Einführung in die UV-Desinfektion

Was ist Ultraviolett (UV)-Strahlung?

Ultraviolette Strahlung (UV-Strahlung) ist eine Form des Lichts, die für das menschliche Auge unsichtbar ist. Sie umfasst den Bereich des elektromagnetischen Spektrums, der zwischen Röntgenstrahlen und sichtbarem Licht liegt. Die Sonne sendet ultraviolette Strahlen aus, die jedoch zum Großteil von der Ozonschicht absorbiert werden.

Eine besondere Eigenschaft der UV-Strahlung ist, dass sie in einem Wellenlängenbereich von 200 und 300 Nanometer (Milliardstel eines Meters) eine keimabtötende Wirkung aufweist. Dadurch können Mikroorganismen, wie z. B. Bakterien, Viren und Protozoen deaktiviert werden. Dank dieser Fähigkeit findet die UV-Strahlung als eine umweltfreundliche, chemikalienfreie und hochwirksame Methode zur Desinfektion von Wasser weitverbreitet Anwendung. Außerdem wird sie zum Schutz des Wassers vor schädlichen Mikroorganismen eingesetzt.

Wirkungs Prinzip der UV-Desinfektion

Im Gegensatz zu chemischen Wasserdesinfektionsverfahren beruht die UV-Bestrahlung auf einem physikalischen Prozess, bei dem Mikroorganismen schnell und wirksam deaktiviert werden. Wenn Bakterien, Viren und Protozoen den keimtötenden Wellenlängen der UV-Strahlung ausgesetzt werden, verlieren sie ihre Reproduktions- und Infektionsfähigkeit.

UV-Strahlung hat sich als hochwirksam gegen pathogene Organismen erwiesen, darunter die Erreger von Cholera, Polio, Typhus, Hepatitis und anderen bakteriellen, viralen und parasitären Erkrankungen. Darüber hinaus setzt Trojan die UV-Strahlung (allein oder in Verbindung mit Wasserstoffperoxid) für die sogenannte UV-Oxidation ein, einen Prozess, bei dem chemische Schadstoffe, wie z. B. Pestizide, industrielle Lösungsmittel und Pharmazeutika, reduziert werden.



Mikroorganismen werden deaktiviert, indem ihre Nukleinsäuren durch die UV-Strahlung geschädigt werden. Die energiereiche, kurzwellige UV-Strahlung, hauptsächlich bei einer Wellenlänge von 254 nm, wird hierbei von der zellulären RNS und DNS absorbiert. Durch diese Absorption der UV-Energie entstehen zwischen benachbarten Nukleotiden neue Bindungen, wodurch wiederum Doppelbindungen oder Dimere erzeugt werden.

Die Dimerisierung von benachbarten Molekülen, insbesondere Thymin, ist die am häufigsten auftretende photochemische Schädigung. Durch die Bildung zahlreicher Thymin-Dimere in der DNS von Bakterien und Viren wird deren Replikations- und Infektionsfähigkeit verhindert.

Wirksamkeit der UV-Desinfektion

Im Rahmen eines großen Forschungsprojekts wurde die Fähigkeit der UV-Strahlung zur Inaktivierung einer Vielzahl krankheitserregender Bakterien, Viren und Protozoen nachgewiesen. Ein entscheidender Vorteil der UV-Desinfektion gegenüber dem auf Chlor basierenden Desinfektionsverfahren ist ihre Fähigkeit zur Inaktivierung von Protozoen, die öffentliche Gesundheit bedrohen – insbesondere Cryptosporidium und Giardia.

Die Freisetzung dieser schädlichen Mikroorganismen in Seen und Flüsse durch Kläranlagen, die zur Desinfektion Chlor verwenden, erhöht die Gefahr einer möglichen Kontamination in Gemeinden, die auf diese Gewässer als Trinkwasserquelle und für Freizeitaktivitäten angewiesen sind. Trinkwasseraufbereitungsanlagen können von der UV-Desinfektion profitieren, weil sich chlorresistente Pathogene (Protozoen) einfach inaktivieren lassen, während gleichzeitig der Chlorverbrauch und die Bildung von Nebenprodukten reduziert wird.

Reparaturmechanismen

Wenn die UV-Konzentration zu schwach ist, kann die durch die UV-Strahlung verursachte photochemische Schädigung der DNS durch bestimmte Organismen mittels Photoreaktivierung oder Exzisionsreparatur (unter dunklen Bedingungen) evtl. repariert werden. Die Ergebnisse von Studien haben jedoch gezeigt, dass bei Konzentrationen über 12 mJ/cm2 keine oder nur eine minimale Photoreaktivierung möglich ist. Bei bestimmten Organismen, darunter Cryptosporidium, zeigten sich nach einer UV-Bestrahlung mit niedrigem oder mittlerem Druck bei UV-Konzentrationen von nur 3 mJ/cm2 keinerlei Anzeichen einer Reparatur, weder unter hellen noch unter dunklen Bedingungen.

UV-Systeme sollten für eine ausreichende UV-Strahlenkonzentration ausgeführt werden, die eine Reparatur von Zellschäden unmöglich macht. Die Größe des Systems sollte auf Basis einer Bioassay-Validierung (Feldtest) bestimmt werden, um die richtige Desinfektion zu gewährleisten.

Sicherheitsvorteile der UV-Desinfektion

• Die UV-Desinfektion ist ein chemikalienfreies Verfahren; dem Wasser werden keinerlei Stoffe hinzugefügt.
• Bei der UV-Desinfektion entfallen Transport, Lagerung und Handhabung giftiger oder korrosionsfördernder Chemikalien – ein Sicherheitsvorteil für Anlagenbetreiber und kommunale Anlieger
• Bei der UV-Desinfektion werden keine krebsfördernden Nebenprodukte erzeugt, die sich schädigend auf die Wasserqualität auswirken könnten
• UV-Strahlung ist hochwirksam in der Inaktivierung eines breiten Spektrums von Mikroorganismen und beseitigt  auch chlorresistente Krankheitserreger, wie Cryptosporidium und Giardia
• UV-Strahlung eignet sich auch (alleine oder in Verbindung mit Wasserstoffperoxid) für den Abbau giftiger chemischer Verunreinigungen bei gleichzeitiger Desinfektion

Kostenvorteile der UV-Desinfektion

• Die Betriebskosten der UV-Desinfektion setzen sich aus dem jährlichen strahlerwechsel und dem Stromverbrauch zusammen
• Bei Verwendung von UV-Strahlung wird die unmittelbare Gefahr von Chlorgas ausgeschaltet bzw. reduziert und langfristige Kosten für Chemikalien, Transport und Lieferung werden vermieden
• Kosten für Einsätze bei Leckagen, Verwaltung, Risikomanagement und Notfallplanung sowie Betreiberschulungen werden bei Verwendung von UV-Desinfektion reduziert und/oder vollständig vermieden
• Kommunale Einrichtungen müssen keinen hohen Preis für die bedeutenden Sicherheitsvorteile der UV-Desinfektion zahlen