Системи за UV дезинфекция на води

Замърсяването на голяма част от естествените водоизточници и намаляването на количеството води, годни за питейни нужди, налага все по-високи изисквания към качеството и чистотата на отвежданите в околната среда битови и промишлени отпадни води. Все по-голямо внимание се обръща и на методите, използвани за обработка и дезинфекция както на отпадните, така и на питейните води.

Освен че те трябва да се безвредни за човека и околната среда, добре е използването им да не е свързано и с отделянето на отпадни продукти. Широко използвани в близкото минало методи днес се считат за не особено подходящи и непрекъснато се търсят по-безопасни за хората и околната среда технологии. Метод за дезинфекция със силно противобактериално действие, съчетаващ грижа към околната среда и едновременно с това осигуряващ питейна вода, несъдържаща вредни замърсявания, е дезинфекцията чрез ултравиолетова радиация.

Сред предимствата на този метод е и фактът, че използването му не води до промяна в химическата структура и вкуса на водата. Ултравиолетовата дезинфекция унищожава генетичната структура на микроорганизмите и прави невъзможно тяхното размножаване, което води и до тяхното загиване. С тази технология успешно се отстраняват съдържащите се във водата вируси и бактерии, като загиват и някои типове вируси, които не се повлияват при третиране с хлор например. 

Приложимост на системите за UV дезинфекция
Самата технология за дезинфекция посредством ултравиолетова светлина е позната от началото на 20-ти век. Все по-широкото й прилагане днес е следствие от значителното развитие на технологията през годините, което е позволило не само тя да бъде значително подобрена, но и да бъдат намалени разходите.

Днес системите за дезинфекция чрез ултравиолетова радиация се считат за подходящи за обработка на води с различно предназначение. Те могат да бъдат използвани при третирането на отпадни води от градски и индустриални източници, за дезинфекция на питейни води, за обработка на процесни води, на води за напояване, морска вода и т.н.

Методът се счита и за много подходящ за дезинфекция на води, използвани във фармацевтичната промишленост, козметичната промишленост, хранително-вкусовата промишленост, както и в целулозно-хартиената индустрия, електронната промишленост и други.

Силно противобактериално действие
Ултравиолетовите лъчи (UV) представляват електромагнитно излъчване с дължина на вълната в диапазона от 10 до 400 нанометра (nm). Като противобактериални са познати лъчите с дължина на вълната между 250 и 270 нанометра. В природата противобактериалното ултравиолетово излъчване (т. нар. излъчване UV-C) е част от слънчевата светлина, но по-голямата част от него не достига до земната повърхност.

UV-C лъчите са изключително ефективни при убиването на много видове бактерии, плесени, вируси и други микроорганизми. Най-силно е UV-C лъчението в спектралния диапазон от 254 nm. Същността на ултравиолетовата дезинфекция се основава на способността на ултравиолетовите лъчи да проникват през клетъчната стена и да потискат репродуктивните способности на клетката.

Ултравиолетовото излъчване въздейства непосредствено на генетичния материал на микроорганизмите (ДНК или РНК), като по този начин нарушава естествените процеси на делене на клетката. Дори клетките да останат живи, те губят способността си да се възпроизвеждат. Това позволява с UV технологията да се постигне унищожаване на до 99,99% от всички патогени в рамките на секунди без добавяне на химикали и без вредни странични ефекти.

Добре е да се има предвид обаче, че действието на UV радиацията върху микроорганизмите зависи от техния вид. Най-чувствителни са вирусите и бактериите в тяхната вегетативна форма (бацили, коки).

Принцип на работа на системите за UV дезинфекция
Принципът на работа на тези системи се основава на облъчването на водата с UV лъчение с висока степен на действие и дължина на вълната в съответния спектрален диапазон. Обикновено се използват излъчватели, работещи под вакуум.

Тъй като ДНК-то на всички живи същества има адсорбционен капацитет, близък до дължина на вълната от порядъка на 254 nm, протича фотохимична реакция и ДНК се дезактивира. В същото време не протича промяна във вкуса и мириса на обеззаразената вода. Не се налага и допълнително добавяне на химични вещества.

