Про ультрафиолетовое обеззараживание воды

Продолжаем раздел "Вода" и подраздел "Дезинфекция" статьёй про ультрафиолетовое обеззараживание воды. Ранее мы говорили в основном про обеззараживание воды с помощью ультрафильтрации (разновидности мембранной фильтрации воды). И, касаясь темы ультрафиолетовой стерилизации, отзывались о ней не очень хорошо (мол де она не настолько экономична и прекрасна, как ультрафильтрация). Однако, тем не менее, большинство стерилизационных систем на сегодня — именно на основе ультрафиолета. О причинах этого явления мы и поговорим. 

Про ультрафиолетовое обеззараживание воды стоит начать разговор с интересных основ — с ультрафиолета как такового. Ультрафиолетовое излучение — это разновидность электромагнитного излучения (как и видимый свет), которое находится между фиолетовой границей видимого света и рентгеновским излучением. То есть, ультрафиолетовое излучение имеет достаточно широкий диапазон. 

На картинке этот диапазон (а именно длинны волн с 400 до 10 нм) можно продемонстрировать так: 

Про дезинфекцию воды ультрафиолетом

Соответственно, возникает вопрос — а что такого бактерицидного в ультрафиолетовом излучении? Ведь фиолетовый свет — он безвредный (кажется). А рентгеновское излучение связано с гамма-частицами и ядерным взрывом… Мы же не радиацией убиваем бактерий? 

Что ж, отвечаем на этот вопрос. 

Но для начала справка про единицы измерения ультрафиолетового излучения — нанометры: 

Наноме́тр (нм, nm) — единица измерения длины в метрической системе, равная одной миллиардной части метра (т. е. 10−9 метра). 

Так, многие слышали, что радиоволны бывают разной длины — метровые, километровые, сантиметровые. Так вот, можно сказать, что ультрафиолетовое излучение — это нанометровые радиоволны. Само по себе ультрафиолетовое излучение можно разделить на несколько групп. Так, это: 

  1. Ближний ультрафиолет (УФ-А): длинны волн 400-315 нм
  2. Средний ультрафиолет (УФ-В) — длинны волн 314-280 нм. 
  3. Дальний — длины волн (УФ-С): 280-100 нм
  4. Экстремальный ультрафиолет. Длинны волн 100-10 нм. 

Ближний ультрафиолетовый диапазон часто называют «черным светом», так как он не распознаётся человеческим глазом, но при отражении от некоторых материалов спектр переходит в область видимого излучения. Для дальнего и экстремального диапазона часто используется термин «вакуумный», в виду того, что волны этого диапазона сильно поглощаются атмосферой Земли. 

Интересный факт, не имеющий отношения к нашей теме: 

Ультрафиолетовое излучение практически неощутимо для глаз человека, но при интенсивном облучении вызывает типично радиационное поражение (ожог сетчатки). Мягкий ультрафиолет (300-380 нм) воспринимается сетчаткой как слабый фиолетовый или серовато-синий свет, но почти полностью задерживается хрусталиком, особенно у людей среднего и пожилого возраста[2]. Пациенты, которым имплантировали искусственный хрусталик ранних моделей, начинали видеть ультрафиолет; современные образцы искусственных хрусталиков ультрафиолет не пропускают.

Так что возвращаемся к ультрафиолетовому обеззараживанию воды.

Про дезинфекцию воды ультрафиолетом

Излучение с длиной волны 320—400 нм (ближний ультрафиолет) вступает в реакцию с кислородом, растворенным в воде, и производит высокоактивные формы кислорода (свободные радикалы кислорода и перекись водорода), которые могут уничтожать патогенные организмы.  Кроме того, установлено, что солнечный свет является губительным для микроорганизмов, содержащийся в питьевой воде в частности потому, что ультрафиолетовое излучение (средний ультрафиолет) влияет непосредственно на метаболизм и разрушает клеточную структуру бактерий.

Установлено, что при температуре воды около 30 °C (86 °F), и пороге солнечной радиации не менее 500 Вт/м2 (полный спектр) требуется около 6 часов облучения, чтобы добиться эффекта. Это соответствует примерно 6 часов обработки в средних широтах в солнечный летний день

Итак, ближний ультрафиолет — это "безопасный" ультрафиолет, к которому мы все достаточно сильно привыкли. Этот ультрафиолет даёт нам загар, витамин Д и может вызывать солнечные ожоги. Средний ультрафиолет может обеззараживать воду, но для этого необходимо не менее 6 часов облучения солнцем. 

Про дезинфекцию воды ультрафиолетом

Так что для дезинфекции воды в промышленных масштабах необходимо нечто иное — дальний ультрафиолет. Так, для дезинфекции воды в промышленных масштабах производители стараются, чтобы по крайней мере 86 % излучения приходилось на длину волны 254 нм. То есть, на середину дальнего ультрафиолета. Причина этого — ультрафиолет с данной длиной волны хорошо проходит через многие вещества (например, через оболочки бактерий) и поглощается собственно молекулами ДНК и РНК бактерий. Ну а поглощение ультрафиолета в больших дозах приводит к нарушению функционирования.

