DE102007030850A1 - Behälterentkeimung mit UVC-Strahlung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Entkeimen von Flüssigkeiten in Behältern mittels ultravioletter Strahlung im sogenannten UV-C-Bereich. Hierzu dienen UV-C-Strahler, welche zum Volumen und der Geometrie eines Behälters zentrisch anzuordnen sind. Nach Bedarf kann ergänzend ein stark oxidierendes Gas, vorzugsweise Ozon, in der Flüssigkeit gelöst werden. Die erfindungsgemäße Anordnung und Steuerung bewirkt eine zuverlässige Entkeimung der Flüssigkeit und der Innenwände des Behälters sowie der ausgangsseitigen Armaturen und Rohrleitungen. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Entgiftung und chemischen Aufreinigung von Wasser in Behältern durch Auflösen von Ozon und nachfolgender Photolyse zwecks Erzeugung von Hydroxiradikalen.

Description

• TECHNISCHES GEBIET
• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Entkeimen von Flüssigkeiten in Behältern mittels ultravioletter Strahlung im sogenannten UV-C-Bereich. Nach Bedarf kann ergänzend ein stark oxidierendes Gas, vorzugsweise Ozon, in der Flüssigkeit gelöst werden. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Entgiftung und chemischen Aufreinigung von Wasser in Behältern durch Auflösen von Ozon und nachfolgender Photolyse zwecks Erzeugung von Hydroxiradikalen. Ferner betrifft die Erfindung besonders geeignete Verwendungen des Verfahrens.
• STAND DER TECHNIK
• Es ist bekannt, dass UV-C-Strahlung in der physikalischen Entkeimungstechnik eine vielfältige praktische Anwendung findet, unter anderem auch für die Innenentkeimung von Behältern, insbesondere solchen, welche zum Lager von Wasser dienen. Hierbei ergibt sich allerdings die Problematik, dass sich eine ausreichende Strahlungsdosis in der Praxis nur sehr aufwändig kontrollieren lässt. Überdies kann die UV-C-Strahlung physikalisch bedingt nicht durch die Oberfläche der Flüssigkeit hindurch wirken, was zu einer Verkeimung auf der Flüssigkeitsoberfläche und an den oberen Behälterwänden führen kann. Des Weiteren ist eine Entkeimung in Strahlungsschattenbereichen und in ausgangsseitigen Rohrleitungen nicht gewährleistet.
• Es ist auch bekannt, dass mit UV-C-Strahlung zu entkeimende Flüssigkeiten keine mineralischen Trübstoffe und trübende organischen Verbindungen enthalten sollen und auch keine gelösten Stoffe, welche die UV-C-Strahlung dampfen, wie beispielsweise Eisen. Dieses Problem wird üblicher Weise durch eine vorherige Aufbereitung der Flüssigkeiten gelöst, so auch in dieser Erfindung, jedoch in einer neuen, in den Unteransprüchen näher beschriebenen Art und Weise.
• Ferner ist bekannt, dass eine UV-C-Entkeimung in Rohrleitungen und Armaturen außerhalb des Strahlungsbereichs keine Wirkung hat. Die Erfindung begegnet diesem Problem durch das Einbringen von stark oxidierenden Gasen, vorzugsweise Ozon, welche wahlweise direkt in den Behälter eingebracht werden, oder erst am Behälterausgang. Wasser hat zum Beispiel für solche Gase eine ausreichend lange Speicherfähigkeit und kann darum die desinfizierende Wirkung in angeschlossene Rohrleitungen und Armaturen transportieren. Als weiterer Vorteil ist die Benutzung stark oxidierender Gase als chemisches Argenz ist zu sehen, dass sich gelöste Metalle, selbst wenn sie an Huminsäuren und ähnliche Stoffe gebunden sind, leicht und wirksam ausscheiden, was für die Wirksamkeit der UV-C-Entkeimung von besonderem Vorteil ist.
• DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
