[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reinigung, insbesondere zur Entkeimung und
Desinfektion unter Verwendung einer Strahlungsquelle für ultraviolette Strahlung im
Wellenlängenbereich von 240 bis 320 nm, bei dem ein fliessfähiges Medium zur Einhaltung
einer vorbestimmten Mindestdosis der ultravioletten Strahlung mit einem bestimmten
Durchfluss durch einen Durchflussreaktor, der durch mindestens eine für ultraviolette
Strahlung durchlässige Trennwand in mindestens zwei Bestrahlungskammern senkrecht
zur Durchstrahlungsrichtung unterteilt ist, gefördert wird, und bei dem in den in
bezug auf die durch die Strahlungsquelle bestimmte Durchstrahlungsrichtung hintereinander
angeordneten Bestrahlungskammern durch das Medium in allen Bestrahlungskammern ein
bestimmter Anteil und in der der Strahlungsquelle unmittelbar benachbarten Bestrahlungskammer
ein Teil der in den Durchflussreaktor eintretenden ultravioletten Strahlung absorbiert
wird. Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach
einem der vorstehenden Ansprüche, bestehend aus einer Strahlungsquelle mit mindestens
einem Strahler, der ultraviolette Strahlung im Wellenlängenbereich von 240 bis 320
nm emittiert, aus einem durch mindestens eine für die ultraviolette Strahlung durchlässige
Trennwand in mindestens zwei Bestrahlungskammern unterteilten Durchflussreaktor mit
einer Zuleitung und einer Ableitung für das zu bestrahlende Medium, dessen Bestrahlungskammern
in bezug auf die durch die Strahlungsquelle bestimmte Durchstrahlungsrichtung hintereinander
angeordnet sind, wobei in allen Bestrahlungskammern ein bestimmter Anteil und in der
der Strahlungsquelle unmittelbar benachbarten Bestrahlungskammer ein Teil der in den
Durchflussreaktor eintretenden ultravioletten Strahlung durch das Medium absorbierbar
ist, und aus einer Durchflussteuereinrichtung zur Einstellung eines bestimmten Durchflusses
zwecks Einhaltung einer vorbestimmten Mindestdosis der ultravioletten Strahlung.
[0002] 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, Pilze oder Algen, 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.
Chlorphenole. Die Bestrahlung kann bei der Trinkwasseraufbereitung eingesetzt werden
und ist besonders nützlich in Verbindung mit lonenaustauscher- oder Umkehr-Osmose-Anlagen.
Sie kann auch Schwimmbadwasser auf 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.
[0003] Photochemische Entkeimungs- bzw. Desinfektions- und Entgiftungsreaktionen folgen
den bekannten Grundprinzipien photochemischer Reaktionen. 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 im allgemeinen solche Schichtdicken, in denen 90% der eingestrahlten
Photonen absorbiert werden, da bei einer Verdoppelung 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 viele Dezimeter in besonders
reinem Wasser, aber auch nur Bruchteile von Millimetern in Milch betragen.
[0004] 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. 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.
[0005] Es ist ein Photoreaktor mit annähernd parallel gerichteter Einstrahlung bekannt,
bei dem die Strahlungsquelle oberhalb der Obefläche 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, Bd. 14, S. 100-102) bzw.
Bündel von Quecksilberniederdrucklampen verwendet worden (P. Ueberall, «Die chemikalienfreie
Trink- und Brauchwasserentkeimung mit ultravioletten Strahlen», Die Stärke 1969, Bd.
21, S. 321-327). Zum Ausgleich der durch das Lambertsche Absorptionsgesetz und die
Geometrie des Photoreaktors bedingten starken Abnahme der Bestrahlungsstärke in dem
Photoreaktor ist vorgeschlagen worden, den Photoreaktor aus einer oder mehreren parallelen
Bestrahlungskammern aufzubauen, die von mehreren in Reflektoren angeordneten UV-Strahlern
umgeben sind, wobei zusätzlich innen weitere UV-Strahler vorgesehen werden können
(DE-OS 2119961,2205598; FR-OS 2308409). 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. für Hygiene, I. Abteilung Orig. 1974, Bd. B 159, S. 50-60).
[0006] Obwohl die effektiven Eindringtiefen für 90% Absorption für viele Medien bekannt
sind, weisen die bekannten Photoreaktoren im allgemeinen soche Schichtdicken auf,
die nur Bruchteile der effektiven Eindringtiefe ausmachen.
[0007] Es sind auch Mehrkammer-Photoreaktoren bekannt, bei denen das zu bestrahlende Medium
hintereinander durch mehrere Bestrahlungskammern gefördert wird, die einer Strahlungsquelle
zugeordnet sind. Bei einem solchen Mehrkammer-Photoreaktor ist eine mittlere Bestrahlungskammer,
die eine Strahlungsquelle aus mehreren parallelen UV-Strahlern enthält, von seitlichen,
im Querschnitt segmentförmigen Bestrahlungskammern umgeben; zwischen der mittleren
und den seitlichen Bestrahlungskammern befinden sich UV-durchlässige Trennwände. Die
UV-Strahler sind so angeordnet und die Schichtdikken der Bestrahlungskammern sind
so bemessen, dass praktisch die gesamte UV-Strahlung allein von dem zu bestrahlenden
Medium und nicht an der Innenfläche der Aussenwand des Reaktors absorbiert wird (US-PS
3 637 342).
[0008] Zur Erzielung höherer Wirksamkeit und Leistung in der Desinfektion ist vorgeschlagen
worden, einen annularen Photoreaktor mit einer Gesamtschichtdicke entsprechend einer
Gesamtabsorption von mindestens 90% so zu unterteilen, dass die Intensität der UV-Strahlung
an der Unterteilungsstelle mindestens gleich dem Mittelwert der Intensität im Photoreaktor
ist (US-PS 2669661). Auf die Art der Unterteilung kommt es dabei nicht an, und der
Durchfluss durch den Photoreaktor wird so eingestellt, dass an der Unterteilungsstelle
eine Abtötung von 99% erreicht wird. Die angestrebte Optimierung wird dadurch jedoch
nicht erzielt, denn die Konstruktion und Betriebsweise dieses Photoreaktors ist gerade
bei Gesamtabsorptionen über 90% ungünstig.
[0009] 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 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
ereichbare Entkeimungsgrad in der Grössenordnung von 10-
4 liegt.
[0010] 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.
[0011] Erfindungsgemäss wird die Aufgabe in bezug auf das Verfahren dadurch gelöst, dass
das Medium in allen Bestrahlungskammern insgesamt nicht mehr als (1-0.5n) . 100% der
in den Durchflussreaktor eintretenden Strahlung absorbiert, wobei n die Zahl der Bestrahlungskammern
ist. In bezug auf die Vorrichtung wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass die von der
Zahl n der Bestrahlungskammern und von der UV-Durchlässigkeit des zu bestrahlenden
Mediums bestimmte-Gesamtschichtdicke des Durchflussreaktors so bemessen ist, dass
die Gesamtabsorption nicht mehr als (1-0.5•) · 100% der in den Durchflussreaktor eintretenden
Strahlung liegt.
