Воздействие ультрафиолета на воду. Обеззараживание воды методом ультрафиолетового излучения

Обеззараживание воды ультрафиолетом особенности метода

Из всех существующих методик обеззараживания воды самым востребованным и эффективным считают ультрафиолетовое обеззараживание. Способ применяется для удаления из воды патогенных микроорганизмов. Ультрафиолетовое обеззараживание часто используется в совокупности с прочими методами, например, хлорирование, причем обработка воды химическими веществами осуществляется после воздействия ультрафиолетовых лучей.

Востребованность метода обуславливается отсутствием необходимости добавления в воду различных реагентов, которые небезопасны для здоровья человека. Кроме того, обработка ультрафиолетом не имеет влияния на химические, физические и органолептические свойства очищаемой воды.

Что такое УФ-лучи?

УФ – это излучение, длина волны которого составляет от десяти до четырехсот нанометров. Такие волны находятся где-то между видимым светом и рентгеновским излучением. Ультрафиолет можно разделить на три типа:

  • ближний;
  • дальний;
  • средний.

Для ликвидации из воды патогенных микроорганизмов обычно применяют именно среднее излучение с длиной волны 200-300 нанометров, иногда доходит до 400. Однако максимальной эффективности метода достигают при длине УФ волны в 260 нанометров – именно такое излучение задействуется в установках для ультрафиолетовой обработки воды.

В чем особенности УФ-обеззараживания?

Бактерицидные свойства ультрафиолетовых лучей особо явно проявляются при конкретной длине волны нанометров. В существующих установках такое значение достигается с помощью ртутных ламп. Также важно отметить, что длина волны около 260 нанометров способствует удалению из воды солей жесткости.

Суть действия метода заключается в том, что УФ-лучи проникают сквозь плазматическую мембрану бактерии и добираются до ее нуклеоида – информационного центра, где содержатся ДНК и РНК клетки. Нормальная ДНК и РНК генетически детерминирует рост, развитие и размножение микроорганизма, но при поглощении ультрафиолетовых лучей изменяют свою структуру и перестают выполнять основные функции. В итоге бактерии перестают размножаться и вовсе погибают.

Даже если клетка перестает размножаться и не погибает, она может попасть в организм человека с питьевой водой. Но в этой ситуации не стоит волноваться, ведь бактерия, лишенная возможности делиться, не сможет нанести нам вреда.

Установки для УФ-обработки воды

Оборудование для устранения вредных бактерий из воды УФ-способом имеет достаточно простую конструкцию. В специальных трубках из металла располагают УФ-лампы, расположенные в прочных и надежных кварцевых чехлах. Они необходимы для того, чтобы защитить осветительные элементы от попадания воды и короткого замыкания.

Очищаемая вода протекает через ультрафиолетовый фильтр и соприкасается с чехлом из кварца. Ультрафиолетовые лучи пронизывают воду и уничтожают патогенные бактерии.

Наиболее важная часть установки УФ-обработки воды – это непосредственно лампа. Внутри нее происходит испарение металла, в результате чего образуются ультрафиолетовые лучи. В большинстве случаев в качестве такого металла задействуют ртуть. Мы уже знает, что длина УФ-волны должна быть строго определенной, поэтому она контролируется давлением ртутных паров в лампе.

В соответствии с высотой давления выделяют три вида обеззараживающих ламп:

  • высокого;
  • среднего;
  • низкого давления.

Для эффективной ликвидации бактерий из воды задействуют только лампы со средним и низким давлением. Более всего популярны лампы низкого давления – именно они дают лучи с длиной волны 260 нанометров, а также менее энергозатратные и очень долговечные.

От чего зависит эффективность УФ-метода в ликвидации патогенных микроорганизмов из воды?

Установки УФ-обработки воды не могут полноценно работать с существующими ограничениями. Первое, на что стоит обратить внимание, это доза ультрафиолета. Она рассчитывается, исходя из времени воздействия лучей на воду и мощности лампы. Для того, чтобы эффективно очистить воду от микроорганизмов, необходимо так рассчитать дозу, чтобы она могла уничтожить все патогенные микроорганизмы, а для этого нужно знать их примерное количество. Кроме того, необходимо знать видовую или хотя бы родовую принадлежность бактерий, ведь каждый вид обладает разной степенью устойчивости к УФ-лучам. Просто увеличить время воздействия излучения недостаточно, ведь микробы способны адаптироваться к условиям среды. Поэтому важно сразу рассчитать эффективную дозу УФ, способную качественно обеззаразить очищаемую воду.