• Die Erfindung stellt eine Entkeimungssicherheit für ein Behältervolumen dadurch sicher, dass bei diskontinuierlicher Betriebsweise die im Behälter befindlichen UV-C-Strahler schon mit Beginn des Befüllens eingeschaltet werden und erst durch den steigenden Pegel in die Flüssigkeit eintauchen. Die für die Entkeimung der oberen Behälterwände notwendige Strahlungsdosis ist für jeden Behältertyp zu berechnen, oder durch Versuche zu ermitteln, wonach die Steiggeschwindigkeit des Flüssigkeitspegels mittels eines Druckminderer (12) so einzuregulieren ist, dass bei feststehender UV-C-Strahlungsleistung der zeitliche Ablauf eine notwendige Strahlungsdosis garantiert.
• Um eine Ansammlung von Keimen auf der Flüssigkeitsoberfläche zu unterbinden, bricht die von oben eintretende Flüssigkeit, durch Überdruck oder freien Fall, die Flüssigkeitsoberfläche ständig auf und mischt bis zum Ende des Befüllen eventuell vorhandene Keime in die Flüssigkeit. Auch wirken entstehende Wellen sich günstig auf die Entkeimungsleistung aus, weil deren Reflektionen in mögliche Schattenbereiche gelenkt werden.
• Ist der Behälter vollständig gefüllt, beginnt eine vorher berechnete, oder durch Versuche ermittelte Entkeimungszeit. Die erfindungsgemäße Anordnung gewährleistet steuerungstechnisch, dass vor Ablauf der Entkeimungszeit keine irrtümliche Entnahme von Flüssigkeit möglich ist, in dem ein Zeitprogramm während der Entkeimung die Funktion einer Entnahmepumpe oder eines Magnetventils am Behälterausgang sperrt. Nach Ablauf der Entkeimungszeit wird die Entnahme frei gegeben und die Entkeimung abgeschaltet. Nach vollständiger oder auch teilweiser Entleerung eines Behälters kann ein neuer Füllvorgang automatisch oder per Handsteuerung erfolgen.
• Ist in der praktischen Verwendung der Erfindung eine Kombination mit dem Einbringen von stark oxidierenden Gasen von Vorteil, im Folgenden am Beispiel einer Ozonisierung von Wasser beschrieben, so kann die Zeitschaltung auch die dafür notwendigen Apparate steuern.
• Für die Entgiftung und chemische Aufreinigung von Wasser ist die Kombination von Ozonisierung, mittels Venturidüse oder galvanisch und nachfolgender Photolyse in einem apparateinternen Wasserkreislauf, derart bemessen, dass es zur Bildung von Hydroxiradikalen kommt. Letztere wirken als stärkstes bekanntes Oxidationsmittel in Wasser auf gelöste, emulgierte und suspendierte organische Verbindungen. Im Idealfall entstehen aus der Oxidation nur die Elemente C, H, N, P, S und Halogene enthaltende organische Verbindungen Kohlendioxyd, Wasser, Nitrat, Phosphat, Sulfat und die Halogen-Anionen Br^–, CL^– und F^–, also mineralische Ionen, die in den meisten Wässern naturgemäß bereits vorhanden sind. Die Oxidation kann auch teilweise erfolgen, weswegen die biologische Abbaubarkeit der gelösten Kontaminanden erhöht wird. Die Prozesssteuerung ist mit einer fotometrischen Extinktionsmessung möglich.
• Das Einbringen einer angemessenen Gasmenge erfolgt in der Art, dass mit Beginn des Füllvorgangs zum Beispiel Ozongas mit einem Ozonisierungsgerät (8) in den Behälter (4) eingebracht wird, wonach dieses sich mit dem eintretenden Wasserstrahl in Blasen unter die Flüssigkeit (18) mischt und sich dort in ausreichender Menge löst. Hierzu ist der Behältereintritt (17) mit einer Vielzahl von Düsen versehen. Die Dosierung erfolgt zeitabhängig und gerätespezifisch über ein Zeitprogramm. Die gleichen Reaktionen können noch wesentlich schneller ablaufen, wenn, wie erfindungsgemäß in Patentanspruch 6. angeführt, das eintretende Wasser fein versprüht wird. Nach dem Befüllvorgang kann mit einer Umwälzpumpe (19) und Venturidüse (23) Ozongas nachdosiert werden.
