UV-Desinfektion schützt Kühlwasser vor Keimwachstum

Offene Kühltürme sind für zahlreiche industrielle Prozesse unverzichtbar. Sie führen Wärme ab, indem ein Teil des Kühlwassers verdunstet. Das Wasser kommt dabei mit der Umgebungsluft in Berührung und kann Verunreinigungen sowie Mikroorganismen aufnehmen.

Unter geeigneten Bedingungen können sich Bakterien im Wasserkreislauf vermehren. Besonders kritisch sind Legionellen, die über feinste Wassertröpfchen in die Umgebung gelangen können. Für Betreiber solcher Anlagen gehört die Kontrolle der Wasserhygiene deshalb zu den grundlegenden Anforderungen. Neben chemischen Verfahren kommen zunehmend physikalische Behandlungsmethoden infrage. Der Einsatz von UV-C-Strahlung ermöglicht es, Mikroorganismen während der Bestrahlung zu inaktivieren, ohne dem Wasser zusätzliche chemische Desinfektionsmittel zuzuführen.

UST nutzt UV-C-Strahlung zur Wasserdesinfektion

Das Unternehmen UST entwickelt UV-Systeme zur Behandlung von Wasser in industriellen Anlagen. Die Technologie arbeitet mit ultravioletter Strahlung einer Wellenlänge von etwa 254 Nanometern. Diese UV-C-Strahlung kann das Erbmaterial von Mikroorganismen schädigen und dadurch ihre Fähigkeit zur Vermehrung beeinträchtigen. Der wesentliche Unterschied zur chemischen Desinfektion liegt in der Wirkungsweise. Während chemische Verfahren auf zugesetzten Wirkstoffen beruhen, erfolgt die UV-Behandlung unmittelbar durch die Bestrahlung des Wassers. Voraussetzung ist, dass die Mikroorganismen eine ausreichend hohe Strahlungsdosis erhalten. Neben der Intensität und der Dauer der Bestrahlung spielt deshalb auch die Wasserqualität eine wichtige Rolle. Trübungen und bestimmte Wasserinhaltsstoffe können die Ausbreitung der UV-Strahlung beeinträchtigen. Entsprechend muss die Behandlungstechnik auf die jeweiligen Betriebsbedingungen abgestimmt werden. Eine weitere Besonderheit ist die fehlende Langzeitwirkung. Anders als bestimmte chemische Desinfektionsmittel bleibt nach der UV-Behandlung kein Wirkstoff im Wasser zurück. Mikroorganismen, die sich außerhalb des bestrahlten Bereichs befinden, werden daher nicht unmittelbar erfasst. Die Technologie muss aus diesem Grund in ein umfassendes Konzept zur Wasserhygiene eingebunden werden.

Offene Kühltürme erfordern besondere Hygienemaßnahmen

Bei offenen Verdunstungskühlanlagen wird erwärmtes Wasser mit der Umgebungsluft in Kontakt gebracht. Durch die Verdunstung eines Teils des Wassers wird Wärme abgeführt, während das verbleibende Wasser abgekühlt und erneut im Kreislauf verwendet werden kann. Dieses Funktionsprinzip bringt hygienische Herausforderungen mit sich. Über die Luft können Staub, organische Stoffe und Mikroorganismen in das Wasser gelangen. Je nach Temperatur, Wasserbeschaffenheit und Betriebsweise entstehen Bedingungen, die mikrobielles Wachstum begünstigen. Besondere Aufmerksamkeit erfordern Legionellen. Werden belastete Wassertröpfchen als Aerosole freigesetzt und eingeatmet, können gesundheitliche Risiken entstehen. Betreiber entsprechender Anlagen müssen deshalb geeignete Maßnahmen zur Überwachung und Behandlung des Kühlwassers treffen. Dazu gehören neben der eigentlichen Desinfektion auch die Reinigung und Kontrolle der wasserführenden Komponenten. Ablagerungen und Biofilme können die hygienischen Bedingungen beeinflussen und die Wirksamkeit einzelner Behandlungsverfahren beeinträchtigen. Eine UV-Anlage kann die mikrobielle Belastung im behandelten Wasser reduzieren. Sie ersetzt jedoch nicht automatisch sämtliche anderen Maßnahmen, die für den sicheren Betrieb einer Verdunstungskühlanlage erforderlich sind.

UV-Reaktoren für bis zu 40 Kubikmeter Wasser pro Stunde

Für die Behandlung größerer Wassermengen bietet UST geschlossene UV-Reaktoren an. Dabei wird das Kühlwasser durch einen Edelstahlbehälter geführt, in dem mehrere UV-Strahler angeordnet sind. Während des Durchflusses wird das Wasser bestrahlt, sodass darin enthaltene Mikroorganismen inaktiviert werden können. Je nach Ausführung kommen vier, sechs oder acht Strahler zum Einsatz. Ein vorgestelltes System verfügt über eine elektrische Leistung von 600 Watt und kann nach Angaben des Unternehmens bis zu 40 Kubikmeter Wasser pro Stunde behandeln. Damit ist die Technik auch für industrielle Anwendungen mit größeren Wasserdurchsätzen vorgesehen. Die tatsächliche Auslegung muss allerdings berücksichtigen, welche UV-Dosis für die gewünschte Behandlung erforderlich ist und wie gut das jeweilige Wasser die Strahlung passieren lässt. Ein Vorteil der geschlossenen Reaktoren liegt in der definierten Wasserführung. Das zu behandelnde Wasser passiert einen festgelegten Bestrahlungsbereich, bevor es wieder in den Kreislauf gelangt. Die Technik lässt sich deshalb grundsätzlich in geeignete vorhandene Rohrleitungssysteme integrieren. Für die Nachrüstung muss eine passende Einbaustelle vorhanden sein. Auch die hydraulischen Bedingungen und der Wartungszugang sind bei der Planung zu berücksichtigen.

