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

Le calcul de la dose d’un système UV dépend de trois variables :

  • Durée d’exposition (déterminé avec le débit d’écoulement)
  • Puissance du rayonnement de la lampe (puissance par unité de surface)
  • Transmittance UV dans l’eau

La durée (T en secondes) est déterminée par le débit traversant (Q en m3/s), et le volume du réacteur (V en m3): T = V / Q

La puissance correspond à l’intensité x tension x de la lampe UV divisé par la surface (en Watt/m²). Attention cependant, les ampoules UV perdent un peu de leur efficacité avec le temps, il est nécessaire de dimensionner un système en utilisant sa puissance en fin de vie.

La dose, c’est le produit de l’intensité émise par les lampes avec la durée d’exposition au rayonnement : Dose = intensité UV (Watt/m²) x seconde = Joule/m².

Par exemple, pour respecter les critères microbiologiques de potabilisation des eaux, la dose UV doit généralement être de 300 Joule/m² = 30 mJoule/cm² = 30 mWatts/cm².

La transmittance est la capacité d’une substance à laisser passer la lumière UV, mesurée sur 1 cm de liquide. La transmittance s’exprime couramment en pourcentages (0 % pour un matériau opaque). Lorsque la lumière irradie l’eau, l’eau absorbe une partie du rayonnement. L’effet désinfectant diminue à mesure que le rayonnement s’éloigne de la source.

Pour pouvoir dimensionner correctement un réacteur de désinfection UV, il faut donc :

  • Connaitre l’application (pour déterminer la dose correcte d’UV)
  • Savoir identifier le débit (permettant de déterminer la durée d’exposition dans le réacteur)
  • Avoir connaissance de la transmittance de votre eau

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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
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