УФ-дезинфекция

Ультрафиолетовые (УФ) лучи являются частью солнечного света. УФ-спектр имеет более высокую частоту, чем видимый свет, и более низкую частоту, чем рентгеновские лучи. Это также означает, что длина волны УФ-спектра больше, чем у рентгеновских лучей, и меньше длины волны, чем у видимого света; порядок энергии, от низкого к высокому, соответствует видимому свету, УФ, затем рентгеновскому излучению. Известно, что в качестве метода очистки воды УФ-излучение является эффективным дезинфицирующим средством благодаря своей сильной бактерицидной (инактивирующей) способности; УФ достаточно энергичен (ионизирующее излучение), чтобы разрушать химические связи и убивать микробы. УФ дезинфицирует воду, содержащую бактерии и вирусы, и может быть эффективен против простейших, таких как цисты Giardia lamblia или Cryptosporidium.ооцисты. УФ-излучение уже много лет используется в фармацевтике, косметике, производстве напитков и электронной промышленности, особенно в Европе. В США он использовался для дезинфекции питьевой воды в начале 1900-х годов, но от него отказались из-за высоких эксплуатационных расходов, ненадежного оборудования и растущей популярности дезинфекции хлорированием.

Из-за проблем с безопасностью, связанных с хлорированием, и совершенствования УФ-технологии УФ-дезинфекция получила все более широкое распространение как в муниципальных, так и в бытовых системах. В Соединенных Штатах всего несколько крупномасштабных УФ-установок для очистки воды, хотя в Европе таких установок более 2000. Существует два класса систем дезинфекции, сертифицированных и классифицированных NSF в соответствии со стандартом 55 — устройства класса A и класса B.

Класс A. Эти системы обработки воды ультрафиолетовым излучением должны иметь оценку «интенсивность и насыщенность» не менее 40 000 мкс/см2. Системы точек входа и точек использования класса А, на которые распространяется этот стандарт, предназначены для инактивации (уничтожения) или удаления из загрязненной воды микроорганизмов, включая бактерии, вирусы, ооцисты Cryptosporidium и цисты Giardia . Системы, на которые распространяется настоящий стандарт, не предназначены для очистки воды с очевидным загрязнением или преднамеренными источниками, такими как неочищенные сточные воды, а также системы, предназначенные для преобразования сточных вод в питьевую воду. Эти системы предназначены для установки на визуально чистой воде.

Класс B. Эти системы ультрафиолетовой обработки воды должны иметь рейтинг «интенсивности и насыщения» не менее 16 000 мкВт-сек/см2 и иметь конструкции, которые позволят им обеспечить дополнительную бактерицидную обработку воды, уже признанной «безопасной». т.е. отсутствие повышенных уровней E. coli. или стандартное количество чашек менее 500 колоний на 1 мл. УФ-системы стандарта NSF 55 «Класс B» предназначены для работы с минимальной дозировкой и предназначены для «уменьшения количества обычно встречающихся непатогенных или неприятных микроорганизмов». УФ-системы «Класса B» или аналогичные неклассифицированные УФ-системы не предназначены для дезинфекции «микробиологически небезопасной воды».

Таким образом, тип устройства зависит от вашей ситуации, источника воды и качества воды. Дозировка проходящего УФ-излучения зависит от прозрачности воды. Устройства водоподготовки зависят от качества сырой воды. Когда мутность составляет 5 NTU или выше и/или общее содержание взвешенных веществ превышает 10 частей на миллион, настоятельно рекомендуется предварительная фильтрация воды. Обычно перед установкой УФ-дезинфекции рекомендуется установить фильтр с размером ячеек от 5 до 20 микрон.

Принципы УФ-дезинфекции

УФ-излучение имеет три зоны длин волн: УФ-А, УФ-В и УФ-С, и именно эта последняя область, коротковолновая УФ-С, обладает бактерицидными свойствами для дезинфекции. Ртутная дуговая лампа низкого давления, напоминающая люминесцентную лампу, излучает ультрафиолетовый свет в диапазоне 254 манометров (нм). Нм — это одна миллиардная часть метра (10^-9 метров). Эти лампы содержат элементарную ртуть и инертный газ, например аргон, в трубке, пропускающей УФ-излучение, обычно из кварца (который, в отличие от стекла, прозрачен для УФ-излучения). Традиционно большинство ртутных дуговых УФ-ламп относятся к так называемому типу «низкого давления», поскольку они работают при относительно низком парциальном давлении ртути, низком общем давлении паров (около 2 мбар), низкой внешней температуре (50-100°С). °С) и малой мощности. Эти лампы излучают почти монохроматическое УФ-излучение с длиной волны 254 нм. который находится в оптимальном диапазоне для поглощения УФ-энергии нуклеиновыми кислотами (около 240-280 нм); УФ разрушает связи в нуклеиновых кислотах, убивая микроорганизмы.

