Ультрафиолетовые установки

Справка

   Ультрафиолетовое излучение (ультрафиолет, УФ, UV) – это электромагнитное излучение, занимающее диапазон между видимым и рентгеновским излучением (380-10 нм, 7,9Ч1014-3Ч1016 Гц). Диапазон условно делят на ближний (380—200 нм) и далекий, или вакуумный (200-10 нм) ультрафиолет. Последний так назван, поскольку интенсивно поглощается атмосферой и исследуется только вакуумными приборами.

История открытия

   Понятие об ультрафиолетовых лучах впервые встречается у индийского философа ХІІІ-го века Шри Матхавачария. Атмосфера описанной им местности Бхутакаша содержала фиолетовые лучи, которые невозможно увидеть обычным глазом.

   Вскоре после того, как было обнаружено инфракрасное излучение, немецкий физик Иоганн Вильгельм Риттер начал поиски излучения и в противоположном конце спектра, с длиной волны короче, чем у фиолетового цвета. В 1801 году он обнаружил, что хлорид серебра, разлагающийся под действием света, быстрее разлагается под действием невидимого излучения за пределами фиолетовой области спектра. Тогда многие ученые, включая Риттера, пришли к соглашению, что свет состоит из трех отдельных компонентов: окислительного или теплового (инфракрасного) компонента, осветительного компонента (видимого света) и восстановительного (ультрафиолетового) компонента. Идеи о единстве трех различных частей спектра были впервые озвучены лишь в 1842 году в трудах Беккереля, Меллони и др.

Виды ультрафиолетового излучения

   Биологические эффекты ультрафиолетового излучения в трех спектральных участках существенно различаются, поэтому биологи иногда выделяют, как наиболее важные в их работе, следующие диапазоны:

  • Ближний ультрафиолет, УФ-A лучи (UVA, 315-400 нм). УФ-B лучи (UVB, 280-315 нм).
  • Дальний ультрафиолет, УФ-C лучи (UVC, 100-280 нм).

   Практически весь UVC и приблизительно 90% UVB поглощаются озоном, а также водяным паром, кислородом и углекислым газом при прохождении солнечного света через земную атмосферу. Излучение из диапазона UVA достаточно слабо поглощается атмосферой. Поэтому радиация, достигающая поверхности Земли, в значительной степени содержит ближний ультрафиолет UVA, и, в небольшой доле – UVВ.

Природные источники

   Основной источник ультрафиолетового излучения на Земле – это Солнце. Соотношение интенсивности излучения УФ-А и УФ-Б, общее количество ультрафиолетовых лучей, достигающих поверхности Земли, зависит от следующих факторов:

  • от концентрации атмосферного озона над земной поверхностью,
  • от возвышения Солнца,
  • от высоты над уровнем моря,
  • от атмосферного рассеивания,
  • от состояния облачного покрова,
  • от степени отражения УФ-лучей от поверхности (воды, почвы).

Искусственные источники

   Благодаря созданию и совершенствованию искусственных источников УФ-излучения, шедшими параллельно с развитием электрических источников видимого света, сегодня специалистам, работающим с УФ- излучением в медицине, профилактических, санитарных и гигиенических учреждениях, предоставляются существенно большие возможности, чем при использовании естественного УФ-излучения.

   Разработкой и производством УФ-ламп для установок фотобиологического действия (УФБД) в настоящее время занимаются фирмы Philips, Osram, Radium, Sylvania и др. Номенклатура УФ-ламп для УФБД весьма широка и разнообразна. Так, например, у ведущего в мире производителя фирмы Philips она насчитывает более 80 типов. В отличие от осветительных, УФ-источники излучения, как правило, имеют селективный спектр, рассчитанный на достижение максимально возможного эффекта для определенного фотобиологического процесса.

Обеззараживание воды

   Ультрафиолетовые (т.н. кварцевые) лампы используются для обеззараживания как питьевой воды, так и оборотной воды в бассейнах. В наиболее распространенных ртутных лампах низкого давления 86% излучения приходится на длину волны 254 нм, что хорошо согласуется с одним из двух пиков кривой бактерицидной эффективности (т.е. эффективности поглощения ультрафиолета молекулами ДНК). Один из этих пиков находится в районе длины волны излучения равной 265 нм, а второй — 185 нм. Излучение с длиной волны 185 нм оказывает большее влияние на ДНК, однако кварцевое стекло, используемое для изготовления колбы лампы, также как и другие природные вещества (например, вода) менее прозрачно для волн этого диапазона и более прозрачно для 265 нм волн.

