DE69922950T2

DE69922950T2 - Ultraviolettbehandlung für wässrige flüssigkeiten

Info

Publication number: DE69922950T2
Application number: DE69922950T
Authority: DE
Inventors: Ronald C. Pickering Hallett; Douglas J. Acton Hallett
Original assignee: UV Pure Technologies Inc
Current assignee: UV Pure Technologies Inc
Priority date: 1998-05-13
Filing date: 1999-05-13
Publication date: 2006-03-30
Anticipated expiration: 2019-05-14
Also published as: AU762296B2; ATE285995T1; AU3806399A; WO1999058453A1; DE69922950D1; CA2332043A1; EP1082268B1; EA200001185A1; CA2255563A1; EP1082268A1

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Ultraviolett- (UV-) Behandlung für wäßrige Flüssigkeiten, z. B. Wasser oder biologische Fluide.
Hintergrund der Erfindung
Wäßrige Flüssigkeiten lassen sich auf vielen Wegen behandeln. Welcher Weg eingeschlagen wird, hängt von einer Anzahl von Faktoren ab, zu denen unter anderen Faktoren die Art der Flüssigkeit, die Aufgabe der Behandlung und der Behandlungsort zählen.
Bei Wasser, das für den menschlichen Verbrauch bestimmt ist, könnte die Behandlungsaufgabe darin bestehen, bestimmte Giftstoffe zu entfernen, z. B. Halogenkohlenwasserstoffe oder Blei; den Gehalt an Krankheitserregern zu reduzieren, z. B. Bakterien oder Viren weniger virulent zu machen; oder Komponenten zu entfernen, die geruchs- oder geschmacksbeeinträchtigend, ansonsten aber relativ unschädlich sind. Der Behandlungsort könnte eine Gemeinschaftsquelle sein, z. B. eine kommunale Wasserbehandlungsanlage, oder er könnte am Verbrauchspunkt liegen, z. B. in der Wohnung.
Die Erfindung umfasst den Einsatz von UV-Strahlung bei der Behandlung wäßriger Flüssigkeiten. Ist die Flüssigkeit z. B. Trinkwasser, besteht eine Aufgabe in der Reduzierung ihres Gehalts an Krankheitserregern. Seit einiger Zeit ist bekannt, daß UV-Licht bakterizide Eigenschaften hat ( US1193143 , erteilt am 1. August 1916; US1200940 , erteilt am 10. Oktober 1916; Vereinigte Staaten). Heute ist klar, daß UV-Strahlung so wirken kann, daß sie genetisches Material eines Mikroorganismus, z. B. RNA und DNA, zersetzt, damit sich der Mikroorganismus nicht mehr reproduzieren kann. Damit wird die Population von Mikroorganismen weniger virulent und für den Menschen möglicherweise völlig unschädlich.
Der Gebrauch von UV-Strahlung bei der Behandlung biologischer Fluide ist in vielfältigen Zusammenhängen bekannt. Zu exemplarischen Aufgaben gehören die Virusinaktivierung (US-A-5789150, erteilt am 4. August 1998) und die Thrombozytenaggregationshemmung (US-A-5591457, erteilt am 7. Januar 1997). Die Behandlung könnte das Eigenblut einer Person betreffen (WO 98/22164, veröffentlicht am 28. Mai 1998), oder die Behandlung könnte zur Vorbereitung von Spenderblut oder eines Blutprodukts zur Verabreichung an einen anderen erfolgen.
In der Patentliteratur ist eine große Anzahl von Vorrichtungen und Verfahren zur UV-Behandlung wäßriger Flüssigkeiten beschrieben.
Einen frühen Weg schildert die US1193143 , erteilt am 1. August 1916 für Henri et al. Dieses Dokument beschreibt eine Vorrichtung, in der eine UV-Lampe außerhalb der Flüssigkeit plaziert ist und die Flüssigkeit veranlaßt wird, einen Trog zu durchfließen. Die Lampe ist mit einem Reflektor versehen, und die Seiten des Trogs und Prallplatten sind aus einem reflektierenden Material hergestellt, um die von der Lampe abgestrahlten Strahlen möglichst weitgehend zu nutzen. In allen dargestellten Anordnungen liegt die Lampe über der Flüssigkeit. Die Flüssigkeit wird veranlaßt, auf mehreren unterschiedlichen Wegen die Strahlen zu durchlaufen und erneut zu durchlaufen. In zwei dargestellten Ausführungsformen wird die Flüssigkeit veranlaßt, sich zwischen Prallplatten auf und ab zu bewegen. In einer dritten dargestellten Ausführungsform hat der Trog die Form einer Zickzackröhre, die in einer Horizontalebene angeordnet ist. In einer vierten dargestellten Ausführungsform ist der Trog spiralförmig und so angeordnet, daß die Flüssigkeit bei ihrem Durchfluß durch ihn an allen Teilen dem Einfluß des UV-Lichts ausgesetzt ist.
In der US1200940 , erteilt am 10. Oktober 1916 ebenfalls für Henri et al., ist eine Vorrichtung beschrieben, in der eine UV-Lampe in die Behandlungsflüssigkeit eingetaucht ist, um den Wirksamkeit der Einwirkung von UV-Strahlen auf die Flüssigkeit zu steigern. Durch ein Quarzfenster ist die Lampe vor Kontakt mit der Lampe geschützt.
Die US1367000 , erteilt am 1. Februar 1921 für Pole, beschreibt eine weitere Vorrichtung, in der die UV-Lampe in die Behandlungsflüssigkeit eingetaucht ist. Wiederum ist die Lampe durch ein Quarzfenster vor Kontakt mit der Flüssigkeit abgeschirmt. In diesem Fall durchfließt die Behandlungsflüssigkeit einen durch Quarzplatten gebildeten schmalen Kanal, wobei der Kanal nahe einer UV-Lampe liegt.
In der US1473095 , erteilt am 6. November 1923 wiederum für Henri et al., ist eine Vorrichtung beschrieben, in der die Behandlungsflüssigkeit durch eine oder mehrere Kammern geleitet wird, die benachbart zu einer UV-Lampe liegen. Jede Kammer hat ein Quarzfenster, damit die Flüssigkeit in jeder Kammer UV-Licht ausgesetzt sein kann.
Die US2504349 , erteilt am 18. April 1950 für Prieto, beschreibt eine Wasserreinigungsvorrichtung mit einer Schale, die einen kurvenreichen Weg bildet, der geneigt ist, damit sich Wasser unter Schwerkraft darin entlang bewegt. Tröge sind durch die Schale gebildet, damit sich das Wasser in einer vergleichsweise flachen Fläche vom Einlaßpunkt zum Abgabepunkt bewegen kann. UV-Lampen sind so angeordnet, daß sie über den Trögen liegen. Die Tröge sind aus einem Material mit hohen Reflexions- und geringen Absorptionsfaktoren hergestellt. In der Beschreibung heißt es, daß der kurvenreiche Weg, den das Wasser nimmt, und die Neigung der Tröge so sind, daß ausreichend Zeit zwischen der Zufuhr des Wassers in die Tröge und seiner Abgabe aus ihnen vergeht, damit das UV-Licht aus der Lampe beim Beseitigen aller Bakterien darin vollständig wirksam sein kann. Die Winkligkeit oder Neigung der Tröge ist so, daß das Wasser in einem Strom mit im wesentlichen gleichmäßiger Tiefe mit minimaler Turbulenz durch seinen kurvenreichen Weg über die Schale fließt. Es kann eine Folge paralleler (in Draufsicht) Längströge vorhanden sein, die in Reihe miteinander verbunden sind, oder es kann ein einzelner Trog in Form einer allmählich abfallenden Spirale vorhanden sein. Jede Lampe ist mit einem Reflektor (mit halbkreisförmigem oder parabolischem Querschnitt) versehen, um die Einwirkung von UV-Strahlen auf Behandlungsflüssigkeit zu erhöhen.
In der US4102645 ist eine Sterilisationsvorrichtung mit einer UV-Lampe beschrieben, die über der behandelten Flüssigkeit angeordnet ist, wobei ein Quarzfenster zwischen dem Behandlungsbereich und der Lampe liegt. Eine in den Behandlungsbereich führende Einlaßleitung ist mit einer Venturidüse zum Einleiten von Luft in die Flüssigkeit versehen. Die Luft wird so eingeleitet, daß ein Lufteinschluß über der Flüssigkeit im Behandlungsbereich gewahrt bleibt, um direkten Kontakt der Flüssigkeit mit dem Quarzfenster zu vermeiden und dadurch die Ansammlung von Mineralablagerungen darauf zu umgehen, wobei diese Ablagerungen den Durchgang von UV-Strahlen stören würden.
Die US3628445 (erteilt für Weber am 21. Dezember 1971) beschreibt die Behandlung wäßriger Flüssigkeiten mit UV-Bestrahlung in einer Kammer mit einer Folge von Wänden, die so angeordnet sind, daß Flüssigkeit in einem Zickzackmuster unter der Schwerkraft durchfließt. Die DE-A-27 53 263 (veröffentlicht im Namen der Hermann Hemscheidt Maschinenfabrik GmbH & Co. am 31. Mai 1979) beschreibt die Behandlung wäßriger Flüssigkeiten mit UV-Bestrahlung in einer Kammer mit einer Folge von Wänden, die so angeordnet sind, daß Flüssigkeit unter der Schwerkraft über und unter den Wänden fließt.
Es gibt UV-Wasserreiniger, die in die Rohrleitung eingepaßt mit Wasseranlagen verbunden sein können. Beispiele für solche Reiniger sind in den US4968437 (erteilt für Noll et al. am 6. November 1990), CA-A-2119543 (veröffentlicht am 23. September 1994 im Namen von Kuennen et al.) und CA-A-2132929 (veröffentlicht am 27. März 1996 im Namen von Szabo) beschrieben.
Ein Beispiel für ein System zur Überwachung der Stärke von UV-Strahlung in der Behandlungskammer eines Wasserreinigers ist in der Beschreibung der US4849100 , erteilt für Papendrea am 18. Juli 1989, beschrieben. Das System ist für eine tragbare Schwerkraftanlage geeignet, in der die UV-Lampe in einer Quarzmuffe untergebracht ist.
Die US5039402 , erteilt für Himelstein am 31. August 1991, beschreibt einen Wasserreiniger, der in eine Haushaltskaffeemaschine eingebaut ist.
In der US5628895 , erteilt für Zucholl am 13. Mai 1997, ist ein UV-Wasserbehandlungssystem beschrieben, in dem eine UV-Lampe über einem Wasserbehälter angeordnet ist.
