Design- und Leistungsvalidierung eines UVC-LED-Wasserdesinfektionsmoduls mit hohem Durchfluss

Zusammenfassung: Die Wasserdesinfektion ist für die Gewährleistung der öffentlichen Gesundheit und der Sicherheit der Wasserqualität von entscheidender Bedeutung. Herkömmliche Ansätze, einschließlich Chlorierung, Ozonierung und UV-Desinfektion mit Quecksilberdampf, werden durch Desinfektionsnebenprodukte (DBPs), begrenzte Durchflussraten, geringe Drucktoleranz und Quecksilberkontamination eingeschränkt, sodass sie für Anwendungen mit hohem Durchfluss und hohem Druck nicht geeignet sind. Diese Studie stellt ein UVC-LED-basiertes Wasserdesinfektionsmodul vor, das für eine Nenndurchflussrate von 48 l/min und einen Nenndruck von 1,0 MPa entwickelt wurde. Das System nutzt eine ozonfreie, tiefe UV-Lichtquelle, die bei 270–280 nm emittiert, integriert mit rechnerisch optimierten hydraulischen Strömungskanälen und einer verstärkten Dichtungsarchitektur, um keine Ozonbildung und langfristige Betriebszuverlässigkeit zu gewährleisten. Unter Verwendung von Escherichia coli (E. coli) 8099 und E. coli ATCC 25922 als Indikatormikroorganismen zeigten Leistungsbewertungen unter Nennbetriebsbedingungen eine Inaktivierungseffizienz von ≥5-log (99,999 %), wobei die Bakterienzahl im Abwasser durchgängig unter die Nachweisgrenze fiel. Diese Ergebnisse entsprechen vollständig den nationalen Trinkwasserstandards und den WHO-Richtlinien. Während des kontinuierlichen 30-minütigen Betriebs stabilisierte sich die Oberflächentemperatur des Moduls unter 45 °C, ohne dass eine Verschlechterung der Dichtung oder strukturelle Verformung beobachtet wurde. Die Ozonkonzentration im Abwasser blieb unter 0,01 mg/L und erfüllte damit die strengen Trinkwassersicherheitsgrenzwerte. Das quecksilber- und chemikalienfreie Design gepaart mit der sofortigen Start-Stopp-Fähigkeit gewährleistet die vollständige Einhaltung der Umweltauflagen des Minamata-Quecksilberübereinkommens. Das Modul eignet sich hervorragend für zentrale Wasserversorgungsnetze, industrielle Umlaufwassersysteme und Druckwasseraufbereitungsanwendungen. Diese Ergebnisse zeigen, dass das UVC-LED-Desinfektionsmodul mit hohem Durchfluss und hohem Druck eine außergewöhnliche mikrobielle Inaktivierungsleistung und robuste technische Anwendbarkeit bietet und eine neuartige, nachhaltige Lösung für die fortschrittliche Wasseraufbereitung darstellt.

Schlüsselwörter: UVC-LED; hoher Durchfluss; Wasserdesinfektion; 5-Log-Inaktivierung; Hochdruckleistung; Ozonfrei