Stärke und Dimensionierung von UV-Klärer

UV-Strahlung kann vegetative und sporenartige Formen von Bakterien, Viren, anderen Krankheitserregern, Pilzen und von Algen inaktivieren. D. h. sie werden abgetötet oder so geschädigt, dass sie sich nicht mehr vermehren.

In der Aquaristik werden normalerweise UV-C-Lampen verwendet. Die Wellenlänge von UV-C liegt im Bereich von 200 bis 280 Nanometer. Die optimale Wellenlänge, um Mikroorganismen zu inaktivieren liegt im Bereich zwischen 240 und 280 Nanometer. Strahlung dieser Wellenlänge beschädigt die Nukleinsäure in den Zellen der Mikroorganismen irreperabel. DNA wird bei ungefähr 254 Nanometer besonders geschädigt. Weil DNA und RNA die genetischen Informationen für die Fortpflanzung tragen, kann deren Beschädigung einen Organismus sterilisieren.

Einige Mikroorganismen sind in der Lage beschädigte DNA zu reparieren, wenn sie Licht bestimmter Wellenlängen aus dem Bereich des Sonnenlichts ausgesetzt sind. Sie können so sogar eine Sterilisation durch UV-Strahlung rückgängig machen. Allerdings ist das nur innerhalb einer bestimmten Zeit nach der Schädigung möglich, weil DNA-Schäden mit der Zeit unumkehrbar werden.
Professionelle Anlagen zur UV-Desinfektion werden deshalb so gebaut, dass desinfiziertes Wasser direkt nach der Desinfektion keinem Sonnenlicht ausgesetzt wird.

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*Letzte Aktualisierung erfolgte am: 2018-12-10

Mikroorganismen müssen die UV-Strahlung absorbieren, damit sie inaktiviert werden. Verschiedene Faktoren verringern die Wirkung der UV-Strahlung:

  • Chemische und biologische Ablagerungen, die auf UV-Lampen entstehen. Mehr als 0,1 mg/Liter Eisen kann z. B. zu Ablagerungen an der UV-Lampe führen.
  • Im Wasser gelöste organische und anorganische Substanzen
  • Die Farbe des Wassers
  • Dichte Ansammlungen von Mikroorganismen
  • Eisen, Nitrite usw. können UV-Strahlung absorbieren

Untersuchungen haben gezeigt, dass eine niedrige Dosis UV-Strahlung über längere Zeit genauso wirksam ist, wie eine hohe Dosis innerhalb entsprechend kurzer Zeit. Wenn Mikroorganismen über längere Zeit einer UV-Strahlung ausgesetzt sind, wird in gleichen Zeitintervallen immer ein gleichgroßer Teil der lebenden Mikroorganismen inaktiviert.

Die Dosis eines UV-Klärers wird nach der Formel
D = I x t
berechnet.

I ist die Strahlungsdichte in mW/cm2.
t ist die Bestrahlungszeit in Sekunden.
D ist damit die UV-Dosis in mWs/cm2.

UV-Lampen der Firma Philips haben folgende Strahlungsdichte:

Leistung in Watt

Strahlungsdichte in mW/cm2

9

12

15

14

30

15

Wie lange bestrahlt werden muss, um mit einem vorhandenen UV-Klärer bestimmte Mikroorganismen abzutöten, wird also berechnet mit der Formel:
t = I / D, d. h.
Bestrahlungszeit (sec) = Dosis (mWs/cm2) / Strahlungsdichte (mW/cm2)

Die UV-Dosis um Bakterien und Viren zu inaktivieren ist relativ niedrig. Für Bakterien und Viren wird als erforderliche Dosis der Wert 10 mWs/cm2 angenommen. Das entspricht der Dosis bei der 90 % Tuberkulosebakterien abgetötet werden. Tuberkulosebakterien sind relativ widerstandsfähige Bakterien. So kann abgeschätzt werden, wie lange Bakterien der UV-Strahlung eines bestimmten UV-Klärers ausgesetzt werden müssen.

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Für Algen setzt man mit bis zu 800 mWs/cm2 eine wesentlich höhere Dosis an.

