Så fungerar UV-rening av vatten

UV-rening är en metod för mikrobiologisk desinfektion av vatten. Vattnet exponeras för ultraviolett ljus inom UV-C-området, vilket kan inaktivera bakterier, virus och andra sjukdomsframkallande mikroorganismer.

Till skillnad från ett mekaniskt filter avlägsnar ett UV-system inte partiklar, metaller eller lösta ämnen. Mikroorganismerna filtreras alltså inte bort. I stället påverkas deras genetiska material så att de förlorar förmågan att föröka sig och orsaka infektion.

Eftersom UV-behandlingen inte tillför kemikalier förändras normalt inte vattnets smak, lukt eller kemiska sammansättning. Behandlingen sker i samma ögonblick som vattnet passerar genom reaktorn och lämnar ingen kvarvarande desinfektionseffekt i ledningssystemet.

Det innebär att vatten som förorenas efter UV-reaktorn inte längre är skyddat. Rör, hydrofor, trycktank och andra komponenter efter UV-systemet måste därför vara rena och hygieniskt utformade.

Vanliga användningsområden

UV-rening används ofta tillsammans med andra reningssteg. Ett partikelfilter kan minska risken för skuggning, ett järn- och manganfilter kan minska beläggningar och en behandling mot humus kan förbättra vattnets UV-transmission.

När vatten passerar genom UV-reaktorn exponeras mikroorganismerna för UV-C-ljus. Energin från ljuset absorberas av deras genetiska material, framför allt DNA och RNA.

Absorptionen orsakar kemiska förändringar i arvsmassan. I DNA kan exempelvis närliggande baser bindas samman på ett sätt som stör den normala kopieringen av det genetiska materialet. När kopieringen inte längre fungerar korrekt kan mikroorganismen inte föröka sig.

Bakterier måste kunna dela sig för att bygga upp en infektion. Virus måste kunna använda en värdcell för att kopiera sitt genetiska material. Parasiter måste kunna fortsätta sin livscykel i värden. UV-skador som hindrar dessa processer gör därför mikroorganismerna icke-infektiösa eller kraftigt begränsar deras infektionsförmåga.

Hur effektiv inaktiveringen blir beror på den UV-dos som mikroorganismen faktiskt exponeras för. UV-dosen bestäms av UV-intensiteten och exponeringstiden, men påverkas också av vattenflöde, vattenkvalitet, reaktorns konstruktion, lampans ålder och kvartsglasets renhet.

Olika mikroorganismer har olika naturlig känslighet för UV-ljus. Många bakterier är relativt UV-känsliga, medan vissa virus kräver betydligt högre doser. Därför behöver ett UV-system dimensioneras utifrån önskad desinfektionsnivå och de mikroorganismer som systemet förväntas hantera.

Ett UV-system består av flera komponenter som tillsammans ska säkerställa att hela vattenflödet exponeras för tillräckligt mycket UV-ljus. Systemets prestanda beror därför inte enbart på lampan utan även på reaktorns konstruktion, flödesbilden och hur väl komponenterna övervakas och underhålls.

• UV-reaktor
  En trycksatt kammare, ofta tillverkad av rostfritt stål, där vattnet behandlas.
• UV-lampa
  Genererar UV-C-ljuset. Många system använder lågtryckslampor med hög emission nära 254 nm.
• Kvartsglas
  Omsluter lampan, skyddar den från vattnet och släpper samtidigt igenom UV-ljuset med hög transmission.
• Styrenhet eller ballast
  Driver lampan, visar driftstatus och hanterar larm.
• UV-sensor
  Finns på vissa modeller och mäter tillgänglig UV-intensitet i reaktorn.
• Tätningar och anslutningar
  Håller systemet trycksatt och leder vattnet genom reaktorn utan läckage.

Vattenflödet genom reaktorn

Vattnet leds in i reaktorn och strömmar runt kvartsglaset. Under passagen exponeras vattnet för UV-C-ljus. Hur länge vattnet befinner sig i reaktorn påverkar exponeringstiden och därmed den levererade UV-dosen.

Reaktorns geometri är därför viktig. En bra konstruktion ska minska risken för områden där vattnet passerar för snabbt, får låg bestrålning eller där flödet blir ojämnt. Två reaktorer med samma lampeffekt kan därför ge olika desinfektionsprestanda.

Övervakning och säkerhet

En enkel styrenhet kan indikera att lampan är elektriskt aktiv. Mer avancerade system kan dessutom övervaka lampans drifttid, UV-intensitet, temperatur och larmstatus.

En UV-sensor mäter inte direkt hur många mikroorganismer som inaktiveras, men den kan ge viktig information om hur mycket UV-ljus som finns tillgängligt i reaktorn. Låg intensitet kan bero på en åldrad lampa, smutsigt kvartsglas eller låg UV-transmission i vattnet.

Ultraviolett ljus är elektromagnetisk strålning med kortare våglängd än synligt ljus. UV-spektrumet delas normalt in i UV-A, UV-B och UV-C. Det är framför allt UV-C som används för desinfektion av vatten.

Många konventionella UV-system för dricksvatten använder lågtryckslampor som avger en mycket stor del av sin desinficerande UV-effekt vid cirka 253,7 nm. I tekniska beskrivningar avrundas detta normalt till 254 nm.

DNA och RNA absorberar UV-energi effektivt i detta våglängdsområde. När energin absorberas uppstår skador i arvsmassan som försvårar eller förhindrar korrekt kopiering.

Varför inte bara använda starkare ljus?

Desinfektionseffekten bestäms inte enbart av hur stark lampan är eller vilken våglängd den använder. Avgörande är hur mycket användbar UV-energi som når mikroorganismerna under passagen genom reaktorn.

Lampans elektriska effekt i watt visar hur mycket el lampan förbrukar, men inte automatiskt hur mycket UV-C-ljus som produceras eller vilken dos vattnet faktiskt får. Reaktorns konstruktion, UVT, flöde och lampans ålder måste också vägas in.

254 nm som etablerad teknik

Våglängden 254 nm har blivit etablerad inom vattenbehandling eftersom lågtryckslampor kan producera UV-C-ljus effektivt nära denna våglängd och eftersom den har stark mikrobiologisk effekt.

Det finns även andra UV-tekniker, exempelvis amalgamlampor, mellantryckslampor och UV-LED, som kan ha andra spektrala egenskaper. Grundprincipen är dock densamma: mikroorganismerna måste exponeras för en tillräcklig UV-dos inom ett biologiskt effektivt våglängdsområde.