Ультрафиолетовое излучение

Методы обеззараживания воды

Перед тем как обеззаразить воду, при выборе средства для обеззараживания воды следует понимать, что полная очистка воды от всех бактерий, минералов сделает ее непригодной для употребления в пищу. Поэтому, выбирая способ для дезинфекции воды, нужно подходить внимательно. Существует несколько способов воздействия на вредоносные для человека микроорганизмы:

• Химические методы обеззараживания воды (реагентные);
• Физические методы (безреагентные);
• Комбинированные методы воздействия на микроорганизмы.

Химический метод включает в себя использование различных реагентов-коагулянтов, добавляемых в воду для обеззараживания. А также к данному методу относится: хлорирование, озонирование, применение серебра, кремния, гипохлорита натрия и других веществ, способных как минимум остановить размножение бактерий, и максимум – полностью от них избавиться.

Физическое, безреагентное воздействие производится с применением уф обеззараживания воды, электроимпульсным и другими способами.

Комбинированные методы включают и химическое и физическое воздействие попеременно. Данные методы считаются наиболее эффективными при обеззараживании и очистке от различных примесей, содержащихся в воде.

Как правильно подобрать ультрафиолетовые фильтры

На современном рынке представлены различные виды фильтров – главная разница между ними заключается в цене и качестве работы. Чтобы сделать правильный выбор, нужно понимать механизм работы устройства и учитывать текущие задачи.

Основные параметры, которые вы должны учитывать при совершении покупки:

• микроорганизмы, содержащиеся в воде;
• оптимальное качество дезинфекции;
• температурный уровень;
• показатель потока воды;
• желательное количество УФ-излучения.

Остановимся подробнее на каждом моменте.

Виды патогенной флоры

Для удаления разных типов бактерий нужны различные порции излучения. Поэтому сначала делается анализ воды, который позволяет определить ее состав и наличие тех или иных вредных веществ, а потом уже подбирается фильтр. Это гарантирует максимальное качество очистки.

Степень дезинфекции

В ходе очистки сточных вод все содержащиеся в них загрязнения не удаляются, а для получения питьевой воды уже нужна очень глубокая очистка. Уровень дезинфекции в данных случаях будет очень разным.

Температурный уровень

В продаже представлено два типа ламп, и каждый из них по-своему реагирует на температурные колебания среды. УФ-лампы среднего давления без проблем выдерживают температуру до 85 градусов, а лампы низкого давления лучше всего будет применять при температурных показателях среды в 16-20 градусов выше нуля.

Что такое потоки воды

Фильтр в процессе работы адаптируется под параметры потока воды. Для продуктивной работы очистной системы при подборе лампы данный показатель следует учитывать обязательно.

Количество излучения

От количества УФ-излучения, которое проходит через воду за определенный промежуток времени, зависит степень прозрачности жидкости. Различные примеси, которые содержатся в воде, удерживают УФ-лучи, уменьшая эффективность их действия.

Технологии применения ультрафиолета для обеззараживания

Обычно для создания ультрафиолетового излучения используются ртутные лампы высокого и низкого давления, в т.ч. и амальгамное оборудование. Несмотря на то, что ультрафиолетовые системы на амальгамных лампах не так компактны, как хотелось бы, они гораздо более эффективны в борьбе с различными стойкими микроорганизмами, чем обычные ртутные лампы. Амальгамные лампы для ультрафиолетовых систем используются для обеззараживания чаще, чем системы на ртутных лампах высокого давления.

Схема ультрафиолетового обеззараживания воды

Производители ультрафиолетового оборудования

Ультрафиолетовые Технологии

Организация «Ультрафиолетовые Технологии» оказывает услуги по очистке:

питьевой воды;

сточных вод;

воды в бассейне;

технической воды;

оборотной воды;

шахтных вод;

морской воды.

Корпуса у всего оборудования, производимого компанией «Ультрафиолетовые технологии»- нержавеющая сталь.

ГОСТ вода

Компания «ГОСТ вода» занимается подготовкой воды и ее очисткой. В ее услуги входит целый комплекс инженерных услуг от разработки начального этапа и согласования ТЗ до проведения полного объема работ под ключ. Компания осуществляют обслуживание по гарантии и после послегарантийное обслуживание своих клиентов.

