UV-C Klärer

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UV-C-Klärer

 

 

 

Fast jeder Diskushalter und Besitzer eines Gartenteiches kennt sie. Und die meisten nutzen sie auch, oft mit mäßigem Erfolg, was wohl mit ein Grund dafür ist, dass über die Wirkung von UV-C und dessen „Auswirkungen“ so viel Halbwissen und Märchen in der Aquaristikszene herumgeistern.

 

Um mit diesem Halbwissen und den Märchen aufzuräumen werde ich euch die Funktion von UVC Klärern aufgrund physikalischer Fakten erläutern. Und die Gesetze der Physik ändern sich auch nicht für überzeugte Aquarianer 

 

Ebenso werde ich auf die gängigsten Mythen und Märchen im Bezug auf UV-C eingehen und (UV)-Licht ins Dunkel bringen was denn da im Aquarium wirklich passiert oder nicht passiert wenn man UV-C-Strahlung einsetzt.

 

 

Physikalische Grundlagen

 

Ultraviolettstrahlung ist elektromagnetische Strahlung mit einer Wellenlänge unterhalb der des sichtbaren Lichts. Für das menschliche Auge ist die Ultraviolettstrahlung also nicht sichtbar. Jedoch gibt es Tiere, wie zum Beispiel Bienen und Hummeln sowie Papageien und viele andere Vögel, die einen Teil dieses kurzwelligen Lichts sehen können. Das für den Menschen sichtbare Licht umfasst einen Bereich von etwa 400 Nanometern bis 750 Nanometern, was den Spektralfarben des Regenbogens entspricht.

 

Ebenso wie das für den Menschen sichtbare Licht gehört auch die Ultraviolettstrahlung zu den elektromagnetischen Wellen. Elektromagnetische Wellen werden aufgrund ihrer Wellenlängen vom kurzwelligen bis zum langwelligen Bereich wie folgt unterteilt:

 

  • Radiowellen
  • Mikrowellen
  • Infrarotstrahlung
  • sichtbares Licht
  • Ultraviolettstrahlung
  • Röntgenstrahlung

 

Zusätzlich unterteilt man die Ultraviolettstrahlung aufgrund ihrer unterschiedlichen Energiedichte in die folgenden drei Bereiche: UV-A, UV-B und UV-C-Strahlung. Umso geringer die Wellenlänge ist, desto höher und gefährlicher ist ihre Energiedichte für Lebewesen.

 

Beim UV-C handelt es sich um eine sehr kurzwellige Strahlung im Bereich zwischen 100 und 280nm. Diese wird auch als „fernes“ oder „hartes“ UV bezeichnet. Von der Sonnenstrahlung kommt dank des Ozonschutzschildes der Erde fast nichts an UV-C auf der Erdoberfläche an.

 

Und darüber können wir auch froh sein, da Licht im Wellenlängenbereich um die 240-250nm die Doppelhelix der DNS geschädigt wird. Unter 200nm wirkt UV-C sogar ionisierend ganz ähnlich wie radioaktive Strahlung.

 

Die folgende Tabelle zeigt verschiedene Wellenlängenbereiche um es einfacher zu machen die UV-C Strahlung in den richtigen Bereich einzuordnen, da dies wichtig ist um ihre Wirkung zu verstehen.

Elektromagnetische Wellen in Anhängigkeit ihrer Wellenlänge aufgelistet

 

 

 

Schaut man sich die Tabelle an fällt sehr schnell auf, dass die UV-C Strahlung lediglich von der Röntgenstrahlung und den Gammastrahlen übertroffen wird. Beide sind für ihre Erbgutschädigende Wirkung bekannt. Insbesondere die fatalen Folgen der Gammastrahlung sollten jedem ein Begriff sein.

 

Wem nicht ganz klar ist worum es sich dabei handelt kann sich gerne über den folgenden Link informieren:

 

http://www.djds.de/projekte/einstein/strahlung2/

 

Nun aber zurück zur Aquaristik und der UV-C Strahlung.

 

In der Aquaristik relevant ist der Strahlungsbereich bei 252-255nm in diesem arbeiten nämlich unsere UV-C Klärer, und wie bereits erwähnt erfolgt in diesem Bereich auch die größte Schädigung der DNS. Sekundär relevant ist der Bereich um 300-330nm der im Übergang von UV-A und UV-B liegt, diese Strahlung ermöglicht es nämlich dem Organismus Vitamin D zu produzieren.

