EP0000773A1

EP0000773A1 - Mehrkammer-Photoreaktor, Mehrkammer-Bestrahlungsverfahren

Info

Publication number: EP0000773A1
Application number: EP7878100585A
Authority: EP
Inventors: Günther Otto Prof. Dr. Schenck
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1977-08-06
Filing date: 1978-08-03
Publication date: 1979-02-21
Also published as: ATA457578A; NO147471C; DE2860373D1; ES471983A1; PT68390A; AT377961B; NO147471B; NO782669L; DE2735550A1; IE781237L; US4255383A; JPS5436092A; JPS6140480B2; DK315678A; AU3775878A; US4317041A; IE46938B1; EP0000773B1; IT1097691B; IT7826476A0

Abstract

Mehrkammer-Bestrahlungsverfahren und Mehrakammer-Photoreaktoren zur Reinigung, insbesondere Entkeimung und Desinfektion fließfähiger Medien mit UV-Strahlund im Wellenlängenbereich von 240 bis 320 nm in einem Durchflßreaktor ermöglichen weitgehende Ausnutzung der von der Strahlungsquelle ausgehenden UV-Strahlung bei hohen Durchflußraten. Der Bestrahlungsraum eines annularen Zweikammer-Photoreaktors (200) mit axial angeordnetem UV-Strahler (24) ist durch ein Quarzglasrohr (207) in zwei koaxiale Bestrahlungskammern (209, 211) geteilt, die so miteinander verbunden sind, daß das Medium unter Bestrahlung in Längsrichtung der Strahlungsquelle beide Bestrahlungskammern (209, 211) hintereinander unter Umkehrung der Strömungsrichtung durchläuft. Andere Ausführungsbeispiele für Mehrakammer-Photoreaktoren und Überwachungseinrichtungen für die Druchflußrate werden beschrieben, sowie Anordnungen für den Rücklaufbetrieb. Ein abgeänderter Zweikammer-Photoreaktor (500) besitzt getrennte Bestrahlungskammern (509, 511), durch die das Medium parallel gefördert wird, wie zur Wasserreinigung durch Umkehrosmose. Anwendungsgebiete: Stationäre und mobile Trinkwasserversorgung; Getränke- und Lebensmittelindustrie; Pharma- und Kosmetikbetriebe, Chemie und Biotechnologie; Reinstwasser für Klinik, Analytik, Elektronik, Photo-processing; Klimawäscher; Swimming pool; Aquaristik; Absasserbehandlung.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reinigung, insbesondere zur Entkeimung und Desinfektion fließfähiger Medien in einem Durchflußreaktor mit einer vorbestimmten Mindestbestrahlung, d.h. Mindestdosis, ultravioletter Strahlung überwiegend im Wellenlängenbereich von 240 bis 320 nm, bei dem das Medium durch einen Durchflußreaktor aus mindestens einem Bestrahlungsraum gefördert und dabei der UV-Strahlung einer aus mindestens einem Strahler bestehenden Strahlungsquelle ausgesetzt wird.
Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens, bestehend aus einer Strahlungsquelle mit mindestens einem Strahler, der ultraviolette Strahlung überwiegend im Wellenlängenbereich von 240 bis 320 nm emittiert, und aus einem Durchflußreaktor mit mindestens einem Bestrahlungsraum, der eine Zuleitung und eine Ableitung für das zu bestrahlende Medium und eine Uberwachungseinrichtung für die ultraviolette Strahlung aufweist.
Verfahren und Vorrichtungen zur Reinigung,insbesondere zur Entkeimung oder Desinfektion durch ultraviolette Strahlen werden mit Vorteil anstelle chemischer Mittel eingesetzt, um pathogene, toxische oder anderweitig störende und gegen ultraviolette Strahlen empfindliche Bestandteile aus Wasser zu entfernen. Dabei kann es sich um Mikroorganismen wie Bakterien, Sporen, Hefen oder Pilze, Algen etc., aber auch um Viren oder Bakteriophagen handeln. Auch kann es sich um solche die Umwelt belastende Verunreinigungen handeln wie cancerogene Aromaten, mannigfaltige Halogen-, vor allem Chlorverbindungen, z.B. auch Chlorphenole etc. Die Bestrahlung kann bei der Trinkwasseraufbereitung eingesetzt werden und ist besonders nützlich in Verbindung mit Ionenaustauscher- oder Umkehr-Osmose-Anlagen. Sie kann auch Schwimm_- badwasser auf hygienische Trinkwasserqualität desinfizieren. Das UV-Bestrahlungsverfahren kann aber auch für Umlaufwasser beispielsweise von Klimaanlagen in Krankenhäusern eingesetzt werden und kann zu wesentlich höheren Entkeimungsgraden führen als sie für Trinkwasser verlangt werden, was z.B. für den Einsatz in ophthalmologischen Präparaten oder bei der Verwendung als Spülmittel im Operationssaal eine Voraussetzung ist. Weitere Einsatzbereiche finden sich z.B. in der Brauerei- und Getränkeindustrie, in der Nahrungsmittel-, Pharma- und Kosmetika-Industrie, bei der Reinigung von Abwässern oder der Herstellung reinsten Meerwassers für biotechnische Zwecke.
Photochemische Entkeimungs- bzw. Desinfektions- und Entgiftungsreaktionen folgen den bekannten Grundprinzipien photochemischer Reaktionen, deren Gültigkeit bei der praktischen Durchführung zu beachten ist. Im allgemeinen ist die Konzentration der pathogenen und sonstigen durch die UV-Bestrahlung zu entfernenden Verunreinigungen sehr niedrig. Praktisch wird daher die Absorption des zu bestrahlenden Mediums durch andere Inhaltsstoffe bestimmt, deren Absorption mit der der Mikroorganismen etc. konkurriert. Dabei ist eine möglichst hohe Ausnutzung des verfügbaren Photonenstroms anzustreben. Hierzu genügen it allgemeinen solche Schichtdicken, in denen 90 % der eingestrahlten Photonen absorbiert werden, da bei einerferdoppelung dieser Schichtdicke nur weitere 9 % der eingestrahlten Photonen zusätzlich absorbiert werden können. In der UV-Entkeimungstechnik bezeichnet man daher die durch 90 % Absorption charakterisierte Schichtdicke als "wirksame Eindringtiefe". Diese kann bei einer Wellenlänge von 254 nm vielmal 10 cm in besonders reinem Wasser, aber auch nur Bruchteile von Millimetern in Milch betragen.
Führt man die Ultraviolett-Bestrahlung bis zu einem Umsatz (Inaktivierung) von 90 bis 99 % der anfänglich vorhandenen Mikroorganismen bzw. Verunreinigungen durch, so zeigt sich angenähert ein exponentieller Verlauf wie bei kinetisch analogen photochemischen Reaktionen. Der vorgenannte Umsatz von 90 bis 99 % erfolgt dabei in einem Bruchteil der Zeit, die für Entkeimungs- bzw. Entgiftungsreaktionen im allgemeinen erforderlich ist. Hier interessiert dann nicht mehr die absolute Höhe des erzielten Umsatzes, der sich asymptotisch der Eingangszahl (Anzahl Keime/Volumen) nähert. Vielmehr interessiert nun nur noch die Menge an gereinigtem Medium eines verlangten Reinigungsgrades (z.B. 10 ). Hier zeigt sich, daß das durch photochemische Überlegungen nahegelegte Arbeiten mit einer Schichtdicke entsprechend 90 % Absorption, also mit der sog. "wirksamen Eindringtiefe", kein optimales Ergebnis liefert. Infolge des exponentiellen Lambertschen Absorptionsgesetzes kommt es in der durchstrahlten Schicht zu einer inhomogenen Geschwindigkeitsverteilung der Reinigung. Wegen der bei den heute verwendeten leistungsfähigen Strahlungsquellen in den Durchflußreaktoren überwiegend laminaren Strömungscharakteristik des durchstrahlten Mediums kommt es in diesem zum Aufbau einer logarithmischen Verteilung der Reinigungsgrade, wobei die wesentlich geringere Reinigung in größerer Entfernung von der Strahlungsquelle überwiegt.
Für die Abtötung (Inaktivierung) von Mikroorganismen als Beispiel einer Reinigung in den für die Wasserentkeimung notwendigen Dosisbereichen gilt das einfache Dosiswirkungsprinzip. Hiernach wird die Mikroorganismen-Eingangskonzentration (Eingangszahl pro ml) N_o durch die Dosis E . t (E = Bestrahlungsstärke; t = Dauer der Bestrahlung) gemäß einer für jede Spezies charakteristischen Empfindlichkeitskonstante k auf die Mikroorganismenkonzentration N_t zum Zeitpunkt t reduziert:
Bei parallel gerichteter Einstrahlung gilt, daß die Bestrahlungsstärke E selbst nach dem Lambertschen Absorptionsgesetz exponentiell mit der Schichtdicke des durchstrahlten Mediums abnimmt. Insgesamt ergibt sich daher die folgende Beziehung für die Reduktion der Keimzahl N nach der Bestrahlungszeit t
In dieser Gleichung ist α das logarithmische Absorptionsmaß des durchstrahlten Mediums und d seine Schichtdicke in cm.
Bei nicht parallel gerichteter Einstrahlung tritt eine zusätzliche Veränderung der Bestrahlungsstärke entsprechend der Geometrie des Durchflußreaktors ein, die in der vorgenannten Gleichung durch einen entsprechenden Geometriefaktor G berücksichtigt wird.
Es ist ein Photoreaktor mit annähernd parallel gerichteter Einstrahlung bekannt, bei dem die Strahlungsquelle oberhalb der Oberfläche des zu bestrahlenden Mediums in einem Reflektor angeordnet ist (M. Luckiesh, Applications of germicidal, erythemal and infrared energy, Van Nostrand, New York, 1946, S. 257-265; Firmenschrift "Germicidal lamps and applications", LS-179, General Electric Company). Photoreaktoren dieser Art sind jedoch nur im Zusammenhang mit frei fließenden Medien verwendbar, nicht aber im Zusammenhang mit Drucksystemen, in denen das zu bestrahlende Medium unter Druck durch den Photoreaktor gefördert wird.
Für solche Vorrichtungen ist vorgeschlagen worden, den Photoreaktor ringförmig auszubilden und die Strahlungsquelle im Innenraum des Ringes unterzubringen; dabei ist als Strahlungsquelle eine Quecksilberhochdrucklampe (W. Buch, Wasserentkeimungsgerät "Uster", AEG-Mitteilungen 1936, Nr.5, S. 178-181), aber auch eine Quecksilberniederdrucklampe (K. Wuhrmann, "Desinfektion von Wasser mittels Ultraviolett-Bestrahlung", Gas/Wasser/Wärme 1960, Band 14, S. 100-102) bzw. Bündel von Quecksilberniederdrucklampen verwendet worden (P. Ueberall, "Die chemikalienfreie Trink- und Brauchwasserentkeimung mit ultravioletten Strahlen", Die Stärke 1969, Band 21, S. 321-327). Zum Ausgleich der durch das Lambertsche Absorptionsgesetz und die Geometrie des Photoreaktors bedingten starken Abnahme der Bestrahlungsstärke bei einem ringförmigen Photoreaktor ist vorgeschlagen worden, die Strahlungsquelle aus mehreren Lampen aufzubauen, die in einzelnen Reflektoren angeordnet sind, die einen ringförmigen Durchflußreaktor von außen konzentrisch umgeben (Deutsche Offenlegungsschrift Nr. 2 119 961), wobei gegebenenfalls zusätzliche Lampen im Innenraum angeordnet werden können (Deutsche Offenlegungsschrift 2 205 598). Zu den Photoreaktoren mit einer Strahlungsquelle mit radialer Ausstrahlung gehören auch noch solche, deren Strahler einfach oder mehrfach nach Art einer Tauchlampe in einem geeigneten durchströmten Behälter untergebracht ist (L. Grün, M. Pitz, "UV-Strahlen in Düsenkammern und Luftkanälen von Klimaanlagen in Krankenhäusern", Zbl. fürHygiene, I.Abteilung Orig. 1974, Band ^{B 1}59, S. 50-60).
Obwohl die effektiven Eindringtiefen für 90 % Absorption für viele Medien bekannt sind, weisen die bekannten Photoreaktoren im allgemeinen solche Schichtdicken auf, die nur Bruchteile der effektiven Eindringtiefe ausmachen. Für die Entkeimung von Trinkwasser auf Seeschiffen besteht sogar die Vorschrift, daß die Schichtdicke des zu bestrahlenden Mediums 7.62 cm nicht überschreiten soll (Department of Health, Education, and Welfare,Public Health Service; Division of Environmental Engineering and Food Protection; "Policy Statement on Use of the Ultraviolet Process for Disinfection of Water", 1.April 1966). Diese aus Sicherheitsgründen vorgenommene Beschränkung im Reaktordurchmesser führt dazu, daß in den vielen Fällen hoher Transmissionsfaktoren die Möglichkeit wirtschaftlicher Entkeimung verschenkt wird, weil dann ein wesentlicher Teil der in das Medium eingestrahlten Photonenenergie das Medium ungenutzt verläßt und an der Wand vernichtet wird. Versuche, dem durch verspiegelte Wandungen abzuhelfen, haben sich als nicht besonders wirksam erwiesen.
Bestrahlt man (bei paralleler Einstrahlung) in einer Schicht mit 90 % Absorption und mit einer so hohen Dosis, daß die Entkeimung in der ersten Schicht mit 10 % Absorption mindestens 10^-10 erreicht, so ergibt sich nach der voranstehenden Gleichung eine Inhomogenität der Entkeimungsgrade, die von 10^-9 in der ersten Schicht bis zu 10-1 in der letzten Schicht reicht. Als mittleres Ergebnis wird dann ein Entkeimungsgrad von der Größenordnung 10-2 erreicht, was wenig befriedigt, wenn man berücksichtigt, daß der theoretisch unter Annahme einer nicht logarithmisch abfallenden, sondern mittleren Bestrahlungsstärke erreichbare Entkeimungsgrad in der Größenordnung von 10^-4 liegt.
Es sind weiterhin Vorrichtungen der eingangs genannten Art bekannt, bei denen die Strahlungsquelle aus mehreren Strahlern und der Durchflußreaktor aus mehreren Bestrahlungskammern besteht, die jeweils mit einem Strahler versehen und in Durchflußrichtung senkrecht zur Strahlerachse durch Verbindungskammern verbunden sind (Deutsche Offenlegungsschriften Nr. 2 422 838, 2 622 314). Solche Vorrichtungen haben Bestrahlungskammern verhältnismäßig geringer Schichtdicken (z.B. unter 6.35 mm), so daß die Inhomogenität der Entkeimungsgrade in den Bestrahlungskammern nicht den Grad erreicht wie bei anderen bekannten Vorrichtungen mit größeren Schichtdicken. Obwohl ein geringer Bruchteil der von den Strahlern ausgehenden Strahlung die Verbindungskammern erreicht, geht in dieser Anordnung z.B. bei der Entkeimung von Trinkwasser bei der oben genannten Schichtdicke ein erheblicher Anteil (ca. 75-95 %) der Strahlung verloren, ohne für die Entkeimung nutzbar zu werden.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht demgemäß darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu dessen Ausübung anzugeben, die eine optimale Ausnutzung der von der Strahlungsquelle ausgehenden UV-Strahlung bei möglichst hoher Leistung gestatten.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe in Bezug auf das Verfahren dadurch gelöst, daß das Medium durch getrennte, der Strahlungsquelle gemeinsam zugeordnete und in deren Strahlungsrichtung hintereinander angeordnete Bestrahlungskammern gefördert wird und in jeder Bestrahlungskammer einem Bruchteil der von der Strahlungsquelle ausgehenden Gesamtstrahlung ausgesetzt wird.
Die Erfindung geht aus von der Erkenntnis, daß bei einer Unterteilung des Photoreaktors die Schichtdicke der Bestrahlungskammern jeweils so gewählt werden kann, daß sich die Änderung der Bestrahlungsstärke in der Schichtdicke nicht zu ungünstig auf die Bestrahlungsökonomie auswirkt. Es wird dadurch in jeder Bestrahlungskammer eine weniger inhomogene Verteilung der Entkeimungsgrade erzielt. Bei einer Schichtdicke für 90 % Absorption kann eine vier- bis fünffache Unterteilung dazu führen, daß die Unterschiede der Entkeimungsgrade innerhalb jeder Bestrahlungskammer weniger als 3 Größenordnungen betragen, während die Unterschiede im nicht unterteilten Photoreaktor über 8 Größenordnungen ausmachen. Das Prinzip beruht also darauf, daß man die mit zunehmender Schichtdicke durch ein Optimum gehende und dann wieder stark abnehmende Effizienz des Photoreaktors so einstellt, daß man mit einer Schicht nur teilweiser Absorption arbeitet und die diese Schicht verlassenden Photonen alsdann in folgenden Schichten ähnlicher oder gleicher, nur teilweiser Absorption ausnutzt. Die durch die Unterteilung erzielte günstige Wirkung ist weitgehend unabhängig von der Bestrahlungsgeometrie des jeweiligen Photoreaktors. Sie wird sowohl bei Photoreaktoren gefunden, bei denen die Strahlungsquelle von Tauchlampen gebildet wird, als auch bei ringförmigen Photoreaktoren, bei denen die Strahlungsquelle im Innenraum und/oder außen angebracht ist; sie wird ebenfalls bei Photoreaktoren gefunden, deren Strahlungsquelle über der Oberfläche des Mediums angeordnet ist.
Die nähere Analyse hat gezeigt, daß die Bestrahlungsökonomie durch die Inhomogenität des Entkeimungsgrades in den Schichten des bestrahlten Mediums besonders stark negativ beeinflußt wird, die der höchsten Bestrahlungsstärke ausgesetzt sind. Um einerseits so viel als möglich von der für die Wirksamkeit der Entkeimung besonders günstigen hohen Bestrahlungsstärke in unmittelbarer Nachbarschaft der Strahlungsquelle auszunutzen und andererseits durch die Inhomogenität in der Verteilung des Entkeimungsgrades so wenig wie möglich von dieser günstigen Wirkung einzubüßen, sollte in der der Strahlungsquelle unmittelbar benachbarten Bestrahlungskammer nicht mehr als 60 % der einfallenden Strahlung absorbiert werden.
Vorteilhafterweise fallen mindestens 50 % der in das Medium in der der Strahlungsquelle unmittelbar benachbarten Bestrahlungskammer eindringenden Strahlung in das Medium in der direkt folgenden Bestrahlungskammer ein und in dem Medium in der der Strahlungsquelle unmittelbar benachbarten Bestrahlungskammer werden nicht mehr als 50 % der eindringenden Strahlung absorbiert; in dem Medium werden in einem Durchflußreaktor mit bis zu 5 Bestrahlungskammern nicht mehr als (1 - 0,5ⁿ) · 100 % der insgesamt eindringenden Strahlung absorbiert, wobei n die Anzahl der Bestrahlungskammern ist. Dabei ist es nicht notwendig, daß die einfallende Strahlung in jeder Bestrahlungskammer um den gleichen Bruchteil geschwächt wird. Wie vorstehend bereits dargelegt wurde, wird die Effizienz der Reinigung bzw. Entkeimung durch den Gradienten der Bestrahlungsstärke zwischen Eintritt und Austritt der jeweiligen Bestrahlungskammer bestimmt. Das gilt beim Mehrkammer-Photoreaktor für jede einzelne Bestrahlungskammer, weshalb beispielsweise bei zwei Bestrahlungskammemdie Gesamtabsorption der einfallenden Strahlung 75 % nicht übersteigen sollte, um für jede Bestrahlungskammer diesen Gradienten ausreichend klein und die Effizienz insgesamt so groß wie möglich zu halten.