Die Verwendung eines Laserstrahls wurde von Goudy, Jr. in der US4661264 zum Desinfizieren von Flüssigkeiten vorgeschlagen, normalerweise als Teil einer größeren Abwasserbehandlungsanlage. Wasser wird durch Laserstrahllicht geführt, das bei einer geeigneten UV-Wellenlänge erzeugt wird. In einer Ausführungsform ist die Laserquelle nicht in Kontakt mit der Flüssigkeit, aber so positioniert, daß ihr Strahl den Querschnitt des Fluidstroms füllt, um die Flüssigkeit zu behandeln. Ein Sensor (Fotozelle) ist zum reflektierten Laserstrahl ausgerichtet und reagiert auf die Lichtmenge, die nach oben zurück zur Oberfläche reflektiert wird. Je geringer das Licht ist, um so größer ist die Trübung. Die fotoelektrische Zelle dient zur Steuerung des Oszillators oder Potentiometers der Laserquelle und somit zur Steuerung der Impulsrate des Lasers als Reaktion auf Trübungsänderungen. Beschrieben sind weitere Einrichtung zur Bestimmung der Trübung. Durchflußmesser sind vorgesehen, die die Impulsrate des Lasers und somit die Stärke des Ultraviolettlichts in Relation zu Durchflußänderungen einstellen. In diesem Dokument wird ferner vorgeschlagen, daß alle Innenflächen aller Behälter jeder beschriebenen Ausführungsform vorteilhaft mit reflektierenden Oberflächen versehen sein können, um den Laserstrahl zu reflektieren und den Streueffekt zu nutzen, der sich notwendigerweise von etwaigen suspendierten Teilchen ergibt.
Einen ganz neuen UV-Wasserdesinfektor beschreibt die US-A-5780860, erteilt für Gadgil et al. am 14. Juni 1998. Dieses Herangehen beinhaltet eine Vorrichtung mit einer UV-Lampe, die über der Wasserbehandlungsfläche positioniert ist, und beschrieben wird ein durch Schwerkraft betriebenes Wasserabgabesystem. Der Beschreibung zufolge bietet die Verwendung von Reflektoren, die UV-Licht zum Speisewasser zurücklenken, den Vorteil einer höheren Nettodosierung von UV-Licht auf das Speisewasser. Obwohl dieser Weg keine flache Wasserfläche wie die von Prieto beschriebene zu erfordern scheint, betont die Beschreibung die Notwendigkeit einer laminaren Wasserströmung durch die Behandlungskammer. Dazu ist eine Prallwand am stromaufwärts gelegenen Ende der Behandlungskammer vorgesehen, wobei die Prallwand mehrere beabstandete Perforationen hat, um für das gewünschte Wasserströmungsmuster in die Behandlungskammer zu sorgen. Eine reflektierende Wand ist stromabwärts kurz nach der Prallwand vorgesehen. Gemäß der Kennzeichnung in der Patentbeschreibung ist lediglich eine sehr energiearme UV-Lampe zur Behandlung großer Wassermengen aufgrund der Durchflußgestaltung erforderlich. Außerdem lehrt dieses Dokument, daß die Durchlässigkeit mit zunehmender Trübung und gelösten Salzen abnimmt. Vorgeschlagen wird eine Trübungsüberwachung durch Bereitstellung eines kleinen sichtbaren Musters, z. B. eines Quadrats mit schwarzen und weißen Balken, am Ende eines Eintrittsspeisetrogs unter dem Wasserpegel. Danach richtet ein Beobachter seinen Blick auf den am weitesten entfernten Rand des Trogs und beobachtet die Linien, um zu bestimmen, ob sie deutlich voneinander unterschieden sind. Sind die Linien nicht voneinander unterschieden, so ist die Flüssigkeit zu trübe, als daß sie zur Behandlung geeignet ist. Die Behandlung anderer Fluide wird ebenfalls von Gadgil et al. beschrieben, z. B. die Beseitigung bakterieller Verunreinigungen in Fischkulturanlagen und die Desinfektion biologisch risikobehafteter Flüssigkeiten, z. B. Serum, das bei der Herstellung von Impfstoffen gegen gefährliche Krankheitserreger verwendet wird.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Erfindung ist durch die Merkmale der Ansprüche festgelegt.
In einem weitgefaßten Aspekt basiert die Erfindung auf den bisher offenbar nicht erkannten Vorteilen, die sich aus der Flußstörung einer Flüssigkeit ergeben können, die sich bei Umgebungsdruck unter der Schwerkraft bewegt, während sie mit UV behandelt wird.
Bei diesem ersten Aspekt der Erfindung handelt es sich somit um ein Verfahren zur Behandlung einer wäßrigen Flüssigkeit nach Anspruch 1. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf: (1) Führen der Flüssigkeit durch Schwerkraft durch einen Behandlungsbereich, wobei die Flüssigkeit eine Oberfläche hat, die Umgebungsdruck ausgesetzt ist; (2) Stören des Flusses der Flüssigkeit, während sie den Behandlungsbereich durchläuft; und (3) Einwirkenlassen von UV-Licht auf die Oberfläche der Flüssigkeit, während der Durchfluß gestört wird. Der Schritt des Störens des Durchflusses wird so durchgeführt, daß untere Abschnitte der Flüssigkeit zur Oberfläche der Flüssigkeit gelenkt werden, um solche Abschnitte in direkteren Kontakt mit dem UV-Licht als ansonsten der Fall zu bringen.
Vorzugsweise wird das UV-Licht durch eine oder mehrere UV-Lampen erzeugt. Dem Fachmann ist der Wellenlängenbereich von UV-Licht verständlich. Bekanntlich hat UV-Licht mit einer Wellenlänge von etwa 254 keimtötende Eigenschaften.
In Übereinstimmung mit bestimmten Ausführungsformen ist bevorzugt, daß die Flüssigkeit eine mittlere Tiefe von höchstens 3 cm hat, wenn sie mit UV-Licht behandelt wird. Die mittlere Tiefe kann auch auf etwa 2 cm, etwa 1 cm, etwa 0,5 cm oder 0,3 cm oder weniger begrenzt sein.
Zur Störung des Flüssigkeitsflusses gehört das Abwärtsführen der Flüssigkeit unter der Schwerkraft in einem Trog im Behandlungsbereich, wobei der Trog so geformt ist, daß er körperliche Sperren bildet, die den gleichmäßigen Durchfluß von Flüssigkeit, die den Trog durchfließt, gezielt stören. Mit den Hindernissen wird hauptsächlich bezweckt, Abschnitte der Flüssigkeit, die am Boden des Trogs liegen, nach oben zur Oberfläche der Flüssigkeit zu drücken. Damit wird ein größerer Anteil der Inhaltsstoffe der Flüssigkeit in engen Kontakt mit den UV-Lichtstrahlen gebracht, was. die Effektivität der Wirkung des UV-Lichts auf die Flüssigkeit erhöht.
Bei einem weiteren Aspekt der Erfindung handelt es sich um eine Vorrichtung zur Behandlung einer wäßrigen Flüssigkeit, z. B. Wasser, mit UV-Strahlung nach Anspruch 43. Die Vorrichtung weist eine Behandlungskammer mit einem nach oben offenen Trog auf. Der Trog bildet einen Flußweg für die Flüssigkeit, um unter der Schwerkraft bei Umgebungsdruck zu fließen. Vorhanden ist eine Ultraviolettlampe in einem Abstand vom Durchflußweg, um den Kontakt der Lampe mit der Flüssigkeit auszuschließen, und die so angeordnet ist, daß eine Flüssigkeitsoberfläche im Trog von der Lampe abgestrahlter Strahlung ausgesetzt sein kann. Der Trog hat einen Boden, der so geformt ist, daß er laminare Strömung stört und/oder ungleichmäßigen Fluß der Flüssigkeit fördert, wenn sie den Trog durchläuft, um untere Abschnitte der Flüssigkeit in Kontakt mit dem Boden des Trogs zur Oberfläche der Flüssigkeit zu leiten. Die Störung des Flusses sollte ausreichen, die Komponenten der Flüssigkeit über die Spanne des Flußwegs durch den Behandlungsbereich der Vorrichtung zu mischen. Das Mischen kann so stark sein, daß sich die Flüssigkeit als turbulent beschreiben läßt, zumindest soweit dieser Terminus auf Flüssigkeiten zutrifft, die unter der Schwerkraft fließen.
Festgestellt wurde, daß die Erfindung im Bereich von Tisch- oder tragbaren Geräten zur Behandlung von Trinkwasser wenige Stunden oder kurz vor dem Verbrauch von besonderem Nutzen ist. Die dargestellte Ausführungsform, die unten im Detail beschrieben wird, ist eine solche Vorrichtung.
Zwei Sensoren können Teil der Vorrichtung bilden. Der erste Sensor ist so angeordnet und ausgerichtet, daß er von der Lampe abgestrahltes UV-Licht empfängt. Der zweite Sensor ist so angeordnet und ausgerichtet, daß er UV-Licht empfängt, das von einer oder mehreren reflektierenden Oberflächen reflektiert wird, die unter der Oberfläche der Flüssigkeit eingetaucht sind. Außerdem verfügt die Vorrichtung über eine Einrichtung zum Bestimmen der Stärke von UV-Licht, das durch den ersten Sensor empfangen wird, relativ zur Stärke von UV-Licht, das durch den zweiten Sensor empfangen wird, um die Wirksamkeit der Behandlung zu bestimmen.
Der genaue Weg, auf dem die Wirksamkeit bestimmt wird, läßt sich auf vielfältige Weise realisieren, wobei die den Erfindern bekannten bevorzugten Wege später beschrieben werden. Der Vorteil dieser Anordnung ist, daß für ein bestimmtes Gerät, z. B. zur Behandlung von Leitungswasser, um dessen Trinkwassergüte zu gewährleisten, ein Benutzer das behandelte Wasser nicht zu testen braucht, um sicherzustellen, daß die Behandlung wirksam ist. Allgemein wäre ein Konsumgerät dieser Art mit einem einfachen Indikator ausgerüstet, der anzeigt, wenn die Behandlung wirksam ist. Ein Beispiel für einen sol chen Indikator ist eine grüne Leuchtdiode (LED), die eingeschaltet ist, wenn die Behandlung richtig funktioniert. Somit verfügt die Vorrichtung in einem bevorzugten Aspekt über einen Indikator, der mit dem ersten Sensor und mit dem zweiten Sensor betrieblich verbunden ist, um eine Anzeige zu liefern, wenn das UV-Licht, das durch den zweiten Indikator empfangen wird, relativ zum UV-Licht, das durch den ersten Indikator empfangen wird, unter einem vorbestimmten Pegel liegt. Solange das UV-Licht, das durch den zweiten Indikator empfangen wird, relativ zum UV-Licht, das durch den ersten Indikator empfangen wird, nicht unter diesem vorbestimmten Pegel liegt, bleibt die grüne LED eingeschaltet. Zusätzlich könnte eine weitere, z. B. rote, LED vorgesehen sein, um anzuzeigen, daß wenn das UV-Licht, das durch den zweiten Indikator empfangen wird, relativ zum UV-Licht, das durch den ersten Indikator empfangen wird, unter den vorbestimmten Pegel gefallen ist, die rote LED aufleuchtet, was anzeigt, daß das behandelte Wasser möglicherweise nicht unbedenklich zu trinken ist und daher weggeschüttet werden sollte.
Die Vorrichtung kann auch einen weiteren Indikator aufweisen, der mit dem ersten Sensor betrieblich verbunden ist, um eine Anzeige zu liefern, wenn das durch den ersten Indikator empfangene UV-Licht unter einem vorbestimmten Pegel liegt. Dieser Indikator, z. B. eine rote LED, würde spezifisch anzeigen, daß die UV-Lampe der Vorrichtung nicht mit dem Pegel funktioniert, der nötig ist, um sicher zu sein, daß die Behandlung effektiv ist. Dazu könnte es kommen, wenn die Maschine gerade eingeschaltet wurde und die Lampe noch nicht soweit aufgewärmt ist, daß sie genug UV-Licht abstrahlt. Ferner könnte es dazu kommen, wenn die Lampe zerbrochen oder abgenützt ist und ausgetauscht werden muß.