В случае с бактериями нарушается синтез ДНК-РНК (УФ излучение на этих длинах волн вызывает димеризацию тимина в молекулах ДНК), что приводит к накоплению мутаций и, в свою очередь, приводит к замедлению темпов размножения бактерий и их вымиранию. То что нам и нужно! 

Основные моменты использования ультрафиолетового обеззараживания воды.

Размер и вид организма. Теоретически, ультрафиолетовая радиация способна убить вирусы, бактерии, грибки и простейших. На практике большие организмы, такие как простейшие, могут потребовать большей дозы облучения. Так же многое зависит от вида организма: некоторые бактерии более устойчивы к облучению, чем другие.

Мощность ультрафиолетовой лампы. Количество произведенного ультрафиолета напрямую зависит от мощности самой лампы. Чем мощнее лампа — тем больше ультрафиолета она производит. К сожалению, способность ламп производить УФ-лучи падает со временем, так что лампы требуют замены раз в 4-6 месяцев. Оптимальная для выработки ультрафиолета температура — от 40 до 43'C. В более холодной среде продуктивность стерилизаторов падает.

Проникающая способность ультрафиолетового излучения. Ультрафиолетовые лучи способны проникать через воду. Однако, чем больше плотность воды — тем ниже их проникающая способность. Если УФ-лучи не в состоянии проникнуть на глубину (через воду), то толка от них мало. Мутная вода так же снизит продуктивность установки. Ультрафиолетовые стерилизаторы должны быть помещены после фильтров механической очистки воды. Иначе бактерии, попросту говоря, прячутся в тени, отбрасываемой механическими примесями. И спокойно себе дожидаются прекращения воздействия ультрафиолета. 

Про дезинфекцию воды ультрафиолетом

Так же имеет место момент солености: в пресной воде проникающая способность УФ лучей выше, чем в соленой. То есть, чем выше содержание солей в вашей воде, тем хуже будет работать ультрафиолетовая лампа. 

И наконец, важна чистота лампы и ее оболочки. Если лампу или оболочку покрывает известковый налет — он просто заблокирует излучение. А он начинает покрывать лампу в жёсткой воде с момента её включения. Поэтому лампу необходимо регулярно очищать от известкового налёта с помощью лимонной кислоты.

Кроме того, это означает, что ультрафиолетовую лампу при замене НЕЛЬЗЯ брать руками за стекло. Оставленные отпечатки пальцев снижают эффект обеззараживания воды ультрафиолетом.

Время работы стерилизатора. Чем больше вода подвергается воздействию УФ-излучения, тем больше погибает вредоносных микроорганизмов. Время контакта так же часто называют временем "выдержки". Время выдержки зависит от потока воды. Чем ниже скорость потока — тем больше время контакта. Длина лампы так же оказывает влияние. При длинной лампе время контакта воды со стерилизатором увеличивается. 

Температура обрабатываемой воды. УФ-лучи лучше всего распространяются в воде температурой 40-43'C. Так что если вы стерилизуете ледяную воду прямиком из скважины — то это не то же самое, как если бы вы решили стерилизовать уже нагретую воду. 

Следовательно, общие рекомендации по повышению эффективности работы ультрафиолетовой лампы для обеззараживания воды: 

  • лампа должна быть чистой; 
  • вода должна быть прозрачной;
  • нужно обеззараживать мягкую воду (чтобы не было известкового налёта);
  • в воде не должно быть растворённого железа (чтобы не снижалась мутность воды); 
  • вода должна быть тёплой; 
  • лампа должна быть как можно более длинной; 
  • скорость воды должна быть как можно менее большой
  • лампу необходимо регулярно менять (поскольку чем дольше работает лампа, тем хуже она излучает ультрафиолет);
  • лампа должна быть как можно более мощной; 
  • вода должна быть как можно менее солёной;
  • бактерий в воде быть не должно 🙂

Так что даже если ваши средства позволяют установить лишь крохотную ультрафиолетовую лампу на кран питьевой воды — это не страшно, поскольку вы знаете, как повысить эффективность обеззараживания воды с помощью этой лампы. 

Кстати, ранее мы говорили, что ультрафиолетовые стерилизаторы воды более распространены, чем менее прихотливая и менее дорогая в эксплуатации мембрана ультрафильтрации. Причина этого явления — цена вопроса. Ультрафиолетовые лампы получаются дешевле — особенно если в их стоимость не входит стоимость умягчения воды (чтобы не дать образоваться известковому налёту) и механической очистки воды. 

Таким образом, ультрафиолетовое обеззараживание воды — хороший вариант защищиться от разнообразных бактерий. 

Про дезинфекцию воды ультрафиолетом

По материалам http://www.zooclub.ru/aqua/233.shtml и Википедии

2 Comments

  1. Получается что прежде чем попасть до ультрафиолетового обеззараживателя voda.com.ua/uv-obezzarazhivateli/ вода должна пройти минимум два ступеня очистки (механический и обратного осмоса) и даже после этого еще нужно учитывать несколько факторов при нарушении которых нет сто процентной гарантии чистоты воды. Очень сложная конструкция.

    • Не, так не получается, читайте внимательно 🙂

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *