04.02.2014
In der Wasserentkeimung kommen immer häufiger Anlagen mit Hochleistungs-UV-Strahlern zum Einsatz, die besondere Eigenschaften hinsichtlich der spektralen Bestrahlungsstärke erfüllen müssen. So soll eine hinreichend hohe Bestrahlungsstärke im Spektralbereich der microbiziden Wirkungsfunktion um 254 nm erreicht werden. Unterhalb 240 nm jedoch soll die Bestrahlungsstärke gering sein, um mögliche photochemische Prozesse zu unterbinden. Sensoren, die UV Bestrahlungsanlagen überwachen, liefern jedoch keine Informationen über die spektrale Verteilung der Strahler in den Anlagen.
Die Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) hat nun erstmalig spektrale Messungen direkt an Anlagen im Betrieb durchführen können. Bei der Prüfstelle des deutschen Vereins des Gas- und Wasserfaches (DVGW) in St. Augustin konnten Anlagen mit Hg-Niederdruckstrahlern und Hg-Mitteldruckstrahlern vermessen werden. Zum Einsatz kamen ein schnell scannendes Doppelmonochromatorsystem und ein speziell angepasstes und charakterisiertes Array-Spektroradiometer. Beide Geräte sind mittels Strahlernormalen rückgeführt auf einen Schwarzen Strahler, das nationale Primärnormal der PTB.
Die bei der Kalibrierung der Spektroradiometer verwendeten Strahlernormale erreichen nur eine vergleichbar geringe Bestrahlungsstärke im UV-Spektralbereich. Um die um bis zu vier Größenordnungen höheren Bestrahlungsstärken an UV Bestrahlungsanlagen zuverlässig messen zu können, werden daher hohe Anforderungen an die Spektroradiometer und die verwendeten Komponenten gestellt. Die Messelektronik muss eine hohe Variabilität mit einem großen Linearitätsbereich aufweisen. Spezielle Neutraldichtefilter, die gesondert spektral kalibriert wurden, ermöglichen eine gezielte Abschwächung der Strahlung um bis zu drei Größenordnungen. Die Strahlung wird mit speziell gestalteten Diffusoren erfasst, die vom Aufbau und der Winkelabhängigkeit der Strahlungserfassung den Vorgaben des DVGW für UV-Sensoren entsprechen. Diese Eingangsoptik ist mit optischen Faserbündeln versehen, die die Strahlung in die Spektrometer einkoppeln. Dadurch ist es möglich, die Eingangsoptik direkt an den Messpunkten der UV-Bestrahlungsanlagen zum Einsatz zu bringen.
Mit Hilfe der gemessenen spektralen Bestrahlungsstärke konnte durch Wichtung mit der mikrobiziden Wirkungsfunktion und Integration über den relevanten Spektralbereich die mikrobizide Bestrahlungsstärke der Anlagen ermittelt werden. Dieses Ergebnis wurde mit den Anzeigen verschiedener UV Sensoren verglichen. Es konnte gezeigt werden, dass zuverlässige spektrale Messungen an Anlagen im Betrieb bei den in Wasserwerken typischen Umgebungsbedingungen möglich sind.
Die direkte spektrale Messung eignet sich für die Prüfung neuer Anlagen und Strahlertypen und ermöglicht es, die Anzeige von Breitband UV Sensoren unmittelbar auf die mikrobizide Bestrahlungsstärke unterschiedlicher Anlagen zu kalibrieren.