1. Was ist Ozon, wie entsteht es, wie zerstört es Bakterien, Viren, Pilze, Schimmel, Insekten und Milben?
1.1. Was ist Ozon?
Ozon ist ein farbloses, in höheren Konzentrationen bläuliches Gas, das schwerer als Luft ist. Es besteht aus drei Sauerstoffatomen (O₃). Eine andere Bezeichnung ist „aktiver Sauerstoff“. Aufgrund der gespeicherten Energie ist das Ozonmolekül sehr instabil und zerfällt nach kurzer Zeit spontan wieder in Sauerstoff (O₂). Ozon ist ein natürliches Reinigungs- und Desinfektionsmittel. Es ist das stärkste bisher bekannte Oxidationsmittel und wird in vielen Bereichen wie Medizin, Landwirtschaft, Lebensmittelindustrie usw. eingesetzt. Ozon wirkt bis zu 3000-mal schneller als Chlor, ist 25-mal wirksamer als chlorige Säure (HClO₂), 2500-mal wirksamer als Natriumhypochlorit (NaClO) und 5000-mal wirksamer als Chloramin (NH₂Cl), ist aber gleichzeitig viel sicherer.
1.2. Wie entsteht Ozon?
Ozon entsteht durch die Einwirkung von UV-Strahlung (UV-C-Strahlung) auf Sauerstoffmoleküle (O₂). Dabei spaltet sich das Molekül in zwei hochreaktive Sauerstoffatome (O). Diese Atome verbinden sich sofort mit weiteren O₂-Molekülen zu O₃ – Ozon. Ozon ist ein instabiles Molekül; durch die Abspaltung eines Sauerstoffatoms strebt es danach, wieder in seine stabile Form O₂ überzugehen, aus der es entstanden ist. In der Natur wird Ozon durch UV-Strahlung erzeugt (z. B. in Hochspannungsgeräten).
O2 + ℎνuv → 2 O
O + O2 ↔️ O3
Die effizienteste Ozonerzeugung wird mit Lampen erreicht, die UV-C-Strahlung mit einer Wellenlänge von 185 nm nutzen. In diesem Fall wird der größte Teil der UV-Strahlungsenergie vom Sauerstoff absorbiert und zur Ozonerzeugung verwendet.
1.3. Wie Ozon desinfiziert
Die desinfizierenden Eigenschaften von Ozon beruhen im Wesentlichen auf seiner starken oxidierenden Wirkung. Diese Eigenschaften sind auf den Aufbau seines Moleküls zurückzuführen, das aus drei Sauerstoffatomen besteht (Ozonformel: O₃).
Beim Zerfall von Ozon entstehen sogenannte freie Radikale. Diese können folgende Formen annehmen:
- Bei der Zersetzung von Ozongas entsteht ein Sauerstoffatom mit einem freien Elektron.
- Peroxid-, Superoxid- und Hydroxylmoleküle mit einem freien Elektron entstehen beim Abbau von Ozon in Wasser.
Diese freien Radikale zerstören die Bindungen zwischen organischen Molekülen, die die Grundlage aller Lebewesen bilden. Ozon eliminiert Krankheitserreger sowohl durch direkte Abtötung (Schädigung der Zellwand von Bakterien oder der Lipidhülle von Viren) als auch durch Sterilisation (Schädigung ihres Erbguts), sodass sich Mikroorganismen nicht weiter vermehren können. Als Gas dringt Ozon in alle Poren, Ecken und hinter Möbel ein und durchdringt sogar Textilien. Daher ist die Ozondesinfektion sehr effektiv. Dank dieser Eigenschaften kann Ozon auch Insekten und Milben abtöten.
Die Wirksamkeit von Ozon bei der Zerstörung von Bakterien, Viren und Hefen wurde in zahlreichen Studien bestätigt. Die Liste der Krankheitserreger dient lediglich Informationszwecken:
1.4. Worin unterscheidet sich Ozon von anderen Desinfektionsmitteln?
Im Vergleich zu anderen Desinfektionsmitteln bietet Ozon mehrere Vorteile (Einzelheiten siehe Tabelle unten):
- Es besitzt ein höheres Oxidationspotenzial (reagiert daher stärker mit biologischen Komponenten und zerstört diese schneller),
- aufgrund seiner hohen Reaktivität zersetzt es sich selbst bei Raumtemperatur schnell (dies gilt auch für die zuvor genannten freien Radikale),
- seine Abbauprodukte sind gesundheitlich unbedenklich.