Es ist bei den bekannten Einkammer-Photoreaktoren bereits versucht worden, die schädlichen Einflüsse, die sich aus dem Gradienten der Bestrahlungsstärke in der Bestrahlungskammer ergeben, dadurch zu vermindern, daß das Medium während der Verweildauer im Einkammer-Photoreaktor möglichst intensiv durchmischt wird (Französische Patentschrift Nr. 1 560 780; Deutsche Offenlegungsschrift Nr. 1 937 126). Auch bei höchster Turbulenz ist aber eine ideale Durchmischung, bei der sämtliche Partikeln des Mediums der gleichen mittleren Bestrahlungsstärke ausgesetzt wären, nicht erreichbar. Selbst eine ideale Durchmischung kann jedoch den Einfluß des Gradienten der Bestrahlungsstärke im Medium nicht aufheben, da die mittlere Bestrahlungsstärke mit zunehmender Schichtdicke abnimmt. Wie eine Berechnung im einzelnen zeigt, wirkt sich der Gradient bei Schichtdicken, in denen nicht mehr als 60 vorzugsweise nicht mehr als 50 % der einfallenden Strahlung absorbiert werden, nur noch soweit aus, daß dieser Einfluß für praktische Zwecke tragbar ist. Daher wird die Effizienz der Reinigung bzw. Entkeimung bereits in einem Zweikammer-Photoreaktor erheblich höher als bei einem Einkammer-Photoreaktor gleicher Gesamtschichtdicke. Ein weiterer Vorteil des Mehrkammer-Photoreaktors ist dabei, daß unter solchen Umständen die Strömungscharakteristik des Mediums in den Bestrahlungskammern ihren Einfluß auf die Reinigung bzw. Desinfektion verliert. Man kann daher beim Mehrkammer-Photoreaktor auf besondere Mittel zur Erzeugung turbulenter Strömung in der Bestrahlungskammer verzichten.
Zur Erhöhung des Entkeimungsgrades kann es vorteilhaft sein, dem Medium vor oder während der Bestrahlung ein Oxidationsmittel zuzuführen. Das Oxidationsmittel kann beispielsweise Sauerstoff, Ozon, Halogen oder ein Hypohalogenit sein. Hierdurch wird nicht nur der oxidative Abbau von in dem Medium enthaltenen Verunreinigungen begünstigt, sondern es wird auch die Entkeimung durch zusätzliche sekundäre bakterizide Effekte günstig beeinflußt.
Die Empfindlichkeit von Mikroorganismen gegen Ultraviolettstrahlung ist sehr unterschiedlich; beispielsweise ist die Empfindlichkeit von Pilzen oder Algen um mehr als 2 Größenordnungen geringer als die Empfindlichkeit von Bakterien. Es ergibt sich daraus beim Einsatz von Durchflußreaktoren für die Entkeimung ein weiter Dosisbereich, der in seinem ganzen Umfang nicht einfach durch Erhöhung des Strahlungsflusses der Strahlungsquelle und/oder Verringerung des Durchflusses des zu bestrahlenden Mediums erfaßt werden kann. Nach der Erfindung ist daher vorgesehen, daß min- ' destens ein Teilstrom des bestrahlten Mediums nach dem Durchlauf in den Durchflußreaktor zurückgeführt wird. Auf diese Weise wird das zu bestrahlende Medium mehrfach durch den Reaktor geführt und so mit dem entsprechenden Vielfachen der Dosis des einfachen Durchlaufs bestrahlt. Dieses Verfahren empfiehlt sich auch in solchen Fällen, in denen das entkeimte Medium aus einer Ultraviolett-Entkeimungsanlage in wechselnden Mengen entnommen wird.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird das Medium ultravioletter Strahlung im Wellenlängenbereich von 260 bis 280 nm ausgesetzt. UV-Strahlung von diesem Wellenlängenbereich ist für die Photoentkeimung besonders wirksam, weil Mikroorganismen in diesem Bereich ein Maximum an Empfindlichkeit besitzen (L.J. Buttolph, "Practical application and sources of ultraviolet energy", Radiation Biology, McGraw Hill, New York, 1955, Band 2, S. 41-93). Durch die Bestrahlung in diesem Wellenlängenbereich wird aber auch die photochemische Bildung von Niederschlägen aus eisen- bzw. manganhaltigen Medien vermieden, die bei Bestrahlung mit 254 nm von Quecksilberniederdrucklampen erfolgt. Ein weiterer besonderer Vorteil der Bestrahlung in dem Wellenlängenbereich von 260 bis 280 nm liegt darin, daß die Absorption von eisen- bzw. manganhaltigen Verunreinigungen in diesem Wellenlängenbereich stark abfällt und daher in sehr viel geringerem Maße als in dem Wellenlängenbereich, der von Quecksilberniederdrucklampen emittiert wird, als Strahlungsfilter wirkt, das die Wirksamkeit der Strahlung für die Photoentkeimung vermindert.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird das Medium vorteilhafterweise nacheinander durch die Bestrahlungskammern des Durchflußreaktors gefördert. Dadurch wird, wie bereits weiter oben erläutert wurde, die Effizienz der Reinigung bzw. Entkeimung beträchtlich erhöht. Der Durchflußreaktor kann dann mit einem größeren Durchfluß betrieben werden, so daß die Strömungsgeschwindigkeiten in den Bestrahlungskammern des Mehrkammer-Photoreaktors gegenüber der Strömungsgeschwindigkeit im Einkammer-Photoreaktor erhöht sind. Durch eine solche Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeiten und durch die Verringerung der Querschnitte der Bestrahlungskammern werden Strömungskurzschlüsse vermieden, die bei Einkammer-Photoreaktoren bei hohen Schichtdicken und geringen Strömungsgeschwindigkeiten auftreten. Diese Strömungskurzschlüsse können dazu führen, daß im Strahlungsfeld des Einkammer-Photoreaktors stark unterschiedliche Strömungsgeschwindigkeiten ausgebildet werden, die sich bei Verringerung des Durchflusses verstärkt ausprägen und das Gesamtergebnis der Bestrahlung in Frage stellen können. Es empfiehlt sich zusätzlich, beim Mehrkammer-Photoreaktor mit einer Strömungsgeschwindigkeit zu arbeiten, die an oder über der Grenze der Turbulenz des durchströmenden Mediums liegt. Auf diese Weise wird nicht nur die Bildung von Niederschlägen aus dem bestrahlten Medium im Mehrkammer-Photoreaktor wirksam unterdrückt, sondern darüber hinaus in der der Strahlungsquelle unmittelbar benachbarten Kammer des Mehrkammer-Photoreaktors ein besonders guter Wärmeübergang von der Strahlungsquelle auf das durchfließende Medium erzielt, so daß Überhitzungen vermieden werden.
Die erwähnte beträchtliche Erhöhung der Effizienz des Durchflußreaktors durch die Unterteilung ist nicht daran gebunden, daß das Medium nacheinander durch die Bestrahlungskammern des Durchflußreaktors gefördert wird. Vielmehr ist dies eine charakteristische Eigenschaft des Mehrkammer-Photoreaktors. Leitet man nämlich das Medium parallel durch die Bestrahlungskammern, so läßt sich der Durchfluß durch jede einzelne Bestrahlungskammer so einstellen, daß in jeder Bestrahlungskammer die gleiche Mindestdosis verabreicht und somit der gleiche Entkeimungsgrad erzielt wird und die mit unterschiedlichen Strömungsgeschwindigkeiten fließenden Anteile des Mediums nach dem Verlassen der Bestrahlungskammern wieder vereinigt werden können. Die parallele Flüssigkeitsführung ist zwar durch ihre apparative Ausrüstung aufwendiger, kann aber für die gleichzeitige Bestrahlung verschiedener Medien von Vorteil sein.
Die Vorrichtung nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Bestrahlungsraum des Durchflußreaktors durch Trennwände aus für die ultraviolette Strahlung-durchlässigem Material in getrennte, der Strahlungsquelle gemeinsam zugeordnete und in deren Strahlungsrichtung hintereinander angeordnete Bestrahlungskammern unterteilt ist, daß die in das Medium mindestens in der Bestrahlungskammer, die der der Strahlungsquelle unmittelbar benachbarten Bestrahlungskammer direkt folgt, einfallende Strahlung Bruchteile der Strahlung beträgt, die in die der Strahlungsquelle unmittelbar benachbarte Bestrahlungskammer eindringt, und daß die Einrichtung zur Einhaltung einer vorbestimmten Mindestdosis der Strahlung aus Durchflußsteuermitteln für das Medium besteht, die an die Zuleitung oder an die Ableitung des Durchflußreaktors angeschlossen sind. Dabei kann der Bruchteil der in die Bestrahlungskammer, die der der Strahlungsquelle unmittelbar benachbarten Bestrahlungskammer direkt folgt, einfallenden Strahlung mindestens 50 % der in die der Strahlungsquelle unmittelbar benachbarten Bestrahlungskammer eindringenden Strahlung und die Absorption in der der Strahlungsquelle unmittelbar benachbarten Bestrahlungskammer nicht mehr als 50 % betragen und die Gesamtabsorption in einem Durchflußreaktor mit bis zu 5 Bestrahlungskammern bis zu (1 - 0.5ⁿ) · 100 % der insgesamt einfallenden Strahlung betragen, wobei n die Anzahl der Bestrahlungskammern ist.
Im einfachsten Fall, beispielsweise bei der Photoentkeimung von Seewasser, besteht ein solcher Durchflußreaktor aus einem trogartigen Gefäß, das durch eine aus Quarzglasscheiben gefertigte Trennwand in eine untere und eine obere Bestrahlungskammer unterteilt ist. Die Strahlungsquelle befindet sich oberhalb des trogartigen Gefäßes in einem Reflektorsystem, das die von der Strahlungsquelle ausgehende Strahlung parallel in das trogartige Gefäß richtet. Das Seewasser tritt in die eine der beiden Kammern ein und durchsetzt nach Durchlauf durch die erste Kammer die zweite Kammer. Es kann bei einer solchen Anordnung auch das durch Quarzglasscheiben in Bestrahlungskammern unterteilte Gefäß selbst aus Quarzglas bestehen, wobei die Strahlungsquelle von paarweise an gegenüberliegenden Seiten des Gefäßes in einem System von Einzelreflektoren angebrachten Strahlern gebildet wird.
Aus dem Bereich der Hospitalhygiene sind im Umlauf betriebene Entkeimungsanlagen mit einer Strahlungsquelle aus einem oder mehreren, jeweils in einem Hüllrohr nach Art einer Tauchlampe in einen Behälter eingesetzten Strahlern bekannt, beispielsweise bei Klimawäschern. Solche Anordnungen besitzen ungünstige StrÖmungsverhältnisse, die dazu führen, daß ein Teil des in dem Behälter befindlichen Wassers erheblich höhere Bestrahlungsdosen erhält als nötig, während ein großer Teil des Behälterwassers zu niedrigen Dosen ausgesetzt bleibt. Es besteht daher die Gefahr, daß aus diesem Wasser Keime an die von der Klimaanlage umgewälzte Luft abgegeben werden. Nach der Erfindung ist vorgesehen, daß jeder nach Art einer Tauchlampe in ein Hüllrohr eingeschlossene Strahler von wenigstens einem Quarzglasrohr umgeben ist und die Strahler in einen gemeinsamen Behälter eingesetzt sind, daß das Hüllrohr und das Quarzglasrohr jeweils eine innere Bestrahlungskammer begrenzen und daß die inneren Bestrahlungskammern jeweils mit dem Behälterinneren kommunizieren und gemeinsam entweder eingangsseitig an die Zuleitung oder ausgangsseitig an die Ableitung des Durchflußreaktors angeschlossen sind. Im Gegensatz zu der bekannten Anordnung wird in der erfindungsgemäBen Vorrichtung sichergestellt, daß die Bestrahlung unabhängig von der Strömungsrichtung durch die inneren Bestrahlungskammern mit der gewünschten Mindestdosis erfolgt. Schließt man dabei die inneren Bestrahlungskammern eingangsseitig an die Zuleitung an, so wird auf diese Weise das Bestrahlen in Gegenwart von Sauerstoff oder anderen Gasen erleichtert; schließt man die inneren Bestrahlungskammern ausgangsseitig an die Ableitung des Durchflußreaktors an, so erhält man optimal entkeimtes Wasser an der Sprühdüse des Klimawäschers.
Nach der Erfindung ist eine Vorrichtung, bei der die Strahlungsquelle und der Durchflußreaktor ringförmig zueinander angeordnet sind, so aufgebaut, daß der Durchflußreaktor aus zwei mit Anschlußmitteln versehenen Verschlußteilen, die die Bestrahlungskammern stirnseitig begrenzen, und aus zwischen den Verschlußteilen an diesen angebrachten Rohrstücken unterschiedlichen Durchmessers besteht, die koaxial ineinander angeordnet sind und die Bestrahlungskammern längsseitig begrenzen. Dabei können die Verschlußteile für jede Bestrahlungskammer einen Anschlußstutzen besitzen, der über mindestens einen Innenkanal mit der zugehörigen Bestrahlungskammer in Verbindung steht. Es wird auf diese Weise ein aus koaxial zwischen den stirnseitigen Verschlußteilen gehalterten Quarzglasrohren bestehender ringförmiger Mehrkammer-Photoreaktor einfachen Aufbaus erhalten, bei dem die Bestrahlungskammern je nach den Anforderungen parallel-oder hintereinandergeschaltet werden können.
In der Serienschaltung stehen benachbarte Bestrahlungskammern an gegenüberliegenden Enden miteinander in Verbindung. Die besonderen Vorteile einer solchen Serienschaltung liegen darin, daß infolge der veränderten Strömungswege und -geschwindigkeiten eine günstigere Verteilung der eingestrahlten Energie auf das durchfließende Medium und hierdurch eine wesentlich verbesserte Effizienz der angestrebten Reinigungs- bzw. Entkeimungsprozesse erreicht wird. Bei gleichem Durchfluß ist nämlich die mittlere Strömungsgeschwindigkeit in einem m-Kammer-Photoreaktor angenähert das m-fache der mittleren Strömungsgeschwindigkeit eines Einkammer-Photoreaktors. Im Mehrkammer-Photoreaktor durchläuft ein Volumteil des Mediums hintereinander sämtliche Bestrahlungskammern von der höchsten bis zur niedrigsten mittleren Bestrahlungsstärke oder vice versa, wodurch eine wesentlich gleichmäßigere Verteilung der zugeführten Energie auf das durchströmende Medium erzielt wird. Dadurch wird eine Uberbestrahlung im Nahbereich der Strahlungsquelle und ebenso eine Unterbestrahlung in entfernteren Bereichen vermieden und damit die Effizienz der applizierten Strahlungsdosis erheblich gesteigert.
Die Unterteilung des Photoreaktors in mehrere Bestrahlungskammern erlaubt somit eine Bestrahlung bei niedrigeren Gradienten der Bestrahlungsstärke und durch die Serienschaltung der Bestrahlungskammern eine Summierung der in dem Medium applizierten einzelnen Energiedosen. Insgesamt ist so die photochemische Effizienz der Reinigung bzw. Entkeimung im Mehrkammer-Photoreaktor wesentlich erhöht und damit eine erhöhte effektive Dosisleistung im Medium erreicht. Dadurch läßt sich der Durchfluß gegenüber einem Einkammer-Photoreaktor mit einer Strahlungsquelle gleicher UV-Leistung steigern. Die hierdurch im Vergleich zu Einkammer-Photoreaktoren wesentlich erhöhten mittleren Strömungsgeschwindigkeiten erbringen noch den zusätzlichen Vorteil, daß die vorerwähnten Strömungskurzschlüsse vermieden werden und Ablagerungen aus dem Medium weniger leicht eintreten.
Vorteilhafterweise sind bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung die Rohrstücke an ihren Enden abwechselnd abdichtend gehaltert und geführt, und benachbarte Bestrahlungskammern stehen jeweils an den geführten Enden der Rohrstücke miteinander in Verbindung. Dadurch wird eine Vereinfachung im Aufbau des.Mehrkammer-Photoreaktors mit in Serie geschalteten Bestrahlungskammern erzielt, da sich die Verbindung zwischen den Bestrahlungskammern innerhalb des Durchflußreaktors befindet und in den Verschlußteilen nur noch Innenkanäle zu den Anschlußstutzen vorgesehen werden müssen, die als Eingangs- und Ausgangsanschluß dienen.
Mehrkammer-Photoreaktoren der vorstehend beschriebenen Art mit einem äußeren Quarzglasrohrstück können in bekannter Weise (Deutsche Offenlegungsschrift Nr. 2 119 961) konzentrisch von mehreren Strahlern umgeben sein, von denen jeder einen eigenen paraboloiden Reflektor aufweist, wodurch eine optimale Effizienz der Einstrahlung ermöglicht wird. einwandfreie Funktion eines Einkammer-Photoreaktors dieser Art ist nur dann gewährleistet, wenn die weiter vorstehend erörterten Kurzschlußphänomene bei der Durchströmung sicher vermieden werden. Mit zunehmendem Querschnitt und abnehmender Strömungsgeschwindigkeit des zu bestrahlenden Mediums nimmt aber die Wahrscheinlichkeit des Auftretens solcher Kurzschlußphänomene zu, so daß Photoreaktoren dieser Art im allgemeinen nur für enge Anwendungsbereiche einsetzbar sind. Durch die Unterteilung unter Ausbildung des Mehrkammer-Photoreaktors wird erreicht, daß auch Medien geringer Transmission den Durchflußreaktor mit einer solchen Geschwindigkeit durchsetzen, daß die Bestrahlung mit der geforderten Mindestdosis sichergestellt und das Auftreten von Kurzschlußphänomenen bei der Durchströmung ausgeschlossen ist.
Das innere Rohrstück kann bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung an beiden Enden durch entsprechende Durchbrüche der Verschlußteile hindurchgeführt und in den Durchbrüchen abdichtend gehaltert sein. Dadurch wird die Anbringung einer Strahlungsquelle im Inneren des Mehrkammer-Photoreaktors ermöglicht, die zusätzlich zu den den Mehrkammer-Photoreaktor außen umgebenden Strahlern vorgesehen sein kann. Dadurch werden die Strahlungsverluste, die beim Durchgang der Strahlung durch den Photoreaktor auftreten, in beträchtlichem Umfang kompensiert, und es wird bei entsprechender Abstimmung der Schichtdicke an die Transmissionsfaktoren des Mediums eine brauchbare Annäherung an eine gleich hohe Bestrahlungsstärke in allen Volumelementen des Photoreaktors erzielt.
