UV-Strahlung hat drei Wellenlängenzonen: UV-A, UV-B und UV-C, und es ist diese letzte Region, die Kurzwellen-UV-C, die keimtötende Eigenschaften für die Desinfektion hat. Eine Niederdruck-Quecksilberlichtbogenlampe, die einer Leuchtstofflampe ähnelt, erzeugt das UV-Licht im Bereich von 254 Manometern (nm). Ein nm ist ein Millimillistel Meter (10 -9 Meter). Diese Lampen enthalten elementares Quecksilber und ein inertes Gas, wie Argon, in einem UV-übertragenden Rohr, in der Regel Quarz. Traditionell sind die meisten Quecksilberlichtbogen-UV-Lampen der sogenannte "Niederdruck"-Typ, da sie mit relativ niedrigem Teildruck von Quecksilber, niedrigem Gesamtdampfdruck (ca. 2 mbar), niedriger Außentemperatur (50-100oC) und niedriger Leistung arbeiten. Diese Lampen emittieren nahezu monochromatische UV-Strahlung bei einer Wellenlänge von 254 nm, die im optimalen Bereich für die UV-Energieaufnahme durch Nukleinsäuren (ca. 240-280 nm) liegt.
In den letzten Jahren sind Mitteldruck-UV-Lampen, die mit viel höheren Drücken, Temperaturen und Leistungsniveaus arbeiten und ein breites Spektrum an höherer UV-Energie zwischen 200 und 320 nm ausstoßen, kommerziell verfügbar geworden. Für die UV-Desinfektion von heimischem Trinkwasser auf Haushaltsebene sind die Niederdrucklampen und -systeme jedoch völlig ausreichend und sogar Mitteldrucklampen und -systemen bevorzugt. Dies liegt daran, dass sie mit niedrigerer Leistung, niedrigerer Temperatur und niedrigeren Kosten arbeiten und gleichzeitig sehr effektiv sind, um mehr als genug Wasser für den täglichen Haushalt zu desinfizieren. Eine wesentliche Voraussetzung für die UV-Desinfektion mit Lampensystemen ist eine verfügbare und zuverlässige Stromquelle. Während der Leistungsbedarf von Niederdruck-Quecksilber-UV-Lampendesinfektionsanlagen bescheiden ist, sind sie für den Lampenbetrieb unerlässlich, um Wasser zu desinfizieren. Da die meisten Mikroorganismen von Strahlung um die 260 nm betroffen sind, befindet sich die UV-Strahlung im geeigneten Bereich für keimtötende Aktivitäten. Es gibt UV-Lampen, die Strahlung im Bereich von 185 nm erzeugen, die auf Mikroorganismen wirksam ist und auch den gesamten organischen Kohlenstoffgehalt (TOC) des Wassers reduziert. Bei typischen UV-Anlagen gelangen etwa 95 Prozent der Strahlung durch eine Quarzglashülse in das unbehandelte Wasser. Das Wasser fließt wie ein dünner Film über die Lampe. Die Glashülse ist so konzipiert, dass die Lampe bei einer idealen Temperatur von ca. 104 °F bleibt.
UV-Strahlung (Wie es funktioniert)
UV-Strahlung beeinflusst Mikroorganismen, indem sie die DNA in den Zellen verändert und die Fortpflanzung behindert. Die UV-Behandlung entfernt keine Organismen aus dem Wasser, sondern inaktiviert sie lediglich. Die Wirksamkeit dieses Prozesses hängt mit der Belichtungszeit und Lampenintensität sowie allgemeinen Wasserqualitätsparametern zusammen. Die Expositionszeit wird als "Mikrowattsekunden pro Quadratzentimeter" (uwatt-sec/cm2) angegeben, und das US-Ministerium für Gesundheit und menschliche Dienste hat eine Mindestexposition von 16.000 Wattsekunden/cm 2 für UV-Desinfektionssysteme festgelegt. Die meisten Hersteller bieten eine Lampenintensität von 30.000-50.000-Watt-Sek. Im Allgemeinen werden z.B. coliforme Bakterien mit 7.000 Watt-Sek. /cm 2 zerstört. Da die Lampenintensität mit der Zeit mit der Verwendung abnimmt, sind Lampenaustausch und ordnungsgemäße Vorbehandlung der Schlüssel zum Erfolg der UV-Desinfektion. Darüber hinaus sollten UV-Systeme mit einem Warngerät ausgestattet sein, um den Besitzer zu warnen, wenn die Lampenintensität unter den keimtötenden Bereich fällt. Im Folgenden wird die Bestrahlungszeit angegeben, die erforderlich ist, um vollständig verschiedene Mikroorganismen unter 30.000 Watt-Sek. /cm-Dosis UV 254 nm zu inaktivieren.