• Für eine Verwendung gemäß Patentanspruch 14. und 15. kann es Vorteilhaft sein, nach Ozonisierung durch Venturidüse (23) die Flüssigkeit anschließend mit UV-C-Strahlung zu behandeln. Hierzu ist ein UV-C-Durchflussgerät (24) vorgesehen.
• Der Umwälzausgang (20) und der Behältereintritt (17) sind für einen guten Oxidationswirkungsgrad vorteilhaft in der Nähe von UV-C-Strahler (5) anzuordnen. Eine dadurch im Behälter entstehende Strömung ist günstiger Weise so auszurichten, dass der frei aufgehängte UV-C-Strahler (5) Pendelbewegungen ausführt, wodurch sich die Strahlungsdosis im Behälter gleichmäßiger verteilt und Strahlungsschatten auszuschließen sind. Alternativ zur Venturidüse (23) ist auch eine galvanische Produktion von Ozon an gleicher Stelle möglich.
• Die aufeinanderfolgende Anordnung von Ozonisierung mittels Venturidüse (23) und UV-C-Bestrahlung mittels UV-C-Durchflussgerät (24) bedarf einen zeitlichen Abstand, in welchem das Gas in der Flüssigkeit zur Wirkung kommt, bevor sie mit UV-C-Strahlung behandelt wird. Um dieses zu gewährleisten ist ein Verzögerungsbehälter (28) mit ausreichendem Volumen zu durchströmen. Zum Erreichen eines gleichmäßigen Strömungsbildes erhält Verzögerungsbehälter (28) sog. Füllkörper. Alternativ zu Verzögerungsbehälter (28) könnte auch eine genügend Dimensionierte Rohrstrecke dienen.
• Beschreibung der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsform
• In 1 ist der Schnitt durch einen vereinfachten schematischen Grundaufbau des Verfahrens dargestellt. Der UV-C-Strahler (5) ist bereits vollständig in die Flüssigkeit (18) eingetaucht. Eine Entkeimung der Wände des Behälters (4) findet oberhalb des Pegels so nicht mehr statt.
• Es sind der Montagerahmen (1) mit einer Bodenplatte (2) und den Kufen (3) zu sehen. Eingebaut ist der Behälter (4), in welchen ein UV-C-Strahler (5) mit Kabel (6), aufgehängt am elektrischen Schaltgerät (7), befindet.
• Die aufzubereitende Flüssigkeit gelangt über den Verfahrenseingang (10), das Magnetventil (11) und den Druckminderer (12) zur Filtergruppe (13), (14), (15). In diesem 3-stufigen Filtersystem können in den Filtertöpfen (16) zur Vorbereitung der Flüssigkeit (18) ganz unterschiedliche Filtermedien verwendet werden. Vorzugsweise sorgt der Vorfilter (13) für den Rückhalt grober Partikel, wonach Filtermedium 1 (14) und Filtermedium 2 (15) eine Feinfilterung und wenn nötig weitere Aufbereitungen übernehmen können, zum Beispiel eine Wasserenthärtung oder Aufbereitung mit Aktivkohle.
• Vom Ausgang der Filtergruppe (13), (14), (15) gelangt das Filterprodukt entweder direkt zum Behältereintritt (17), welcher darstellungsgemäß als Sprühkopf ausgeführt sein kann, oder es wird gemäß Patentanspruch 10. über eine Venturidüse (23) ozonisiert, durch den Verzögerungsbehälter (28) geleitet und anschließend mit UV-C-Strahlung im UV-C-Durchflussgerät (24) bestrahlt. Das bei Bedarf danach angeordnete Ozonisiergerät (8) produziert entweder selbst ein stark oxidatives Gas, oder es übergibt Gas aus einer externen Ozonquelle.
• Die dargestellte Umwälzpumpe (19) saugt aus dem Behälter Flüssigkeit am Umwälzausgang (20), welcher vorzugsweise in Nähe des UV-C-Strahler (5) angeordnet ist und führt diese Flüssigkeit am Behältereintritt (17) zur Ozonisierung.
• Am Verfahrensausgang 1 (21) ist eine Entnahmepumpe (22) dargestellt. Alternativ kann es für eine Verwendung gemäß Patentanspruch 14. oder 15. günstig sein, Flüssigkeit mittels der Umwälzpumpe (19) über die Ausgangsleitung (26) und Absperrventil (27) am Verfahrensausgang 2 (29) als Aufbereitungsprodukt abzugeben.
• In 2 ist der Schnitt A-A zur Verdeutlichung der Anordnungen in 1 dargestellt.