 

 

Elektromagnetisches Strahlungsspektrum

 

 

Um zu verstehen wo die enorme Energie die notwendig ist um DNS zu zerschießen herkommt müssen wir uns ganz kurz und vereinfacht die Entstehung von UV-C Strahlung ansehen. Diese kommt natürlich durch die Sonne vor oder technisch in unseren UV-C Klärern. Das elektrochemische Prinzip dahinter ist aber beide Male das gleiche.

 

Um eine elektromagnetische Welle zu erzeugen muss man ein einzelnes Elektron auf seiner Bahn um einen Atomkern anregen. Diese Bahnen sind fest definiertund entsprechen sogenannten Energieniveaus. Je höher ich ein Elektron von seinem Ausgangspunkt anhebe und dann wieder zurückfallen lasse umso höher ist die freiwerdende Energiedifferenz die in Form von elektromagnetischen Strahlen oder Lichtquanten emittiert wird, und umso kleiner ist seine Wellenlänge.

 

 

Entstehung von elektromagnetischer Strahlung

 

 

Die meisten in der Aquaristik verwendeten UV-C Strahler auf Basis von Quecksilberatomen verwendet. Diese befinden sich innerhalb der Röhre in Gasphase und werden mit beschleunigten Elektronen beschossen. Meist werden dazu Niederdruckröhren mit einem Druck von 0,01bar verwendet, bei denen monochromatische UV-C Strahlung mit einer Wellenlänge von 253,7nm emittiert wird. Ein durchschnittlicher Niederdruck Quecksilberstrahler erreicht hierbei eine Leistung von 0,1W / cm. Hochleistungs Niederdruckstrahler schaffen Leistungen von 0,3-0,5 W/cm.

 

 

 

Schematischer Aufbau einer UV-C Lampe, neben dem Quecksilber befindet sich noch Argon als Füllgas in der Quarzröhre.

 

 

Wichtig bei allen Arten von UV-C Birnen ist es darauf zu achten, dass sie aus Quarzglas bestehen, da anderes Glas die UV-C Strahlung filtern würde wodurch nichts mehr im Wasser ankäme. Durch das Anlegen einer Spannung an Katode und Anode fließt ein Strom, welcher das darauf beschichtete Bariumoxid erhitzt. Beim Erhitzten zerfällt das Bariumoxid zu Barium wobei Elektronen frei werden. Die durch die Spannung beschleunigten Elektronen lösen eine Ionisierungswelle aus, die zur Emission der UV-Strahlung führt.

 

 

Wirkungsweise von UV-C Klärern

 

Wie bereits eingangs erwähnt kommt es beim UV-C auf die Wellenlänge an. Die handelsüblichen UV-C KLärer arbeiten nicht zufällig im Bereich von 253,7nm. Dieser Wellenlängenbereich ist ganz bewusst so gewählt um eine maximale Schädigung zu erreichen.

 

Das Absorptionsmaximum der DNS liegt bei 245nm dies bedeutet bei ausreichend langer und intensiver Bestrahlung entstehen so große Schäden an der Doppelhelix der DNS dass die Zelle nicht mehr in der Lage ist diese zu reparieren und abstirbt. Allerdings sind die Schäden nicht auf die DNS beschränkt, auch Zellorganellen und andere Bausteine der Zelle werden geschädigt. Selbst Viren denen anders nicht beizukommen ist werden inaktiviert. (Da es sich bei Viren nicht um Lebewesen handelt kann man sie auch nicht töten).

 

Damit die zellschädigende Wirkung funktionieren kann ist es jedoch nötig dass der UV-C Strahler sowohl groß genug dimensioniert ist, dass eine ausreichend hohe Kontaktzeit (etwa 2 Sekunden) und gleichzeitig eine ausreichende Leistung (etwa 10mW/cm) gewährleistet sind.

 

 

Schematisches Prinzip der Wirkungsweise von UV-C auf Bakterien

 

 

Nun da wir wissen wie UV-C gemacht wird, und wie und wo es wirkt wird es Zeit mit den gängigen Märchen zum UV-C Klärer aufzuräumen.

 

 

Risiken

 

Dass es sich bei UV-C um eine potentiell gefährliche Strahlung handelt dürfte jedem nach dem Lesen der letzten beiden Absätze klar sein.