Bei dem Mehrkammer-Photoreaktor nach der Erfindung kann das äußere Rohrstück strahlungsundurchlässig sein, eine Beobachtungsöffnung aufweisen und an die Verschlußteile abdichtend angeflanscht sein. Das ermöglicht einen stabileren und weiter vereinfachten Aufbau des Photoreaktors, in dessen Innerem die Strahlungsquelle angebracht ist. Zur Erhöhung der Bestrahlungsstärke in der Außenkammer kann das äußere Rohrstück verspiegelt sein, vorzugsweise so, daß das durchfließende Medium nicht auf die Verspiegelung einwirken kann.
Bei einer weiteren Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind die Rohrstücke an einem Verschlußteil abgedichtet gehaltert, das innere Rohrstück und jedes zweite nach außen folgende sind an dem dem Verschlußteil abgewandten Ende geschlossen, jedes der zweiten nach außen folgenden Rohrstücke ist nahe dem zu ihrer Halterung dienenden Verschlußteil mit Durchtrittsöffnungen versehen, und das Verschlußteil besitzt einen Innenkanal, dessen eines Ende in die innere Bestrahlungskammer und dessen anderes Ende in einen Anschlußstutzen mündet. Die einseitige Halterung der Rohrstücke kann Erleichterungen im Zusammenbau und in der Demontage des Mehrkammer-Photoreaktors bringen.
Vorteilhafterweise besitzt bei den erfindungsgemäßen Mehrkammer-Photoreaktoren eine der Strahlungsquelle abgewandte Bestrahlungskammer eine Schichtdicke, die mindestens das Zweifache der Schichtdicke der der Strahlungsquelle unmittelbar benachbarten Bestrahlungskammer beträgt. Ein solcher Photoreaktor ist für alle Medien mit Transmissionsfaktoren im Bereich zwischen T (1 cm) = 0.6 und nahe 1 geeignet. Für die Entkeimung von Trinkwasser mit einem Transmissionsfaktor im niedrigen Bereich sind dann vorwiegend die beiden Bestrahlungskammern mit geringer Schichtdicke ·wirksam, während bei Trinkwasser mit hohem Transmissionsfaktor auch die der Strahlungsquelle abgewandte Bestrahlungskammer mit größerer Schichtdicke mit guter Wirksamkeit einbezogen wird. Ein solcher Mehrkammer-Photoreaktor kann somit bei der Trinkwasserentkeimung im gesamten vorkommenden Bereich von Transmissionsfaktoren eingesetzt werden, ohne daß dazu zusätzliche Maßnahmen in seinem Aufbau notwendig sind. Durch die Hinzunahme der Bestrahlungskammer mit großer Schichtdicke bei Verwendung von Trinkwasser hoher Transmission ergibt sich eine hohe Leistung, die bei Photoreaktoren mit kleineren Schichtdicken bzw. bei einem Einkammer-Photoreaktor größerer Gesamtschichtdicke nicht erzielbar ist. Für die Trinkwasserentkeimung auf Seeschiffen wird eine Gesamtschichtdicke von 7.62 cm empfohlen (Department of Health, Education, and Welfare Public Health Service; Division of Environmental Engineering and Food Protection; "Policy Statement on Use of the Ultraviolet Process for Disinfection of Water", 1.April 1966).
Zweckmäßigerweise ist bei dem Mehrkammer-Photoreaktor nach der Erfindung eine Druckausgleichseinrichtung vorgesehen. Diese kann einen mit druckdichten Durchführungen versehenen, druckdicht mit dem die Rohrstücke halternden Verschlußteil verbundenen, an einen Barostaten angeschlossenen Deckel aufweisen, wobei der Sollwert der barostatischen Druckregelung vom Eingangsdruck des Mediums am Durchflußreaktor bestimmt ist. Durch eine solche Einrichtung wird der im Betrieb des Mehrkammer-Photoreaktors auf die aus Quarzglas bestehenden Rohrstücke einwirkende Druck ausgeglichen. Dadurch wird vermieden, daß an den spannungsempfindlichen Quarzglasrohren mechanische Spannungen auftreten, die zum Bruch führen könnten.
Bei den Mehrkammer-Photoreaktoren nach der Erfindung ist wenigstens eine Bestrahlungskammer mit einem über den Strömungsquerschnitt wirksamen Ausgleichselement für das Strömungsprofil versehen. Die Anordnung solcher Ausgleichselemente für das Strömungsprofil ist besonders für die Bestrahlungskammer mit der höchsten Bestrahlungsstärke zweckmäßig. Die geforderten Bedingungen für die Bestrahlung des durchfließenden Mediums können sicherer eingehalten werden, wenn das Strömungsprofil des die Bestrahlungskammer durchsetzenden Mediums gleichförmig ist, insbesondere muß ausgeschlossen werden, daß sich Teile des Mediums mit größerer Geschwindigkeit durch die Bestrahlungskammer bewegen. Eine erfindungsgemäße Vorrichtung, bei der ein Teilstrom des bestrahlten Mediums nach dem Durchlauf in den Durchflußreaktor zurückgeführt wird, ist dadurch gekennzeichnet, daß der Durchflußreaktor ausgangsseitig mit einem Strömungsteiler versehen ist, dessen einer Ausgang an die Entnahmeleitung und dessen zweiter Ausgang unter Zwischenschaltung einer Rücklauf-Förderpumpe und eines Rückschlagventils an den Eingang des Durchflußreaktors angeschlossen ist. Dabei kann die Rücklauf-Förderpumpe in ihrer Förderleistung einstellbar sein, um eine Änderung des Rücklaufverhältnisses herbeizuführen; es kann aber auch die Rücklaufleitung eine einstellbare Strömungsdrossel aufweisen. Mit einer solchen Vorrichtung können besonders hohe Entkeimungs- bzw. Reinigungsgrade erzielt werden; außerdem ist sie für solche Anwendungsfälle geeignet, bei denen keine kontinuierliche Entnahme erfolgt.
Bei einer Vorrichtung nach der Erfindung ist die Strahlungsquelle von mindestens einer antimondotierten Xenon-Hochdrucklampe, die eine starke Emission im Wellenlängenbereich von 260 bis 280 nm besitzt, gebildet. Eine solche Lampe besitzt pro cm Emissionslänge eine bakterizide Dosisleistung, die mindestens um eine Größenordnung höher ist als die entsprechende Strahlungsleistung üblicher Quecksilberniederdruckquarzlampen. Die mit diesen Strahlern erzielbaren Bestrahlungsstärken sind also sehr viel höher als die Bestrahlungsstärken, die mit Quecksilberniederdrucklampen üblicher Bauart erzielbar sind, wobei dieser Vorteil zusätzlich durch die vorher erwähnten günstigen Wirkungen der Bestrahlung im Wellenlängenbereich von 260 bis 280 nm weiter vergrößert wird. Bei gleicher Strömungsgeschwindigkeit ist es daher möglich, den Dosisbereich um über eine Größenordnung zu erhöhen; für die heutigen Bedürfnisse der Trinkwasserentkeimung ergibt sich somit, daß mit einer Strahlungsquelle aus antimondotierten Xenon-Hochdrucklampen sehr viel höhere Raum-Zeit-Ausbauten erzielt werden können, als dies bisher möglich war. Neben dieser erheblichen Verbesserung der Leistungsfähigkeit beruht ein weiterer Vorteil des Einsatzes der antimondotierten Xenon-Hochdrucklampe darauf, daß wegen der minimalen Flüchtigkeit und Toxizität des Antimons die Möglichkeit einer gefährlichen Umweltverschmutzung bei einem Bruch der Lampe wesentlich geringer ist als bei den sonst üblichen Quecksilberdampflampen.
Für Anwendungsfälle, in denen ein möglichst breiter Bereich von UV-Strahlung des wirksamen Wellenlängenbereichs für die Reinigung, Entkeimung und/oder Desinfektion mittels ultravioletter Strahlung verwendet werden soll, kann es nützlich sein, daß die Strahlungsquelle zusätzlich zu der antimondotierten Xenon-Hochdrucklampe mindestens eine Quecksilberdampflampe aufweist.
Zur Erhöhung des von der Strahlungsquelle ausgehenden Strahlungsflusses pro Längeneinheit des Durchflußreaktors kann es zweckmäßig sein, daß die Strahlungsquelle mindestens einen gewendelten Strahler enthält.
Bei ringförmiger Ausbildung des Durchflußreaktors kann die Strahlungsquelle im Inneren des Durchflußreaktors zweckmäßig in achsnaher Stellung angeordnet sein. Eine solche Anordnung der Strahlungsquelle bewirkt die beste Strahlungsverteilung in radialer Richtung. Die Strahlungsquelle kann dabei unabhängig vom Durchflußreaktor gehaltert sein; bei anderen Ausführungen, z.B. bei einem Druckdurchflußreaktor, ist dagegen die Strahlungsquelle im Durchflußreaktor gehaltert. Die Anordnung der Strahlungsquelle im Inneren des Durchflußreaktors ist für Durchflußreaktoren kleineren Volumens vorzuziehen.
Bei einem ringförmigen Durchflußreaktor nach der Erfindung kann die Strahlungsquelle mindestens 4 achsparallel und symmetrisch zwischen dem Durchflußreaktor und einem diesen umgebenden Reflektorsystem angeordnete Strahler aufweisen. Dabei befindet sich zweckmäßigerweise jeder Strahler in einem gesonderten, vorzugsweise paraboloiden Reflektor des Reflektorsystems, um eine optimale optische Effizienz der Einstrahlung in den Durchflußreaktor zu gewährleisten. Bei einer solchen Anordnung der Strahlungsquelle wird eine gleichmäßigere Verteilung der Strahlung über das Gesamtvolumen des Reaktors erzielt als bei Anordnung der Strahlungsquelle im Inneren des ringförmigen Reaktors; sie ist für großvolumige Durchflußreaktoren vorzüglich geeignet.
Eine weitere Verbesserung der Strahlungsverteilung kann in dem erfindungsgemäßen Durchflußreaktor dadurch erzielt werden, daß ein Teil der die Strahlungsquelle bildenden Strahler im Inneren des Durchflußreaktors und ein anderer Teil der Strahler, mindestens 4, achsparallel und symmetrisch zwischen dem Durchflußreaktor und einem diesen umgebenden Reflektorsystem angeordnet sind, wobei sich die Strahler, wie vorstehend beschrieben, in gesonderten Reflektoren befinden.
Bei Vorrichtungen der vorstehend beschriebenen Art kann es zweckmäßig sein, eine antimondotierte Xenon-Hochdrucklampe mindestens im.Inneren des Durchflußreaktors anzuordnen; dadurch werden die bei Reflektoren unvermeidlichen Reflexionsverluste vermieden und die von der hochwirksamen antimondotierten Xenon-Hochdrucklampe ausgehenden Strahlen besser ausgenutzt; zugleich wird für diesen Strahler eine besondere Wasserkühlung überflüssig.
Die vorstehend beschriebenen Vorrichtungen zur Durchführung einer Reinigung, Entkeimung oder Desinfektion fließfähiger Medien im Durchfluß mittels ultravioletter Strahlung erfordern zur Einhaltung einer vorbestimmten Mindestdosis der ultravioletten Strahlung Durchflußsteuermittel, durch die sichergestellt wird, daß das die Bestrahlungskammern durchsetzende Medium in jedem Fall mit der geforderten Mindestdosis bestrahlt wird. Die erfindungsgemäßen Durchflußsteuermittel können im einfachsten Fall eine Strömungsdrossel, vorzugsweise eine einstellbare Strömungsdrossel, aufweisen. Bei konstantem Druck am Eingang oder Ausgang des Durchflußreaktors läßt sich der Durchfluß auf den jeweils erforderlichen Wert einstellen. Die Strömungsdrossel kann im einfachsten Fall aus einer Engstelle in der Zuleitung oder Ableitung des Durchflußreaktors bestehen, sie kann aber auch durch ein geeignetes, präzis einstellbares und in seiner Einstellung zeitlich unveränderliches Ventil gebildet sein.
Die erfindungsgemäßen Durchflußsteuermittel können aber auch einen vom Eingangsdruck unabhängigen Durchflußbegrenzer aufweisen. Solche Durchflußbegrenzer sind bekannt, und ihre Anwendung im Zusammenhang mit den hier beschriebenen Durchflußreaktoren ist besonders vorteilhaft, weil sie in jedem Fall verhindern, daß ein vorgegebener Durchfluß überschritten wird. Ein solches Überschreiten des vorgegebenen Durchflusses muß besonders bei den Durchflußreaktoren zur Photoentkeimung vermieden werden, da eine Erhöhung des Durchflusses notwendig zu einem Unterschreiten der vorbestimmten Mindestdosis führen muß.
Nach der Erfindung können die Durchflußsteuermittel auch eine Pumpe mit einstellbarer Förderleistung aufweisen. Eine solche Pumpe gestattet im weitesten Umfang die Anpassung des Durchflusses an die jeweils gewünschten Bestrahlungsdosen.
Erfindungsgemäß ist eine Steuereinrichtung für die Pumpe mit einstellbarer Förderleistung vorgesehen, die mit einem von der Überwachungseinrichtung mit Sollwerteinstellung ausgehenden Steuersignal beaufschlagt ist. Dabei kann die Steuereinrichtung einen Leistungsverstärker und einen von dem Pumpenmotor angetriebenen Tachogenerator aufweisen und das Tachogeneratorsignal kann dem Steuersignal der Überwachungseinrichtung am Eingang des Leistungsverctärkers entgegengeschaltet sein. Bekannte Überwachungseinrichtungen für Durchflußreaktoren für die Photoentkeimung enthalten einen Strahlungsdetektor, der an dem Durchflußreaktor angeordnet ist und auf die durch den Durchflußreaktor hindurchtretende Strahlung anspricht. Bei Unterschreiten eines voreingestellten Sollwertes wird von dem Detektor ein Signal abgegeben, durch das ein Ventil angesteuert wird, mittels dessen das zu bestrahlende Medium auf einen zweiten Durchflußreaktor gegeben wird, durch das ein Alarmsignal ausgelöst wird und durch das eine Reinigungsvorrichtung für den ersten Photoreaktor betätigt werden kann (USA-Patentschrift Nr. 3 182 193). Es ist weiter eine Überwachungseinrichtung bekannt (USA Patentschrift Nr. 3 462 597), die bei Ausfall der Lampe, des Lampentransformators oder bei einem unzulässig großen Absinken der Netzspannung ein Magnetventil in der Zuführung für das zu bestrahlende Medium schließt. Diese bekannten Überwachungseinrichtungen sind aber lediglich dazu geeignet und benutzt worden, um in Notfällen den Betrieb des Durchflußreaktors sofort und unter Abgabe eines Notsignals zu unterbrechen bzw. auf einen zweiten Reaktor umzuschalten. Die erfindungsgemäße Einrichtung verbindet dagegen die Pumpe mit einstellbarer Förderleistung mit einer Steuereinrichtung, deren Ausgangssignal von der jeweils an der Überwachungseinrichtung gemessenen Strahlungsintensität abhängig ist. Auf diese Weise wird ermöglicht, den Durchfluß an die jeweilige Bestrahlungsstärke anzupassen. Das bedeutet, daß bei abnehmender Bestrahlungsleistung die Durchflußleistung im gleichen Verhältnis abnimmt, so daß sichergestellt ist, daß die Reinigungs- bzw. Entkeimungsqualität (z.B. der Reinigungs- bzw. Entkeimungsgrad) erhalten bleibt. Durch eine solche Steuereinrichtung können auf einfache Weise die Einflüsse der Alterung auf die Ausstrahlung der Strahlungsquelle berücksichtigt werden. Die geschilderte Steuerung des Durchflusses bei abnehmender Bestrahlungsstärke zur Erhaltung der eingestellten Dosis erlaubt einen besonders ökonomischen Bestrahlungsbetrieb im paarweisen Verbund der Mehrkammer-Photoreaktoren. Dabei wird der eine Photoreaktor mit einem neuen Lampensatz in Betrieb genommen, während der zweite seinen Betrieb während der halben Lebensdauer seiner Lampen fortsetzt. Dadurch werden beide entsprechend den jeweiligen Lampenleistungen optimal betrieben, und die Gesamtleistungsschwankung infolge der Alterung beträgt nur noch die Hälfte der bisherigen Größe. Zugleich ist aber auch eine bessere Lampen-und Stromausnutzung gewährleistet und zugleich eine bessere Apparateausnutzung erreicht.
Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den Abbildungen dargestellt und werden nachfolgend im einzelnen erläutert und beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Mehrkammer-Photoreaktors;
Fig. 2 einen Längsschnitt durch eine Teilanordnung bei einem zweiten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Mehrkammer-Photoreaktors;
Fig. 2A einen entsprechenden Schnitt durch eine abgeänderte Ausführung der Teilanordnung nach Figur 2;
Fig. 3 eine perspektivische Ansicht eines Details von Figur 2;
Fig. 4 einen Längsschnitt durch eine weitere Ausbildung der Teilanordnung;
Fig. 4A einen entsprechenden Schnitt durch eine abgeänderte Ausführung der Teilanordnung nach Figur 4;
Fig. 5 eine Ansicht eines Details bei der Teilanordnung nach Figur 4;
Fig. 6 eine perspektivische Ansicht des zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Mehrkammer-Photoreaktors;
Fig. 7 eine Draufsicht auf eine weitere Ausbildung des Mehrkammer-Photoreaktors nach Figur 6;
Fig. 8 eine Schnittansicht eines Details bei dem Mehrkammer-Photoreaktor nach Figur 7;
Fig..9 einen Längsschnitt durch ein drittes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Mehrkammer-Photoreaktors;
Fig. 10 einen Teillängsschnitt durch einen Mehrkammer-Photoreaktor nach Figur 9 mit einer Druckausgleichseinrichtung;
Fig. 11 einen Längsschnitt durch ein viertes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Mehrkammer-Photoreaktors;
Fig. 12 einen Längsschnitt durch ein fünftes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Mehrkammer-Photoreaktors;
Fig. 13 ein Fließdiagramm für den Rücklaufbetrieb eines erfindungsgemäßen Mehrkämmer-Photo- reaktors;
Fig. 13A ein Fließdiagramm für einen modifizierten Rückflußbetrieb entsprechend Figur 13;
Fig. 14 eine Detailansicht eines Bauteils in dem Fließdiagramm nach Figur 13;
Fig. 15 ein Blockschaltbild eines Ietails der elektrischen Überwachungseinrichtung für den Betrieb eines erfindungsgemäßen Durchflußreaktors;
Fig. 16 einen Längsschnitt durch ein für parallelen Durchfluß abgeändertes viertes Ausführungsbeispiel nach Figur 11;
Fig. 17 einen Längsschnitt durch ein für parallelen Durchfluß abgeändertes fünftes Ausführungsbeispiel nach Figur 12.

