DEP0044803DA

DEP0044803DA - Device for the ultraviolet irradiation of liquids

Info

Publication number: DEP0044803DA
Authority: DE
Inventors: Johannes Dr. Meissner
Original assignee: Tuberkulose-Forschungsinstitut
Publication date: 1950-10-26

Description

Ultraviolett-Bestrahlungsgeräte für die Entkeimung, Vitaminisierung usw. von Flüssigkeiten sind in verschiedener Form vorgeschlagen und ausgeführt worden. Man verwendet sie mit Erfolg zum Entkeimen von Wasser, Milch, Fruchtsäften usw. Die Geräte sind um so einfacher und wirkungsvoller, je durchlässiger die betreffende Flüssigkeit für ultraviolette Strahlen ist. In gut ultraviolett-durchlässigen Flüssigkeiten, z.B. klarem Wasser, kann man bei Verwendung geeigneter Strahler die Keime bis zur völligen Sterilität vernichten. Bei schlecht ultraviolett-durchlässigen Flüssigkeiten, z.B. Milch, Fruchtsäften usw., gelingt es zwar, durch geeignete Flüssigkeitsführung (Turbulenz der Strömung) zu erreichen, dass trotz der schlechten Durchlässigkeit fast alle Volumenelemente mit Ultraviolett getroffen werden und eine Entkeimung bzw. Vitaminisierung erzielt wird, die für den praktischen Betrieb genügt. Dagegen ist eine völlige Sterilität mit den bekannten, in der Praxis verwendeten Bestrahlungsgeräten im allgemeinen nicht zu erreichen, wie sie übrigens auch bei den bekannten Warmpasteurisierungsverfahren nicht erreicht wird.Ultraviolet irradiation devices for disinfecting, vitaminizing, etc. liquids have been proposed and implemented in various forms. They are used successfully to sterilize water, milk, fruit juices, etc. The more permeable the liquid in question is to ultraviolet rays, the simpler and more effective the devices. In liquids that are well permeable to ultraviolet, e.g. clear water, the germs can be destroyed until they are completely sterile if suitable emitters are used. In the case of liquids that are poorly permeable to ultraviolet, e.g. milk, fruit juices, etc., it is possible to achieve through suitable liquid flow (turbulence of the flow) that, despite the poor permeability, almost all volume elements are hit with ultraviolet and a sterilization or vitaminization is achieved, which is sufficient for practical operation. On the other hand, complete sterility cannot generally be achieved with the known radiation devices used in practice, as is incidentally also not achieved with the known warm pasteurization processes.

Für viele Aufgaben, insbesondere bei der bakteriologischen Forschung, ist es jedoch erwünscht, Flüssigkeiten, z.B. Bakterienaufschwemmungen, ohne Anwendung von Wärme und chemischen Mitteln völlig steril zu machen. Es handelt sich hierbei meist nur um kleine Flüssigkeitsmengen von der Grössenordnung von 10 bis zu einigen 100 ccm.However, for many tasks, particularly in bacteriological research, it is desirable to make liquids, e.g. bacterial suspensions, completely sterile without the use of heat and chemical agents. In most cases, it is only a matter of small amounts of liquid of the order of magnitude of 10 to a few 100 ccm.

Gegenstand der Erfindung ist ein Bestrahlungsgerät, mit dem es möglich ist, derartige Bakterienaufschwemmungen und ähnliche begrenzte Flüssigkeitsmengen auch bei sehr geringer Ultraviolett-Durchlässigkeit und bei beliebig hohem Ausgangskeimgehalt in möglichst zuverlässiger und einfacher Weise bis zur Sterilität zu entkeimen.The invention relates to an irradiation device with which it is possible to disinfect such suspensions of bacteria and similar limited amounts of liquid even with very low ultraviolet permeability and with any high initial germ content in the most reliable and simple manner possible to sterility.