Компания оказывает услуги:

• Механическая очистка разных типов воды;
• Снижение концентрации марганца в воде;
• Снижение концентрации железа в воде;
• Удаление органических загрязнений водной среды;
• Уменьшению жесткости воды;
• Проведение безопасного обеззараживания воды.

В своей работе применяют российские и зарубежные технологии.

Ресурс

Организация «Ресурс» занимается поставкой систем очистки воды. Компания оказывает очень широкий спектр услуг по обеззараживанию воды, а также занимается поставкой оборудования. Сотрудники компании могут провести хим.состав воды, подбор необходимой техники, и осуществить поставку, монтаж и пусконаладочные работы. Ресурс осуществляет ремонт по гарантии и сервисное обслуживание.

Сварог

Организация «Сварог» помогает своим клиентам решить проблемы спецподготовки и чистки воды от различных химических и биологических загрязнений. За время своего существования эта организация зарекомендовала себя, как производитель качественных товаров. ТМ «Лазарь» выпускает бактерицидные установки, которые способны обезвредить любую воду от опасных микробов. Он также является владельцем «Лазерного центра», на котором производится изготовление корпусов для установок по очистки воды ультрафиолетом и ультразвуком.

Центральный научно-исследовательский институт судового машиностроения

ЗАО «Центральный научно-исследовательский институт судового машиностроения» — один из самых старых и главных научных центров России, расположенный в Северной столице страны, в городе Санкт-Петербург. Высококвалифицированные сотрудники института занимаются разработкой и поставкой изделий для машиностроения. ЦНИИ обладает большим опытом и универсальным подходом к решению сложных задач по модернизированию и созданию, наукоемкой, конкурентоспособной и уникальной продукции как для внутреннего, так и для внешнего рынка.

Выводы

Все компании прошли необходимые проверки и имеют сертификаты и лицензии, дающие им право осуществлять услуги по обезвреживанию воды и разработку, поставку и обслуживание специализированной техники для дома и промышленного предприятия.

Технологии обеззараживания:

• Хлорирование;
• Озонирование воды;
• Ультрафиолетовая обработка.

Хлорирование

Метод является самым небезопасным для жизни и здоровья человека. Вызывает мутации и различные тяжелые заболевания.

Хлорирование воды — это химический метод очистки от микробов. Однако, хлор вреден не только для микроорганизмов, но и для человека. Вода с его содержанием может быть причиной серьезных заболеваний и генетических мутаций. Большинство вирусов и простейших бактерий успешно мутировали и приспособились к когда-то вредному для них хлору. Чтобы обезвредить вирусы необходимо повысить количество химикатов, что приведет к ухудшению и самой питьевой воды. Реагенты надо хранить в закрытых специально оборудованных помещениях или складах.

Озонирование

Небезопасный метод для жизни и здоровья человека, однако в отличие от первого метода, для него не требуются опасные реагенты и их не надо хранить в закрытых специально оборудованных помещениях или складах.

И это еще один способ химического обеззараживания. Технология работы такого метода заключается в окислении и ликвидации всей органики при помощи аллотропной модификации кислорода, или иначе говоря с применением озона. Однако, применение озона, так же как и использование хлора, может привести к тяжелым последствиям. Кроме этого, сама технология требует большой расход энергии и денег.

Стоит отметить, тот факт, что озонирование имеет большое преимущество перед хлором, так как хранить опасные реагенты на складах нет необходимости.

Ультрафиолетовое обеззараживание

Ультрафиолетовое обеззараживание воды — это обработка без химических веществ. Этот метод обработки для человека намного безопаснее, чем два ранее описанных методов по обеззараживанию воды. Фотохимическая реакция, создаваемая ультрафиолетом, безвозвратно изменяют ДНК и РНК микробов, вследствие чего у них пропадает способность к регенерации и размножению. Кроме очистки, ультрафиолетовое излучение используется на различных промышленных объектах.

Таблица воздействия ультрафиолета на микроорганизмов

Норма ультрафиолета

Для воды разного назначения используется абсолютно разный ультрафиолет. Положенная норма Ультрафиолета для обеззараживания воды разного типа:

• Сточная вода — расход не меньше 30 мДж на см. кв;
• Питьевая вода – расход не меньше 25 мДж на см. кв.

