Ультрафиолет поражает именно живые клетки, не оказывая воздействие на химический состав воды и воздуха, что исключительно выгодно отличает его от всех химических способов дезинфекции и обеззараживания воды.

Достижения последних лет в светотехнике и электротехнике позволяют обеспечить высокую степень надежности обеззараживания воды ультрафиолетовыми лучами.

Что это за излучение

Ультрафиолетовое излучение, ультрафиолетовые лучи, УФ-излучение, не видимое глазом электромагнитное излучение, занимающее спектральную область между видимым и рентгеновским излучениями в пределах длин волн 400—10 нм. Вся область УФ-излучения условно делится на ближнюю (400—200 нм) и далёкую, или вакуумную (200—10 нм); последнее название обусловлено тем, что УФ-излучение этого участка сильно поглощается воздухом и его исследование производят с помощью вакуумных спектральных приборов.

Естественные источники УФ-излучения — Солнце, звёзды, туманности и др. космические объекты. Однако лишь длинноволновая часть УФ-излучения — 290 нм достигает земной поверхности. Более коротковолновое УФ-излучение поглощается озоном, кислородом и др. компонентами атмосферы на высоте 30—200 км от поверхности Земли, что играет большую роль в атмосферных процессах.

Искусственные источники УФ-излучения. Для различных применений УФ-излучения промышленность выпускает ртутные, водородные, ксеноновые и др. газоразрядные лампы, окна которых (либо целиком колбы) изготовляют из прозрачных для УФ-излучения материалов (чаще из кварца). Любая высокотемпературная плазма (плазма электрических искр и дуг, плазма, образующаяся при фокусировке мощного лазерного излучения в газах или на поверхности твёрдых тел, и т.д.) является мощным источником УФ-излучения.

Несмотря на то, что ультрафиолет нам дан самой природой, он небезопасен

Ультрафиолет бывает трех типов: «А»; «B»; «С». Озоновый слой предотвращает попадание на поверхность земли Ультрафиолета «С». Свет в спектре ультрафиолета «А» имеет длину волн от 320 до 400 нм, свет в спектре ультрафиолет «В» имеет длину волн от 290 до 320 нм. УФ-излучение обладает энергией, достаточной для воздействия на химические связи, в том числе и в живых клетках.

Энергия ультрафиолетовой компоненты солнечного света вызывает повреждения микроорганизмов на клеточном и генетическом уровнях, тот же самый ущерб наносится людям, но он ограничен кожей и глазами. Солнечные ожоги вызываются воздействием ультрафиолета «В». Ультрафиолет «А» проникает гораздо глубже, чем ультрафиолет «В» и способствует преждевременному старению кожи. Кроме того, воздействие ультрафиолета «А» и «В» приводит к раку кожи.

Из истории ультрафиолетовых лучей

Бактерицидное действие ультрафиолетовых лучей было обнаружено около 100 лет назад. Первые лабораторные испытания УФИ в 1920х годах были настолько многообещающими, что полное уничтожение воздушно-капельных инфекций казалось возможным в самое ближайшее время. УФИ стало активно применяться с 1930х годов и в 1936 г. было впервые использовано для стерилизации воздуха в хирургической операционной комнате. В 1937 г. первое применение УФИ в вентиляционной системе одной из американских школ впечатляюще снизило уровень заболеваемости учащихся корью и другими инфекциями. Тогда казалось, что найдено замечательное средство для борьбы с воздушно-капельными инфекциями. Однако, дальнейшее изучение УФИ и опасных побочных действий серьезно сузило возможности его использования в присутствии людей.

Сила проникновения ультрафиолетовых лучей невелика и распространяются они только по прямой, т.е. в любом рабочем помещении образуется множество затенённых зон, которые не подвержены бактерицидной обработке. По мере удаления от источника ультрафиолетого излучения биоцидность его действия резко снижается. Действие лучей ограничивается поверхностью облучаемого предмета, и его чистота имеет большое значение.