Figur 1 zeigt einen Zweikammer-Photoreaktor 1 aus einem Durchflußreaktor in Gestalt eines trogartigen Gefäßes 2 mit einem Deckel 3, der um Scharniere 4 schwenkbar an das trogartige Gefäß 2 angelenkt ist und durch einen Schnappverschluß in geschlossener Stellung gehalten wird. Das Gefäß 2 besteht aus Metall wie rostfreiem Stahl, kann aber auch aus jedem anderen UV-beständigen und sonstigep Anforderungen, z.B. lebensmittelrechtlichen Bestimmungen, genügendem Material (Steinzeug, emailliertes Blech etc.) gefertigt sein. Der Deckel 3 trägt innen eine Serie von zueinander parallelen paraboloiden Reflektoren mit einer besonders gut UV-reflektierenden Oberfläche. Innerhalb der Reflektoren sind UV-Strahler 6 senkrecht zur Durchströmungsrichtung so angeordnet, daß der Strömungsquerschnitt des trogartigen Gefäßes 2 unter Einschluß der Randbereiche gleichmäßig bestrahlt wird. Für Zwecke der Entkeimung werden wassergekühlte, antimondotierte Xenon-Hochdrucklampen eingesetzt; alternativ eignen sich dafür auch Quecksilberniederdruck-Quarzlampen bekannter Bauart. Für die Reinigung in Anwesenheit oder Abwesenheit von Oxidationsmitteln kann man auch Quecksilberhochdrucklampen oder andere Strahler geeigneter Emissionsbereiche verwenden. Der Schnappverschluß ist mit einer Sicherheitsschaltung verbunden, durch die die Strahler 6 bei Öffnung des Schnappverschlusses automatisch abgeschaltet werden. Das trogartige Gefäß 2 ist in Strömungsrichtung durch Quarzglasscheiben 7 in zwei Bestrahlungskammern 8 und 9 unterteilt; die Bestrahlungskammer 9 ist als untere Bestrahlungskammer durch die Quarzglasscheiben 7 auf eine fixe Schichtdicke von 2 cm begrenzt, während die Schichtdicke des Mediums in der Bestrahlungskammer 8 mit Hilfe des weiter unten beschriebenen Niveaureglers ¹.7 variiert werden kann. Die Quarzglasscheiben 7 sind auf einem herausnehmbaren Strebrahmen 10 aus rostfreiem Stahl gelagert; die Quarzglasscheiben 7 sind an dem Strebrahmen 10 und dieser selbst ist an der Innenwandung des trogartigen Gefäßes 2 mittels eines gegen UV-Strahlung beständigen Kitts abdichtend befestigt. Anstelle der Verkittung kann die Abdichtung auch durch vorgeformte und UV-beständige Dichtungen erfolgen. Die Bestrahlungskammern 8, 9 kommunizieren an ihrem dem Ein- und Ausgang des trogartigen Gefäßes 2 abgewandten Ende miteinander. Die obere Bestrahlungskammer 8 ist über eine Zuleitung 11 an einen Durchflußbegrenzer 12 angeschlossen. Der Durchflußbegrenzer dient dazu, den Durchfluß auch bei Erhöhung des Eingangsdrucks auf den zulässigen Maximalwert zu begrenzen; solche Durchflußbegrenzer werden beispielsweise von der Firma Eaton Corp., Controls Division, 191 East North Ave., Carol Stream, Illinois 60 187, USA, vertrieben. Die Zuleitung 11 mündet in die Bestrahlungskammer 8 über eine Lochplatte 13, die ein Ausgleichselement für das Strömungsprofil darstellt und sich über die gesamte Breite der Bestrahlungskammer 8 erstreckt. Die Bestrahlungskammer 9 mündet über eine gleichartige Lochplatte 15, die ebenfalls als Ausgleichselement für das Strömungsprofil wirkt, in eine Ableitung 16 mit einem Niveauregler 17, der zum Schutz gegen Verunreinigungen eine luftdurchlässige Abdeckung 18, z.B. aus Watte, trägt.
Die Lochplatten 13, 15 bestehen aus Material, das gegen UV-Strahlung und gegen das durchströmende Medium beständig ist und selbst keine störenden Verunreinigungen an das durchströmende Medium abgibt (rostfreier Stahl, beschichtete Metalle, Kunststoff, Keramik, Quarz, Glas). Die Weite der Löcher ist so groß, daß die Strömung nicht wesentlich behindert ist, aber doch ein über die Durchtrittsfläche gleichmäßiges Strömungsprofil erzeugt wird. Zu dem gleichen Zwecke können die Löcher auch durch Öffnungen anderer Gestalt wie Schlitze ersetzt werden. Die Lochplatten 13, 15 sind mit dem trogartigen Gefäß 2 einerseits und dem Übergangsstück der Zuleitung 11 bzw. der Ableitung 16 andererseits in geeigneter Weise abdichtend verkittet.
Der Niveauregler 17 besitzt ein Innenrohr 19, das abgedichtet in einem Überlaufgefäß 20 vertikal verschiebbar geführt ist und den Auslauf des trogartigen Gefäßes 2 bildet. Durch Vertikalverschiebung des Innenrohres 19 in dem Niveauregler 17 können in Anpassung an die optische Dichte des durch die Zuleitung 11 in den Durchflußreaktor eintretenden Mediums verschiedene Schichtdicken in der oberen Bestrahlungskammer 8 eingestellt werden.
Der Zweikammer-Photoreaktor 1 weist senkrecht zur Durchströmungsrichtung 20 Quecksilberniederdruck-Quarzlampen (15 W, NN 15/44 Original Hanau Quarzlampen GmbH, Hanau) auf, die über die Bestrahlungskammern 8, 9 von 80 cm Länge in gleichen Abständen verteilt sind, wobei jeder Strahler in einem zugeordneten Reflektor und die Lampen-Reflektorkombinationen jeweils in geringstmöglichem Abstand voneinander angeordnet sind, Der gesamte auf die Oberfläche des Mediums gelangende UV-Strahlungsfluß beträgt (unter Berücksichtigung der Reflektionsverluste von höchstens 45 % sowie der Randverluste) ca. 60 W mit einer mittleren Bestrahlungsstärke E = 25 mW/cm². Die nachfolgende Tabelle 1 zeigt einen Vergleich des Zweikammer-Photoreaktors 1 mit einem Einkammer-Photoreaktor gleicher Gesamtschichtdicke; in der Tabelle 1 sind Werte für den Durchfluß Q-40 (m³/h) für eine Mindestdosis von 40 mWs/cm² für verschiedene Transmissionsfaktoren T (1 cm) und verschiedene Schichtdicken der oberen Bestrahlungskammer 8 angegeben.
60 W UV-254 nm auf 30 80 = 2400 cm² Einstrahlungsfläche; mittlere Bestrahlungsstärke E = 25 mW/cm². Einfluß des Transmissionsfaktors T (1 cm) und der Schichtdicken 2 in den Bestrahlungskammern.
Nach der vorstehenden Tabelle 1 eignet sich der Zweikammer-Photoreaktor für den Bereich der Transmissionsfaktoren T (1 cm) von 0.95 bis 0.5; bei T (1 cm) ≥ 0.9 soll die Schichtdicke der oberen Schicht 4 cm und mehr, bei T (1 cm) <0.6 ca. 1 cm betragen.
Für die Bereiche niedrigerer Transmissionsfaktoren werden .die Schichtdicken auch der unteren Bestrahlungskammer 9 niedriger gewählt, z.B. 1 cm bei T (1 cm) = 0.4. Man erhält dann bei T (1 cm) = 0.4 unter den übrigen Bedingungen der obigen Tabelle für je 1 cm untere und obere Schicht zusammen Q-40 = 3.02 m³/h und der Steigerungsfaktor ist dann 1.75. Bei einer Schichtdicke der unteren Bestrahlungskammer 9 von 1 cm ist der Zweikammer-Photoreaktor an die bei der Entkeimung von Abwasser vorkommenden Trans missionsbereiche optimal anpassungsfähig. Die durch die Verwendung von Reflektoren bedingten Verluste an wirksamer UV-Strahlung werden dabei durch die Unterteilung des Photoreaktors mehr als ausgeglichen, wodurch ein im Vergleich zum Einkammer-Photoreaktor energetisch günstigeres Ergebnis für die Entkeimung erzielt wird. Zweikammer-Photoreaktoren dieses Typs werden auch für die Entkeimung von Seewasser eingesetzt.
Figuren 2 bis 8 zeigen die Ausführung eines Mehrkammer-Photoreaktors, bei dem die Strahlungsquelle nach Art einer Tauchlampe ausgebildet ist.
Figur 2 zeigt im Längsschnitt eine erste Ausführung einer Teilanordnung des Mehrkammer-Photoreaktors mit einem Strahler 24 in einem Hüllrohr 25 aus Quarzglas, das in ein ebenfalls aus Quarzglas bestehendes Trennrohr 35 eingesetzt ist. Der Strahler 24 ist für Zwecke der Entkeimung eine antimondotierte Xenon-Hochdrucklampe; alternativ eignen sich dafür auch Quecksilberniederdruck-Quarzlampen bekannter Bauart. Für die Reinigung in Anwesenheit oder Abwesenheit von Oxidationsmitteln kann man auch Quecksilberhochdrucklampen oder andere Strahler geeigneter Emissionsbereiche verwenden. Der Strahler 24 ruht auf einer Auflage 27 am unteren Ende des Hüllrohres 25, die beispielsweise aus Glaswolle bestehen kann. An ihren oberen Enden sind das Hüllrohr 25 und das Trennrohr 35 über Schliffe 26, 36 miteinander verbunden, die durch geeignete, bekannte Sicherungen (Fa. Schott & Gen., Mainz) in dichtem Eingriff gehalten sind. Das Trennrohr 35 trägt nahe seinem oberen Ende zwei diametral gegenüberliegende Anschlüsse 37. Am unteren Ende der Teilanordnung ist eine Abstandshalterung vorgesehen, durch die das Hüllrohr 25 und das Trennrohr 35 über ihre Länge in gleichem Abstand zueinander gehalten werden. Die Abstandshalterung besteht aus zwei konzentrisch zueinander angeordneten Federringen 29, die durch drei im Winkel von 120⁰ gegeneinander versetzte Stege 30 aus federndem Material verbunden sind (siehe Figur 3). Die Federringe 29 sind zwischen kleinen Vorsprüngen 28, 38 gehaltert, die in Winkelabständen von ca. 120⁰ und in einem dem entsprechenden Maß des Federringes 29 angepaßten Axialabstand an der Außenseite des Hüllrohres 25 bzw. an der Innenseite des Trennrohres 35 angeordnet sind. Diese Abstandshalterung kann zur Einstellung eines über die Durchtrittsfläche gleichförmigen Strömungsprofils noch mit einer Lochplatte versehen werden, wie im Zusammenhang mit Figur 5 erläutert wird.
Figur 4 zeigt eine angewandelte Teilanordnung ähnlich Figur 2. In einem Hüllrohr 45 aus Quarzglas befindet sich ein Strahler 24 der vorgenannten Art. Es ist von einem Trennrohr 55 aus Quarzglas umgeben, das an seinem oberen Ende eine Verengung, die geringfügig weiter ist als das Hüllrohr 45, und nahe seinem oberen Ende zwei diametral gegenüberliegende Anschlüsse 57 trägt. Das Hüllrohr 45 und das Trennrohr 55 sind konzentrisch zueinander angeordnet und an ihren oberen Enden durch eine übergreifende Dichtmanschette 46 aus einem elastischen Kunststoff, der gegen die UV-Strahlung und das durchströmende Medium beständig ist, miteinander abdichtend verbunden. Die Dichtmanschette 46 ist durch Ligaturen 48, die nach Art von Schlauchschellen ausgebildet sind, gesichert. Am unteren Ende der Teilanordnung ist eine Abstandshalterung 67 vorgesehen, durch die das Hüllrohr 45 und das Trennrohr 55 über ihre Länge in gleichem Abstand zueinander gehalten werden. Die Abstandshalterung 67 (Figur 5) ist entsprechend Figur 2 zwischen Vorsprüngen 28 am Hüllrohr 45 und Vorsprüngen 68 am Trennrohr 55 angeordnet und besteht zunächst aus einem doppelten Federring 29 mit federnden Stegen 30. Der äußere Federring 29 ist mit axial von seinem Umfang nach oben vorstehenden Trägern 69 versehen, deren Enden 70 radial nach innen umgebogen sind und dadurch eine Platte 71, die Durchtrittsöffnungen 72 besitzt, in Anlage an dem Federring 29 halten. Die Durchtrittsöffnungen 72 in der Platte 71 sind der von dem Hüllrohr 45 und dem Trennrohr 55 gebildeten Bestrahlungskammer 49 zugeordnet und gleichmäßig über die jeweilige Durchtrittsfläche verteilt. Die Platte 71 besteht aus gegen UV-Strahlung und gegen das durchströmende Medium beständigem Material, das keine Verunreinigungen an das durchströmende Medium abgibt (rostfreier Stahl, beschichtete Metalle, Kunststoff, Keramik, Glas, Quarz). Die Weite der Durchtrittsöffnungen 72, die kreisförmigen oder anderen Querschnitt haben können, ist so groß, daß sie die Strömung nicht wesentlich behindern, aber doch ein über die Durchtrittsfläche gleichförmiges Strömungsprofil erzeugen. Die ganze Anordnung ist so getroffen, daß sich die Träger 69 jeweils zwischen den Vorsprüngen 68 an der Innenwand des Trennrohres 55 befinden.
Gegenüber den vorstehend beschriebenen Ausführungen sind eine Reihe von Abwandlungen möglich. In der in Figur 2A dargestellten Ausführung ist das offene Ende des Trennrohres 35A mit dem Hüllrohr 25A unter Ausbildung eines einheitlichen Bauteils verschmolzen, das aber aufwendig in der Herstellung und empfindlich in der Handhabung ist. In einer einfacheren Ausführung kann die Abstandshalterung auch allein von der mit Durchtrittsöffnungen 72 versehenen Platte 71 gebildet werden; dabei fällt dann der obere Kranz der Vorsprünge 28 und 68 fort, und die Platte 71 wird durch einen Sprengring in Auflage an dem unteren Kranz der Vorsprünge 28 und 68 gehalten.
In einer Abänderung der Teilanordnung von Figur 4 ist ein zusätzliches Quarzglasrohr 52 (siehe Figur 4A) koaxial zu den Quarzglasrohren 45 und 55 angeordnet. Das Quarzglasrohr 52 ist am unteren Ende geschlossen; das obere offene Ende verjüngt sich und ist durch eine mit Ligaturen 50 gesicherte, überlappende Manschette 51 abdichtend mit dem Quarzglasrohr 55 in ähnlicher Weise verbunden wie die Quarzglasrohre 45 und 55. Das verjüngte Ende ist dicht unterhalb der Anschlüsse 57 an dem Trennrohr 55 befestigt. Mindestens zwei Durchtrittsöffnungen 53 in der Wandung des Quarzglasrohres 52 nahe seinem verjüngten Ende sind gleichmäßig über dessen Umfang verteilt. Das Trennrohr 55 erstreckt sich bis zu einer dem Boden des Quarzglasrohres 52 innen aufliegenden Halterung aus einem Ring 59, von dem eine Anzahl von das Ende des Trennrohres 55 aufnehmenden und halternden Blattfedern 60 vorstehen. Zwischen dem Rand des Trennrohres 55 und dem Ring 59, sowie den Blattfedern 60 besteht ausreichender Zwischenraum für den ungehinderten Durchfluß des Mediums zwischen den durch das Trennrohr 55 getrennten Bestrahlungskammern. Es kann aber auch der Rand des Trennrohres 55 mit Ausschnitten für die Verbindung zwischen den Bestrahlungskammern versehen sein und dann dem Ring 59 direkt aufliegen. Der Ring 59 und die Blattfedern 60 bestehen aus Material, das gegen UV-Strahlung und gegen das durchströmende Medium beständig ist und selbst keine störenden Verunreinigungen an das durchströmende Medium abgibt (rostfreier Stahl, beschichtete Metalle, vorzugsweise mit fluorierten Kohlenwasserstoffpolymeren, Kunststoffe, Keramik, Quarz, Glas).
Die in Figuren 2, 2A, 4 und 4A dargestellten Teilanordnungen für den Strahler 24 bilden gemeinsam mit einem Tank 21 den Durchflußreaktor 41 des Zweikammer-Photoreaktors 20. Gemäß Figur 6 trägt der Tank 21 an seinen Längswänden Träger 22, an denen jeweils eine der in Figur 2 abgebildeten Teilanordnungen befestigt ist. Der Tank 21 und die Träger 22 bestehen aus rostfreiem Stahl und sind aneinandergeschweißt. Der Tank 21 und die Träger 22 können aber auch aus verschiedenen Materialien bestehen, die in geeigneter Weise fest miteinander verbunden sind; dabei ist der Tank 21 aus einem Material gefertigt, das UV-beständig ist und allen sonstigen Anforderungen, z.B. lebensmittelrechtlichen Bestimmungen, genügt. In den oben offenen Tank 21 mündet der (nicht dargestellte) Abfiuf einer Quelle für das zu bestrahlende Medium; der Tank 21 kann aber gegebenenfalls auch über einen Anschlußstutzen und eine Verbindungsleitung an die Quelle des zu bestrahlenden Mediums angeschlossen sein.
In der Kombination der Teilanordnung nach Figur 4A mit dem Tank 21 besteht der Abfluß zweckmäßigerweise aus einem vom Boden des Tanks 21 ausgehenden Überlaufrohr, das sich bis zur Höhe der Durchtrittsöffnungen 53 erstreckt. Dadurch wird die erwünschte konstante Füllhöhe des Tanks 21 sichergestellt.
Die Teilanordnung nach einer der Figuren 2 bis 4 wird mit geeigneten Mitteln an dem Träger 22 gehaltert; dazu ist eine Muffe 31 mit einer Feststellschraube 32 vorgesehen, die eine gegebenenfalls mit einem Schutzüberzug überzogene Kette 33 trägt, die die Teilanordnung umgibt und entsprechend deren Umfang an der Muffe 31 eingehängt ist. Solche Halterungen im Zusammenhang mit Bestrahlungsgeräten sind bekannt und im Handel erhältlich, so daß sie hier nicht im einzelnen beschrieben werden müssen. Die Teilanordnung ist in Figur 6 nur schematisch dargestellt. Am Grunde des Tanks 21 befinden sich Auflagen 34, denen die Teilanordnung aufsitzt, wodurch zusätzlich Sicherheit der Halterung erreicht wird.
Für den Betrieb des Durchflußreaktors 41 werden die Anschlüsse 37 bzw. 57 der an den Trägern 22 gehalterten ; Teilanordnungen nach einer der Figuren 2 bis 4 zu einer gemeinsamen (nicht gezeigten) Ableitung miteinander verbunden. Das eintretende Medium durchsetzt zunächst den die erste Bestrahlungskammer 23 bildenden Tank 21; es tritt dann durch die von dem Hüllrohr 25 bzw. 45 und dem Trennrohr 35 bzw. 55 gebildete innere Bestrahlungskammer 39 bzw. 49 und deren Anschluß 37 bzw. 57 hindurch in die (nicht dargestellte) Ableitung aus.
Figuren 7 und 8 zeigen eine weitere Ausführungsform des Durchflußreaktors 41 für einen Zweikammer-Photoreaktor 40 entsprechend Figur 6, bei dem der Tank 21, der einen Anschlu stutzen 91 trägt, durch einen Deckel 80 verschlossen ist, der mit Durchführungen 81 und Halterungen 82 versehen ist, an denen die in Figur 2 gezeigte Teilanordnung abgedichtet gehaltert ist. Die Halterungen 82 bestehen jede aus einem von dem Deckel 80 hochstehenden Kragen 83, in dem das jeweils äußere Quarzglasrohr 35 geführt ist. Das Quarzglasrohr 35 trägt einen O-Ring 84, der einer Schrägfläche 85 an der oberen Innenkante des Kragens 83 anliegt und durch einen mit Schrauben 86, die in Gewindebohrungen 87 an der Oberseite des Kragens 83 eingreifen, gehaltenen Anpreßring 88 gesichert ist. Die Anschlüsse 37 der Teilanordnungen nach Figur 2 werden über Verbindungsleitungen 89 an eine gemeinsame Ableitung 90 angeschlossen. In gleicher Weise können die Teilanordnungen nach Figur 4 oder die übrigen vorstehend beschriebenen Teilanordnungen an dem Deckel 80 abdichtend gehaltert werden.
Die offene Anordnung des Mehrkammer-Photoreaktors 20 wird mit Vorteil beispielsweise bei Klimawäschern verwendet, deren Auslauf sich direkt oberhalb des Tanks 21 befindet; die geschlossene Anordnung des Mehrkammer-Photoreaktors 40 ermöglicht andere Anwendungen, bei denen das Medium ohne Überdruck im Umlaufverfahren bestrahlt werden soll. Um eine Unterschreitung der geforderten Mindestdosis sicher zu vermeiden, wird auch hier in die Zuleitung zweckmäßig ein Durchflußbegrenzer der weiter oben beschriebenen Art eingebaut. Bei den Mehrkammer-Photoreaktoren 20, 40 wird der Nachteil der Inhomogenität der Bestrahlungsstärkeverteilung in der von dem Tank 21 gebildeten ersten Bestrahlungskammer 23 dadurch kompensiert, daß das Medium durch die innere Bestrahlungskammer 39 bzw. 49 hindurchgeleitet wird, in der es unter definierten Bedingungen mit einem geringeren Gradienten der Bestrahlungsstärke einer hohen Mindestbestrahlungsstärke ausgesetzt wird. Je nach den Anforderungen kann dabei eine kleinere oder größere Anzahl der Teilanordnungen nach Figur 2 bzw. 4 in den Mehrkammer-Photoresktor 20, 40 eingesetzt werden. Für die Funktion des Mehrkammer-Photoreaktors 20, 40 kommt es nicht entscheidend auf die Durchflußrichtung an. Will man mit Sicherheit hohe Entkeimungsgrade erzielen, so dürfte es zweckmäßig sein, das Medium durch die innere Bestrahlungskammer 39 bzw. 49 zuletzt zu leiten. Will man jedoch während der Bestrahlung eine Begasung des Mediums mit z.B. Sauerstoff vornehmen, so empfiehlt sich die umgekehrte Durchflußrichtung.
Für die Reinigung, insbesondere für die Entkeimung oder Desinfektion von Medien, die mit hoher Leistung durch einen Durchflußreaktor mit einer überwiegend im Bereich zwischen 240 und 320 nm emittierenden UV-Strahlungsquelle gefördert werden sollen, eignen sich besonders solche Vorrichtungen, bei denen der Durchflußreaktor und die Strahlungsquelle ringförmig zueinander angeordnet sind. Dabei kann ein ringförmiger Durchflußreaktor eine im Inneren angeordnete Strahlungsquelle umgeben; es kann aber auch eine äußere Strahlungsquelle in Form einer Reihe von Strahlern in jeweils zugeordneten Reflektoren, die den Durchflußreaktor kranzförmig umgeben, pder auch beide Arten von Strahlungsquellen vorgesehen sein. Der Durchflußreaktor kann auch rohrförmig ausgebildet sein und ist dann mit einer äußeren Strahlungsquelle kombiniert. Die folgende Tabelle 2 zeigt für einen ringförmigen Durchflußreaktor mit einem Innendurchmesser d_i = 4 cm und einem Außendurchmesser D_a = 6 bis 14 cm den Abfall der inneren Bestrahlungsstärke E bei radialer Durchstrahlung eines Mediums mit einem Transmissionsfaktor T (1 cm) = 0.6. Befindet sich im Inneren dieses Durchflußreaktors in axialer Position eine Quecksilberniederdruck-Quarzlampe von 1 m effektiver Länge, so strahlt deren radiale Ausstrahlung auf dieser Länge 15 Watt UV-254 nm an der durchstrahlten Innenfläche des Durchflußreaktors in das Medium ein.
Bei einer effektiven Einstrahlungsfläche von π ·D_i · 100 cm² = 1256.6 cm² ist die mittlere Bestrahlungsstärke in dieser Fläche E_i = 11.94 mW/cm². Die Spalten der Tabelle 2 zeigen die Durchmesser D und Schichtdicken d, hierzu die Geometriefaktoren G und die Transmissionen-T sowie als deren Produkt G . T = E_rel die relative Bestrahlungsstärke in den Schichten; Spalte E_d zeigt die innere Bestrahlungsstärke in den Schichten; die Spalte V_d zeigt die zugehörigen Ringkammervolumina. Die letzte Spalte der Tabelle 2 zeigt die zugehörigen Durchflüsse Q-40 in m³/h bei Einhaltung einer Mindestbestrahlungsdosis von 40 mWs/cm², berechnet für eine gleichförmige Strömung.