Allein verwendet, UV-Strahlung verbessert nicht den Geschmack, Geruch oder Klarheit des Wassers. UV-Licht ist ein sehr wirksames Desinfektionsmittel, obwohl die Desinfektion nur innerhalb des Gerätes erfolgen kann. Es gibt keine Restdesinfektion im Wasser, um Bakterien zu inaktivieren, die überleben oder eingeführt werden können, nachdem das Wasser an der Lichtquelle vorbeigeleitet wurde. Der Prozentsatz der zerstörten Mikroorganismen hängt von der Intensität des UV-Lichts, der Kontaktzeit, der Rohwasserqualität und der ordnungsgemäßen Wartung der Geräte ab. Wenn sich Material auf der Glashülse aufbaut oder die Partikelbelastung hoch ist, werden die Lichtintensität und die Wirksamkeit der Behandlung reduziert. Bei ausreichend hohen Dosen werden alle wasserbasierten enterischen Krankheitserreger durch UV-Strahlung inaktiviert. Die allgemeine Reihenfolge der mikrobiellen Resistenz (von den wenigsten bis zum meisten) und die entsprechenden UV-Dosen für extensive (>99,9%) Inaktivierungen sind: vegetative Bakterien und die Protozoenparasiten Cryptosporidium parvum und Giardia lamblia in niedrigen Dosen (1-10 mJ/cm2) sowie enterische Viren und bakterielle Sporen in hohen Dosen (30-150 mJ/cm2). Die meisten Niederdruck-Quecksilberlampen-UV-Desinfektionssysteme können in hochwertigem Wasser leicht UV-Strahlungsdosen von 50-150 mJ/cm2 erreichen und somit im Wesentlichen alle wasserbasierten Krankheitserreger effizient desinfizieren. Gelöste organische Stoffe wie natürliche organische Stoffe, bestimmte anorganische Gelöste wie Eisen, Sulfite und Nitrite sowie Schwebstoffe (Partikel oder Trübung) absorbieren jedoch UV-Strahlung oder schützen Mikroben vor UV-Strahlung, was zu niedrigeren UV-Dosen und einer reduzierten mikrobiellen Desinfektion führt. Eine weitere Sorge über die Desinfektion von Mikroben mit niedrigeren Dosen von UV-Strahlung ist die Fähigkeit von Bakterien und anderen zellulären Mikroben, UV-induzierte Schäden zu reparieren und die Infektiosität wiederherzustellen, ein Phänomen, das als Reaktivierung bekannt ist.
UV inaktiviert Mikroben vor allem durch chemisch verändernde Nukleinsäuren. Die UV-induzierten chemischen Läsionen können jedoch durch zelluläre enzymatische Mechanismen repariert werden, von denen einige unabhängig von Licht sind (dunkle Reparatur) und andere sichtbares Licht erfordern (Photorepair oder Photoreaktivierung). Um eine optimale UV-Desinfektion von Wasser zu erreichen, ist daher eine ausreichende UV-Dosis erforderlich, um größere Nukleinsäureschäden zu verursachen und dadurch DNA-Reparaturmechanismen zu überwinden oder zu überwältigen.
