Продовжуємо розділ "Вода" і підрозділ "Дезінфекція" статтею про ультрафіолетове знезараження води. Раніше ми говорили в основному про знезараження води за допомогою ультрафільтрації (різновиди мембранної фільтрації води). І, торкаючись теми ультрафіолетової стерилізації, відгукувалися про неї не дуже добре (мовляв де вона не настільки економічна і прекрасна, як ультрафільтрація). Однак, тим не менше, більшість стерилізаційних систем на сьогодні - саме на основі ультрафіолету. Про причини цього явища ми і поговоримо.
Про ультрафіолетове знезараження води варто почати розмову з цікавих основ - з ультрафіолету як такого. Ультрафіолетове випромінювання - це різновид електромагнітного випромінювання (як і видиме світло), яке знаходиться між фіолетовою кордоном видимого світла і рентгенівським випромінюванням. Тобто, ультрафіолетове випромінювання має досить широкий діапазон.
На зображенні цей діапазон (а саме довжини хвиль з 400 до 10 нм) можна продемонструвати так:
Відповідно, виникає питання - а що такого бактерицидного в ультрафіолетовому випромінюванні? Адже фіолетовий світло - він нешкідливий (здається). А рентгенівське випромінювання пов'язане з гамма-частинками і ядерним вибухом ... Ми ж не радіацією вбиваємо бактерій?
Що ж, відповідаємо на це питання.
Але для початку довідка про одиниці вимірювання ультрафіолетового випромінювання - нанометра:
Нанометр (нм, nm) - одиниця вимірювання довжини в метричній системі, що дорівнює однієї мільярдної частини метра (т. Е. 10-9 метра).
Так, багато хто чув, що радіохвилі бувають різної довжини - метрові, кілометрові, сантиметрові. Так ось, можна сказати, що ультрафіолетове випромінювання - це нанометрові радіохвилі. Само по собі ультрафіолетове випромінювання можна розділити на кілька груп. Так це:
- Близький ультрафіолет (УФ-А): довгі хвиль 400-315 нм
- Середній ультрафіолет (УФ-В) - довгі хвиль 314-280 нм.
- Далекий - довжини хвиль (УФ-С): 280-100 нм
- Екстремальний ультрафіолет. Довгі хвиль 100-10 нм.
Близький ультрафіолетовий діапазон часто називають «чорним світлом», так як він не розпізнається людським оком, але при відображенні від деяких матеріалів спектр переходить в область видимого випромінювання. Для далекого і екстремального діапазону часто використовується термін «вакуумний», з огляду на те, що хвилі цього діапазону сильно поглинаються атмосферою Землі.
Цікавий факт, який не має відношення до нашої теми:
Ультрафіолетове випромінювання практично невідчутно для очей людини, але при інтенсивному опроміненні викликає типово радіаційне ураження (опік сітківки). М'який ультрафіолет (300-380 нм) сприймається сітківкою як слабкий фіолетовий або сірувато-синє світло, але майже повністю затримується кришталиком, особливо у людей середнього та похилого віку [2]. Пацієнти, яким імплантували штучний кришталик ранніх моделей, починали бачити ультрафіолет; сучасні зразки штучних кришталиків ультрафіолет не пропускають.
Так що повертаємося до ультрафіолетового знезараження води.
Випромінювання з довжиною хвилі 320-400 нм (ближній ультрафіолет) вступає в реакцію з киснем, розчиненим у воді, і виробляє високоактивні форми кисню (вільні радикали кисню і перекис водню), які можуть знищувати патогенні організми. Крім того, встановлено, що сонячне світло є згубним для мікроорганізмів, що міститься в питній воді зокрема тому, що ультрафіолетове випромінювання (середній ультрафіолет) впливає безпосередньо на метаболізм і руйнує клітинну структуру бактерій.
Встановлено, що при температурі води близько 30 ° C (86 ° F), і порозі сонячної радіації не менше 500 Вт / м2 (повний спектр) потрібно близько 6 годин опромінення, щоб домогтися ефекту. Це відповідає приблизно 6 годин обробки в середніх широтах в сонячний літній день
Отже, ближній ультрафіолет - це "безпечний" ультрафіолет, до якого ми всі досить сильно звикли. Цей ультрафіолет дає нам загар, вітамін Д і може викликати сонячні опіки. Середній ультрафіолет може знезаражувати воду, але для цього необхідно не менше 6 годин опромінення сонцем.
Так що для дезінфекції води в промислових масштабах необхідно щось інше - дальній ультрафіолет. Так, для дезінфекції води в промислових масштабах виробники намагаються, щоб принаймні 86% випромінювання доводилося на довжину хвилі 254 нм. Тобто, на середину далекого ультрафіолету. Причина цього - ультрафіолет з даною довжиною хвилі добре проходить через багато речовин (наприклад, через оболонки бактерій) і поглинається власне молекулами ДНК і РНК бактерій. Ну а поглинання ультрафіолету в великих дозах призводить до порушення функціонування.
У випадку з бактеріями порушується синтез ДНК-РНК (УФ випромінювання на цих довжинах хвиль викликає дімерізацію тиміну в молекулах ДНК), що призводить до накопичення мутацій і, в свою чергу, призводить до уповільнення темпів розмноження бактерій і їх вимирання. Те що нам і потрібно!
Основні моменти використання ультрафіолетового знезараження води.
Розмір і вид організму. Теоретично, ультрафіолетова радіація здатна вбити віруси, бактерії, грибки і найпростіших. На практиці великі організми, такі як найпростіші, можуть зажадати більшої дози опромінення. Так само багато що залежить від виду організму: деякі бактерії більш стійкі до опромінення, ніж інші.
Потужність ультрафіолетової лампи. Кількість виробленого ультрафіолету безпосередньо залежить від потужності самої лампи. Чим могутніше лампа - тим більше ультрафіолету вона виробляє. На жаль, здатність ламп виробляти УФ-промені падає з часом, так що лампи вимагають заміни раз в 4-6 місяців. Оптимальна для вироблення ультрафіолету температура - від 40 до 43'C. У більш холодному середовищі продуктивність стерилізаторів падає.
Проникаюча здатність ультрафіолетового випромінювання. Ультрафіолетові промені здатні проникати через воду. Однак, чим більше щільність води - тим нижче їх проникаюча здатність. Якщо УФ-промені не в змозі проникнути на глибину (через воду), то толку від них мало. Каламутна вода так само знизить продуктивність установки. Ультрафіолетові стерилізатори повинні бути поміщені після фільтрів механічного очищення води. Інакше бактерії, просто кажучи, ховаються в тіні, що відкидається механічними домішками. І спокійно собі чекають припинення дії ультрафіолету.
І нарешті, важлива чистота лампи і її оболонки. Якщо лампу або оболонку покриває вапняний наліт - він просто заблокує випромінювання. А він починає покривати лампу в жорсткій воді з моменту її включення. Тому лампу необхідно регулярно очищати від вапняного нальоту за допомогою лимонної кислоти.
Крім того, це означає, що ультрафіолетову лампу при заміні МОЖНА брати руками за скло. Залишені відбитки пальців знижують ефект знезараження води ультрафіолетом.
Час роботи стерилізатора. Чим більше вода піддається впливу УФ-випромінювання, тим більше гине шкідливих мікроорганізмів. Час контакту так само часто називають часом "витримки". Час витримки залежить від потоку води. Чим нижче швидкість потоку - тим більше час контакту. Довжина лампи так само впливає. При довгій лампі час контакту води із стерилізатором збільшується.
Температура оброблюваної води. УФ-промені найкраще поширюються в воді температурою 40-43'C. Так що якщо ви стерилізуєте крижану воду прямо зі свердловини - то це не те ж саме, як якщо б ви вирішили стерилізувати вже нагріту воду.
Отже, загальні рекомендації щодо підвищення ефективності роботи ультрафіолетової лампи для знезараження води:
- лампа повинна бути чистою;
- вода повинна бути прозорою;
- потрібно знезаражувати м'яку воду (щоб не було вапняного нальоту);
- в воді не повинно бути розчиненого заліза (щоб не знижувалася каламутність води);
- вода повинна бути теплою;
- лампа повинна бути якомога довшою;
- швидкість води повинна бути якомога менш великий
- лампу необхідно регулярно міняти (оскільки чим довше працює лампа, тим гірше вона випромінює ультрафіолет);
- лампа повинна бути якомога більш потужної;
- вода повинна бути якомога менш солоною;
- бактерій у воді бути не повинно 🙂
Так що навіть якщо ваші засоби дозволяють встановити лише крихітну ультрафіолетову лампу на кран питної води - це не страшно, оскільки ви знаєте, як підвищити ефективність знезараження води за допомогою цієї лампи.
До речі, раніше ми говорили, що ультрафіолетові стерилізатори води більш поширені, ніж менш вибаглива і менш дорога в експлуатації мембрана ультрафільтрації. Причина цього явища - ціна питання. Ультрафіолетові лампи виходять дешевше - особливо якщо в їх вартість не входить вартість пом'якшення води (щоб не дати утворитися вапняного нальоту) і механічного очищення води.
Таким чином, ультрафіолетове знезараження води - хороший варіант захищені від різноманітних бактерій.