За генериране на ултравиолетово излъчване обикновено се използват живачни UV лампи с ниско или средно налягане и с ниска или висока интензивност на излъчването. Лампите с ниско налягане създават монохроматично излъчване с дължина на вълната от порядъка на 253,7 nm. В големи системи обикновено се използват лампи със средно налягане. Интензивността на излъчване при тях е с пъти по-висока от интензивността на лампите с ниско налягане.

Самите системи обикновено са компактни, а сред основните им елементи са корпус, през който протича обработваната вода, UV лампи, електронен баласт, контролна система. В зависимост от конструкцията дезинфекционните ултравиолетови реактори могат да се категоризират като контактни и безконтактни.

В контактните реактори лампите се намират в корпус от кварцово стъкло, като целта е да се намали до минимум охлаждащият ефект на обработваната вода. В безконтактните реактори лампата е поставена от външната страна на прозрачен тръбопровод, през който преминава водата. В практиката по-широко приложение намират безконтактните конструкции.

Сред широко използваните системи за UV дезинфекция са тези, работещи с живачни бактерицидни UV лампи, с които се генерират ултравиолетови лъчи. Тези лампи  излъчват в избирателен спектър от 254 nm до оптималната дължина на вълната от 260 nm.

Необходимото време за унищожаване на микроорганизмите обикновено е до около 6 секунди. Самото действие на UV радиацията зависи от вида на съдържащите се във водата микроорганизми. Както вече споменахме, най-чувствителни към UV радиацията са вирусите и бактериите в тяхната вегетативна форма.
Предлагат се и системи, работещи с амалгамови лампи, излъчващи вълни с дължина от порядъка на 254 nm.

Условия за ефективност на дезинфекцията
Ефективността на процеса зависи от характеристиките на водата, интензивността на ултравиолетовото излъчване, неговата продължителност, съдържанието на неразтворени вещества и твърди частици в обработваната вода и други. Необходимо е системата да осигурява равномерно преминаване на водата, за да се осигури възможност за максимално въздействие на ултравиолетовата радиация.

Дезинфекциращото въздействие зависи от пътя, който изминават микроорганизмите в реактора. Сред необходимите условия е конструкцията му да изключва образуването на мъртви зони. Интензивността на UV излъчването зависи от срока на експлоатация на лампите, степента им на замърсяване, разположението им в реактора. Необходимата доза ултравиолетово излъчване се определя от концентрацията на неразтворени частици и от концентрацията на свързаните с частиците микроорганизми.

Предимства и недостатъци на технологията
Системите за ултравиолетова дезинфекция на водата се характеризират с редица предимства. Като цяло с тях се постига достатъчно високо качество на дезинфекция при сравнително ниска консумация на електроенергия. Използваните лампи обикновено се характеризират с дълъг експлоатационен срок при непрекъсната работа.

Системите се инсталират лесно, изискват минимална техническа поддръжка и са с ниски разходи за изграждане и обслужване. Изработват се от висококачествени материали и се характеризират с компактност и надеждност. Обикновено са оборудвани със сензори за контрол и наблюдение. Могат да се използват във всякакви пречиствателни станции, независимо от техните размери.

Тъй като не се налага използването на химически реагенти, отпада необходимостта от организиране на съхранение, транспортиране, обезвреждане на опасни вещества. В получената обеззаразена вода отсъстват продукти на химични реакции, които могат да бъдат токсични за хората или водните организми.

Като недостатъци на тази технология могат да се посочат възможността на някои организми да се активират отново при недостатъчно облъчване, опасността от недостатъчна ефективност на дезинфекцията при мътни води и при води с висока концентрация на неразтворени вещества и други.

При избора на система за UV дезинфекция специалистите препоръчват де се обърне внимание на конструкцията на системата и нейната работа, което е свързано с обслужването и експлоатацията, контрола по време на обработка и други.