Wasserdesinfektion durch UVC Strahlung
von Jonas Löhr, Teamsprecher der Begabten AG des Melanchthon Gymnasium Bretten
Obwohl jeder Mensch täglich mindestens etwa 5 Liter sauberes Trinkwasser benötigt, haben etwa 880 Millionen Menschen keinen Zugang zu sauberem Trinkwasser. Um dieses Problem anzugehen hat der Seminarkurs “Begabten-AG | Chemie” des Melanchthon-Gymnasiums Bretten sich im vergangenen Schuljahr (2018/19) im Rahmen eines weiteren Projekts, mit dem Claim for Dignity, beschäftigt. Im Projekt “Wasseraufbereitung IV” ging es diesmal um die Wasserdesinfektion mittels UVC-Strahlung.
Wie man schon dem Titel des Projekts entnehmen kann, ist dies bereits unser viertes Jahr, in dem wir uns mit Trinkwasser beschäftigen. Ungefähr 11 % der Weltbevölkerung haben keinen Zugang zu sauberem Trinkwasser. 18 % müssen bis zu 30 Minuten oder länger zu Wasseraufbereitungsanlagen oder unsicherem Oberflächenwasser laufen. Um diesen Umstand zu ändern, haben wir uns entschieden, uns auch dieses Jahr wieder mit Trinkwasseraufbereitung zu beschäftigen. Trinkwasser muss eine Reihe von Anforderungen erfüllen. So muss es beispielsweise frei von Keimen, Viren oder Pilzen sein. Zudem dürfen bestimmte Stoffkonzentrationen nicht überschritten werden. Werden diese Anforderungen nicht erfüllt können sich durch verunreinigtes Wasser Krankheitserreger wie Cholera oder Typhus verbreiten. Bei verunreinigtem Wasser können Bakterien und Viren enthalten sein, diese werden durch die UVC-Lichtquelle inaktiviert, wodurch die Erreger verklumpen und durch den nachfolgenden Aktivkohlefilter herausgefiltert werden. Durch den Aktivkohlefilter filtern wir zu dem auch Schwermetalle heraus.
UV-Strahlung im Allgemeinen steht im elektromagnetischen Spektrum zwischen sichtbarem Licht und Röntgenstrahlung. UVC-Strahlung ist die energiereichste Strahlung im UV-Bereich, sie ist ionisierend, dabei schlägt ein herannahendes UV-Photon ein Elektron aus einer Verbindung (rechtes BIld), und schädigt dementsprechend die DNS und RNS von Bakterien und Viren. UVC-Strahlung bietet viele Vorteile. Herkömmliche Desinfektionsverfahren sind sehr energieintensiv. Im Vergleich dazu braucht unsere UV-Desinfektionsanlage knapp 180 Watt, während unsere vorherige Anlage (Tauchsieder) ungefähr 1000 Watt benötigt, bei einer viel geringeren Desinfektionsleistung. Ein weiterer Vorteil bei einer Desinfektion durch UVC-Strahlung ist die größere Unabhängigkeit von äußeren Gegebenheiten wie beispielsweise geringer Höhendruck. die Energieeffizienz, so kann die von uns verwendete UVC Lampe deutlich größere Mengen Wasser desinfizieren als eine vergleichbare Anlage mit Hitzedesinfektion. Wir können mit unserer derzeitigen Lampenleistung 37 mal mehr Wasser desinfizieren, als wir es momentan tun. Diese geringe Durchsatzmenge ist durch die Konstruktionsweise bedingt. Deshalb erwägen wir dies nächstes Jahr weiter zu entwickeln.
Momentan haben wir eine Durchflussrate von 3,25 Liter pro Minute dies ließe sich rechnerisch zu 121 Liter pro Minute steigern. So könnten statt nur 38 Menschen (Deutscher Durchschnittsverbrauch) ca. 1408 Menschen mit sauberem Trinkwasser versorgt werden. Außerdem würden wir gleichzeitig die Anlage in standardisierte Module gliedern, was eine einfachere Montage und eine einfachere Reparatur ermöglichen würde. Abschließend möchten wir uns noch bei unseren Lehrern bedanken für ihre Unterstützung. Auch bedanken möchten wir uns bei Herrn Schliep für das tolle Projekt.