DE3739966A1 - Vorrichtung zur desinfektion von wasser durch uv-bestrahlung - Google Patents

Description

Die Qualität von Trinkwasser kann durch die Anwesen­ heit gelöster und ungelöster Wasserinhaltsstoffe unterschiedlich beeinflußt werden. Diese Wasserin­ haltsstoffe beeinträchtigen auch in unterschiedlichem Maße die Wirkung der UV-Bestrahlung zum Zwecke der Desinfektion.

Die großtechnische Anwendung der UV-Bestrahlung zur Desinfektion von Wasser hat sich bisher deshalb noch nicht durchgesetzt, weil geeignete, einfache Meßeinrichtungen fehlen, mit denen die Wirksamkeit der UV-Bestrahlung nachgewiesen werden kann.

Aktinometrische Messungen und andere chemische Ver­ fahren erfordern einen großen apparativen Aufwand. Die Feststellung der bakteriologischen Wirksamkeit durch Entnahme von Wasserproben, Bebrütung und Aus­ zählung der verbliebenen Reizkeimzahl bedingt einen Zeitaufwand von etwa 48 Stunden und ermöglicht damit keine unverzügliche Überprüfung der Wirksamkeit der UV-Bestrahlung.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zu schaffen, die es bei der Desinfektion von Wasser durch UV-Be­ strahlung gestatten, die wirksame Durchführung der UV-Bestrahlung sofort zu überprüfen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kenn­ zeichnenden Merkmale der Ansprüche 1 und 3 gelöst.

Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegen­ stand der Unteransprüche.

Zur Erzielung einer ausreichenden Desinfektionslei­ stung ist es notwendig, die dem UV-Verfahren zugrunde liegenden Einflußgrößen zu kennen.

Die Desinfektionsleistung der UV-Strahlen wird durch das Einwirken einer UV-Mindestdosis auf den Mikroor­ ganismus erzielt.

Die Art des Mikroorganismus, der physiologische Zu­ stand seiner Zellen sowie die Umgebungsfaktoren bestimmen seine UV-Empfindlichkeit. Zum Abtöten von Bakterien und Viren genügen im allgemeinen geringere Bestrahlungsdosen, als sie für Pilze und Hefen erfor­ derlich sind. Unterschiede im Ernährungszustand und in der Wachstumsphase machen sich ebenso bemerk­ bar wie unterschiedliche physikalische und chemische Parameter im Bestrahlungsmilieu.

Die Inaktivierung der Mikroorganismen erfolgt durch photochemische Reaktionen mit den bakteriziden UV- C-Strahlen. Die Strahlen von 240 bis 280 nm werden von den Nucleinsäuren absorbiert. Es kommt dabei insbesondere zur Bildung von Dimeren, bevorzugt an den Thyminbasen. Diese Veränderung blockiert sofort die Bindungsmöglichkeit zu den Adeninbasen und macht eine weitere Zellvermehrung und damit den Stoffwechsel unmöglich. Die UV-Desinfektion erfordert daher nur eine kurze Kontaktzeit, wobei das desinfizierte Wasser sofort nach Verlassen der UV-Anlage ohne Nachbehandlung ablaufen kann.

Die UV-Dosis ist die für die Desinfektion maßgebende physikalische Größe der UV-Bestrahlung. Sie ist das Produkt aus Bestrahlungsdauer und Bestrahlungs­ stärke.

Die Bestrahlungsdauer stellt die Expositionszeit der Wasserinhaltsstoffe am Strahler dar und wird durch die Durchflußgeschwindigkeit und die Geometrie in der Strahlungskammer beeinflußt. Dabei muß gewähr­ leistet werden, daß die maximale Durchflußgeschwin­ digkeit nicht überschritten wird, damit die Bakterien ein genügende UV-Dosis erhalten.

Die Bestrahlungsstärke als zweite Einflußgröße der UV-Bestrahlungsdosis ist der Quotient der auf eine Fläche auftreffenden Strahlungsleistung und dieser Fläche. Maßgebend für die Bestrahlungsstärke ist die UV-C-Leistung des Strahlers, die z. B. bei Queck­ silber-Niederdruckstrahlern ca. 40% der elektischen Leistungsaufnahme des Strahlers beträgt. Höhere Stromaufnahmen der Strahler und schwankenden Fließge­ schwindigkeiten führen schon bei Trinkwasser mit höheren Härtegraden zur Belagsbildung auf den Quarz­ schutzrohren.

