Seit die WHO am 11. März 2020 COVID-19 offiziell zur globalen „Pandemie“ erklärt hat, betrachten Länder auf der ganzen Welt die Desinfektion einstimmig als erste Verteidigungslinie, um die Ausbreitung der Epidemie zu verhindern. Immer mehr wissenschaftliche Forschungseinrichtungen zeigen großes Interesse an der Desinfektion mit UV-Lampen: Diese Desinfektionstechnologie erfordert nur minimale manuelle Eingriffe, erhöht die Bakterienresistenz nicht und kann aus der Ferne ohne Anwesenheit von Personen durchgeführt werden. Intelligente Steuerung und Nutzung eignen sich besonders für geschlossene öffentliche Orte mit hoher Menschendichte, langen Aufenthaltszeiten und wo die Wahrscheinlichkeit einer Kreuzinfektion am größten ist. Es ist zum Mainstream der Epidemieprävention, Sterilisation und Desinfektion geworden. Um über den Ursprung der UV-Sterilisations- und Desinfektionslampen zu sprechen, müssen wir langsam mit der Entdeckung des Lichts „Ultraviolett“ beginnen.
Ultraviolette Strahlen sind Licht mit einer Frequenz von 750 THz bis 30 PHz im Sonnenlicht, was einer Wellenlänge von 400 nm bis 10 nm im Vakuum entspricht. Ultraviolettes Licht hat eine höhere Frequenz als sichtbares Licht und kann mit bloßem Auge nicht gesehen werden. Vor langer Zeit wussten die Menschen nicht, dass es existiert.
Ritter（Johann Wilhelm Ritter，(1776～1810）
Nachdem der britische Physiker Herschel im Jahr 1800 unsichtbare Wärmestrahlen, Infrarotstrahlen, entdeckt hatte und dabei dem physikalischen Konzept folgte, dass „Dinge zweistufige Symmetrie haben“, entdeckte 1801 der deutsche Physiker und Chemiker Johann Wilhelm Ritter (1776-1810). dass es unsichtbares Licht jenseits des violetten Endes des sichtbaren Spektrums gibt. Er entdeckte, dass ein Abschnitt außerhalb des violetten Endes des Sonnenlichtspektrums fotografische Filme, die Silberbromid enthalten, sensibilisieren kann, und entdeckte so die Existenz von ultraviolettem Licht. Daher wird Ritter auch als Vater des ultravioletten Lichts bezeichnet.
Ultraviolette Strahlen können unterteilt werden in UVA (Wellenlänge 400 nm bis 320 nm, Niederfrequenz und Langwelle), UVB (Wellenlänge 320 nm bis 280 nm, Mittelfrequenz und Mittelwelle), UVC (Wellenlänge 280 nm bis 100 nm, Hochfrequenz und Kurzwelle), EUV ( 100 nm bis 10 nm, Ultrahochfrequenz) 4 Arten.
Im Jahr 1877 berichteten Downs und Blunt erstmals, dass Sonnenstrahlung Bakterien in Kulturmedien abtöten kann, was auch die Tür für die Erforschung und Anwendung der UV-Sterilisation und -Desinfektion öffnete. Im Jahr 1878 entdeckten die Menschen, dass ultraviolette Strahlen im Sonnenlicht eine sterilisierende und desinfizierende Wirkung haben. In den Jahren 1901 und 1906 erfanden Menschen den Quecksilberbogen, eine künstliche UV-Lichtquelle, und Quarzlampen mit besseren Transmissionseigenschaften für ultraviolettes Licht.
Im Jahr 1960 wurde der Mechanismus der UV-Sterilisation und Desinfektion erstmals bestätigt. Wenn Mikroorganismen einerseits mit ultraviolettem Licht bestrahlt werden, absorbiert die Desoxyribonukleinsäure (DNA) in der biologischen Zelle ultraviolette Photonenenergie und ein Cyclobutylring bildet ein Dimer zwischen zwei benachbarten Thymingruppen in derselben Kette des DNA-Moleküls. (Thymin-Dimer). Nach der Bildung des Dimers wird die Doppelhelixstruktur der DNA beeinträchtigt, die Synthese von RNA-Primern stoppt am Dimer und die Replikations- und Transkriptionsfunktionen der DNA werden behindert. Andererseits können unter ultravioletter Strahlung freie Radikale entstehen, die eine Photoionisierung verursachen und so die Vermehrung und Vermehrung von Mikroorganismen verhindern. Zellen reagieren am empfindlichsten auf ultraviolette Photonen in den Wellenlängenbändern um 220 nm und 260 nm und können Photonenenergie in diesen beiden Bändern effizient absorbieren und so die DNA-Replikation verhindern. Der Großteil der ultravioletten Strahlung mit einer Wellenlänge von 200 nm oder kürzer wird in der Luft absorbiert und kann sich daher nur schwer über große Entfernungen ausbreiten. Daher liegt die Hauptwellenlänge der ultravioletten Strahlung für die Sterilisation zwischen 200 nm und 300 nm. Allerdings zersetzen ultraviolette Strahlen, die unter 200 nm absorbiert werden, Sauerstoffmoleküle in der Luft und erzeugen Ozon, das auch bei der Sterilisation und Desinfektion eine Rolle spielt.