Nach Figur 1 (Längsschnitt) und Figur 2 (Querschnitt) besteht das Gerät nach der vorliegenden Erfindung im Prinzip aus einem rohrförmigen, horizontal liegenden Strahler 1, auf dem ein walzenförmiges Gefäss 2 so angeordnet ist, dass der Strahler ungefähr in der Achse dieses Gefässes liegt. Die zu bestrahlende Flüssigkeit 3 wird in das Gefäss 2 eingefüllt und sammelt sich zunächst auf dem Grund des Gefässes. Nun wird das Gefäss 2 - eventuell zusammen mit dem Strahler 1 - in Drehbewegung um seine Achse versetzt. Ein Teil der Flüssigkeit 3 haftet dabei an der Gefässwandung und bewegt sich an der Innenwand des Gefässes 2 als dünner Film um den Strahler 1. Die Dicke dieses Films hängt von verschiedenen Faktoren ab: Von der Beschaffenheit der inneren Oberfläche des Gefässes 2, von der Viskosität der Flüssigkeit 3 und von ihrer Haftfähigkeit n der Wandung des Gefässes 2, von der Drehgeschwindigkeit des Gefässes 2 usw. Man kann diese Bedingungen bis zu einem gewissen Grad beeinflussen. Im allgemeinen entsteht bei nicht allzu zähflüssigen Stoffen ein Film, dessen dicke in der Grössenordnung von 0,1 mm liegt, d.h. so dünn ist, dass die Ultraviolett-Strahlen mit erheblicher Intensität bis auf den Grund des Films gelangen. Bei jeder Umdrehung erneuert sich der Film zu einem wesentlichen Teil, so dass nach einer genügend grossen Zahl von Umdrehungen alle Volumenelemente der im Gefäss 2 befindlichen Flüssigkeit 3 ein oder mehrmals sich im Film befanden und dort einer intensiven Ultraviolett-Strahlung ausgesetzt waren.According to Figure 1 (longitudinal section) and Figure 2 (cross section), the device according to the present invention consists in principle of a tubular, horizontally lying radiator 1 on which a cylindrical vessel 2 is arranged so that the radiator is approximately in the axis of this vessel . The liquid 3 to be irradiated is poured into the vessel 2 and initially collects on the bottom of the vessel. Now the vessel 2 - possibly together with the radiator 1 - is set in rotary motion about its axis. Part of the liquid 3 adheres to the vessel wall and moves on the inner wall of the vessel 2 as a thin film around the radiator 1. The thickness of this film depends on various factors: the nature of the inner surface of the vessel 2, the viscosity of the liquid 3 and of its adhesiveness n the wall of the vessel 2, of the speed of rotation of the vessel 2, etc. These conditions can be influenced to a certain extent. In general, substances that are not too viscous produce a film with a thickness of the order of 0.1 mm, i.e. so thin that the ultraviolet rays reach the bottom of the film with considerable intensity. With each revolution, the film is renewed to a substantial extent, so that after a sufficiently large number of revolutions, all volume elements of the liquid 3 in the vessel 2 were once or several times in the film and there were exposed to intense ultraviolet radiation.

Ein nach diesem Prinzip gebautes und praktisch bewährtes Gerät zeigt Figur 3. Ein Strahler 4, z.B. Quecksilber-Niederdruckstrahler, ist in 2 Fassungen 5 fest gelagert. Er liegt konzen- trisch innerhalb eines Metallrohres 6, dessen Wandung durch zahlreiche dicht beieinander gebohrte Löcher durchbrochen ist, so dass zwischen den einzelnen Löchern nur schmale Stege stehen bleiben. Das Metallrohr 6 ist drehbar in Lagern 7 gelagert und kann mit Hilfe einer Schnurscheibe 8 in Rotation um seine Achse versetzt werden. Auf dem Metallrohr 6 sind zylindrische Glasgefässe 9 aufgereiht, in die die zu bestrahlende Flüssigkeit 10 eingefüllt wird. Die Flüssigkeit wird beim Betrieb des Gerätes durch die ultravioletten Strahlen, die durch die Bohrungen des Metallrohres 6 dringen, bestrahlt. Durch die Aufteilung des Bestrahlungsgefässes in eine grössere Zahl von Einzelgefässen ist es möglich, eine entsprechend grosse Zahl verschiedener Bestrahlungsproben gleichzeitig durchzuführen.A device that has been built according to this principle and has proven itself in practice is shown in FIG. He is focused trisch within a metal tube 6, the wall of which is pierced by numerous holes drilled close together, so that only narrow webs remain between the individual holes. The metal tube 6 is rotatably mounted in bearings 7 and can be set in rotation about its axis with the aid of a cord pulley 8. On the metal tube 6 cylindrical glass vessels 9 are lined up, into which the liquid 10 to be irradiated is poured. When the device is in operation, the liquid is irradiated by the ultraviolet rays that penetrate through the holes in the metal tube 6. By dividing the irradiation vessel into a larger number of individual vessels, it is possible to carry out a correspondingly large number of different irradiation samples at the same time.

