Die UV-Behandlung ist ein physikalisches Verfahren, das in der Wasser- und Abwasserbehandlung zur Desinfektion, Oxidation und Entfernung organischer Verbindungen eingesetzt wird. Im Gegensatz zu chemischen Verfahren wie Chlorung oder Ozonierung erfolgt die UV-Behandlung rein physikalisch und hinterlässt keine chemischen Rückstände. Sie ist daher besonders umweltfreundlich und wird in der Trinkwasseraufbereitung, Prozesswasserbehandlung, Abwasserreinigung und zur Reduktion des TOC (Total Organic Carbon) verwendet.
Durch den Einsatz hochenergetischer UV-Strahlung können Mikroorganismen inaktiviert, organische Verbindungen oxidiert und hartnäckige Schadstoffe wie Pharmazeutika, Pestizide und Restchemikalien abgebaut werden. Dabei spielen fortgeschrittene Verfahren wie die UV-Oxidation eine zentrale Rolle, insbesondere bei der Reduktion von schwer abbaubaren Verunreinigungen im Wasser.
Inhaltsverzeichnis
Grundlagen der UV-Strahlung
Die Wirkung der UV-Behandlung basiert auf ultravioletter Strahlung, einem energiereichen Teil des elektromagnetischen Spektrums mit Wellenlängen zwischen 100 und 400 Nanometern (nm). UV-Strahlung wird in drei Kategorien unterteilt:
- UV-A (315–400 nm): Wirkt hauptsächlich auf organische Moleküle, jedoch mit geringer Energiedichte.
- UV-B (280–315 nm): Mittlere Energiedichte, schädlich für lebende Zellen.
- UV-C (100–280 nm): Höchste Energiedichte, wird für die Wasseraufbereitung genutzt, da sie Mikroorganismen effektiv inaktiviert und chemische Bindungen bricht.
In der Wasser- und Abwassertechnik kommt primär UV-C-Strahlung zum Einsatz, insbesondere bei einer Wellenlänge von 254 nm, da diese optimal für die DNA-Inaktivierung von Mikroorganismen und die Oxidation organischer Stoffe ist.
Technische Anwendungen der UV-Behandlung
1. UV-Desinfektion
Die UV-Desinfektion ist eines der häufigsten Einsatzgebiete der UV-Behandlung und wird zur Inaktivierung von Mikroorganismen wie Bakterien, Viren, Protozoen und Pilzen verwendet.
- Wirkmechanismus:
- Die UV-C-Strahlung zerstört die DNA/RNA-Strukturen der Mikroorganismen, indem sie Thymin-Dimere bildet. Dadurch wird die Zellteilung und Vermehrung der Mikroorganismen verhindert.
- Im Gegensatz zu chemischen Desinfektionsmitteln hinterlässt die UV-Behandlung keine Nebenprodukte wie Chloramine oder organische Halogenverbindungen.
- Einsatzgebiete:
- Trinkwasseraufbereitung: Sicherstellung hygienischer Wasserqualität.
- Prozesswasserbehandlung: Keimreduktion in der Pharma- und Lebensmittelindustrie.
- Kühlwassersysteme: Verhinderung von mikrobieller Belastung und Biofouling.
2. UV-Oxidation (Advanced Oxidation Processes, AOPs)
Die UV-Oxidation kombiniert UV-Strahlung mit chemischen Oxidationsmitteln wie Wasserstoffperoxid (H₂O₂) oder Ozon (O₃), um Hydroxylradikale (•OH) zu erzeugen, die hochreaktiv und in der Lage sind, schwer abbaubare Schadstoffe zu oxidieren.
- Wirkprinzip:
- Die UV-Strahlung spaltet H₂O₂ oder O₃ in Hydroxylradikale.
- Diese Radikale greifen organische Moleküle an und zerlegen sie in kleinere, weniger toxische Verbindungen wie Kohlendioxid (CO₂) und Wasser (H₂O).
- Anwendung:
- Entfernung von Mikroverunreinigungen wie Pestiziden, Pharmazeutika und hormonaktiven Substanzen.
