DE4416069C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Ausleuchten von Medien - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zum Ausleuchten von MedienInfo
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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.
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.
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.
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.
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.
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.
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 (8)
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.
Priority Applications (1)
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