Sicher im Regel-Dschungel

Anforderungen an UV-Desinfektionsgeräte

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27.10.2020 Die UV-Technologie ist seit einigen Jahren eine etablierte Möglichkeit, Trinkwasser und andere flüssige Medien wie Lebensmittel, Prozesswasser zur Herstellung pharmazeutischer Produkte, oder aber auch Abwasser zu desinfizieren. Allerdings gelten in unterschiedlichen Anwendungsbereichen verschiedene Anforderungen an UV-Desinfektionsgeräte – sowohl gesetzlicher als auch normativer Natur.

Entscheider-Facts

  • UV-Desinfektion ist eine etablierte Technik für Wasser und andere flüssige Prozessmedien, bei der jedoch auch hohe Ansprüche an Sicherheit und Zuverlässigkeit gelten.
  • Die Aufbereitungsleistung von UV-Desinfektionsgeräten ist allerdings oft sehr unterschiedlich angegeben, und es existieren unterschiedliche Methoden und Standards, um sie zu bestimmen.
  • Geräte mit entsprechenden Zertifikaten bieten Anlagenplanern und Betreibern hohe Rechtssicherheit. Anbieter solcher Geräte unterliegen regelmäßigen Audits durch akkreditierte Prüfstellen.
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Bei UV-Desinfektionsgeräten für Wasser und andere flüssige Medien gelten unterschiedliche Anforderungen, und es existieren verschiedene Zertifizierungsmethoden und -standards.
Bilder: Aquafides

Auch zur Beseitigung von Medikamentenrückständen oder endokrinen Substanzen bei AOP (Advanced Oxidation Prozessen), zum TOC (gesamter organischer Kohlenstoff) Abbau oder in Anwendungsbereichen wie Fischzucht oder Grundwassersanierung hat die UV-Technologie weltweit Einzug gehalten. All das sind hochsensible Bereiche. Sowohl Endkunden, kommunale Versorger aber auch die Industrie legen hohen Wert auf Sicherheit, Zuverlässigkeit, Eignung für den spezifischen Anwendungsbereich sowie die einwandfreie und gesicherte Desinfektionsleistung der eingesetzten Geräte.

Gesetzliche Anforderungen beziehen sich meist auf die Gebrauchstauglichkeit der Geräte in Bezug auf elektrische Sicherheit oder Eignung der verwendeten Werkstoffe und Bauteile als Kontaktmaterial für den spezifischen Anwendungsbereich. Dahinter steht ein wahres Labyrinth anzuwendender Normen und Regelwerke, welche länderspezifisch sehr oft unterschiedlich sind. Für Hersteller von UV-Desinfektionsgeräten stellt dieser Anforderungsdschungel oft eine besondere Herausforderung dar. Um marktfähig zu sein, muss eine lückenlose Nachweisführung zur Erfüllung der national oft sehr unterschiedlichen gesetzlichen Anforderungen gegeben sein.

So vielfältig und detailliert die Anforderungen an Lebensmittel- oder Trinkwasserkontakt-Materialien geregelt sind, so überschaubarer werden die Anforderungen an die Funktionalität und die Desinfektionswirksamkeit der UV-Geräte. Anwender, Planer und Endkunden sind mit Produkten unterschiedlicher Hersteller konfrontiert. Die Aufbereitungsleistung der Geräte ist oft sehr unterschiedlich angegeben. Doch was steht hinter den oft verwendeten Schlagworten wie Point-Source-Summation (PSS), Computational Fluid Dynamics (CFD), Validiert gemäß UV-Disinfection Guidance Manual (UVDGM) oder typgeprüft gemäß ÖNORM oder DIN sowie ÖVGW/ DVGW-zertifiziert? Auf was ist bei all diesen Leistungsangaben zu achten?

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Simulationen der Strömungsverhältnisse in der Bestrahlungskammer verbessern die Dosis-Berechnung bei UV-Desinfektionsgeräten.

Point-Source-Summation (PSS)

PSS ist eine vereinfachte Berechnungsmethode welche zur Ermittlung der Dosis von UV-Geräten verwendet wird. Sie geht davon aus, dass die Lampe eine Liniensegmentquelle einer optischen Strahlungsquelle ist und als die Summe einer Anzahl von Punktquellen behandelt werden kann. Für die einfache Geometrie einer zylindrischen Bestrahlungskammer mit einer einzelnen zentral positionierten Lampe wird ein zylindrisches Koordinatensystem erstellt. Durch Berechnung der Strahlungsintensität an möglichst vielen Punkten dieses Koordinatensystems wird die mittlere Bestrahlungsdosis in der Bestrahlungskammer berechnet und zur Dosisberechnung herangezogen.

