Средняя (оптическая) область спектра электромагнитных излучений (1нм–1мм) включает сегмент ультрафиолетового излучения (согласно CIE S 017:2011 «ILV: International Lighting Vocabulary» ultraviolet radiation (UV) это оптическое излучение, у которого длины волн меньше длин волн видимого излучения), впервые обнаруженное Иоганном Вильгельмом Риттером в 1801 году и сегодня классифицированное в ISO 21348:2007 на несколько видов по длине волны и энергии фотона.
Таблица. Виды УФ-излучения согласно ISO 21348:2007
| Наименование вида УФ-излучения | Аббревиатура | Диапазон длин волн, нм | Энергия фотона, эВ |
|---|---|---|---|
| Ближний | NUV | 400 — 300 | 3.10 — 4.13 |
| Средний | MUV | 300 — 200 | 4.13 — 6.20 |
| Дальний | FUV | 200 — 122 | 6.20 — 10.2 |
| Экстремальный | EUV, XUV | 121 — 10 | 10.2 — 124 |
| Вакуумный | VUV (ВУФ) | 200 — 10 | 6.20 — 124 |
| Ультрафиолет А | UVA (УФ-А) | 400 — 315 | 3.10 — 3.94 |
| Ультрафиолет B | UVB (УФ-B) | 315 — 280 | 3.94 — 4.43 |
| Ультрафиолет С | UVC (УФ-С) | 280 — 100 | 4.43 — 12.4 |
Бактерицидным эффектом обладает излучение в диапазоне длин волн 226-329 нм с пиком эффективности около 250 нм, в нашей стране формализовано бактерицидное излучение длин волн от 205 до 315 нм с максимумом вирулицидного действия в области спектра 250-270 нм (МУ 2.1.4.719-98, МУК 4.3.2030-05 «Санитарно-вирусологический контроль эффективности обеззараживания питьевых и сточных вод УФ-облучением»).
Бактерицидный эффект ультрафиолетового излучения обусловлен способностью фотонов ультрафиолетового спектра:
Таблица. Окислительные потенциалы некоторых окислителей в воде.
| Окислитель | Окислительный потенциал, В |
|---|---|
| F2 | 3,6 |
| ОН | 2,8 |
| О(1D) | 2,42 |
| O3 | 2,07 |
| H2O2 | 1,77 |
| O2 | 1,23 |
| Cl2О | 1,2 |
Активное поглощение озоном волн диапазона от 200 до 300 нм с почти симметричным пиком в области 254 нм приводит к его распаду на молекулярный кислород и атом синглетного кислорода – сильного окислителя, но нестабильного и достаточно быстро переходящего в состояние молекулярного кислорода. В целом по этой причине в отличие от требований по предельным концентрациям озона в воздухе рабочей зоны (МУ 2.3.975-00 «Применение ультрафиолетового бактерицидного излучения для обеззараживания воздушной среды помещений организаций пищевой промышленности, общественного питания и торговли продовольственными товарами») нормативно-правовые акты не нормируют концентрацию синглетного кислорода при использовании бактерицидного УФ излучения для обеззараживания воздуха, а тем более питьевых и сточных вод, при бактерицидной очистке которых МУК 4.3.2030-05 не регламентирует контроль даже за концентрацией озона.
При использовании УФ излучения нужно учитывать требования нормативно-правовых актов по безопасности людей: при обеззараживании сточных вод УФ направленным излучением от не погружных установок - ГОСТ Р МЭК 62471-2013 «Лампы и ламповые системы. Светобиологическая безопасность», при обеззараживании воздуха и поверхностей МУ 2.3.975-00 и ГОСТ Р МЭК 62471-2013.
Для контроля над состоянием питьевых, производственных, хозяйственных, сточных после УФ обеззараживания используются маркеры и методики, регламентированные в:
В зависимости от санитарно-эпидемиологической обстановки и состояния водозабора могут определяться цисты патогенные кишечных простейших и яйца гельминтов по МУК 4.2.1884-04 Санитарно-микробиологический и санитарно-паразитологический анализ воды поверхностных водных объектов», но основным маркером вирусного загрязнения воды являются колифаги, и только при наличии колифагов в трехкратно последовательно отобранных пробах после УФ-облучения воду анализируют на наличие энтеровирусов.
Таблица. Вирусологические критерии эпидемиологической безопасности воды различных водных объектов по МУК 4.3.2030-05.
| Водные объекты | Нормативные и методические документы | Нормативные уровни вирусологических показателей | |
|---|---|---|---|
| колифаги в БОЕ | отсутствие вирусов в объемах вод | ||
| - водопроводная | СанПиН 2.1.4.1074-01 | Отсутствие в 100 мл | 10 л |
| - из нецентрализованных источников | СанПиН 2.1.4.1175-02 | Отсутствие в 100 мл | 10 л |
| Вода бассейнов | СанПиН 2.1.2.1188-03 | Отсутствие в 100 мл | 10 л |
| Вода подземных водоисточников | ГОСТ 2761-84 | Отсутствие в 100 мл (1,2 классы), не более 10 БОЕ/100 мл (3 класс) | 10 л |
| Вода поверхностных водоисточников | ГОСТ 2761-84 | не более 10 БОЕ/100 мл (1,2 классы), не более 50 БОЕ/100 мл (3 класс) | 10 л |
| Сточные воды: | |||
| - неочищенные | СанПиН 2.1.5.980-00 | не более 100 БОЕ/1 000 мл | 1 л |
| - очищенные | МУ 2.1.5.800-99 | не более 100 БОЕ/100 мл | 1 л |
| - очищенные и обеззараженные | По предписанию должностных лиц, осуществляющих государственный санитарно-эпидемиологический надзор | не более 100 БОЕ/100 мл | 1 л |
Таблица. Периодичность производственного санитарно-вирусологического контроля при обеззараживании УФ-облучением питьевой и сточной воды согласно рекомендаций МУК 4.3.2030-05.