.Man erkennt aus der Tabelle 2, daß die innere Bestrahlung stärke E_d mit zunehmender Schichtdicke d stark abnimmt, während im Gegensatz dazu das Ringkammervolumen V_d beträchtlich zunimmt. Bei einem Transmissionsfaktor des zu bestrahlenden Mediums von T (1 cm) = 0.6 wird Q-40 = 0.73 m³/h als Maximum bei einer Schichtdicke von d = 2 cm gefunden (siehe Tabelle 2). Bei größeren Schichtdicken d nimmt Q-40 ab, weil der Einfluß der großen Ringkammervolumina, die nur einer relativ geringen inneren Bestrahlungsstärke E_d ausgesetzt sind, überwiegt. Für Medien mit anderen Transmissionsfaktoren liegen die erzielbaren Durchflußmaxima für Q-40 bei anderen Schichtdicken d: Bei T (1 cm) = 0.7 ist Q-40 (max) = 1.32 m³/h bei 2 cm Schichtdicke; bei T (1 cm) = 0.8 erreicht Q-40 einen Maximalwert von 1.95 m³/h bei d = 4 cm, bei T (1 cm) = 0.9 wird bei einer Schichtdicke von 5 cm Q-40 = 3.42 m³/h. Bei konstanter Schichtdicke d = 5 cm des Einkammer-Photoreaktors werden bei T (1 cm) = 0.9; 0.8; 0.7 Durchflüsse Q-40 = 2.56; 1,42; 0.73 m3/h erhalten.
Die folgende Tabelle 3 zeigt die Verhältnisse für ein Medium ebenfalls mit T (1 cm) = 0.6, jedoch bei einem Mehrkammer-Photoreaktor mit gleichen Abmessungen, der durch UV-durchlässige Trennwände (mit vernachlässigten Dimensionen) in Bestrahlungskammern von jeweils 1 cm Schichtdicke unterteilt ist. Die ersten 6 Spalten der Tabelle 3 enthalten die gleichen Angaben wie Tabelle 2. In die Spalte V_k sind die Volumina der einzelnen Bestrahlungskammern eingetragen und in die Spalte Q-40 (k) die Durchflüsse, bei denen in jeder einzelnen Bestrahlungskammer die Mindestbestrahlungsdosis von 40 mWs/cm² einwirkt. Die letzte Spalte der Tabelle 3 zeigt die Bestrahlungsdosen E · t (k) in mWs/cm², die das alle Bestrahlungskammern nacheinander durchfließende Medium bei einem Durchfluß von 1.61 m³/h in jeder einzelnen Bestrahlungskammer erhält.
Aus der vorletzten Spalte der Tabelle 3 ergibt sich, daß bei parallelem Durchfluß durch die Bestrahlungskammern in der Weise, daß in jeder Schicht die Mindestbestrahlungsdosis von 40 mWs/cm² eingehalten wird, ein Gesamtdurchfluß von Q-40 (gesamt) = 1.61 m³/h möglich ist. Entsprechend ist aus der letzten Spalte der Tabelle 3 zu entnehmen, daß bei Hintereinanderschaltung der Bestrahlungskammern und bei einem Durchfluß von 1.61 m³/h das Medium mit einer Gesamtdosis von ca. 40mWs/cm² bestrahlt worden ist. Für ein Medium mit einem Transmissionsfaktor T (1 cm) = 0.7 ist Q-40 (gesamt) = 2.28 m³/h, für T (1 cm) = 0.8 ist der entsprechende Wert Q-40 (gesamt) = 3.15 m³/h, für T (1 cm) = J.9 ist Q-40 (gesamt) = 4.37 m³/h.
insgesamt zeigt die vorstehende Diskussion in Verbindung it den Tabellen 2 und 3, daß die Unterteilung des Photoreaktors eine erhebliche Leistungssteigerung erbringt. Dieses Ergebnis ist in Tabelle 4 zusammengestellt. Die Zeilen der Tabelle 4 enthalten für Transmissionsfaktoren T (1 cm) = 0.6 bis 0.9 die Durchflüsse Q-40 (max) bei den jeweils optimalen Schichtdicken, die Durchflüsse Q-40 des Einkammer-Photoreaktors entsprechend Tabelle 2 bei einer Schichtdicke von d = 5 cm und die Durchflüsse Q-40 (gesamt) bei einem Mehrkammer-Photoreaktor mit 5 Bestrahlungskammern von je 1 cm Schichtdicke (Gesamtschichtdicke d = 5 cm), sowie die Steigerungsfaktoren F der Durchflüsse Q-40 des Mehrkammer-Photoreaktors gegenüber dem Einkammer-Photoreaktor.
Aus Tabelle 4 sind die Vorteile des Mehrkammer-Photoreaktors gegenüber den bekannten Einkammer-Photoreaktoren unmittelbar ersichtlich. Allein durch die beschriebene Unterteilung der Bestrahlungskammer des Einkammer-Photoreaktors zum Mehrkammer-Photoreaktor lassen sich ohne zusätzliche Strahlungsquellen oder sonstige Maßnahmen Leistungssteigerungen von über 100 % erzielen. Das bedeutet, daß bei gleicher Bestrahlungsdosis der Durchfluß bzw. bei gleichem Durchfluß die applizierte Bestrahlungsdosis verdoppelt werden kann. Derartige Effekte lassen sich durch keine irgendwie geartete Kombination von Einkammer-Photoreaktoren erreichen. Die erzielten Leistungssteigerungen sind sowohl bei Parallelschaltung der Bestrahlungskammern als auch bei Serienschaltung der Bestrahlungskammern in den Beispielen gleich. In der Praxis bringt jedoch die Serienschaltung erhebliche zusätzliche Vorteile. So bietet die Serienschaltung der Bestrahlungskammern eine wesentlich erhöhte Sicherheit gegenüber Strömungskurzschlüssen und zusätz lich eine wesentlich verbesserte Durchmischung des zu bestr - lenden Mediums im gesamten Strahlungsfeld. Durch die S rienschaltung von Bestrahlungskammern wird nämlich das stromende Medium in wechselnden Richtungen durch die Bestrahlungszone geführt, wobei durch die erzwungene Umsteuerung der strömenden Schichten eine Neuorientierung der Flüssigkeitspartikeln auf dem Weg durch die Bestrahlungskammern erfolgt. Da bei der Serienschaltung zudem mit relativ höheren Strömungsgeschwindigkeiten, besonders in.den inneren Bestrahlungskammern, gearbeitet wird, sind Strömungsverhältnisse mit wesentlich höheren Reynolds-Zahlen gegenüber den Einkammer-Photoreaktoren möglich. Dies hat zusätzlich zur besseren Durchmischung einen günstigen Effekt bei der Unterdrückung von Niederschlagsbildungen.
Tabelle 4 zeigt insbesondere auch, daß die Steigerungsfaktoren F bei abnehmenden Transmissionsfaktoren, aber konstanter Schichtdicke stark zunehmen. Dies ergibt sich daraus, daß der Einkammer-Photoreaktor für jeden Transmissionsfaktor eine optimale Schichtdicke besitzt, d.h. solche Photoreaktoren sind nur wenig anpassungsfähig an Medien mit veränderlichen bzw. unterschiedlichen Transmissionsfaktoren. Demgegenüber besitzt ein Mehrkammer-Photoreaktor den großen Vorteil, daß er auch bei Medien mit stark veränderlichen bzw. unterschiedlichen Transmissionsfaktoren günstige Leistungen erbringt. Das Bestrahlungsergebnis beim Mehrkammer-Photoreaktor wird also bei Medien mit niedrigem Transmissionsfaktor nicht dadurch beeinträchtigt, daß erhebliche Anteile der Gesamtschicht: nur minimale Bestrahlungsdosen erhalten, und andererseits erlaubt der Mehrkammer-Photoreaktor bei hohem Transmissionsfaktor des Mediums die Ausnutzung des gegebenen Strahlungsflusses durch die hohe Gesamtschichtdicke aller Bestrahlungskammern.
Mehrkammer-Photoreaktoren mit ringförmiger Anordnung von Strahlungsquelle und Durchflußreaktor sind aus mehreren Rohrstücken aus Quarzglas aufgebaut, die ineinander angeordnet sind und deren Durchmesser so gewählt sind, daß koaxiale Bestrahlungskammern der gewünschten Schichtdicke gebildet werden. Solche Quarzglasrohre können mit der gewünschten.Genauigkeit der Abmessungen hergestellt werden und sind mit geeigneten Durchmessern und Wandstärken im Handel erhältlich. Die Quarzglasrohre werden in bekannter Weise zueinander zentriert und zwischen Verschlußteilen (siehe weiter unten) gehaltert, die den Durchflußreaktor stirnseitig abschließen. Die Verschlußteile besitzen z.B. durch Stopfbuchspackungen abgedichtete Halterungsnuten für die Quarzglasrohre und sind mit Innenkanälen und Anschlußstutzen versehen, durch die die Zuleitung und Ableitung des Mediums bei Parallelschaltung und bei Serienschaltung der Bestrahlungskammern deren Verbindung untereinander bewirkt wird. In den Abbildungen 9 bis 12 sind Ausführungsbeispiele ringförmiger Mehrkammer-Photoreaktoren mit Innenbestrahlung, mit einer Druckausgleichseinrichtung und mit Außenbestrahlung dargestellt.
Ein für Innenbestrahlung eingerichteter Dreikammer-Photoreaktor 100 ist in Abbildung 9 zur Hälfte im Längsschnitt dargestellt. Er enthält einen Strahler 24 der vorgenannten Art, der zur Erhöhung der Bestrahlungsstärke im Photoreaktor 100 einfach oder mehrfach gewendelt sein kann. Der Strahler 24 ist;achsnah im Inneren eines Durchflußreaktors 101 angeordnet, der von einem strahlungsundurchlässigen Außenmantel 102, von einem ersten Verschlußteil 103 und einem zweiten Verschlußteil 104 und von einem strahlungsdurchlässigen inneren Hüllrohr 105, das in dem ersten Verschlußteil 103 gehaltert ist, gebildet ist. Das innere Hüllrohr 105 ist ein einseitig geschlossenes Quarzglasrohr, an dessen geschlossenem Ende der Strahler 24 auf einer Glaswollepackung 27 aufliegt. Der Durchflußreaktor 101 ist durch ein Quarzglasrohr 106 und ein einseitig geschlossenes Quarzglasrohr 107 mit Durchtrittsöffnungen 108 ih der Wand an seinem offenen Ende, die beid ebenfalls in dem ersten Verschlußteil 103 gehaltert sind in drei Bestrahlungskammern 109, 110, 111 unterteilt
Der Außenmantel 102 ist zur Verbindung mit den Verschlußteilen 103, 104 an beiden Enden mit Ringflanschen 112 versehen, die längs ihres Umfangs verteilte Bohrungen 113 aufweisen. An der Außenseite der Ringflansche 112 befinden sich Ausnehmungen 114 zur Aufnahme von abdichtenden 0-Ringen 115. Die Verschlußteile 103 und 104 tragen Flansche 116 mit längs ihres Umfangs verteilten Bohrungen 117, deren Zahl und Durchmesser den Bohrungen 113 in den Ringflanschen 112 des Außenmantels 102 entsprechen. Der Außenmantel 102 und die Verschlußteile 103, 104 werden mit den Ringflanschen 112 und den Flanschen 116 so angeordnet, daß die Bohrungen 113 und 117 fluchten, so daß diese Teile durch Gewindebolzen 118, die sich durch die Bohrungen 113 und 117 erstrecken, und Muttern 119 fest miteinander verbunden werden können.
Der Außenmantel 102 ist zu Beobachtungs- oder Kontrollzwecken im Bereich des Strahlungsfeldes des Strahlers 24 mit einer Öffnung 120 versehen, in die ein Tubus 121 mit einem äußeren Ringflansch 122 eingepaßt ist. Bei Nichtgebrauch ist der Tubus 121 durch einen fest und dicht, z.B. durch Verschrauben, mit dem Ringflansch 122 verbundenen Deckel 123 verschlossen. Im Gebrauch ist der Tubus 121 über ein Quarzfenster mit dem Photodetektor einer Überwachungseinrichtung für die durch den Durchflußreaktor 101 hindurchtretende Strahlung verbunden. Der Außenmantel 102 kann zwecks Ausnutzung der bei hohem Transmissionsfaktor des Mediums auf den Außenmantel 102 aufgestrahlten UV-Leistung mit einem die UV-Strahlen in das Medium reflektierenden Material versehen werden. Bei Verwendung eines Außenmantels aus Quarz läßt sich die reflektierende Oberfläche auch auf der Außenseite anordnen, wodurch Beeinflussungen des Reflektionsvermögens durch das Medium vermieden werden.
Der Außenmantel 102 und die Verschlußteile 103, 104 bestehen aus Metall wie rostfreiem Stahl, aus Metallen mit einem Schutzüberzug aus Glas, Emaille oder Kunststoff, aus verzinktem Eisenblech, aus Keramik; es kann dafür jedes _'Material geeigneter mechanischer Festigkeit Verwendung finden, das beständig gegen UV-Strahlung ist und keine Fremdstoffe oder Schadstoffe an das durchfließende Medium abgibt. Zur Erhöhung der mechanischen Festigkeit und zur Erleichterung der Verarbeitung und Handhabung können das Hüllrohr 105 und die Quarzglasrohre 106, 107 in den Bereichen, die außerhalb des Strahlungsfeldes des Strahlers 24 liegen, mit Verlängerungsstücken, z.B. aus Sinterquarz, verschmolzen sein.
Das Verschlußteil 103 ist allgemein ringförmig ausgebildet und hat einen Innendurchmesser, der eng an den Außendurchmesser des Hüllrohres 105 angepaßt ist. Das ringförmige Verschlußteil 103 trägt zwei Axialteile 124, 125, die sich zu beiden Seiten des Flansches 116 an dessen Innenrand erstrecken und zur Halterung des Hüllrohres 105 bzw. der Quarzglasrohre 106 und 107 dienen. Das erste Axialteil 124 ist an seinem Außenende mit einer Gegenbohrung 126 versehen, in die eine Stopfbuchspackung 127 eingesetzt ist. Die Stopfbuchspackung 127 besteht aus zwei durch einen Führungsring 129 getrennten 0-Ringen 128, 130, die durch.einen Anpreßring 131 mit einem Ringflansch 132, der durch Schrauben 133 an der Außenfläche des ersten Axialteils 124 befestigt ist, gegen die am Ende der Gegenbohrung 126 ausgebildete Schulter 134 gedrückt werden. Dadurch wird das Hüllrohr 105 fest und abgedichtet an dem ersten Axialteil 124 gehaltert. Das zweite Axialteil 125 ist von innen her mit drei konzentrischen Ringnuten 135, 136 und 137 versehen, deren Tiefe von innen nach außen abnimmt und die ringförmige Stege 138, 139, 140 und 141 ausbilden. Die Stege 138 und 139 besitzen geringe und unterschiedliche axiale Tiefe und begrenzen die innerste, tiefste Ringnut 135. Die mittlere Ringnut 136 wird von dem Steg 139 und dem längeren Steg 140 begrenzt, während die äußerste, flachste Ringnut 137 von zwei gleich tiefen Stegen 140, 141 eingeschlossen ist. Die mittlere Ringnut 136 dient zur Aufnahme des Quarzglasrohres 106, dessen Ende über einen O-Ring 142 dem Boden der Ringnut 136 anliegt; eine Buchse 143 umschließt den O-Ring 142 und das obere Ende des Quarzglasrohres 106. Das Quarzglasrohr 106 wird durch eine Stopfbuchspackung 127, die mit Schrauben 133 an der Außenfläche des Stegs 140 befestigt ist, fest und abgedichtet in der mittleren Ringnut 136 gehaltert. Die äußere Ringnut 137 dient zur Aufnahme des einseitig geschlossenen Quarzglasrohres 107, dessen offenes Ende über einen O-Ring 144 dem Boden der Ringnut 137 anliegt; eine Buchse 145 umschließt den O-Ring 144 und das offene Ende des einseitig geschlossenen Quarzglasrohres 107. Das Quarzglasrohr 107 wird durch eine Stopfbuchspackung 127, die mit Schrauben 133 an der Außenfläche des Stegs 141 befestigt ist, fest und abgedichtet oberhalb der Durchtrittsöffnungen 108 in der äußeren Ringnut 137 gehaltert.
Das Verschlußteil 103 besitzt zwei diametral gegenüber in der Umfangsfläche des Flansches 116 mündende Radialkanäle 146, die in Anschlußstutzen 147 enden. An ihrem inneren Ende sind die Radialkanäle 146 mit einem rechtwinklig abzweigenden Axialkanal 148 verbunden, der in den Boden der Ringnut 135 mündet. Dadurch wird eine Verbindung zwischen dem Anschlußstutzen 147 und der inneren Bestrahlungskammer 109 hergestellt. Der Flansch 116 besitzt zusätzlich einen axial verlaufenden Entlüftungskanal 149, der die äußere Bestrahlungskammer 111 mit einem Entlüftungsventil 150 an der Außenseite des Flansches 116 verbindet.
Das Verschlußteil 104 besteht aus einer Platte 151 mit einem zentralen Anschlußstutzen 152. Der Innenfläche der Platte 151 liegt ein Ring 153 auf, der umfangsmäßig der Innenwandung des Außenmantels 102 anliegt.
Der Durchfluß durch den Dreikammer-Photoreaktor 100 erfolgt zwischen den Anschlußstutzen 147t und 152 durch die Bestrahlungskammern 109, 110 und 111, wobei die Bestrahlungskammern 110 und 111 durch die Durchtrittsöffnungen 108 in der Wand des einseitig geschlossenen Quarzglasrohres 107 miteinander kommunizieren. Zur Erzeugung eines gleichförmigen Strömungsprofils sind ringförmige Lochplatten 154, 155 vorgesehen. Die Lochplatte 154 ist an dem Steg 139 des zweiten Axialteils 125 des ersten Verschlußteils 103 befestigt und wirkt auf die die innere Bestrahlungskammer 109 durchsetzende Strömung ein. Die Lochplatte 155 liegt dem der Innenfläche der Platte 151 des zweiten Verschlußteils 104 aufliegenden Ring 153 an und wirkt auf die die äußere Bestrahlungskammer 111 durchsetzende Strömung ein; an ihrer Innenkante liegt das Quarzglasrohr 107 an, das dadurch an seinem geschlossenen Ende zusätzlich geführt ist. Die Lochplatten 154, 155 bestehen aus Material, das gegen UV-Strahlung und gegen das durchströmende Medium beständig ist und selbst keine Fremd- oder Schadstoffe an das Medium abgibt (rostfreier Stahl, beschichtete Metalle, Kunststoff, Keramik, Quarz, Glas). Die Weite der Löcher ist so groß, daß die Strömung nicht wesentlich behindert ist, jedoch ein über die Durchtrittsfläche gleichmäßiges Strömungsprofil erzeugt wird. Dazu können die Löcher auch durch Öffnungen anderer geeigneter Gestalt wie Schlitze ersetzt werden.
Für den Dauerbetrieb des Dreikammer-Photoreaktors 100 spielt die Durchströmungsrichtung kaum eine Rolle. Wesentliche Unterschiede können sich jedoch beim Anlaufen des Betriebes ergeben. Bei wiederholten Unterbrechungen im Betrieb kann es erwünscht sein, schon nach kürzester Anlaufzeit Medium des geforderten Reinheits- bzw. Entkeimungsgrades zu erhalten. Dann ist es zweckmäßig, das Medium über den Anschlußstutzen 152 von der äußeren Bestrahlungskammer 111 durch die innere Bestrahlungskammer 109 zum Anschlußstutzen 147 strömen zu lassen. Mit der gleichen Durchströmungsrichtung kann in Fällen von Niederschlagsbildung erreicht werden, daß der störende Effekt zunächst auf die äußeren Bestrahlungskammern beschränkt bleibt und nicht zu schnell das Gesamtergebnis in Frage stellt. Aus Gründen der Lampenkühlung wird man im allgemeinen jedoch die Strömungsrichtung von innen nach außen bevorzugen, ebenso in Fällen der Begasung.
Der in Figur 9 dargestellte Dreikammer-Photoreaktor 100 besitzt eine innere Bestrahlungskammer 109 mit einer Schichtdicke von 0.8 cm, eine mittlere Bestrahlungskammer 110 mit einer Schichtdicke von 1 cm und eine äußere Bestrahlungskammer 111 mit einer Schichtdicke von 3.4 cm. Der Außendurchmesser des Hüllrohres 105 beträgt 4 cm, die Wandstärke der Quarzglasrohre 106 und 107 beträgt jeweils 0.4 cm, und die Transmission des Quarzglases bei 254 nm ist bei dieser Dicke T (0.4 cm) = 0.92. Im Hüllrohr 105 befindet sich eine Quecksilberniederdruck-Quarzlampe (G 36 T g; General Electric) von 75 cm effektiver Bogenlänge, deren Strahlungsfluß auf dieser Länge eine Leistung von 11 W UV-254 nm an das Medium an der durchstrahlten Innenfläche des Hüllrohres 105 abgibt. Zu Vergleichszwecken sind die in der folgenden Tabelle 5 angegebenen Werte auf einen Strahlungsfluß von 15 W UV-254 nm über eine effektive Länge der Einstrahlungsfläche von 1 m bei der Bestrahlungskammer 109 normiert. Die folgende Tabelle zeigt in analoger Weise wie die vorstehende Tabelle 4 die Durchflüsse Q-40 (m³/h) des Dreikammer-Photoreaktors 100 mit einer Gesamtschichtdicke von 5.2 cm und von Einkammer-Photoreaktoren mit einer Schichtdicke d = 1 cm bzw. d = 5.2 cm für Medien mit Transmissionsfaktoren von T (1 cm) = 0.9 bis 0.1, sowie die Steigerungsfaktoren F der Durchflüsse Q-40 des Dreikammer-Photoreaktors 100 gegenüber den vorgenannten Einkammer-Photoreaktoren.
Es ergibt sich aus der Tabelle 5, daß die Leistung des Einkammer_-Photoreaktors mit der Schichtdicke d = 5.2 cm für T (1 cm) = 0.7 einen Durchfluß Q-40 = 0.78 m³/ h aufweist; bei ebenfalls 4 cm Hüllrohraußendurchmesser und bei gleichem Transmissionsfaktor erreicht die Leistung des Ein- kammer-Photoreaktors maximal einen Wert von Q-40 (max) = 1 m³/ h bei der Schichtdicke d = 2 cm. Die dreifache Unterteilung in dem in Figur 9 dargestellten Dreikammer-Photoreaktor 100 ergibt dagegen einen Durchfluß Q-40 = 1.75 m³/h, so daß selbst gegenüber der Optimalleistung des Einkammer-Photoreaktors der Steigerungsfaktor immer noch 1.75 beträgt. Dieses Ergebnis wird erzielt, obwohl ein Teil der von der Strahlungsquelle ausgehenden UV-Strahlung von dem Quarzglas absorbiert wird, aus dem die Quarzrohre 106 und 107 bestehen (in der Berechnung berücksichtigt).
Der in Figur 9 dargestellte Dreikammer-Photoreaktor 100 wird bevorzugt in allen solchen Fällen angewendet, in denen auch bei relativ niedrigen Transmissionsf-aktoren hohe Entkeimungsgrade erzielt werden sollen, und ist daher nicht auf die Entkeimung von Trinkwasser oder dergleichen beschränkt.
Wie Tabelle 5 zeigt, ist der Einkammer-Photoreaktor nur im Bereich niedriger Schichtdicken, wie bei d = 1 cm, für den Bereich der Transmissionsfaktoren T (1 cm) = 0.9 bis 0.3 anpassungsfähig, aber dies auf Kosten der Leistung. Der Einkammer-Photoreaktor zeigt bei einer Schichtdicke im Bereich von 5 cm bereits bei T (1 cm) = 0.7 einen so erheblichen Leistungsabfall, daß Medien mit noch niedrigeren Transmissionsfaktoren für eine wirtschaftliche Entkeimung oft nicht mehr infrage kommen. Dagegen zeigt der in Figur 9 beschriebene Dreikammer-Photoreaktor 100, siehe Zeile 1 in Tabelle 5, im Bereich der Transmissionsfaktoren T (1 cm) = 0.9 bis 0.1 überlegene Leistung und Anpassungsfähigkeit. Der Dreikammer-Photoreaktor 100 nach Figur 9 eignet sich für den Gesamtbereich der Trinkwasserentkeimung, erreicht aber auch noch den Bereich biologisch vorgeklärter Abwässer mit Transmissionsfaktoren T (1 cm) zwischen 0.6 und 0.25, und damit auch den von Zuckerlösungen, farblosem Essig, leichten Weinen. Der durch Figur 9 beschriebene Dreikammer-Photoreaktor 100 ist auch für Spezialzwecke, z.B. die Wasserreinigung mit wesentlich erhöhten Strahlungsdosen gut geeignet.
