Wasserdesinfektion: Welche physikalischen Methoden gibt es zur Sterilisierung von Wasser?

Die mikroskopischen Bewohner aquatischer Lebensräume lassen sich anhand ihrer Auswirkungen in zwei Gruppen einteilen: 1. Bakterien, Pilze und Algen, die Verstopfungen in Leitungen, Wärmetauschern, Wasserbehältern, Filterkomponenten usw. verursachen, werden in der Regel über Oberflächenwasserquellen eingetragen und vermehren sich unter günstigen Bedingungen.
2. Pathogene und bedingt pathogene Mikroorganismen wie Viren, Bakterien, Pilze und Helminteneier können beim Menschen und bei Tieren Infektionskrankheiten verursachen.

Wasserdesinfektionsmethoden werden nach ihrem Wirkungsprinzip klassifiziert:
- Physikalische oder chemikalienfreie Methoden, bei denen die Desinfektion durch physikalische Einwirkung erfolgt (Abkochen, UV-Strahlung, Elektrolyse, Umkehrosmose);
- Chemische oder Reagenzienmethoden, bei denen dem Wasser bestimmte Reagenzien (Chlor, Ozon, nicht oxidierende Mittel) zugesetzt werden;
- Kombinierte Methoden umfassen die Kombination beider Technologien, wie z. B. Ultrafiltration und Chlorierung.

Physikalische Methoden zur Wasserdesinfektion
Die Desinfektion ohne den Einsatz chemischer Substanzen hat ihre Vorteile. Der Hauptvorteil dieser Methoden ist in der Regel das Ausbleiben einer Sekundärkontamination durch Desinfektionslösungen. Allerdings haben alle diese Methoden einen wesentlichen Nachteil – das Wasser kann durch Mikroorganismen erneut verunreinigt werden, da die Methoden keine Langzeitwirkung haben.

Abkochen von Wasser
Dies ist wahrscheinlich die einfachste Methode zur Desinfektion von Wasser im Haushalt und im Freien. Unter dem Einfluss hoher Temperaturen wird die DNA-Struktur der meisten pathogenen Mikroorganismen beschädigt, sodass sie sich nicht weiter vermehren können. Das Abkochen ist wirksam gegen alle sporenbildenden Mikroorganismen.

Es ist wichtig zu erwähnen, dass das Wasser zur Desinfektion nicht nur zum Siedepunkt gebracht, sondern mindestens fünf Minuten lang gekocht werden sollte.

VORTEILE:
- Einfache Durchführung;
- Kein zusätzliches Equipment erforderlich;
- Wirksam gegen die meisten pathogenen Mikroorganismen;
- Reduziert neben der Desinfektion auch die Wasserhärte und Trübung.

NACHTEILE:
- Erheblicher Anstieg des Energieverbrauchs mit zunehmendem Wasservolumen;
- Hoher Zeitaufwand;
- Möglichkeit einer Sekundärkontamination.

Ultraviolette Strahlung
Seit jeher ist der Menschheit die wohltuende Wirkung des Sonnenlichts bekannt. Dank der ultravioletten Strahlung, die eine Komponente des UV-Spektrums darstellt, ist sie in der Lage, die Thymin-Struktur in der DNA von Mikroorganismen aufzubrechen. Infolgedessen verlieren Bakterien und Viren ihre Fähigkeit zur Vermehrung – sowohl im Wasser als auch im menschlichen Körper.

Die einfachste Methode zur UV-Desinfektion von Wasser ist die SODIS-Methode. Wasser, das gefiltert wurde, um mechanische Partikel größer als 50 Mikron zu entfernen, wird in PET-Flaschen (Polyethylenterephthalat) gefüllt, die auf einer dem direkten Sonnenlicht ausgesetzten Fläche aufgestellt werden. Der Hauptnachteil dieser Methode ist die Notwendigkeit intensiver Sonneneinstrahlung. Die Methode ist am wirksamsten im Bereich zwischen dem 35. nördlichen und südlichen Breitengrad, wo die Desinfektion etwa sechs Stunden dauert. Mit abnehmender Sonnenlichtintensität verlängert sich die Desinfektionsdauer.

Geräte zur Wasserdesinfektion werden in Form zylindrischer mechanischer Rohre mit einem Quarzbrenner hergestellt. Das Wasser tritt in das Gehäuse ein und fließt um die Hülle herum, wodurch es der UV-Strahlung ausgesetzt und desinfiziert wird. Die Wellenlänge beträgt bei den meisten dieser Geräte etwa 250 nm.

Heutzutage werden solche Geräte zur vorbeugenden Desinfektion von Trink- und Brauchwasser nach komplexen Aufbereitungssystemen eingesetzt. Die Installation eines solchen Strahlers verhindert die Verstopfung von Leitungen, Filterelementen, Waschmaschinen usw.

VORTEILE:
- Einfach in der Handhabung;
- Kein sperriges Equipment erforderlich;
- Keine kontinuierliche Reagenziendosierung notwendig;
- Bringt im Gegensatz zur Reagenziendesinfektion keine Sekundärverunreinigung in das Wasser ein;
- Geringer Energieverbrauch.

NACHTEILE:
- Nicht wirksam gegen ein breites Spektrum von Mikroorganismen; bei mit Krankheitserregern belastetem Wasser werden kombinierte Methoden empfohlen;
- Regelmäßiger Austausch der Strahlungsquelle erforderlich;
- Das Wasser muss vor dem Durchlauf durch das Gerät frei von mechanischen Partikeln sein, da diese die Wirksamkeit der Methode um 50 % reduzieren können;
- Keine Langzeitwirkung.

Umkehrosmose und Ultrafiltration
Die Porengröße von Umkehrosmosemembranen ist 4000-mal kleiner als die der kleinsten Bakterienzellen und 200-mal kleiner als die von Viruspartikeln. Daher sind solche Filter in der Lage, 100 % der Mikroorganismen zurückzuhalten. Die Technologie wird hauptsächlich zur Aufbereitung von Trinkwasser eingesetzt. Sie bildet die Grundlage für Haushaltsfilter, Verkaufsautomaten, Wasserkioske und sogar die Lebensmittel- und Getränkeproduktion.

VORTEILE:
- 100%ige Entfernung von Viren und Bakterien;
- Kompakte Abmessungen und hohe Leistung;
- Umweltfreundlich;
- Entfernung weiterer Schadstoffe neben mikrobiologischen Verunreinigungen: Schwermetalle, organische Substanzen, Chlor usw.

NACHTEILE:
- Relativ hohe Technologiekosten;
- Hohe Menge an Abwasser – zwischen 20 und 70 % der Produktion, je nach Membrangröße und Druck;
- Keine Langzeitwirkung, was die Nutzung des Wassers auf den direkten Verbrauchspunkt beschränkt. Alternativ ist eine kombinierte Desinfektion des Wassers erforderlich.

Ultrafiltrationsmembranen haben relativ große Porengrößen, die Viruspartikeln teilweise passieren lassen können, weshalb diese Methode nur in Kombination mit Reagenzien oder ultraviolettem Licht eingesetzt werden kann.