[0012] Die Erfindung geht aus von der Erkennntnis, 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. In der Praxis wird üblicherweise das optische Absorptionsverhalten
eines Mediums durch die optische Durchlässigkeit, die Transmission, bei 1 cm Schichtdicke,
abgekürzt T (1 cm), angegeben.
[0013] Im folgenden wird daher zum besseren Anschluss an diese Angabe unter «Absorption»
die Summe aller lichtschwächenden Eigenschaften eines Mediums zusammengefasst und
-In T (1 cm) = ä bzw. -log T (1 cm) = E gesetzt.
[0014] Die nähere Analyse hat gezeigt, dass die Bestrahlungsökonomie durch die Inhomogenität
des Entkeimungsgrades in allen Schichten des bestrahlten Mediums negativ beeinflusst
wird, besonders stark in denen, 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 daher die Absorption
der ultravioletten Strahlung in der Bestrahlungskammer, die der Strahlungsquelle unmittelbar
benachbart ist, einen bestimmten Höchstwert nicht überschreiten. Um auch die übrigen
Bestrahlungskammern hinreichend zur Wirkung zu bringen, sollte die von deren Zahl
und der UV-Durchlässigkeit des Mediums bestimmte Gesamtschichtdicke des Durchflussreaktors
ebenfalls einen bestimmten Höchstwert nicht überschreiten. Die Absorption der ultravioletten
Strahlung in der der Strahlungsquelle unmittelbar benachbarten Bestrahlungskammer
sollte höchstens im Bereich von 50% der in den Durchflussreaktor eintretenden Strahlung
liegen. 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 Bestrahlungskammern
die 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.
[0015] Zur Erhöhung des Entkeimungsgrades kann es vorteilhaft sein, dem Medium vor oder
während der Bestrahlung ein Oxidationsmittel zuzuführen. Das Oxidationsmittel kann
Sauerstoff, Ozon, Halogen oder ein Hypohalogenit sein.
[0016] 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 mindestens 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 somit
dem entsprechenden Vielfachen der Dosis des einfachen Durchlaufs bestrahlt. Dieses
Verfahren empfiehlt sich auch in solchen Fällen, in denen das entkeimte Medim aus
einer Ultraviolett-Entkeimungsanlage in wechselnden Mengen entnommen wird.
[0017] 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. Es empfiehlt sich, 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.
[0018] 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.
[0019] Im einfachsten Fall, beispielsweise bei der Photoentkeimung von Seewasser, besteht
bei der erfindungsgemässen Vorrichtung der 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 deshalb vorgesehen, dass
ggf. jedes Hüllrohr von wenigstens einem Quarzglasrohr unter Ausbildung wenigstens
einer inneren Bestrahlungskammer umgeben ist und dass die inneren Bestrahlungskammern
gemeinsam entweder eingangsseitig an die Zuleitung oder ausgangsseitig an die Ableitung
des Durchflussreaktors angeschlossen sind. Im Gegensatz zu der bekannten Anordnung
wird es in der erfindungsgemässen 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.
[0020] Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist eine Vorrichtung, bei der die Strahlungsquelle
und der Durchflussreaktor ringförmig zueinander angeordnet sind, so aufgebaut, das
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.
[0021] 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 Überbestrahlung im Nahbereich
der Strahlungsquelle und ebenso eine Unterbestrahlung in entfernteren Bereichen vermieden.
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 Anschlusstutzen vorgesehen werden müssen, die als Eingangs- und Ausgangsanschluss
dienen.
[0022] Mehrkammer-Photoreaktoren der vorstehend beschriebenen Art mit einem äusseren Quarzglasrohrstück
können in bekannter Weise (DT-OS 2119961) konzentrisch von mehreren Strahlern umgeben
sein, von denen jeder einen eigenen paraboloiden Reflektor aufweist, wodurch eine
optimale Effizienz der Einstrahlung ermöglicht wird. Eine einwandfreie Funktion eines
Einkammer-Photoreaktors dieser Art ist nur dann gewährleistet, wenn Kurzschlussphänomene
bei der Durchströmung sicher vermieden werden. 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.
[0023] 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.
[0024] Bei einem Photoreaktor mit an einem Verschlussteil abdichtend gehalterten Rohrstücken,
deren inneres an dem dem Verschlussteil abgewandten Ende geschlossen und deren nach
aussen folgendes an dem gleichen Ende offen ist, und mit mindestens einem an dem Verschlussteil
angeordneten Anschluss, der über einen Innenkanal in dem Verschlussteil an die innere
Bestrahlungskammer angeschlossen ist, kann erfindungsgemäss jedes der zweiten nach
aussen folgenden, an dem einen Ende geschlossenen Rohrstücke nahe dem Verschlussteil
mit Durchtrittsöffnungen versehen sein. Die einseitige Halterung der Rohrstücke kann
Erleichterungen im Zusammenbau und in der Demontage des Mehrkammer-Photoreaktors bringen.
[0025] Vorteilhaft 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.
[0026] Zweckmässig 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.
[0027] Eine Ausführung der erfindungsgemässen 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.
[0028] Bei einer Ausführungsart der 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.
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-Ausbeuten erzielt werden können, als dies bisher möglich
war. Neben dieser erheblichen Verbesserung der Leistungsfähigkeit beruht ein weiterer
Vorteil des Einsatzes der antimondotierten Xenon-Hochdrucklampen 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.
[0029] Zur Erhöhung des von der Strahlungsquelle ausgehenden Strahlungsflusses pro Längeneinheit
des Durchflussreaktors kann es zweckmässig sein, dass die Strahlungsquelle mindestens
einen gewendelten Strahler enthält.
[0030] Bei ringförmiger Ausbildung des Durchflussreaktors kann die Strahlungsquelle im Inneren
des Durchflussreaktors 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 Durchftussreaktorgeha)-tert. Die Anordnung der Strahlungsquelle im Inneren des
Durchflussreaktors ist für Durchflussreaktoren kleineren Volumens vorzuziehen.
[0031] Bei einer Ausbildung eines ringförmigen Durchflussreaktors 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.
[0032] 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.
[0033] 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.
[0034] 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
Durchflussteuermittel, durch die sichergestellt wird, dass das die Bestrahlungskammern
durchsetzende Medium in jedem Fall mit der geforderten Mindestdosis bestrahltwird.
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 aus einer Engstelle in der
Zuleitung oder Ableitung des Durchflussreaktors bestehen, sie kann aber auch durch
ein einstellbares und in seiner Einstellung zeitlich unveränderliches Ventil gebildet
sein.