Weiterhin kann die Vorrichtung einen Indikator aufweisen, der mit dem ersten Sensor betrieblich verbunden ist, um eine Anzeige zu liefern, wenn das durch den ersten Sensor empfangene UV-Licht über einem vorbestimmten Pegel liegt. Dies könnte eine grüne LED sein.
In einer spezifischen Ausführungsform ist der erste Sensor so ausgerichtet, daß er UV-Lichtstrahlen empfängt, die direkt von der Lampe abgestrahlt werden. Das heißt, der erste Sensor ist direkt zur Lampe ausgerichtet. Bei Bedarf könnte der Fachmann die Komponenten der Vorrichtung so anordnen, daß der Sensor Strahlen indirekt von der Lampe empfängt, z. B. mit Hilfe eines Spiegels. Wie im Zusammenhang mit der bevorzugten Ausführungsform näher beschrieben wird, besteht ein Arbeitsprinzip dieses Überwachungsaspekts der Erfindung darin, daß die Sensoren UV-Strahlen von unterschiedlichen Teilen des Behandlungsbereichs empfangen. Der erste Sensor empfängt Strahlen von der Lichtquelle, wobei die Stärke der Strahlen nicht durch Absorption durch die behandelte Flüssigkeit verringert wurde. Der zweite Sensor ist so orientiert, daß er gezielt UV-Strahlen von der Lichtquelle empfängt, die die behandelte Flüssigkeit durchlaufen haben und die von einer oder mehreren reflektierenden Oberflächen reflektiert wurden, die unterhalb der Flüssigkeit eingetaucht sind. Durch Vergleichen der Stärke dieser beiden Arten von Strahlen, die durch die beiden Sensoren empfangen werden, wird die Wirksamkeit der Behandlung bestimmt.
Der zweite Sensor kann so ausgerichtet sein, daß er Lichtstrahlen empfängt, die einen Winkel zwischen 0° und etwa 150° mit Lichtstrahlen bilden, die von der Lampe abgestrahlt werden. Der Winkel könnte zwischen 0° und etwa 120°, zwischen etwa 45° und etwa 120° oder zwischen etwa 80° und etwa 100° liegen. In der offenbarten Ausführungsform beträgt der Winkel etwa 90°, es könnte aber möglich sein, die Leistung durch Ändern dieses Winkels zu verbessern.
Die Vorrichtung kann ein tragbares Tischgerät sein, z. B. in der Größe einer herkömmlichen Filterkaffeemaschine.
Je größer der Reflexionsgrad von den reflektierenden Oberflächen ist, um so wirksamer ist die Behandlung. Grund dafür ist, daß die reflektierten Strahlen wieder zurück in die behandelte Flüssigkeit laufen und so die Dosierung der UV-Strahlen erhöhen, die auf die Flüssigkeit wirken. Stärker ist dies der Fall, wenn die Flüssigkeit selbst stark durchscheinend ist. Vorzugsweise reflektieren die reflektierenden Oberflächen mindestens 25% von UV-Licht, das von der Lampe bei fehlender Flüssigkeit abgestrahlt wird; besser reflektieren die reflektierenden Oberflächen mindestens 40% von UV-Licht, das von der Lampe bei fehlender Flüssigkeit abgestrahlt wird; und noch besser reflektieren die reflektierenden Oberflächen mindestens 90% oder sogar 95% oder mehr von UV-Licht, das von der Lampe bei fehlender Flüssigkeit abgestrahlt wird.
Unterschiedliche Möglichkeiten zum Erhalten von erhöhtem Reflexionsvermögen werden in Verbindung mit bevorzugten Ausführungsformen diskutiert. Viele Arten von Oberflächen, die zunächst als geeignet gelten könnten, sind gegenüber Wasser oder anderen wäßrigen Flüssigkeiten nicht inert, die erfindungsgemäß behandlungsfähig sind. Auch wenn man eine Oberfläche ermitteln würde, die für UV-Licht perfekt reflektierend und gegenüber der behandelten Flüssigkeit völlig inert wäre, besteht zudem immer noch die Möglichkeit, daß die Oberfläche im Lauf der Zeit verschmutzt. Dies würde zu verringertem UV-Reflexionsvermögen und dazu führen, die Oberfläche reinigen zu müssen. Im Kontext bevorzugter Aspekte der Erfindung würde sich dies durch Aufleuchten einer roten LED zeigen, wenn die Stärke von UV-Licht, das durch den zweiten Sensor empfangen wird, relativ zur Stärke von UV-Licht, das durch den ersten Sensor empfangen wird, als zu gering bestimmt wird. Alternativ oder zusätzlich würde eine grüne LED, die zur Anzeige des ordnungsgemäßen Betriebs der Vorrichtung leuchtet, unter solchen Bedingungen verlöschen.
Folglich ist ein Gerät vorzugsweise so angeordnet, daß die reflektierenden Oberflächen leicht gereinigt werden können. In einem Beispiel für die Erfindung sind die Oberflächen Teil einer entfernbaren Schale. Die Schale kann bei Bedarf gereinigt oder durch eine neue Schale ersetzt werden.
Ist die Vorrichtung ein tragbares Tischgerät, weist sie vorzugsweise eine Flüssigkeitsspeicherkammer auf, die an einer erhöhten Stelle im Hinblick auf die Behandlungskammer angeordnet ist. In einer Wand von ihr sind eine oder mehrere Öffnungen vorhanden, wobei die Öffnungen mit der Behandlungskammer kommunizieren, damit die Flüssigkeit aus der Speicherkammer zu einem Trog der Behandlungskammer unter der Schwerkraft gesteuert fließen kann. Unter gesteuertem Fluß wird verstanden, daß es eine maximale Geschwindigkeit gibt, mit der die Flüssigkeit die Speicherkammer verlassen und in die Behandlungskammer eintreten kann. In einem Tischgerät paßt nur eine bestimmte Flüssigkeitsmenge in die Speicherkammer, weshalb die Flüssigkeit nur einen bestimmten Druck ausüben kann, der die maximale Geschwindigkeit bestimmt, mit der die Flüssigkeit durch das oder die festen Löcher in die Behandlungskammer eintreten kann.
Das Verfahren kann den Schritt des Bestimmens der Stärke von UV-Licht aufweisen, das durch den UV-Lichtsensor empfangen wird, wenn der Behandlungsbereich leer ist, um zu bestimmen, ob die Oberflächen ausreichend reflektieren, damit die Behandlung eine vorbestimmte Wirksamkeit hat. Dies dient zur Prüfung des Zustands der reflektierenden Oberflächen.
Das Verfahren kann den Schritt des Bestimmens aufweisen, ob die Stärke des von der Lichtquelle abgestrahlten UV-Lichts ausreicht, damit die Behandlung die vorbestimmte Wirksamkeit hat. Wiederum kann bei einer Vorrichtung, in der das Verfahren durchgeführt wird, ausreichendes UV-Licht von der Quelle z. B. durch eine aktivierte grüne LED angezeigt sein.
Außerdem kann das Verfahren den Schritt des Bereitstellens einer Anzeige für einen unsicheren Betriebszustand aufweisen, wenn die Stärke von Licht, das durch den UV-Lichtsensor bei leerem Behandlungsbereich empfangen wird, unter einem vorbestimmten Pegel liegt. Anzeigen läßt sich dies durch Aktivierung einer roten LED.
Das Verfahren kann den Schritt des Bereitstellens einer Anzeige für einen unsicheren Betriebszustand aufweisen, wenn die Stärke von Licht, das von der Lichtquelle abgestrahlt wird, unter einem vorbestimmten Pegel liegt. Anzeigen läßt sich dies wiederum durch Aktivierung einer roten LED.
Das Verfahren kann den Schritt des Bereitstellens einer Anzeige für einen unsicheren Betriebszustand aufweisen, wenn die Stärke von UV-Licht, das durch den Sensor empfangen wird, relativ zum UV-Licht, das von der Lichtquelle abgestrahlt wird, unter einem vorbestimmten Pegel liegt. Anzeigen läßt sich dies erneut durch Aktivierung einer roten LED.
Die im Verfahren behandelte Flüssigkeit kann jede von mehreren wäßrigen Flüssigkeiten sein. Sind bei diesem Aspekt der Erfindung reflektierende Oberflächen in die Flüssigkeit eingetaucht, so sind durchscheinende Flüssigkeiten für die Behandlung bevorzugt. Dies gilt z. B. für Seewasser oder Leitungswasser, das chloriert wurde.
In einem bevorzugten Verfahren hat die Behandlung die vorbestimmte Wirksamkeit auf der Grundlage der Stärke des von der Lichtquelle abgestrahlten UV-Lichts und der Stärke des durch den Sensor empfangenen UV-Lichts, wenn das durch den Sensor empfangene UV-Licht über etwa 70% der Stärke des von der Lichtquelle abgestrahlten UV-Lichts liegt.
In einem bevorzugten Verfahren ist die Lichtquelle eine Quecksilberlampe.
Das Verfahren kann den Schritt des Bestimmens der Stärke von UV-Licht aufweisen, das durch den zweiten UV-Lichtsensor bei leerem Behandlungsbereich empfangen wird, um zu bestimmen, ob die Oberflächen ausreichend reflektierend sind, damit das Verfahren die vorbestimmte Wirksamkeit hat.
Das Verfahren kann den Schritt des Bestimmens aufweisen, ob die Stärke des durch den ersten UV-Lichtsensor empfangenen UV-Lichts ausreicht, damit das Verfahren die vorbestimmte Wirksamkeit hat.
Das Verfahren kann den Schritt des Bereitstellens einer Anzeige für einen unsicheren Betriebszustand aufweisen, wenn die Stärke von Licht, das durch den zweiten UV-Lichtsensor bei leerem Behandlungsbereich empfangen wird, unter einem vorbestimmten Pegel liegt.
Das Verfahren kann den Schritt des Bereitstellens einer Anzeige für einen unsicheren Betriebszustand aufweisen, wenn die Stärke des UV-Lichts, das durch den ersten UV-Sensor empfangen wird, unter einem vorbestimmten Pegel liegt.
Das Verfahren kann den Schritt des Bereitstellens einer Anzeige für einen unsicheren Betriebszustand aufweisen, wenn die Stärke von UV-Licht, das durch den zweiten Sensor empfangen wird, relativ zur Stärke des UV-Lichts, das durch den ersten Sensor empfangen wird, unter einem vorbestimmten Pegel liegt.
Weitere Aspekte der Erfindung werden im Zusammenhang mit den bevorzugten Ausführungsformen und in den Ansprüchen beschrieben.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben.
1 ist eine Perspektivansicht einer ersten Ausführungsform eines UV-Reinigers der Erfindung für biologische Fluide oder Wasser.
2 ist eine teilweise Seitenquerschnittansicht der ersten Ausführungsform des UV-Reinigers der Erfindung für biologische Fluide oder Wasser gemäß 1.
3 ist eine Draufsicht auf eine untere Schale an der Linie 3-3 von 2, bei der der für die Flüssigkeit gebildete Durchflußweg ein Zickzackmuster hat.
4 ist eine 3 ähnelnde Ansicht einer Ausführungsform einer unteren Schale mit einem einzelnen breiten Trog mit erhöhten Rippen. Die Ausführungsform der Darstellung ist kein Teil der beanspruchten Erfindung.