Figur 10 zeigt eine Modifikation des Dreikammer-Photoreaktors 100 mit einer Druckausgleichseinrichtung. Dabei sind nur die gegenüber dem Dreikammer-Photoreaktor 100 geänderten Teile entsprechend Figur 9 dargestellt und mit besonderen Bezugszeichen versehen.
Der Durchflußreaktor 171 nach Figur 10 besteht aus einem Außenrohr 172, aus einem ersten Verschlußteil 173 und einem zweiten Verschlußteil 174. Der (nicht gezeigte) Strahler 24 und die ebenfalls nicht gezeigten Quarzglasrohre 105, 106, 107 sind wie bei dem Durchflußreaktor 101 ausgebildet und angeordnet.
Der Außenmantel 172 ist zur Verbindung mit den Verschlußteilen 173, 174 an beiden Enden mit Ringflanschen 182 versehen, die längs ihres inneren Umfangs verlaufende Verstärkungen 181 und längs ihres äußeren Umfangs verteilte Bohrungen 183 aufweisen. An der Außenseite der Ringflansche 182 befinden sich Erhöhungen 184, die mit Dichtungen 185 in Ausnehmungen 190 an den jeweiligen Gegenflanschen 186 zusammenwirken. Die Gegenflansche 186 der Verschlußteile 173, 174 besitzen längs ihres inneren Umfangs verlaufende Verstärkungen 181 und längs ihres äußeren Umfangs verteilte Bohrungen 187, deren Zahl und Durchmesser den Bohrungen 185 in den Ringflanschen 182 des Außenmantels 172 entspricht. Der Außenmantel 172 und die Verschlußteile 173, 174 sind so angeordnet, daß die Bohrungen 183 und 187 fluchten, so daß sie durch Gewindebolzen 188, die sich durch die Bohrungen 183 und 187 erstrecken, und Muttern 189 fest und druckdicht miteinander verbunden sind.
Das Verschlußteil 173 ist an dem Gegenflansch 186 wie das Verschlußteil 103 mit Axialteilen versehen, von denen nur das Axialteil 124 in Andeutung gezeigt ist. Diese Axialteile sind identisch mit den Axialteilen 124, 125 des Durchflußreaktors 101 und dienen wie diese der Halterung von Quarzglasrohren 105, 106, 107; diese Teile sind daher in Figur .10 nicht im einzelnen dargestellt. Wie der Flansch 116 besitzt auch der Gegenflansch 186 zwei in seiner Umfangsfläche mündende, diametral gegenüberliegende Radialkanäle 146, die in Anschlußstutzen 147 enden.
An der dem Außenrohr 172 abgekehrten Seite trägt der Gegenflansch 186 einen damit fest verbundenen oder aus einem Stück gebildeten Ansatz 191, an den über einen Ringflansch 182 ein gerundeter Deckel 192 mit einem Gegenflansch 186 in der vorstehend bereits beschriebenen Weise druckdicht angeflanscht ist. Der Deckel 192 weist eine zentrale, druckdichte, hochspannungs- und überschlagssichere Durchführung 193 für den Anschluß des (nicht gezeigten) Strahlers 24 auf. Ein Anschlußstutzen 194 ist zum Anschluß an einen Barostaten vorgesehen, der handelsüblich ausgebildet ist und daher hier nicht weiter im einzelnen beschrieben wird.
Der Verschlußteil 174 besteht aus einem gerundeten Deckel 195 mit einem zentralen Anschlußstutzen 196 und mit einem Gegenflansch 186 zur Verbindung mit dem anderen Ringflansch 182 des Außenrohres 172 in der vorstehend bereits beschriebenen Weise. Innerhalb des Deckels 195 stützt sich ein hier nicht dargestellter Ring 153 ab, dem wie im Durchflußreaktor 101 eine Lochplatte 155 aufliegt.
Im Betrieb wird von dem Barostaten über den Anschlußstutzen 194 ein Druckgas auf den Durchflußreaktor 171 gegeben, vorzugsweise ein Inertgas wie Stickstoff, Argon oder Kohlendioxid. Durch den Barostaten wird ein Druck erzeugt und aufrechterhalten, der dem Innendruck des Durchflußreaktors 171 gleich ist. Dadurch wird vermieden, daß an den Quarzglasrohren 105, 106, 107 Druckdifferenzen auftreten, die zu mechanischen Spannungen und zum Bruch der Quarzglasrohre führen können. I
Figur 11 zeigt eine weitere Ausbildung eines Mehrkammer-Photoreaktors, der sich von dem Dreikammer-Photoreaktor 100 im wesentlichen durch die Zahl der Bestrahlungskammern und durch die Ausbildung des Hüllrohres unterscheidet. In Figur 11 ist ein Zweikammer-Photoreaktor 200 in gleicher Darstellung wie der Dreikammer-Photoreaktor 100 in Figur 9 gezeigt.
Ein Durchflußreaktor 201 ist von einem strahlungsundurchlässigen Außenmantel 202, von einem ersten Verschlußteil 203 und einem zweiten Verschlußteil 204 und von einem strahlungsdurchlässigen inneren Hüllrohr 205 gebildet, das von beiden Verschlußteilen 203 und 204 gehaltert ist. Das innere Hüllrohr 205 ist ein beidseitig offenes Quarzglasrohr. Der Durchflußreaktor 201 ist durch ein Quarzglasrohr 207, dessen Enden an den Verschlußteilen 203 bzw. 204 gehaltert sind, in zwei Bestrahlungskammern 209, 211 unterteilt.
Der Außenmantel 202 ist zur Verbindung mit den Verschlußteilen 203, 204 an beiden Enden mit Ringflanschen 212 versehen, die längs ihres Umfangs verteilte Bohrungen 213 aufweisen. An der Außenseite der Ringflansche 212.befinden sich Ausnehmungen 214 zur Aufnahme von abdichtenden O-Ringen ?15. Die Verschlußteile 203, 204 tragen Flansche 216 mit längs ihres Umfangs verteilten Bohrungen 217. Der Außenmantel 202 und die Verschlußteile 203, 204 werden durch Gewindebolzen 218, die sich durch die Bohrungen 213 und 217 erstrecken und durch Muttern 219 gesichert sind, fest und abdichtend miteinander verbunden.
Der Außenmantel 202 ist wie der Außenmantel 102 des Dreikammer-Photoreaktors 100 nach Figur 9 zu Beobachtungs- oder Kontrollzwecken mit einer Öffnung 220 und einem Tubus 221 mit Ringflansch 222 und Deckel 223 versehen. Weiterhin trägt der Außenmantel 202 nahe dem Ende, das dem Verschlußteil 203 benachbart ist, einen seitlichen Anschlußstutzen 224. Der Außenmantel 202, die Verschlußteile 203, 204 und die Quarzglasrohre 205, 207 bestehen aus dem gleichen Material wie die entsprechenden Teile des Dreikammer-Photoreaktors 100.
Die Verschlußteile 203, 204 sind allgemein ringförmig ausgebildet und haben einen Innendurchmesser, der eng an den Außendurchmesser des Hüllrohres 205 angepaßt ist. Das Verschlußteil 203 besitzt ein Axialteil 225, das sich von dem Flansch 216 her an dessen Innenseite in das Innere des Durchflußreaktors 201 erstreckt und zur Halterung des Hüllrohres 205 bzw. des Quarzglasrohres 207 an einem Ende des Durchflußreaktors 201 dient. An seinem Außenende ist das Verschlußteil 203 mit einer Gegenbohrung 226 versehen, in die eine Stopfbuchspackung 127 eingesetzt ist, die mit Schrauben 133 an der Außenfläche des Verschlußteils 203 befestigt ist und das Hüllrohr 205 an diesem Ende des Durchflußreaktors 201 fest und abdichtend haltert. An seinem inneren Ende ist das Axialteil 225 mit einer ringförmigen Ausnehmung 235 versehen, die nach außen von einem ringförmigen Steg 237 begrenzt ist. Das Axialteil 225 hat einen Außendurchmesser, der eng an den Innendurchmesser des Quarzglasrohres 207 angepaßt ist, so daß dessen eines Ende auf den Axialteil 225 aufgeschoben ist. Eine Dichtmanschette 240, die gegebenenfalls durch Ligaturen nach Art von Schlauchschellen gesichert ist, umgibt den freien Teil des Axialteils 225 und das auf den übrigen Teil aufgeschobene Ende des Quarzglasrohres 207. Dadurch wird dieses Ende des Quarzglasrohres 207 fest und abdichtend an dem Verschlußteil 203 gehaltert.
Das Verschlußteil 203 besitzt einen in seiner Außenfläche mündenden Kanal 246, der in einem Anschlußstutzen 247 endet. Der Kanal 246 ist an seinem inneren Ende mit einem Axialkanal 248 verbunden, der durch den Axialteil 225 hindurch verläuft und in den Boden der ringförmigen Ausnehmung 235 mündet. Dadurch wird eine Verbindung zwischen dem Anschlußstutzen 247 und der inneren Bestrahlungskammer 209 hergestellt.
Das Verschlußteil 204 besitzt ein Axialteil 265, das sich von dem Flansch 216 her an dessen Innenseite dem Durchflußreaktor 201 abgekehrt erstreckt und zur Halterung des Hüllrohres 205 am anderen Ende des Durchflußreaktors 201 dient. An seinem Außenende ist das Verschlußteil 204 mit einer Gegenbohrung 266 versehen, in die eine Stopfbuchspackung 127 eingesetzt ist, die mit Schrauben 133 an der Außenfläche des Verschlußteils 204 befestigt ist und das Hüllrohr 205 an diesem Ende des Durchflußreaktors 201 fest und abdichtend haltert. An seiner Innenfläche ist an dem Verschlußteil 204 mit Schrauben 267 ein Ring 268 befestigt, von dem kranzartig nach außen gewölbte Blattfedern 269 vorspringen, zwischen denen eine das andere Ende des Quarzglasrohres 207 umgebende Schutzmanschette 270 geführt ist. Das Verschlußteil 204 besitzt einen axial verlaufenden Entleerungskanal 249, der die äußere Bestrahlungskammer 211 mit einem Entleerungsventil 250 an der Außenseite des Flansches 216 verbindet.
Der Durchfluß durch den Zweikammer-Photoreaktor 200 erfolgt zwischen den Anschlußstutzen 224 und 247 durch die Bestrahlungskammern 209 und 211, die durch die (nicht dargestellten) Zwischenräume zwischen den von der Innenfläche des Verschlußteils 204 in den Durchflußreaktor 201 vorspringenden Blattfedern 269 miteinander kommunizieren. Zur Erzeugung eines gleichförmigen Strömungsprofils sind Lochplatten 254, 255 vorgesehen, die wie bei dem Dreikammer-Photoreaktor 100 ausgebildet sind. Die Lochplatte 254 ist an dem von der ringförmigen Ausnehmung 235 vorspringenden Steg 237 des Axialteils 225 vom Verschlußteil 203 befestigt und wirkt auf die die innere Bestrahlungskammer 209 durchsetzende Strömung ein. Die Lochplatte 255 liegt einem an der Innenfläche des Außenmantels 202 nahe dem Stutzen 224 befestigten Ring 251 an, der damit auch aus einem Stück gebildet sein kann; innenseitig liegt sie dem Ende der Dichtmanschette 240 an. Die Lochplatte 255 ist durch Sicherungsringe 256 gegen eine Verschiebung gesichert; sie wirkt auf die die äußere Bestrahlungskammer 211 durchsetzende Strömung ein.
Der in Figur 11 dargestellte Zweikammer-Photoreaktor 200 besitzt eine innere Bestrahlungskammer 209 mit einer Schichtdicke d = 2.4 cm und eine äußere Bestrahlungskammer 211 mit einer Schichtdicke d = 4.6 cm. Der Außendurchmesser des Hüllrohres 205 beträgt 7.2 cm, die Wandstärke der Quarzglasrohre_'205 und 207 beträgt jeweils 0.4 cm, und die Transmission des Quarzglases bei 254 nm ist bei dieser Dicke T (0.4 cm) = 0.92. Im Hüllrohr 205 befindet sich eine antimondotierte Xenon-Hochdrucklampe (0riginal Hanau Quarzlampen GmbH, Hanau), deren Strahlungsfluß im Bereich von 260 bis 280 nm bei einer effektiven Länge von 80 cm der Einstrahlungsfläche bei der Bestrahlungskammer 209 eine Leistung von 100 W an das Medium an der durchstrahlten Innenfläche des Hüllrohres 205 abgibt. Die folgende Tabelle 6 zeigt in analoger Weise wie die vorstehende Tabelle 5 die Durchflüsse Q-40 des Zweikammer-Photoreaktors 200 mit einer Gesamtschichtdicke d = 7 cm und eines Einkammer-Photoreaktors gleicher Schichtdicke für Medien mit Transmissionsfaktoren von T (1 cm) = 0.95 bis 0.6 sowie die Steigerungsfaktoren F der Durchflüsse Q-40 des Zweikammer-Photoreaktors 200 gegenüber dem vorgenannten Einkammer-Photoreaktor.
Die Daten der Tabelle sind für die Transmission des Quarzglases bei 254 nm angegeben, um so den Vergleich mit den Durchflußwerten Q-40 der gleichen Photoreaktoren bei Verwendung von Quecksilberniederdruck-Quarzlampen zu erleichtern. Die Transmission des Quarzglases ist im Bereich von 260 bis 280 nm jedoch höher, woraus sich eine Erhöhung der in der Tabelle angegebenen Q-40-Werte ergibt.
Der Zweikammer-Photoreaktor 200 ist bei einer Schichtdicke der inneren Bestrahlungskammer 209 von d = 2.4 cm und der äußeren Bestrahlungskammer 211 von d = 4.6 cm entsprechend einer Gesamtschichtdicke von d = 7 cm für hohe Durchflüsse Q-40 in dem für die Trinkwasserentkeimung wesentlichen Bereich der Transmissionsfaktoren T (1 cm) = 0.7 vorgesehen. Der Leistungsvergleich in Tabelle 6 zeigt, daß bereits bei Verwendung von zwei Bestrahlungskammern im Bereich zwischen T (1 cm) = 0.85 bis 0.7 Steigerungsfaktoren von 1.55 erreicht werden. Wegen der angestrebten Durchflüsse Q-40 wird hier auf mehr Bestrahlungskammern verzichtet; aus dem gleichen Grunde darf der Außendurchmesser des Hüllrohres 205 nicht zu klein gewählt werden. Der Zweikammer-Photoreaktor 200 ist insbesondere für Zwecke der Wasserentkeimung in der Getränkeindustrie sowie für die UV-Desinfektion in der Trinkwasserversorgung geeignet.
Für den Dauerbetrieb des Zweikammer-Photoreaktors 200 spielt die Durchströmungsrichtung kaum eine Rolle. Aus Gründen der Lampenkühlung wird man im allgemeinen die Strömungsrichtung von der inneren Bestrahlungskammer 209 durch die äußere Bestrahlungskammer 211 bevorzugen, ebenso im Falle der Begasung. Wegen der hohen Durchflüsse treten auch bei Unterbrechungen im Betrieb des Zweikammer-Photoreaktors 200 praktisch keine störenden Anlauferscheinungen auf. Lediglich bei der Gefahr des Auftretens von Niederschlägen wird man gegebenenfalls die umgekehrte Durchströmungsrichtung wählen.
Eine weitere Ausführung eines Zweikammer-Photoreaktors ist in Figur 12 dargestellt. Der Zweikammer-Photoreaktor 300 ist zur Bestrahlung von außen mit einer (nicht gezeigten) Strahlungsquelle aus 14 Strahlern (Quecksilberniederdruck-Quarzlampen NN 30/89 Original Hanau Quarzlampen GmbH, Hanau) vorgesehen. Die Strahler befinden sich in einem konzentrisch zu einem Durohflußreaktor 301 angeordneten Reflektorsystem aus paraboloiden Reflektoren, deren jeder jeweils einem Strahler zugeordnet ist. Die gesamte Anordnung ist von einem strahlungsundurchlässigen Gehäuse umgeben, das auch die Vorschalt- und Bedienungselemente sowie die Überwachungseinrichtung für den Betrieb des Zweikammer-Photoreaktors 300 aufnimmt. Solche Gehäuse und Strahlungsquellen sind bekannt und im Handel erhältlich (WEDECO, Gesellschaft für Entkeimungsanlagen, Düsseldorf, Herford) und brauchen daher hier nicht im einzelnen beschrieben zu werden. Die Darstellung in Figur 12 entspricht ansonsten der Darstellung des Dreikammer-Photoreaktors 100 in Figur 9.
Der Durchflußreaktor 301 wird von einem strahlungsdurchlässigen Außenrohr 302 aus Quarzglas, einer Halterung 30, einem Verschlußteil 304 und einem Innenrohr 305 aus Quarzglas gebildet. Das Innenrohr 305 teilt den Durchflußreaktor 301 in zwei Bestrahlungskammern 309, 311. Das Außenrohr 302 ist über Ringflanschstücke 312, die nahe seinen Enden angeordnet sind, mit längs ihres Umfangs verteilten Bohrungen 313 mit der Halterung 303 bzw. dem Verschlußteil 304 verbunden. Die Halterung 303 bzw. das Verschlußteil 304 tragen Ringflansche 316 mit längs ihres Umfangs verteilten Bohrungen 317, deren Zahl und Durchmesser den Bohrungen 313 in den Ringflanschstücken 312 entspricht. Die Ringflanschstücke 312 und die Halterung 303 bzw. das Verschlußteil 304 sind so angeordnet, daß die Bohrungen 313 und 317 fluchten und die Teile durch mit Muttern 319 gesicherte Gewindebolzen 318 miteinander verbunden sind. Die Flanschteile 312 und 316 besitzen einen Innendurchmesser, der eng an den Außendurchmesser des Außenrohres 302 angepaßt ist; innenseitig sind sie mit einander zugekehrten ringförmigen Ausnehmungen 320 versehen, gegen deren Boden 0-Ringe 321 durch eine Führungshülse 322 gedrückt werden. Auf diese Weise wird das Außenrohr 302 festund abdichtend gehaltert.
Die Halterung 303, das Verschlußteil 304 und das Innenrohr 305 bestehen aus dem gleichen Material wie die entsprechenden Teile des Zweikammer-Photoreaktors 200.
Die Halterung 303 besitzt die Form eines axial abgestuften Ringes, der in seiner ersten Stufe 323 eng an den Außendurchmesser des Außenrohres 302 und mit einer Schulter 358 eng an den Innendurchmesser des Außenrohres 302 angepaßt und mit Anschlußstutzen 324 versehen ist; eine zweite Stufe 325 ist im Innendurchmesser eng an den Außendurchmesser des Innenrohres 305 angepaßt und trägt eine Gegenbohrung 326, in die eine Stopfbuchspackung 127 eingesetzt ist, die mit Schrauben 133 an der Außenfläche der Halterung 303 befestigt ist und das Innenrohr 305 fest und abdichtend in der Halterung 303 haltert. Oberhalb der Halterung 303 befindet sich ein weiteres Ringflanschstück 312, mit dem ein mit einem Ringflansch 316 versehenes Übergangsstück 328 entsprechend durch mit Muttern 319 gesicherte Gewindebolzen 31$ unter Einlagerung von 0-Ringen 321 fest und abdichtend verbunden ist. Das Übergangsstück 328 besitzt eine eng an den Außendurchmesser des Innenrohres 305 angepaßte lichte Weite; es verläuft ein Stück über das eine Ende des Innenrohres 305 hinaus und verengt sich dann zu einem Anschlußstutzen 329.
Das Verschlußteil 304 besteht aus einem den Flansch 316 tragenden axial verlaufenden Ring 340, der mit einer Platte 341, die den Durchflußreaktor 301 schließt, fest verbunden ist oder aus einem Stück damit besteht. Die Platte 341 trägt an ihrer Innenseite einen aufgesetzten Ring 342, der fest damit verbunden ist oder aus einem Stück damit besteht und in einem hochstehenden Doppelring 343 von U-förmigem Querschnitt endet. Der Ring 342 verläuft unterhalb des Innenrohres 305 konzentrisch dazu; der Doppelring 343 ist an dessen Abmessungen angepaßt, so daß das Innenrohr 305 an seinem anderen Ende in dem Doppelring 343 (unter Einlage eines elastischen Schutzrings 344) geführt ist. Der Ring 342 besitzt über seinen Umfang verteilte Durchtrittsöffnungen:345, über die die Bestrahlungskammern 309, 311 kommunizieren. Die Platte 341 ist mit einem axial verlaufenden Entleerungskanal 349 versehen, der die äußere Bestrahlungskammer 311 mit einem Entleerungsventil 350 an der Außenseite der Platte 341 verbindet.
Der Durchfluß durch den Zweikammer-Photoreaktor 300 erfolgt zwischen den Anschlußstutzen 324 und 329 durch die Bestrahlungskammern 309 und 311. Zur Erzeugte eines gleichförmigen Strömungsprofils sind Lochplatten 354, 355 vorgesehen, die entsprechend dem Dreikammer-Photorepirtrr 100 ausgebildet sind. Die Lochplatte 354 liegt innerhalb des Übergangsstückes 328, das mit der Halterung 303 verbunden ist, der Abschmelzkante des Innenrohres 305 auf und ist durch einen Sprengring 356 gesichert. Zwischen dem Anschlußstutzen 329 des Übergangsstücks 328 und der Lochplatte 354, die auf die die innere Bestrahlungskammer 309 durchsetzende Strömung einwirkt, ist ein Stauraum 357 ausgebildet. Die Lochplatte 355 ist zwischen der Abschmelzkante an dem einen Ende des Außenrohres 302 und der Schulter 358 gehaltert, die in der ersten Stufe 323 der Halterung 303 ausgebildet ist, und wirkt auf die die äußere Bestrahlungskammer 311 durchsetzende Strömung ein.
Der in Figur 12 dargestellte Zweikammer-Photoreaktor 300 besitzt eine äußere Bestrahlungskammer 311 mit einer Schichtdicke d = 2.5 cm und eine innere Bestrahlungskammer 309 mit einem Innendurchmesser von 9.2 cm. Der Außendurchmesser des Außenrohres 302 beträgt D_a = 15.8 cm, die Wandstärke der Quarzglasrohre 302 und 305 beträgt jeweils 0.4 cm und die Transmission des Quarzglases bei 254 nm ist bei dieser Dicke T (0.4 cm) = 0.92. 14 in paraboloiden Reflektoren angeordnete Quecksilberniederdruck-Quarzlampen (NN 30/89 Original Hanau Quarzlampen GmbH, Hanau) umgeben den Durchflußreaktor 301 konzentrisch und geben über den Umfang des Außenrohres 302 verteilt in das Medium eine mittlere Einstrahlungsleistung von 85 W UV-254 nm über eine effektive Länge der Bestrahlungskammer 311 von 79 cm. In der folgenden Tabelle 7 sind die Durchflüsse Q-40 des Zweikammer-Photoreaktors 300 und eines Einkammer-Photoreaktors mit analoger Außenbestrahlung mit 6 Quecksilberniederdruck-Quarzlampen gleicher Art und mit einem Innendurchmesser von D = 7 cm angegeben, sowie die auf eine Leistung von 15 W UV-254 nm normierten Werte der Durchflüsse Q-40 bei Transmissionsfaktoren T (1 cm) von 0.9 bis 0.6. Die Tabelle zeigt ebenfalls die Steigerungsfaktoren F, die aus den normierten Durchflüssen Q-40 errechnet sind.
Der Leistungsvergleich des Zweikammer-Photoreaktors 300 ist mit einem in der Praxis bewährten zylindrischen Einkammer-Photoreaktor mit Außenbestrahlung durchgeführt, da solche Einkammer-Photoreaktoren wegen der Gefahr von Strömungskurzschlüssen nicht mit größeren Durchmessern gebaut werden. Die Außenbestrahlung bietet als Alternative zur Leistungssteigerung axialer Strahlungsquellen die Möglichkeit, erheblich gesteigerte Raum-Zeit-Ausbeuten, d.h. höhere Durchflüsse Q-40 bei gleichem Apparatevolumen, zu erzielen. Obgleich solche Photoreaktoren mit Außenbestrahlung infolge der positiven Bestrahlungsgeometrie wesent lich weniger die Nachteile starker Gradienten der Bestrah lungsstärke im Reaktorquerschnitt aufweisen, bietet auch hier das Mehrkammer-Photoreaktor-Prinzip erhebliche Leistungssteigerungen.
Im praktischen Betrieb des Zweikammer-Photoreaktors 300 spielt die Durchströmungsrichtung keine wesentliche Rolle.
Die Anwendung des Zweikammer-Photoreaktors 300 für Reinigungszwecke ist in den folgenden Versuchsbeispielen dargestellt:

