УФ дезінфекція води в УЗВ

1. Доза УФ-випромінювання
2. Фільтрація і УФ-дезінфекція
3. Види ламп для УФ-випромінювання
4. Порівняння приладів для УФ-випромінювання
5. конструкція апарату

Мікроорганізми, ДНК яких підпадає під вплив ультрафіолетового випромінювання з довжиною хвилі від 100 до 400 нм, гинуть або стають неактивними. Хвилі з довжиною 255-265 нм найбільш ефективно руйнують ДНК і РНК і є найсмертоноснішими; довжина хвилі 280 нм руйнує білки і ферменти. При оцінці потенціалу інактивації за стандарт приймається кількість енергії, що передається ультрафіолетом з довжиною хвилі 254 нм.

Природне і штучне УФ-випромінювання (довжина хвилі 190 - 400 нм) пошкоджує мікроорганізми, прямо або побічно впливаючи на нуклеїнові кислоти. Прямий збиток пов'язаний з поглинанням молекулою ДНК радіації, в результаті чого відбувається утворення фотопродуктов. Коефіцієнт поглинання у молекул ДНК високий в діапазоні УФ-C (190-280 нм), але зменшується більш ніж на три порядки в діапазоні УФ-B (280 - 320 нм) і мізерно малий у УФ-A діапазоні (320 - 400 нм) (Miller et al. 1999). Ефект випромінювання в діапазоні УФ-C, що завдає шкоди ДНК, використовується в бактерицидних ламп. Ртутна лампа низького тиску випромінює приблизно 85% своєї енергії, що виробляється в вигляді монохромного світла з довжиною 250-270 нм, оптимальної для бактерицидного дії. Сонячне опромінення в діапазоні УФ-B прямо або побічно пошкоджує молекули ДНК, в той час як УФ-A діапазон призводить лише до непрямого збитку. Тільки отримали прямі пошкодження молекули ДНК відновлюються шляхом фотореактивації.

Пошкодження, викликані хвилями в діапазоні УФ-C, часто призводять до утворення димерів з двох молекул пиримидина. Фотопродукти циклобутану пиримидина і пиримидина-пірімідона (6-4) є двома основними видами фотоповрежденія, що утворилися в результаті прямого поглинання ДНК випромінювання в діапазоні УФ-C (Friedberg et al. 1995). Після того, як всі залишки пиримидина зв'язуються один з одним, аутореплікацію нуклеїнової кислоти блокується, що призводить до неможливості поділу мутують клітин (Stover et al. 1986). Помірний рівень енергії ультрафіолетового випромінювання не залишає токсичних залишкових продуктів в очищеній воді. Хоча хімічні сполуки змінюються під впливом радіації (Gjessing and Kallqvist, 1991; Lund and Hongve, 1994), дози ультрафіолету при дезінфекції занадто малі для отримання значних кількостей фотопродуктов (Oliver і Carey, 1976; de Veer et al. 1994). Ця нетоксичність має вирішальне значення, коли вибір робиться на користь методу ультрафіолетового випромінювання для знезараження впадає води в УЗВ.

Доза УФ-випромінювання

Для досягнення обеззараживающего ефекту потрібна наявність мінімальної дози ультрафіолетового випромінювання.

УФ-доза = УФ-інтенсивність * t-екпозиції = (мВтсек / см2) * сек

Типовим є час впливу 10-30 секунди (White, 1992).

Засоби ультрафіолетового випромінювання зазвичай встановлюються на фермах з вирощування смолта для дезінфекції морської і прісної води, а також використовуються для бактеріологічного контролю в системах замкнутого водопостачання (Rosenthal, 1981). Однак до того, як УФ-випромінювання досягне мішені, воно повинно пройти через товщу води. Застосування ультрафіолетового випромінювання в сильно замутненої воді, як це часто відбувається в системах замкнутого водопостачання, абсолютно неефективно, оскільки передача через водну товщу вкрай незначна, і таке випромінювання не здатне вбити жодного мікроорганізму. Тому, для прогнозування необхідної дози випромінювання, що проходить від джерела світла до цільового організму, слід визначити найменше очікуване пропускання ультрафіолету в оброблюваної воді.

Фактична доза УФ-випромінювання, що застосовується до потоку води, залежить від:

- Швидкості водного потоку (Q) і робочого об'єму генератора УФ;

- Інтенсивності лампи (включаючи втрати в кварцовому рукаві);

- Пропущення УФ-випромінювання в воді (% пропускання).

