Ультрафіолетові установки

Довідка

   Ультрафіолетове випромінювання (ультрафіолет, УФ, UV) - це електромагнітне випромінювання, що займає діапазон між видимим і рентгенівським випромінюванням (380-10 нм, 7,9 Ч1014-3Ч1016 Гц). Діапазон умовно ділять на ближній (380-200 нм) і далекий, або вакуумний (200-10 нм) ультрафіолет. Останній має таку назву, оскільки інтенсивно поглинається атмосферою і досліджується тільки вакуумними приладами.

Історія відкриття

   Поняття про ультрафіолетові промені вперше зустрічається в індійського філософа ХІІІ-го століття Шрі Матхавачарія. Атмосфера описаної їм місцевості Бхутакаша містила фіолетові промені, які неможливо побачити звичайним оком.

   Незабаром після того, як було виявлено інфрачервоне випромінювання, німецький фізик Йоганн Вільгельм Ріттер почав пошуки випромінювання і в протилежному кінці спектра, з довжиною хвилі коротше, ніж у фіолетового кольору. У 1801 році він виявив, що хлорид срібла, який розкладається під дією світла, швидше розкладається під дією невидимого випромінювання за межами фіолетової області спектра. Тоді багато вчених, включаючи Ріттера, дійшли згоди, що світло складається з трьох окремих компонентів: окисного або теплового (інфрачервоного) компонента, освітлювального компонента (видимого світла) та відновного (ультрафіолетового) компонента. Ідеї про єдність трьох різних частин спектра були вперше озвучені лише в 1842 році в працях Беккереля, Меллона та ін.

Види ультрафіолетового випромінювання

   Біологічні ефекти ультрафіолетового випромінювання в трьох спектральних ділянках суттєво різняться, тому біологи іноді виділяють, як найбільш важливі в їх роботі, наступні діапазони: Близький ультрафіолет, УФ-A промені (UVA, 315-400 нм). УФ-B промені (UVB, 280-315 нм). Далекий ультрафіолет, УФ-C промені (UVC, 100-280 нм).

   Практично весь UVC і приблизно 90% UVB поглинаються озоном, а також водяною парою, киснем і вуглекислим газом при проходженні сонячного світла через атмосферу землі. Випромінювання з діапазону UVA досить слабо поглинається атмосферою. Тому радіація, що досягає поверхні Землі, в значній мірі містить ближній ультрафіолет UVA, і, в невеликій частці - UVВ.

Природні джерела

   Основне джерело ультрафіолетового випромінювання на Землі - це Сонце. Співвідношення інтенсивності випромінювання УФ-А і УФ-Б, загальна кількість ультрафіолетових променів, що досягають поверхні Землі, залежить від наступних факторів:

  • від концентрації атмосферного озону над земною поверхнею,
  • від піднесення Сонця,
  • від висоти над рівнем моря,
  • від атмосферного розсіювання,
  • від стану хмарного покриву,
  • від ступеня відображення УФ-променів від поверхні (води, ґрунту).

Штучні джерела

   Завдяки створенню та вдосконаленню штучних джерел УФ-випромінювання, які йшли паралельно з розвитком електричних джерел видимого світла, сьогодні фахівцям, що працюють з УФ-випромінюванням в медицині, профілактичних, санітарних і гігієнічних установах, надаються істотно більші можливості, ніж при використанні природного УФ-випромінювання.

   Розробкою і виробництвом УФ-ламп для установок фотобіологічних дій (УФБД) в даний час займаються фірми Philips, Osram, Radium, Sylvania та ін Номенклатура УФ-ламп для УФБД досить широка і різноманітна. Так, наприклад, у провідного в світі виробника фірми Philips вона налічує понад 80 типів. На відміну від освітлювальних, УФ-джерела випромінювання, як правило, мають селективний спектр, розрахований на досягнення максимально можливого ефекту для певного фотобіологічного процесу.

Знезараження води

   Ультрафіолетові (т.зв. кварцові) лампи використовуються для знезараження як питної води, так і оборотної води в басейнах. У найбільш поширених ртутних лампах низького тиску 86% випромінювання припадає на довжину хвилі 254 нм, що добре узгоджується з одним із двох піків кривої бактерицидної ефективності (тобто ефективності поглинання ультрафіолету молекулами ДНК). Один з цих піків знаходиться в районі довжини хвилі випромінювання і дорівнюває 265 нм, а другий - 185 нм. Випромінювання з довжиною хвилі 185 нм надає більший вплив на ДНК, проте кварцове скло, яке використовується для виготовлення колби лампи, також як і інші природні речовини (наприклад, вода) менш прозоро для хвиль цього діапазону і більш прозоро для 265 нм хвиль.

