Desinfektion durch UV-Licht

Inhalt:

- Die Auswirkung von UV-Strahlung
- UV-C Erzeugung
- Dosierung der UV- Strahlung
- Verhältnis Dosis/ Wirkung
- Anwendungen
- Mittel- und Hochdrucklampen
- Niederdrucklampen
- Bestrahlungskammer
- Lichtbogenentladungsrohre
- Intensitätsüberwachung
- Grössenbestimmung des Systems

In den letzten 100 Jahren hat die Wissenschaft die bakteriziden Effekte des ultravioletten Bereichs im elektromagnetischen Spektrums erkannt.

Die spezifischen Wellenlängen, die für diese Reaktion verantwortlich sind, befinden sich zwischen 240 - 280 Nanometern (nm agekürzt) mit einer Hauptwellenlänge von 265 nm.

Fig. 1: UV-C im Spektrum der elektromagnetischen Strahlung

Fig. 2: Spektrale Energieverteilungskurve keimtötender Effekte und die Strahlungsleistung von Niedrig- und Mitteldruck UV-Lampen

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Die Auswirkung ultravioletter Strahlung

Wenn Mikroorganismen UV-Strahlung ausgesetzt werden, wird der Zellkern so verändert, dass eine Zellteilung unmöglich wird, was folglich die Reproduktion verhindert.

Die ultraviolette Strahlungsquelle ist normalerweise ein Silikonquarzrohr, gewöhnlich l5mm bis 25mm im Durchmesser und 100mm-1200mm lang. Das Edelgas, mit dem das Rohr gefüllt ist, ermöglicht die Primärentladung und den notwendigen Prozess, um die winzigen Quecksilberablegerungen in der Lampe anzuregen und zu verdunsten.

Die Niederdruck UV-Lampe erzeugt Wellenlängen im Bereich von 185nm bis zu 254 nm. Eine Erhöhung der Stromzufuhr heizt die Lampe sehr schnell auf, wodurch der Quecksilberdruck erhöht wird und die typische Strahlung einer Mitteldruck-Lampe, wie sie in Abbildung 2 gezeigt wurde, erzeugt wird.

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Die UV-Dosis ist das Produkt von UV-Intensität (ausgedrückt als Energie- pro Flächeneinheit) und Zeit.

Folglich:- DOSIS = I x T

Dieses wird allgemein als 1mJ/cm2=1000 Mikrowatt Sekunde/cm2 ausgedrückt.

Die minimale Dosis, die von Willand angewendet wird, bietet dem Anwender eine Erfolgsgarantie. Durchschnittliche und kumulative Dosen, die von anderen Herstellern angeboten werden, sind abhängig von turbulenten Fließbedingungen, die sich ändern können, wenn sich die Fließeigenschaften verändern.

Willand empfiehlt für jede Anwendung die passende UV-Dosis, wobei Wasserqualität, Alter der Lampe, Industriestandards und mikrobiologische Bedingungen berücksichtigt werden.

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Das Verhältnis zwischen der Dosis und der Inaktivierung eines Mikroorganismus, kann wie folgt zusammengefaßt werden, :

Wobei:
N = Anfangszahl der Zielorganismen
N_o = Zahl der Zielorganismen nach Behandlung
K = Konstante
D = Dosis

Von dem oben genannten Verhältnis kann abgeleitet werden, dass bei einer Verdoppelung der angewendeten Dosis eine Erhöhung der Entkeimungskapazität um den Faktor 10 erreicht wird. Wenn man die Dosis, die für eine 90%-tige Vernichtung aller Mikroorganismen benötigt wird, verdoppelt, erhält man folglich eine 99%-tige Vernichtung aller Organismen, bei einer Verdreifachung erhält man eine 99,9%-tige Zerstörung der Organismen und so weiter.

Einige Werte zur 90%-tigen Zerstörung werden in Fig. 3 gezeigt und das Verhältnis zwischen UV-Dosis und Zerstörung wird in Fig. 4 abgebildet.

Fig. 3: Benötigte Dosis bei verschiedenen Mikroorganismen

Fig. 4: Dosis bei E.coli

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Anwendungen

Desinfektion

• FLÜSSIGKEITEN: Wasser, Sirupe , Emulsionen, Salzlösungen.
• OBERFLÄCHEN: Verpackungen, Förderwerke, Nahrung, Funktionsoberflächen.
• GASE/LLUFT: Lebensmittelherstellung, Krankenhäuser, Klimaanlage.

Photochemische Reaktionen

• OXIDATION: TOC-Verringerung, Ozon- Zerstörung, Chlorabbau.
• KATALYSE: Abbau von Schädlingsbekämpfungsmittel, Abwasserbehandlung, Bodenaufbereitung.
• DESODORIERUNG: Emissionen aus Abwasser und Industrie.

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Mittel- und Hochdrucklampen

Die Nennleistung reicht von 0.4kW bis zu 7.0kW mit einer maximalen Behandlungkapazität von 600 m3/Stunde durch eine einzige Lampe.

Die Strahlung ist bei heißen und kalten Flüssigkeiten gleichermaßen wirkungsvoll.

Das breite Emissionsspektrum ist bei Strömen von > 13 m3/Stunde leistungsfähiger als das einer Niederdruck UV-Lampe. Die Umwandlung von Stromeinspeisung in biozide Strahlung ist > 15%.

Die Haltbarkeit der Lampe liegt zwischen 4000 - 8000 Stunden und ist abhängig von den Betriebsbedingungen.

Das Spektrum reicht von 185 - 480 nm.

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Niederdrucklampen

Ideal für kleine Duchflußmengen mit einer Nennleistung von 15w bis zu 200w.

Emittiert einzelne Wellenlänge von 254 nm.

Umwandlung zu UV-C normalerweise bei 30% - 35%.

120 - 200-Watt-Lampen werden nicht durch Wassertemperatur beeinflusst.

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Bestrahlungslampen

Der Desinfektionprozess beinhaltet die Bestrahlung von mikrobiell kontaminierten Flüssigkeiten mit UV-Licht in einer Bestrahlungskammer.

Lenntech ist der Überzeugung, dass korrektes Kammerdesign ein bedeutender Teil eines effektiven Desinfektionsprozesses ist. Aus diesem Grund werden Computermodelle verwendet, um turbulente Fließbedingungen sicherzustellen, die ein gutes Vermischen und ausgeglichene Belichtung bei großen und kleinen Strömen garantieren.

Lenntech geht bei dem Design von UV-Systemen immer von der Strahlungsintensität lang verwendeter Lampen aus und mißt die wirksame Dosis an der Wand der Bestrahlungskammer. Dieses schützt das Verfahren vor möglicherweise unzulänglicher Wasserbehandlung, die bei kurzen Bestrahlungszeiten auftreten kann, wenn durchschnittliche und kumulative Dosen verwendet werden.

Hohe Qualität bei der inneren Veredelung der Lampen, verhindert ein Abschatten der Strahlung.

Die Kammern besitzen als standardmäßige Ausführung integrierte Schlitze zur Probennahme, Belüftungsventile und Ablaufventile.

Die Ausrichtung und Größe von Zulauf und Ablauf können den speziellen Kundenwünschen angepasst werden.

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Lichtbogenentladungsrohre

Durch eine einzelne Lichtbogenentladungsröhre wird die Leistungsfähigkeit enorm erhöht. Eine Hochintensitätslampe ist in der Lage bis zu 600m3 Wasser pro Stunde zu entkeimen. Die UV Intensitätsüberwachung ist einfach, wirkungsvoll und zuverlässig.

Multi-Rohr Systeme, die viele Niederdrucklampen in einer Bestrahlungskammer verwenden, verursachen sowohl hydraulische als auch mechanische Probleme. Die Wartung ist zeitraubend und kostspielig. Leitbleche werden benötigt, um turbulente Fließbedingungen zu erzeugen und durch den beschattenden Effekt dieser Bleche ist es möglich, dass das Wasser die Kammer unbehandelt durchströmt.

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Intensitätsüberwachung

Willand's Intensitätsmonitore reagieren auf UV-C. Der Monitor stellt sicher, dass die Anlage eine effektive Strahlung erzeugt. Wenn niedrige UV-C Strahlung gemessen wird, wird ein Alarm ausgelöst. Die Anlage kann mit einer BEM oder PLC Einheit verlinkt werden, um einen optimalen Arbeitsbetrieb sicherzustellen.

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Grössenbestimmung des Systems

Um sicherzustellen, dass die Kunden mit der zur beabsichtigten Anwendung passenden Anlage beliefert werden, empfiehlt es sich mit Lenntech in Verbindung zu treten, um eine Verabredung mit einem Spezialisten von Lenntech zu vereinbaren.

Informationen, die für eine richtige Auslegung der Anlage notwendig sind, umfassen:

1. Höchstdurchflußrate (Liter pro Sekunde oder Gallonen pro Minute)

2. Probe der Flüssigkeit

3. Mikrobiologische Bedingungen

4. Benötigte Qualität nach der UV-Behandlung

Alle Informationen werden natürlich streng vertraulich behandelt.

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