[0035] Die erfindungsgemässen Durchflussteuermittel 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.
[0036] Nach der Erfindung können die Durchflussteuermittel auch eine Pumpe mit einstellbarer
Förderleistung aufweisen. Eine solche Pumpe gestattet im weitesten Umfang die Anpassung
des Durchflusses an die jeweils gewünschten Bestrahlungsdosen.
[0037] Erfindungsgemäss kann eine Steuereinrichtung für die Pumpe mit einstellbarer Förderleistung
vorgesehen werden, 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 Leistungsverstärkers 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 (US-PS 3182193). Es ist weiter eine
Überwachungseinrichtung bekannt (US-PS 3462597), 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 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.
[0038] 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. 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 Fig. 2;
Fig.3 eine perspektivische Ansicht eines Details von Fig. 2;
Fig. 4 einen Längsschnitt durch eine weitere Ausbildung derTeilanordnung;
Fig. 4A einen entsprechenden Schnitt durch eine abgeänderte Ausführung der Teilanordnung
nach Fig. 4;
Fig. 5 eine Ansicht eines Details bei der Teilanordnung nach Fig. 4;
Fig. 6 eine perspektivische Ansicht des zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemässen
Mehrkammer-Photoreaktors;
Fig. eine Draufsicht auf eine weitere Ausbildung des Mehrkammer-Photoreaktors nach
Fig. 6;
Fig.8 eine Schnittansicht eines Details bei dem Mehrkammer-Photoreaktor nach Fig.
7;
Fig.9 einen Längsschnitt durch ein drittes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemässen
Mehrkammer-Photoreaktors;
Fig.10 einen Teillängsschnitt durch einen Mehrkammer-Photoreaktor nach Fig. 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 Mehrkammer-Photoreaktors;
Fig.13A ein Fliessdiagramm für einen modifizierten Rückflussbetrieb entsprechend Fig.
13;
Fig. 14 eine Detailansicht eines Bauteils in dem Fliessdiagramm nach Fig. 13; und
Fig. 15 ein Blockschaltbild eines Details der elektrischen Überwachungseinrichtung
für den Betrieb eines erfindungsgemässen Durchflussreaktors;
Fig. 16 einen Längsschnitt durch ein für parallelen Durchfluss abgeändertes viertes
Ausführungsbeispiel nach Fig. 11;
Fig. 17 einen Längsschnitt durch ein für parallelen Durchfluss abgeändertes fünftes
Ausführungsbeispiel nach Fig. 12.
[0039] Fig. 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 sonstigen 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 UVreflektierenden 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 17 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.
[0040] 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.
[0041] 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.
[0042] 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, 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/cm
2. 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 (m
3/h) für eine Mindestdosis von 40 mWs/cm
2 für verschiedene Transmissionsfaktoren T (1 cm) und verschiedene Schichtdicken der
oberen Bestrahlungskammer 8 angegeben.

60 W UV-254 nm auf 30 80 = 2400 cm
2 Einstrahlungsfläche; mittlere Bestrahlungsstärke E = 25 mW/cm
z. Einfluss des Transmissionsfaktors T (1 cm) und der Schichtdicken 2 in den Bestrahlungskammern.
[0043] 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) Z 0.6 ca. 1 cm betragen.
[0044] 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 m
3/h und der Steigerungsfaktor ist dann 1.75. Bei einer Schichtdicke der unteren Bestrahlungskammer
9 von 1 cm ist der Zweikammer-Photoreaktor 1 an die bei der Entkeimung von Abwasser
vorkommenden Transmissionsbereiche 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.
[0045] Fig. 2 bis 8 zeigen die Ausführung eines Mehrkammer-Photoreaktors, bei dem die Strahlungsquelle
nach Art einerTauchlampe ausgebildet ist.
[0046] Fig. 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 120° gegeneinander versetzte Stege 30 aus federndem Material verbunden
sind (siehe Fig. 3). Die Federringe 29 sind zwischen kleinen Vorsprüngen 28, 38 gehaltert,
die in Winkelabständen von ca. 120° 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
5 versehen werden, wie im Zusammenhang mit Fig. 5 erläutert wird.
[0047] Fig. 4 zeigt eine abgewandelte Teilanordnung ähnlich Fig. 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 (Fig. 5) ist entsprechend Fig. 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 Fig. 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.
[0048] In einer Abänderung der Teilanordnung von Fig. 4 ist ein zusätzliches Quarzglasrohr
52 (siehe Fig. 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 ungehinderen 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).
[0049] Die in Fig. 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 Fig. 6 trägt der Tank 21 an seinen Längswänden Träger 22, an denen jeweils
eine der in Fig. 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 UVbeständig ist und allen sonstigen Anforderungen, z.B. lebensmittelrechtlichen
Bestimmungen, genügt. In den oben offenen Tank 21 mündet der (nicht dargestellte)
Abfluss einer Quelle für das zu bestrahlende Medium; der Tank 21 kann aber gegebenenfalls
auch über einen Anschlusstutzen und eine Verbindungsleitung an die Quelle des zu bestrahlenden
Mediums angeschlossen sein.
[0050] In der Kombination der Teilanordnung nach Fig. 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.
[0051] Die Teilanordnung nach einer der Fig. 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 das sie hier nicht im einzelnen beschrieben werden müssen. Die Teilanordnung
ist in Fig. 6 nur schematisch dargestellt. Am Grunde des Tanks 21 befinden sich Auflagen
34, denen die Teilanordnung aufsitzt, wodurch zusätzlich Sicherheit der Halterung
erreicht wird.
[0052] Für den Betrieb des Durchflussreaktors 41 werden die Anschlüsse 37 bzw. 57 der an
den Trägern 22 gehalterten Teilanordnungen nach einer der Fig. 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.
[0053] Fig. 7 und 8 zeigen eine weitere Ausführungsform des Durchflussreaktors 41 für einen
Zweikammer-Photoreaktor 40 entsprechend Fig. 6, bei dem der Tank 21, der einen Anschlusstutzen
91 trägt, durch einen Deckel 80 verschlossen ist, der mit Durchführungen 81 und Halterungen
82 versehen ist, an denen die in Fig. 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 Fig. 2 werden über Verbindungsleitungen 89 an eine gemeinsame
Ableitung 90 angeschlossen. In gleicher Weise können die Teilanordnungen nach Fig.
4 oder die übrigen vorstehend beschriebenen Teilanordnugnen 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 Fig. 2 bzw. 4 in den Mehrkammer-Photoreaktor 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.
[0054] 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, oder 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
; = 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.
[0055] Bei einer effektiven Einstrahlungsfläche von π · Di - 100 cm
2 = 1256.6 cm
2 ist die mittlere Bestrahlungsstärke in dieser Fläche E = 11.94 mW/cm
2. 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 m
3/h bei Einhaltung einer Mindestbestrahlungsdosis von 40 mWs/cm
z, berechnet für eine gleichförmige Strömung.

[0056] Man erkennt aus der Tabelle 2, dass die innere Bestrahlungsstärke 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 m
3/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 m
3/h bei 2 cm Schichtdicke; bei T (1 cm) = 0.8 erreicht Q-40 einen Maximalwert von 1.95
m
3/h bei d = 4 cm, bei T (1 cm) = 0.9 wird bei einer Schichtdicke von 5 cm Q-40 = 3.43
m
3/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 m
3/h erhalten.
[0057] 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 Spalten 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 mWsfcm
2 einwirkt. Die letzte Spalte der Tabelle 3 zeigt die Bestrahlungsdosen E . t (k) in
mWs/cm
2, die das alle Bestrahlungskammern nacheinander durchfliessende Medium bei einem Durchfluss
von 1.61 m
3/h in jeder einzelnen Bestrahlungskammer erhält.

[0058] 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/cm
2 eingehalten wird, ein Gesamtdurchfluss von Q-40 (gesamt) = 1.61 m
3/h möglich ist. Entsprechend ist aus der letzten Spalte der Tabelle 3 zu entnehmen,
dass bei Hintereinanderschaltung der Bestrahlungskammern und bei einem Druchfluss
von 1.61 m
3/h das Medium mit einer Gesamtdosis von ca. 40 mWs/cm
z bestrahlt worden ist. Für ein Medium mit einem Transmissionsfaktor T (1 cm) = 0.7
ist Q-40 (gesamt) = 2.28 m
3/h, für T (1 cm) = 0.8 ist der entsprechende Wert Q-40 (gesamt) = 3.15 m
3/h, für T (1 cm) = 0.9 ist Q-40 (gesamt) = 4.37 m3/h.
[0059] Insgesamt zeigt die vorstehende Diskussion in Verbindung mit 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.

[0060] 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 10% 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 zusätzlich eine wesentlich verbesserte Durchmischung
des zu bestrahlenden Mediums im gesamten Strahlungsfeld. Durch die Serienschaltung
von Bestrahlungskammern wird nämlich das strömende 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.
[0061] 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.
[0062] 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 gewünschtern 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 Stopfbuchspakkungen
abgedichtete Halterungsnuten für die Quarzglasrohre und sind mit Innenkanälen und
Anschlusstutzen 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.
[0063] 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 in der Wand an seinem offenen Ende, die beide 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 O-Ringen 115. Die Verschlussteile 103 und 104 tragen
Flansche 116 mit längs ihres Umfangs verteilten Bohrungen 117, deren Zahl und Duchmesserden
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.
[0064] 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 Aussensetie 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.
[0065] 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 O-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.
[0066] 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 Anschlusstutzen 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.
[0067] Das Verschlussteil 104 besteht aus einer Platte 151 mit einem zentralen Anschlusstutzen
152. Der Innenfläche der Platte 151 liegt ein Ring 153 auf, der umfangsmässig der
Innenwandung des Aussenmantels 102 anliegt.
[0068] Der Durchfluss durch den Dreikammer-Photoreaktor 100 erfolgt zwischen den Anschlusstutzen
147 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.
[0069] Für den Dauerberieb 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 Anschlusstutzen 152 von
der äusseren Bestrahlungskammer 111 durch die innere Bestrahlungskammer 109 zum Anschlusstutzen
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.
[0070] Der in Fig. 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 (m
3/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.

[0071] 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 m
3/h aufweist; bei ebenfalls 4 cm Hüllrohraussendurchmesser und bei gleichem Transmissionsfaktor
erreicht die Leistung des Einkammer-Photoreaktors maximal einen Wert von Q-40 (max)
= 1 m
3/h bei der Schichtdicke d = 2 cm. Die dreifache Unterteilung in dem in Fig. 9 dargestellten
Dreikammer-Photoreaktor 100 ergibt dagegen einen Durchfluss Q-40 = 1.75 m
3/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).
[0072] Der in Fig. 9 dargestellte Dreikammer-Photoreaktor 100 wird bevorzugt in allen solchen
Fällen angewendet, in denen auch bei relativ niedrigen Transmissionsfaktoren hohe
Entkeimungsgrade erzielt werden sollen, und ist daher nicht auf die Entkeimung von
Trinkwasser oder dergleichen beschränkt.
[0073] Wie Tabelle 5 zeigt, ist der Einkammer-Photoreaktor nur im Bereich niedriger Schichtdicken,
wie bei d = 1 cm, für den Bereich der Transmissionfaktoren T (1 cm) = 0.9 bis 0.3
anpassungsfähig, aber dies auf Kosten der Leistung. Der Einkammer-Photoreaktor zeigt
bei einer Schichtdikke 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 Fig. 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 Fig. 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 Fig.. 9 beschriebene Dreikammer-Photoreaktor 100 ist auch
für Spezialzwecke, z.B. die Wasserreinigung mit wesentlich erhöhten Strahlungsdosen
gutgeeignet.
[0074] Fig. 10 zeigt eine Modifikation des Dreikammer-Photoreaktors 100 mit einer Druckausgleichseinrichtung.
Dabei sind nur die gegenüber dem Dreikammer-Photoreaktor 100 geänderten Teile entsprechend
Fig. 9 dargestellt und mit besonderen Bezugszeichen versehen.
[0075] Der Durchflussreaktor 171 nach Fig. 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.
[0076] 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 183 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.
[0077] 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 Fig. 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 Anschlusstutzen 147 enden.
[0078] 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 Anschlusstutzen 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 Anschlusstutzen 196 und mit einem Gegenflansch 186
zur Verbindung mit dem anderen Ringflansch 182 des Aussenrohres 172 in der vorstehend
bereits beschriebenen Weise. Innerhalb des Dekkels 195 stützt sich ein hier nicht
dargestellter Ring 153 ab, dem wie im Durchflussreaktor 101 eine Lochplatte 155 aufliegt.
[0079] Im Betrieb wird von dem Barostaten über den Anschlusstutzen 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.
[0080] Fig. 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 Fig. 11 ist ein Zweikammer-Photoreaktor
200 in gleicher Darstellung wie der Dreikammer-Photoreaktor 100 in Fig. 9 gezeigt.
[0081] 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.
[0082] 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 215. 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.
[0083] Der Aussenmantel 202 ist wie der Aussenmantel 102 des Dreikammer-Photoreaktors 100
nach Fig. 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 Anschlusstutzen
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.
[0084] 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 Stopfbuchspakkung 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.
[0085] Das Verschlussteil 203 besitzt einen in seiner Aussenfläche mündenden Kanal 246,
der in einem Anschlusstutzen 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 Anschlusstutzen 247 und der inneren Bestrahlungskammer 209 hergestellt.