Конструкция и описание:

Камера обеззараживания выполнена из нержавеющей стали 12х18н10т для пищевого применения. Внутри корпуса, через герметизирующие манжеты, крепятся кварцевые трубы, внутри которых установлены амальгамные бактерицидные лампы. Установка снабжена датчиком потока ультрафиолета (УФ — датчик) и термодатчиком. Камера оснащена блоком промывки кварцевых чехлов.

Блок питания облучателей (ЭПРА), изготовлен отдельным узлом и соединен кабелем с камерой обеззараживания.

Компьютерная система контроля работы “БСК-2” монтируется в блоке питания и соединена кабелем с блоком управления с ЖК-дисплеем, на который выводится визуальная информация и звуковая сигнализация, который сообщается по средством протокола RS-485, и может быть установлен с удалением от блока контролера с длиной кабеля до 200 м или по радиоканалу, а также отображать информацию сразу с 6-ти блоков контролера в базовом исполнении, а при специальном до 100 и имеет USB разъем для подключения к ПК.

Отображаемая информация на ЖК-дисплее:

• световая и звуковая сигнализация о неисправности работы каждого облучателя или выходе его из строя,
• уровень интенсивности УФ – облучения,
• время работы каждой лампы,
• количество включений облучателей
• температура воды в камере обеззараживания и автоматическое выкл. при перегреве
• давление в системе
• работа механической системы очистки кварцевых чехлов (САО)

На заказ установка комплектуется системой автоматической очистки (САО) кварцевых чехлов с электродвигателем.

Включение САО происходит через 1000-1500 часов работы и/или при падении мощности УФ-излучения до уровня «мин.»

Внутри камеры обеззараживания на направляющих установлены 2 диска с очищающими скребками.

Эл.привод механической очистки через редуктор передает вращение трапецеидальной резьбе, которая заставляет диски двигаться вдоль кварцевых чехлов.

В САО применяются двусторонние стеклоочистители, благодаря которым устраняется риск образования органических и неорганических отложений на защитных кварцевых трубках. Сами очистители, которые изготовлены из фторопласта, устойчивы к ультрафиолетовому излучению высокой интенсивности. Расчетный срок службы фторопластовых скребков 24 мес.

Оборудование изготавливается в 2-х вариантах.

Исполнение «Г» серийно, исполнение «И» и «П» под заказ

Горизонтальное расположение серийно , вертикальное под заказ

Гарантия: 18 месяцев

УОВ-УФТ-А-3-500-Ø210-Ду150 Применение: вода питьевая

УОВ-УФТ-АС-3-500-Ø180-Ду100 Применение: вода сточная

Смертельная опасность озона

Что еще важно знать рядовому пользователю? УФ лампочки бывают озонообразующими и безозоновые. Зависит это от состава стекла

Если лампа выполнена из увиолевого материала, то оно задерживает те лучи, которые приводят к образованию озона (185нм). Если это простое стекло, то запах озона вы будете ощущать в полной мере.

Казалось бы, а чего тут плохого? Запах озона это же приятно и хорошо. Вспомните чистый воздух после грозы.

Все дело в том, что согласно ГОСТ 12.1.007-76 и ГОСТ 12.1.005-88 озон является веществом первого класса опасности!

Его предельно допустимая концентрация в воздухе рабочей зоны должна быть не более 0,1мг/м3. Если УФ лампу с озонообразующими свойствами долго держать включенной в замкнутом помещении, его концентрация превысит данные значения.

И чем чаще вы будете находиться в такой среде и дышать подобным воздухом, тем больше риск возникновения и развития у вас онкологических заболеваний.

Вместо лечения вы у себя дома заведете лампу убийцу.

Особенно опасайтесь разрекламированных китайских УФ светильников. Вот очень наглядный отзыв после использования такового.

Наш нюх способен различать озон даже в малейшей концентрации всего 0,01мг/м3. Как вы думаете, случайно ли была выработана такая способность у человека?

Поэтому, если вы почувствовали запах озона после работы бактерицидной лампы, сразу же проветривайте помещение. Не рискуйте и не дышите таким воздухом.

Текущая ситуация

Лампы, используемые сейчас для борьбы с инфекциями, делятся на кварцевые и бактерицидные. Принцип их работы основан на плазменном разряде в парах ртути.