 

Haben nun also die Gegner der UV-C Klärer Recht?

 

Ein ganz klares NEIN!!!

 

Natürlich würde die UV-C Strahlung auch die DNS unserer Fischer zerstören wenn wir sie bestrahlen, und auch unsere eigene. Aber wer hat die UV-C Röhre schon frei im Becken liegen? Solange sie Röhre während des Betriebs in ihrem Gehäuse bleibt (das sich meist noch im Unterbau der Aquarien befindet) gelangt auch keine UV-C Strahlung an unsere Zellen oder die Zellen unserer Tiere. Und ohne direkten Kontakt keine Wirkung!

 

Basta!

 

Gesetze der Physik.

 

UV-C ist keine Gammastrahlung und kann da nicht durch.

 

Geschlossenes Gehäuse bedeutet also keinerlei Risiko auf Zellschäden bei Fisch und Halter.

 

 

 

Durch UV-C Klärer entsteht Ozon im Aquarium

 

Ebenfalls falsch!

 

Zwar entsteht bei der Erzeugung von UV-C Strahlung auch ein geringer Teil kurzwelliger Strahlung um 185nm die zur Bildung photochemischer Produkte sowie auch zur Bildung von Ozon führen kann. Allerdings passiert dies im INNERN der UV-C Röhre!

Unter Einwirkung dieser kurzwelligenStrahlung wird ein Sauerstoff-Molekül inzwei einzelne radikale Atome gespalten, die sich jeweils mit einem weiteren Sauerstoff-Molekül zu Ozon vereinigen. Da das Ozon beim Zerfall stark oxidierende Eigenschaften aufweist wird es selbst gerne zur Desinfektion genutzt ist jedoch auch schädigend für die Zellen von Mensch und Fisch.

 

Allerdings werden die Quarzgläser bei Mitteldruckstrahlern mit Titandioxid dotiert. Diese Beschichtung absorbiert Strahlung unter 240 Nanometer und verhindert somit die Bildung von Ozon und anderer photochemischer Produkte. Und NUR Mitteldruckstrahler sind in der Lage Strahlung unter 250nm zu erzeugen!!!

 

Ergo keinerlei Gefahr!

 

Bei Niederdruckstrahlern KANN kein Ozon entstehen da die erforderliche Wellenlänge nicht gebildet werden kann, und Mitteldruckstrahler (die für die Aquaristik nicht relevant sind) werden beschichtet.

 

Noch Fragen?

 

Okay dann zum nächsten Mythos

 

 

UV-C verändert die Wasserwerte

 

Falsch!

 

Wie denn auch? Es findet keinerlei chemische Reaktion im Wasser statt, dem Wasser wird nichts hinzugefügt. Lediglich Keime werden getötet. Und bei diesen handelt es sich lediglich um Biomasse. Lediglich bei extrem hohen Nitratwerten kann es zu einer photolytischen Reaktion kommen in deren Folge geringe Mengen Nitrit entstehen. Dafür wäre aber ein enorm hoher Nitratgehalt nötig den unsere Tiere nicht dulden würden. Zudem würde das Nitrit im Filter abgebaut werden.

 

Womit wir schon beim nächsten Mythos wären.

 

 

UV-C Klärer töten die Filterbakterien

 

Ebenfalls so nicht richtig und lediglich Halbwissen.

 

Zwar macht UV-C keinen Unterschied zwischen Freund und Feind, jedoch sitzen unsere nützlichen Bakterien im funktionierenden Aquarium in Biofilmen im Filter und auf den Oberflächen. Lediglich frei im Wasser schwimmende Bakterien werden von einem UV-C Klärer erfasst, da die Strahlung wie oben erläutert ja nicht ins Aquarium und auch nicht in den Filter wandert.

 

Im Gegenteil dadurch dass Schwärmer erfasst werden entsteht eine Art Selektionsdruck die die Bildung von sehr viel widerstandsfähigeren Biofilmen fördert.

 

 

UV-C Klärer verursachen Nitritpeaks

 

Ebenfalls ganz gefährliches Halbwissen.

 

Natürlich landen die abgetöteten Bakterien als Biomasse entweder im Filter oder im Aquarium, dort werden sie aber genau wie alle anderen Arten von organischem Müll über den Strickstoffkreislauf von unseren nützlichen Bakterien verstoffwechselt.