УФ-доза = УФ-інтенсивність * t-екпозиції * фактор переносу = УФ-інтенсивність * (Vемкості / Q) * a * exp (b *% пропускання) = # (мВтсек / см2) * сек

Доза УФ-випромінювання для дезінфекції

Доза для знищення 99.9% бактерій по Wedemeyer (1996) і Liltved (2001) Вид мВтсек / см2 Aeromonas salmonicida 4 Aeromonas hydrophila 5 Vibrio anguillarum 4 Yersinia ruckeri 3 Pseudomonas fluorescens 5 Wedemeyer (1996) Доза для стримування зростання сапролегнія 230 Доза для зниження інвазивної здатності Myxobolus cerebralis 28 Рекомендована доза для води в УЗВ 30 Рекомендована доза для стоків з інкубатора 30

Ці значення показують, що в лабораторних умовах дози 2 - 6 мВт-сек / см2 зменшують життєздатне кількість розглянутих видів на 99.9% або більше. Однак в рамках реальних безперервних експериментів, для отримання максимального рівня знезараження, дози повинні бути значно вище (Bullock and Stuckey, 1977; Liltved and Cripps, 1999). Тому при підрахунку необхідної дози в реальних умовах до результатів лабораторних досліджень слід ставитися з обережністю.

Доза для знищення 99.9% вірусів по Wedemeyer (1996) і Liltved (2001) Вид мВтсек / см2 Патогенний вірус анемії лососевих (ISA) 4-10 * Вірус інфекційного некрозу гемопоетичної тканини (IHN) 1-3 Вірус інфекційного панкреатичного некрозу (IPN) 100 -200 Герпесвірус канального сома 2 Герпесвірусна хвороба лососевих (Herpesvirus salmonis) 2 Синдром білих плям (збудник - бакуловірусів) 900 * * -втрата заразність

Дослідження Torgersen (1998) вказують на те, що патогенний вірус анемії лососевих сприйнятливий до ультрафіолетового випромінювання. Коли гомогенат інфікованої тканини опромінювали дозами 4-10 мВтсек / см2, вірус втрачав заразність. З іншого боку, вірус інфекційного панкреатичного некрозу (IPN), що не оклюдованого бірнавірус, збудник якого викликає інфекцію підшлункової залоз у Атлантичного лосося, навпаки, стійкий до УФ-випромінювання. Для знищення 99.9% вірусів в солоній воді (Liltved et al. 1995) необхідна доза в 122 мВтсек / см2. Аналогічні дози відзначені в дослідженнях, проведених японськими вченими (Sako and Sorimachi, 1985; Yoshimizu et al. 1986). Незважаючи на стійкість IPN бірнавіруса, саме ультрафіолетове випромінювання вибрали для дезінфекції об'єктів водопостачання на норвезьких лососевих фермах, де даний метод використовують для знищення бактерій. Бірнавірус IPN проходить через ці установки без змін, оскільки застосовувані дози надто низькі для його інактивації. У зв'язку з істотними втратами від спалахів IPN, слід розглянути профілактичні заходи, модернізацію існуючих УФ-випромінювачів для знищення вірусу. Це особливо важливо при заборі води з джерел, заражених вірусом IPN. Така модернізація зажадає п'ятикратного збільшення дози УФ-випромінювання в порівнянні з нинішньою інтенсивністю 25 мВтсек / см2.

Ще більш високі дози потрібні були для зведення до нуля инвазивности бакуловірусів азіатських креветок. Бакуловірусів, що викликає некроз середньої кишки (BMNV), і вірус синдрому білих плям (WSBV) вдалося знищити дозами 410 і 900 мВтсек / см2, відповідно (Momayama, 1989; Chang et al. 1998). Через крайню стійкості цих вірусів і занадто високою необхідної швидкості водного потоку ультрафіолетове випромінювання не підходить для знищення бакуловірусів на азіатських креветочних фермах. Однак високоефективне ультрафіолетове випромінювання може бути придатним для ікорнік і вирощувальних ставків з обмеженим водокористуванням. Існують і інші дослідження, які надають додаткову інформацію про рівень ультрафіолетового випромінювання, необхідного для досягнення повної дезінфекції (Hunter et al. 1998; Wedemeyer, 1996).