1. Beseitigung von Rest-Ozon aus Wasser

Ozonisiertes Wasser mit einem Rest-Ozongehalt von 0.3 g/m³ (0.3 ppm) wird mit einem Durchfluß von Q = 40 m³/h durch den Zweikammer-Photoreaktor 300 geleitet. Das in die innere Bestrahlungskammer 309 eintretende Wasser ist nach dem Austritt aus der äußeren Bestrahlungskammer 311 praktisch ozonfrei (< 0.02 ppm); Nachweis durch Palinsches Reagens bzw. kolorimetrische Analyse (Diethyl-p-phenylendiamin und Kaliumjodid).

2. Entfernung von aromatischen Kohlenwasserstoffen aus Wasser

Eine Emulsion von ca. 10 g eines aromatischen Teeröls in 70 m³ Wasser entsprechend dem Wasserinhalt eines Schwimmbassins enthält ca. 0.13 mg/1 Aromaten, die durch ihre charakteristische UV-Absorption nachgewiesen werden. Das Wasser wird durch eine Sandfilteranlage mit einer Förderleistung von 25 m³/h im Kreislauf geführt. Dabei ändert sich der Aromatengehalt (UV-Absorption) nicht. Wird der Sandfilteranlage ein Zweikammer-Photoreaktor 300 nachgeschaltet, so sind im Auslauf des Photoreaktors keine aromatischen Verunreinigungen mehr nachweisbar (UV-Absorption, 5 cm-Küvette).
Eine weitere Leistungssteigerung bei dem Zweikammer-Photoreaktor 300 ist erzielbar, wenn zugleich eine Innenbestrahlung vorgesehen wird. Ein Photoreaktor solcher Art wird auf einfache Weise durch Kombination der entsprechenden Elemente aus Figuren 11 und 12 erhalten, so daß sein Aufbau hier nicht im einzelnen geschildert zu werden braucht. Als innere Strahlungsquelle dient dabei eine antimondotiert& Xenon-Hochdrucklampe, die zur Erhöhung der Bestrahlungsstärke auch einfach oder mehrfach gewendelt sein kann; als äußere Strahlungsquellen dienen Quecksilberdampflampen geeigneter Emissionsbereiche. Solche Strahler sind im Handel erhältlich und brauchen daher nicht im einzelnen dargestellt und erläutert zu werden.
Weitere Abwandlungen im Aufbau der Durchflußreaktoren 2, 21, 41, 101, 201, 301 ergeben sich daraus, daß dem Fachmann eine Reihe bekannter, teilweise anders ausgebildeter Halterungs- und Führungselemente für die den Reaktorraum unterteilenden Trennwände zur Verfügung stehen. Diese können anstelle der in Figuren 1 bis 12 dargestellten Einrichtungen Verwendung finden. In vielen Fällen genügt auch eine Ausführung mit nur einem seitlichen Anschlußstutzen 147, 224 oder 324.
Ein Problem besteht in all den Fällen, in denen die Entnahme des.bestrahlten Mediums Schwankungen unterliegt und sogar vorübergehend unterbrochen wird, gleichwohl aber eine konstante hohe Mindestleistung im Reinigungs- bzw. Entkeimungsgrade verlangt wird. In solchen Fällen wird ein Mehrkammer-Photoreaktor nach Art von Figuren 9 bis 12 im Rücklauf betrieben. Figur 13 zeigt schematisch ein Fließdiagramm für den Bestrahlungsbetrieb mit Rücklauf für den Dreikammer-Photoreaktor 200; es kann jedoch stattdessen auch ein Mehrkammer-Photoreaktor 20, 100 oder 300 eingesetzt werden. Auch läßt sich der ohnehin für einen Bestrahlungskreislauf vorgesehene Zweikammer-Photoreaktor 40 verwenden, der in dieser Betriebsweise bei Klimawäschern zum Einsatz gelangt, für die Durchlaufdesinfektion mit teilweisem Rücklauf jedoch weniger geeignet ist als die anderen genannten Mehrkammer-Photoreaktoren. Das Fließdiagramm enthält den Dreikammer-Photoreaktor 200, dessen Anschlußstutzen 224 über eine Zufuhrleitung 401 und ein Zufuhrventil 402 an die Vorratsleitung des zu bestrahlenden Mediums angeschlossen ist. Der Anschlußstutzen 247 ist über einen Strömungsteiler 403 mit Entlüftungsventil 424 und Verbindungsleitungen 404, 405, die jede einen Durchflußanzeiger 406 tragen, mit einem Rücklauf 407 bzw. einem Entnahmeventil 408 verbunden. Dem Zufuhrventil 402 ist dabei ein Durchflußbegrenzer 12 nachgeschaltet. Der Rücklauf 407 besteht aus einer Rücklauf-Förderpumpe in Gestalt einer Einweg-Förderpumpe 409 mit konstanter Förderleistung, einem nachgeschalteten Rückschlagventil 410 und einer Verbindungsleitung 411 mit Durchflußanzeiger 406, die stromab von dem Ventil 402 in die Zufuhrleitung mündet. Der Rücklauf 407 kann anstelle der Einweg-Förderpumpe 409 auch eine in ihrer Förderleistung einstellbare Rücklauf-Förderpumpe enthalten; gegebenenfalls kann der Rücklauf 407 auch mit einer einstellbaren Strömungsdrossel ausgerüstet sein. Dabei ist das Gesamtvolumen des Rücklaufs 407 klein gegen das Volumen des jeweiligen Mehrkammer-Photoreaktors.
Der in Figur 14 dargestellte Strömungsteiler 403 ist nach Art eines Drucküberlaufreglers aufgebaut. Die Schnittdarstellung nach Figur 14 zeigt ein Gefäß 420, das oben mit einem Entlüftungsventil 424 versehen ist und dessen Eingangsstutzen 421 zum Anschluß an den Zweikammer-Photoreaktor 200 vorgesehen ist. Der Eingangsstutzen 421 ragt über den Boden des Gefäßes 420 hinaus in dessen Inneres hinein. Vom Boden des Gefäßes 420 aus verläuft ein erster Ausgang 422, der zum Anschluß an die Verbindungsleitung 404 zum Rücklauf 407 führt.
Ein zweiter Ausgang 423 ist deutlich oberhalb der Mündung des Eingangsstutzens 421 an dem Gefäß 420 angeordnet und dient zum Anschluß an die Verbindungsleitung 405 zum Entnahmeventil 408. Die in Figuren 13 und 14 dargestellte Anordnung arbeitet wie folgt, wobei angenommen ist, daß die Anlage mit dem Medium beschickt und entlüftet und daß die Ventile 402 und 408 zunächst geschlossen sind:

Bei geschlossenem!Entnahmeventil 408 und laufender Einweg-Förderpumpe 409 ergibt sich ein in sich geschlossener Kreislauf des Mediums, das über die Verbindungsleitungen 411, 401.und den Anschlußstutzen 224 des Zweikammer-Photoreaktors 200 in die Bestrahlungskammer 211 eintritt und diese nach Durchtritt durch die innere Bestrahlungskammer 209 über die Anschlußstutzen 247 wieder verläßt. Von dort gelangt es über den Eingangsstutzen 421 in das Innere des Gefäßes 420 des Strömungsteilers 403, den es über den ersten Ausgang 422 verläßt, der über die Verbindungsleitung 404 eingangsseitig an die Einweg-Förderpumpe 409 angeschlossen ist.

Die Öffnung des Entnahmeventils 408 erfolgt synchron gekoppelt mit der Öffnung des Zufuhrventils 402, durch das dem Zweikammer-Photoreaktor 200 über die Zufuhrleitung 401 zu bestrahlendes Medium zugeführt wird. Die Kopplung geschieht dabei durch bekannte mechanische, elektrische, hydraulische, pneumatische Mittel oder dergleichen. Entsprechend dem zugeführten Volumen an zu bestrahlendem Medium wird nun bestrahltes Medium durch das geöffnete Entnahmeventil 408 aus dem Bestrahlungskreislaufsystem verdrängt. Da das zugeführte Medium bereits vor Eintritt in den Zweikammer-Photoreaktor 200 durch das im Rücklauf geführte bereits entkeimte Medium verdünnt wird, passiert nun ein Medium mit niedrigerer Eingangskeimzahl den Photoreaktor und eine niedrigere Endkeimzahl resultiert. Dabei ist zu berücksichtigen, daß durch die Rückführung bereits hochgereinigtes Material einer erneuten Bestrahlung unterworfen wird im Gemisch mit vorher unbestrahltem Medium, was im Ganzen eine Effizienzänderung bedeutet. Bei dieser Arbeitsweise muß daher jeweils ein niedrigerer Durchfluß als im Betrieb ohne Rücklauf eingestellt werden, und zwar richtet sich diese Erniedrigung auch nach dem Rücklaufverhältnis.
Um die Rücklaufbestrahlung mit größerer Wirksamkeit zu betreiben, wird jedoch zweckmäßiger das zu entkeimende Medium diskontinuierlich in geringer Menge hinzugegeben und hindurchgeführt. Dies geschieht durch chargenweise Verdrängung eines Großteils des Reaktorinhalts bei gleichzeitigem Stop des Rücklaufbetriebes, gefolgt von einer Periode der Bestrahlung im Kreislauf, die je nach den gewünschten Dosen mehrere Umwälzungen des Reaktorvolumens betragen kann. Dazu ist im Rücklauf 407 ein weiteres gesteuertes Ventil 412 (siehe Figur 13A) vorgesehen, das durch eines der vorgenannten Mittel synchron im Gegentakt mit dem Entnahmeventil 408 bzw. dem Zufuhrventil 402 gekoppelt ist. Die beiden zuletztgenannten gekoppelten Ventile bleiben so lange geöffnet, bis die vorgesehenen Portionen des unbestrahlten Mediums den Photoreaktor gefüllt und das bestrahlte Medium den Photoreaktor verlassen haben. Nach Schließen der Ventile wird synchron das Ventil 412 im Rücklauf 407 geöffnet und die Bestrahlung im Kreislauf bis zur nächsten Beschickungsperiode vorgenommen. Eine kontinuierliche Entnahme des entkeimten Mediums kann dann dadurch erreicht werden, daß das Entnahmeventil 408 an einen Zwischenbehälter mit Niveauregelung und einer mit einem Durchflußbegrenzer ausgestatteten Entnahmestelle angeschlossen ist.
Am einfachsten läßt sich die diskontinuierliche Zufuhr des Mediums mit Hilfe einer gesteuerten Dosierpumpe durchführen, deren jeweilige Dosierportionen knapp unter dem Reaktorvolumen bleiben müssen. Das weitere gesteuerte Ventil 412 im Rücklauf 407 ist dabei durch eines der vorgenannten Mittel synchron im Gegentakt an die Dosierpumpe gekoppelt, so daß die Zufuhr des Mediums nur bei geschlossenem Rücklauf 407 erfolgt. Das Entnahmeventil 408 und das Zufuhrventil 402 können dann entfallen. Die Niveauregelung der vorerwähnten kontinuierlichen Entnahmevorrichtung mit Zwischenbehälter kann auch dazu benutzt werden, bei verändertem Bedarf innerhalb der Grenzen der Leistung der Apparatur die Periode der Dosierung und damit den Durchschnitt des Durchflusses zu variieren. Auf diese Weise besteht die Möglichkeit, beabsichtigte Erhöhungen der Dosis bei vollem Erhalt der Funktion eines gegebenen Photoreaktors zu erreichen..
Bei der Reinigung und Desinfektion durch UV-Bestrahlung nach dem geschilderten Verfahren der Rücklaufbestrahlung empfiehlt es sich, Mehrkammer-Photoreaktoren so zu betreiben, daß das Medium die Bestrahlungskammer mit dem geringsten Querschnitt und der höchsten Bestrahlungsstärke zuletzt'durchläuft.
Mehrkammer-Photoreaktoren mit der einfachen Art des Rücklaufbetriebs eignen sich besonders zur Wasserentkeimung auf Seeschiffen. Das Verfahren der portionsweisen Rücklaufbestrahlung ist besonders für die Applikation hoher Dosen geeignet und damit zur Erzielung höchster Reinigungs- und Entkeimungsgrade.
Die erforderliche Sicherheit in der Erzielung des gewünschten Bestrahlungsergebnisses wird durch Durchflußsteuermittel erreicht, die dafür sorgen, daß eine bestimmte, maximal zulässige Durchströmungsgeschwindigkeit des Mediums in den Mehrkammer-Photoreaktoren nach Figuren 1 bis 12 nicht überschritten werden kann. Im einfachsten Fall genügt als Sicherheitselement eine Strömungsdrossel in der Zuleitung zu dem jeweiligen Durchflußreaktor. Bei wechselndem Eingangsdruck empfiehlt sich eine einstellbare Strömungsdrossel z.B. in Gestalt eines Ventils, jedoch wird vorzugsweise hier der zuverlässigere Durchflußbegrenzer 12 eingesetzt. Dessen Zwischenschaltung wird aus Sicherheitsgründen auch dann vorgenommen, wenn eine Pumpe mit einstellbarer Förderleistung verwendet wird, bei der die Förderleistung unmittelbar eingestellt und auch überwacht werden kann.
Die vorbeschriebenen Mehrkammer-Photoreaktoren sind mit üblichen, bekannten überwachungseinrichtungen der eingangs genannten Art versehen. Dadurch wird sichergestellt, daß bei Abfall der Bestrahlungsstärke unter einen vorgegebenen Sollwert ein Alarm ausgelöst und die gesamte Bestrahlungsanlage abgeschaltet wird. Außerdem nimmt der Strahlungsfluß der Strahler mit der Zeit ab. Wegen der eingangs diskutierten exponentiellen Abhängigkeit des Bestrahlungsergebnisses und damit auch der Leistung des Mehrkammer-Photoreaktors von der Bestrahlungsstärke ist für eine optimale Nutzung der von der Strahlungsquelle emittierten Strahlung eine ständige Anpassung der Durchströmungsgeschwindigkeit an die augenblickliche Bestrahlungsstärke notwendig. Dazu ist eine Förderpumpe 450 mit einstellbarer Förderleistung eingangsseitig an einen Durchflußreaktor 101, 201 oder 301 angeschlossen, und ihre Förderleistung wird durch eine Steuerung, die in Figur 15 im Blockschaltbild dargestellt ist, entsprechend der jeweiligen Bestrahlungsstärke eingestellt. Die Steuerung besteht aus einem mit dem Pumpenmotor 451 verbundenen Tachogenerator 452 un4 einem strahlungsempfindlichen Detektor 453, der über einen Ableitungswiderstand 456.an Erde liegt und an dem Tubus 121, 221 eines Durchflußreaktors 101 bzw. 201 oder an dem Innenrohr 302 des Durchflußreaktors 301 (mit einer geeigneten Durchführung) angebracht ist und dessen Ausgangssignal einem Verstärker 454 anliegt. Die Ausgangssignale des Tachogenerators 452 und des Verstärkers 454 sind an dem Eingang eines Leistungsverstärkers 455 einander entgegengeschaltet, und die am Ausgang des Leistungsverstärkers 455 anliegende, verstärkte Differenzspannung dient zur Versorgung des Pumpenmotors 451. Auf diese Weise wird durch eine aus handelsüblichen Bauteilen aufgebaute Steuerung die Förderleistung der Pumpe 450 an die jeweilige Bestrahlungsstärke angepaßt.
Bei den vorstehend geschilderten Mehrkammer-Photoreaktoren 100, 200, 300 sind die jeweiligen Bestrahlungskammern in Bezug auf die Durchströmungsrichtung hintereinandergeschaltet. Diese Schaltung besitzt ihre besonderen Vorteile in der besseren Durchmischung und dem Durchgang des Mediums durch sämtliche Bestrahlungskammern'des Photoreaktors. In besonderen Fällen kann jedoch auch eine Parallelschaltung von Bestrahlungskammern von Vorteil sein, und zwar dann, wenn Medien mit hohen Transmissionsfaktoren zu verarbeiten sind.
Durchflußreaktoren nach Art von Figuren 11 und 12 können leicht so abgeändert werden, daß die Bestrahlungskammern 209 und 211 bzw. 309 und 311 entsprechend Figur 16 bzw. 17 zu paralleler Durchströmung geeignet sind. Die abgeänderte Ausführung des Zweikammer-Photoreaktors 200 besteht aus einem Durchflußreaktor 501, der eine UV-Strahlungsquelle 24 umgibt und im wesentlichen zwei Bestrahlungskammern 509 und 511 enthält, deren jede mit Einlaß- und Auslaßanschlüssen versehen ist. Figur 16 zeigt einen Längsschnitt durch eine Hälfte des Durchflußreaktors 501, dessen andere Hälfte sehr ähnlich dazu spiegelbildlich ausgebildet ist.
Der Durchflußreaktor 501 besteht aus einem Außenmantel 202A, der sich vom Außenmantel 202 des Durchflußreaktors 201 nur dadurch unterscheidet, daß ein weiteres Paar einander gegenüberliegender Anschlußstutzen 224 nahe dem anderen, in Figur 16 nicht dargestellten Ringflansch 212 vorhanden ist. Es ist jedoch nur eine Beobachtungsöffnung 220 vorgesehen, in die ein Tubus 221 mit einem Ringflansch 222 und einem Deckel 223 eingesetzt ist.
An beiden Enden ist der Durchflußreaktor 501 durch identisch ausgebildete Verschlußteile 503 mit einem Zwischenflansch- _' glied 504 verschlossen, an dem die Verschlußteile 503 beispielsweise durch Schraubbolzen 506 befestigt sind, die sich durch die Flansche 516 der Verschlußteile 503 erstrecken. Die Zwischenflanschglieder 504 besitzen Flansche 216 mit Bohrungen 217, die nahe dessen Umfang über den Flansch 216 verteilt sind. Der Außenmantel 202 und die Zwischenflanschglieder 504 werden fest und abgedichtet durch Bolzen 218 miteinander verbunden, die sich durch die Bohrungen 217 erstrecken und durch Muttern 219 gesichert sind, wobei in ringförmigen Ausnehmungen 214 Dichtringe 215 angeordnet sind.
Die Verschlußteile 503 sind im allgemeinen ringförmig aufgebaut und erstrecken sich axial von einem Außenende, das eng an den Außendurchmesser des Hüllrohres 205 angepaßt ist, bis zu einem Innenende, das eng an den Außendurchmesser des Quarzglasrohres 207 angepaßt ist. Am Außenende befindet sich eine Gegenbohrung 526, in die eine Stopfbuchspackung 127 eingesetzt ist, die mittels Bolzen 533 an flanschartigen Teilen befestigt sind und dazu dienen, das Hüllrohr 205 fest und abdichtend zu haltern. In einem Zwischenbereich zwischen den axialen Enden erweitern sich die Axialteile der Verschlußteile 503, um das Quarzglasrohr 207 aufzunehmen. Zwei diametral gegenüberliegende Anschlußstutzen 524 sind an dem erweiterten Axialteil angeordnet, um das zu bestrahlende Medium in die innere Bestrahlungskammer 509 einzubringen. Dicht an den Anschlußstutzen 524 ist an der Innenwand des erweiterten Axialteils eine Schulter 552 ausgebildet, der eine Lochplatte 554 anliegt, die durch einen Sicherungsring 553 gesichert ist. Das axiale Innenende des Verschlußteils 503 erstreckt sich jeweils über den Flansch 516 hinaus zu einem weiter unten erläuterten Zweck.
Jedes Zwischenflanschglied 504 ist ebenfalls im allgemeinen ringförmig ausgebildet und besteht aus einem Flanschteil und einem Axialteil 537, dessen Innendurchmesser eng an den Außendurchmesser des Quarzglasrohres 207 angepaßt ist. Das Axialteil 537 ist mit einer Gegenbohrung 536 versehen, die sich über eine solche Länge erstreckt, daß das axiale Innenende des Verschlußteiles 503 und eine Stopfbuchspackung aus zwei Dichtringen 538, 540 und einer Führungsbuchse 539 darin aufgenommen werden können.tDiese Anordnung dient zusammen mit dem Flansch 516 des Verschlußteils 503, der durch Schraubbolzen 506 an dem Flansch des Zwischenflanschgliedes 504 befestigt ist, zur festen und abdichtenden Halterung des Quarzglasrohres 207 in ähnlicher Weise, wie das Hüllrohr 205 durch die Stopfbuchspackung 127 gehalten ist. Die Stirnseite des Axialteils 537 ist nach innen abgeschrägt, um die zentrierte Einführung des Quarzglasrohres 207 beim Zusammenbau des Durchflußreaktors 501 zu erleichtern.
Die abgeschrägten Stirnseiten der Axialteile 537 der Zwischenflanschglieder 504 erstrecken sich nicht bis in den Bereich der Anschlußstutzen 224 um sicherzustellen, daß dadurch der Durchfluß des Mediums durch die äußere Bestrahlungskammer 511 nicht behindert wird. Dicht an der anderen Seite der Anschlußstutzen 224 ist an der Innenwand des Außenmantels 202A eine Ringschulter 251 ausgebildet, der eine Lochplatte 254 anliegt, die durch einen Sicherungsring 253 gehaltert wird.
Die Teile des Durchflußreaktors 501 bestehen aus dem gleichen Material wie die entsprechenden Teile des Durchflußreaktors 201.
Figur 17 zeigt einen Längsschnitt durch eine Hälfte eines Durchflußreaktors 301A, der in Verbindung mit einer äußeren Strahlungsquelle verwendet wird. Die beiden Hälften des Durchflußreaktors 301A sind im wesentlichen spiegelbildlich zueinander ausgebildet und in ihrem Aufbau identisch mit dem Teil des Durchflußreaktors 301, der in Figur 12 oberhalb der Bruchlinie dargestellt ist. Es ist daher an dieser Stelle keine weitere Erläuterung erforderlich, außer daß zwei diametral gegenüberliegende Paare von Anschlußstutzen 324 die Anschlüsse für den Einlaß und (Auslaß der Bestrahlungskammer 311 bilden, während die (mittigen Anschlußstutzen 329 den Einlaß und den Auslaß der Bestrahlungskammer 309 bilden.
Eine Anwendung solcher Durchflußreaktoren findet sich in Verbindung mit Anlagen zur umgekehrten Osmose, die in zahlreichen Bereichen zur Herstellung reinen Wassers, z.B. bei der Trinkwassergewinnung aus Meerwasser, für Sonderzwecke von Kliniken, Elektroniklabors und pharmazeutischen Betrieben, sowie in der Nahrungsmittelindustrie eingesetzt wird. Für die umgekehrte Osmose sind verschiedene Typen von Membranen, oft auf der Basis organischer Materialien, gebräuchlich, die sich als anfällig gegen Bewuchs durch Mikroorganismen erwiesen haben, wodurch die Betriebsfähigkeit der Anlagen und die hygienische Qualität des erzeugten Wassers gefährdet werden. Aus Sicherheitsgründen wird oft der Umkehrosmose-Anlage eine UV-Entkeimung nachgeschaltet. Zweckmäßig wird aber bereits das in die reversible Osmose eingeführte Medium einer UV-Entkeimung unterworfen, um so den Mikroorganismenbefall der Membranen von vornherein zu minimieren. Hier bietet der Zweikammer-Photoreaktor mit parallel geschalteten Bestrahlungskammern.eine besonders günstige technische Lösung, um mittels eines Durchflußreaktors und einer Strahlungsquelle sowohl das Ausgangsmedium als auch das Produktwasser gleichzeitig zu entkeimen.
Zur Erhöhung der photochemischen Effizienz der Reinigung bzw. Entkeimung empfiehlt es sich, mindestens eines der parallel geschalteten Bestrahlungssysteme nach Art des Mehrkammer-Photoreaktors mit Serienschaltung auszubilden.