Существенное влияние на качество обеззараживания имеет состав воды, наличие и количество в ней примесей. Для того, чтобы вода была пригодной для УФ-обработки, в ней должно быть регламентированное содержание железистых и механических примесных частиц, а также определенная мутность и цветность. При превышение таких показателей УФ-обеззараживание будет недостаточно эффективным или вовсе не сработает. Механические частицы просто прикрывают собой бактерии от излучения, поэтому часто необходимая предварительная фильтрация, а также обезжелезивание и деманганация.

Определить качество очистки воды путем обработки ультрафиолетом можно по содержанию в ней E. coli – кишечной палочки. Этот микроорганизм наиболее устойчив к УФ-лучам, поэтому в небольших количествах будет содержаться в очищенной воде. Кишечная палочка является условно патогенной, то есть входит в состав микрофлоры кишечника человека, поэтому ее небольшое содержание в питьевой воде вполне допустимо. Вопрос только в том, не превышено ли ее содержание, ведь это свидетельствует о недостаточной эффективности обработки УФ-излучением.

Читайте также:  Солонец на марала. Охота на марала в осенне-зимний период

В чем плюсы УФ-обработки очищаемой воды?

Ультрафиолет – это естественное излучение, которое попадает к нам с солнечным светом. Оно не имеет негативного влияния на используемую нами воду, поэтому данный метод считается самым востребованным сегодня. УФ-лучи могут навредить только в том случае, если в течение долгого времени воздействуют на тело человека.

К прочим достоинствам ультрафиолетового обеззараживания воды можно отнести:

  1. Многофункциональность. Данный тип излучения влияет на большинство болезнетворных бактерий. Если в жидкости нет резистентных к УФ микробов, метод можно считать эффективным и оптимальным по соотношению цена/качество. В противном случае придется прибегнуть к более дорогому и сложному озонированию.
  2. Большая скорость реакции. Жидкость считается обеззараженной уже через несколько секунд обработки ультрафиолетом, даже ели доза облучения была максимальная.
  3. Дозы ультрафиолета могут быть как высокими, так и более низкими, ведь метод не подразумевает применения химикатов. Что касается реагентных методик, повышение дозировки чревато попаданием токсичных веществ в воду.
  4. Ультрафиолетовое облучение может выступать в качестве подготовительного обеззараживания перед реагентной обработкой. В таком случае дозы химических веществ будут куда ниже.

В чем недостатки УФ-обработки очищаемой воды?

Есть у данной методики и некоторые недостатки:

  1. Метод недостаточно эффективен, если в воде имеются резистентные к УФ-лучам бактерии. Такие микроорганизмы достаточно редкие, но если они есть в очищаемой воде, УФ-обработка подойдет только как подготовительная мера.
  2. Может понадобиться предварительная очитка воды от крупных примесных частичек и железа.
  3. Ультрафиолет воздействует на воду только в момент ее прохождения через установку, после чего обеззараживание прекращается. Поэтому в дальнейшем своем пути вода может снова обсемениться патогенными микроорганизмами. Эта проблема несущественна, если вы уверены в чистоте и герметичности вашей системы водоочистки.

Чем отличаются установки ультрафиолетового обеззараживания воды?

Водоочистные системы, включающие УФ-лампы, различаются между собой по некоторым критериям. Суть самой установки остается прежней – применяются УФ-лампы в чехлах из кварца, которые омываются очищаемой водой. Но не всякая система подходит к конкретным условиям, а эффективность ее останется под вопросом.

Изначально стоит обратить внимание на производительность оборудования. Так как УФ-агрегаты воздействуют на воду бесперебойно, производительность рассчитывается соответственно количеству расходуемой воды, а также скорости фильтрации в час. Производительность может увеличиться путем подключения к системе накопительного резервуара, но для УФ-установок такой способ не подходит, так как в баке вода может повторно обсемениться.

Также при выборе оборудования стоит учитывать пропускную способность воды к ультрафиолетовым лучам, что зависит от ее физических и химических свойств. Если вода мутная и окрашенная, и в ней содержится большое количество крупных механических частиц, пропускная способность снижается, а дозу облучения стоит увеличить.

Последний важный параметр подбора оборудования – его мощность, то есть общая доза облучения. Ее можно рассчитать, исходя из видового разнообразия микробов и их количества. Вид микроорганизма определяет его резистентность к ультрафиолетовым лучам, поэтому условия УФ-обработки должны подстраиваться под данный факт.


