УФ обеззараживание воды | Ультрафиолетовые технологии

Развитие земной цивилизации всегда сопровождалось болезнями и страшными эпидемиями, которые уничтожали целые народы. На протяжении всей истории человечества, люди искали способы избежать различных заражений болезнетворными микробами и вирусами. Последние достижения науки способствовали значительному снижению инфекционных заболеваний. Одним из главных способов дезинфекции - является применение ультрафиолетового излучения.

Сегодня, среди довольно большого числа предлагаемых безреагентных методов, наибольшее распространение получил метод обработки воды ультрафиолетовым (УФ) облучением, так называемая бактерицидная фильтрация. Невидимое глазом электромагнитное УФ-излучение охватывает диапазон с длиной волны от 10 до 400 нм. Обеззараживающим (бактерицидным) эффектом обладает только часть спектра УФ-излучения в диапазоне волн 205–315 нм и максимальным проявлением действия в области 254±10 нм.

Обеззараживающий эффект УФ-излучения, в первую очередь, обусловлен происходящими под его воздействием фотохимическими реакциями в структуре молекул ДНК и РНК, составляющими универсальную информационную основу аппарата воспроизводимости живых организмов. Результатом этих фотохимических реакций являются необратимые повреждения ДНК и РНК. Кроме того, действие ультрафиолетового излучения вызывает нарушения в структуре мембран и клеточных стенок микроорганизмов. Все это, в конечном итоге, приводит к их гибели.

Эффективность обеззараживания (доля погибших под действием УФ-облучения микроорганизмов) пропорциональна интенсивности излучения (мВт/см²) и времени его воздействия (с). Произведение этих двух величин называется дозой облучения (мДж/см²) и является мерой бактерицидной энергии, сообщенной микроорганизму. Минимальная доза УФ-облучения, регламентируемая методическими указаниями Минздрава РФ для обеззараживания питьевой воды, – 16 мДж/см² («Санитарный надзор за применением УФ-излучения в технологии подготовки питьевой воды»).

Для нормальной работы УФ-оборудования является правильный выбор необходимой дозы облучения, которая зависит от чувствительности к облучению микроорганизмов и их количества. Так, для достижения степени обеззараживания 90% известного E.coli требуется доза УФ-облучения около 6 мДж/см², по данным опытов при дозе 16 мДж/см².

Степень обеззараживания возрастает до 99,9%. На практике величина дозы зависит от поглощения водой бактерицидного излучения. В первую очередь, основное влияние на поглощение оказывает цветность воды, в меньшей степени мутность и содержание железа. Поэтому установки УФ-обеззараживания ставят на финальной стадии обработки воды после предварительной очистки и фильтрации.

Технологические и гигиенические критерии использования УФ-облучения для обеззараживания питьевых и сточных вод (согласно МУК 4.3.2030-05)

Для обеззараживания природных и сточных вод используют биологически активную область спектра УФ-облучения с длиной волны от 205 до 315 нм, называемую бактерицидным излучением. Максимум вирулицидного действия приходится на область спектра 250 - 270 нм. Наибольший коэффициент полезного действия в области коротковолнового излучения имеют лампы низкого давления. В лампах этого типа до 95% электрической энергии преобразуется в излучение с длиной волны 254 нм.

Механизм обеззараживания УФ-облучения основан на повреждении молекул ДНК и РНК вирусов. Фотохимическое воздействие предполагает разрыв или изменение химических связей органической молекулы в результате поглощения энергии фотона. Имеют место так же вторичные процессы, в основе которых лежит образование в воде под действием УФ-облучения свободных радикалов, которые усиливают вирулицидный эффект.

Степень инактивации микроорганизмов под действием УФ-облучения пропорциональна интенсивности излучения (мВт/см²) и времени облучения (с). Произведение интенсивности излучения и времени называется дозой облучения (мДж/см²) и является мерой вирулицидной энергии. Основными факторами, влияющими на эффективность обеззараживания природных и сточных вод УФ-облучением, являются:

• чувствительность различных вирусов к действию УФ-облучения;
• мощность лампы;
• степень поглощения УФ-облучения водной средой;
• уровень взвешенных веществ в обеззараживаемой воде.

Различные виды вирусов при одинаковых условиях облучения различают по степени чувствительности к УФ-облучению.

Лампы низкого давления имеют электрическую мощность 2-200 Вт и рабочую температуру 40-150°С. В лампах этого типа 30-95% электрической энергии преобразуется в биоцидное излучение с длиной волны 254 нм. Срок службы ламп низкого давления составляет до 15 тысяч часов. Лампы высокого давления обладают широким спектром излучения, имеют мощность 50-10000 Вт при рабочей температуре 600-800°С. Они характеризуются относительно низким коэффициентом полезного действия в биоцидном диапазоне (5-10% от потребляемой электрической энергии).

Проникновение ультрафиолетовых лучей в воду сопровождается их поглощением как самой водой, так и веществами, находящимися в растворенном и взвешенном состоянии. Степень поглощения определяется физико-химическими свойствами обрабатываемой воды, а так же толщиной ее слоя. Коэффициенты поглощения УФ природными и сточными водами колеблются в пределах от 0,2 до 0,7. Коэффициенты поглощения УФ питьевой водой, полученной из подземных источников водоснабжения, имеют значения 0,05-0,20, а из поверхностных - 0,15-0,30. Наибольшее влияние на интенсивность поглощения биоцидной энергии оказывают цветность, мутность воды и содержание в ней железа.

С целью достижения гигиенической надежности, наименьших эксплуатационных и экономических затрат, обеззараживание питьевых, природных и сточных вод необходимо проводить при соответствии их качества параметрам. В случае превышения допустимых характеристик воды хотя бы по одному из показателей, требуется проведение дополнительных санитарно-вирусологических исследований с целью обеспечения эффективного обеззараживания воды в отношении вирусов и выявления величины рабочей дозы облучения для конкретных условий. Необходимую дозу облучения рекомендуется определять по степени инактивации колифагов как индикаторов вирусного загрязнения.

Выбор дозы УФ-облучения определяют характером и качеством воды, поступающей для обеззараживания: не менее 16 мДж/см² для воды из подземных источников I класса и питьевых вод; не менее 25 мДж/см² для воды из подземных источников II, III класса и поверхностных источников; не менее 30 мДж/см² для бытовых и городских сточных вод; не менее 40 мДж/см² для любого типа вод при неблагоприятной эпидемической ситуации. Под неблагоприятной эпидемической ситуацией подразумевают систематическое обнаружение колифагов в питьевой воде и энтеровирусов в источнике и питьевой воде и(или) наличие водных вспышек энтеровирусных заболеваний.

При УФ-облучении воды не существует проблемы передозировки. Повышение дозы не приводит к гигиенически значимым неблагоприятным изменениям свойств воды и образованию побочных продуктов. В случае ухудшения эпидемической ситуации, возникновения угрозы появления в источнике водоснабжения высокой концентрации энтеровирусов либо другой чрезвычайной ситуации, доза УФ-облучения может быть увеличена за счет снижения объема обрабатываемой воды, проходящей через единицу времени через УФ-оборудование путем включения в работу резервного оборудования или снижения общего расхода воды. Доза УФ-облучения должна находиться в прямой зависимости от расхода обрабатываемой воды.

Тем не менее, согласно МУ 3.2.1757-03, эпидемическая безопасность воды по паразитологическим показателям достигается при обеззараживании ее УФ-облучением в дозах: для питьевой воды - 40-45 мДж/см², сточной - не менее 65 мДж/см².

Ультрафиолетовые технологии

| опубликована: 2009-05-05 | прочитана 3268 |