Weitere photochemische Reaktionen und Ozonerzeugung durch UV-Strahlung

Handelsübliche UVC-Geräte zur Verwendung an Teichanlagen und Innenhälterungen, die gemäß der Vorgaben des jeweiligen Herstellers betrieben werden, sind nur in seltenen Fällen dazu in der Lage diese photochemische Reaktion hervorzubringen.

Ein solcher Fall ist die unübliche Verwendung sogenannter „ozonerzeugender Lampen“ unter Wasser. Dieser besondere Typ einer UVC-Lampe emittiert über 20% der erzeugten Strahlung bei der Wellenlänge 185nm (siehe Abbildung x „Spektralverteilung ozonerzeugender Hg-Niederdrucklampen“), was eine sehr energiereiche Strahlung darstellt. Alle Quecksilber-Niederdrucklampen erzeugen auch 185nm-Strahlung. Es entscheidet also alleine die Durchlässigkeit des verwendeten Quarzglases darüber ob dieser Teil der Strahlung die Lampe „verlässt“ oder nicht. Unterschieden wird hierbei in dotiertes (=ozonfreies), natürliches (=ozonreduziertes) und synthetisches (=ozonerzeugendes) Quarzglas.

Hauptverwendungszweck der ozonerzeugenden Lampen ist die gleichzeitige Desinfektion und Beseitigung störender Gerüche in Luftreinigungsanlagen z.B. in den Abzugsschächten von Großküchen und Schlachtbetrieben. Die kurzwellige UVC-Strahlung um 185nm ist so energiereich, dass sie molekularen Luft-Sauerstoff [O₂] zu atomarem Sauerstoff [O•] aufspaltet, woraus sich dann Ozon [O₃] bilden kann. Dieser Teil der Strahlung wird allerdings bereits von Luft, genauer, dem darin enthaltenen Luftsauerstoff (~21% Vol.), vollständig absorbiert, so dass die gewünschte Ozonerzeugung der Logik folgend auch nur an Luft gewährleitet ist. In Wasser scheitert die Ozonerzeugung bereits an der zwischen Lampe und Hüllrohr des z.B. Tauchstrahlers eingeschlossenen Luft. Einzig das UVOX-Verfahren, bei dem die an der UVC-Lampe vorbeigeführte Luft unmittelbar nach Passieren in den Wasserstrom vor der UVC-Lampe eingebracht wird, nutzt aktuell eine ozonerzeugende UVC-Lampe so, dass Ozon erzeugt und auch dem Wasser zugeführt wird.

Selbst hochwertigste Tauchstrahler, die auf speziellen Kundenwunsch bereits vom Hersteller mit ozonerzeugenden Lampen und somit Stickstoff gespülten Hüllrohren ausgeliefert werden, erzeugen in Wasser keine brauchbaren Mengen an Ozon. Strahlung, die bereits vollständig von Luft absorbiert wird, dringt selbsterklärend nicht in Wasser ein und trifft somit auch lediglich per Zufall und direkt an der Oberfläche des Hüllrohrs auf vereinzelte Sauerstoffmoleküle.

Anders verhält es sich mit der bereits weiter oben erwähnten Nitratphotolyse, denn Nitrat liegt überwiegend in deutlich höheren Konzentrationen (>50mg/l) im Teichwasser vor als Sauerstoff. Zwar ist auch hierbei die tatsächliche Kontaktfläche wegen der nicht vorhandenen Eindringtiefe der kurzwelligen Strahlung <200nm auf die Oberfläche des Hüllrohrs der UVC-Anlage beschränkt, jedoch ist die Menge der Nitratverbindungen im Wasser markant höher und die Abbaurate von Nitrit deutlich geringer als die von Ozon, so dass sich der Nitritgehalt durch den Einsatz ozonerzeugender Lampen am Teich aufgrund photochemischer Reaktionen dauerhaft erhöhen kann. Sobald jedoch die Lampe ausgetauscht und das Hüllrohr dabei meist nicht mehr mit Stickstoff gespült wurde, gilt auch hier wieder, dass die 185nm-Strahlung annähernd vollständig im Hüllrohr absorbiert wird und somit auch der markante Nachteil einer ozonerzeugenden UVC-Lampe beim Einsatz an Teichanlagen aufgehoben ist. Es soll nun nicht generell gelten, dass diese Lampen die Nitritkonzentration in jedem Fall erhöht, jedoch ist mit dem Einsatz solcher Lampen eine der Voraussetzungen hierfür geschaffen.

Die wohl häufigste Ursache unerwünschter photochemischer Reaktionen wie die Nitratphotolyse ist jedoch im unsachgemäßen und von den Herstellervorgaben abweichenden Gebrauch nicht ozonerzeugender UVC-Anlagen zu finden. Der einzige Auslöser hierfür ist eine zu hohe Dosis der UVC-Strahlung bei 254nm, die der Teichbesitzer nicht selten durch eine nicht der Durchflussrate angepassten UVC-Leistung selbst verursacht. Im Bypass betriebene UVC-Durchlaufreaktoren, deren tatsächliche Durchflussrate nur sehr wage bestimmt werden kann, sind der überwiegende Grund solcher Störungen. Sollte also eine unerklärbar und dauerhaft erhöhte Nitritkonzentration vorliegen, kann in Verbindung mit UV-Anlagen bereits eine Erhöhung der Durchflussrate dieses Problem beseitigen. Ist das nicht möglich, muss eventuell die UVC-Leistung herabgesetzt werden. Selbstverständlich kann auch eine ungenügend arbeitende biologische Aufbereitung des Wassers hierfür verantwortlich sein.

Um eventuell vorhandenen Problemen innerhalb ihrer Teichanlage und mit Bezug zum Einsatz von UVC-Geräten schneller auf die Spur zu kommen, kann ihnen der folgende Absatz behilflich sein.

Momentan sind zwei Arten reiner UVC-Systeme für Teichanlagen am Markt erhältlich. Durchlaufreaktoren und offene Tauchstrahler. Für beide gilt, nicht das Teichvolumen ist für die Auslegung solcher Anlagen maßgeblich, sondern die Durchflussrate im direkten Wirkungsbereich der UVC-Lampe. Beide sollen dieselbe Aufgabe erledigen, also müssen auch beide Systeme dieselbe Dosis bereitstellen können. Die hierzu notwendige Lampenleistung für den jeweiligen Einzelfall zu ermitteln macht entsprechende Berechnungen notwendig. Da man die hierfür zwingend notwendigen Formeln, Tabellen und Kennlinien nicht immer zur Hand hat und es auch mal schnell gehen sollte, kann man sich wenigstens näherungsweise mit einer „neuen“ und echten Faustformel behelfen. In diese Faustformel sind sowohl die Ergebnisse unterschiedlicher Auslegungsberechnungen als auch Erfahrungen aus der Praxis mit eingeflossen. Dennoch und aufgrund der hierbei nicht zu erfassenden individuellen Einflussfaktoren wie z.B. Wasserhärte, Trübungsgrad, Geometrie und Volumen der Bestrahlungskammer etc. stellt sie nur einen etwaigen Ansatz dar und ist keinesfalls als generell verbindlich anzusehen.