| Вид водного объекта | Периодичность исследований на наличие: | |
|---|---|---|
| колифагов | энтеровирусов | |
| Вода: | ||
| - питьевая; | 1 раз в сутки; | 1 раз в квартал; |
| - из подземных источников | 1 раз в сутки; | 1 раз в квартал; |
| - плавательных бассейнов | 2 раза в месяц | 1 раз в квартал |
| Вода поверхностных источников водоснабжения; рекреационные воды. | 1 раз в неделю | 1 раз в квартал |
| Сточные воды: | ||
| - после очистки и обеззараживания при сбросе в водоём: | ||
| а) > 100 тм³/сут. | 1 раз в неделю; | 1 раз в квартал; |
| б) < 100 тм⊃3/сут. | 1 раз в неделю | 1 раз в квартал |
Согласно МУК 4.3.2030-05 частота и степень контроля над УФ обеззараживанием воды определяется:
Дозы облучения ультрафиолетом устанавливаются на основе экспериментальных исследований и/или с учетом требований МУК 4.3.2030-05.
Таблица. Дозы УФ-облучения в зависимости от качества обрабатываемой воды согласно МУК 4.3.2030-05.
| № | Показатели | Допустимые уровни | Доза УФ-облучения |
|---|---|---|---|
| Вода из подземных источников I класса (по ГОСТ 2161-84), питьевая вода | 16 мДж/см² | ||
| 1 | Мутность, мг/дм³ | 1,5 | |
| 2 | Цветность, градусы | 20,0 | |
| 3 | Железо, мг/дм³ | 0,3 | |
| 4 | Марганец, мг/дм³ | 0,1 | |
| 5 | Колифаги, БОЕ/100 мл* | 10,0 | |
| Вода из подземных источников II, III класса (по ГОСТ 2161-84) и поверхностных источников | 25 мДж/см² | ||
| 1 | Мутность, мг/дм³ | 30,0 | |
| 2 | Цветность, градусы | 50,0 | |
| 3 | Железо, мг/дм³ | 5,0 | |
| 4 | Марганец, мг/дм³ | 1,5 | |
| 5 | Колифаги, БОЕ/100 мл* | 100,0 | |
| Бытовые и городские сточные воды | 30 мДж/см² | ||
| 1 | Взвешенные вещества, мг/дм³ | 10,0 | |
| 2 | БПК5, мг О2/дм³ | 10,0 | |
| 3 | ХПК, мг О2/дм³ | 50,0 | |
| 4 | Колифаги, БОЕ/100 мл* | 104 | |
| * колифаги выделяют без концентрирования. | |||
Для генерации потока электромагнитного излучения ультрафиолетовой части спектра обычно используются газоразрядные лампы – наполненные инертными газами, реже вакуумные с внесением в рабочее пространство металлической ртути в виде шарика или осажденной на электродах. В последние годы отечественные и зарубежные производители начали выпускать газоразрядные лампы с наполнением амальгамой - твердого или жидкого раствора ртути в одном или нескольких металлах, что:
Рис. Зависимость мощности УФ излучения от температуры «холодной точки» в ртутной лампе и лампе с амальгамой.
Переходящая при возникновении дуги между электродами в парообразное состояние ртуть, в том числе ртуть амальгамы излучает волны ультрафиолетового спектра с двумя резонансами, соответствующими длинам волн 185 и 253,7 нм, однако основные доли излучения зависят от давления паров ртути и приходятся для:
Т.е. оптимальной относительной энергией излучения для бактерицидной обработки диапазона УФ-С обладают лампы низкого давления (до 83% излучения в диапазоне УФ-С), однако световая отдача и допустимая мощность таких ламп существенно ниже, чем у ламп высокого давления.
Рис. Зависимость световой отдачи ртутного разряда от давления паров ртути, где область левее точки С – никого, а правее точки С – среднего и высокого давления.
Корректировка спектра ультрафиолетового излучения в пользу длин волн бактерицидного диапазона достигается:
В ртутных лампах с колбами из увиолевого стекла спад потока излучения обычно составляет 30-50% за 3500 часов работы, что обусловлено «соляризацией» - потемнением стекла при окислении под действием УФ излучения, находящихся в структуре стекла следов FeO до Fe2O3, причем фактическая интенсивность излучения длины резонанса 254 нм синхронно уменьшается вместе с коэффициентом пропускания увиолевого стекла, а само окисление по данным научных исследований провоцируется диффузией ионов ртути в материал колбы. Для устранения этой проблемы, по факту сокращающей срок службы ламп, колбы покрывают изнутри защитным слоем, блокирующим проникновение ионов ртути в структуру материала колбы.
Рис. Зависимость интенсивности УФ – излучения (1,2) и коэффициента пропускания увиолевого стекла (3,4) от времени работы лампы с амальгамой.
Рис. Выход линии 253,7 нм в зависимости от нагрузки на единицу длины положительного столба для ламп, наполненных различными инертными газами при давлении 260 Па и при давлении ртути 0,8 Па.
Рис. Зависимость мощности УФ-излучения 254 нм от разрядного тока при различном содержании неона.
Рис. Зависимость потока и КПД генерации излучения резонансной линии 254 нм от внутреннего диаметра колбы разрядной лампы.
Рис. Светонаправляющие конструкции с элиптическими рефлекторами (слева и в центре) и многослойным дихроичным покрытием (справа).
Установки для ультрафиолетового обеззараживания воды, как правило, модульные из нескольких ламп низкого, среднего или высокого давления:
Файлы для скачивания