Erfindungsgemäß wird somit die wirksame Bestrahlungs­ stärke sowie die Durchflußgeschwindigkeit des Wassers durch die UV-Bestrahlungszone gemessen und aus beiden Meßwerten ein Signal ermittelt, das der UV-Dosis entspricht und das zur Anzeige gebracht und/oder zur Steuerung von Wasserdurchfluß und/oder wirksamer UV-Bestrahlungsleistung verwendet wird.

Damit wird verhindert, daß infolge verringerter Transmission (Trübung oder Absorption) des Wassers, Belagsbildung auf dem Quarzschutzrohr und kleinerer Strahlerleistung due UV-Bestrahlungsstärke so weit absinkt, daß in Abhängigkeit der Durchflußge­ schwindigkeit die UV-Dosis zu gering und das Wasser nicht mehr ausreichend desinfiziert wird.

Die Strahlerleistung ist abhängig von der Strahler­ nutzungsdauer. Nach der vom Hersteller garantierten Nutzungsdauer ist die zur Erreichung der Mindestdosis erforderliche Bestrahlungsstärke unterschritten und der Strahler muß ausgetauscht werden.

Die Transmission des Wasser ist definiert als das Verhältnis von durchgelassener Strahlungsleistung zur auffallenden Strahlungsleistung.

Die Annahme, daß die UV-Bestrahlung nur in klarem Wasser wirksam ist, trifft nur teilweise zu. Richtig ist, daß gelöste Stoffe, wie z. B. organischer Verbin­ dungen und Salze, eine Abnahme der Strahlungsstärke durch Absorption bewirken.

Suspendierte Partikel absorbieren jedoch im Gegensatz zu den gelösten Stoffen die auf die Teilchen auftref­ fende UV-Strahlung nur zum Teil. Der wesentliche Teil des UV-Lichtes wird von den Partikeln gestreut und geht so für die Keimreduktion nicht verloren. Deshalb werden bei trübem Wasser erheblich bessere Keimreduktionen erzielt, als dies aufgrund der reinen Transmissionsmessung zu erwarten ist.

Die im Markt befindlichen Überwachungsgeräte verwen­ den nur einen Photosensor für die Messung der Be­ strahlungsstärke, nicht aber gleichzeitig ein Durch­ flußmeßgerät, so daß nicht die wirksame UV-Dosis gemessen werden kann.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung veranschaulicht.

Die dargestellte Anlage zur Desinfektion von Wasser durch UV-Bestrahlung enthält eine vom Wasser durch­ strömte Bestrahlungskammer (Fließrichtung gemäß Pfeil 1).

In dieser Bestrahlungskammer (4) ist wenigestens ein UV-Strahler (5) angeordnet, der von einem Quarz­ schutzrohr (5 a) umhüllt ist. Die Anordnung weiterer Strahler ist beliebig. Der Anschluß des UV-Strahlers (5) erfolgt beliebig über elektrische Zuleitung (6), die zur Bestrahlungskammer abgedeckt oder abge­ dichtet ist.

In der Wand (8), die die UV-Bestrahlungskammer (4) umschließt, ist wenigstens ein Photosensor (9) ange­ ordnet, der die wirksame Bestrahlungsstärke mißt. Dieser Photosensor (9) erfaßt damit die von einem oder mehreren UV-Strahlern abgegebene Strahlung, und zwar entweder direkt oder indirekt über Spiegel. Der Photosensor (9) berücksichtigt dabei die jewei­ lige Situation, die sich aus der Leistung des Strah­ lers, einer etwaigen Belagbildung auf dem Quarz­ schutzrohr (5) und der Transmission des Wassers ergibt.

In der Rohrleitung (2) ist ferner ein Durchflußmen­ genmeßgerät (10) angeordnet, das die Durchflußge­ schwindigkeit des Wassers (und damit die Durchfluß­ menge pro Zeiteinheit) ermittelt. Für dieses Durch­ flußmengenmeßgerät (10) können die verschiedensten handelsüblichen Durchflußmeßgeräte eingesetzt werden, jedoch aus spezielle magnetische, mechanische oder auf Ultraschallbasis arbeitende Geräte. Das Durch­ flußmengenmeßgerät kann dabei wahlweise auf der Zulauf- oder Auslaufseite der UV-Bestrahlungszone angeordnet werden.