5, dargestellt an der Linie 5-5 von 3, ist eine Darstellung von Flüssigkeitsdurchfluß über sich nach oben erstreckende Rippen, die in einem Trog der Erfindung liegen.
6 zeigt eine teilweise Seitenquerschnittansicht eines UV-Reinigers, der Sensoren zur Überwachung der Wirksamkeit des Behandlungsverfahrens aufweist.
Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung
In 1 und 2 ist eine Ausführungsform einer UV-Vorrichtung 10 der Erfindung gezeigt. Die Vorrichtung 10 weist eine obere Kammer 12, eine mittlere Kammer 14 und eine untere Kammer 16 auf. Die obere Kammer hat eine aus einer Wand 30 gebildete Rückwand, eine aus einer Wand 31 gebildete Vorderwand und eine Bodenwand oder Bodenplatte 28. Die Oberseite der oberen Kammer 12 ist oben offen, damit eine Flüssigkeit in die obere Kammer 12 gegossen werden kann.
Die Bodenplatte 28 ist zu einer Öffnung 18 in der Bodenplatte abwärts geneigt. Die Bodenplatte 28 ist nicht unbedingt darstellungsgemäß geneigt, aber die Abwärtsneigung er leichtert, daß Flüssigkeit aus der oberen Kammer 12 vollständig in die mittlere Kammer 14 fließen kann.
Die zu behandelnde Flüssigkeit wird in die obere Kammer 12 gegossen. Durch die Öffnung 18 in der oberen Kammer 12 kann die Flüssigkeit unter der Schwerkraft mit einer gesteuerten Geschwindigkeit in die mittlere Kammer 14 abfließen. Normalerweise ist die Öffnung 18 in einer solchen Größe vorgesehen, daß für einen Flüssigkeitsfluß mit einer Geschwindigkeit von etwa 2 Litern pro Minute gesorgt ist. Möglich ist, daß mehr als eine Öffnung 18 vorhanden ist. Zum Realisieren einer Flußgeschwindigkeit von etwa 2 Litern Wasser pro Minute wurde beobachtet, daß ein Loch mit 6 mm Durchmesser verwendet werden kann. Um die Flußgeschwindigkeit mit Fluiden höherer Viskosität zu wahren, werden die Lochgröße und/oder Anzahl von Löchern erhöht bzw. variiert.
Eine alternative Ausführungsform (siehe die Schale gemäß 4) verwendet mehrere Öffnungen 18, um eine Flußgeschwindigkeit von 1 bis 2 Litern pro Minute zu erhalten. Der Durchmesser und/oder die Anzahl der Löcher kann zum Einstellen der Flußrate wunschgemäß variiert werden. Allgemein gilt: Je langsamer die Flußgeschwindigkeit und je länger das biologische Fluid oder Wasser dem UV-Licht ausgesetzt ist, um so größer ist die Wahrscheinlichkeit, alle Bakterien während der Behandlung unschädlich zu machen.
Die mittlere Kammer 14 ist oben durch die Unterseite der Bodenplatte 28 und unten durch eine Bodenschale 20 abgegrenzt. Die mittlere Kammer 14 hat eine aus der Wand 31 gebildete Vorderwand und eine aus der Wand 30 gebildete Rückwand. Die Bodenschale 20 ist zu einer Öffnung 22 geneigt. Die Bodenschale 20 weist Wände 24 auf, die zusammen einen Trog bilden, um den Flüssigkeitsfluß in einem beabstandeten Zickzackmuster entlang der Schale 20 zu kanalisieren. Der Abstand "d" (Breite des Trogs) beträgt etwa 2,5 cm. In den Kanälen sind erhöhte Vorwölbungen 33 angeordnet, die den gleichmäßigen Fluß von Wasser stören, das mit ihnen in Kontakt kommt, wenn es den durch den Trog gebildeten Flußweg durchfließt. Die dargestellten Vorwölbungen sind halbkugelförmig und haben eine Höhe von etwa 1 cm. Ultraviolettlampen 26 sind in der mittleren Kammer 14 angeordnet. Darstellungsgemäß sind die UV-Lampen allgemein parallel zum Flußweg der Flüssigkeit, die sich am nächsten zu den Lampen bewegt. Die geometrische Orientierung der UV-Lampen könnte verändert sein, um zu versuchen, die Wirksamkeit von UV-Strahlen zu optimieren, die von ihnen abgestrahlt werden. Zum Beispiel kann es sich als vorteilhaft erweisen, eine U-förmige Lampe vorzusehen, die mit den Schenkeln des "U" z. B. über dem zweiten und vierten Kanal des Trogs positioniert ist.
Vorzugsweise ist die Bodenplatte 28 entfernbar, um leichten Zugang zur mittleren Kammer 14 und zu den UV-Lampen 26 zu erhalten. Dies sorgt für bequemes Reinigen der Schale 20 und Austauschen der Lampen 26.
Außerdem hat gemäß 2 die Bodenplatte 28 eine reflektierende Beschichtung 25 auf ihrer Unterseite, so daß die reflektierende Beschichtung 25 die Oberseite der mittleren Kammer 14 bildet. Die reflektierende Beschichtung 25 reflektiert das nach oben abgestrahlte UV-Licht, das auf sie nach unten trifft, um die Menge von UV-Licht zu erhöhen, das auf die Oberfläche von Flüssigkeit im Behandlungsbereich der Vorrichtung trifft. Damit erhöht sich die Einwirkung des UV-Lichts auf die zu behandelnden Mikroorganismen. Beobachtet wurde, daß eine reflektierende Aluminiumbeschichtung die effektive UV-Dosierung erhöht.
Die Vorrichtung 10 weist einen Stromschalter 36 für die UV-Lampen und das Vorschaltgerät 38 für die UV-Lampen auf. Der Stromschalter 36 dient zum Ein- und Ausschalten der Stromquelle für die UV-Lampen 26. Die Stromquelle kann Wechselstrom oder Gleichstrom sein und kann durch jede herkömmliche Quelle gebildet sein, u. a. Batterien oder Sonnenbatterien. Der Stromschalter 36 kann an jeder zweckmäßigen und sicheren Stelle liegen. Unter Berücksichtigung der leichten Zugänglichkeit für den Bediener und minimaler Verdrahtungsanforderungen ist der Stromschalter 36 in 1 und 2 auf der Vorderseite der mittleren Kammer 14 dargestellt.
Die untere Kammer 16 der gezeigten Ausführungsform ist im wesentlichen ein offener Raum, der ermöglicht, einen Handbehälter darin zu plazieren, z. B. einen Krug 34 zum Auffan gen des behandelten biologischen Fluids oder Wassers, das die Öffnung 22 verläßt. Die untere Kammer 12 weist die Rückwand 30 und einen Boden 32 auf. Der Boden 32 bildet zusammen mit der Rückwand 32 als Stütze eine Unterlage zum Halten des Reinigers 10 in einer aufrechten Position bei dessen Plazierung auf einer waagerechten Oberfläche. Möglich ist, die untere Kammer 16 aus dem Reiniger entfallen zu lassen und die obere Kammer 12 und mittlere Kammer 14 als Einheit zu gestalten, die dann auf einem Behälter ruhen würde, wenn man biologisches Fluid oder Wasser behandelte. Das biologische Fluid oder Wasser wird in die obere Kammer 12 gegossen und tritt nach Behandlung in der mittleren Kammer aus der Öffnung 22 in der mittleren Kammer 14 aus.
Bei der Behandlung von Wasser kann der Behälter 34 ein Brita^TM- oder ähnliches Behältersystem sein, das Chemikalien und Gerüche und eventuell bestimmte Metalle aus dem behandelten Wasser entfernen kann.
Die Größe der Bodenschale 20 muß ausreichen, die gewünschte Durchflußgeschwindigkeit und UV-Einwirkung zu ermöglichen. Die Bodenschale der Ausführungsform von 1, die etwa 22 cm × 15 cm groß ist und vier Wände 24 hat, was fünf Kanäle ergibt, und bei der sich vier halbkugelförmige beabstandete Vorwölbungen 33 (1 cm hoch) in jedem Kanal des Trogs befinden (20 insgesamt), ist zur Behandlung von Wasser geeignet. Von besonderem Nutzen gilt die Anordnung der Elemente der Vorrichtung und der Betrieb der Vorrichtung mit einer Flußgeschwindigkeit von etwa 1 Liter/min bei einer mittleren Wassertiefe von etwa 2 cm.
Eine Anzahl unterschiedlicher Konfigurationen von Sperren und Vorwölbungen kann verwendet werden, um die Störung eines gleichmäßigen Flusses von Flüssigkeit zu erhöhen, die den durch die Schale 20 gebildeten Trog hinabfließt.
Die UV-Lampen, die zur wirksamen Befreiung des Wassers von Mikroorganismen erforderlich sind, können mit 110 Volt gespeist sein und ziehen im Gebrauch etwa 20 Watt. Allerdings ist die Leistungsaufnahme nicht auf 20 Watt beschränkt. Der Strom könnte aus jeder elektrischen Wechsel- oder Gleich stromquelle stammen, z. B. einer normalen elektrischen Steckdose, einer Batterie, einer Sonnenenergiequelle usw.
In 2 ist ein UV-Sensor 40 dargestellt. Der UV-Sensor 40 ist ein Alarmsensor, der anzeigt, wenn der von den UV-Lampen 26 ausgehende UV-Pegel gering oder null ist und so die UV-Lampen keine ausreichend hohe UV-Lichtstärke zur wirksamen Unschädlichmachung der Mikroorganismen im Wasser erzeugen.
In der Ausführungsform von 4 ist ein Trog zwischen Innenwänden 27 gebildet. Der Flußweg von Flüssigkeit, die sich durch den Trog dieser Ausführungsform bewegt, ist mit Pfeilen 29 bezeichnet. Der Trog ist mit Vorwölbungen in Form von nach oben stehenden Stegen 35 versehen, um die Turbulenz in Flüssigkeit zu erhöhen, die über sie hinweg fließt. In dieser Ausführungsform ist es unmöglich, daß das Wasser den Trog durchläuft, ohne über die Vorwölbungen zu fließen. Die Ultraviolettlampen liegen in der mittleren Kammer 14. Wiederum können die UV-Lampen senkrecht oder parallel zum Fluß von biologischem Fluid oder Wasser sein. Alternativ könnten die Stege in dieser Ausführungsform in einer kleineren oder größeren Anzahl als dargestellt vorhanden sein.
Als geeignete Anordnung wurde eine ermittelt, bei der die Stege 35 etwa 0,3 cm hoch sind und das Wasser über die Stege in einem relativ dünnen Film von etwa 0,2 Stärke fließt.
Im Gebrauch wird Flüssigkeit in die obere Kammer 12 gegossen. Flüssigkeit fließt durch Schwerkraft in die mittlere Kammer 14 durch eine oder mehrere Öffnungen 18. Geeignet ist eine Anordnung, bei der während der Wasserbehandlung die Öffnungen 18 eine solche Anzahl und Größe haben, daß der Wasserfluß mit maximal etwa 2 Litern/Minute erfolgt. Durchläuft die Flüssigkeit den Trog der mittleren Kammer, fließt sie über halbkugelförmige Vorwölbungen 33 (Ausführungsform der Erfindung von 1) oder Stege 35 (Ausführungsform von 4). In jedem Fall wird der gleichmäßige Fluß der Flüssigkeit bei ihrem Durchlauf durch den Trog unterbrochen, was die Einwirkung des UV-Lichts auf die Mikroorganismen in der Flüssigkeit erhöht. Die reflektierende Beschichtung am Boden der Bodenplatte 28 erhöht die UV-Stärke weiter.