   УФ-дезінфекція виконується при опроміненні мікроорганізмів, що знаходяться у воді УФ-випромінюванням певної інтенсивності протягом певного часу. В результаті такого опромінення «мікробіологічні» мікроорганізми гинуть, тому що втрачають здатність до відтворення. УФ-випромінювання, що має бактерицидну довжину хвилі 260 нм або близьку довжину хвилі, проникає крізь стінку клітини перенесеного водою мікроорганізму і поглинається ДНК, так званого генетичного ланцюжка мікроорганізму, в результаті чого процес відтворення мікроорганізму припиняється. Бактерицидне УФ випромінювання на цих довжинах хвиль викликає димеризації тиміну в молекулах ДНК. Накопичення таких змін в ДНК мікроорганізмів призводить до уповільнення темпів їх розмноження і вимирання. Метод дезінфекції з використанням УФ-випромінювання довів свою ефективність при дезактивації перенесених водою хвороботворних мікроорганізмів і вірусів без погіршення смаку і запаху води і без внесення у воду небажаних побічних продуктів.

   Такий метод дезінфекції завойовує популярність в якості альтернативи чи доповнення до традиційних засобів дезінфекції, таким, як хлор, через свою безпеку, економічність та ефективність. У зв'язку з тим, що подібні лампи впливають тільки на ті мікроорганізми, які безпосередньо піддаються впливу їх випромінювання, виникає проблема недостатнього стерилізаційного ефекту безпосередньо в чаші басейну. Саме з цієї причини кварцові лампи застосовуються тільки в комплексі з іншими методиками дезінфекції.

Навіщо УФ потрібно

   Хлорування води, що проводиться у великих масштабах, викликало широке поширення резистентних до хлору мікроорганізмів, серед яких чимало патогенних.

   Поєднання УФ-променів і хлору у водопідготовці басейнів забезпечує високий бактерицидний ефект відносно спорових і хлоростійких форм бактерій і вірусів. При спільній обробці води хлором і бактерицидним опроміненням в 2-3 рази знижується витрата хлору, спрощується експлуатація обладнання.

   У процесі обробки води утворюється велика кількість хлорорганічних сполук, токсичність яких перевищує токсичність вихідних речовин. Це може представляти реальну загрозу і особам, які купаються, і обслуговуючому персоналу. УФ-випромінювання викликає реакцію фотоокислення, в результаті якої ці сполуки розкладаються до простих складових - аж до таких, як вуглекислий газ і вода. Разом з хлорамінами і трігалогенметанами зникає і неприємний «хлорний» запах, алергічні прояви та інші неприємні відчуття, пов'язані із застосуванням хлору.

   Установки УФ-знезараження, вироблені фірмою Philips, мають корпус з високоякісної нержавіючої сталі. Внутрішня поверхня піддається електрохімічній поліровці, що дуже позитивно позначається на стійкості до корозій і відбиває здатності пристрою (ефективність лампи підвищується приблизно на 30% при тій же потужності).

   Ці установки легко можна вмонтувати в систему вже наявного устаткування водопідготовки, вони мають невеликі розміри габаритів, прості в монтажі і експлуатації, сумісні з будь-якими способами водопідготовки та дезінфекції.

   Після опромінення УФ-променями частотою 253,7 нм у мікроорганізмів порушується метаболізм клітин, втрачається здатність до розмноження (на 4-5 годин), що сприяє їх знищенню навіть малими концентраціями дезінфектантів. Знижується залежність швидкості росту водоростей від рівня рН і наявності фосфатів. Вода додатково насичується киснем, що виділяється в результаті фотохімічних реакцій, внаслідок чого поліпшується чистота і свіжість води. Утворюється озон (в мікрокількостях), надаючи додатковий окисний вплив, у тому числі і на механічні забруднення. УФ-випромінювання підвищує окислюючу здатність активного хлору або кисню. Застосування ультрафіолету в обробці води - один з найперспективніших напрямків у пошуках альтернативних, екологічних, надійних і недорогих способів знезараження.