Пропускная способность воды определяется химическим анализом, а качественное и количественное содержание бактерий в воде – микробиологическим анализом. Если вы проверили воду в лаборатории, вам будет гораздо проще подобрать оборудование, а его эффективность не будет вызывать сомнений.

УЛЬТРАФИОЛЕТОВОЕ (УФ) ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЕ ВОДЫ

Сегодня одним из наиболее распространенных методов обеззараживания воды считается ультрафиолетовое (УФ) обеззараживание воды. Основным применением УФ обеззараживания воды считается начальная стадия очистки воды от болезнетворных организмов. Так, к примеру, обеззараживание воды ультрафиолетом может быть применено в сочетании с обеззараживанием воды хлором и гипохлоритом, причем хлорирование обязательно производится после обработки воды ультрафиолетом.

Столь широкое распространение ультрафиолетовое обеззараживание воды получило за счет своей безреагентной основы. Это не только исключает попадание в воду побочных продуктов и реагентов, но и никаким образом не сказывается на физико-химических свойствах обеззараживаемой воды.

Ультрафиолет — это электромагнитное излучение с длиной волны от 10 до 400 нм. Ультрафиолетовые волны располагаются на границе видимости и рентгеновских лучей, причем само ультрафиолетовое излучение делится на три вида:

— ближний

— средний

— дальний

Для УФ обеззараживания воды используется бактерицидное излучение, то есть средний ультрафиолет с длиной волн от 200 до 400 нм. Максимальная эффективность обеззараживания воды ультрафиолетом достигается при использовании волны, чья длина находится в достаточно узких рамках — от 250 до 270 нм. Установки УФ обеззараживания, как правило, используют волны с длиной около 260 нм.

Для УФ обеззараживания воды сегодня применяются волны довольно узкого диапазона — от 250 до 270 нм. В этих рамках бактерицидное воздействия ультрафиолета приобретает свое максимальное значение. Большая часть установок по обеззараживанию воды ультрафиолетом использует лампы низкого ртутного давления, которые производят излучение длиной в 260 нм, то есть оптимальную длину волны. При работе на этой длине волны происходит умягчение воды.

Читайте также:  Азимут что означает это слово. Значение слова азимут

Ультрафиолетовое обеззараживание воды происходит при помощи способности УФ излучения проникать сквозь стенки клетки, добираясь до ее информационного центра — нуклеиновых кислот ДНК и РНК. В ДНК живой клетки хранится вся информация, которая контролирует процесс развития и нормального функционирования в клетке. Ультрафиолетовое обеззараживание воды заключается в поглощении лучей излучения нуклеиновыми кислотами. При поглощении излучения ДНК и РНК теряют способность делится, вследствие чего теряется способность клетки к размножению, так как именно в разделении нуклеиновых кислот заключается репродукция клетки.

Болезнетворные микроорганизмы способны нанести вред человеческому организму только в случае их размножения в организме, при обеззараживании воды ультрафиолетом эта способность утрачивается и, как следствие, любой негативный эффект микроорганизмов исключается.

Установки обеззараживания воды ультрафиолетом обладают достаточно простой конструкцией и представляют собой металлические трубки, в которых размещаются ультрафиолетовые лампы. Обязательным элементов фильтров УФ обеззараживания воды являются кварцевые чехлы, в которых располагаются лампы.

Принцип работы подобных установок достаточно прост: вода, проходя через корпус фильтра УФ обеззараживания воды, омывает кварцевый чехол и получает необходимую дозу ультрафиолетового облучения. Как становится ясно из устройства установки, кварцевый чехол является необходимой мерой для предотвращения попадания воды в корпус самой лампы.

Основным элементом установок ультрафиолетового обеззараживания воды является лампа — источник ультрафиолетового излучения. Ультрафиолетовое излучение образуется в процессе испарения в корпусе лампы того или иного металла. Наиболее распространенным материалом для ламп является ртуть, которая и используется для УФ обеззараживания воды. Разумеется, для уничтожения болезнетворных микроорганизмов необходимо контролировать длину излучаемых лампами волн. Основным фактором, определяющим длину волн, является давление, под которым в лампе находятся пары ртути.

