UV-LEDs zur Wasserdesinfektion

Die Aufbereitung von Wasser durch Bestrahlung mit UVC-Licht aus Quecksilberlampen ist heute bereits eine weit verbreitete Technologie. Die UVC-Strahlung löst biochemische Reaktionen in Mikroorganismen aus, die diese abtötet bzw. ihre Vermehrung verhindert. Der primäre Mechanismus ist die Ausbildung von Bindungen zwischen benachbarten Nukleinbasen (Cytosin und Thymin) auf demselben DNA- oder RNA-Strang, welcher die Reproduktion der Mikroorganismen blockiert. Eine Wasseraufbereitung mit UVC-Strahlung erübrigt den unerwünschten Einsatz stofflicher Desinfektionsmittel.

Ziel ist es, UVC-LEDs zu entwickeln, deren Konversionseffizienzen und Lebensdauern möglichst nahe an die von Quecksilberlampen heranreichen oder diese gar übertreffen. Doch auch lange bevor dieses Ziel erreicht ist, können bereits technische Lösungen mit UVC-LEDs erfolgreich sein, da sich geringe Konversionseffizienzen oder hohe Herstellungskosten über andere technische Vorteile der UVC-LEDs kompensieren lassen, wie z.B. ihre langen Lebensdauern, optimal eingestellte Peak-Wellenlängen, Dimmbarkeit oder kompakte Bauform.

Durch Einführung von UVC-LEDs als Strahlungsquellen können die Hersteller von Wasserbehandlungsanlagen ihre Produktpalette erweitern oder sogar tief greifend umstellen. Neben den Aspekten der Quecksilberfreiheit, der Bruchsicherheit und der Lebensdauerverlängerung der Strahlungsquelle ergeben sich insbesondere durch die extrem schnellen Einschaltzeiten und den sehr großen Dynamikbereich der UVC-LEDs neue, effektivere Steuerungskonzepte für die Wasserdesinfektionsanlagen. Beispielsweise braucht die Anlage nicht mehrere Minuten vor der eigentlichen Durchströmung des Reaktors mit Wasser gestartet werden, um sie auf das entsprechende UV-Intensitätsniveau zu bringen. Zudem kann die Wellenlänge der UVC-LEDs optimal an die Zusammensetzung des zu behandelnden Wassers angepasst werden.

 

 Weitere Vorteile

Dezentrale Aufbereitungssysteme haben typische Wasserdurchsätze von 1 m3/h oder darunter und zielen auf Märkte wie z.B. Brunnenanlagen von Selbstversorgern, Entwicklungs- und Schwellenländer mit mangelndem hochwertigen, zentralen Wasserversorgungssystem, Länder der 1. Welt in Gebieten ohne Wassernetzinfrastruktur, mobile Anwendungen jedweder Art (z.B. Schiffe, Flugzeuge, Rettungs- und Katastrophenfälle) oder hygienisch besonders anspruchsvolle Wasserentnahmestellen (z.B. Krankenhäuser, Lebensmittelproduktion). Bei diesen Anwendungen ist es von Vorteil, dass UVC-LEDs bei niedrigen Gleichspannungen aus Batterien oder Solaranlagen betrieben werden können und dass sie wartungsarm, mechanisch robust und frei von toxischen Substanzen sind. UVC-LEDs bieten die große Chance, das fundamentale Problem der UVC-Wasserentkeimung, nämlich ihre fehlende Nachhaltigkeit, zu umgehen, indem zum Prinzip der „Endstellenentkeimung“ übergegangen wird, d.h. der Entkeimung direkt an der Zapfstelle.

Insbesondere für mittlere und große Durchsätze bei der Wasseraufbereitung ist Energieeffizienz von wesentlicher Bedeutung. UV-Strahlungsquellen sollten bei den kleinen Durchschnittsflüssen, die bei Abwasseranlagen bis zu einem Faktor 6 unter den maximalen Designdurchflüssen liegen, in einem sehr niedrigen Leistungsbereich betrieben werden können. Während sich konventionelle Quecksilberlampen nur auf 50 bis 30 % der Maximalleistung herunter regeln lassen, gibt es eine solche untere Grenze für UVC-LEDs nicht. Selbst wenn die UVC-LEDs nur halb so effizient wie Quecksilberlampen wären, würde dieser Vorteil der UVC-LEDs die mittlere Leistungsaufnahme schon deutlich reduzieren. Der Energieeinspareffekt, kombiniert mit einer verlängerten Leuchtquellenlebensdauer und neuen Reaktordesigns, würde bei einer großtechnischen Lösung mit einem Wasserdurchsatz im Bereich ~100 m3/h insbesondere die Betriebskosten signifikant verringern.