Бактерицидное действие ультрафиолета

Обеззараживающий эффект УФ излучения, в основном, обусловлен фотохимическими реакциями, в результате которых происходят необратимые повреждения ДНК. Помимо ДНК ультрафиолет действует и на другие структуры клеток, в частности, на РНК и клеточные мембраны. Ультрафиолет как высокоточное оружие поражает именно живые клетки, не оказывая воздействие на химический состав среды, что имеет место для химических дезинфектантов. Последнее свойство исключительно выгодно отличает его от всех химических способов дезинфекции.

Применение ультрафиолета

Ультрафиолет используется в настоящее время в различных областях: медицинских учреждениях (больницы, поликлиники, госпитали); пищевой промышленности (продукты, напитки); фармацевтической промышленности; ветеринарии; для обеззараживания питьевой, оборотной и сточной воды.

Современные достижения свето- и электротехники обеспечили условия для создания крупных комплексов УФ-обеззараживания. Широкое внедрение УФ-технологии в муниципальные и промышленные системы водоснабжения позволяют обеспечить эффективное обеззараживание (дезинфекцию) как питьевой воды перед подачей в сети горводопровода, так и сточных вод перед их выпуском в водоемы. Это позволяет исключить применение токсичного хлора, существенно повысить надежность и безопасность систем водоснабжения и канализации в целом.

Обеззараживание воды ультрафиолетом

Одной из актуальных задач при обеззараживании питьевой воды, а также промышленных и бытовых стоков после их осветления (биоочистки) является применение технологии, не использующей химические реагенты, т. е. технологии, не приводящей к образованию в процессе обеззараживания токсичных соединений (как в случае применения соединений хлора и озонирования) при одновременном полном уничтожении патогенной микрофлоры.

Различают три участка спектра ультрафиолетового излучения, имеющего различное биологическое воздействие. Слабое биологическое воздействие имеет ультрафиолетовое излучение с длиной волны 390-315 нм. Противорахитичным действием обладают УФ-лучи в диапазоне 315-280 нм, а ультрафиолетовое излучение с длиной волны 280-200 нм обладает способностью убивать микроорганизмы.

 Ультрафиолетовые лучи длиной волн 220-280 им действуют на бактерии губительно, причем максимум бактерицидного действия соответствует длине волн 264 нм. Данное обстоятельство используется в бактерицидных установках, предназначенных для обеззараживания в основном подземных вод. Источником ультрафиолетовых лучей является ртутно-аргонная или ртутно-кварцевая лампа, устанавливаемая в кварцевом чехле в центре металлического корпуса. Чехол защищает лампу от контакта с водой, но свободно пропускает ультрафиолетовые лучи. Обеззараживание происходит во время протекания воды в пространстве между корпусом и чехлом при непосредственном воздействии ультрафиолетовых лучей на микробы.

Оценка бактерицидного действия производится в единицах, называемых бактами (б). Для обеспечения бактерицидного эффекта ультрафиолетового облучения достаточно примерно 50 мкб • мин/см2. УФ-облучение наиболее перспективный метод обеззараживания воды с высокой эффективностью по отношению к патогенным микроорганизмам, не приводящий к образованию вредных побочных продуктов, чем иногда грешит озонирование.

УФ-облучение идеально для обеззараживания артезианских вод

Точка зрения, что подземные воды считаются свободными от микробных загрязнений в результате фильтрации воды через почву, не совсем верна. Исследования показали, что подземные воды свободны от крупных микроорганизмов, таких как протоза или гельминты, но более мелкие микроорганизмы, например, вирусы, могут проникать сквозь почву в подземные источники воды. Даже если бактерии не обнаружены в воде, оборудование для обеззараживания должно служить барьером от сезонных или аварийных заражений.

УФ-облучение должно применяться для обеспечения обеззараживания воды до нормативного качества по микробиологическим показателям, при этом необходимые дозы выбираются на основании требуемого снижения концентрации патогенных и индикаторных микроорганизмов.