[0086] 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.
[0087] Der Durchfluss durch den Zweikammer-Photoreaktor 200 erfolgt zwischen den Anschlusstutzen
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.
[0088] Der in Fig. 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 (Original 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 10 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.

[0089] Die Daten in 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.
[0090] 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.
[0091] 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 Anlauferscheinugnen
auf. Lediglich bei der Gefahr des Auftretens von Niederschlägen wird man gegebenenfalls
die umgekehrte Durchströmungsrichtung wählen.
[0092] Eine weitere Ausführung eines Zweikammer-Photoreaktors ist in Fig. 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 Durchflussreaktor 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 Fig. 12 entspricht
ansonsten der Darstellung des Dreikammer-Photoreaktors 100 in Fig. 9.
[0093] Der Durchflussreaktor 301 wird von einem strahlungsdurchlässigen Aussenrohr 302 aus
Quarzglas, einer Halterung 303, 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 miteinander zugekehrten ringförmigen Ausnehmungen 320 versehen,
gegen deren Boden O-Ringe 321 durch eine Führungshülse 322 gedrückt werden. Auf diese
Weise wird das Aussenrohr 302 fest und abdichtend gehaltert.
[0094] Die Halterung 303, das Verschlussteil 304 und das Innenrohr 305 bestehen aus dem
gleichen Material wie die entsprechenden Teile des Zweikammer-Photoreaktors 20.
[0095] 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 Anschlusstutzen
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 Ausssenfläche 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 318 unter Einlagerung von O-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 Anschlusstutzen 329.
[0096] 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.
[0097] Der Durchfluss durch den Zweikammer-Photoreaktor 300 erfolgt zwischen den Anschlusstutzen
324 und 329 durch die Bestrahlungskammern 309 und 311. Zur Erzeugung eines gleichförmigen
Strömungsprofils sind Lochplatten 354, 355 vorgesehen, die entsprechend dem Dreikammer-Photoreaktor
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 Anschlusstutzen 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.
[0098] Der in Fig. 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 Durchflüsen Q-40 errechnet sind.

[0099] 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 wesentlich weniger die Nachteile starker Gradienten der Bestrahlungsstärke
im Reaktorquerschnitt aufweisen, bietet auch hier das Mehrkammer-Photoreaktor-Prinzip
erhebliche Leistungssteigerungen.
[0100] Im praktischen Betrieb des Zweikammer-Photoreaktors 300 spielt die Durchströmungsrichtung
keine wesentliche Rolle.
[0101] 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
[0102] Eine Emulsion von ca. 10 g eines aromatischen Teeröls in 70 m
3 Wasser entsprechend dem Wasserinhalt eines Schwimmbassins enthält ca. 0.13 mg/I Aromaten,
die durch ihre charakteristische UV-Absorption nachgewiesen werden. Das Wasser wird
durch eine Sandfilteranlage mit einer Förderleistung von 25 m
3/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).
[0103] 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 Fig. 11
und 12 erhalten, so dass sein Aufbau hier nicht im einzelnen geschildert zu werden
braucht. Als innere Strahlungsquelle dient dabei eine antimondotierteXenon-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.
[0104] 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 Fig. 1 bis 12 dargestellten Einrichtungen
Verwendung finden. In vielen Fällen genügt auch eine Ausführung mit nur einem seitlichen
Anschlusstutzen 147, 224 oder 324.
[0105] 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 Fig. 9 bis 12
im Rücklauf betrieben. Fig. 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 Anschlusstutzen
224 über eine Zufuhrleitung 401 und ein Zufuhrventil 402 an die Vorratsleitung des
zu bestrahlenden Mediums angeschlossen ist. Der Anschlusstutzen 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.
[0106] Der in Fig. 14 dargestellte Strömungsteiler 403 ist nach Art eines Drucküberlaufreglers
aufgebaut. Die Schnittdarstellung nach Fig. 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.
[0107] 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 Fig. 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 Anschlusstutzen 224
des Zweikammer-Photoreaktors 200 in die Bestrahlungskammer 211 eintritt und diese
nach Durchtritt durch die innere Bestrahlungskammer 209 über die Anschlusstutzen 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.
[0108] 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 Eintrit 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.
[0109] 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
Fig. 13A) vorgesehen, das durch eines der vorgenannten Mittel synchron im Gegentakt
mit dem Entnahmeventil 408 bzw. dem Zufuhrventil 402 gekoppelt ist. Die beiden zuletzt
genannten 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 Duchflusses zu
variieren. Auf diese Weise besteht die Möglichkeit, beabsichtigte Erhöhungen der Dosis
bei vollem Erhalt der Funktion eines gegebenen Photoreaktors zu erreichen.
[0110] 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.
[0111] 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.
[0112] Die erforderliche Sicherheit in der Erzielung des gewünschten Bestrahlungsergebnisses
wird durch Durchflussteuermittel erreicht, die dafür sorgen, dass eine bestimmte,
maximal zulässige Durchströmungsgeschwindigkeit des Mediums in den Mehrkammer-Photoreaktoren
nach Fig. 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.
[0113] 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 Fig.
15 im Blockschaltbild dargestellt ist, entsprechend der jeweiligen Bestrahlungsstärke
eingestellt. Die Steuerung besteht aus einem mit dem Pumpenmotor 451 verbundenen Tachogenerator
452 und 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 Verstärker454 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 aushandelsüblichen Bauteilen aufgebaute Steuerung die Förderleistung
der Pumpe 450 an die jeweilige Bestrahlungsstärke angepasst.
[0114] 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.
[0115] Durchflussreaktoren nach Art von Fig. 11 und 12 können leicht so abgeändert werden,
dass die Bestrahlungskammern 209 und 211 bzw. 309 und 311 entsprechend Fig. 16 bzw.
17 zu paralleler Durchströmung geeignet sind. Die abgeränderte 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. Fig. 16 zeigt einen Längsschnitt durch eine Hälfte
des Durchflussreaktors 501, dessen andere Hälfte sehr ähnlich dazu spiegelbildlich
ausgebildet ist.
[0116] 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 Anschlusstutzen 224 nahe dem anderen, in Fig. 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.
[0117] An beiden Enden ist der Durchflussreaktor 501 durch identisch ausgebildete Verschlussteile
503 mit einem Zwischenflanschglied 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.
[0118] 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
Anschlusstutzen 524 sind an dem erweiterten Axialteil angeordnet, um das zu bestrahlende
Medium in die innere Bestrahlungskammer 509 einzubringen. Dicht an den Anschlusstutzen
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.
[0119] 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 Stopfbuchspakkung aus
zwei Dichtringen 538, 540 und einer Führungsbuchse 539 darin aufgenommen werden können.
Diese 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.
