 ppm der folgenden organischen Substanzen werden zugesetzt: n-Hexan, Toluol, n-octan, o-Xylen, m-Xylen, Propen, iso-Buten, 2-Methyl-2-Buten. Pro Liter Columen werden 10 µl Wasserdampf zugesetzt. Nach 30 Minuten werden 240 ppm C₂H₅ONO und 120 ppm N OI zugegeben und das System über die Lichtwellenleiter (10) mit UV-Licht der Wellenlänge 360 nm beleuchtet. Als Strahlungsquellen kommen Lampen des Typs FL-20S/BL der Fa. Toshiba, Japan zum Einsatz. Das System wird auf 25°C temperiert, es wird Normaldruck eingestellt. Die Beleuchtung erfolgt mit Lichtwellenleitern (10) mit einem Quarzglaskern bzw. teflonbeschichteten Polymethylmethacrylatfasern, die mit einem UV-Stabilisator versehen sind.

Die Versuchsdauer beträgt 6,0 Stunden. Die zugegebenen Organika werden oxidiert, jene mit Doppelbindungen wesentlich schneller als die Alkane und Arometen.

Bezugszeichenliste

1 Zufluß
2 Behälter
3 Gaszuführung
4 Dichtung
5 Lichtwellenleiter
6 Leuchtkörper
7 Begasungsring
8 Halterung
9 Propellerrührer
10 Lichtwellenleiter
11 Halterung
12 Motor
13 Scheibenrührer
14 Abfluß
15 Strömungsrichtung
16 Lochplatte
17 Koppelstelle.

Claims

1. Verfahren zum Ausleuchten von Medien in Behältern zur Kultivierung phototropher Organismen und der Durchführung von photochemischen Prozessen, in denen die Medien unter Verwendung seitlich abstrahlender Lichtwellenleiter mit Licht für eine selektiv, veränderbare Umwandlung behandelt werden, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Behälter Lichtwellenleiter zur Anwendung gelangen, die bei einem Ein trag von Temperaturen im Bereich von -20°C bis +200°C wirksam bleiben und in Verbindung mit dem sie umgebenden Medium, gemeinsam sterilisiert werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Medium als eine Sterilisierungsflüssigkeit in den Behälter eingegeben wird und die Lichtwellenleiter umschließt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Medium ein Kulti vierungsmedium ist, in das die Mikroorganismen nach dem Sterilisieren im Behälter eingeführt und in diesem behandelt werden.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Licht wellenleiter und die Mikroorganismen für eine phototrophe Reaktion in dem Behälter zusammengeführt werden.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Anordnung der Lichtwellenleiter im Behälter definierte hydrodynamische Ver hältnisse erzeugt werden.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ver sorgung der Lichtwellenleiter mit Licht außerhalb des Behälters extern vorgenommen und die Lichtwellenleiter erst im Medium zum seitlichen Abstrahlen gebracht werden.

7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß durch eine definierte, horizontale und vertikale Anordnung der Lichtwellenleiter auf den Halterungen, der Austritt und die Ausbreitung des Lichtes über ausreichende Ab standsfestlegung der Lichtwellenleiter homogen und räumlich zueinander orientiert, in das Medium vorgenommen wird.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Lichtquellen zur Erzeugung des zur Einkoppelung vorgesehenen Lichtes natürliches Licht, Laser, Leuchtdioden, Hochdruck-Dampflampen und andere kommerziell verfügbare Licht quellen verwendet werden.

9. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem seitlich abstrahlenden Lichtwellenleiter und den Materialien der Halterung, ein Einsatz im Temperaturbereich zwischen -20°C und +150°C vorgenommen wird.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Lichtwellenleiter ein hohes Verhältnis von lichtemittierender Ober fläche zum Medienvolumen erzeugt wird.

11. Vorrichtung zum Ausleuchten von Medien in Behältern zur Kultivierung phototropher Organismen und Durchführung von photochemischen Prozessen mittels Lichtwellen leitern, die in diesem angeordnet und mittels Haltevorrichtungen und Führungsmitteln vertikal und horizontal lagebestimmt, ein und mehrlagig angeordnet sind, wobei die Lichtleiter so ausgebildet sind, daß Licht aus ihnen seitlich abstrahlt, wozu deren Oberflächen entsprechend mechanisch oder chemisch behandelt sind, und die Licht quelle extern eingeleitet, auf das Medium einwirkt, dadurch gekennzeichnet, daß das Licht aus ein oder mehreren Lichtwellenleitern (10) seitlich, radial gerichtet austritt, wobei diese eine glatte, geschlossene Oberfläche aufweisen, welche einen gleichmäßigen Lichtaustrag aus den Lichtwellenleitern (10) in das Medium gewähr leistet, und in Halterungen (8) im Innenraum des Behälters (2) angeordnet sind, wobei eine horizontal oder vertikal durchlaufende Einordnung der Lichtwellenleiter (10) vorgesehen ist und eine gemeinsame thermische Sterilisierung der Halterungen (8) und der Lichtwellenleiter (5; 10) im Behälter (2) gestattet ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Wegstrecke von der Lichtquelle zum Medium ohne Seitenabstrahlung des Lichtwellenleiters (5) aus gerüstet ist und erst im Behälter (2) die Einkoppelung des Lichtes in die seitlich ab strahlenden Lichtwellenleiter (10) erfolgt.

13. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtwellenleiter (10) mit einer die Oberfläche glättenden Beschichtung versehen sind.

14. Vorrichtung nach den Ansprüchen 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtwellenleiter (10) faserförmig ausgebildet, die Halterung (8) im Behälter (2) in schlaufenförmigen Bogen, ihre vertikale Richtung wechselnd sowie durchlaufend, vorgesehen sind.

15. Vorrichtung nach den Ansprüchen 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtwellenleiter (10), spiral- oder wendelförmig auf den Halterungen (8) befestigt, im Behälter (2) eingeordnet sind.

16. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtwellenleiter (10) auf der Halterung (8) für einen Austritt des von den Lichtwellenleitern (10) emittierten Lichtes räumlich definiert, in vertikaler und horizontaler Orientierung, vorgesehen sind.

17. Vorrichtung nach den Ansprüchen 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtwellenleiter (10) im Innenraum des Behälters (2) in gleichmäßigen Abständen dem Lichtbedarf angepaßt, als wendelförmige Ausbildung konzentrisch auf den dazu entsprechend geformten Halterungen (8) angeordnet sind.

18. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstände der Halterung (8) und Lichtwellenleiter (10) zueinander, in geeigneter Anordnung, für eine homogene Ausleuchtung des Mediums abgestimmt sind.

19. Vorrichtung nach den Ansprüchen 11 und 17, dadurch gekennzeichnet, daß die mediendurchströmten Schichtdicken durch die Abstände der Lichtwellenleiter (10) voneinander gebildet sind.

20. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle und die Lichtintensität sowie die spektrale Verteilung des Lichtes variierbar ist.

21. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung entsprechend dem Behälter (2) in ihrer Größe veränderbar ist.