- Elimination von Mikroschadstoffen und schwer abbaubaren Substanzen.
- Geruchsbeseitigung und Farbentfernung aus Wasserströmen.
Foto: UV-Reaktor mit definiertem UV-Spektrum zu Bildung hochradikaler Hydroxylradikale der ALMA OXI UV
3. UV-TOC-Reduktion
Die Reduktion des Total Organic Carbon (TOC) ist besonders in der Reinstwasseraufbereitung und der Prozesswasserbehandlung relevant. TOC steht für den gesamten Anteil organischer Kohlenstoffverbindungen im Wasser und ist ein Indikator für die Wasserreinheit.
- Wirkmechanismus:
- Die UV-Strahlung zersetzt organische Moleküle in kleinere Fragmente, die anschließend zu Kohlendioxid (CO₂) und Wasser oxidiert werden.
- Die Kombination aus UV-Strahlung und Wasserstoffperoxid (UV/H₂O₂) ist hierbei besonders effektiv.
- Einsatzgebiete:
- Elektronikindustrie: Herstellung von hochreinem Wasser für Halbleiterprozesse.
- Pharmaindustrie: Erzeugung von Reinstwasser für sterile Anwendungen.
- Laborwasseraufbereitung: Entfernung von Spurenorganik, um analytische Genauigkeit sicherzustellen.
Technische Umsetzung der UV-Behandlung
Die technische Umsetzung der UV-Behandlung erfolgt in speziell entwickelten Reaktoren, die eine gleichmäßige Bestrahlung des Wassers gewährleisten.
Aufbau eines UV-Reaktors
- UV-Lampen:
- Niederdruck-Quecksilberlampen: Effizient bei 254 nm, geringe Energiedichte.
- Mitteldrucklampen: Höhere Leistung, breiteres Spektrum, geeignet für UV-Oxidation.
- Reaktorgehäuse:
- Aus Edelstahl gefertigt, um Korrosionsbeständigkeit und maximale Reflektion der UV-Strahlung zu gewährleisten.
- Durchflusssteuerung:
- Der Durchfluss wird so geregelt, dass das Wasser ausreichend lange bestrahlt wird, um die gewünschte Desinfektions- oder Oxidationsleistung zu erzielen.
Herausforderungen in der UV-Behandlung
- Verschmutzung der Lampen: Ablagerungen auf den Lampenhüllen können die Effizienz der Bestrahlung beeinträchtigen. Regelmäßige Reinigung ist notwendig.
- Bestrahlungsintensität: Die Intensität der UV-Lampen nimmt im Laufe der Zeit ab, sodass ein regelmäßiger Austausch erforderlich ist.
- Wasserqualität: Trübung oder hohe Schwebstoffgehalte im Wasser können die UV-Durchlässigkeit verringern. Eine Vorfiltration ist häufig erforderlich.
Vorteile der UV-Behandlung
- Umweltfreundlichkeit: Keine chemischen Rückstände oder Nebenprodukte.
- Effektivität: Hohe Wirksamkeit gegen Mikroorganismen und organische Schadstoffe.
- Schnelligkeit: Die Behandlung erfolgt in Echtzeit, ohne lange Kontaktzeiten.
- Vielseitigkeit: Geeignet für Desinfektion, Oxidation und TOC-Reduktion.
Fazit
Die UV-Behandlung ist ein zukunftsweisendes Verfahren in der Wasser- und Abwassertechnik. Ihre Fähigkeit, ohne chemische Zusätze Mikroorganismen zu inaktivieren und schwer abbaubare Schadstoffe zu oxidieren, macht sie zu einer umweltfreundlichen und effizienten Lösung für eine Vielzahl von Anwendungen.
Besonders in Kombination mit Wasserstoffperoxid oder Ozon zeigt die UV-Oxidation ihre Stärke bei der Entfernung von Mikroverunreinigungen und der Reduktion von TOC. Mit der richtigen technischen Umsetzung und regelmäßiger Wartung bietet die UV-Technologie eine nachhaltige Methode zur Verbesserung der Wasserqualität in industriellen und umwelttechnischen Anwendungen.
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