УФ-излучение имеет три зоны длины волны: УФ-А, УФ-В и УФ-С, и именно эта последняя область, коротковолновое УФ-С, обладает бактерицидными свойствами для дезинфекции. Ртутная дуговая лампа низкого давления, напоминающая люминесцентную лампу, излучает УФ-свет в диапазоне 254 манометра (нм). Нм - одна миллиардная метра (10 ^ -9 метра). Эти лампы содержат элементарную ртуть и инертный газ, такой как аргон, в трубке, пропускающей УФ-излучение, обычно кварцевой. Традиционно большинство ртутных дуговых УФ-ламп были так называемыми&"GG низкого давления"; типа, потому что они работают при относительно низком парциальном давлении ртути, низком общем давлении пара (около 2 мбар), низкой внешней температуре (50-100 ° C) и малой мощности. Эти лампы излучают почти монохроматическое УФ-излучение с длиной волны 254 нм, что находится в оптимальном диапазоне для поглощения УФ-энергии нуклеиновыми кислотами (около 240–280 нм).
В последние годы стали коммерчески доступными УФ-лампы среднего давления, которые работают при гораздо более высоких давлениях, температурах и уровнях мощности и излучают широкий спектр более высокой УФ-энергии между 200 и 320 нм. Однако для УФ-дезинфекции домашней питьевой воды на бытовом уровне лампы и системы низкого давления вполне подходят и даже предпочтительнее ламп и систем среднего давления. Это связано с тем, что они работают при более низкой мощности, более низкой температуре и более низкой стоимости, при этом они очень эффективны при дезинфекции воды, более чем достаточно для повседневного использования в домашних условиях. Важным требованием для УФ-дезинфекции с помощью ламповых систем является доступный и надежный источник электроэнергии. В то время как требования к мощности систем дезинфекции ртутными УФ-лампами низкого давления невысоки, они необходимы для работы ламп для дезинфекции воды. Поскольку на большинство микроорганизмов воздействует излучение около 260 нм, УФ-излучение находится в соответствующем диапазоне для бактерицидной активности. Существуют УФ-лампы, которые производят излучение в диапазоне 185 нм, которые эффективны для микроорганизмов, а также снижают общее содержание органического углерода (TOC) в воде. Для типичной УФ-системы примерно 95 процентов излучения проходит через рукав из кварцевого стекла в неочищенную воду. Вода стекает по лампе тонкой пленкой. Стеклянная гильза предназначена для поддержания идеальной температуры лампы, составляющей примерно 104 ° F.
УФ-излучение (как оно работает)
УФ-излучение влияет на микроорганизмы, изменяя ДНК в клетках и препятствуя размножению. УФ-обработка не удаляет организмы из воды, а просто инактивирует их. Эффективность этого процесса зависит от времени воздействия и интенсивности лампы, а также от общих параметров качества воды. Время экспозиции указывается как" микроватт-секунды на квадратный сантиметр" (uwatt-sec / cm ^ 2), а Министерство здравоохранения и социальных служб США установило минимальную экспозицию в 16 000 мкВт-сек / cm ^ 2 для систем УФ-дезинфекции. Большинство производителей обеспечивают интенсивность лампы 30 000–50 000 мкВт-сек / см ^ 2. В общем, бактерии группы кишечной палочки, например, уничтожаются при 7000 мкВт-сек / см2. Поскольку интенсивность лампы со временем уменьшается, замена лампы и надлежащая предварительная обработка являются ключом к успеху УФ-дезинфекции. Кроме того, УФ-системы должны быть оснащены предупреждающим устройством, чтобы предупредить владельца, когда интенсивность лампы падает ниже бактерицидного диапазона. Ниже приводится время облучения, необходимое для полной инактивации различных микроорганизмов при дозе УФ 254 нм менее 30 000 мкВт-сек / см ^ 2.
Используемое отдельно, УФ-излучение не улучшает вкус, запах или прозрачность воды. УФ-свет - очень эффективное дезинфицирующее средство, хотя дезинфекция может происходить только внутри устройства. В воде нет остаточной дезинфекции, чтобы инактивировать бактерии, которые могут выжить или могут быть занесены после того, как вода пройдет мимо источника света. Процент уничтоженных микроорганизмов зависит от интенсивности УФ-излучения, времени контакта, качества сырой воды и надлежащего ухода за оборудованием. Если материал накапливается на стеклянной гильзе или количество частиц велико, интенсивность света и эффективность обработки снижаются. При достаточно высоких дозах все водные кишечные патогены инактивируются УФ-излучением. Общий порядок микробной устойчивости (от наименьшего к наибольшему) и соответствующие дозы УФ-излучения для обширной (GG gt; 99,9%) инактивации следующие: вегетативные бактерии и простейшие паразиты Cryptosporidium parvum и Giardia lamblia при низких дозах (1-10 мДж / см2). кишечные вирусы и споры бактерий в высоких дозах (30–150 мДж / см2). Большинство систем УФ-дезинфекции с ртутными лампами низкого давления могут легко достичь доз УФ-излучения 50–150 мДж / см2 в высококачественной воде и, следовательно, эффективно дезинфицировать практически все патогенные микроорганизмы, передающиеся через воду. Однако растворенные органические вещества, такие как природные органические вещества, некоторые неорганические растворенные вещества, такие как железо, сульфиты и нитриты, а также взвешенные вещества (твердые частицы или мутность) будут поглощать УФ-излучение или защищать микробы от УФ-излучения, что приводит к снижению доставленных доз УФ-излучения и снижение микробной дезинфекции. Еще одна проблема, связанная с дезинфекцией микробов более низкими дозами УФ-излучения, - это способность бактерий и других клеточных микробов восстанавливать вызванные УФ-излучением повреждения и восстанавливать инфекционность, явление, известное как реактивация.
УФ инактивирует микробы, прежде всего, путем химического изменения нуклеиновых кислот. Однако химические повреждения, вызванные ультрафиолетом, могут быть восстановлены клеточными ферментативными механизмами, некоторые из которых не зависят от света (восстановление темноты), а другие требуют видимого света (фоторемонт или фотореактивация). Следовательно, для достижения оптимальной УФ-дезинфекции воды требуется доставка достаточной дозы УФ-излучения, чтобы вызвать более высокие уровни повреждения нуклеиновой кислоты и тем самым преодолеть или подавить механизмы репарации ДНК.
