Um mit UV-Licht eine keimtötende Wirkung zu erzeugen, muss eine spezifische UVC-Strahlung erzeugt werden. Dann muss sie in einem geeigneten Reaktor eingesetzt werden, um die UVC-Dosis aufzubringen, die zur Abtötung pathogener Mikroorganismen erforderlich ist.
Wie erzeugt man UV-Licht?
UV ist ein Lichtspektrum, das knapp unterhalb des für das menschliche Auge sichtbaren Bereichs liegt. Das UV-C-Spektrum (185 – 280 nm) ist als keimtötendes Spektrum bekannt, da es sich um den Bereich handelt, der die maximale keimtötende Wellenlänge (260 nm) enthält. UV-Reaktoren für die Wasseraufbereitung enthalten mindestens eine UV-Lampe, die in der Regel Argon und eine geringe Menge Quecksilber enthält, manchmal in Form einer Legierung: Amalgam. UV-Lampen enthalten auch Glühfäden, die bei Vorhandensein von Elektrizität einen elektrischen Strom erzeugen, der das Quecksilber im Inneren der Lampe verdampft. Dieses verdampfte Quecksilber erzeugt Lichtbögen, die ultraviolette Strahlung bei 254 nm erzeugen, die sehr nahe am Optimum bei 260 nm liegt. Keimtötende Lampen geben aufgrund der anderen von Quecksilber emittierten Spektren dennoch ein wenig sichtbares Licht ab. Alle keimtötenden Lampen benötigen ein externes Vorschaltgerät, um den durch sie fließenden Strom zu regulieren.
UVC-LEDs
Eine weitere vielversprechende Technologie, die jedoch noch nicht in der Industrie verfügbar ist, ist die Erzeugung von UVC-Strahlung durch UV-LEDs. UV-LED-Halbleiter geben beim Einschalten eine schmale Strahlung zwischen dem Plus- und dem Minuspol ab. UV-LEDs sind sicherlich die Zukunft der UV-Desinfektion, da sie eine längere Lebensdauer haben, kein Quecksilber enthalten und einen geringeren Stromverbrauch aufweisen.
Die Excimer-Lampen
Eine dritte quecksilberfreie Technologie ist ebenso vielversprechend. Ein modulierter Stromkreis wird an einen mit Xe-Gas gefüllten Quarzglaskörper angelegt (z. B. mehrere hundert kHz; mehrere kV Hochspannung). Durch ein angeregtes Xe2-Molekül und je nach Art des Edelgases und des verwendeten Halogens kann verschiedene quasi-monochromatische Strahlung erzeugt werden. Am wichtigsten für die Desinfektion ist die KrCl*-Excimerlampe, die mit 222 nm strahlt, und XeBr* mit einer Strahlung von 282 nm. Bei dieser Technologie ist keine Aufwärmzeit erforderlich. Diese Excimer-Lampen leiden jedoch unter einer niedrigen UVC-Effizienz von ~8. Ein weiterer bisheriger Nachteil sind die hohen Investitionskosten für die Lampen und den Stromverbrauch.
Wie dimensioniert man ein UV-System?
Die UV-Dosis ist der Parameter für die Dimensionierung einer UV-Anlage. Jeder Mikroorganismus benötigt ein bestimmtes Maß an UV-Energie, um seine DNA zu stören. Dieses Energieniveau wird als „UV-Dosis“ bezeichnet. Die Dosis ist also ein Maß für die biologische Wirkung der UV-Strahlung. Sie wird in mWs/cm² und/oder mJ/cm² angegeben. Je höher der Wert, desto größer ist die Kammer, in der sich die UV-Lampe befindet, und desto stärker ist das Wasser dieser ausgesetzt. Die auf dem Markt erhältlichen UV-Desinfektionssysteme bieten daher die Möglichkeit, die unterschiedlichen Anforderungen an die UV-Dosis zu erfüllen, die von den zu beseitigenden Mikroorganismen abhängen.
Wird das UV-Licht direkt dem Wasser ausgesetzt?
Ja, die UV-Strahlen sind dem Wasser ausgesetzt. Die UV-Lampe hingegen kommt nie in direkten Kontakt mit Wasser. Sie befindet sich innerhalb einer Quarzhülle in der Mitte des Reaktors. Die Lampe ist so angebracht, dass das Wasser durch eine Strömungskammer fließen kann und die emittierten UV-Strahlen von der Strömung absorbiert werden.
Berechnung der UV-Dosis
Die Berechnung der Dosis eines UV-Systems hängt von drei Variablen ab:
Expositionsdauer (bestimmt durch die Durchflussmenge)
Strahlungsleistung der Lampe UV (Leistung pro Flächeneinheit)
UV-Transmittanz im Wasser
Die Dauer (T in Sekunden) wird durch den Durchfluss (Q in m³/s) und das Reaktorvolumen (V in m³) bestimmt: T = V / Q
Die Leistung entspricht der Intensität × Spannung × der Lampe UV, geteilt durch die Fläche (in Watt/m²). Zu beachten ist jedoch, dass UV-Lampen im Laufe der Zeit an Effizienz verlieren. Daher muss die Auslegung eines Systems auf Basis der End-of-Life-Leistung erfolgen.
