DE4416069C2

DE4416069C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Ausleuchten von Medien

Info

Publication number: DE4416069C2
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: 1998-05-28
Anticipated expiration: 2014-04-22
Also published as: DE4416069A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ausleuchten von Medien, die zur Kultivierung phototropher Organismen und der Durchführung von photochemischen Prozessen mittels Licht in Behälter eingeführt sind, mittels seitlich abstrahlenden Lichtwellenleitern mit glatter Oberfläche, die zum Ausleuchten auf einer Vorrichtung angeordnet sind und das Licht auf das Medium abstrahlen, damit eine Umwandlung des Mediums im Behälter erreicht wird, sowie 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 unzureichenden Lichteintrag ein weiterer Nachteil, weil die benötigten großen 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 werden seitlich abstrahlende Lichtwellenleiter zur Ausleuchtung von Medien in den Behältern verwendet. Eine bekannte Möglichkeit ist es, die Lichtwellenleiter, als Fasern ausgebildet, in den Reaktoren zu befestigen. Um die Möglichkeit des seitlichen Abstrahlens zu errei chen und diese im Reaktor so anzuordnen, daß eine homogene Ausleuchtung des Mediums erreicht wird, ist es gemäß der DE 36 00 635 C2 bekannt, die Fasern mechanisch anzurit zen, 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 bedeu tender Nachteil ist in dem erheblichen Aufwuchs von Organismen auf den Oberflächen der Lichtwellenleiter zu verzeichnen, der beim Einsatz zur Kultivierung von phototrophen Mi kroorganismen zu einem erheblichen Verlangsamen der Prozesse führt. Durch die verrin gerte Lichtabstrahlung ist auch ein bedeutender Verlust an mikrobiologischer Substanz und weiterer Ausbeute aus dem Behälter zu verzeichnen. Ein signifikanter, den Lichtwellenlei tern dieser Art eigener Nachteil ist darin zu sehen, daß diese thermisch nicht stabil sind, wodurch es unmöglich ist, die Lichtwellenleiter mit dem Medium im Reaktor zu sterilisie ren. Es ist weiterhin bekannt, im Rahmen von besonderen Herstellungsverfahren seitlich abstrahlende Lichtwellenleiter zu erzeugen. Lichtwellenleiter dieser Art sind flexibel zu verwenden, aber thermisch nicht bis 200°C belastbar und können auf Grund ihrer Mate rialzusammensetzung in Behältern zur Kultivierung phototropher Mikroorganismen mit vorlaufender Sterilisierung nicht eingesetzt werden. Sie finden nur zur Effektbeleuchtung Verwendung.

Die JP-Veröffentlichung, amtl. Aktenz. 5-23166, gibt eine Information zur Züchtung von photosynthetischen Mikroorganismen, mit der eine energiesparende, schnell arbeitende Vorrichtung zur Züchtung von Mikroorganismen unter Einwirkung der Photosynthese vorgestellt wird. Die Vorrichtung arbeitet mit seitlich abstrahlenden Lichtwellenleitern, die in den mit entsprechenden Mikroorganismen gefüllten Behälter, von oben gehalten, ragen. Die hängende Anordnung der Lichtwellenleiter gestattet eine gleichmäßige Aus leuchtung der Mikroorganismen im Behälter und die Durchführung photosynthetischer Prozesse. Die verwendeten Lichtwellenleiter gestatten durch ihre Einordnung über eine rüttelnde Bewegung eine Reinigung ihrer Oberfläche von anhaftenden Mikroorganismen, jedoch ist eine Information über die Durchführung von thermischen Sterilisierungsvorgän gen im Behälter der Veröffentlichung nicht zu entnehmen.

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 mikro bieller Aufwuchs verhindert und die Einsatzmöglichkeit des Verfahrens, Medien in Behäl tern auszuleuchten, in ihrer Anwendung sowie ihren verfahrenstechnischen vorlaufenden Effekten verbessert wird.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale der Patentansprüche 1 und 4 gelöst. Mittels des Verfahrens zum Ausleuchten von Medien für die Durchführung der Kultivierung phototropher Organismen sowie dem Ablauf photochemischer Prozesse, werden die Vorrichtung zur Ausleuchtung der Behälter und das Medium im Behälter gemeinsam sterilisiert und wieder auf Kultivierung stemperatur abgekühlt, die phototrophen Mikroorganismen in den Behälter gege ben und die Kultivierung durchgeführt, wobei die Lichtwellenleiter in einem thermi schen Arbeitsbereich zwischen -20°C und +200°C wirksam bleiben.