Leistung in Watt

Strahlungdichte in mW/cm2

90 % Bakterien und Viren getötet in sec

90 % Algen getötet in sec

9

12

0,83

67

15

14

0,71

57

30

15

0,67

53

Aber auch bei einer geringeren Dosis als angegeben werden Mikroorganismen deaktiviert. Der Prozentsatz, wie viele Mikroorganismen bei einem Durchlauf durch den UV-Klärer jeweils inaktiviert werden, wird dabei aber geringer. Im Normalfall müssen auch nicht alle Mikroorganismus mit nur einem Durchlauf durch den UV-Klärer zu 100 % inaktiviert werden.

Ein UV-Klärer bestrahlt natürlich nicht die gesamte Wassermenge eines Aquariums gleichzeitig, sondern immer nur einen ganz geringen Teil. Von der Wassermenge im Aquarium, der Pumpenleistung, der Vermehrungsrate der Mikroorganismen und anderen Faktoren hängt es ab, wie lange es z. B. dauert, bis die Wasserqualität eines ganzen Aquariums merklich verbessert ist. Dabei können längere Kontaktzeiten der Strahlung mit den Mikroorganismen und höhere Strahlungsdichten die Zeit deutlich verkürzen.

Die Lebensdauer durchschnittlicher UV-Lampen beträgt etwa 8000 Betriebsstunden. Zum Ende der Betriebszeit ist die UV-Strahlung um ca. 30 % verringert. Diese Reduzierung sollte bei der Dimensionierung berücksichtigt werden.

In die Überlegung zur Dimensionierung gehen also eine ganze Reihe von Faktoren ein. Diese Faktoren enthalten teilweise subjektive Bewertungen, z. B.:

  • Sollen möglichst schnell alle Mikroorganismen inaktiviert werden?
  • Reicht es aus, wenn langsam aber stetig ein Teil der Mikroorganismen inaktivert wird?

Detaillierte Informationen zur UV-Strahlung und ihr Wirkung auf Mikroorganismen stehen im Internet im:
EPA Guidance Manual
Alternative Disinfectants and Oxidants

Sind UV-Klärer mit 5 Watt sinnvoll?

Es reicht normalerweise aus, wenn mehr Mikroorganismen inaktiviert werden als neue Mikroorganismen hinzukommen, z. B. durch Fortpflanzung. Ein Aquarium soll nicht innerhalb möglichst kurzer Zeit vollkommen steril gemacht werden. Parasiten und Mikroben sollen lediglich auf ein gesundes Maß reduziert werden. Selbst wenn aufgrund der geringeren Strahlungsdichte nur jeweils 50 % oder weniger der Mikroorganismen bei einem Durchlauf durch den UV-Klärer deaktiviert werden, reicht das vollkommen aus.

Andererseits arbeiten UV-Klärer mit höherer Wattzahl schneller als UV-Klärer geringerer Wattzahl. So kann je nach Bedingungen eine Algenblüte mit einem großen UV-Klärer schon beseitigt sein, während ein kleiner Strahler noch keine spürbare Verbesserung zeigt.

Je nach Anspruch werden deshalb von einigen Aquarianern Geräte mit 5 Watt als grundsätzlich zu klein angesehen, während andere Aquarianer aus ihrer Erfahrung schreiben, dass ein UV-Brenner mit 5 W Leistung ohne Probleme bis zu 2500 Liter Wasser bei einer Pumpenleistung von etwa 1500 Liter/Minute von Trübstoffen und Algensporen befreien und freihalten kann.

Angenommen, in einem Aquarium mit 500 Liter Wasserinhalt arbeitet der UV-Klärer mit 5 Watt als Bypass zu einem Filter, der pro Stunde 250 Liter Wasser umwälzt. Wenn die Hälfte des Wassers durch den Bypass läuft, dann wird in einer Stunde 25 % des Aquarienvolumens zu einem bestimmten Prozentsatz entkeimt. Beträgt der Prozentsatz 50 %, sind nach 4 Stunden 50 % der Mikroorganismen inaktiv. Nach 2 Stunden, also einem kompletten Durchlauf des Wassers sind 25 % inaktiv.

Leider liegen mir derzeit keine Angaben zur Strahlungsdichte von 5 Watt UV-Klärern vor.

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