 

Zudem wäre eine Keimbelastung jenseits von Gut und Böse nötig um einen wirklichen Peak auszulösen. Bei jeder Fütterung und der Verdauung und Ausscheidung des Futters landet mehr Biomasse im Becken und danach im Filter als man an Bakterienmasse zusammen bekommt.

 

Zudem sind in einem Becken dass mit UV-C betrieben wird bereits nach kurzer Zeit kaum Bakterien übrig die einen Peak verursachen könnten.

 

Theoretisch möglich wäre dies nur bei Erst Inbetriebnahme und dann auch nur wenn der Filter nicht richtig funktioniert, die Einlaufzeit nicht beachtet wurde UND gleichzeitig eine Keimbelastung von mehr als 1010 vorliegen würde. Und dann wäre ein kleiner Nitritpeak unser kleinstes Problem.

 

 

UV-C macht die Fische empfindlicher

 

Vollkommen falsch!

 

Das Gegenteil ist der Fall.

 

Unsere Tiere kommen aus sehr keimarmen Gewässern. Ihr Immunsystem ist also gar nicht dafür gemacht dauerhaft Unmengen an Keimen abwehren zu müssen. Setzen wir die Tiere dennoch einem konstant hohen Keimdruck aus, härten wir sie nicht ab, sondern wir machen sie krank, da das Immunsystem irgendwann an  Überlastung zusammenbricht.

 

Durch den Einsatz eines UV-C wird der Keimdruck jedoch konstant gering gehalten wodurch das Immunsystem viel effektiver arbeiten kann und echte Bedrohungen abwehren.

 

Zudem hat der Organismus mehr Energie für andere Dinge wie z.B. Wachstum und Brut übrig.

 

 

UV-C ist teuer

 

Ansichtssache.

 

Die Anschaffung eines ordentlichen UV-C Strahlers um die 55W mit Metallgehäuse kostet ein paar Euro, aber die Alternativen zu UV-C kosten ebenfalls Geld.

 

Die jährliche Ersatzröhre dagegen ist Kleinkram, besonders in den Verhältnissen in denen wir Diskushalter unterwegs sind von den Kosten.

 

Sogar der Strombverbrauch relativiert sich, da UV-C KLärer eine Menge Abwärme produzieren die das Aquarienwasser beim Durchfluss nicht nur entkeimt sondern gleichzeitig auch erwärmt. Dies stellt für Diskushalter einen absolut positiven Nebeneffekt dar, da das Risiko auf „zu warm“ quasi null ist. Allerdings müssen die Heizer so weniger leisten. Der Strom der in Wärmeenergie umgewandelt wird und das Wasser erwärmt wird also an den Heizkosten eingespart.

 

 

UV-C tötet Pflanzen und zerlegt Dünger

 

Pflanzen tötet UV-C garantiert, allerdings wage ich mal zu behaupten, dass eine Pflanze in einer geschlossenen Röhre auch ohne UV-C Strahlung wenig Überlebenschance hätte ;) Weil die Strahlung bleibt immernoch in der Röhre und sonst nirgends.

 

Okay Dünger wird zerlegt, aber ganz ehrlich? Was ist wichtiger?

 

Eine exotische Pflanze zu kultivieren oder gesunde Tiere?

 

Wer diese Frage nicht ganz klar mit gesunden Tieren beantworten kann, dem empfehle ich seine Diskus abzugeben und zu den Aquascapern ohne Tiere zu wechseln!

 

Für alle anderen, es gibt auch sowas wie Dosieranlagen und Pflanzen die ohne Dünger auskommen, zumal alle Arten von Chemikalien die ins Wasser gekippt werden auch die Tiere belasten können.

 

 

UV-C zerlegt Humin

 

Ja das stimmt leider und ist der einzige wirkliche Nachteil.

 

Allerdings kann man dem ganz einfach entgegenwirken, indem man sein Humin etwas höher dosiert, z.B. in 12 Stunden Intervallen je zweimal die Tagesdosis.

 

Zudem werden nicht alle Arten der umfangreichen Humingruppe von UV-C Strahlung aufgespalten.

 

 

Fazit

 

Bei genauerer und vor allem physikalisch, biochemischer Betrachtung mit Nutzung von ein wenig logischem Denken wird sehr schnell klar, dass UV-C prinzipiell nur Vorteile mit sich bringt.

 

Wirkliche Nachteile gibt es keine, zumindest keine die einer kritischen Betrachtung standhalten könnten.