[0120] Die abgeschrägten Stirnseiten der Axialteile 537 der Zwischenflanschglieder 504 erstrecken
sich nicht bis in den Bereich der Anschlusstutzen 224 um sicherzustellen, dass dadurch
der Durchfluss des Mediums durch die äussere Bestrahlungskammer 511 nicht behindert
wird. Dicht an der anderen Seite der Anschlusstutzen 224 ist an der Innenwand des
Aussenmantels 202A eine Ringschulter 251 ausgebildet, der eine Lochplatte 254 anliegt,
die durch einen Sicherungsring 253 gehaltertwird.
[0121] Die Teile des Durchflussreaktors 501 bestehen aus dem gleichen Material wie die entsprechenden
Teile des Durchflussreaktors 201.
[0122] Fig. 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 Fig.
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 Anschlusstutzen 329 den Einlass und den Auslass der Bestrahlungskammer
309 bilden.
[0123] 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.
[0124] 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.
1. Verfahren zur Reinigung, bei dem ein fliessfähiges Medium zur Einhaltung einer
vorbestimmten Mindestdosis der ultravioletten Strahlung mit einem bestimmten Durchfluss
durch einen Durchflussreaktor, der durch mindestens eine für ultraviolette Strahlung
durchlässige Trennwand in mindestens zwei Bestrahlungskammern senkrecht zur Durchstrahlungsrichtung
unterteilt ist, gefördert wird, und bei dem in den in bezug auf die durch die Strahlungsquelle
bestimmte Durchstrahlungsrichtung hintereinander angeordneten Bestrahlungskammern
durch das Medium in allen Bestrahlungskammern ein bestimmter Anteil und in der der
Strahlungsquelle unmittelbar benachbarten Bestrahlungskammer ein Teil der in den Durchflussreaktor
eintretenden ultravioletten Strahlung absorbiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass
das Medium in allen Bestrahlungskammern insgesamt nicht mehr als (1-0.5n) . 100% der
in den Durchflussreaktor eintretenden Strahlung absorbiert, wobei n die Zahl der Bestrahlungskammern
ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Medium in der der Strahlungsquelle
unmittelbar benachbarten Bestrahlungskammer nicht mehr als 50% der in den Durchflussreaktor
eintretenden Strahlung absorbiert.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass dem Medium
vor der 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 ein Teilstrom
des bestrahlten Mediums nach dem Durchlauf in den Durchflussreaktor zurückgeführt
wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Medium
nacheinander durch die Bestrahlungskammern des Durchflussreaktors gefördert wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Medium
parallel durch die Bestrahlungskammern des Durchflussreaktors gefördert wird.
8. Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 1-7, bestehend aus einer
Strahlungsquelle mit mindestens einem Strahler, der ultraviolette Strahlung im Wellenlängenbereich
von 240 bis 320 nm emittiert, aus einem durch mindestens eine für die ultraviolette
Strahlung durchlässige Trennwand in mindestens zwei Bestrahlungskammern unterteilten
Durchflussreaktor mit einer Zuleitung und einer Ableitung für das zu bestrahlende
Medium, dessen Bestrahlungskammern in bezug auf die durch die Strahlungsquelle bestimmte
Durchstrahlungsrichtung hintereinander angeordnet sind, wobei in allen Bestrahlungskammern
ein bestimmter Anteil und in der der Strahlungsquelle unmittelbar benachbarten Bestrahlungskammer
ein Teil der in den Durchflussreaktor eintretenden ultravioletten Strahlung durch
das Medium absorbierbar ist, und aus einer Durchflussteuereinrichtung zur Einstellung
eines bestimmten Durchflusses zwecks Einhaltung einer vorbestimmten Mindestdosis der
ultravioletten Strahlung, dadurch gekennzeichnet, dass die von der Zahl n der Bestrahlungskammern
(8, 9; 23, 39; 23, 49; 109, 110, 111; 209, 211; 309, 311; 509, 511) und von der UV-Durchlässigkeit
des zu bestrahlenden Mediums bestimmte Gesamtschichtdicke des Durchflussreaktors (2,
41, 101, 171, 201, 301, 501) so bemessen ist, dass die Gesamtabsorption höchstens
im Bereich von (1-0.5n) . 100% der in den Durchflussreaktor eintretenden Strahlung
liegt.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die durch die UV-Durchlässigkeit
des zu bestrahlenden Mediums bestimmte Schichtdicke der der Strahlungsquelle unmittelbar
benachbarten Bestrahlungskammer (8, 39, 49, 109, 209, 311, 509) so bemessen ist, dass
die Absorption der UV-Strahlung nicht mehr als 50% der in den Durchflussreaktor (2,
41, 101, 171, 201, 301,501) eintretenden Strahlung liegt.
10. Vorrichtung nach Anspruch 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennwände
aus Quarzglas bestehen.
11. Vorrichtung nach Anspruch 8 bis 10 aus einer Strahlungsquelle mit mehreren Strahlern
und aus einem Durchflussreaktor mit mehreren Bestrahlungskammern, deren jede einem
Strahler zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass jeder nach Art einer Tauchlampe
in ein Hüllrohr (25, 45) eingeschlossene Strahler (24) von wenigstens einem Quarzglasrohr
(35, 52, 55) umgeben ist und die Strahler (24) in einen gemeinsamen Behälter (21)
eingesetzt sind, dass das Hüllrohr (25, 45) und das Quarzglasrohr (35, 55) wenigstens
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, 57, 90) des Durchflussreaktors
(41) angeschlossen sind.
12. Vorrichtung nach Anspruch 8 bis 11, bei der die Strahlungsquelle und der Durchflussreaktor
ringförmig zueinander angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchflussreaktor
(101, 171, 201, 301, 301A; 501) aus zwei mit Anschlussmitteln versehenen Verschlussteilen
(103, 104; 173,174; 203, 204; 303, 304; 303A; 503), die die Bestrahlungskammern (109,
110, 111; 209, 211; 309, 311; 509, 511) stirnseitig begrenzen, und aus zwischen den
Verschlussteilen (103, 104; 173, 174; 203, 204; 303, 304; 303A; 503) an diesen angebrachten
Rohrstücken (102, 105, 106, 107; 172; 202, 205, 207; 302, 305) unterschiedlichen Durchmessers
besteht, die koaxial ineinander angeordnet sind und die Bestrahlungskammern (109,
110, 111; 209, 211; 309, 311; 509, 511) längsseitig begrenzen.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Strahlungsquelle
(24) abgewandte Bestrahlungskammer (111; 211; 309, 509) eine Schichtdicke besitzt,
die mindestens das Zweifache der Schichtdicke der der Strahlungsquelle (24) unmittelbar
benachbarten Bestrahlungskammer (109; 209; 311; 509) beträgt.
14. Vorrichtung nach Anspruch 11 bis 13, 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 des Durchflussreaktors (41, 101, 201, 301) angeschlossen ist.