Разделяют три типа ламп ультрафиолетового излучения: лампы высокого, среднего и низкого давления. Для обеззараживания воды ультрафиолетом могут быть использованы только два типа ламп: лампы среднего и низкого давления. Наибольшее распространение сегодня имеют лампы низкого давления, так как они производят излучение длиной около 260 нм, чего достаточно для полного обезвреживания микроорганизмов, и, к тому же, обладают большим сроком службы и при работе употребляют меньше энергии.

Как и любой другой метод, обеззараживание воды ультрафиолетом имеет целый ряд ограничений, которые способны существенно затруднить полноценную работу установок ультрафиолетового обеззараживания воды.

Первым и одним из самых важных факторов, влияющих на качество водоочистки, является необходимая доза УФ облучения. Доза необходимого для проведения обеззараживания воды ультрафиолета рассчитывается на основе интенсивности облучения и его продолжительности. По сути, доза УФ облучение — это произведение интенсивности на продолжительность. Доза необходимого для эффективного обеззараживания воды ультрафиолетом облучения рассчитывается с учетом характером находящихся в воде микроорганизмов. В зависимости от вида и типа болезнетворных организмов меняется их устойчивость к облучение, что приводит к простому выводы: чем выше устойчивость, тем дольше должно быть время воздействия. Конечно, для эффективного УФ обеззараживания воды достаточно было бы всего лишь увеличить интенсивность излучения, однако с учетом однотипности ультрафиолетовых ламп, излучающих волны определенной длины и интенсивности, с увеличением устойчивости организмов растет время нахождения воды в реакционной камере. Не меньшее значения при расчеты необходимой дозы имеет количество бактерий и микробов, находящихся в воде.

Также огромное значения для успешного функционирования установок УФ обеззараживания воды имеют ее свойства, в особенности состав и количество содержащихся в ней примесей. Существуют определенные нормативы содержания в воде железа, крупнодисперсных загрязнителей, а также цветности, при превышении которых дальнейшее обеззараживание воды ультрафиолетом становится если не бесполезным, то малоэффективным. Крупнодисперсные примеси и частицы железа действуют на манер щита для какой-то части бактерий и микробов, находящихся в воде, в следствии чего последние не получают необходимой дозы облучения и, тем самым, негативно сказываются на качестве УФ обеззараживания воды, поэтому сначала необходимо провести обезжелезивание воды.

Эффективность ультрафиолетового обеззараживания воды определяется по уровню содержания в ней бактерий кишечной палочки — организма, который обладает наибольшей устойчивостью к УФ облучению. Контроль над установками УФ обеззараживания воды производится методом выявления в воде кишечной палочки и определению уровню ее содержания.

Ультрафиолетовое обеззараживание воды считается одним из наиболее чистых методов очистки воды, так как ультрафиолет по своей сути представляет собой чистое, природное излучение, которое может каким-либо негативным образом сказаться на организме человека только при условии длительного действия на непосредственно на организм человека. УФ обеззараживание воды никаким образом не сказывается на физико-химических свойствах воды, что также исключает возможность косвенного влияний.

Не меньшим преимуществом по праву считается универсальность ультрафиолетового обучения воды, которое обезвреживает большую часть вредоносных микроорганизмов. В эффективности УФ обеззараживание воды уступает озонированию, однако в тех случаях, когда в воде не содержатся какие-либо особо устойчивые бактерии, применение УФ обеззараживания воды считается оптимальным методом в силу своей экономичности по сравнению с озонированием и другими дорогостоящими методами обеззараживания воды.

Читайте также:  Как посчитать магнитный азимут формула. Определение магнитных азимутов

Не меньшую ценность при использовании УФ обеззараживания воды представляет собой высокая скорость реакции. Обеззараживание воды ультрафиолетом происходит в считанные секунды даже при условии использования максимальной дозы облучения.

УФ обеззараживание воды в силу своей безреагентной основы допускает использование сколь угодно высоких доз облучения, что невозможно в случаях с иными методами обеззараживания воды, где превышение верхней границы дозы грозит возможностью попадания реагента в воду.

Обеззараживание воды ультрафиолетом также может быть использовано в качестве предварительной меры обеззараживания. За счет своей достаточно высокой способности к дезинфекции УФ обеззараживание воды позволяет существенно сократить расходы химических реагентов-дезинфекторов или же расходы энергии на обеззараживание воды озонированием и любыми другими способами.

Основным недостатком обеззараживания воды ультрафиолетом считается его не универсальность в отношении некоторых микроорганизмов, которые обладают высокой устойчивостью к УФ излучение. Подобные микроорганизмы встречаются довольно редко, однако в тех случаях, когда вода содержит большое количество тех или иных стойких бактерий или вирусов УФ обеззараживание воды может быть использовано только в качестве предварительной меры.