Von besonderem Nutzen ist die dargestellte Vorrichtung zur Desinfektion von mikrobiologisch kontaminiertem Wasser in Seen/Brunnenwasser oder mangelhaften kommunalen Abwassersystemen, wie man die in vielen Entwicklungsländern vorfindet.
In das System können auch unterschiedliche Alarmsysteme eingebaut sein. Beispielsweise kann in die Vorrichtung ein Alarmsystem eingebaut sein, das aktiviert wird, wenn das UV-Licht zu schwach ist oder die UV-Lampe nicht eingeschaltet wird, wenn Flüssigkeit in die obere Kammer gegossen wird.
Die Bodenplatte 28 sollte zwecks leichter Zugänglichkeit der UV-Lampen zum Austausch der UV-Lampen und zum Reinigen und/oder Austauschen der Bodenplatte entfernbar sein. Außerdem ist vorzugsweise auch die Bodenschale zum leichten Reinigen oder zum Austauschen der Schale bei Bedarf entfernbar.
Vorzugsweise sind alle Aufbaumaterialien beständig gegenüber Korrosion durch die Materialien, mit denen sie während der Lebensdauer der Vorrichtung potentiell in Kontakt kommen. Somit würden zu Materialien für Konstruktionen der oberen Kammer und des Trogs der mittleren Kammer einer Ausführungsform von 1, die mit Wasser zu verwenden ist, geeignete Kunststoffe, Metalle und Metallegierungen gehören. Das Material sollte auswaschbeständig sein. UV-Licht reflektierende Materialien sind zudem an Stellen bevorzugt, wo eine solche Reflexion die Menge von UV-Licht erhöht, das die behandelte Flüssigkeit erreicht. Im folgenden wird dieser Aspekt der Erfindung näher beschrieben.
Ein spiralförmiger Flußweg ähnlich wie in der US1193143 kann in die Erfindung eingearbeitet sein. In einem solchen Fall ist der Trog natürlich zusätzlich geformt und/oder weist Vorwölbungen auf, um gleichmäßigen Fluß der Flüssigkeit zu stören.
In Übereinstimmung mit speziellen hier offenbarten Ausführungsformen der Erfindung besteht kein Kontakt zwischen der oder den UV-Lampen, und es ist keine Quarzabschirmung vorhanden. Daher ist es nicht notwendig, die Lampe (oder Abschirmung) von aufgebautem Material zu säubern, das durch Wasserkontakt zustande kommt. Möglich ist geringfügiges Spritzen von Wasser an die Oberflächen der Lampe(n) oder Quarzabschirmung, aber in den dargestellten Ausführungsformen ist die Flüssigkeitsströmung ausreichend milde, daß im wesentlichen keine Flüssigkeit an die Lampe spritzt. Ein alternativer Weg der Anordnung der Lampe, um Kontakt mit der Flüssigkeit zu verhindern, wäre, die Lampe hinter einer undurchlässigen Sperre anzuordnen und die von der Lampe abgestrahlten Strahlen durch eine oder mehrere zweckmäßig angeordnete und geeignet reflektierende Oberflächen auf die Flüssigkeitsoberfläche zu richten. In bestimmten Rechtssystemen kann es sein, daß es nicht ausreicht, die Lampe(n) einfach außer Kontakt mit Flüssigkeit unter normalen Betriebsbedingungen anzuordnen, um lokale Sicherheitsnormen zu erfüllen. Eventuell ist gefordert, die Lampen durch Vorhandensein einer körperlichen Sperre abzuschirmen, um bewußten oder ungewollten Mißbrauch der Vorrichtung zu berücksichtigen. In einem solchen Fall wäre es immer noch vorteilhaft, die körperliche Sperre (z. B. Quarzschicht) so anzuordnen, daß sie unter normalen Betriebsbedingungen nicht mit der Behandlungsflüssigkeit in Kontakt kommt, da dies Reinigungsanforderungen reduzieren würde.
In den zuvor beschriebenen speziellen Ausführungsformen waren gewerblich bekannte UV-Niederdrucklampen eingebaut. Allgemein haben diese Lampen Betriebstemperaturen zwischen etwa 15 und 40°C. Damit soll nicht der Gebrauch von Mitteldrucklampen als Teil der Erfindung ausgeschlossen sein. Allgemein arbeiten Mitteldrucklampen bei Temperaturen zwischen etwa 300 und 900°C. Somit bedürfen solche Lampen unter den meisten Betriebsbedingungen einer Kühlung. Im Fall der Erfindung befindet sich behandelte Flüssigkeit nur wenige Sekunden im Behandlungsbereich, gewöhnlich etwa 10 Sekunden, aber dennoch kann die Vorrichtung selbst heißer als erwünscht werden. Zur Kühlung kann die Belüftung der Behandlungskammer der Vorrichtung mit gekühlter oder Umgebungsluft gehören. Auch der Trog kann gekühlt sein, z. B. durch Einsatz eines geeignet aufgepaßten Wassermantels, der allgemein so angeordnet wäre, daß er nicht den Lichtdurchgang zur Behandlungsflüssigkeit behindert.
In 6 ist eine UV-Vorrichtung mit einem System dargestellt, um die Wirksamkeit einer in der Vorrichtung durchgeführten Behandlung zu überwachen. Wie die anderen hierin zur Veranschaulichung der Erfindung beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen dient diese Vorrichtung zur Behandlung eines Wasserkrugs o. ä. Somit ist die Vorrichtung zur Flüssigkeitsbehandlung in einem chargenweisen Verfahren geeignet. Die Vorrichtung weist einen Trog auf, dessen Boden 42 dargestellt ist. Die UV-Lampe 26 befindet sich über dem durch den Trog gebildeten Flußweg. Die Lampe liegt so, daß die Oberfläche von Flüssigkeit, die den Trog durchfließt, UV-Licht ausgesetzt ist, das von der Lampe abgestrahlt wird. Ein erster Sensor 40 ist von der Lampe 26 beabstandet und zur Lampe so ausgerichtet, daß er von der Lampe abgestrahlte UV-Strahlen ohne Verringerung deren Intensität, z. B. durch Absorption, empfängt. Ein zweiter Sensor 48 ist so angeordnet und ausgerichtet, daß er UV-Strahlen empfängt, die die Behandlungsflüssigkeit durchlaufen haben und von der eingetauchten Oberfläche 42 reflektiert wurden. Allgemein ist er so orientiert, daß er UV-Strahlen empfängt, die den dargestellten Weg durchlaufen haben. Zu beachten ist, daß der bezeichnete Weg, den das UV-Licht zurücklegt, nur zur Veranschaulichung dient und keine Beugung oder andere Effekte der Flüssigkeit berücksichtigt.
Der Winkel 44 der dargestellten Ausführungsform, also der Winkel zwischen dem auf die Flüssigkeitsoberfläche fallenden Strahl und dem auf den Sensor treffenden Strahl, beträgt etwa 90°. Durch geeignete Einstellung der Lage und Orientierung des Sensors 48 kann der Winkel 44 von etwa 0° bis eventuell sogar 150° variiert werden, wobei aber wahrscheinlicher festgestellt wird, daß ein Winkel zwischen diesen Extremen optimal ist. Somit liegt der Winkel vorzugsweise zwischen etwa 0° und etwa 120°, eher zwischen etwa 45° und etwa 120° oder zwischen etwa 80° und etwa 100°. Der Sensor 40 ist so ausgerichtet, daß er UV-Lichtstrahlen empfängt, die direkt von der Lampe 26 abgestrahlt werden. Da die Differenz zwischen den durch die Sensoren 40, 48 empfangenen Lichtstärken wichtig für den Betrieb der Sensoren ist (siehe unten), liegt der Sensor 40 optimal so, daß er möglichst wenig Licht empfängt, das vom Trog reflektiert wird.
In der dargestellten Ausführungsform beträgt der minimale Abstand zwischen der Mitte der Birne 26 und dem Boden des Trogs etwa 3 cm. Der Abstand zwischen der Mitte der Birne und dem ersten Sensor 40 beträgt etwa 2 cm. Der Abstand zwischen dem zweiten Sensor 48 und dem Boden des Trogs beträgt etwa 2 cm. Die Sensoren sind UV-Siliciumcarbid-Fotodioden. Zu beziehen sind sie von Boston Electronics Corporation, 72 Kent Street, Brookline, MA unter der Modellnummer JEC0.1.
Im Betrieb wird UV-Licht, das von der Lampe abgestrahlt wird, direkt durch den Sensor 40 empfangen, und UV-Licht, das die Behandlungsflüssigkeit durchlaufen hat und vom Boden des Trogs reflektiert wurde, wird durch den Sensor 48 empfangen. Die elektrischen Signale werden zu einer elektronischen Vergleicherschaltung geführt. Bei der Herstellung der Vorrichtung wird das Signal vom Sensor 40 im Hinblick auf den Sensor 48 elektronisch eingestellt. Während also eine Kalibrierflüssigkeit mit bekannter UV-Durchlässigkeit durch den Behandlungsbereich geführt wird, wird der Vergleicher so justiert, daß im Gebrauch ein Fehlersignal erzeugt wird, wenn die Durchlässigkeit wesentlich kleiner als die mit der Kalibrierflüssigkeit erhaltene ist. In der gezeigten Ausführungsform wird eine Durchlässigkeitsdifferenz detektiert, wenn das durch den Sensor 48 empfangene Signal (einer kalibrierten Maschine) 5 Millivolt kleiner als das durch den Sensor 40 empfangene wird, was grob einer Durchlässigkeitsdifferenz von 4% entspricht.
Deutlich ist auch, daß je größer die Fähigkeit des Bodens des Trogs ist, UV-Licht zu reflektieren (d. h. UV-Licht nicht zu absorbieren), um so größer die Wirksamkeit eines bestimmten Behandlungsprogramms ist. Grund dafür ist, daß die reflektierten UV-Strahlen zur effektiven Dosierung von UV-Licht beitragen, das auf die behandelte Flüssigkeit wirkt. Im Rahmen der Erfindung wurde empirisch nachgewiesen, daß rostfreier Stahl etwa 25 Prozent UV-Strahlung reflektiert, eine verchromte Oberfläche etwa 40 Prozent und eine polierte Aluminiumoberfläche etwa 90 Prozent. Somit wäre deutlich, daß von diesen Oberflächen eine polierte Aluminiumoberfläche die besten Ergebnisse im Zusammenhang mit einem bestimmten Behandlungsprogramm liefern würde. Allerdings ist nicht zu vergessen, daß sich im Lauf der Zeit und der Einwirkung solcher Elemente wie Wasser und seiner mineralischen Inhaltsstoffe usw. die Fähigkeit einer Oberfläche zur Reflexion von UV-Strahlen ändert und allgemein abnimmt.