Die Meßsignale des Photosensors (9) und des Durch­ flußmengenmeßgerätes (10) werden einem Mikroprozessor (11) zugeführt, der unter Verwendung einer geeigneten Software aus den beiden Meßwerten ein der UV-Dosis entsprechendes Signal ermittelt. Dieses Signal kann beispielsweise in der Einheit mJ/cm² oder einer geeigneten anderen Einheit auf einem Anzeigeinstru­ ment (12) zur Anzeige gebracht und/oder einem Schrei­ ber (13) zugeführt werden.

Der Mikroprozessor (11) kann ferner weitere Steuer­ signale (Leitung 14) abgeben, durch die bei Unter­ schreiten eines Mindestwertes der UV-Dosis der Was­ serdurchfluß mittels Absperrschieber (15) geschlossen wird, damit nicht ungenügend bestrahltes Wasser, dem eine zu geringe Desinfektionsleistung abgegeben wurde, zum Verbraucher gelangt.

Weiterhin können durch diese vom Mikroprozessor (11) abgegebenen Steuersignale elektrische Schaltein­ richtungen gesteuert werden, die die Anzahl der eingeschalteten UV-Strahler verringern oder vergrö­ ßern, um die UV-Dosis dem tatsächlichen Bedarf anzu­ passen und eine Überdosierung zu vermeiden.

Ebenfalls können die Steuersignale dazu verwendet werden, mittels eines motorisch angetriebenen Ab­ sperrschiebers (15) die Durchflußgeschwindigkeit so zu verringern, daß bei maximaler Strahlereinschal­ tung trotz der verschlechterten Wasserqualität noch eine ausreichende UV-Dosis zur Desinfektion abgegeben wird, ohne daß der Durchfluß ganz gesperrt wird.

Claims (4)

1. Verfahren zur Desinfektion von Wasser durch UV- Bestrahlung in einer durchströmten UV-Bestrah­ lungszone (4), dadurch gekennzeichnet, daß die wirksame Bestrah­ lungsstärke sowie die Durchflußgeschwindigkeit des Wassers durch die UV-Bestrahlungszone (4) gemessen und aus beiden Meßwerten ein der UV- Dosis entsprechendes Signal gebildet wird, das zur Anzeige gebracht und/oder zur Steuerung von Wasserdurchfluß und/oder wirksamer UV-Bestrah­ lungsleistung verwendet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die wirksame Bestrahlungsstärke mittels wenigstens eines Photosensors (9) ermittelt wird, der die von einem UV-Strahler (5) abgegebene Strahlung nach Hindurchtritt durch eine Schicht des strömenden Wassers mißt.

3. Vorrichtung zur Desinfektion von Wasser durch UV-Bestrahlung in einer mit wenigstens einem UV- Strahler (5) versehenen, durchströmten UV-Be­ strahlungszone (4), gekennzeichnet durch folgende Bauelemente:

• a) eine erste Einrichtung (9) zur Messung der wirksamen Bestrahlungsstärke,
• b) eine zweite Einrichtung (10) zur Messung der Durchflußgeschwindigkeit des Wassers durch die UV-Bestrahlungszone (4),
• c) einen Mikroprozessor (11), der aus den von den beiden Einrichtungen (9, 10) gelieferten Meßwerten ein der UV-Dosis entsprechendes Signal ermittelt,
• d) an den Mikroprozessor (11) angeschlossene Anzeige- und/oder Steuereinrichtungen zur Anzeige der eingesetzten UV-Dosis und/oder zur Steuerung des Wasserdurchflusses und/oder der wirksamen UV-Bestrahlungsleistung.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, daß die Einrichtung zur Messung der wirk­ samen Bestrahlungsstärke wenigstens einen Photo­ sensor (9) enthält, der an der entferntesten Stelle zum Strahler an der Wand (8) einer die UV- Bestrahlungszone (4) umschließenden Bestrahlungs­ kammer angeordnet ist, wobei sich zwischen diesem Photosensor (9) und einem UV-Strahler (5) eine Schicht strömenden Wassers befindet.