Необходимость контролировать уровень железа и при необходимости проводить очистку воды от железа.

На эффективность функционирования бактерицидных установок, работающего по принципу обеззараживания воды ультрафиолетом, огромное влияние оказывает наличие в воде взвешенных частиц различных загрязнителей. Если в воде присутствует крупнодисперсная примесь, то она может сыграть роль своеобразного щита для болезнетворных микробов, которые впоследствии не получат необходимую дозу облучения и, соответственно, не будут обезврежены. Становится ясным, что чем выше уровень содержания в воде механических примесей, тем выше вероятность недостаточной эффективности влияния УФ излучения на отдельные микроорганизмы. Таким образом необходимым условием для полноценного функционирования установки обеззараживания воды становится применение дополнительных этапов водоочистки, предшествующих обеззараживанию воды ультрафиолетом и своей целью имеющих удаление из воды механических и других примесей.

Не меньшим по значению недостатком УФ обеззараживания воды служит отсутствие последействия дезинфицирующих мер. Ультрафиолет — излучение и, следовательно, оно не остается в воде после выхождения ее из корпуса бактерицидной установки. Действие ультрафиолетового обеззараживания одноразовое и прекращается сразу после потери контакта излучения с водой.

УФ обеззараживание воды сегодня применяется как в качестве самостоятельного метода очистки воды, так и в сочетании с другими методами дезинфекции.

Системы, в которых используются установки обеззараживания воды ультрафиолетом, различаются по многим критериям. Суть любой установки УФ обеззараживания воды не меняется — всегда используются ультрафиолетовые лампы в кварцевых чехлах, которые облучают воду, однако некоторые факторы позволяют утверждать, что не каждая системы ультрафиолетового обеззараживания воды универсально подойдет для работы в любых условиях.

На выбор установки УФ обеззараживания воды в первую очередь влияет производительность системы. В силу того, что установки УФ обеззараживания воды обладают принципом непрерывного действия, на производительность влияет часовая скорость пропуская воды через установку, т.е. расход воды. Накопительные баки могли бы увеличить производительность системы, однако в установках обеззараживания воды ультрафиолетом их применение недопустимо, так как УФ излучения не обладает последействием и, следовательно, допускает повторное заражение воды.

Не меньшее влияние на выбор установки оказывает коэффициент пропускания УФ излучения водой, который напрямую зависит от качеств самой воды. При высоком уровне мутности воды, при большом содержании в воде крупнодисперсных примесей коэффициент уменьшается, и следовательно, возникает необходимость в увеличении дозы облучения.

Последним параметром установок УФ обеззараживания является их мощность, то есть используемая при обеззараживании воды ультрафиолетом доза облучения. Необходимая доза УФ излучения определяется характером и количеством микроорганизмов, которые находятся в воде. В зависимости от вида бактерий и микробов меняется их устойчивость к облучению, и тем самым диктуется условия обеззараживания воды ультрафиолетом.

Наиболее простым параметром при выборе установки УФ обеззараживания воды является — производительность, для определения же коэффициента пропускания и дозы облучения необходимо проводить полный химический анализ воды.

Микробиологи ведущих научных центров Америки, Азии и Европы показывают в своих отчетах, что за последние 15 — 20 лет устойчивость патогенной микрофлоры к хлору повысилась в 5 раз, к озону — в 2 — 3 раза, к ультрафиолету — в 4 раза. Это означает, что с учетом дальнейшего повышения устойчивости микроорганизмов спор, вирусов и простейших, к перечисленным выше методам дезинфекции (обеззараживания) воды, необходимо при проектировании закладывать уровни воздействия с учетом динамики роста сопротивляемости объекта воздействия. Именно поэтому, сейчас в экономически развитых странах минимальная доза воздействия ультрафиолетового излучения определена в 40 мДж/см2, а во всех проектируемых станциях по обеззараживанию воды закладывается доза ультрафиолетового излучения 70-100 мДж/см2. В этом случае наиболее перспективными являются методы комбинированного воздействия на воду различных дезинфицирующих средств и способов.

Одним из комбинированных методов для обеззараживания воды, разработанным в середине 90-х годов ХХ…

ОСТАВЬТЕ КОММЕНТАРИЙ

Please enter your comment!
Please enter your name here