1.5. Anwendung der Ozonisierung
Ozon-Desinfektion findet in vielen Branchen breite Anwendung. In der Lebensmittelindustrie dient sie der Abtötung krankheitserregender Bakterien und anderer Pathogene auf gelagertem Gemüse und Fleisch. Sie wird außerdem zur Schädlingsbekämpfung in Silos und zur Desinfektion von Oberflächen und Maschinen in Lebensmittelverarbeitungsbetrieben eingesetzt. Auch in Molkereien, Brauereien, Kühltürmen und bei der Trinkwasseraufbereitung ist diese Desinfektionsmethode Standard. Darüber hinaus wird Ozon zur Desinfektion von Medizinprodukten und Operationssälen verwendet.
1.6. Die Auswirkungen von Ozon auf die menschliche Gesundheit, Tiere, Pflanzen und Materialien
Bei höheren Konzentrationen (über 0,1 ppm – ca. 0,00001 %) verursacht Ozon – ähnlich wie Desinfektionsmittel auf Basis von Alkohol, Chlorverbindungen und anderen Substanzen – eine Reihe von Gesundheitsproblemen: Reizungen der Schleimhäute, Kopfschmerzen, Husten usw. Im menschlichen Körper wird Ozon von weißen Blutkörperchen zur Bekämpfung verschiedener Infektionen produziert. Trotzdem zählt Ozon zu den giftigsten Gasen, ist aber gleichzeitig für das Leben auf der Erde unverzichtbar. Die oben genannten Komplikationen lassen sich vermeiden, indem man sich während der Desinfektion nicht lange im Raum aufhält. Tiere müssen, genau wie Menschen, vor Ozon geschützt werden. Längere Ozonbelastung kann Pflanzengewebe schädigen. Schützen Sie die Pflanzen daher, indem Sie sie beispielsweise mit einer Plastiktüte abdecken oder in einen anderen Raum bringen.
Ozon in hohen Konzentrationen verstärkt die Korrosion von Metallen, zersetzt Polymere und reagiert mit Stickstoff, Schwefel, Kohlenstoff sowie einer Reihe weiterer chemischer Elemente und organischer Verbindungen. Ozon beseitigt Gerüche in hohem Maße.
1.7. Sicherheitshinweise
Nach der Ozondesinfektion sollten Sie mindestens 60 Minuten warten, bevor Sie den Raum für einen längeren Aufenthalt wieder betreten. Der Vorteil von Ozon liegt in seiner Instabilität, wodurch sich dieses Gas sehr schnell zersetzt. Bei einer Temperatur von 20 °C und einem Luftdruck von 1013,25 hPa zerfällt die Hälfte des Ozons in der Luft innerhalb von etwa 30 Minuten in Sauerstoff und innerhalb von nur 15 Minuten in Wasser.
Wenn Sie den Raum früher wieder betreten müssen, muss er gründlich gelüftet werden. Die Häufigkeit der Desinfektion bestimmen Sie selbst. In einem Zwei- bis Dreipersonenhaushalt reicht eine Desinfektion pro Woche aus. Büros mit mehr Personen können mehrmals wöchentlich, idealerweise nach Feierabend, desinfiziert werden.
Wenn Sie einen Raum desinfizieren und ihn kurz betreten müssen, ist dies unbedenklich. Die negativen Auswirkungen von Ozon treten erst bei hoher Intensität oder längerer Einwirkung auf. Wenn Sie den Raum nur durchqueren oder etwas daraus aufheben müssen, besteht keine Gesundheitsgefährdung. Schauen Sie jedoch nicht direkt in die leuchtende Entladungslampe.
1.8. Erste Hilfe bei Ozonbelastung
Bei Einatmen einer größeren Menge Ozon und auftretenden Atemwegsreizungen gehen Sie wie folgt vor:
- Bringen Sie die betroffene Person nach dem Einatmen an die frische Luft.
- Bei Beschwerden wie Husten, Kopfschmerzen usw. suchen Sie einen Arzt auf.
- Bei Augenreizungen spülen Sie die Augen mindestens 15 Minuten lang mit reichlich fließendem Wasser. Bei anhaltender Reizung suchen Sie einen Arzt auf.
1.9. Warum wird Ozon direkt am Desinfektionsort erzeugt?
Die kurze Halbwertszeit von Ozon bedeutet, dass dieses Gas beispielsweise nicht in Druckflaschen gelagert werden kann. Bei Raumtemperatur und nach etwa 8 Stunden wären in einer 30 kg schweren Ozonflasche weniger als 1 % des Ozons vorhanden. Dies macht ein solches Verfahren ineffizient.
2. Was ist UV-Strahlung, wie wird sie erzeugt und wie zerstört sie Bakterien und Viren?
2.1. Was ist UV-C-Strahlung?
UV-Strahlung wird üblicherweise in vier Kategorien unterteilt: UV-A-Strahlung im Wellenlängenbereich von 315 bis 400 nm, UV-B-Strahlung im Bereich von 280 bis 315 nm, UV-C-Strahlung im Bereich von 200 bis 280 nm und V-UV (UV-Strahlung im Vakuum), die im Wellenlängenbereich unter 200 nm liegt. UV-A-Strahlung macht etwa 99 % der UV-Strahlung aus, die die Erdoberfläche erreicht und beim Bräunen die Hautbräunung verursacht.
Im Gegensatz dazu wird UV-B-Strahlung größtenteils von Ozon in der Stratosphäre absorbiert und ist an der Bildung von Vitamin D3 in der menschlichen Haut beteiligt. Bei zu hoher UV-B-Strahlung kommt es zu Hautverbrennungen, die sich durch Rötungen äußern. Übermäßiges Bräunen erhöht das Risiko für die Entstehung von malignem Melanom. UV-C-Strahlung erreicht die Erdoberfläche aufgrund der Absorption in der Erdatmosphäre nicht. Im Alltag kann man UV-C-Strahlung beispielsweise beim Lichtbogenschweißen oder durch Lichtquellen, die in diesem Bereich emittieren (z. B. keimtötende Leuchtstofflampen, Quecksilberdampflampen mit Quarzglaskolben), ausgesetzt sein.
Die höchste keimtötende Wirkung wird mit Lampen erzielt, die Strahlung mit einer Wellenlänge von 260 nm verwenden. In diesem Fall wird die gesamte Energie der UV-Strahlung zur Desinfektion durch die Strahlung selbst genutzt.
2.2. Wie wird UV-C-Strahlung erzeugt?
Künstliche UV-Quellen sind beispielsweise auf hohe Temperaturen erhitzte Körper, Entladungslampen und Quecksilberdampflampen (Entladungslampen müssen aus Quarzglas bestehen, da gewöhnliches dotiertes Glas UV-Strahlung absorbiert). Die natürliche UV-Quelle ist die Sonne, deren Strahlung ultraviolettes Licht in allen drei Spektralbereichen umfasst. UV-C-Strahlung wird von der Ozonschicht absorbiert, sodass nur UV-A- und UV-B-Strahlung die Erdoberfläche erreicht. Bewölkter Himmel reduziert deren Intensität proportional. Künstliche Lichtquellen basieren auf Entladungslampen aus Quarzglas. Klassisches, dotiertes Glas lässt UV-Strahlung im benötigten Spektrum nicht durch. Die Lampe enthält eine geringe Menge Quecksilber und Gase wie Argon und Stickstoff. Wird an die Elektroden der Lampe eine Hochspannung angelegt, ionisiert das Gas im Inneren der Lampe und seine Temperatur steigt. Dadurch entsteht ein Hochtemperatur-Plasmabogen, der UV-C-Strahlung aussendet.
2.3. Wie tötet UV-C-Strahlung Bakterien und Viren ab?
Ultraviolette Strahlung hat stark mutagene und letale Wirkungen auf Mikroorganismen. Die stärksten Effekte werden durch UV-C-Strahlung hervorgerufen, deren Wellenlänge (260 nm) von Nukleinsäuren am stärksten absorbiert wird.
Die Hauptursache für die Wirkung von UV-C-Licht auf Mikroorganismen ist die Bildung kovalenter Bindungen zwischen benachbarten Pyrimidinen der Nukleinsäuren.
Mikroorganismen unterscheiden sich erheblich in ihrer Resistenz gegenüber UV-C-Strahlung. Sporen der Gattungen Bacillus, Clostridium und Desulfotomaculum sind relativ resistent, noch resistenter sind jedoch die Zellen von Bakterien oder Hefen, die Carotinoidpigmente enthalten. UV-Strahlung wirkt nur an der Oberfläche und dringt nicht tief ein. Daher eignet sie sich nicht zur Sterilisation von Hohlräumen oder herumliegenden Gegenständen, es sei denn, diese werden von allen Seiten bestrahlt. In der Praxis wird UV-C-Strahlung zur Reduzierung der Anzahl von Krankheitserregern in Reinräumen, Obduktionssälen, Sammelräumen, Tuberkulosebehandlungszentren usw. eingesetzt.
Die bakterizide Wirkung von UV-Strahlung beruht auf ihrer Absorption durch die Nukleinsäuren von Mikroorganismen, was zu deren Zerstörung und anschließendem Tod führt. Im Allgemeinen absorbiert DNA (Desoxyribonukleinsäure) UV-C- und UV-B-Strahlung, UV-A hingegen nur in geringem Maße. UV-C wirkt als Katalysator bei der Reaktion zweier benachbarter Thymine in der DNA-Doppelhelix zu sogenannten Thymin-Dimeren. Ein DNA-Abschnitt, der ein solches Dimer enthält, kann nicht erfolgreich repliziert werden, und der bestrahlte Organismus stirbt ab, außer jene, die über Reparaturenzyme verfügen, welche die entsprechenden Dimere aus der DNA entfernen können.
UV-C-Strahlung desinfiziert die Bereiche, auf die sie mit ausreichender Leistung trifft. Das heißt, die Bereiche, die der Lampe am nächsten sind und ihrer direkten Strahlung ausgesetzt sind, werden am effektivsten desinfiziert. Die Wellenlängen keimtötender UV-Lampen liegen üblicherweise im Bereich von 210 bis 310 nm. Die Intensität der UV-Lichtwirkung hängt von der absorbierten Strahlungsmenge ab, welche proportional zur Leistung der Quelle und zur Bestrahlungsdauer ist und mit dem Quadrat des Abstands von der Strahlungsquelle abnimmt.
Wenn Sie beispielsweise einen Tisch desinfizieren, der 1 m von einer UV-C-Strahlungsquelle entfernt ist, wird die Tischoberfläche von einer bestimmten Dosis UV-C-Strahlung getroffen – dem Strahlungsreferenzwert. Verschiebt man die Lampe jedoch um 1 m (Abstand von der Quelle 2 m), ist die Intensität der UV-C-Strahlung um den Faktor 4 geringer als der Referenzwert; verschiebt man die Lampe um einen weiteren m (Abstand von der Quelle 3 m), ist die Intensität der Strahlung um den Faktor 9 geringer als der Referenzwert (siehe Abbildung). Wenn Sie bestimmte Oberflächen wie Tische, Wände, Arbeitsflächen usw. desinfizieren möchten, berücksichtigen Sie diese physikalische Eigenschaft und platzieren Sie die Lampe so nah wie möglich an diesen Oberflächen. Nur die Oberfläche, die direkt der UV-C-Strahlung ausgesetzt ist, wird desinfiziert, also wenn sich kein Hindernis zwischen der UV-C-Strahlungsquelle und der zu desinfizierenden Oberfläche befindet. Bei der Luftdesinfektion mit UV-C-Strahlung ist die Positionierung der Lampe weniger wichtig. Die natürliche Luftzirkulation desinfiziert nach und nach das gesamte Raumluftvolumen.
2.4. Worin unterscheidet sich die UV-C-Desinfektion von anderen Desinfektionsmitteln?
Im Vergleich zu anderen Desinfektionsmitteln bietet die UV-C-Desinfektion mehrere Vorteile (Einzelheiten siehe Tabelle unten):
- Die desinfizierten Räumlichkeiten können unmittelbar nach Abschluss der Desinfektion genutzt werden.
- nahezu keine Abfallprodukte.
2.5. Die Wirkung von UV-C-Strahlung auf die menschliche Gesundheit, Tiere, Pflanzen und Materialien
UV-Strahlung kann sowohl die Augen als auch die Haut schädigen. Schauen Sie unter keinen Umständen direkt in den Lichtbogen einer UV-Lampe. Dies kann zu einer Reizung der Bindehaut führen, die Juckreiz und Rötungen der Augen verursacht. In schwereren Fällen kann es zu einer Bindehautentzündung kommen. UV-C-Strahlung reizt die Haut; bei hoher Intensität und längerer Einwirkung kann sie Rötungen und leichte Verbrennungen, ähnlich einem Sonnenbrand, verursachen. Kleinkinder haben sehr empfindliche Haut, weshalb ihre Haut weder mit UV-C-Strahlung noch mit Strahlung, die von Wänden reflektiert wird, in Berührung kommen darf (Kleinkinder sollten sich in einem anderen Raum aufhalten).
UV-C-Strahlung hat auch negative Auswirkungen auf Tiere, Vögel, Fische, Pflanzen usw. Sie wird selbst von einer sehr dünnen Stoffschicht oder undurchsichtigem Kunststoff absorbiert. So kann man beispielsweise Pflanzen während der Desinfektion schützen, indem man ein undurchsichtiges Tuch darüberlegt oder sie damit abdeckt.
Lebensmittel, die UV-C-Strahlung ausgesetzt sind, stellen kein Risiko dar. UV-C-Strahlung wird in Lebensmittelbetrieben zur Sicherstellung steriler Umgebungsbedingungen und unter anderem auch in Wasseraufbereitungsanlagen eingesetzt. Verschiedene Kosmetikprodukte in Behältern, Tuben usw. werden durch diese Strahlung nicht beeinträchtigt. Flüssigkeiten und Getränke in Glas-, Kunststoff- oder Metallbehältern sind ebenfalls unschädlich. Klassisches Legierungsglas, aus dem Gläser und Flaschen hergestellt werden, wirkt als UV-C-Filter und lässt die Strahlung nicht durch.
UV-C-Strahlung kann bei hoher Intensität und langer Einwirkungsdauer verschiedene Materialien wie Kunststoffe, Leder usw. schädigen. So können beispielsweise Farben in Gemälden mit der Zeit verblassen oder Oberflächenschäden an anderen Materialien (lackiertes Holz, farbige Keramik usw.) auftreten. Schützen Sie solche Oberflächen, indem Sie sie während der Desinfektion mit einer blickdichten Abdeckung oder einem Tuch abdecken.
2.6. Sicherheitshinweise
Nach der Desinfektion mit UV-C-Strahlung können Sie die Räumlichkeiten sofort wieder betreten. Die Häufigkeit der Desinfektion bestimmen Sie selbst. Ein Zwei- bis Drei-Personen-Haushalt sollte etwa einmal wöchentlich desinfiziert werden. Büros und Orte mit mehr Personen können mehrmals wöchentlich, vorzugsweise nach Feierabend, desinfiziert werden. Bestimmte Bereiche (Arbeitsflächen, Tische, Leinen, Liegen etc.) können Sie bei Bedarf häufiger, sogar mehrmals täglich, desinfizieren. Wenn Sie einen Raum desinfizieren und ihn kurz betreten müssen, ist dies unbedenklich. Negative Auswirkungen der UV-C-Strahlung treten erst bei hoher Intensität oder längerer Einwirkung auf. Wenn Sie nur kurz durch den Raum gehen oder etwas aufheben müssen, können Sie dies tun. Schauen Sie dabei jedoch nicht direkt in die leuchtende Entladungslampe.
3. Ende der Lampenlebensdauer
3.1. Lampe
UV-Lampen sind Elektroschrott und unterliegen daher eigenen Sammel-, Entsorgungs- und Handhabungsvorschriften. Sie dürfen nicht in den Hausmüll geworfen werden, können aber beispielsweise beim Kauf eines neuen Geräts im Geschäft abgegeben werden. Alternativ können Sie Ihr altes Elektrogerät zu einem Wertstoffhof bringen, die es in den meisten Gemeinden gibt, oder es in einen speziellen Elektroschrottcontainer werfen. Lampen mit Entladungsröhren dürfen nicht in diese Container geworfen werden. Nur Lampen ohne Entladungsröhren dürfen hinein. Falls möglich, sollte die Entladungsröhre entfernt und separat abgegeben werden. An Sammelstellen oder Rücknahmestellen wird Elektroschrott von Leuchtstofflampen, Entladungsröhren usw. getrennt.
3.2. Entladungslampe
Jede Entladungslampe enthält eine geringe Menge Quecksilber, das für ihren Betrieb notwendig ist. Sollte eine Entladungslampe in einem geschlossenen Raum zerbrechen, lüften Sie diesen 15 Minuten lang. Entladungslampen fallen gemäß Gesetz 185/2001 Slg. unter die Elektroschrottgruppe 5 (Leuchtmittel). Aufgrund der schädlichen Auswirkungen von Quecksilber auf Umwelt und Gesundheit sind Hersteller von Abfällen der Gruppe 5 verpflichtet, gebrauchte quecksilberhaltige Leuchtmittel zu recyceln. Entladungslampen dürfen nach Gebrauch nicht im Hausmüll entsorgt werden. Geben Sie sie stattdessen kostenlos bei der nächsten Sammelstelle, einem Wertstoffhof oder einer anderen zugelassenen Recyclingstelle ab. Werfen Sie Entladungslampen nicht in Elektroschrottcontainer. Das Einwerfen von Glühbirnen, Entladungslampen und Leuchtstofflampen in diese Container ist verboten.