В последние годы в продажу поступили УФ-лампы среднего давления, которые работают при гораздо более высоких давлениях, температурах и уровнях мощности и излучают широкий спектр более высокой УФ-энергии в диапазоне от 200 до 320 нм. Однако для обеззараживания питьевой воды УФ-излучением на бытовом уровне лампы и системы низкого давления вполне подходят и даже предпочтительнее ламп и систем среднего давления. Это связано с тем, что они работают с меньшей мощностью, более низкой температурой и более низкой стоимостью, при этом они очень эффективны в дезинфекции более чем достаточного количества воды для ежедневного домашнего использования. Важным требованием для УФ-дезинфекции с помощью ламповых систем является доступный и надежный источник электроэнергии. Несмотря на то, что потребляемая мощность систем дезинфекции ртутными УФ-лампами низкого давления невелика, они необходимы для работы ламп для дезинфекции воды.

Поскольку на большинство микроорганизмов воздействует излучение с длиной волны около 260 нм, УФ-излучение находится в подходящем диапазоне для бактерицидной активности. Существуют УФ-лампы, излучающие в диапазоне 185 нм, которые эффективны против микроорганизмов, а также снижают общее содержание органического углерода (TOC) в воде. Для типичной УФ-системы примерно 95 процентов излучения проходит через кварцевый рукав и попадает в необработанную воду. Вода стекает тонкой пленкой по лампе. Кварцевая гильза предназначена для поддержания идеальной температуры лампы примерно 104 °F.

УФ-излучение (как это работает)

УФ-излучение воздействует на микроорганизмы, изменяя ДНК в клетках и препятствуя размножению. УФ-обработка не удаляет микроорганизмы из воды, а просто инактивирует (убивает) их. Эффективность этого процесса зависит от времени воздействия и интенсивности лампы, а также от общих параметров качества воды. Время воздействия указывается как «микроватт•секунды на квадратный сантиметр» (мкВт•сек/см²), и Министерство здравоохранения и социальных служб США установило минимальное воздействие 16 000 мкВт•сек/см² для систем УФ-дезинфекции. Большинство производителей обеспечивают мощность лампы 30 000–50 000 мкВт•сек/см². В целом, например, колиформные бактерии уничтожаются при 7000 мкВт•сек/см². Поскольку интенсивность лампы со временем уменьшается, замена лампы и надлежащая предварительная обработка являются ключом к успеху УФ-дезинфекции. Кроме того, УФ-системы должны быть оборудованы предупредительным устройством, чтобы предупредить владельца, когда интенсивность лампы падает ниже бактерицидного диапазона. Ниже приводится время облучения, необходимое для полной инактивации различных микроорганизмов дозой 30 000 мкВт•сек/см² при длине волны УФ-излучения 254 нм.

Самостоятельное УФ-излучение не улучшает вкус, запах или прозрачность воды. Ультрафиолетовый свет является очень эффективным дезинфицирующим средством, хотя дезинфекция может происходить только внутри устройства. В отличие от хлорирования, в воде нет остаточной дезинфекции для инактивации бактерий, которые могут выжить или могут быть занесены после того, как вода пройдет мимо источника ультрафиолетового излучения. Процент уничтоженных микроорганизмов зависит от интенсивности УФ-излучения, времени контакта, качества сырой воды и надлежащего обслуживания оборудования. Если материал скапливается на кварцевом рукаве или нагрузка частиц высока, интенсивность УФ-излучения и эффективность обработки снижаются. При достаточно высоких дозах все передающиеся через воду кишечные патогены инактивируются УФ-излучением.

Общий порядок микробной резистентности (от наименьшей к наибольшей) и соответствующие дозы УФ для экстенсивной (> 99,9%) инактивации: вегетативные бактерии и простейшие паразиты Cryptosporidium parvum и Giardia lamblia в низких дозах (1-10 мДж/см2) и энтеросолюбильные вирусы и бактериальные споры в высоких дозах (30-150 мДж/см2). Большинство систем УФ-дезинфекции с использованием ртутных ламп низкого давления могут легко обеспечить дозу УФ-излучения 50–150 мДж/см2 в высококачественной воде и, следовательно, эффективно обеззараживать практически все патогены, передающиеся через воду. Примечание. В этом параграфе единицы измерения изменены с мкВт•с/см2 на мДж/см2. Оба являются единицами излучения (мощность/площадь); ватт (Вт) – это джоуль/сек; 1000 мк (микро) = 1 м (милли). 1000 мкВт•сек/см2 = 1 мДж/см2.

Однако растворенные органические вещества, такие как природные органические вещества, некоторые неорганические загрязнители, такие как железо, сульфиты и нитриты, и взвешенные вещества (твердые частицы или мутность) будут поглощать УФ-излучение или защищать микробы от УФ-излучения, что приводит к более низким доставляемым УФ-дозам и снижение микробной дезинфекции. Еще одна проблема, связанная с дезинфекцией микробов более низкими дозами УФ-излучения, связана со способностью бактерий и других клеточных микробов восстанавливать повреждения, вызванные УФ-излучением, и восстанавливать инфекционность — явление, известное как реактивация.

Ультрафиолет инактивирует микробы в первую очередь путем химического изменения нуклеиновых кислот. Однако химические повреждения, вызванные УФ-излучением, можно восстанавливать с помощью клеточных ферментативных механизмов, некоторые из которых не зависят от света (темновая репарация), а другие требуют видимого света (фоторепарация или фотореактивация). Следовательно, для достижения оптимальной дезинфекции воды УФ-излучением требуется доставить достаточную дозу УФ-излучения, чтобы вызвать более высокие уровни повреждения нуклеиновых кислот и, таким образом, преодолеть или подавлять механизмы репарации ДНК.

Инактивационные дозы для Giardia и Cryptosporidium

Доза УФ -излучения представляет собой произведение интенсивности УФ-излучения (излучения) и времени воздействия в секундах (ИТ), выраженное в единицах: мВт•с/см2 или мДж/см2. IT аналогичен химической дозе или CT (концентрация x время). Микробы проявляют различную чувствительность к УФ-излучению, о чем свидетельствуют данные УФ-излучения. Cryptosporidium и Giardia более чувствительны к УФ-излучению, чем бактерии и вирусы. Аналогичные результаты были получены при использовании ультрафиолетового облучения низкого, среднего и импульсного давления. Ищите систему УФ-дезинфекции класса А. Доза УФ-излучения, необходимая для 4-кратной логарифмической инактивации отдельных патогенов, передающихся через воду, показана ниже

Предварительная обработка УФ-облучением

Перед прохождением воды через УФ-блок необходимо провести либо фильтрацию осадка, либо фильтрацию активированным углем. Твердые частицы, цвет и мутность влияют на передачу УФ-излучения микроорганизмам и поэтому должны быть удалены для успешной дезинфекции.

УФ часто является последним устройством в цепи очистки (серии устройств очистки) после обратного осмоса, умягчения воды или фильтрации. УФ-установка должна располагаться как можно ближе к месту использования, так как любая часть водопроводной системы может быть заражена бактериями. Перед первым использованием УФ-системы рекомендуется продезинфицировать всю водопроводную систему хлором. ‍

Типы устройств

Типичное устройство для УФ-обработки состоит из цилиндрической камеры, в которой вдоль центральной оси размещена УФ-лампа. Кварцевая гильза закрывает колбу; поток воды идет параллельно лампочке, для чего требуется электроэнергия. Устройство управления потоком предотвращает слишком быстрое прохождение воды мимо колбы, обеспечивая необходимое время контакта излучения с текущей водой. Сообщалось, что турбулентный (взволнованный) поток воды обеспечивает более полное воздействие УФ-излучения на организмы.

Корпус УФ-системы должен быть изготовлен из нержавеющей стали, чтобы защитить любые электронные детали от коррозии. Чтобы гарантировать отсутствие загрязнений, все сварные швы в системе должны быть проплавлены плазмой и продуты аргоном. Основные отличия установок УФ-обработки заключаются в мощности и дополнительных функциях. Некоторые из них оснащены детекторами УФ-излучения, которые предупреждают пользователя о необходимости очистки устройства или выходе из строя источника света. Эта функция чрезвычайно важна для обеспечения безопасной подачи воды. Детектор, который издает звук или перекрывает поток воды, предпочтительнее, чем сигнальная лампа, особенно если система может быть расположена там, где сигнальная лампа не будет сразу замечена. ‍

Техническое обслуживание УФ- системы

Поскольку УФ-излучение должно достичь бактерий, чтобы инактивировать их, корпус источника света должен содержаться в чистоте. Доступны коммерческие продукты для промывки устройства для удаления любой пленки на источнике УФ-излучения. Очистка в течение ночи 0,15-процентным раствором гидросульфита натрия или лимонной кислоты эффективно удаляет такие пленки. В некоторых устройствах есть дворники, облегчающие процесс очистки.