Nicht berücksichtigt werden jedoch wesentliche Faktoren wie die Strömungsverhältnisse in einer Bestrahlungskammer. Diese haben einen entscheidenden Einfluss auf die reale Dosis, da die einzelnen Organismen mehr oder weniger lang in der Bestrahlungskammer verweilen und bei ihrem Weg durch die Kammer mehr oder weniger lang in Bereichen mit hoher Intensität in Kontakt kommen.

Computational Fluid Dynamics (CFD)

Die numerische Strömungssimulation ist eine fortschrittliche und etablierte Methode um die Dosis von UV-Geräten zu berechnen. Dabei werden weitere wichtige Komponenten wie die Strömungsverhältnisse in der Bestrahlungskammer, wie auch die strahlungsphysikalische Komponente und die Abbaukinetik von Mikroorganismen oder chemischen Stoffen berücksichtigt. Dadurch kann man sehr genau die Aufbereitungsleistung eines UV-Gerätes berechnen. Wichtig ist jedoch die Validierung der Rechenmodelle über z.B. biodosimetrische Prüfungen. Innovative Hersteller nutzen solche biodosimetrisch validierten Rechenmodelle zur Entwicklung ihrer UV-Geräte und als Auslegungstool um an biologische, chemische und physikalische Problemstellungen heranzugehen.

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UV-Desinfektionsgeräte von zertifizierten Herstellern wie Aquafides sind über eine Produkt-Haftpflichtversicherung und regelmäßige Audits abgesichert.

Validierung gemäß Normen und Regelwerken

Gemäß Begriffsdefinition der ISO 9000:2015 wird Validierung allgemein mit „Bestätigung durch objektiven Nachweis, dass die Anforderungen für eine bestimmte Anwendung oder einen bestimmten Gebrauch erfüllt sind“ beschrieben. Weltweit sind im Bereich der UV-Trinkwasserdesinfektion vier anerkannte Prüfstandards in Anwendung. Diese beschreiben neben den technischen Anforderungen an mechanische Eigenschaften der Geräte, die Gerätesteuerung sowie die strahlungsphysikalischen Messeinrichtungen, auch die Ermittlung „Validierung“ der Desinfektionswirksamkeit eines UV-Gerätes. Dies wird in Form einer biodosimetrischen Prüfung durchgeführt.

Dazu werden Mikroorganismen, beispielsweise Sporen von Bacillus Subtilis oder Bakteriophagen mit einer zuvor ermittelten UV-Empfindlichkeit, dem Prüfwasserstrom zudosiert. Durch Probenahme vor und nach der UV-Bestrahlungskammer wird durch Keimzahl-Bestimmung die Log-Reduktion der Mikroorganismen errechnet. Durch Rückrechnung der Log-Reduktion des Biodosimeter während der Prüfung auf die zuvor gemessene Bestrahlungsdosis wird die Desinfektionsleistung der UV-Geräte ermittelt.

UV-Disinfection Guidance Manual (UVDGM)

Eine Validierung gemäß diesen Manuals wird oft als amerikanischer Weg der Validierung bezeichnet. UV-Geräte, die nach diesem Regelwerk validiert wurden, müssen auch unbedingt gemäß den Empfehlungen dieses Regelwerks betrieben werden. Nur wenn alle notwendigen Anforderungen an die gesamte Anlageninstallation erfüllt werden, kann die Desinfektion sichergestellt werden. So ist zum Betrieb eines UV-Desinfektionsgerätes auch meist eine Online-UV-Transmissionsmessung erforderlich, das in der Praxis aus Kostengründen jedoch gerne vergessen wird und im Vergleich zu Labormessgeräten eine sehr hohe Messunsicherheit aufweist.