Versuche haben die ausserordentlich gute Wirkung dieses Gerätes bewiesen. So wurde gemessen, dass die Dicke z.B. eines Milchfilms, der sich an der Innenwand eines mit einer Umdrehung pro Sekunde rotierenden Gefässes bildet, das aus Glas gefertigt ist und einen Durchmesser von 50 mm hat, etwa 1/10 mm beträgt. Bei genügender Intensität der auf diesen Film treffenden Strahlen erreicht man eine bakterielle Wirkung in der ganzen Dicke des Films.Tests have proven the extraordinarily good effect of this device. It was measured, for example, that the thickness of a film of milk that forms on the inner wall of a vessel that is made of glass and has a diameter of 50 mm, rotating at one revolution per second, is about 1/10 mm. With sufficient intensity of the rays striking this film, a bacterial effect is achieved in the entire thickness of the film.

Die bakteriologischen Ergebnisse, die bei der Bestrahlung einer sehr schlecht ultraviolett-durchlässigen Aufschwemmung von Mikrococcus pyogenes aureus in Bouillon gemessen wurden, gehen aus folgender Tabelle hervor:The bacteriological results that were measured during the irradiation of a very poorly ultraviolet-permeable suspension of Micrococcus pyogenes aureus in broth are shown in the following table:

Nach 40 Minuten war demnach eine völlige Sterilität erreicht. Demgegenüber wurde in Vergleichsversuchen, bei denen das Gerät nicht rotierte, sondern die Flüssigkeit nur auf dem Grund des zylindrischen Glasgefässes bestrahlt wurde, überhaupt keine Keimabtötung, sondern eine Keimzahlvermehrung gemessen, da die Eindringtiefe der Strahlen so gering war, dass die in der obersten dünnen Schicht erreichte Abtötungswirkung die natürliche Vermehrung in den unteren, von ultravioletten Strahlen nicht erreichten, Schichten nicht aufwog.After 40 minutes, therefore, complete sterility was achieved. In contrast, in comparative experiments in which the device did not rotate, but rather the liquid was only irradiated on the bottom of the cylindrical glass vessel, no killing of germs at all, but an increase in the number of germs was measured, since the depth of penetration of the rays was so small that the killing effect achieved in the uppermost thin layer did not outweigh the natural increase in the lower layers, which were not reached by ultraviolet rays.

Es wurde demnach erwiesen, dass das Gerät nach der vorliegenden Erfindung geeignet ist, jedem noch so kleinen Volumenelement einer Flüssigkeit beliebig schlechter Strahlendurchlässigkeit eine Strahlungsdosis genügender Grösse zu applizieren, um beliebige Wirkungen, soweit sie durch Strahlen überhaupt erzielbar sind, quantitativ bis zur Sättigung zu erreichen. Ausser der Bakterientötung kommen noch folgende Wirkungen in Frage: Vitamin-D-Bildung, Bleichen, Aktivieren von Wirkstoffen usw.It has accordingly been proven that the device according to the present invention is suitable for applying a radiation dose of sufficient size to every volume element of a liquid, no matter how small, of any poor radiation permeability, in order to achieve any effects, as far as they can be achieved by radiation, quantitatively up to saturation . In addition to killing bacteria, the following effects are also possible: vitamin D formation, bleaching, activation of active ingredients, etc.