Попередня фільтрація через екран в 50 мкм дозволяє посилити знищення бактерій УФ-випромінюванням на 3.0 * log10 одиниць (Liltved and Cripps, 1999)

Для бактерій, пов'язаних з фрагментами рачків Артемій, відзначений механізм захисту через приховування в частинках. Для них недостатня дозозависимой інактивації в діапазоні 10-22 мВтсек / см2. Отримані результати свідчать про можливу передачу патогенних бактерій на наземні ферми, навіть якщо проточну воду знезаразити УФ-випромінюванням. Крім того, досліди довели, що попередня фільтрація підвищує ефективність видалення бактерій. Розміри сітки 50 мкм привели до зростання ефективності очищення на більш ніж 5log10 одиниць. Це свідчить на користь попередньої фільтрації проточної води для видалення дрібних фрагментів ракоподібних і інших частинок, де бактерії здатні сховатися до початку дезінфекції УФ-випромінюванням.

Фільтрація і УФ-дезінфекція

Поверхнева дезінфекція води в національному рибному розпліднику Піттсфорд

Перевагами ультрафіолетового випромінювання є відсутність токсичних залишків і продуктів реакції, низька собівартість при знезараженні високоякісної води, простота експлуатації і технічного обслуговування і мінімальні вимоги по розміщенню. При цьому слід регулярно проводити механічну або хімічну чистку кварцових рукавів, щоб уникнути засмічення.

Основним недоліком УФ дезінфекції споруд на рибницьких фермах виступає неефективність в боротьбі з основними патогенними вірусами риб. Цей недолік здатний обмежити використання ультрафіолетового випромінювання в майбутньому, оскільки боротьба з вірусами стає важливою превентивним заходом на фермах з розведення риби і креветок.

Види ламп для УФ-випромінювання

Ртутні лампи:

- Низький тиск, низька інтенсивність (стара технологія)

- Низький тиск, висока інтенсивність (новітня технологія)

- Середній тиск, висока інтенсивність (нова технологія)

Потужність УФ-випромінювання постійно погіршується з моменту першого включення. Припустимо, що в загальному падіння потужності складе 3% в місяць або 40% в рік. Температура повітря також впливає на потужність УФ-випромінювання. Вихідна потужність УФ-випромінювання дорівнює 100% при 38 ° C; при 0 ° C вона становить всього 10% від потужності при 38 ° C. Проблему можна вирішити за допомогою кварцових рукавів, які створюють тепловий кишеню навколо УФ-лампи і зберігають потужність, близьку до її максимального потенціалу. Кварцовий рукав скоротить потужність пристрою тільки на 5% через коефіцієнта пропускання самого рукава. Витрата на заміну ламп в приладах для УФ-випромінювання може виявитися значним, особливо в порівнянні з іншими методами стерилізації та дезінфекції. Як правило, заміну УФ-лампи слід проводити, принаймні, один раз на рік.

Порівняння приладів для УФ-випромінювання

Тиск / інтенсивність Низьке / низька Низьке / висока Середня / висока Потужність, Вт 15-70 120-260 4000 Ефективність,% 40 35-40 10-15 Светоотдача в діапазоні 254нм, Вт / см 0.1-0.2 0.5-1.0 3.0 УФ-C температура, ° C 39 100 600 Кількість ламп, необхідне для обробки 0.8м3 / сек водного потоку 100 30 5 Загальна потужність, rВт 7.5 7.8 20 A. Kolch Pollution Engineering, 1999, pp.34-36

УФ-лампи низького тиску

УФ-лампи середнього тиску

Крім дезінфекції, лампи середнього тиску можуть:

- фотоокіслять органічний вуглець при довжині хвиль, що дорівнює 185 нм,

- створювати гідроксильні радикали (хо), що призводить до розпаду органічних молекул

- перетворювати нітрат в нітрит, якщо ви не встановили спеціальний кварцовий рукав для фільтрації.

конструкція апарату

Кожухотрубні (Tube-and-Shell) конструкцію, що знаходиться під тиском, слід вибирати, коли в трубі необхідно зберегти тиск води. Як правило, вона функціонує при втраті напору води> 0.2-1.0 метра.

Конструкцію «відкритого каналу» (Open Channel) без тиску слід вибирати в разі малого напору води.

Горизонтальний канальний УФ-фільтр «PRAqua Technologies». Застосовується для очищення прісної води в системі вирощувальних ставків

Вертикальний канальний УФ-фільтр. Три лососеві ферми (приблизно 3000 галонів в хвилину на одну ферму) у віданні компанії Nutreco (дизайн розроблений компанією «PRAqua Technologies»)

Кожухотрубні конструкція. Лампи середнього тиску Озонування і подальша УФ-дезінфекція. Система вирощувальних ставків Інституту Прісних вод (Freshwater Institute's Grow-out System)

-
Ozonation and UV Disinfection. Steven Summerfelt & Brian Vinci Freshwater Institute, Shepherdstown, WV