15. Vorrichtung nach Anspruch 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsquelle
(6, 24) von mindestens einer antimondotierten Xenon-Hochdrucklampe, die eine starke
Emission im Wellenlängenbereich von 260 bis 280 nm besitzt, gebildet ist.
16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsquelle
zusätzlich mindestens eine Quecksilberdampflampe aufweist.
1. Method for purifying a medium capable of flowing, in which said medium is passed
through a flow reactor at a certain rate of flow to maintain a predetermined minimum
dose of ultraviolet radiation from a radiation source acting on said medium, said
flow reactor being subdivided normally with respect to the direction of irradiation
by at least one partition transparent with respect to ultraviolet radiation to form
at least two irradiation chambers, and in which method a defined proportion of the
ultraviolet radiation entering said flow reactor is absorbed by said medium in all
the irradiation chambers arranged in series with respect to the direction of irradiation
as determined by the radiation source, a portion of said radiation entering said flow
reactor becoming absorbed by the medium in that irradiation chamber that is immediately
adjacent to said radiation source, characterised in that the medium in all the irradiation
chambers does not absorb in total more than (1-0.50) . 100 percent of the radiation
entering the flow reactor, wherein n is the number of irradiation chambers.
2. Method as claimed in Claim 1 characterised in that the medium in the irradiation
chamber that is immediately adjacent to the radiation source does not absorb more
than 50 percent of the radiation entering the flow reactor.
3. Method as claimed in Claim 1 or Claim 2 characterised in that an oxidising agent
is supplied to the medium prior to irradiation.
4. Method as claimed in anyone of Claims 1 to 3 characterised in that an oxidising
agent is supplied to the medium during irradiation.
5. Method as claimed in anyone of Claims 1 to 4 characterised in that a portion of
the flow of the irradiated medium after having passed through the flow reactor is
returned into said flow reactor.
6. Method as claimed in anyone of Claims 1 to 5 characterised in that the medium is
passed in series through the irradiation chambers of the flow reactor.
7. Method as claimed in anyone of Claims 1 to 5 characterised in that the medium is
passed in parallel through the irradiation chambers of the flow reactor.
8. Apparatus for carrying out the method as claimed in anyone of Claims 1 to 7, said
apparatus comprising a radiation source including at least one source of radiation
emitting ultraviolet radiation in the wavelength range of 240 nm to 320 nm, a flow
reactor including a supply line and a discharge line for the medium to be irradiated
and being subdivided by at least one partition transparent with respect to the ultraviolet
radiation to form at least two irradiation chambers that are arranged in series with
respect to the direction of irradiation as determined by the radiation source, said
flow reactor being designed so that a defined proportion of the ultraviolet radiation
entering said flow reactor is absorbed by the medium in all the irradiation chambers
and a portion of said radiation entering said flow reactor is absorbed in that irradiation
chamber that is immediately adjacentto the radiation source, and comprising flow control
means for adjusting a certain rate of flow for the medium passing through said flow
reactor to maintain a predetermined minimum dose of the ultraviolet radiation acting
on said medium, characterised in that the total thickness of the flow reactor (2,
41, 101, 171, 201, 301,501) as determined by the number (n) of irradiation chambers
(8, 9; 23, 29; 23, 49; 109, 110, 111; 209, 211; 309, 311; 509, 511) is dimensioned
such that the total absorption at the maximum is in the range of (1-0.5•) · 100 percent
of the radiation entering said flow reactor.
9. Apparatus as claimed in Claim 8 characterised in that the thickness of the irradiation
chamber (8, 39, 49, 109, 209, 311, 509) that is immediately adjacent to the radiation
source as determined by the ultraviolet transparency of the medium to be irradiated
is dimensioned such that the absorption of ultraviolet radiation therein amounts to
no more than 50 percent of the ultraviolet radiation entering the flow reactor (2,
41, 101,171,201,301,501).
10. Apparatus as claimed in Claim 8 or Claim 9 characterised in that the partition
is made of quartz glass.
11. Apparatus as claimed in anyone of Claims 8 to 10 and comprising a radiation source
including a number of individual sources of radiation and a flow reactor having a
number of irradiation chambers each of which is associated with a respective one of
said individual sources of radiation, characterised in that each individual source
of radiation (24) is enclosed in an envelope tube (25, 45) like an immersion-type
lamp and is surrounded by at least one tube (35, 52, 55) made of quartz glass, said
individual sources of radiation (24) being inserted into a common container (21),
that said envelope tube (25, 45) and said tube (35, 55) made of quartz glass define
at least one inner irradiation chamber (39, 49) and that said inner irradiation chambers
(39, 49) each communicate with the interior of said container and are connected in
common either with their inlets to the supply line (91) or with their outlets to the
discharge line (37, 57, 90) of the flow reactor (41).
12. Apparatus as claimed in anyone of Claims 8 to 11 with an annular arrangement of
the radiation source and the flow reactor relative to each other, characterised in
that the flow reactor (101, 171, 201, 301, 301A, 501) comprises two closure members
(103, 104; 173, 174; 203, 204; 303, 304; 303A; 503) provided with connecting means
and defining the irradiation chambers (109, 110, 111; 209,211; 309,311; 509,511) at
their respective end faces and comprises tube members (102, 105, 106, 107; 172; 202,
205, 207; 302, 305) of different diameters mounted to said closure members (103, 104;
173, 174; 203, 204; 303, 304; 303A; 503) and extending in between the same, said tube
members being disposed coaxially one within the other and longitudinally defining
said irradiation chambers (109, 110, 111; 209, 211; 309, 311; 509, 511 ).
13. Apparatus as claimed in Claim 12 characterised in that an irradiation chamber
(111; 211; 309, 509) remote from the radiation source (24) has a thickness that is
at least twice that of the irradiation chamber (109; 209; 311; 511) immediately adjacent
to the radiation source (24).
14. Apparatus as claimed in aynone of Claims 11 to 14 characterised in that the flow
reactor (41, 101, 201, 301) at its outlet is provided with a flow divider (403, 420)
a first output (423) of which is connected to the discharge line (405) and a second
output (422) of which is connected to the input of said flow reactor (41,101,201,301)
with the interconnection of a return feed pump (409) and a check valve (410).
15. Apparatus as claimed in anyone of Claims 8 to 14 characterised in that the radiation
source (6, 24) is formed by at least one antimone-doped high pressure xenon arc having
a strong emission in the electromagnetic wavelength range of 260 to 280 nm.
16. Apparatus as claimed in Claim 15 characterised in that the radiation source includes
at least one mercury vapour lamp.