Eine spezielle aussichtsreiche Oberfläche erhält man mit einem Sputterverfahren, das von Commodity Glass, 357 Sutton Place, Santa Rosa, California praktiziert wird. Bei diesem Herangehen besteht die Schale aus einem geeigneten Kunststoff, z. B. ABS (Acrylnitril-Butadien-Styrol) mit einer Aluminiumdünnschicht, die mit den Trogsohlenflächen verbunden ist. Das Aluminium wirkt als Substrat für eine dielektrische SiO₂-Schicht, die nach dem Zerstäubungsverfahren darauf aufgetragen wird. Es kann andere reflektierende Oberflächen geben, die ähnliche oder bessere Reflexions- und Haltbarkeitseigenschaften haben. In einer Machbarkeitsstudie wurde festgestellt, daß eine solche Oberfläche, die auf ein Kunststoffsubstrat mit einer Aluminiumbeschichtung aufgebracht wurde, auf das die im wesentlichen UV-durchlässige Siliciumdioxidbeschichtung aufgetragen wurde, etwa 95 Prozent UV-Licht reflektiert. Die Beschichtung ist dielektrisch und gegenüber Luft, Wasser und typischen Bestandteilen von zu behandelndem Wasser relativ inert. Es scheint, daß die Beschichtung im Lauf der Zeit relativ langsam beeinträchtigt wird.
In jedem Fall wird ein typischer bevorzugter Betrieb der o. g. Sensoranordnung nachfolgend im Zusammenhang mit einem Haushaltstischgerät beschrieben, das zur Behandlung von Leitungswasser dienen könnte. Ein dem Gerät von 1 ähnelndes Gerät ist so aufgebaut, daß es die Sensoranordnung von 6 aufweist. Die Anordnung ist so, daß Wasser das Gerät mit einer maximalen Geschwindigkeit von etwa 1,5 Litern pro Minute durchfließt. Der Schalter 36 wird eingeschaltet, um Strom zur Vorrichtung zu führen. Zunächst zeigt eine rote LED (Leuchtdiode) 50, die mit dem Sensor 40 betrieblich verbunden ist, daß der Strom eingeschaltet ist, aber die den UV-Sensor 40 erreichende Lichtstärke zur Wasserbehandlung nicht ausreicht. Die Anordnung sorgt dafür, daß nach Aufwärmen der UV-Lampe auf den Punkt, an dem die Stärke ihrer UV-Ausgabe gemäß der Bestimmung durch den UV-Sensor 40 zur Wasserbehandlung ausreicht, das elektrische Signal des Sensors ausreichend hoch ist, die rote LED 50 aus- und eine grüne LED 51 einzuschalten, was dem Bediener anzeigt, daß das Gerät einsatzbereit ist. Eine dritte LED 52 ist mit den Sensoren 40 und 48 verbunden. Diese LED, die rot ist, wird in dem Zustand aktiviert, in dem die den Sensor 48 erreichende Lichtstärke im Vergleich mit der den Sensor 40 erreichenden zu gering ist. Ist also die Schale verschmutzt und unzureichend reflektierend vor Wasserzugabe in das Gerät, so wird diese LED aktiviert. Auch wenn z. B. Wasser den Behandlungsbereich durchfließt, das zu trübe ist, leuchtet die LED 52 auf.
Wenn also im Gebrauch die LED 52 aufleuchtet, ist ein Benutzer informiert, daß die Behandlung möglicherweise kein sauberes Trinkwasser produziert. Es gibt eine Anzahl von Situationen, in denen der Indikator aktiviert werden könnte: Das Wasser kann zu undurchlässig für UV-Licht sein, damit die vorbestimmte Lichtmenge zurück zum Sensor 48 durchgelassen werden kann; Material kann sich am Boden des Trogs angesammelt haben, was die zurück zum Sensor 48 reflektierte UV-Menge reduziert; die reflektierende Oberfläche des Trogs kann beeinträchtigt sein, was zu einer zu hohen Absorption von UV-Licht durch den Boden des Trogs führt. Anschließend ist die Ursache für die Aktivierung des Indikators zu ermitteln und vor weiterem Gebrauch des Geräts zu beseitigen.
Eine Sichtkontrolle der behandelten Flüssigkeit könnte Hinweise darauf geben, ob diese die Ursache des Problems ist. Alternativ könnte das Gerät elektrisch getrennt und auseinandergebaut und die Schale kontrolliert werden. Bei festgestellter Verschmutzung könnte es mit einem geeigneten Reinigungsmittel usw. gereinigt werden. Wird durch Sichtkontrolle eine Beeinträchtigung des Bodens der Schale festgestellt (z. B. Korrosion oder Lochfraß, Glanzverlust usw.), müßte sie allgemein durch eine neue Schale ersetzt werden. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform für den Haushalt wäre die Schale entfernbar, und Ersatzschalen wären im Handel erhält lich. In einer weiteren Ausführungsform ist die Eingangsschale mit mehreren Einlaßöffnungen 18 versehen. Durch Verstopfen eines oder mehrerer solcher Öffnungen könnte man die Flußgeschwindigkeit von Flüssigkeit durch den Behandlungsbereich verlangsamen. Dies könnte geschehen, um einen sicheren Betriebszustand zu erhalten, der durch Wasser verursacht wird, das zu trübe zur Behandlung ist (d. h. bewirkt, daß sich die LED-Warnlampe einschaltet), wenn alle Öffnungen offen sind. Bei Haushaltsgeräten, bei denen nicht unbedingt alle Benutzer das Betriebsprinzip der Vorrichtung kennen, wäre wahrscheinlich bevorzugt, solche Einstellungen nicht vorzusehen. Das heißt, für Haushaltsgeräte wäre der einfache Betrieb durch den Verbraucher sehr wichtig.
In einer speziellen Ausführungsform dient ein Indikator, normalerweise eine grüne LED zum Anzeigen, wenn die Lampe richtig arbeitet. Somit ist die LED mit dem Sensor 40 betrieblich verbunden. Liegt in diesem Fall die Stärke des den Sensor 40 erreichenden UV-Lichts über einem vorbestimmten Pegel, der zur Wasserbehandlung als ausreichend bekannt ist, wird die LED aktiviert. In einigen Fällen wäre ein mit dem Sensor 40 verbundener Indikator vorgesehen, um anzuzeigen, wenn die Stärke des den Sensor 40 erreichenden UV-Lichts unter einem vorbestimmten Pegel liegt. In diesem Fall könnte der Indikator eine rote LED oder eventuell ein akustischer Anzeiger sein. Der Pegel wäre in diesem Fall so ausgewählt, daß wenn die Stärke des von der Lampe abgestrahlten UV-Lichts unter einen unbedenklichen Betriebspegel fällt, der Indikator aktiviert wird, was den Benutzer vor dem Problem warnt, so daß die Birne ausgetauscht werden könnte.
In einer besonderen Ausführungsform dient ein Indikator, normalerweise eine grüne LED, zum Anzeigen, wenn sich die Schale in einem ordnungsgemäßen Zustand (d. h. ausreichend reflektierend und sauber) zum Gebrauch vor der Wasserzugabe befindet. Somit ist die LED sowohl mit dem Sensor 40 als auch mit dem Sensor 48 betrieblich verbunden. Solange die Stärke des durch den Sensor 48 empfangenen UV-Lichts im Vergleich zu dem von der Birne abgestrahlten ausreicht, leuchtet die LED. Zusätzlich kann ein weiterer Indikator vorgesehen sein, um anzuzeigen, wenn die Stärke des durch den Sensor 48 empfangenen UV-Lichts im Vergleich zu dem von der Birne abgestrahlten nicht ausreicht. Wiederum könnte der Indikator hier eine rote LED sein, die z. B. erneut einen möglicherweise unsicheren Betriebszustand anzeigt. Ein so gewarnter Benutzer könnte also die Schale bei Bedarf reinigen oder austauschen.
Eine spezielle Ausführungsform des Geräts wäre zum Gebrauch durch jemanden geeignet, der Zugang zu relativ sauberem, aber unbehandeltem Trinkwasser hat, z. B. aus einem See. Beispielsweise hat das Wasser eine hohe Keimzahl von 250 koloniebildenden Einheiten (CFU) je 100 ml, und es besteht die Möglichkeit von Kryptosporidiumzysten mit einer gesamten UV-Durchlässigkeit von 78% verglichen mit destilliertem Wasser. Die Vorrichtung kann eine 20-Watt-Niederdruck-Quecksilberdampflampe aufweisen, die Licht mit der Stärke von 2,0 mW/cm² in der Messung durch den Sensor 40 erzeugt. Die LED 51, die anzeigt, daß das Gerät einsatzbereit ist, leuchtet bei 1,5 mW/cm² auf. Die LED 52 zum Anzeigen, wenn die UV-Durchlässigkeit durch das behandelte Wasser zu gering ist, ist so eingestellt, daß sie bei 70% Durchlässigkeit aktiviert wird, d. h. wenn die Stärke des den Sensor 48 erreichenden Lichts 70% derjenigen beträgt, die den Sensor 40 erreicht.
Gezeigt wurde, das ein dem Gerät von 1 ähnelndes Gerät eine UV-Dosis von 90 mWs/cm² bei 1,5 l/min mit einer Flüssigkeit, die eine 75%ige Durchlässigkeit verglichen mit destilliertem Wasser hat, und einer Lampenausgabe von 1,5 mW/cm² erzeugen kann. Außerdem wurde nachgewiesen, daß 38 mWs/cm² ausreichen, alle Krankheitserreger im Wasser abzutöten oder zu inaktivieren.
Zum Betrieb dieser speziellen Ausführungsform schaltet der Benutzer das Gerät ein, und eine rote LED leuchtet auf und bleibt eingeschaltet, bis die Lampe ausreichend starkes UV-Licht erzeugt, d. h. bis die UV-Ausgabe über 1,5 mW/cm² in der Messung durch den auf die Lampe gerichteten Sensor liegt. Sobald diese Ausgabe erreicht ist, verlischt die rote LED, und die grüne LED wird aktiviert. Solange beim Gießen von Wasser durch das Gerät die grüne LED eingeschaltet bleibt, kann der Benutzer sicher sein, daß das Wasser richtig behan delt wird. Fällt die UV-Durchlässigkeit unter 70%, wird eine weitere rote LED aktiviert, die anzeigt, daß etwas nicht stimmt und das behandelte Wasser möglicherweise zum Verbrauch nicht sicher ist.
Somit ist deutlich, daß erfindungsgemäß ein kommerzielles Produkt hergestellt werden kann, das ein Verbraucher nutzen kann, um eine Wasserfüllung zu behandeln und sicher zu sein, jegliche Verunreinigungsstoffe, die darin vernünftigerweise erwartungsgemäß enthalten sind, unschädlich gemacht werden. Die erforderlichen Betriebsparameter der Maschine können auf solche Werte eingestellt sein, daß der Verbraucher nicht die Qualität des mit der Vorrichtung behandelten Wassers prüfen muß.
Dem Fachmann wird anhand der o. g. Erläuterung klar sein, daß die beiden Sensoren 40, 48 allgemein so orientiert sind, daß sie UV-Licht von der Birne bzw. von der Schale reflektiertes UV-Licht empfangen. Die Betriebsparameter einer kommerziellen Vorrichtung werden empirisch bestimmt, wobei der Gesamtbetrieb der Einheit von Bedeutung ist. Zum Beispiel ist eine bestimmte "Leckverlust"-Menge von UV-Licht zwischen den beiden Sensoren möglich, während eine sicher arbeitende Vorrichtung gewahrt bleibt. Entwickeln lassen sich sichere Betriebsbereiche, um mögliche Schwankungen der in unterschiedlichen Bereichen verfügbaren Wasserqualität zu berücksichtigen, da die Betriebsparameter empirisch bestimmt sind.
