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Die UV-Anlage Dulcodes LP zur UV-Desinfektion für einen maximalen Wasserdurchfluss von 523 m3/h verbraucht wenig Energie.

Bild: Prominent

Wasserdesinfektion ohne Chemikalien Effizient desinfizieren mit UV-Strahlung

11.08.2017

Als chemiefreies Desinfektionsverfahren in der Wasseraufbereitung hat sich die Bestrahlung mit UV-Licht bewährt. Anwender betreiben die Strahler jedoch bei voller Nennleistung und nehmen einen erhöhten Energieverbrauch in Kauf. Mit einer Innovation lässt sich das vermeiden.

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Mikroorganismen, wie Viren und Bakterien, können schnell und wirksam mit UV-Strahlung inaktiviert werden. Das zu desinfizierende Wasser wird hierfür mit kurzwelligem Ultraviolettlicht (UV) bestrahlt. Dadurch handelt es sich um ein rein physikalisches, chemiefreies Verfahren zur Wasserdesinfektion. Insbesondere die UV-C-Strahlung mit einer Wellenlänge im Bereich von 240 bis 290 Nanometern greift dabei direkt die lebenswichtige DNA der Keime an. Die Strahlung initiiert eine photochemische Reaktion und zerstört die in der DNA enthaltene Erbinformation. Der Keim verliert seine Vermehrungsfähigkeit und wird abgetötet. Selbst gegen chemische Desinfektionsmittel äußerst beständige Parasiten, wie Cryptosporidien oder Giarda, werden effizient reduziert, ohne die Beschaffenheit des Wassers zu verändern. Zur Gewährleistung einer sicheren Desinfektion mittels UV-Bestrahlung wird ein regelkonformer Betrieb der UV-Desinfektionsgeräte gemäß DVGW-Arbeitsblatt W 294 vorgeschrieben.

Eingeschränkt regelbare UV-Strahler

In der Regel werden Amalgam-Gasentladungslampen eingesetzt, um UV-Strahlung zu erzeugen. Aufgrund ihres hohen Wirkungsgrades sind dies meist Niederdruckstrahler. Da sie nur sehr eingeschränkt regelbar sind, werden sie bei 100 Prozent ihrer Nennleistung betrieben. UV-Anlagen sind für eine bestimmte UV-Transmission und einem dazu korrespondierenden maximalen Durchfluss zertifiziert. Sie werden gemäß ihrer Betriebskennwerte, ihrem maximal zulässigen Durchfluss und der zugehörigen Mindeststrahlungsstärke betrieben. Der maximal mögliche Durchfluss des UV-Gerätes liegt jedoch häufig über dem tatsächlichen Durchfluss. Anwender nehmen eine Überdimensionierung in Kauf, Alterungseffekte, Schwankungen der Durchflussmengen sowie der UV-Transmission werden kompensiert, in dem die Strahler bei 100 Prozent betrieben wird. Dies führt zu einem über dem Notwendigen liegenden Energieverbrauch und einer erhöhten Lampenbelastung.

Problematisch ist die Leistungsanpassung der Niederdruckstrahler, da die UV-C-Emission der Strahler stark von der Strahlertemperatur abhängt. Bei 100 Prozent Strahlerleistung werden diese Temperatureffekte durch die Amalgam-Technik abgefangen. Im gedimmten Betrieb führen jedoch minimale Temperaturabweichungen zu instabilen und nicht reproduzierbaren UV-Leistungen der Lampen. Jahreszeitliche Schwankungen oder unterschiedliche Temperaturen je nach Wasserquelle und Standort können daher zu instabilen UV-Emissionen führen. Ein sicherer Anlagebetrieb mit instabilen UV-Lampen ist nicht möglich. Aufgrund der hier beschriebenen Einschränkungen entwickelte Prominent eine vollkommen neue UV-Anlage.

Gleichmäßige Bestrahlung sicherstellen

Nach derzeitigem Stand des Wissens wird eine sichere Desinfektion mit einer UV-Dosis von 400 Joule pro Quadratmeter gewährleistet. Sie reduziert wasserhygienische relevante Bakterien, Viren und Protozoen (einzellige Lebewesen, die als Parasiten leben) um vier Log-Stufen, das heißt um 99,99 Prozent. Werden durch eine ungünstige Strömungsführung in der Bestrahlungskammer Teilvolumenströme nicht ausreichend bestrahlt, kann dies zu einer unzureichenden Desinfektion führen.
Um ungünstige Strömungsbedingungen auszugleichen benötigt der Anwender eine hohe Anzahl an Strahlern und viel Energie.