Tauchstrahler für vorhandene Kühl- und Pufferbehälter

Neben den geschlossenen Reaktoren entwickelt UST UV-Tauchstrahler, die unmittelbar in Wasserbehältern eingesetzt werden können. Die Strahler werden dabei direkt in das zu behandelnde Wasser eingebracht. Dieser Ansatz kann insbesondere für bestehende Anlagen interessant sein, bei denen der Einbau eines zusätzlichen Durchflussreaktors mit größerem Aufwand verbunden wäre. Statt eine separate Behandlungskammer in eine Rohrleitung einzufügen, erfolgt die Bestrahlung innerhalb des vorhandenen Behälters. Allerdings unterscheiden sich die technischen Voraussetzungen. Während bei einem geschlossenen Reaktor die Wasserführung gezielt durch den Bestrahlungsbereich erfolgt, hängt die Wirkung eines Tauchstrahlers stärker von der Geometrie des Behälters und der Bewegung des Wassers ab. Die Strahlung muss die relevanten Wasserbereiche erreichen, um eine ausreichende Behandlung zu ermöglichen. Deshalb sind die Positionierung der Strahler und die vorhandenen Strömungsverhältnisse wichtige Planungskriterien. Welche Variante sinnvoller ist, lässt sich nicht pauschal beantworten. Entscheidend sind die Konstruktion der Kühlanlage, die Wasserqualität und die erforderliche Desinfektionsleistung.

Anwendungen in Stahlwerken, Brauereien und Produktionsanlagen

Industrielle Kühlkreisläufe kommen in sehr unterschiedlichen Branchen zum Einsatz. In Stahlwerken und bei der Glasherstellung müssen große Wärmemengen abgeführt werden. Auch in der Automobilindustrie und bei ihren Zulieferern wird Kühlwasser benötigt, um Maschinen und Produktionsprozesse innerhalb der vorgesehenen Temperaturbereiche zu betreiben. Weitere Anwendungen bestehen in der Lebensmittel- und Getränkeindustrie. Brauereien benötigen beispielsweise Kühlung bei verschiedenen Herstellungsschritten. Dabei unterscheiden sich die Anforderungen an die Kühltechnik je nach Prozess und Anlagengröße erheblich. Für die hygienische Bewertung ist insbesondere die Bauweise des Kühlsystems relevant. Offene Verdunstungskühlanlagen stehen in unmittelbarem Kontakt mit der Umgebungsluft. Geschlossene Kreisläufe weisen dagegen andere Betriebsbedingungen auf und stellen entsprechend unterschiedliche Anforderungen an die Wasserbehandlung. Der Einsatz einer UV-Anlage muss deshalb auf den konkreten Kühlprozess abgestimmt werden. Neben dem erforderlichen Wasserdurchsatz sind die Wasserbeschaffenheit und die Möglichkeiten zur Integration in den vorhandenen Kreislauf entscheidend.

Bestehende Kühltürme als Schwerpunkt der Nachrüstung

Nach Einschätzung von UST werden neue offene Verdunstungskühlanlagen heute zurückhaltender geplant. Neben den Anforderungen an die Wasserhygiene spielt dabei der Wasserverbrauch eine Rolle. Gleichzeitig sind zahlreiche ältere Anlagen weiterhin in Betrieb und für die jeweiligen Produktionsprozesse erforderlich. Gerade diese Bestandsanlagen bilden einen wichtigen Anwendungsbereich für die UV-Technologie. Viele Betreiber setzen bislang vor allem chemische Verfahren ein, um die mikrobielle Belastung des Kühlwassers zu kontrollieren. Eine zusätzliche UV-Behandlung kann unter geeigneten Bedingungen dazu beitragen, den Einsatz entsprechender Chemikalien zu reduzieren. Ob sich dadurch auch wirtschaftliche Vorteile ergeben, hängt von mehreren Faktoren ab. Neben den bisherigen Kosten der Wasserbehandlung müssen der Strombedarf der UV-Anlage, der Wartungsaufwand und mögliche Anpassungen am bestehenden Kühlsystem berücksichtigt werden. Die UV-Desinfektion ist zudem kein vollständiger Ersatz für sämtliche wasserchemischen Maßnahmen. Probleme wie Korrosion, Ablagerungen oder die Bildung von Biofilmen müssen weiterhin berücksichtigt werden. Die Technologie richtet sich in erster Linie gegen Mikroorganismen, die während der Behandlung einer ausreichenden UV-Dosis ausgesetzt sind. Mit geschlossenen Durchflussreaktoren und direkt einsetzbaren Tauchstrahlern stehen unterschiedliche Möglichkeiten für die Integration in bestehende Anlagen zur Verfügung. Für Betreiber kann das eine zusätzliche Option sein, die Kühlwasserhygiene zu verbessern und den Chemikalieneinsatz gezielt zu begrenzen, ohne die gesamte Kühltechnik ersetzen zu müssen.