Die Abmessungen des Gerätes können dem jeweiligen Bedürfnis weitgehend angepasst werden. Während die in Figur 1 bis 3 skizzierte Ausführungsform in erster Linie für kleine Flüssigkeitsmengen bestimmt ist, kann man nach Figur 4 (Längsschnitt) und Figur 5 (Querschnitt) nach demselben Prinzip Apparate bauen, die für grössere Flüssigkeitsmengen bestimmt sind. Ein zylindrisches Gefäss 11 ist drehbar gelagert, z.B. auf Rollen 12 und enthält die zu bestrahlende Flüssigkeit 13. Ein oder mehrere Strahler 14, die im Innern des Gefässes 11 angeordnet sind, und die entweder im Raum feststehen oder mit dem Gefäss rotieren können, bestrahlen den im Innern des Gefässes 11 sich bildenden Flüssigkeitsfilm. Derartige Geräte können z.B. Abmessungen von 2 m Länge und 1 m Durchmesser erhalten und für die Entkeimung, Sterilisierung, Vitaminisierung oder sonstige Strahlungsbeeinflussungen grösserer Flüssigkeitsmengen dienen. Auch ist es möglich, sowohl bei den kleinen Geräten nach Figur 1 - 3 als auch bei den grösseren Geräten nach Figur 4 und 5 die Luft aus den Gefässen zu entfernen und durch andere Gase zu ersetzen, um Reaktionen zwischen Luft - Sauerstoff oder Ozon und der Flüssigkeit zu verhindern oder aber um durch Einführung besonderer Gase oder Dämpfe eine bestimmte Reaktion dieser Gase mit der Flüssigkeit zu erreichen, bzw. die Ozonbildung zu verhindern.The dimensions of the device can largely be adapted to the respective needs. While the embodiment sketched in FIGS. 1 to 3 is primarily intended for small amounts of liquid, according to FIG. 4 (longitudinal section) and FIG. 5 (cross section) apparatuses can be built according to the same principle which are intended for larger amounts of liquid. A cylindrical vessel 11 is rotatably mounted, for example on rollers 12 and contains the liquid to be irradiated 13. One or more radiators 14, which are arranged in the interior of the vessel 11 and which are either fixed in space or can rotate with the vessel, irradiate the in the interior of the vessel 11 forming a liquid film. Such devices can, for example, have dimensions of 2 m in length and 1 m in diameter and are used for disinfection, sterilization, vitaminization or other radiation effects of larger amounts of liquid. It is also possible to remove the air from the vessels and replace it with other gases in the small devices according to FIGS. 1-3 as well as in the larger devices according to FIGS To prevent liquid or to achieve a certain reaction of these gases with the liquid by introducing special gases or vapors, or to prevent the formation of ozone.

Ferner ist es unter Umständen zweckmässig, die Innenwand der rotierenden Gefässe aufzurauhen, zu riffeln, zu wellen usw., um dadurch die der Strahlung dargebotene Oberfläche der Flüssigkeit zu vergrössern, Turbulenz zu erzeugen und auch die Filmdicke zu beeinflussen.Furthermore, it may be useful to roughen the inner wall of the rotating vessels, fluting, corrugating, etc., in order to enlarge the surface of the liquid exposed to the radiation, to generate turbulence and also to influence the film thickness.

Die Wahl der Strahler richtet sich in erster Linie nach dem gesteckten Ziel. Man wird solche Strahler verwenden, deren Spektrum besonders für die jeweils erstrebte Wirkung günstigste Wellenlänge aufweisen. So wird man für die Bakterientötung vor allem Strahler verwenden, die die Wellenlänge von 250 - 260 m (My) aussenden, während für die Vitaminisierung Wellenlängen von 270 - 280 m (My) bevorzugt werden.The choice of spotlights depends primarily on the goal set. One will use such radiators, the spectrum of which has the most favorable wavelength for the particular desired effect. For example, emitters that emit a wavelength of 250-260 m (My) will be used to kill bacteria, while wavelengths of 270-280 m (My) are preferred for vitaminization.

Claims

1. Device for the radiation treatment of liquids, characterized by one or more hollow cylindrical treatment vessels rotating around a horizontal or almost horizontal axis, which are irradiated with ultraviolet (FIGS. 1 and 2).

2. Device according to claim 1, characterized by a large number of hollow cylindrical treatment vessels which are lined up on a tube made of radiation-permeable material which rotates around its axis and is irradiated by a radiator arranged in this tube (Figure 3).

3. Device according to claim 1 and 2, characterized in that the radiation-permeable tube from per se radiation impermeable material, e.g. metal, and is provided with numerous closely spaced holes (Figure 3).

4. Device according to claim 1, characterized by a cylinder which rotates on rollers around its axis and contains one or more radiation sources in its interior.

5. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the cylindrical inner surface is uneven, e.g. roughened, corrugated or corrugated.

6. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the air is removed from the rotating vessels and another gas or steam is introduced.

7. Device according to one of the preceding claims, characterized by the use of low-pressure mercury vapor emitters.