Der Prozess der Lumineszenz durch eine angeregte Entladung von Quecksilberdampf ist seit Beginn des 19. Jahrhunderts bekannt: Der Dampf wird in einer Glasröhre eingeschlossen und an zwei Metallelektroden an beiden Enden der Röhre wird eine Spannung angelegt, wodurch eine Spannung entsteht „Lichtbogen““, der den Dampf zum Leuchten bringt. Da die Durchlässigkeit von Glas für ultraviolettes Licht zu dieser Zeit extrem gering war, wurden künstliche UV-Lichtquellen noch nicht realisiert.
Im Jahr 1904 verwendete Dr. Richard Küch von Heraeus in Deutschland blasenfreies, hochreines Quarzglas, um die erste Quarz-Ultraviolett-Quecksilberlampe, die Original Hanau® Höhensonne, herzustellen. Küch gilt daher als Erfinder der ultravioletten Quecksilberlampe und als Pionier beim Einsatz künstlicher Lichtquellen zur menschlichen Bestrahlung in der medizinischen Lichttherapie.
Seit dem Erscheinen der ersten Quarz-Ultraviolett-Quecksilberlampe im Jahr 1904 begann man, ihre Anwendung im Bereich der Sterilisation zu untersuchen. Im Jahr 1907 wurden verbesserte Quarz-Ultraviolettlampen als Lichtquelle für medizinische Behandlungen weithin vermarktet. Im Jahr 1910 wurde in Marseille, Frankreich, das UV-Desinfektionssystem erstmals in der Produktionspraxis der städtischen Wasseraufbereitung mit einer täglichen Aufbereitungskapazität von 200 m3/Tag eingesetzt. Um 1920 begann man, sich im Bereich der Luftdesinfektion mit ultravioletter Strahlung zu befassen. Im Jahr 1936 begann man, in Operationssälen von Krankenhäusern die UV-Sterilisationstechnologie einzusetzen. Im Jahr 1937 wurden erstmals UV-Sterilisationssysteme in Schulen eingesetzt, um die Ausbreitung von Röteln einzudämmen.
Mitte der 1960er Jahre begann der Mensch, die UV-Desinfektionstechnologie in der städtischen Abwasserbehandlung einzusetzen. Von 1965 bis 1969 führte die Ontario Water Resources Commission in Kanada Forschungen und Bewertungen zur Anwendung der UV-Desinfektionstechnologie in der städtischen Abwasserbehandlung und ihren Auswirkungen auf aufnehmende Gewässer durch. 1975 führte Norwegen die UV-Desinfektion ein und ersetzte die Chlordesinfektion durch Nebenprodukte. Es wurden zahlreiche frühe Studien zur Anwendung der UV-Desinfektion in der städtischen Abwasserbehandlung durchgeführt.
Dies lag vor allem daran, dass die damaligen Wissenschaftler erkannten, dass das Restchlor des weit verbreiteten Chlordesinfektionsverfahrens für Fische und andere Organismen im Vorfluter giftig war. Außerdem wurde entdeckt und bestätigt, dass chemische Desinfektionsmethoden wie die Chlordesinfektion krebserregende und genetisch veränderte Nebenprodukte wie Trihalomethane (THMs) erzeugen können. Diese Erkenntnisse veranlassten die Menschen, nach einer besseren Desinfektionsmethode zu suchen. 1982 erfand ein kanadisches Unternehmen das weltweit erste UV-Desinfektionssystem mit offenem Kanal.
Im Jahr 1998 bewies Bolton die Wirksamkeit von ultraviolettem Licht bei der Zerstörung von Protozoen und förderte so den Einsatz der UV-Desinfektionstechnologie in einigen groß angelegten städtischen Wasserversorgungsaufbereitungen. Beispielsweise wurden zwischen 1998 und 1999 die Wasserversorgungsanlagen Vanhakaupunki und Pitkäkoski in Helsinki, Finnland, renoviert und mit UV-Desinfektionsanlagen mit einer Gesamtaufbereitungskapazität von etwa 12.000 m3/h ausgestattet; EL im kanadischen Edmonton installierte das Smith Water Supply Plant um 2002 ebenfalls UV-Desinfektionsanlagen mit einer täglichen Aufbereitungskapazität von 15.000 m3/h.
Am 25. Juli 2023 hat China den nationalen Standard „Ultraviolette keimtötende Lampen, Standardnummer GB 19258-2003“ veröffentlicht. Der englische Standardname lautet: Ultraviolet keimtötende Lampe. Am 5. November 2012 veröffentlichte China den nationalen Standard „Kaltkathoden-UV-Keimtötungslampen, Standardnummer GB/T 28795-2012“. Der englische Standardname lautet: Kaltkathoden-UV-Keimtötungslampen. Am 29. Dezember 2022 veröffentlichte China die nationale Norm „Energy Efficiency Limit Values and Energy Efficiency Level Standard Number of Ballasts for Gas Discharge Lamps for General Lighting: GB 17896-2022“, englischer Standardname: Minimal zulässige Werte für Energieeffizienz und Energie Effizienzklassen von Vorschaltgeräten für Gasentladungslampen für die Allgemeinbeleuchtung werden zum 1. Januar 2024 eingeführt.
Gegenwärtig hat sich die UV-Sterilisationstechnologie zu einer sicheren, zuverlässigen, effizienten und umweltfreundlichen Desinfektionstechnologie entwickelt. Die UV-Sterilisationstechnologie ersetzt nach und nach die herkömmlichen chemischen Desinfektionsmethoden und wird zur gängigen Trockendesinfektionstechnologie. Es wird in verschiedenen Bereichen im In- und Ausland häufig eingesetzt, beispielsweise in der Abgasbehandlung, Wasseraufbereitung, Oberflächensterilisation, Luftsterilisation usw.
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 08.12.2023