Кварцевая лампа — это ртутная лампа высокого давления. По конструкции она, как правило, аналогична лампам ДРЛ, до сих пор кое-где используемым для уличного освещения, но не имеет люминофора. Но бывают и кварцевые лампы, по форме похожие на люминесцентные. Колба выполнена из кварцевого стекла, откуда и название лампы. В спектре кварцевой лампы присутствует составляющая с длиной волны 254 нм, которая разрушает ДНК бактерий и вирусов. Также есть излучение с длиной волны 185 нм, под действием которого кислород воздуха преобразуется в озон. В строго дозированных количествах озон также способен уничтожать болезнетворные микроорганизмы. Но именно выработка озона стала причиной, почему сейчас кварцевые лампы применяются только для проведения медицинских процедур в индивидуальном порядке. Желательно под присмотром персонала с медицинским образованием. Всемирная организация здравоохранения не рекомендует использовать кварцевые лампы для борьбы с коронавирусом из-за негативного воздействия составляющей в 185 нм на кожу человека.

Бактерицидная лампа по конструкции аналогична люминесцентной лампе, но без люминофора, а колба выполнена из специального сорта стекла, пропускающего излучение с длиной волны 254 нм и задерживающего составляющую 185 нм. С такими лампами могут работать люди, не имеющие медицинского образования, например, сотрудники клининговых компаний. Именно бактерицидные лампы сейчас широко используются для обеззараживания. Как правило, обеззараживание производится в помещении, где в данный момент нет людей. Но при соблюдении определенных условий и установке лампы специалистом возможно ограниченное применение бактерицидных ламп и в помещениях с людьми.

Конструкция установки для обеззараживания воды

Конструкция всех установок для очистки воды ультрафиолетом одна. Такая конструкция состоит из нескольких ламп (как правило, их четыре), находящихся в чехлах из кварца. Они омываются водой, и под действием ультрафиолета жидкость очищается от бактерий.

Чтобы выбрать установку для очистки, учитывают такие критерии:

Производительность: поскольку такие приборы постоянно воздействуют на жидкость, их мощность рассчитывают в зависимости от количества обрабатываемой воды. Соответственно, производительность устройства подбирают в зависимости от объема воды, которую нужно обеззаразить. Если есть необходимость повысить мощность устройства, к нему подсоединяют накопительный резервуар.

Пропускная способность: данный показатель зависит от химических и физических свойств жидкости. Другими словами, чем она жестче и грязнее, тем мощнее должно быть оборудование.

Мощность: в случае с установкой для УФ очистки воды, эта характеристика показывает, какая доза облучения будет воздействовать на воду. Этот показатель рассчитать самостоятельно не получится, так как он зависит от видового разнообразия микроорганизмов и их устойчивости к облучению, а этот показатель можно рассчитать только в лаборатории.

Плюсы и минусы

Определяясь, стоит ли устанавливать прибор для очистки воды ультрафиолетом дома, стоит рассмотреть плюсы и минусы подобных конструкций (рисунок 3).

Поскольку УФ излучение является природным, оно не меняет структуру воды и не имеет на нее негативного влияния, поэтому данный метод считается одним из самых востребованных и популярных.

К преимуществам данного типа очистки относятся:

Универсальность: ультрафиолетовое излучение уничтожает большинство патогенных микроорганизмов, живущих в воде.

Скорость: под действием ультрафиолетового излучения микробы погибают уже через несколько секунд воздействия, но этот показатель напрямую зависит от мощности установки.

Экологичность: очистка воды УФ излучением не предполагает использование химикатов, поэтому жидкость становится полностью пригодной для использования человеком и не нуждается в дополнительной фильтрации.

Но у данного метода есть и недостатки. Во-первых, в воде могут находиться микроорганизмы, устойчивые к такому излучению. Они встречаются редко, но, если были обнаружены в воде, очистку ультрафиолетом придется дополнить другими средствами.

Во-вторых, сильно загрязненную воду необходимо предварительно очистить от крупных частиц мусора и других примесей, так как УФ лучи их не ликвидируют.

Рисунок 3. Чертежи и схема работы классической установки

Кроме того, не стоит забывать о том, что вода становится чистой только в момент контакта с установкой и микробы могут появиться в ней повторно. Но это проблема несущественна, если вы уверены в качестве и герметичности системы очистки.

Основные моменты использования ультрафиолетового обеззараживания воды

Существует ряд основных моментов, влияющих на качество обеззараживания воды ультрафиолетовым излучением.

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. Также многое зависит от вида организма. Некоторые бактерии более устойчивы к облучению, чем их сородичи.

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 они требуют замены раз в 4-6 месяцев.

