Определение минимальной эффективной дозы ультрафиолетового облучения

Аннотация

Описан процесс исследования воды для оптимального и обоснованного выбора мощности системы ультрафиолетового облучения. Показана эффективность обработки воды ультрафиолетовым излучением в зависимости от содержания в воде взвешенных частиц. Приведен график зависимости производительности систем ультрафиолетового обеззараживания от коэффициента пропускания воды. Обоснована необходимость проведения предварительного модельного ультрафиолетового облучения и составления заключения до поставки оборудования на реальный объект заказчика.

Ключевые слова

обеззараживание , ультрафиолет , сточные воды , водоподготовка , дезинфекция

Скачать статью в журнальной верстке (PDF)

Технология обеззараживания питьевой и сточной воды с помощью ультрафиолетового облучения применяется достаточно широко. Ультрафиолет является непреодолимым барьером для всех известных микроорганизмов, в том числе устойчивых к воздействию химических препаратов. Очевидно, что появление патогенных микроорганизмов в конечном продукте (питьевой воде) крайне нежелательно, а зачастую опасно для жизни и здоровья человека.

Однако для того чтобы УФ-оборудование реально справлялось с поставленной задачей, необходимо правильно определить мощность бактерицидного излучения, обеспечивающую требуемый эффект обеззараживания. На сегодняшний день разработаны нормативные документы, регламентирующие минимальные дозы УФ-облучения для вод различного происхождения и назначения. Одним из таких документов являются Методические указания МУК 4.3.2030–05 «Санитарно-вирусологический контроль эффективности обеззараживания питьевых и сточных вод УФ-облучением». Выбор дозы УФ-облучения определяется составом обеззараживаемой воды. В частности, для обеззараживания бытовых и городских сточных вод должна применяться УФ-доза не менее 30 мДж/см². Но на практике матрица воды настолько уникальна, что данная доза может быть как более чем достаточной, так и недостаточной вовсе.

Основным параметром, определяющим мощность УФ-оборудования, является коэффициент пропускания бактерицидного излучения. Иначе говоря, это прозрачность воды для длины волны в 254 нм. Коэффициент пропускания УФ-излучения (обычно выражается в %) отражает способность взвешенных твердых частиц и растворенных веществ препятствовать проникновению ультрафиолетового света в толщу воды. Чем больше ультрафиолетового света будет поглощаться веществами, содержащимися в воде, тем ниже будет коэффициент пропускания (таким образом, эффективность дезинфекции будет снижаться). Кроме того, чем меньше способность ультрафиолетового пропускания, тем большая мощность УФ-излучения требуется для обеспечения той же дозы.

Анализ графика, построенного на основе экспериментальных данных, полученных специалистами компании «WEDECO» (рис. 1), показал, что при облучении глубоко очищенной воды можно обеспечить более высокую дозу. В значительной степени на коэффициент пропускания оказывают влияние такие параметры, как содержание железа, марганца, взвешенных веществ, углеводородов.

Концентрация взвешенных частиц имеет большое значение при проектировании систем ультрафиолетовой дезинфекции сточных вод, поскольку частицы могут препятствовать воздействию УФ-излучения на патогенные микроорганизмы, которые находятся в их порах. В результате определенное количество необезвреженных патогенных микроорганизмов может пройти через системы УФ-дезинфекции. При применении других технологий обеззараживания воды (хлорирования или озонированя) возникает та же проблема в связи с эффектом затенения патогенных микроорганизмов во взвешенных частицах, что приводит к ограничению степени дезинфекции. При воздействии на сточные воды различными дозами УФ-излучения можно наблюдать сглаживание кривой эффективности дезинфекции. В этом случае каждое последующее увеличение дозы облучения не приводит к заметному повышению уровня дезинфекции. Такое сглаживание объясняется остаточной концентрацией бактерий, которые удерживаются и защищаются взвешенными частицами.

С помощью портативного прибора измерить коэффициент пропускания в источнике воды не представляет труда. А знание прозрачности воды для УФ-излучения предопределит выбор УФ-системы, причем вполне конкретной мощности. Это позволит сэкономить электроэнергию, расходуемую на «пересвечивание воды» ультрафиолетом. Однако стоит рассмотреть такое понятие, как «минимальная эффективная доза ультрафиолетового облучения» – минимальное значение дозы ультрафиолета, при котором достигается требуемая эффективность снижения содержания микроорганизмов в образце воды до норм СанПиН, либо некоторые микроорганизмы не обнаруживаются вовсе.

В компании «WEDECO» разработана уникальная установка «CBD», позволяющая определять строго фиксированные дозы УФ-облучения анализируемым образцам воды (рис. 2).

Доза облучения выбирается в зависимости от концентрации микроорганизмов, взвешенных веществ и многих других параметров исходной воды. Очень важно учитывать количество взвешенных твердых частиц: при меньшем их количестве требуется меньшая доза УФ-излучения. Модельное облучение, как правило, проводится для нескольких образцов воды. Для каждого последующего образца воды задается УФ-доза с определенным шагом (5–10 мДж/см²), после чего все образцы подвергаются микробиологическому анализу в лаборатории. По результатам анализа строится график эффективности УФ-облучения (рис. 3).

Модельное облучение сточной воды было проведено с коэффициентом пропускания 55–58%. По количеству микроорганизмов, оставшихся в облученных образцах воды, стало возможным определить минимальное значение УФ-дозы, при котором начинают выполняться требования СанПиН 2.1.5.980-00 «Гигиенические требования к охране поверхностных вод». Минимальная эффективная доза УФ-облучения составила 37,5 мДж/см². Данный подход применим как для питьевой, так и для сточной воды. На основании проведенного модельного облучения составляется отчет и разрабатываются рекомендации для выбора УФ-системы.

Выводы

Достоверное определение мощности бактерицидного излучения, обеспечивающей высокую эффективность обеззараживания питьевой и сточной воды, проводится с помощью лабораторных испытаний. Полученное значение минимальной эффективной дозы ультрафиолетового облучения позволит правильно подобрать оптимальную конфигурацию основного оборудования и достичь надежного результата обеззараживания. Немаловажным фактором остается и будущий экономический эффект, так как для определенного источника воды не придется закупать лишнее УФ-оборудование, что повлечет за собой дополнительные затраты на его эксплуатацию.