1

Montagerahmen

2

Bodenplatte

3

Kufen

4

Behälter

5

UV-C-Strahler

6

Kabel

7

Schaltgerät

8

Ozonisierungsgerät

9

Revisionsdeckel

10

Verfahrenseingang

11

Magnetventil

12

Druckminderer

13

Vorfilter

14

Filtermedium 1

15

Filtermedium 2

16

Filtertöpfe

17

Behältereintritt

18

Flüssigkeit

19

Umwälzpumpe

20

Umwälzausgang

21

Verfahrensausgang 1

22

Entnahmepumpe

23

Venturidüse

24

UV-C-Durchflussgerät

25

Ozonleitung

26

Ausgangsleitung

27

Absperrventil

28

Verzögerungsbehälter

29

Verfahrensausgang 2

Claims (15)

1. Verfahren zum Entkeimen von Flüssigkeiten in Behältern mittels UV-C-Strahlung dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere UV-C-Strahler (5) in einem Behälter (4) während des Befüllvorgang durch steigenden Pegel in die Flüssigkeit (18) so langsam eintauchen, dass die Strahlungsdosis oberhalb des Pegels ausreicht die Behälterwände zu entkeimen.
2. Verfahren zum Entkeimen von Flüssigkeiten in Behältern gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter (4) und alle Bauteile des Verfahrens betriebsfertig in einem Montagerahmen (1) montiert werden, welcher einen mobilen oder wahlweise stationären Betrieb der gesamten Anordnung ermöglicht und vorzugsweise palettenähnliche Kufen (3) besitzt, welche den Transport mit Gabelstaplern erleichtern.
3. Verfahren zum Entkeimen von Flüssigkeiten in Behältern gemäß Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere Behälter außerhalb des Montagerahmens installiert werden und im Umwälzbetrieb extern die im Montagerahmen (1) angeordneten Verfahrensstufen und die Verfahrenssteuerungstechnik nutzen, oder allein als zusätzliche Speicher dienen.
4. Verfahren zum Entkeimen von Flüssigkeiten in Behältern gemäß Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Flüssigkeit in den Behälter von oben einströmt, den Pegel durchbricht und durch Überdruck oder freien Fall, eventuell auf der Pegeloberfläche vorhandene Keime unter die Flüssigkeit mischt und einer submersen UV-C-Bestrahlung zuführt.
5. Verfahren zum Entkeimen von Flüssigkeiten in Behältern gemäß Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zulaufende Flüssigkeit von oben durch den Pegel strömt und durch Überdruck oder freien Fall, bis zum Ende des Befüllen ein stark oxidierendes Gas in die Flüssigkeit diffundiert.
6. Verfahren zum Entkeimen von Flüssigkeiten in Behältern gemäß Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, die zulaufende Flüssigkeit im Behälter zwecks Oberflächenvergrößerung fein versprüht wird.
7. Verfahren zum Entkeimen von Flüssigkeiten in Behältern gemäß Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, das nach Ende der Füllzeit die Ozonisierung über einen apparateinternen Wasserkreislauf fortgesetzt wird.
8. Verfahren zum Entkeimen von Flüssigkeiten in Behältern gemäß Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Zeitprogramm verhindert, dass vor Ende einer ausreichenden Bestrahlungszeit Flüssigkeit aus einem Behälter entnommen werden kann.
9. Verfahren zum Entkeimen von Flüssigkeiten in Behältern gemäß Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeiten für eine wirksamere UV-C-Entkeimung aufbereitet werden, vorzugsweise mit speziellen Filtern (13, 14, 15, 16) und Ionenaustauschern, deren Durchflussgeschwindigkeit mit einem Drosselventil oder einem Druckminderer (12) so zu justieren ist, dass sich ein ideales Verhältnis von Filterkapazität und Befüllzeit einstellt.
10. Verfahren zum Entkeimen von Flüssigkeiten in Behältern gemäß Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Filtermedium 2 (15) und dem Behältereintritt (17) eine Ozonisiervorrichtung, beispielsweise eine Venturidüse (23) installiert ist, welcher ein UV-C-Durchflussgerät (24) nachgeschaltet sein kann.
11. Verfahren zum Entkeimen von Flüssigkeiten in Behältern gemäß Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Füllen des Behälters automatisch erfolgt, sobald ein Minimalpegel unterschritten wird, welcher als Reservehaltung gelten kann, wobei gleichzeitig das Zeitprogramm für das Einschalten der Entkeimungsstrahler sorgt und ggf. auch die Ozonisierung aktiviert.
12. Verfahren zum Entkeimen von Flüssigkeiten in Behältern gemäß Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit mit Hilfe einer Umwälzpumpe in einer Strömung den UV-C-Strahlern nahe gebracht wird und diese zu Pendelbewegungen anregt.
13. Verfahren zum Entkeimen von Flüssigkeiten in Behältern gemäß Anspruch 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit mit Hilfe einer Umwälzpumpe zur kontinuierlichen oder diskontinuierlichen Ozonisierung auch nach dem Befüllvorgang in einem Wasserkreislauf zirkuliert.
14. Verwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 13 für die Aufbereitung von Flüssigkeiten in Behältern, insbesondere zur Entgiftung und chemischen Aufreinigung von Trinkwasser.
15. Verwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 13 zur Veränderung der chemischen und physikalischen Eigenschaften von Flüssigkeiten.