Claims

1. Verfahren zur Reinigung, insbesondere zur Entkeimung und Desinfektion fließfähiger Medien in einem Durchflußreaktor (2, 41, 101, 171, 201, 301, 301A, 501) mit einer vorbestimmten Mindestbestrahlung, d.h. Mindestdosis, ultravioletter Strahlung überwiegend im Wellenlängenbereich von 240 bis 320 nm, bei dem das Medium durch.einen Durchflußreaktor (2, ... 501) aus.mindestens einem Bestrahlungsraum gefördert und dabei der UV-Strahlung einer aus mindestens einem Strahler (6, 24) bestehenden Strahlungsquelle ausgesetzt wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Medium durch getrennte, der Strahlungsquelle gemeinsam zugeordnete und in deren Strahlungsrichtung hintereinander angeordnete Bestrahlungskammern (8, 9; 23, 39; 23, 49; 109, 110, 111; 209, 211; 309, 311; 509, 511) gefördert wird und in jeder Bestrahlungskammer (8, ... 511) einem Bruchteil der von der Strahlungsquelle ausgehenden Gesamtstrahlung ausgesetzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens 50 % der in das Medium in der der Strahlungsquelle unmittelbar benachbarten Bestrahlungskammer (8, 39, 49, 109, 209, 311, 509) eindringenden Strahlung in das Medium in der direkt folgenden Bestrahlungskammer (9, 23, 110, 211, 309, 511) einfallen, daß in dem Medium in der der Strahlungsquelle unmittelbar benachbarten Bestrahlungskammer (8, ... 509) nicht mehr als 50 % der eindringenden Strahlung absorbiert werden, und daß von dem Medium in einem Durchflußreaktor mit bis zu 5 Bestrahlungskammern nicht mehr als (1 - 0.5ⁿ) · 100 % der insgesamt eindringenden Strahlung absorbiert werden, wobei n die Anzahl der Bestrahlun^gs-kammern (8, 9, 23, 39, 49, 109, 110, 111, 209, 211, 309, 311, 509, 511) ist. ;

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Medium vor dar Bestrahlung ein Oxidationsmittel zugeführt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem Medium während der Bestrahlung ein Oxidationsmittel zugeführt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teilstrom des bestrahlten Mediums nach dem Durchlauf in den Durchflußreaktor (41, 101, 201, 301) zurückgeführt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Medium ultravioletter Strahlung im Wellenlängenbereich von 260 bis 280 nm ausgesetzt ist.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Medium nacheinander durch die Bestrahlungskammern (8, 9; 23, 39; 23, 49; 109, 110, 111; 209, 211; 309, 311) des Durchflußreaktors (2, 41, 101, 171, 201, 301) gefördert wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Medium parallel durch die Bestrahlungskammern (309, 311; 509, 511) des Durchflußreaktors (301A, 501) gefördert wird.

9. Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach einem der vorstehenden Ansprüche, bestehend aus einer Strahlungsquelle mit mindestens einem Strahler (6, 24), der ultraviolette Strahlung überwiegend im Wellenlängenbereich von 240 bis 320 nm emittiert, und aus einem Durchflußreaktor (2, 41, 101, 171, 201, 301, 301A, 501) mit mindestens einem Bestrahlungsraum, der eine Zuleitung (11; 91; 147, 152; 147, 196; 224, 247; 324, 329; 224, 524) und eine Ableitung (16; 37, 37A; 57, 90; - 152, 147; 196, 147; 247, 224; 324, 329; 224, 524) für das zu bestrahlende Medium und eine Uberwachungseinrichtung für die ultraviolette Strahlung aufweist,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Bestrahlungsraum des Durchflußreaktors (2, ... 501) durch Trennwände (7; 35, 35A; 55; 52, 55; 106, 107; 207; 305) aus für die ultraviolette Strahlung durchlässigem Material in getrennte, der.Strahlungsquelle gemeinsam zugeordnete und in deren Strahlungsrichtung hintereinander angeordnete Bestrahlungskammern (8, 9; 23, 39; 23, 49; 109, 110, 111; 209, 211; 309, 311; 509, 511) unterteilt ist, daß die in das Medium mindestens in der Bestrahlungskammer (9, 23, 110, 211, 309, 511), die der der Strahlungsquelle unmittelbar benachbarten Bestrahlungskammer (8, 39, 49, 109, 209, 311, 509) direkt folgt, einfallende Strahlung Bruchteile der Strahlung beträgt, die in die der Strahlungsquelle unmittelbar benachbarte Bestrahlungskammer (8, 39, 49, 109, 209, 311, 509) eindringt, und daß die Einrichtung zur Einhaltung einer vorbestimmten Mindestdosis der Strahlung aus Durchflußsteuermitteln für das Medium besteht, die an die Zuleitung (11; ... 524) oder an die Ableitung (16; ... 524) des Durchflußreaktors (2, ... 501) angeschlossen sind.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Bruchteil der in die Bestrahlungskammer (9, 23, _.110, 211, 309, 511), die der der Strahlungsquelle unmittelbar benachbarten Bestrahlungskammer (8, 39, 49, 109, 209, 311, 509) direkt folgt, einfallenden Strahlung mindestens 50 % der in die der Strahlungsquelle unmittelbar benachbarten Bestrahlungskammer (8, 39, 49, 109, 209, 311, 509) eindringenden Strahlung und die Absorption in der der Strahlungsquelle unmittelbar benachbarten Bestrahlungskammer (8, 39, 49, 109, 209, 311, 509) nicht mehr als 50 % beträgt und daß die Gesamtabsorption in einem Durchflußreaktor (2, 41, 101, 171, 201, 301, 301A, 501) mit bis zu 5 Bestrahlungskammern (8, 9, 23, 39, 49, 109, 110, 111, 209, 211, 309, 311, 509, 511) bis zu (1 - 0.5n) 100 % der insgesamt einfallenden Strahlung beträgt, wobei n die Anzahl der Bestrahlungskammern (8, ... 511) ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwände (7, 35, 35A, 52, 55, 106, 107, 207, 305) aus Quarzglas bestehen.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11 aus einer Strahlungsquelle mit mehreren Strahlern (24) und aus einem Durchflußreaktor (41) mit mehreren Bestrahlungskammern (39, 49), deren jede einem der Strahler (24) zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß jeder nach Art einer Tauchlampe in ein Hüllrohr (25, 25A, 45) eingeschlossene Strahler (24) von wenigstens einem Quarzglasrohr (35, 35^A; 55; 52, 55) umgeben ist und die Strahler (24) in einen gemeinsamen Behälter (21) eingesetzt sind, daß das Hüllrohr (25, 25A, 45) und das Quarzglasrohr (35, 35A, 55) jeweils eine innere Bestrahlungskammer (39, 49) begrenzen und daß die inneren Bestrahlungskammern (39, 49) jeweils mit dem Behälterinneren kommunizieren und gemeinsam entweder eingangsseitig an die Zuleitung (91) oder ausgangsseitig an die Ableitung (37, 37A, 57, 90) des Durchflußreaktors (41) angeschlossen sind.

13. Vorrichtung nach Anspruch 11, bei der die Strahlungsquelle und der Durchflußreaktor (101, 171, 201, 301, . 301A, 501) ringförmig zueinander angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchflußreaktor (101, ... 501) aus zwei mit Anschlußmitteln (147, 152, 196, 224, 247, 324, 329, 524) versehenen Verschlußteilen (103, 104; 173, 174; 203, 204; 303, 304; 303A; 503, 504), die die Bestrahlungskammern (109, 110, 111; 209, 211; 309, 311; 509) 511) stirnseitig begrenzen, und aus zwischen den Verschlußteilen (103, ... 504) an diesen angebrachten Rohrstücken (102, 105, 106, 107; 172, 105, 106, 107; 202, 205, 207; 302, 305; 202A, 205, 207) unterschiedlichen Durchmessers besteht, die koaxial ineinander angeordnet sind und die Bestrahlungskammern (109, ... 511) längsseitig begrenzen.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13 zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschlußteile (303A; 503, 504) für jede Bestrahlungskammer (309, 311; 509, 511) mindestens zwei Anschlußstutzen (324, 329; 224, 524) besitzen.

15. Vorrichtung nach Anspruch 13 zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß benachbarte Bestrahlungskammern (109, 110; 110, 111; 209, 211; 309, 311) abwechselnd an gegenüberliegenden Enden miteinander in Verbindung stehen.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrstücke (207, 305) an ihren Enden abwechselnd abdichtend gehaltert und geführt sind und daß benachbarte Bestrahlungskammern (209, 211; 309, 311) jeweils an den geführten Enden der Rohrstücke (207, 305) miteinander in Verbindung stehen.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das innere Rohrstück (205) an beiden Enden durch entsprechende Durchbrüche der Verschlußteile (203, 204) hindurchgeführt und in den Durchbrüchen abdichtend gehaltert ist.

18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß das äußere Rohrstück (102, 172, 202) strahlungsundurchlässig ist und eine Beobachtungsöffnung (120, 220) aufweist und an die Verschlußteile (103, 104; 173, 174; 203, 204) abdichtend angeflanscht ist.

19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß das äußere Rohrstück (102, 172, 202) verspiegelt ist.

20. Vorrichtung nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrstücke (105, 106, 107) an einem Verschlußteil (103) abgedichtet gehaltert sind, daß das innere Rohrstück (105) und jedes zweite nach außen folgende (107) an dem dem Verschlußteil (103) abgewandten Ende geschlossen sind und jedes der zweiten nach außen folgenden geschlossenen Rohrstücke (107) nahe dem zu ihrer Halterung dienenden Verschlußteil (103) mit Durchtrittsöffnungen (108) versehen ist und daß das Verschlußteil (103) einen Innenkanal (146, 148) besitzt, dessen eines Ende in die innere Bestrahlungskammer (109) und dessen anderes Ende in einen Anschlußstutzen (147) mündet.

21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Strahlungsquelle abgewandte Bestrahlungskammer (111; 211; 309; 511) eine Schichtdicke besitzt, die mindestens das Zweifache der Schichtdicke der der Strahlungsquelle unmittelbar benachbarten Bestrahlungskammer (109; 209; 311; 509) beträgt.

22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß eine Druckausgleichseinrichtung vorgesehen ist.

23. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckausgleichseinrichtung einen mit druckdichten Durchführungen (193) versehenen, druckdicht mit dem die Rohrstücke (105, 106, 107) halternden Verschlußteil (173) verbundenen, an einen Barostaten angeschlossenen Deckel (192) aufweist, wobei der Sollwert der barostatischen Druckregelung vom Eingangsdruck des Mediums am Durchflußreaktor (101) bestimmt ist.

24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Bestrahlungskammer (8, 9, 39, 49, 109, 111, 209, 211, 309, 311, 509, 511) mit einem über den Strömungsquerschnitt wirksamen Ausgleichselement (13, 15, 71, 154, 155, 254, 255, 354, 355) für das Strömungsprofil versehen ist.

25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchflußreaktor (41, 101, 201, 301) ausgangsseitig mit einem Strömungsteiler (403, 420) versehen ist, dessen einer Ausgang (423) an die Entnahmeleitung (405) und dessen zweiter Ausgang (422) unter Zwischenschaltung einer Rücklauf-Förderpumpe (409) und eines Rückschlagventils (410) an den Eingang (91; 147, 152; 224, 247; 324, 329) des Durchflußreaktors (41, 101, 201, 301) angeschlossen ist.

26. Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Rücklauf-Förderpumpe (409) in ihrer Förderleistung einstellbar ist.

27. Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Rücklaufleitung eine einstellbare Strömungsdrossel aufweist.

28. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsquelle von mindestens einer antimondotierten Xenon-Hochdrucklampe, die eine starke Emission im Wellenlängenbereich von 260 bis 280 nm besitzt, gebildet ist.

29. Vorrichtung nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsquelle zusätzlich mindestens eine Quecksilberdampflampe aufweist..

30. Vorrichtung nach Anspruch 28 oder 29, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsquelle mindestens einen gewendelten Strahler enthält.

31. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsquelle (24) im Inneren des Durchflußreaktors (101, 171, 201, 501) in achsnaher Stellung angeordnet ist.

32. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 17 und 22 bis 30, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsquelle mindestens 4 achsparallel und symmetrisch zwischen dem Durchflußreaktor (301, 301A) und einem diesen umgebenden Reflektorsystem angeordnete Strahler (6, 24) aufweist.

33. Vorrichtung nach Anspruch 31 und 32, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der die Strahlungsquelle bildenden Strahler (6, 24) im Inneren des Durchflußreaktors und ein anderer Teil der Strahler (6, 24), mindestens 4, achsparallel und symmetrisch zwischen dem Durchflußreaktor und einem diesen umgebenden Reflektorsystem angeordnet sind.

34. Vorrichtung nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, daß eine antimondotierte Xenon-Hochdrucklampe mindestens im Inneren des Durchflußreaktors angeordnet ist.

35. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 34, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchflußsteuermittel eine Strömungsdrossel aufweisen.

36. Vorrichtung nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, daß eine einstellbare Strömungsdrossel vorgesehen ist.

37. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 34, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchflußsteuermittel einen vom Eingangsdruck unabhängigen Durchflußbegrenzer (12)-aufweisen.

38. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 34, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchflußsteuermittel eine Pumpe (450) mit einstellbarer Förderleistung aufweisen.

39. Vorrichtung nach Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuereinrichtung für die Pumpe (450) mit einstellbarer Förderleistung vorgesehen ist, die mit einem von der Überwachungseinrichtung mit Sollwerteinstellung ausgehenden Steuersignal beaufschlagt ist.

40. Vorrichtung nach Anspruch 39, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung einen Leistungsverstärker (455) und einen von dem Pumpenmotor (451) angetriebe- . nen Tachogenerator (452) aufweist und daß das Tachogeneratorsignal dem Steuersignal der Überwachungseinrichtung am Eingang des Leistungsverstärkers (455) entgegengeschaltet ist.