УФ-облучение не образует побочных продуктов реакции, его доза может быть увеличена до значений, обеспечивающих эпидемиологическую безопасность, как по бактериям, так и по вирусам. Известно, что УФ-излучение действует на вирусы намного эффективнее, чем хлор, поэтому применение ультрафиолета при подготовке питьевой воды позволяет, в частности, во многом решить проблему удаления вирусов гепатита А, которая не всегда решается при традиционной технологии хлорирования.

Использование УФ-облучения в качестве обеззараживания рекомендуется для воды, уже прошедшей очистку по цветности, мутности и содержанию железа. Эффект обеззараживания воды контролируют, определяя общее число бактерий в 1 см3 воды и количество индикаторных бактерий группы кишечной палочки в 1 л воды после ее обеззараживания.

 На сегодняшний день широкое распространение получили УФ-лампы проточного типа. Основным элементом данной установки является блок облучателей состоящий из ламп УФ-спектра в количестве, определяемом необходимой производительностью по обработанной воде. Внутри лампа имеет полость для протока. Контакт с УФ-лучами происходит через специальные окошечки внутри лампы. Корпус установки выполнен из металла, защищающего от проникновения лучей в окружающую среду.

Вода, подающаяся на установку должна соответствовать следующим требованиям:

• общее содержание железа – не более 0,3 мг/л, марганца – 0,1 мг/л;
• содержание сероводорода – не более 0,05 мг/л;
• мутность – не более 2 мг/л по каолину;
• цветность – не более 35 град.

Метод ультрафиолетового обеззараживания имеет следующие преимущества по отношению к окислительным обеззараживающим методам (хлорирование, озонирование):

• УФ облучение летально для большинства водных бактерий, вирусов, спор и протозоа. Оно уничтожает возбудителей таких инфекционных болезней, как тиф, холера, дизентерия, вирусный гепатит, полиомиелит и др. Применение ультрафиолета позволяет добиться более эффективного обеззараживания, чем хлорирование, особенно в отношении вирусов;
• обеззараживание ультрафиолетом происходит за счет фотохимических реакций внутри микроорганизмов, поэтому на его эффективность изменение характеристик воды оказывает намного меньшее влияние, чем при обеззараживании химическими реагентами. В частности, на воздействие ультрафиолетового излучения на микроорганизмы не влияют рН и температура воды;
• в обработанной ультрафиолетовым излучением воде не обнаруживаются токсичные и мутагенные соединения, оказывающие негативное влияние на биоценоз водоемов;
• в отличие от окислительных технологий в случае передозировки отсутствуют отрицательные эффекты. Это позволяет значительно упростить контроль за процессом обеззараживания и не проводить анализы на определение содержания в воде остаточной концентрации дезинфектанта;
• время обеззараживания при УФ облучении составляет 1-10 секунд в проточном режиме, поэтому отсутствует необходимость в создании контактных емкостей;
• достижения последних лет в светотехнике и электротехнике позволяют обеспечить высокую степень надежности УФ комплексов. Современные УФ лампы и пускорегулирующая аппаратура к ним выпускаются серийно, имеют высокий эксплуатационный ресурс;
• для обеззараживания ультрафиолетовым излучением характерны более низкие, чем при хлорировании и, тем более, озонировании эксплуатационные расходы. Это связано со сравнительно небольшими затратами электроэнергии (в 3-5 раз меньшими, чем при озонировании); отсутствием потребности в дорогостоящих реагентах: жидком хлоре, гипохлорите натрия или кальция, а также отсутствием необходимости в реагентах для дехлорирования;
• отсутствует необходимость создания складов токсичных хлорсодержащих реагентов, требующих соблюдения специальных мер технической и экологической безопасности, что повышает надежность систем водоснабжения и канализации в целом;
• ультрафиолетовое оборудование компактно, требует минимальных площадей, его внедрение возможно в действующие технологические процессы очистных сооружений без их остановки, с минимальными объемами строительно-монтажных работ.

Автор: АкваЭксперт.Ру
Источник: Информация подготовлена редакцией по материалам из открытых источников