УФ-системы рассчитаны на непрерывную работу и должны отключаться только в том случае, если обработка не требуется в течение нескольких дней. Перед повторным использованием системы после выключения требуется несколько минут для прогрева лампы. Кроме того, водопроводная система дома должна быть тщательно промыта после периода простоя. Всякий раз, когда система обслуживается, вся водопроводная система должна быть продезинфицирована химическим веществом, таким как хлор, прежде чем полагаться на УФ-систему для дезинфекции.

УФ-лампы постепенно теряют эффективность по мере использования; Лампу следует регулярно чистить и заменять не реже одного раза в год. Нередко новая лампа теряет 20% своей мощности в течение первых 100 часов работы, хотя этот уровень мощности сохраняется в течение следующих нескольких тысяч часов. Как указывалось ранее, устройства, оснащенные правильно откалиброванными детекторами УФ-излучения, оповещают владельца, когда интенсивность света падает ниже определенного уровня.

Очищенная вода должна проверяться на наличие колиформных и гетеротрофных бактерий ежемесячно в течение как минимум первых 6 месяцев использования устройства. Если эти микроорганизмы присутствуют в обработанной воде, следует проверить мощность лампы и продезинфицировать всю водопроводную систему химическим веществом, например хлором.

Краткие факты об УФ-обработке воды

1 | УФ-обеззараживание не добавляет в воду химикатов.

2 . | УФ эффективен против бактерий и вирусов; и может быть эффективен против Giardia lamblia или Cryptosporidium , если система специально разработана для удовлетворения этих требований к дезинфекции.

3 | УФ-дезинфекция не имеет остаточной дезинфекции.

4 | Минимальная мощность лампы должна составлять 16 000 мкВт•сек/см².

5 | УФ часто является последним устройством в цепи очистки воды.

6 | УФ-устройство должно иметь звуковой детектор УФ-излучения, чтобы уведомить пользователя о недостаточной мощности лампы.

7 | Необходимо регулярное техническое обслуживание и замена ламп.

Производительность систем УФ-дезинфекции

УФ-это встроенная система в точке входа, которая обрабатывает всю воду, используемую в доме. Производительность варьируется от 0,5 галлона в минуту (галлонов в минуту) до нескольких сотен галлонов в минуту. Поскольку бактерии могут быть экранированы частицами в воде, может потребоваться предварительная обработка для удаления мути. Существует также ограничение на количество бактерий, которые можно лечить. Верхний предел для УФ-дезинфекции составляет 1000 общих кишечных палочек на 100 мл воды или 100 фекальных кишечных палочек на 100 мл.

Особые соображения

Предварительная фильтрация необходима для удаления цвета, мутности и частиц, защищающих микроорганизмы от источника УФ-излучения. Вода с высоким содержанием минералов может покрывать гильзу лампы и снижать эффективность лечения. Поэтому может потребоваться предварительная обработка с помощью смягчителя воды или системы впрыска фосфата, чтобы предотвратить накопление минералов на лампе. В таблице 3 перечислены максимальные уровни некоторых загрязняющих веществ, которые допустимы для эффективной обработки УФ-излучением.

Общие рекомендации

Установка системы УФ-обработки или любой другой системы обеззараживания воды не заменяет правильное проектирование и строительство колодца. Если у вас есть вырытый колодец в качестве источника снабжения, замена колодца, вероятно, является более удовлетворительным вариантом в долгосрочной перспективе. Если вырытый колодец или родник — ваш единственный вариант снабжения, рассмотрите все варианты лечения, прежде чем решить, что делать. Обязательно получите консультацию специалиста! Рекомендуемый выбор процесса обработки:

1 | Получите информацию о вашем источнике воды.

2 | Проверяйте воду — не реже одного раза в год [ИСПРАВЛЕНИЕ: Нужна ссылка на страницу продукта «Тесты»]

3 | Определите, какие проблемы связаны с недостатками инфраструктуры, т. е. треснутой обсадной колонной, отсутствием крышки скважины, неправильным уплотнением, плохим поверхностным дренажем и т. д. Произведите необходимый ремонт и усовершенствование системы.

4 | Установите необходимые системы очистки воды . Я предоставил несколько онлайн-ссылок для систем очистки воды, но я всегда рекомендую предварительный тест воды.