Обеззараживание воды ультрафиолетовым излучением

Обеззараживание воды ультрафиолетовым излучением

Ультрафиолетовым называется электромагнитное излучение в пределах длин волн от 100 до 400 нм. Для обеззараживания используется «ближняя область»: 200–400 нм (длина волн природного ультрафиолетового излучения у поверхности земли больше 290 нм). Наибольшим бактерицидным действием обладает электромагнитное излучение на длине волны 200–315 нм и максимальным проявлением в области 260±10 нм. В современных УФ-устройствах применяют излучение с длиной волны 253,7 нм.

Метод УФ-дезинфекции известен с 1910 г., когда были построены первые станции для обработки артезианской воды во Франции и Германии. Бактерицидное действие ультрафиолетовых лучей объясняется происходящими под их воздействием фотохимическими реакциями в структуре молекулы ДНК и РНК, составляющими универсальную информационную основу механизма воспроизводимости живых организмов. Результат этих реакций – 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.

УФ-стерилизатор представляет собой металлический корпус, внутри которого находится бактерицидная лампа. Она, в свою очередь, помещается в защитную кварцевую трубку. Вода омывает кварцевую трубку, обрабатывается ультрафиолетом и, соответственно, обеззараживается. В одной установке может быть несколько ламп. Мощности излучения современных конструкций ламп достаточно, чтобы в течение 3–5 с бактерицидное действие было максимальным: эффективность уничтожения бактерий и вирусов – 99,9 %

Основной параметр, определяющий эффективность работы установки, – доза УФ-излучения – D, мДж/см². В мировой практике требования к минимальной дозе облучения варьируются в пределах от 16 до 40 мДж/см². Минимальная доза, соответствующая российским нормативам, – 16 мДж/ см². Из-за различной сопротивляемости микроорганизмов доза ультрафиолета, необходимая для инактивации, например 99,9 %, сильно варьируется от малых доз для бактерий до очень больших доз для спор и простейших.

Доза определяется интенсивностью потока лучистой энергии, временем нахождения потока в зоне облучения (обычно 1–3 с) и прозрачностью обрабатываемой воды. Дело в том, что прозрачность воды влияет на количество поглощенной световой энергии, которая не расходуется на обеззараживание, и зависит также от толщины водного слоя. Поэтому реальные величины дозы облучения пропорциональны коэффициенту пропускания ультрафиолетовых лучей. Для воды из подземного источника он составляет 0,95–0,80, для воды из реки – 0,85–0,70, а для сточной воды – 0,40–0,60. При прохождении через воду УФ-излучение ослабевает из-за эффектов поглощения и рассеяния. Такое ослабление зависит от мутности и качества воды, особенно от содержания в ней железа, марганца, а также учитывается при расчете необходимой интенсивности излучения введением специального коэффициента.

Как правило, чтобы обеззараживание воды проходило эффективно, она должна удовлетворять следующим требованиям: прозрачность – не ниже 85 %; количество взвешенных частиц – не более 1 мг/л; жесткость – менее 7 ммоль/л; общее содержание железа – не более 0,3 мг/л; марганца – не более 0,1 мг/л; содержание сероводорода – не более 0,05 мг/л; твердых взвешенных частиц – менее 10 мг/л; мутность – не более 2 мг/л по каолину; цветность – не более 35 градусов; число бактерий группы кишечной палочки – не более 10 000 в 1 л. Все эти ограничения позволяют использовать УФ-установку стерилизации воды только как последнюю ступень очистки воды. В профессиональных УФ-установках очистка воды внутренней поверхности камеры от минеральных и органических загрязнений производится промывкой слабым раствором пищевой кислоты (щавелевая, лимонная). В некоторых установках для очистки защитных кварцевых чехлов применяется механическое очистное устройство плунжерного типа с ручным или электрическим приводом.

Важнейшим качеством ультрафиолетовой обработки воды является отсутствие изменения ее физических и химических характеристик даже при дозах, намного превышающих практически необходимые. Однако и этот способ имеет определенные недостатки. Подобно озонированию, УФ-обработка не обеспечивает пролонгированного действия, что делает проблематичным ее применение в случаях, когда временной интервал между воздействием на воду и ее потреблением достаточно велик. Этот способ энергозатратен, требует строжайшего соблюдения технологии, постоянной борьбы с биообрастанием источников излучения и жесткого контроля над прозрачностью воды (рассеивание лучей снижает эффективность обработки воды).