Es ist im Sinne der Erfindung, daß das Licht, die Lichtintensität sowie die Spektralvertei lung des Lichtes variierbar in das Medium übertragen werden, wobei als Lichtquellen zur Erzeugung des für eine Einkoppelung vorgesehenen Lichtes natürliches Licht, Laser, Leuchtdioden und Hochdruckdampflampen verwendet werden. Nach einer Ausbildungs form der Erfindung ist es vorteilhaft, daß durch die Abstände der Lichtwellenleiter vonein ander mediendurchströmte Schichtdicken gebildet werden. Eine äußerst vorteilhafte Ausübung der erfindungsgemäßen Lösung ist darin zu sehen, daß die zum Einsatz gelan genden Lichtwellenleiter ein hohes Verhältnis von lichtemittierender Oberfläche zum Medienvolumen erzeugen.

Es ist ein Vorteil der Ausführungsform der Erfindung, daß die Vorrichtung zur Ausleuch tung der Medien derart ausgebildet ist, daß das Licht aus ein oder mehreren Lichtwellenlei tern seitlich, radial gerichtet, austritt, wobei diese Art verwendeter Lichtwellenleiter eine völlig glatte, homogene, geschlossene Oberfläche aufweist, die es erfindungsgemäß gestat tet, 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, daß die Lichtwellenleiter horizontal und vertikal im Behäl ter angeordnet und gemeinsam mit dem Medium im Behälter thermisch sterilisiert sind. 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 Erfindung, daß die Wegstrecke von der Lichtquelle zum Medium, ohne seitliche Abstrahlung des Lichtwellenleiters, ausgebildet ist. Erst im Innen raum des Behälters erfolgt die Einkoppelung des Lichtes in die aktiv arbeitenden, seitlich abstrahlenden Lichtwellenleiter. Eine vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lösung ist darin zu sehen, daß die Lichtwellenleiter faserförmig ausgebildet, die Halterun gen im Behälter in schlaufenförmigen, vertikalen Lagen durchlaufend, vorgesehen sind, wobei es die erfindungsgemäße Lösung weiter ausbildend möglich ist, wenn die Lichtwel lenleiter spiral- bzw. wendelförmig auf den Halterungen befestigt, im Behälter eingeordnet sind. Einer Ausbildungsform der Erfindung folgend, sind die Lichtwellenleiter auf der Hal terung für einen Austritt des von den Lichtwellenleitern emittierten Lichtes räumlich defi niert, in gleichmäßigen Abständen in vertikaler und horizontaler Richtung, der Längsmit tenachse des Behälters folgenden Orientierung, vorgesehen. Es ist vorteilhaft, wenn die Lichtwellenleiter im Innenraum des Behälters, in gleichmäßigen Abständen angepaßt, auf den dazu entsprechend geformten Halterungen angeordnet sind. Neben den schlaufenför mig geordneten, nebeneinander den Innenraum des Bioreaktors ausfüllenden, faserförmi gen Lichtwellenleitern, kann eine spiral-, wendelförmige Anordnung der Lichtwellenleiter gewählt werden. Eine so gewählte Ausbildung gestattet es, aus mehreren, konzentrisch an geordneten, durch spiralförmige aus Lichtwellenleitern gebildeten, auf die Halterungen gelegte Wicklungen ausgebildete Zylinder, in den Behältern anzuordnen. Dabei versteht es sich als Vorteil, daß die Halterungen und Lichtwellenleiter in geeigneter Lage für eine homogene Ausleuchtung des Mediums abgestimmt sind, wobei die Vorrichtung so ausge bildet ist, daß dem Vorteil folgend, die mediendurchströmten Schichten in ihren Dicken durch die Abstände der Lichtwellenleiter voneinander gebildet sind. Die Erfindung ist weiterhin dadurch ausgebildet, daß die Lichtquelle und die Lichtintensität sowie die spek trale Verteilung des Lichtes variierbar in das Medium übertragen werden, wobei es vorteil haft sein kann, 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 und daß die Vorrichtung, der Behälter und das Medium im Behälter gemeinsam thermisch sterilisiert werden,
- 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 der Lichtwellenleiter 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 Filtereinrichtun gen 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 zugehörigen Zeichnung zeigen:

Fig. 1: Einen Behälter mit einer zylindrisch 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 Lichtwellenlei tern.

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 Behäl ters 2 herausgeführt und extern mit einem Leuchtkörper 6 in Verbindung gebracht. Durch den Deckel des Behälters 2 ist eine Gaszuführung 3 geleitet, die mit einem Begasungs ring 7 in Verbindung gebracht ist, der in der Nähe des Behälterbodens die Halterungen 8 mit dem Lichtwellenleiter 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 Gas zuführung ist selbstverständlich so wie die Zuführung des Lichtwellenleiters 5 im Deckel mit einer Dichtung 4 gegen die Außenluft abgedichtet. Durch den Zufluß 1 wird dem Dop pelmantel des Behälters 2 ein Heizmedium zu- und durch den Abfluß 14 abgeführt. Im Be hälter 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 angeord net.

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 separaten Begasungsring 7 auf. Ein extern angeordneter Leuchtkörper 6 versorgt jeden Lichtwellenleitermantel durch Zufüh rungen 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 Lichtwellenlei ter 5. Zur Versorgung einzelner auf und ablaufender Stränge bzw. partieller Stranggrup pen ist über der Lochplatte 16 ein separater Lichtwellenleiter 5 angeordnet, der die mehr fach vertikal verlaufenden Lichtwellenleiter 10 an separat dafür vorgesehenen Koppelstel len 17 mit dem notwendigen Licht versorgt. Gemäß den Fig. 1, 2 und 3 können die Lichtwellenleiter 10 aus Fasermaterial bestehen, deren Kern aus hochbrechendem Quarz glas 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 Rüh rer 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 dargestellt, im Behälter zentrisch in der Strömungsrichtung 15 wieder nach unten gelangen. Da die Flüssigkeit ständig zirkuliert und dabei an den Fasern der Lichtwellenleiter 10 vorbeiströmt, wird in allen Ausführun gen 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 und dabei eine thermische Sterilisierung des Mediums eingeleitet 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 so belegt, daß eine zylinderartige Struk tur entsteht, deren Wände aus Lichtwellenleitern 10 bestehen. Als Fasermaterial kann ein Lichtwellenleiter 10 mit einem hochbrechenden Kern aus Polymethylmethacrylat und einem niedrigbrechenden Teflonmantel verwendet werden, der thermisch bis über 150°C stabil ist. Durch Inbetriebnahme des Rührers 9 wird die im Reaktor befindliche Kulturflüs sigkeit 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 einem 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 kaska denähnlichen 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 zirkulierend an den Lichtwel lenleitern 10 vorbeiströmt, kann ein gleichmäßiger Lichteintrag erzielt werden. Im Unter schied zum Ausführungsbeispiel 1 kann in dieser Darstellung durch die größere Zahl der Fasern ein höherer Lichteintrag erhalten werden.

Ausführungsbeispiel 3

Der gerührte Behälter 2 mit einem dreistufigen Scheibenrührer 13 ist in vertikaler Rich tung mit parallel zueinander verlaufenden seitabstrahlenden Lichtwellenleitern 10 ver spannt, welche die Halterungen 8 auf und absteigend durchlaufen. Es können die in den Ausführungsbeispielen 1 und 2 beschriebenen Fasern als Lichtwellenleiter 10 verwendet 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. Ein zylindrischer Raum im Zentrum des Behälters ist nicht mit Fasern versehen. Sein Radius ist um zwei bis fünf Faserdurchmesser der Lichtwellenleiter 10 größer als der Rüh rerradius. Die Verteilung auf die einzelnen Lichtwellenleiter 10 wird durch eine Auffä cherung erreicht, so daß jeder verspannte Lichtwellenleiter 10 mit Licht versorgt wird. Da die Flüssigkeit ständig zirkuliert und dabei an den Fasern vorbeiströmt, ist eine gleichmäßi ge Beleuchtung zu erzielen. Der Behälter 2 kann über einen Doppelmantel temperiert 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 Zuführung 3 mit Gas versorgt wird. Alle Bohrungen sind mit Dichtungen 4 versehen.

Ausführungsbeispiel 4

In einem der in den Ausführungsbeispielen 1 bis 3 dargestellten Behältern 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. Der so mit der Nährlösung befüllte Behälter 2 wird in Anwesenheit der Vorrichtung thermisch sterilisiert, um nach Erreichen der Normaltemperatur des Mediums mit Algenzellen, z. B. der Art Microcystis firma, beimpft zu werden. Die Strahlungsquelle, z. B. eine Metalldampflampe des Typs OSRAMHTI, 400 W, 24 LL, wird eingeschaltet und die Kulturflüssigkeit beleuchtet. Über die Gaszu führung 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 Ausführungsbeispielen 1 bis 3 beschriebenen Behältern mit einer Standardluftmischung mit 20% - 21,5% Sauerstoff, 78,6%-80% Stickstoff, einem Kohlenwasserstoffgehalt unter 0,1 ppm, einem Kohlen monoxidgehalt 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-Xy len, 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 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, die zur Kultivierung von phototrophen Mikroorganismen und der Durchführung von photochemischen Prozessen mittels Licht in Behälter eingeführt sind, mit seitlich abstrahlenden Lichtwellenleitern mit glatter Oberfläche, die zum Ausleuchten auf einer Vorrichtung angeordnet sind und die das Licht auf das Medium abstrahlen, damit eine Umwandlung des Mediums im Behälter erreicht wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur Ausleuch tung, der Behälter und das Medium im Behälter gemeinsam thermisch sterilisiert und wieder auf Kultivierungstemperatur abgekühlt werden, die phototrophen Mikroorga nismen in den Behälter gegeben und die Kultivierung durchgeführt wird, wobei die Lichtwellenleiter in einem thermischen Arbeitsbereich zwischen -20°C und +200°C wirksam bleiben.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Licht, die Lichtinten sität sowie die Spektralverteilung des Lichtes variierbar in das Medium übertragen werden, wobei als Lichtquellen zur Erzeugung des für eine Einkoppelung vorgesehe nen Lichtes natürliches Licht, Laser, Leuchtdioden und Hochdruckdampflampen verwendet werden.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Abstände der Lichtwellenleiter voneinander mediendurchströmte Schichtdicken gebil det werden.

4. 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 eine glatte, geschlossene Oberfläche aufweisen und das Licht aus ihnen seitlich abstrahlt, und die Licht quelle extern eingeleitet, auf das Medium einwirkt, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere Lichtwellenleiter (10) in Halterungen (8) im Innenraum des Behälters (2) horizontal oder vertikal angeordnet sind, und eine gemeinsame thermische Sterilisierung der Halterungen (8) und der Lichtwellenleiter (5; 10) im Behälter (2) gestattet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wegstrecke von der Lichtquelle bis zum Medium ohne Seitenabstrahlung des Lichtwellenleiters (5) ausgebildet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtwellenlei ter (10) faserförmig ausgebildet, die Halterungen (8) der Vorrichtung im Behälter (2) in schlaufenförmigen Bögen, seine vertikale und horizontale parallele Richtung wech selnd, durchlaufend vorgesehen ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtwellenlei ter (10) spiral- oder wendelförmig auf den Halterungen (8) befestigt, im Behälter (2) angeordnet sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtwellenlei ter (10) auf den Halterungen (8) einen Austritt des von den Lichtwellenleitern (10) emittierten Lichtes, räumlich definiert, in gleichmäßigen Abständen in vertikaler und horizontaler Orientierung vorgesehen sind, wobei durch die Art der Anordnung ein großes Verhältnis von lichtemittierter Oberfläche zum Mediumvolumen im Behäl ter (2) erzeugt wird.