Очистка воды ультрафиолетом

Обеззараживание воды ультрафиолетовым излучением

Метод обеззараживания воды ультрафиолетовым излучением получил широкое распространение за последние 20 лет во всем мире.

Одной из основных мотиваций применения этого метода послужил обнаруженный в 70-х годах XX века факт, что хлорирование воды приводит к образованию опасных побочных продуктов. Анализ альтернативных хлорированию методов дезинфекции воды показал, что все окислительные технологии обеззараживания приводят к форматированию тех или иных побочных продуктов, большинство из которых представляют опасность для здоровья людей.

Вторым важным фактором в продвижении УФ технологии явилась недостаточная эффективность хлорирования в отношении ряда микроорганизмов.

Ультрафиолетовое обеззараживание оказалось идеальным решением обеих этих проблем, что и стало причиной бурного развития УФ технологий во всем мире.

Области применения УФ стерилизаторов

Обеззараживание воды ультрафиолетом используется в настоящее время в различных областях.

Сферы применения ультрафиолетовых стерилизаторов воды:

  • обеззараживание питьевой воды
  • обеззараживание сточной воды
  • обеззараживание технической воды
  • обеззараживание воды бассейнов

С развитием технологий сфера применения УФ стерилизаторов постоянно расширяется. Установки обеззараживания воды ультрафиолетом используются в системах:

  • водоснабжения городов и поселков
  • очистки питьевого водоснабжения жилых домов, коттеджей
  • очистки водоснабжения в детских садах, школах, лагерях
  • очистки водоснабжения учреждений здравоохранения
  • подготовки воды пищевых производств
  • обеззараживания воды бассейнов, аквапарков
  • технического, в том числе оборотного водоснабжения
  • обеззараживания сточных вод

Принцип действия УФ стерилизаторов

Установлено, что наибольшим бактерицидным действием обладают ультрафиолетовые лучи с длиной волны от 200 до 295 нм. Эта область ультрафиолетового облучения называется бактерицидной. Максимум бактерицидного действия располагается около длины волны в 254 нм.

Бактерицидное действие ультрафиолетовых лучей объясняется происходящими под их воздействием фотохимическими реакциями в структуре молекулы 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.

Основной характеристикой процесса УФ обеззараживания, определяющей степень снижения количества микроорганизмов в процессе облучения, является произведение интенсивности излучения (мВт/см2) и времени облучения (с), называемое дозой облучения (мДж/см2). Доза облучения определяет количество энергии ультрафиолетового излучения, сообщаемое микроорганизмам.

УФ облучение обладает очень высокой эффективностью по отношению к патогенным микроорганизмам. Исследования показали, что для инактивации большинства бактерий на 1-4 порядка достаточной является доза 10-16 мДж/см2. Достижение более значительной степени обеззараживания по вирусам обеспечивается дозой 40 мДж/см2 (более 4 порядков). В отношении наиболее устойчивых к обеззараживанию цист лямблий и ооцист криптоспоридий требуемая доза УФ-облучения зависит от исходной концентрации этих микроорганизмов: при концентрации до 10000 экз/мл доза 16 мДж/см2 обеспечивает инактивацию на 2-4 порядка, доза 40 мДж/см2 обеспечивает отсутствие жизнеспособных цист.

Поскольку УФ излучение поглощается растворенными в воде веществами, доза, сообщаемая обрабатываемой воде, зависит от коэффициента пропускания воды УФ излучения на длине волны 254 нм.

Точное измерение коэффициента пропускания и проведение модельного облучения позволяют подобрать оптимальное оборудование, отвечающее конкретным условиям. При этом, в отличие от химических реагентов, при применении УФ обеззараживания отсутствует необходимость в ограничении верхнего предела дозы облучения.

Устройство УФ стерилизаторов

Ультрафиолетовые стерилизаторы представляют собой камеру из нержавеющей стали (камеру обеззараживания) с расположенными внутри ультрафиолетовыми лампами, заключенными в прочные кварцевые чехлы, которые исключают контакт УФ лампы с водой.

Вода, проходя через камеру обеззараживания, непрерывно подвергается облучению ультрафиолетом, который убивает все находящиеся в воде микроорганизмы (бактерии, вирусы, простейшие и т.д.). Установки обеспечивают надежное обеззараживание в широком диапазоне качества обрабатываемой воды за счет предусмотренного запаса УФ дозы.

Установки УФ обеззараживания комплектуются пультом управления, контролирующим работу УФ лампы и сигнализирующим о неисправностях.

Кроме того, в УФ установках может предусматриваться система очистки кварцевых чехлов, т.к. в процессе их работы на внутренней поверхности бактерицидных ламп накапливаются отложения органического и минерального происхождения. Системы очистки в современных УФ стерилизаторах позволяют производить удаление отложений не вынимая ламп, что делает эти устройства безопасными и удобными в использовании.

Особенности УФ стерилизаторов (отличия, плюсы и минусы)

Основное преимущество УФ стерилизаторов перед установками хлорирования и озонирования - УФ обеззараживание не требует введения в воду химических реагентов, не влияет на вкус и запах воды и не образует вредные для организма хлорорганические соединения.

Помимо этого существует также ряд особенностей ультрафиолетовых стерилизаторов, касающихся эффективности, практичности и экономичности их использования.

Достоинства:

  • универсальность и эффективность поражения различных микроорганизмов – УФ лучи уничтожают не только вегетативные, но и спорообразующие бактерии, которые при хлорировании обычными нормативными дозами хлора сохраняют жизнеспособность;
  • физико-химический состав обрабатываемой воды сохраняется;
  • отсутствие ограничения по верхнему пределу дозы;
  • сокращение времени технологических процессов – бактерицидное облучение действует почти мгновенно, и вода, прошедшая через установку, может сразу же поступать непосредственно в систему водоснабжения;
  • компактность и универсальность применения – УФ оборудование легко вписывается в типовые технологические схемы;
  • простота технологического оборудования;
  • не требуется организовывать специальную систему безопасности, как при хлорировании и озонировании;
  • не требуется проведения значительных строительных работ на существующих сооружениях;
  • отсутствуют вторичные продукты;
  • не нужно создавать реагентное хозяйство;
  • оборудование работает без специального обслуживающего персонала;
  • экономическая целесообразность.

Недостатки:

  • падение эффективности при обработке плохо очищенной воды (мутная, цветная вода плохо "просвечивается");
  • периодическая отмывка ламп от налетов осадков, требующаяся при обработке мутной и жесткой воды;
  • отсутствует "последействие", то есть возможно вторичное (после обработки излучением) заражение воды.

Условия применения УФ стерилизаторов

Использование ультрафиолетового облучения в качестве обеззараживания рекомендуется для воды, уже прошедшей очистку по цветности, мутности и содержанию железа.

Поэтому ультрафиолетовое обеззараживание воды наиболее применимо для локальных установок водоподготовки на завершающей стадии обработки воды для обеспечения ее надлежащего качества.

Обеззараживание питьевой воды УФ излучением рекомендуется применять для обработки воды, соответствующей требованиям:

  • мутность - не более 2 мг/л (прозрачность по шрифту 30 градусов);
  • цветность - не более 20 градусов;
  • содержание железа (Fe) - не более 0,3 мг/л (по СанПиН 2.1.4.1074-01) и 1 мг/л (по технологии установок УФ);
  • коли-индекс - не более 10 000 шт/л.

При обеззараживании сточной воды, исходная вода должна отвечать следующим требованиям:

  • взвешенные вещества - не более 12 мг/л;
  • БПК5 О2/л - не более 10 мг;
  • ХПК О2/л - не более 50 мг;
  • число термотолерантных колиформных бактерий в 1 л - не более 5х106;
  • колифаги БОЕ/л - не более 5х104.

Бактерицидное излучение и его преимущества

Рассматривая способы обеззараживания, стоит обратить внимание на УФ очистку воды. Этот метод получил широкое распространение из-за своей безреагентной основы. Он применяется на начальной стадии удаления болезнетворных организмов и может быть использован в сочетании с хлорированием.

Для очистки воды подобным способом применяется бактерицидное излучение (длина волн – 200-400 нм). Большая часть приборов работает на лампах низкого ртутного давления. Результатом становится не только обеззараживание, но и снижение жесткости.

Дезинфекция ультрафиолетом имеет ряд преимуществ:

  • универсальность способа;
  • безопасность;
  • доступность;
  • эффективное воздействие на бактерии, вирусы и т.д.

Дезинфекция ультрафиолетом позволяет полностью исключить негативный эффект, оказываемый болезнетворными микроорганизмами на человека. Конструкция оборудования предельно проста – это лампы из ртути высокого, среднего или низкого давления, располагающиеся в кварцевых чехлах. Проходя через корпус установки, вода попадает под УФ-излучение, омывая чехол.

Преимущества и недостатки метода

Из безусловных достоинств этого способа следует выделить:

  • Чистоту оказываемого воздействия – негативные последствия могут проявиться лишь после длительного влияния непосредственно на организм человека.
  • Обеззараживание большей части болезнетворных микроорганизмов – оно происходит за считанные секунды, способствуя уничтожению вредоносных микробов и вирусов.
  • Сокращение расходов реагентов – УФ-установки можно использовать до применения химических веществ.

Недостаток очистки воды ультрафиолетом – это необходимость контроля уровня железа. Также следует напомнить о том, что действие бактерицидного излучения одноразовое – оно прекращается сразу после потери контакта.

Дозы бактерицидного облучения, обеспечиваемые УФ оборудованием, составляют не менее 16 мДж/см2 для питьевой и 30 мДж/см2 - для сточной воды, что соответствует требованиям современных нормативных документов и мировым стандартам.