   УФ-дезинфекция выполняется при облучении находящихся в воде микроорганизмов УФ-излучением определенной интенсивности в течение определенного времени. В результате такого облучения микроорганизмы «микробиологически» погибают, т. к. теряют способность к воспроизводству. УФ-излучение, имеющее бактерицидную длину волны 260 нм или близкую длину волны, проникает сквозь стенку клетки переносимого водой микроорганизма и поглощается ДНК, называемой генетической цепочкой микроорганизма, в результате чего процесс воспроизводства микроорганизма прекращается. Бактерицидное УФ излучение на этих длинах волн вызывает димеризацию тимина в молекулах ДНК. Накопление таких изменений в ДНК микроорганизмов приводит к замедлению темпов их размножения и вымиранию. Метод дезинфекции с использованием УФ-излучения доказал свою эффективность при дезактивации переносимых водой болезнетворных микроорганизмов и вирусов без ухудшения вкуса и запаха воды и без внесения в воду нежелательных побочных продуктов.

   Такой метод дезинфекции завоевывает популярность в качестве альтернативы или дополнения к традиционным средствам дезинфекции, таким, как хлор, из-за своей безопасности, экономичности и эффективности. В связи с тем, что подобные лампы воздействуют только на те микроорганизмы, которые непосредственно подвергаются воздействию их излучения, возникает проблема недостаточного стерилизационного эффекта непосредственно в чаше бассейна. Именно по этой причине кварцевые лампы применяются только в комплексе с другими методиками дезинфекции.

Зачем УФ нужен

   Хлорирование воды, проводимое в больших масштабах, вызвало широкое распространение резистентных к хлору микроорганизмов, среди которых немало патогенных.

   Сочетание УФ-лучей и хлора в водоподготовке бассейнов обеспечивает высокий бактерицидный эффект в отношении споровых и хлороустойчивых форм бактерий и вирусов. При совместной обработке воды хлором и бактерицидным облучением в 2-3 раза снижается расход хлора, упрощается эксплуатация оборудования.

   В процессе обработки воды образуется большое количество хлорорганических соединений, токсичность которых превышает токсичность исходных веществ. Это может представлять реальную угрозу и купающимся, и обслуживающему персоналу. УФ-излучение вызывает реакцию фотоокисления, в результате которой эти соединения разлагаются до простых составляющих – вплоть до таких, как углекислый газ и вода. Вместе с хлораминами и тригалогенметанами исчезает и неприятный «хлорный» запах, аллергические проявления и другие неприятные ощущения, связанные с применением хлора.

   Установки УФ-обеззараживания, производимые фирмой Philips, имеют корпус из высококачественной нержавеющей стали. Внутренняя поверхность подвергается электрохимической полировке, что очень положительно сказывается на коррозионной устойчивости и отражающей способности устройства (эффективность лампы повышается примерно на 30% при той же мощности).

   Эти установки легко можно вмонтировать в систему уже имеющегося оборудования водоподготовки, они имеют небольшие габаритные размеры, просты в монтаже и эксплуатации, совместимы с любыми способами водоподготовки и дезинфекции.

   После облучения УФ-лучами частотой 253,7 нм у микроорганизмов нарушается метаболизм клеток, теряется способность к размножению (на 4-5 часов), что способствует их уничтожению даже малыми концентрациями дезинфектантов. Снижается зависимость скорости роста водорослей от уровня рН и наличия фосфатов. Вода дополнительно насыщается кислородом, выделяющимся в результате фотохимических реакций, вследствие чего улучшается чистота и свежесть воды. Образуется озон (в микроколичествах), оказывая дополнительное окислительное воздействие, в том числе и на механические загрязнения. УФ-излучение повышает окисляющую способность активного хлора или кислорода. Применение ультрафиолета в обработке воды – одно из самых перспективных направлений в поисках альтернативных, экологичных, надежных и недорогих способов обеззараживания.