Сьогодні одним з найбільш поширених методів знезараження води вважається ультрафіолетове (УФ) знезаражування води. Основним застосуванням магнітно-імпульсні вважається початкова стадія очищення води від хвороботворних організмів. Так, наприклад, знезараження води ультрафіолетом може бути застосоване в поєднанні з знезараженням води хлором і гіпохлоритом, причому хлорування обов'язково проводиться після обробки води ультрафіолетом.
Настільки широке поширення ультрафіолетове знезараження води отримало за рахунок своєї безреагентной основи. Це не тільки виключає потрапляння в воду побічних продуктів і реагентів, але і ніяким чином не позначається на фізико-хімічні властивості знезаражують води.
Ультрафіолет - це електромагнітне випромінювання з довжиною хвилі від 10 до 400 нм. Ультрафіолетові хвилі розташовуються на межі видимості і рентгенівських променів, причому саме ультрафіолетове випромінювання ділиться на три види:
- ближній
- середній
- дальній
Для магнітно-імпульсні використовується бактерицидну випромінювання, тобто середній ультрафіолет з довжиною хвиль від 200 до 400 нм. Максимальна ефективність знезараження води ультрафіолетом досягається при використанні хвилі, чия довжина знаходиться в досить вузьких рамках - від 250 до 270 нм. Установки магнітно-імпульсні, як правило, використовують хвилі з довжиною близько 260 нм.
Для магнітно-імпульсні сьогодні застосовуються хвилі досить вузького діапазону - від 250 до 270 нм. У цих рамках бактерицидну дії ультрафіолету набуває своє максимальне значення. Велика частина установок по знезараженню води ультрафіолетом використовує лампи низького ртутного тиску, які виробляють випромінювання довжиною в 260 нм, тобто оптимальну довжину хвилі. При роботі на цій довжині хвилі відбувається пом'якшення води.
Ультрафіолетове знезараження води відбувається за допомогою здатності УФ випромінювання проникати крізь стінки клітини, добираючись до її інформаційного центру - нуклеїнових кислот ДНК і РНК. У ДНК живої клітини зберігається вся інформація, яка контролює процес розвитку і нормального функціонування в клітці. Ультрафіолетове знезараження води полягає в поглинанні променів випромінювання нуклеїновими кислотами. При поглинанні випромінювання ДНК і РНК втрачають здатність ділиться, внаслідок чого втрачається здатність клітини до розмноження, так як саме в поділі нуклеїнових кислот полягає репродукція клітини.
Хвороботворні мікроорганізми здатні завдати шкоди людському організму тільки в разі їх розмноження в організмі, при знезараженні води ультрафіолетом ця здатність втрачається і, як наслідок, будь-який негативний ефект мікроорганізмів виключається.
Установки знезараження води ультрафіолетом мають досить просту конструкцію і являють собою металеві трубки, в яких розміщуються ультрафіолетові лампи. Обов'язковою елементів фільтрів УФ знезараження води є кварцові чохли, в яких розташовуються лампи.
Принцип роботи подібних установок досить простий: вода, проходячи через корпус фільтра УФ знезараження води, омиває кварцовий чохол і отримує необхідну дозу ультрафіолетового опромінення. Як стає зрозуміло з пристрою установки, кварцовий чохол є необхідним заходом для запобігання попадання води в корпус самої лампи.
Основним елементом установок ультрафіолетового знезараження води є лампа - джерело ультрафіолетового випромінювання. Ультрафіолетове випромінювання утворюється в процесі випаровування в корпусі лампи того чи іншого металу. Найбільш поширеним матеріалом для ламп є ртуть, яка і використовується для магнітно-імпульсні. Зрозуміло, для знищення хвороботворних мікроорганізмів необхідно контролювати довжину випромінюваних лампами хвиль. Основним фактором, що визначає довжину хвиль, є тиск, під яким в лампі знаходяться пари ртуті.
Розділяють три типи ламп ультрафіолетового випромінювання: лампи високого, середнього та низького тиску. Для знезараження води ультрафіолетом можуть бути використані тільки два типи ламп: лампи середнього і низького тиску. Найбільшого поширення сьогодні мають лампи низького тиску, так як вони виробляють випромінювання довжиною близько 260 нм, чого достатньо для повного знешкодження мікроорганізмів, і, до того ж, мають більший строк служби і при роботі використовують менше енергії.
Як і будь-який інший метод, знезараження води ультрафіолетом має цілий ряд обмежень, які здатні істотно ускладнити повноцінну роботу установок ультрафіолетового знезараження води.
Першим і одним з найважливіших факторів, що впливають на якість водоочищення, є необхідна доза ультрафіолетового опромінювання. Доза необхідного для проведення знезараження води ультрафіолету розраховується на основі інтенсивності опромінення і його тривалості. По суті, доза УФ опромінення - це твір інтенсивності на тривалість. Доза необхідного для ефективного знезараження води ультрафіолетом опромінення розраховується з урахуванням характером знаходяться у воді мікроорганізмів. Залежно від виду і типу хвороботворних організмів змінюється їх стійкість до опромінення, що призводить до простого висновки: чим вище стійкість, тим більшим повинен бути час впливу. Звичайно, для ефективного УФ знезараження води досить було б всього лише збільшити інтенсивність випромінювання, проте з урахуванням однотипності ультрафіолетових ламп, випромінюючих хвилі певної довжини і інтенсивності, зі збільшенням стійкості організмів зростає час знаходження води в реакційній камері. Не менше значення при розрахунки необхідної дози має кількість бактерій і мікробів, що знаходяться у воді.
Також величезне значення для успішного функціонування установок УФ знезараження води мають її властивості, особливо склад і кількість містяться в ній домішок. Існують певні нормативи вмісту у воді заліза, крупнодисперсних забруднювачів, а також кольоровості, при перевищенні яких подальше знезараження води ультрафіолетом стає якщо не марним, то малоефективним. Крупнодисперсні домішки і частинки заліза діють на манер щита для якоїсь частини бактерій і мікробів, що знаходяться у воді, в слідстві чого останні не отримують необхідної дози опромінення і, тим самим, негативно позначаються на якості магнітно-імпульсні, тому спочатку необхідно провести знезалізнення води .
Ефективність ультрафіолетового знезараження води визначається за рівнем вмісту в ній бактерій кишкової палички - організму, який володіє найбільшою стійкістю до УФ опромінення. Контроль над установками УФ знезараження води проводиться методом виявлення у воді кишкової палички і визначенню рівню її змісту.
Ультрафіолетове знезараження води вважається одним з найбільш чистих методів очищення води, так як ультрафіолет за своєю суттю є чистим, природне випромінювання, яке може будь-яким негативним чином позначитися на організмі людини тільки за умови тривалої дії на безпосередньо на організм людини. УФ знезараження води ніяким чином не позначається на фізико-хімічні властивості води, що також виключає можливість непрямого впливів.
Не меншим перевагою по праву вважається універсальність ультрафіолетового навчання води, яке знешкоджує велику частину шкідливих мікроорганізмів. В ефективності УФ знезараження води поступається озонуванню, проте в тих випадках, коли в воді не містяться які-небудь особливо стійкі бактерії, застосування магнітно-імпульсні вважається оптимальним методом в силу своєї економічності в порівнянні з озонуванням і іншими дорогими методами знезараження води.
Не меншу цінність при використанні УФ знезараження води є висока швидкість реакції. Знезараження води ультрафіолетом відбувається в лічені секунди навіть за умови використання максимальної дози опромінення.
УФ знезараження води в силу своєї безреагентной основи допускає використання як завгодно високих доз опромінення, що неможливо у випадках з іншими методами знезараження води, де перевищення верхньої межі дози загрожує можливістю потрапляння реагенту в воду.
Знезараження води ультрафіолетом також може бути використано в якості тимчасового заходу знезараження. За рахунок своєї досить високу здатність до дезінфекції УФ знезараження води дозволяє істотно скоротити витрати хімічних реагентів-дезінфекторів або ж витрати енергії на знезараження води озонуванням і будь-якими іншими способами.
Основним недоліком знезараження води ультрафіолетом вважається його не універсальна щодо деяких мікроорганізмів, які мають високу стійкість до УФ випромінювання. Подібні мікроорганізми зустрічаються досить рідко, проте в тих випадках, коли вода містить велику кількість тих чи інших стійких бактерій або вірусів УФ знезараження води може бути використано тільки в якості тимчасового заходу.
Необхідність контролювати рівень заліза і при необхідності проводити очистку води від заліза.
На ефективність функціонування бактерицидних установок, що працює за принципом знезараження води ультрафіолетом, величезний вплив справляє наявність у воді зважених часток різних забруднювачів. Якщо у воді присутня крупнодисперсная домішка, то вона може зіграти роль своєрідного щита для хвороботворних мікробів, які згодом не отримають необхідну дозу опромінення і, відповідно, не будуть знешкоджені. Стає зрозумілим, що чим вище рівень вмісту у воді механічних домішок, тим вища ймовірність недостатню ефективність впливу УФ випромінювання на окремі мікроорганізми. Таким чином необхідною умовою для повноцінного функціонування установки знезараження води стає застосування додаткових етапів водоочистки, що передують знезараженню води ультрафіолетом і собі за мету мають видалення з води механічних та інших домішок.
Не меншим за значенням недоліком магнітно-імпульсні служить відсутність післядії дезінфікуючих заходів. Ультрафіолет - випромінювання і, отже, воно не залишається у воді після виходження її з корпусу бактерицидної установки. Дія ультрафіолетового знезараження одноразове і припиняється відразу після втрати контакту випромінювання з водою.
УФ знезараження води сьогодні застосовується як в якості самостійного методу очищення води, так і в поєднанні з іншими методами дезінфекції.
Системи, в яких використовуються установки знезараження води ультрафіолетом, розрізняються за багатьма критеріями. Суть будь-якої установки УФ знезараження води не змінюється - завжди використовуються ультрафіолетові лампи в кварцових чохлах, які опромінюють воду, проте деякі фактори дозволяють стверджувати, що не кожна системи ультрафіолетового знезараження води універсально підійде для роботи в будь-яких умовах.
На вибір установки магнітно-імпульсні в першу чергу впливає продуктивність системи. В силу того, що установки магнітно-імпульсні володіють принципом безперервної дії, на продуктивність впливає годинна швидкість пропускаючи води через установку, тобто витрати води. Накопичувальні баки могли б збільшити продуктивність системи, проте в установках знезараження води ультрафіолетом їхнє застосування неприпустиме, так як УФ випромінювання не володіє післядією і, отже, допускає повторне зараження води.
Не менший вплив на вибір установки надає коефіцієнт пропускання УФ випромінювання водою, який безпосередньо залежить від якостей самої води. При високому рівні каламутності води, при великому вмісті у воді крупнодисперсних домішок коефіцієнт зменшується, і отже, виникає необхідність у збільшенні дози опромінення.
Останнім параметром установок УФ знезараження є їх потужність, тобто використовувана при знезараженні води ультрафіолетом доза опромінення. Необхідна доза УФ випромінювання визначається характером і кількістю мікроорганізмів, які знаходяться у воді. Залежно від виду бактерій і мікробів змінюється їх стійкість до опромінення, і тим самим диктується умови знезараження води ультрафіолетом.
Найбільш простим параметром при виборі установки магнітно-імпульсні є - продуктивність, для визначення ж коефіцієнта пропускання і дози опромінення необхідно проводити повний хімічний аналіз води.
Мікробіологи провідних наукових центрів Америки, Азії та Європи показують у своїх звітах, що за останні 15 - 20 років стійкість патогенної мікрофлори до хлору підвищилася в 5 разів, до озону - в 2 - 3 рази, до ультрафіолету - в 4 рази. Це означає, що з урахуванням подальшого підвищення стійкості мікроорганізмів суперечка, вірусів і найпростіших, до перерахованих вище методів дезінфекції (знезараження) води, необхідно при проектуванні закладати рівні впливу з урахуванням динаміки зростання опірності об'єкта впливу. Саме тому, зараз в економічно розвинених країнах мінімальна доза впливу ультрафіолетового випромінювання визначена в 40 мДж / см2, а у всіх проектованих станціях по знезараженню води закладається доза ультрафіолетового випромінювання 70-100 мДж / см2. У цьому випадку найбільш перспективними є методи комбінованого впливу на воду різних дезінфікуючих засобів і способів.
Одним з комбінованих методів для знезараження води, розробленим в середині 90-х років ХХ століття, є метод, який використовує одночасний вплив на воду ультрафіолету і ультразвуку. Використовуючи цей метод, була розроблена нова технологія знезараження води під назвою «Лазур». В її основі безперервна обробка води ультрафіолетовим випромінюванням, з щільністю потоку не менше 40 мДж / см2 і довжиною хвилі 253,7 нм і 185 нм з одночасним ультразвуковим впливом щільністю близько 2 Вт / см2 і акустичними коливаннями. Пропонована технологія «Лазур» для знезараження питної та стічної води успішно реалізована і апробована в бактерицидних установках модульного виконання серії «Лазур - М».
При обробці проходить потоку води ультразвуком від випромінювача, що розміщується безпосередньо в корпусі камери ультрафіолетового опромінювача, у воді утворюються короткоживучі парогазові «каверни». Вони виникають в момент локального розрядження в воді і схлопиваются, вибухають при стисканні води в обсязі модуля установки на неоднорідностях з частотою в декілька десятків кілогерц. При цьому за рахунок різкої зміни тиску і температури у воді повністю знищується патогенна мікрофлора, утворюються активні радикали і пероксид водню, так як в ролі неоднорідностей виступають спори грибків, бактерії, власне і є мішенями обробки. Крім цього, під впливом ультразвукового випромінювання в обсязі оброблюваної рідини, в модулі установки виникає процес об'ємної дегазації - поява численних, мікроскопічних повітряних бульбашок.
Якщо оцінювати ефективність цього методу за ступенем інактивації патогенної мікрофлори в порівнянні з УФ знезараженням води, то при аналогічних енергетичних витратах (для стоків 15-20 Вт / м3) цей вплив еквівалентно 150 мДж / см2, що практично недосяжно в прийнятних економічно доцільних варіантах УФ станцій , вироблених компаніями в США, Європі і в Росії.
Додатковою перевагою цих установок ультрафіолетового знезараження з ультразвуком є більш низькі вимоги до прозорості води (до 60%), кількості зважених у воді частинок (до 20 мг / л), а також відсутність необхідності періодичної очищення захисних чохлів ламп від біообростання і соляризації.