1. Procédé de purification dans lequel, pour maintenir une dose minimale prédéterminée
de rayonnement ultraviolet, on refoule un milieu fluide, à un débit déterminé, à travers
un réacteur à écoulement subdivisé par au moins une cloison laissant passer les rayons
ultraviolets en au moins deux chambres d'irradiation, perpendiculairement à la direction
d'irradiation, et dans lequel, dans les chambres d'irradiation disposées en série
relativement à la direction d'irradiation définie par la source de rayons, le milieu
absorbe dans toutes les chambres d'irradiation une fraction déterminée du rayonnement
ultraviolet qui pénètre dans le réacteur à écoulement et, dans la chambre d'irradiation
immédiatement voisine de la source de rayons, une partie de ce rayonnement, procédé
caractérisé en ce que dans toutes les chambres d'irradiation, le milieu n'absorbe
pas au total plus de (1-0,5n) . 100% du rayonnement pénétrant dans le réacteur à écoulement,
n étant le nombre des chambres d'irradiation.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que dans la chambre d'irradiation
immédiatement voisine de la source de rayons, le milieu n'absorbe pas plus de 50%
du rayonnement pénétrant dans le réacteur à écoulement.
3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que
l'on amène au milieu un oxydant, avant l'irradiation.
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que
l'on amène au milieu un oxydant, pendant l'irradiation.
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que
l'on ramène au réacteur à écoulement, après qu'il l'ait traversé, un courant partiel
du milieu irradié.
6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que
l'on refoule successivement le milieu à travers les chambres d'irradiation du réacteur
à écoulement.
7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que
l'on refoule le milieu en parallèle à travers les chambres d'irradiation du réacteur
à écoulement.
8. Appareil pour la mise en oeuvre du procédé selon les revendications 1 à 7, comprenant
une source de rayons, qui comporte au moins un émetteur de rayonnement émettant des
rayons ultraviolets d'une longueur d'onde de 240 à 320 nm, un réacteur à écoulement
subdivisé par au moins une cloison laissant passer les rayons ultraviolets en au moins
deux chambres d'irradiation, muni d'une conduite d'amenée et d'une conduite d'évacuation
du milieu à irradier, et dont les chambres d'irradiation sont disposées en série relativement
à la direction d'irradiation définie par la source de rayons, le milieu pouvant absorber
dans toutes les chambres d'irradiation une fraction déterminée du rayonnement ultraviolet
qui pénètre dans le réacteur à écoulement et, dans la chambre d'irradiation immédiatement
voisine de la source de rayons, une partie de ce rayonnement, ainsi qu'un dispositif
de commande d'écoulement permettant d'établir un débit déterminé, afin de maintenir
une dose minimale prédéterminée de rayonnement ultraviolet, appareil caractérisé en
ce que l'épaisseur totale de couche du réacteur à écoulement (2, 41, 101, 171, 201,
301, 501), déterminée par le nombre n des chambres d'irradiation (8, 9; 23, 39; 23,
49; 109, 110, 111; 309, 311; 509, 511) et par la transmission de rayons ultraviolets
du milieu à irradier, est calculée de façon telle que l'absorption totale soit au
maximum de l'ordre de (1-0,5n) . 100% du rayonnement pénétrant dans le réacteur à écoulement.
9. Appareil selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'épaisseur de couche
de la chambre d'irradiation (8, 39, 49, 109, 209, 311, 509) immédiatement voisine
de la source de rayonnement, déterminé par la transmission de rayons ultraviolets
du milieu à irradier, est calculée de façon telle que-l'absorption de rayons ultraviolets
ne dépasse pas 50% du rayonnement pénétrant dans le réacteur à écoulement (2, 41,
101, 171, 201, 301, 501).
10. Appareil selon les revendications 8 ou 9, caractérisé en ce que les cloisons sont
formées de verre de quartz.
11. Appareil selon les revendications 8 à 10, comprenant une source de rayons qui
comporte plusieurs émetteurs de rayonnement et un réacteur à écoulement qui comporte
plusieurs chambres d'irradiation à chacune desquelles est adjoint un émetteur de rayonnement,
caractérisé en ce que chaque émetteur de rayonnement (24) enfermé dans un tube d'enveloppe
(25,45) à la manière d'une lampe de plongée, est entouré d'au moins un tube en verre
de quartz (35, 52, 55), et les émetteurs de rayonnement (24) sont insérés dans un
récipient commun (21), en ce que le tube d'enveloppe (25, 45) et le tube en verre
de quartz (35, 55) délimitent au moins une chambre d'irradiation intérieure (39, 49)
et en ce que les chambres d'irradiation intérieures (39, 49) communiquent chacune
avec l'intérieur du récipient et sont raccordées conjointement, soit du côté de l'entrée
à la conduite d'amenée (91), soit du côté de la sortie à la conduite d'évacuation
(37, 57, 90) du réacteur à écoulement (41).
12. Appareil selon les revendications 8 à 11, dans lequel la source de rayons et le
réacteur à écoulement ont une disposition relative annulaire, caractérisé en ce que
le réacteur à écoulement (101, 171, 201, 301, 301A; 501) est formé de deux éléments
de fermeture (103, 104; 173, 174; 203,204; 303, 304; 303A; 503) munis de moyens de
raccordement, qui limitent du côté frontal les chambres d'irradiation (109, 110, 111;
209, 211; 309, 311; 509, 511) et de tronçons de tube (102, 105, 106, 107; 172; 202,
205, 207; 302, 305) de diamètre différent, adjoints aux éléments de fermeture (103,
104; 173, 174; 203, 204; 303, 304; 303A; 503), disposés entre ceux-ci, placés coaxialement
l'un dans l'autre et limitant longitudinalement les chambres d'irradiation (109, 110,
111; 209, 211; 309,311;509,511).
13. Appareil selon la revendication 12, caractérisé en ce qu'une chambre d'irradiation
(111; 211; 309, 509) opposée à la source de rayons (24) présente une épaisseur de
couche au moins double de l'épaisseur de couche de la chambre d'irradiation (109;
209; 311; 511) immédiatement voisine de la source de rayons (24).
14. Appareil selon les revendications 11 à 13, caractérisé en ce que le réacteur à
écoulement (41, 101, 201, 301) est muni du côté de la sortie d'un diviseur d'écoulement
(403, 420) dont l'une des sorties (423) est raccordée à la conduite de retrait (405)
et dont la deuxième sortie (422) est raccordée, avec interposition d'une pompe de
reflux (409) et d'une valve antiretour (410), à l'entrée du réacteur à écoulement
(41, 101, 201, 301).
15. Appareil selon les revendications 8 à 14, caractérisé en ce que la source de rayons
(6, 24) est formée d'au moins une lampe à xenon à haute pression dopée à l'antimoine,
qui présente une forte émission dans la gamme de longueurs d'onde de 260 à 280 nm.
16. Appareil selon la revendication 15, caractérisé en ce que la source de rayons
comporte, en outre, au moins une lampe à vapeur de mercure.