Beispiele
In einem ersten Versuch wurde eine 1 ähnelnde Vorrichtung verwendet, aber in diesem Fall waren keine Vorwölbungen in den Trögen (Kanälen) der Vorrichtung vorhanden. Destilliertes Wasser wurde mit Sporen von Bacillus subtillis versetzt, um eine Keimzahl von 39.000 CFU (koloniebildenden Einheiten) je ml zu ergeben. Das Wasser wurde durch die Vorrichtung mit einer Geschwindigkeit von 800 ml/min geleitet. Der Abfluß (aus dem Behandlungsbereich der Vorrichtung austretende Flüssigkeit) hatte eine Keimzahl von 2200 CFU je ml. In einem Vergleichsdurchlauf wurde das gleiche Experiment mit der Vorrichtung gemäß 1 durchgeführt, d. h. vier gleichmäßig beabstandete halbkreisförmige Vorwölbungen (in diesen Beispielen waren die Vorwölbungen 0,5 cm hoch) befanden sich in der Mitte jedes Kanals. In diesem Fall hatte der Abfluß eine Keimzahl von 330 CFU je ml.
In einem zweiten Versuch wurde Deionat mit Crypto sporidium parvum in einer Konzentration von 10.000 je ml versetzt. Das Wasser wurde durch die Vorrichtung gemäß 1 gegossen, wiederum mit einer Geschwindigkeit von etwa 800 ml/min. In diesem Fall wurde festgestellt, daß die durch die Öffnung 22 der Vorrichtung austretende Flüssigkeit keine nachweisbares infektiöses Crypto sporidium enthielt. Die UV-Dosis wurde mit 100 mWs/cm berechnet.
In einem dritten Versuch zur Untersuchung der Durchführbarkeit der Behandlung von Blut und/oder Blutprodukten gemäß der Erfindung wurde mit E. coli-Bakterien in einer Keimzahl von 2.400.000 CFU je ml versetztes Blutserum bei einer Geschwindigkeit von 500 ml/min behandelt. Festgestellt wurde, daß das Blutserum 2 E. coli CFU je ml enthielt. Ähnlich waren PFU (plaquebildende Einheiten) je ml von Adenovirus und Herpesvirus wesentlich reduziert. Die UV-Durchlässigkeit lag unter 1% mit einer UV-Dosis von 120 mWs/cm. Gemäß der Gel-Elektrophorese wurde kein Blutproteinabbau beobachtet.
In einem vierten Versuch wurde Wasser aus einer Abwasseranlage vor der Chlorierung erhalten und durch die Vorrichtung von 1 mit einem Durchfluß von etwa 800 ml/min gegossen. Festgestellt wurde, daß der Zulauf 1000 CFU je ml hatte und der Ablauf 1 CFU je ml enthielt. Die UV-Durchlässigkeit des Abwassers betrug 60%.
Die vorstehenden Beispiele stellen Durchführbarkeitsprüfungen dar, um die Wirksamkeit der Erfindung nachzuweisen.
Eine wahrscheinliche Anwendung für die dargestellte Vorrichtung ist bei der Behandlung von Wasser zum menschlichen Verbrauch, insbesondere der Trinkwasserreinigung auf einen geringeren Gehalt an Krankheitserregern, d. h. zur Senkung der Menge von schädlichen Bakterien oder Viren oder Zysten. Allerdings liegt umfangreiche Literatur vor, die darauf verweist, daß Blut und Blutprodukte durch UV-Licht behandelt werden können. Somit ist erwogen, die Erfindung gegebenenfalls in solchen Situationen einzusetzen. Beispiele für die Behandlung solcher Flüssigkeiten mit Licht enthalten die US-A-5591457 (Bolton, 7. Januar 1997), US-A-5693049 (Mersch, 2. Dezember 1997), PCT/US 97/21490 (Morris, veröffentlicht unter WO 98/22164 am 28. Mai 1998) und US-A-5789150 (Margolis-Nunno et al., 4. August 1998). Möglich ist, daß Maßnahmen zum Halten von Blutserum oder Blutprodukten auf einer bestimmten Temperatur (oder in einem bestimmten Temperaturbereich) ergriffen werden sollten, was zuvor beschrieben wurde.
Wird besonders heißes oder kochendes Wasser in einer Vorrichtung der Erfindung behandelt, sollten bei Bedarf Vorkehrungen getroffen werden, um Kondensation an der oder den UV-Lampen und reflektierenden Oberflächen zu vermeiden, um nicht die Stärke von UV-Licht zu vermindern, das das Wasser im Trog erreicht.
Angesichts der Offenbarung wird dem Fachmann deutlich sein, daß es andere Einrichtungen als die hier beschriebenen zum Stören des Wasserdurchflusses durch einen Trog gibt, um Aufgaben der Erfindung zu lösen. Dazu gehören u. a. das Aufrauhen der Oberfläche des Trogbodens und der Trogwände, elliptische Vorwölbungen, Stege, Rippen, Dämme und Sperren, sowohl aufrecht oder senkrecht als auch quer zum allgemeinen Durchflußweg von Flüssigkeit. Allgemein bedeutet Störung des Durchflusses, die laminare Strömung der Flüssigkeit zu stören. Allgemein ist bevorzugt, die Bildung von Wirbeln im Behandlungsbereich der Vorrichtung zu vermeiden.
Wie zuvor erwähnt wurde, können Aspekte der Erfindung mit anderen Behandlungswegen kombiniert sein. Bei der Behandlung von Trinkwasser kann z. B. ein Filtersystem eingebaut sein, um mit der Erfindung zu arbeiten. Vorteilhaft könnte Wasser nach der UV-Behandlung gefiltert werden, um den Aufbau oder die Konzentration von Krankheitserregern im Filter zu reduzieren, was geschehen könnte, würde das Filtern vor der UV-Behandlung durchgeführt.

Claims

Verfahren zur Behandlung einer wäßrigen Flüssigkeit, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: Führen der Flüssigkeit durch Schwerkraft durch einen Behandlungsbereich, wobei der Behandlungsbereich eine Folge von Wänden aufweist, wobei die Wände so beabstandet und orientiert sind, daß sie einen nach oben offenen Trog darin bilden, wobei der Trog einen Durchflußweg bildet und ein Einlaßende sowie ein Auslaßende hat, damit die Flüssigkeit unter der Schwerkraft bei Umgebungsdruck so fließt, daß sich die durchfließende Flüssigkeit abwechselnd in einer ersten und einer zweiten Richtung, die allgemein zueinander entgegengesetzt sind, zwischen dem Einlaßende und dem Auslaßende des Trogs bewegt, wobei die Flüssigkeit eine Oberfläche hat, die Umgebungsdruck ausgesetzt ist; Stören des Flusses der Flüssigkeit bei ihrem Durchlauf durch den Behandlungsbereich mittels eines Bodens des Trogs, der so geformt ist, daß er ungleichmäßigen Fluß der Flüssigkeit bei ihrem Durchlauf durch den Trog fördert, um untere Abschnitte der Flüssigkeit in Kontakt mit ihm zur Oberfläche der Flüssigkeit zu leiten; und Einwirkenlassen von UV-Licht auf die Oberfläche der Flüssigkeit, das von einer von ihr beabstandeten Lampe abgestrahlt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 mit dem Schritt des Anordnens der Lampe derart, daß ein Luftraum zwischen der Lampe und der Flüssigkeit Kontakt zwischen ihnen verhindert.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei keine Quarzschicht zwischen der Lampe und der Oberfläche der Flüssigkeit vorhanden ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 mit dem Schritt des Reflektierens von Licht, das von der Lampe auf die Oberfläche der Flüssigkeit abgestrahlt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 mit dem Schritt des Überwachens der Menge von UV-Licht, das von der Lampe abgestrahlt wird.
Verfahren nach Anspruch 5 mit dem Schritt des Aktivierens einer Warnung für den Benutzer, wenn die Menge von UV-Licht, das von der Lampe abgestrahlt wird, unter einer vorbestimmten Menge liegt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 mit dem Schritt des Bereitstellens der Flüssigkeit in Form eines Films, während sie durch den Behandlungsbereich geführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Flüssigkeit eine Durchlässigkeit bei einer Wellenlänge von 254 nm von mindestens 90% hat und das UV-Licht, dem die Oberfläche ausgesetzt ist, eine Dosierung von mindestens 10 Milliwattsekunden/cm hat, oder wobei die Flüssigkeit eine Durchlässigkeit von mindestens 50% hat und das UV-Licht, dem die Oberfläche ausgesetzt ist, eine Dosierung von mindestens 16 Milliwattsekunden/cm hat, oder wobei die Flüssigkeit eine Durchlässigkeit von weniger als 50% hat und das UV-Licht, dem die Oberfläche ausgesetzt ist, eine Dosierung von mindestens 25 Milliwattsekunden/cm oder eine Dosierung von mindestens 50 Milliwattsekunden/cm hat.
Verfahren nach Anspruch 1 mit dem Schritt des Führens der Flüssigkeit durch Schwerkraft aus einem Flüssigkeitsspeicherbereich in den Behandlungsbereich.
Verfahren nach Anspruch 3 mit dem Schritt des Anordnens der Lampe über der Oberfläche der Flüssigkeit.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Lampe eine Niederdruck-Quecksilberdampflampe ist.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei die Lampe eine Mitteldruck-Quecksilberdampflampe ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Flüssigkeit auf einer Temperatur zwischen etwa 0 und 40°C, vorzugsweise zwischen etwa 15 und 35°C, besonders bevorzugt zwischen etwa 20 und 35°C gehalten wird, während sie durch den Behandlungsbereich geführt wird.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei die Lampe eine Niederdrucklampe ist und die Flüssigkeit kurz vor Eintritt in den Behandlungsbereich eine Temperatur im Bereich von etwa 0 bis 40°C, vorzugsweise zwischen etwa 15 und 35°C, besonders bevorzugt zwischen etwa 20 und 35°C hat und die Flüssigkeit durch den Behandlungsbereich mit einer geeigneten Geschwindigkeit geführt wird, um die Temperatur der Flüssigkeit in dem Bereich zu halten.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner mit dem Schritt des Entfernens von Teilchen, die in der Flüssigkeit suspendiert sind.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei die Teilchen intakte Bakterien und/oder intakte Viren und/oder Parasitenzysten aufweisen oder diese daran angelagert sind.
Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, wobei der Entfernungsschritt aus Verfahren ausgewählt ist, die aus Filtern, Zentrifugieren, Ausflocken, Einwirkenlassen von Aktivkohle, Einwirkenlassen von Kornkohle und deren Kombinationen bestehen.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei die Flüssigkeit Wasser zum menschlichen Verbrauch ist und der Entfernungsschritt den Schritt des Entfernens organischer Stoffe aufweist, die dem Wasser einen unerwünschten Geschmack oder Geruch geben.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei der Schritt des Entfernens den Schritt des Entfernens von Schwermetallen aus dem Wasser aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 19, wobei der Entfernungsschritt nach dem Schritt des Einwirkenlassens oder vor dem Durchführschritt durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Störens des Flusses der Flüssigkeit den Schritt des Behinderns des Flusses der Flüssigkeit im Behandlungsbereich aufweist.