Es gilt die Strömungsverhältnisse zu verbessern, um eine gleichmäßige Bestrahlung mit der notwendigen UV-Dosis sicherzustellen. Prominent-Ingenieure nahmen hierfür als Grundlage CFD-Simulationen (Computational Fluid Dynamic), die die hydraulische Strömungsverteilung, die UV-Empfindlichkeit des verwendeten MO und die Verteilung der UV-Bestrahlungsintensität berücksichtigte. Das Resultat: Ein CFD-optimierter Reaktor mit Diffusoren, die eine effiziente Strömungsverteilung gewährleisten. Das durchfließende Wasser wird bei minimalem Druckverlust mit gleichmäßiger UV-Dosis desinfiziert. Über- oder Unterdosierungen werden vermieden. Eine minimale Anzahl an Strahlern gewährleistet die bestmögliche Desinfektionsleistung auch bei maximalem Durchfluss.

Dynamische Strahlerheizung

Konventionelle Strahler ohne eine aktive Anpassung der Temperatur können entweder ungeregelt, nur bei Nennleistung, oder geregelt, nur in einem kleinen Temperaturfenster, stabil betrieben werden. Verlässt die Amalgamtemperatur bei konventionellen UV-Strahlern während der Dimmung ihren Komfortbereich, so führt dies zu einer instabilen UV-Leistung und als Konsequenz zu einer unsicheren Desinfektion.

Im Gegensatz dazu bleibt die Amalgamtemperatur der Vario-Flux-Strahler durch aktive Temperaturregelung nahezu konstant. Dadurch arbeiten die Strahler auch im geregelten Betrieb bei allen Wassertemperaturen immer stabil und präzise. Der Grund dafür ist, die Temperatur ihres Amalgams, die über eine intelligente Beheizung an die Betriebsbedingungen angepasst wird. Sekundenschnell lassen sich die Strahler im Bereich von 50 bis 100 Prozent dimmen. Ein schöer Nebeneffekt: Im gedimmten Betrieb arbeiten die UV-Strahler besonders effizient – bei einem erhöhten Wirkungsgrad gewährleisten sie eine stabile und vor allem reproduzierbare UV-Leistung. Und das in einem Temperaturbereich des Wassers von 2 bis 30 Grad Celsius.

Vorteile der Anlagenregelung: Die Anlagen arbeiten bei dem kundenspezifischen Betriebspunkt. Als Führungsgröße für die UV-Leistung dient die Bestrahlungsstärke, die sich aus dem aktuellen Durchfluss ergibt. Schwankungen des Durchflusses, der Transmission sowie Effekte der Strahleralterung werden automatisch kompensiert. Ein weiterer Vorteil ergibt sich bei langsam fließendem oder gar stehendem Wasser. Die Leistung der Strahler kann bei diesem Betriebszustand auf 50 Prozent reduziert werden. Dadurch wird eine Erwärmung des Wasser verzögert. Wirtschaftlicher Nebeneffekt: Nicht selten reduziert sich der Energieverbrauch um bis zu 50 Prozent.

Bessere Energieeffizienz

Durch Kombination von elektronischer Vorschalttechnik und den Vario-Flux-Strahlern lassen sich diese über einen Leistungsbereich von bis zu 50 Prozent der elektrischen Nennleistung dimmen. Das gewährleistet die automatische Anpassung an wechselnde Durchflüsse. Im Vergleich zu herkömmlicher UV-Technik führen die neuen, patentierten Vario-Flux-Hochleistungsstrahler mit dynamischer Strahlerheizung auch im Betrieb bei Nennleistung zu einer bis zu 15 Prozent besseren Energieeffizienz. Anwender profitieren durch geringen Energieeinsatz, minimale Strahleranzahl und reduzierte Lebenszykluskosten.

Weitere Informationen zu Prominent finden Sie im Business-Profil auf Seite 47.

Bildergalerie

  • UV-Anlage Dulcodes mit dynamischer Strahlerheizung: Selbst bei einer an den verringerten Durchfluss angepassten reduzierten Leistung bleibt diese stabil bei 50 Prozent; es sind keine Keime am Ausgang.

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