Im Zuge der biodosimetrischen Prüfung wird ein Betriebsfeld abgeprüft. Die Dimensionierung des UV-Gerätes erfolgt durch Gegenüberstellung der UV-
Empfindlichkeit des Zielorganismus mit der des während der Prüfung verwendeten Testorganismus unter den während der Prüfung angewendeten Geräte- und Testwassereinstellungen. Zur Durchführung der Prüfung und der Berechnung der zulässigen Betriebsbedingungen, werden die von den Herstellern vorgegebenen Sicherheitsfaktoren und die durch die Prüfstelle ermittelten Sensorunsicherheiten des UV-Transmissions-messgerätes angewendet. Die Dimensionierung des Gerätes erfolgt unter anderem durch Berücksichtigung der geforderten Log-Reduktion des Zielorganismus. Ist eine Wasserquelle mit mehreren Organismen kontaminiert wird der Keim oder Virus, welcher die höchste UV-Empfindlichkeit aufweist als Referenzkeim zur Gerätedimensionierung herangezogen.

Typgeprüft gemäß ÖNORM / DIN / DVGW

Bisher gab es mit der DVGW W 294-2 (2006) und der ÖNORM M 5873-1 (2001) zwei europäische Regelwerke. Nach nunmehr 15 Jahren wurden diese Regelwerke harmonisiert. Mit Beginn des Jahres 2020 wurde die ÖNORM M 5873-1 veröffentlicht. Mitte des Jahres sollte die inhaltlich gleichwertige DIN-Norm erscheinen.
Auch diese Prüfung der Desinfektionswirksamkeit beruht auf einer biodosimetrischen Testung der UV-Geräte, jedoch mit Anwendung normativ vorgegebener Sicherheitsfaktoren bei unterschiedlichen Worst-Case-Szenarien. Für den Betrieb der UV-Geräte ist keine Online-UV-Transmissionsmessung erforderlich. Hat ein UV-Gerät den biodosimetrischen Test positiv bestanden werden am Ende zusätzliche Sicherheitsfaktoren bei der Berechnung der maximal zulässigen Durchflussleistung abgezogen. Auch sind die Anforderungen an Messunsicherheit der UV-Geräteradiometer, die Stabilität der UV-Lampen und die Steuerungsfunktionen des Gerätes definiert und Teil der technischen Geräteprüfung.

Diese auf Sicherheit bedachte Herangehensweise entspricht dem europäischen Prinzip und der Anwendung des Vorsorgeprinzips, führt jedoch dazu, dass für ein UV-Gerät, welches gemäß den europäischen Vorschriften validiert wurde, meist wesentlich geringere Durchflussleistungen angegeben werden als UV-Geräte, welche nach dem amerikanischen Weg geprüft wurden.

Zertifiziert gemäß ÖVGW und DVGW

Als Zertifizierung bezeichnet man ein Verfahren mit dessen Hilfe die Einhaltung bestimmter Anforderungen nachgewiesen wird und durch Verwendung bestimmter Gütesiegel sichtbar gemacht wird. Die Zertifizierung von UV-Geräten erfolgt durch die Hersteller mehr oder weniger freiwillig. Zertifikate werden aber oft von den Kunden eingefordert. Die Zertifizierung von UV-Geräten gemäß den Regelwerken des ÖVGW und des DVGW beinhaltet neben der Ermittlung der Desinfektions-wirksamkeit auch die Prüfung der verwendeten Materialien auf deren Trinkwassertauglichkeit, die Einhaltung technischer Anforderungen wie Druckbeständigkeit der Geräte und Messgenauigkeit der UV-Geräteradiometer.

Zusätzlich an die Gebrauchstauglichkeit der UV-Geräte werden auch sehr hohe Anforderungen an die Herstellerfirmen selbst gestellt. So müssen diese über ein integriertes Qualitätsmanagement-System, welches mindestens den Anforderungen gemäß der ISO 9001 entspricht, verfügen. Hersteller wie Aquafides in Oberösterreich, welche Ihre Produkte zertifiziert haben, sind darüber hinaus verpflichtet über eine dem Gefahrenpotenzial entsprechende Produkt-Haftpflichtversicherung zu verfügen und sich jährlichen Audits durch unabhängige und staatlich akkreditierte Inspektionsstellen zu unterziehen. Für Anlagenbetreiber und Planer bedeutet das ein hohes Maß an Rechtssicherheit, da die Zertifizierungsgrundlagen in ihren Anforderungen derart gestaltet sind, dass neben den normativen auch alle zutreffenden gesetzlichen Vorgaben erfüllt werden müssen, um ein Qualitätssiegel zu erlangen.

Heftausgabe: Pharma+Food November 2020
Jürgen Zechner, Business Development Manager, Aquafides

Über den Autor

Jürgen Zechner, Business Development Manager, Aquafides
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