Проникающая способность ультрафиолетового излучения

Ультрафиолетовые лучи способны проникать через воду. Однако, чем больше плотность воды — тем ниже их проникающая способность. Мутная вода снижает 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.

Чистота

Важна чистота лампы и её оболочки. Если лампу или оболочку покрывает известковый налет — он просто блокирует 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.

Время работы стерилизатора

Чем больше вода подвергается воздействию УФ-излучения, тем больше погибает вредоносных микроорганизмов. Время контакта часто называют временем «выдержки». Время выдержки зависит от потока воды. Чем ниже скорость потока — тем больше время контакта. Длина лампы также оказывает влияние. При длинной лампой время контакта воды со стерилизатором увеличивается.

Техническая реализация

Чем короче длина волны, тем сложнее производство светодиодов. Серийное производство UVC-светодиодов для широкого применения началось только во второй половине 2010-х годов. Изначально их разрабатывали в рамках международного проекта по обеспечению качественной питьевой водой беднейшие страны Африки. Компактные установки на светодиодах, обеззараживающие воду, могут питаться от аккумулятора, индивидуального ветряка или напрямую от небольшой солнечной батареи, когда бактерицидным лампам требуется питание от сети или инвертора. Теперь же эти разработки пытаются использовать для обеззараживания воздуха и поверхностей в помещениях.

Для UVC-светодиодов используются полупроводники с увеличенной шириной запрещенной зоны. На момент написания статьи наиболее распространенным материалом для таких светодиодов был нитрид галлия с добавлением алюминия (AlGaN). Например, светодиоды на его основе выпускает компания California Eastern Lab (CEL). Преимуществом AlGaN является возможность использования для производства источников света уже хорошо отработанных технологических процессов. Но этому материалу свойственны и недостатки. Для него характерен высокий уровень дефектов кристаллической решетки, что снижает КПД. Другая проблема — длина волны излучения 275 нм, что не совпадает с оптимальным значением.

Компания Seoul Viosys первой в мире провела испытания своих UVC-светодиодов на вирусе COVID-19. Согласно пресс-релизу компании, опубликованному 3 марта 2020 г., вирус был уничтожен с эффективностью 90 %.

В качестве примера приведем CL7003C2 — наиболее мощный UVC-светодиод из производимых CEL. Рабочий ток составляет 600 мА при прямом напряжении 5,2 В. При этом мощность излучения составляет 30 мВт. Т. е. в итоге получаем КПД порядка 1 %. В то же время у кварцевой лампы КПД составляет 10-15 %, а у бактерицидной — 35-50 %. При этом оптовая цена на светодиод составляет $109 за штуку.

О выпуске своего UVC-светодиода с мощностью излучения 30 мВт объявила и компания Everlight. Данные по рабочему току и прямому напряжению пока не опубликованы, но косвенно, по длине волны 280 нм можно предположить, что используется та же AlGaN технология. Также светодиоды на 275 нм выпускает компания Seoul Viosys, являющаяся дочерней структурой Seoul Semiconductor. Мощность излучения составляет до 50 мВт, КПД — около 1 %.

УФ-светодиод Everlight с защитным кварцевым стеклом

Более перспективным в качестве материала для UVС является нитрид алюминия (AlN). У него реже, чем в AlGaN, встречаются дефекты кристаллической структуры, что обуславливает более высокий КПД. Это направление развивает компания Klaran. Ее светодиод KL265-50U-SM-WD дает излучение мощностью 60 мВт со средней длиной волны 265 нм. КПД достигает 2 %. О ценах на данные светодиоды пока не сообщается.

Озонирование и ионизация воздуха

Еще многие путают понятия озонатор и ионизатор. Это совершенно разные вещи.

Ярким представителем ионизатора является люстра Чижевского.

Она насыщает окружающий воздух отрицательно заряженными частицами – ионами. Никакого разрушения болезнетворных бактерий это не вызывает.

В любом помещении как бы вы хорошо его не убирали, все равно будет присутствовать пыль. При включении ионизатора микрочастицы пыли приобретают отрицательный заряд.

Все остальное в комнате, имея положительный или нейтральный заряд, становится пылесборником. То есть, все предметы мебели, стены и потолок забирают из воздуха всю пыль на себя.

Так что, если вы решили использовать люстру Чижевского, заранее приготовьтесь к более частой уборке у себя дома.