Die Dosis ergibt sich aus dem Produkt der von den Lampen emittierten Intensität und der Expositionsdauer mit der Strahlung: Dosis = UV-Intensität (Watt/m²) × Sekunde = Joule/m².
Beispielsweise muss die UV-Dosis zur Einhaltung der mikrobiologischen Kriterien für die Trinkwasseraufbereitung in der Regel 300 Joule/m² betragen = 30 mJoule/cm² = 30 mWatt/cm².
Die Transmittanz beschreibt die Fähigkeit einer Substanz, UV-Licht durchzulassen, gemessen auf 1 cm Flüssigkeit. Sie wird üblicherweise in Prozent angegeben (0 % für ein undurchsichtiges Material). Wenn UV-Licht auf Wasser trifft, absorbiert dieses einen Teil der Strahlung. Die desinfizierende Wirkung nimmt ab, je weiter die Strahlung von der Quelle entfernt ist.
Um einen UV-Desinfektionsreaktor korrekt dimensionieren zu können, benötigt man daher:
Kenntnis der Anwendung (zur Bestimmung der korrekten UV-Dosis)
Angaben zum Durchfluss (um die Expositionszeit im Reaktor zu bestimmen)
Faktoren, die die Dosis der UV-Strahlung beeinflussen
Mehrere Faktoren können den Desinfektionsprozess von Wasser und damit die Fähigkeit der UV-Strahlung, im Wasser enthaltene Mikroorganismen zu deaktivieren und unschädlich zu machen, beeinflussen.
Einflussfaktoren
Auswirkungen
UV-Durchlässigkeit
Kann die Anforderungen an die Dimensionierung beeinflussen. des Systems
Eisen/Mangan
Absorption von UV-Strahlen
Wasserhärte
Mögliche Bildung von Kalkablagerungen. auf dem Schutzmantel
Trübung (Gehalt an Schwebeteilchen)
Verursacht eine Abschirmung, die Mikroorganismen vor Strahlung schützt
Tannine (natürliche organische Substanzen)
Können die UV-Durchlässigkeit beeinträchtigen
FAQ
Wie lange hält eine UV-Lampe zur Wasseraufbereitung?
Die Lebensdauer einer UV-Lampe hängt von Typ und Nutzung ab. Im Allgemeinen hält eine Standard-UV-Lampe etwa 9.000 Stunden, also rund ein Jahr bei durchgehendem Betrieb. Amalgam-Lampen können bis zu 13.000 Stunden erreichen. Befolgen Sie in jedem Fall die Herstellerempfehlungen zum Austausch, um eine wirksame Desinfektion sicherzustellen.
Ist die UV-Desinfektion gegen alle Arten von Mikroorganismen wirksam?
Die UV-Desinfektion ist sehr wirksam zur Inaktivierung einer breiten Palette von Mikroorganismen, darunter Bakterien, Viren und Protozoen. Ihre Wirksamkeit kann jedoch abnehmen, wenn das Wasser trüb ist oder Schwebstoffe enthält, da diese die Mikroorganismen vor der UV-Bestrahlung abschirmen können. Daher wird eine Vorfiltration empfohlen, um die Klarheit des Wassers vor der UV-Behandlung zu verbessern.
Welche Kosten entstehen bei Installation und Wartung eines UV-Desinfektionssystems?
Die Installationskosten eines UV-Desinfektionssystems hängen von Leistungskapazität und Ausstattung ab. Für den Hausgebrauch liegen die Preise von etwa 950 bis über 2.000 Euro. Wartungskosten umfassen den jährlichen Austausch der UV-Lampe sowie das Reinigen oder Ersetzen des Quarzschutzmantels – das verursacht zusätzliche jährliche Kosten.
Verändert die UV-Desinfektion den Geschmack oder Geruch des Wassers?
Nein, die UV-Desinfektion ist ein physikalisches Verfahren, das dem Wasser keine Chemikalien zusetzt und seine organoleptischen Eigenschaften nicht verändert. Das behandelte Wasser behält daher seinen natürlichen Geschmack und Geruch – ein Vorteil gegenüber anderen Desinfektionsmethoden wie der Chlorung.
Ist bei einem UV-Desinfektionssystem ein Vorfilter erforderlich?
Ja, die Verwendung eines Vorfilters wird dringend empfohlen, um Schwebstoffe zu entfernen und die Wasserklärung vor der UV-Behandlung zu verbessern. Klares Wasser ermöglicht es den UV-Strahlen, wirksam einzudringen und vorhandene Mikroorganismen zu inaktivieren. Ohne Vorfiltration kann die Wirksamkeit der UV-Desinfektion beeinträchtigt werden.
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