Verfahren nach Anspruch 21, wobei die Flüssigkeit einen Trog durchfließt, der im Behandlungsbereich angeordnet ist, und der Schritt des Störens des Flusses der Flüssigkeit den Schritt des Bereitstellens einer körperlichen Sperre aufweist, die im Trog angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 22, wobei die Flüssigkeit so auf einem Weg geführt wird, daß sie eine axiale Hauptflußrichtung hat, und die Sperre in den Trog vorsteht, um lokalisierten Fluß der Flüssigkeit in einer nicht parallelen Richtung zur axialen Hauptrichtung zu erzeugen.
Verfahren nach Anspruch 23, wobei die Sperre seitlich oder nach oben in den Trog vorsteht.
Verfahren nach Anspruch 24, wobei die Sperre einen erhöhten Steg aufweist, der allgemein quer zur axialen Hauptflußrichtung der Flüssigkeit ist.
Verfahren nach Anspruch 25 mit dem Schritt des Führens der Gesamtheit der Flüssigkeit, die die Behandlung durchläuft, über einen oder mehrere der Stege.
Verfahren nach Anspruch 21, wobei die Flüssigkeit einen Trog durchfließt, der im Behandlungsbereich angeordnet ist, und der Schritt des Störens des Flusses der Flüssigkeit den Schritt des Bereitstellens einer Vertiefung im Trog aufweist.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei die mittlere Stärke des Films im Behandlungsbereich bis etwa 5 cm oder bis etwa 3 cm oder bis etwa 2 cm, vorzugsweise bis etwa 1 cm, bevorzugt bis etwa 0,5 cm, besonders bevorzugt bis etwa 0,2 cm beträgt.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Flüssigkeit einen Trog mit einer mittleren Flußgeschwindigkeit bis etwa 600 ml pro Minute pro cm mittlerer Breite der Flüssigkeit im Trog durchfließt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Trog beabstandete Vorwölbungen aufweist, die sich in den Trog erstrecken, wobei die Vorwölbungen über die Länge des Trogs so angeordnet sind, daß sie die mit ihnen in Kontakt stehende Flüssigkeit mischen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Flüssigkeit Blutserum oder ein Blutprodukt ist.
Vorrichtung zur Behandlung einer wäßrigen Flüssigkeit, z. B. Wasser, mit Ultraviolettstrahlung, wobei die Vorrichtung aufweist: eine Behandlungskammer mit einer Folge von Wänden, wobei die Wände so beabstandet und orientiert sind, daß sie einen nach oben offenen Trog darin bilden, wobei der Trog einen Durchflußweg bildet und ein Einlaßende sowie ein Auslaßende hat, damit die Flüssigkeit unter der Schwerkraft bei Umgebungsdruck so fließt, daß sich die durchfließende Flüssigkeit abwechselnd in einer ersten und einer zweiten Richtung, die allgemein zueinander entgegengesetzt sind, zwischen dem Einlaßende und dem Auslaßende des Trogs bewegt; und eine Ultraviolettlampe, die vom Durchflußweg so beabstandet ist, daß Kontakt der Lampe mit der Flüssigkeit verhindert ist, und die so angeordnet ist, daß von der Lampe abgestrahlte Strahlung auf eine Oberfläche der Flüssigkeit im Trog einwirken kann; und wobei der Trog einen Boden hat, der so geformt ist, daß er ungleichmäßigen Fluß der Flüssigkeit bei ihrem Durchlauf durch den Trog fördert, um untere Abschnitte der Flüssigkeit in Kontakt mit ihm zur Oberfläche der Flüssigkeit zu leiten.
Vorrichtung nach Anspruch 32, ferner mit Vorwölbungen, die im Durchflußweg des Trogs angeordnet sind, wobei die Vorwölbungen laminare Strömung stören und das Mischen von Flüssigkeit fördern, die den Trog durchfließt.
Vorrichtung nach Anspruch 32, wobei die Vorrichtung ein tragbares Tischgerät ist, das ferner aufweist: eine Flüssigkeitsspeicherkammer, die an einer erhöhten Stelle im Hinblick auf die Behandlungskammer angeordnet ist, mit einer oder mehreren Öffnungen in einer Wand von ihr, wobei die Öffnungen mit der Behandlungskammer kommunizieren, um unter der Schwerkraft einen gesteuerten Durchfluß der Flüssigkeit aus der Speicherkammer zum Trog der Behandlungskammer zu ermöglichen.
Vorrichtung nach Anspruch 34, wobei die eine oder die mehreren Öffnungen so bemessen sind, daß sie den Eintritt von Flüssigkeit in die Behandlungskammer mit bis etwa 3 Litern pro Minute oder bis etwa 2 Litern pro Mi nute oder bis etwa 1,5 Litern pro Minute oder bis etwa 1 Liter pro Minute ermöglichen.
Vorrichtung nach Anspruch 35, wobei der Trog so geformt und zur Horizontalen abgewinkelt ist, daß die mittlere Stärke der Flüssigkeit höchstens etwa 3 cm, oder höchstens etwa 2 cm, oder höchstens etwa 1 cm, oder höchstens etwa 0,5 cm beträgt.
Vorrichtung nach Anspruch 32, wobei: der Trog ein oberes Eingangsende und ein unteres Austrittsende hat; und der Trog so geformt und zur Horizontalen abgewinkelt ist, daß bei Zufuhr der Flüssigkeit zum Eingangsende mit einer Rate bis etwa 2 Litern pro Minute die mittlere Stärke der im Trog fließenden Flüssigkeit höchstens etwa 0,3 cm beträgt.
Vorrichtung nach Anspruch 32, wobei der Abstand zwischen dem Eingangsende und dem Austrittsende des Trogs ausreicht, für eine mittlere Flüssigkeitsverweilzeit von mindestens etwa 3 Sekunden, oder mindestens etwa 5 Sekunden, oder mindestens etwa 10 Sekunden, oder mindestens etwa 15 Sekunden, oder mindestens etwa 20 Sekunden zu sorgen.
Vorrichtung nach Anspruch 32, 33 oder 34, ferner mit mindestens einem Steg vorzugsweise zwei oder drei oder vier Stegen, der bzw. die im Flußweg des Trogs angeordnet ist (sind), wobei der mindestens eine Steg so geformt ist, daß ein Kontakt der fließenden Flüssigkeit mit ihm untere Abschnitte der Flüssigkeit zur Oberfläche der Flüssigkeit drückt.
Vorrichtung nach Anspruch 32, wobei ein unteres Ende des Trogs über einem nach oben offenen Ende einer Aufnahmekammer angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 40, wobei die Aufnahmekammer ein Handkrug ist.
Vorrichtung nach Anspruch 32, wobei der Trog zwischen etwa 0° und etwa 15°, oder zwischen etwa 0 und etwa 10°, oder zwischen etwa 0 und etwa 5°, oder zwischen etwa 5 und etwa 15°, oder 10° zur Horizontalen abgewinkelt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 32, wobei die Lampe eine Niederdruck-Quecksilberlampe ist.
Vorrichtung nach Anspruch 43, wobei die Lampe über dem Trog angeordnet ist, damit von der Lampe abgestrahlte UV-Strahlen auf die Oberfläche der Flüssigkeit im Trog einwirken können.
Vorrichtung nach Anspruch 32, ferner mit mindestens einer UV-reflektierenden Oberfläche, die so angeordnet ist, daß sie von der Lampe in einer vom Trog wegführenden Richtung abgestrahlte UV-Strahlen wieder zum Trog leitet.
Vorrichtung nach Anspruch 45, wobei sich die Lampe an einer erhöhten Stelle im Hinblick auf den Trog befindet und die UV-reflektierende Oberfläche an einer erhöhten Stelle im Hinblick auf den Trog angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 32, ferner mit einem Reservoir an einer erhöhten Stelle im Hinblick auf die Behandlungskammer, das mit der Behandlungskammer kommuniziert, um den Fluß von Flüssigkeit aus dem Reservoir zum Einlaßende des Trogs der Behandlungskammer zu ermöglichen.
Vorrichtung nach Anspruch 32 oder 47, wobei der Boden des Trogs zwischen dem Einlaßende und Auslaßende nach unten geneigt ist, um den Durchfluß von Flüssigkeit vom Einlaßende zum Auslaßende unter der Schwerkraft zu fördern.
Vorrichtung nach Anspruch 47, wobei das Reservoir ein Gehäuse für die Flüssigkeit aufweist und das Gehäuse eine Öffnung aufweist, um den Fluß von Flüssigkeit aus dem Gehäuse zum Einlaßende des Trogs zu ermöglichen.
Vorrichtung nach Anspruch 49, wobei das Gehäuse über der Behandlungskammer angeordnet ist und die Öffnung in einem Boden des Gehäuses angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 50, wobei die Vorrichtung eine tragbare Tischvorrichtung ist und das Gehäuse des Reservoirs so bemessen ist, daß es etwa 3 Liter Wasser enthält, und die Öffnung so bemessen ist oder eine oder mehrere Öffnungen zusammen so bemessen sind, daß sie für eine Flußgeschwindigkeit bis etwa 2 Litern pro Minute vom Gehäuse zum Einlaßende des Trogs sorgen.
Vorrichtung nach Anspruch 50, wobei die Behandlungskammer ein Dach hat, das die Unterseite des Bodens des Gehäuses aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 52, wobei der Boden des Trogs zwischen dem Einlaßende und Auslaßende nach unten geneigt ist, um den Fluß von Flüssigkeit vom Einlaßende zum Auslaßende unter der Schwerkraft zu fördern, und der Boden des Gehäuses allgemein nach unten zur Öffnung geneigt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 47 bis 53, wobei mindestens eine Vorwölbung vorzugsweise mindestens fünf Vorwölbungen vorhanden ist (sind), die sich vom Boden des Trogs nach oben erstrecken, um den ungleichmäßigen Fluß der Flüssigkeit bei ihrem Durchlauf durch den Trog zu fördern.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 47 bis 54, wobei die Ultraviolettlampe in der Behandlungskammer über dem Trog angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 47 bis 55, wobei die Ultraviolettlampe eine Niederdrucklampe ist und ein Reflektor vorhanden ist, der so angeordnet ist, daß er von der Lampe in einer vom Trog wegführenden Richtung abgestrahltes Licht zum Trog leitet, damit es auf die Oberfläche der Flüssigkeit im Trog trifft.
Vorrichtung nach Anspruch 50, wobei die Ultraviolettlampe eine Mitteldrucklampe ist und ein Reflektor vorhanden ist, der so angeordnet ist, daß er von der Lampe in einer vom Trog wegführenden Richtung abgestrahltes Licht zum Trog leitet, damit es auf die Oberfläche der Flüssigkeit im Trog trifft, und die Vorrichtung ferner eine Einrichtung zum Kühlen der Flüssigkeit und/oder eine Einrichtung zum Belüften des Raums zwischen der Lampe und dem Trog aufweist, um Wärmefluß von der Lampe zur Flüssigkeit unter einer festgelegten Menge zu halten.
Vorrichtung nach Anspruch 32, wobei die Wände bis etwa 5 cm hoch oder bis etwa 3 cm hoch oder bis etwa 2 cm hoch sind und die Wände voneinander so beabstandet sind, daß der Trog bis etwa 3 cm breit oder bis etwa 2 cm breit oder bis etwa 1 cm breit ist.