تصفیه آب با اشعه ماورای بنفش UV

سیستم تصفیه UV

تابش (دوز) تشعشع

– واحد دوز تشعشع:  J/m²

واحدهای قدیمی :

     ۱۰۰۰ µWsec/cm² = ۱ mWsec/cm² = ۱ mJ/cm² = ۱۰ J/m²

– حساسیت میکروب‌ها به UV به صورت دوز مورد نیاز برای کاهش میکروب‌ها

  تا حد معین، تعریف می‌شود

(فقط به عنوان یک مقدار تقریبی استفاده می‌شود!)

D10 :دوز لازم برای کاهش اندیس میکروبی به اندازه ۹۰٪ تا مقدار ۱- ۱۰ برابر

به طور تقریبی:

دوز تشعشع n*D10 = کاهش میکروب‌ها تا مقدار  ۱۰-n برابر

 مثال: Escherischia Coli با دوز J/m² ۳۲ (مقدار D10) 90٪ کاهش می‌یابد و با دوز J/m²  ۱۲۸ = J/m²  ۳۲ × ۴، کاهش ۹۹/۹۹٪ (تا مقدار ۴-۱۰ برابر)

صورت می‌گیرد

دوز تشعشع

تشعشع J/m2 300:

کاهش تمام میکروب‌های مربوط به آب آشامیدنی به اندازه ۱۰۳ تا ۱۰۴

تشعشع در حد J/m2 300 مناسب برای گندزدایی آب آشامیدنی

ایمنی بالاتر در بعضی از کشورها (مانند آلمان، اتریش، سوییس)،

   با تشعشع J/m2 400 و یک سیستم تایید شده UV (DVGW, VGW, SVGW, …)

– تشعشع J/m2 1500-500 در صنایع غذایی و دارویی

مقایسه گندزداها

 

UV

ازن

دی‌اکسید کلر

کلر

باقیمانده ندارد

باقیمانده ازن چند دقیقه فعال است

باقیمانده دی‌اکسید کلر روزها فعال است

باقیمانده کلر ساعت‌ها فعال است

انرژی الکتریسیته

هوای خشک محیط، انرژی الکتریسیته

مواد شیمیایی لازم: HCL و NaClO2

گاز کلر، هیپوکریت یا الکترولیز

قدرت گندزدایی:

متوسط

قدرت گندزدایی:

قوی‌ترین

قدرت گندزدایی:

قوی

قدرت گندزدایی: متوسط

وابستگی به pH:

ندارد

وابستگی به pH:

کمتر

وابستگی به pH:

ندارد

وابستگی به pH:

شدید

محصولات جانبی:

نیتریت

محصولات جانبی:

برومات

محصولات جانبی:

کلریت

محصولات جانبی:

تری هالومتان ها، کلروآمین‌ها، کلروفنل‌ها و ترکیبات AOX

اثرات عوامل محیطی بر روی تشعشع UV

برای رسیدن به غیر فعال‌سازی، باید UV جذب میکروارگانیسم‌ها شود. بنابراین، هر چیزی که از واکنش UV با میکروارگانیسم‌ها جلوگیری کند، راندمان گندزدایی را کاهش می‌دهد.

Scheible and Bassell (1981) و Yip and Konasewich (1972)  گزارش کردند که
 pH اثری بر خاصیت گندزدایی UV ندارد.

عواملی که اثرات آنها بر راندمان گندزدایی UV شناخته شده است عبارتند از:

  • لایه‌های نازک شیمیایی و بیولوژیکی توسعه یافته بر روی سطح لامپ‌های UV
  • مواد آلی یا غیر آلی حل شده
  • جمع شدن میکروارگانیسم‌ها
  • کدورت، رنگ
  • اتصال کوتاه (Short-circuiting) در جریان آب عبوری از کنتاکتور UV

لایه‌های نازک شیمیایی و مواد آلی و غیرآلی حل شده

در صورت وجود مواد آلی حل شده و زیادتر بودن غلظت مواد غیرآلی از حدود زیر، احتمال رسوب کردن وجود دارد (DeMers and Renner, 1992):

  • آهن، بیشتر از mg/L 1/0
  • سختی بیشتر از mg/L 140
  • سولفید هیدروژن بیشتر از mg/L 2/0

بعضی مواد شیمیایی می‌توانند شفافیت UV را کاهش دهند (Yip and Konasewich, 1972) از جمله اسید‌های هیومیک، ترکیبات فنلی و  lignin sulfonates (Snider et al., 1991) و همینطور کرم، کبالت، مس و نیکل

گزارش شده است که عوامل رنگ‌زا مانند Orzan S، چای، و عصاره برگ‌ها، شدت را در کنتاکتور UV کاهش می‌دهد (Huff, 1965)

آهن سولفیدها، نیتریت‌ها و فنل‌ها می‌توانند UV  را جذب کنند  (DeMers and Renner, 1992)

توده‌ای شدن میکروارگانیسم‌ها و کدورت

ذرات می‌توانند بر راندمان گندزدایی UV اثر بگذارند

  • با پناه دادن به باکتری‌ها و سایر پاتوژن‌ها، محافظت نسبی آنها از تشعشع UV و تفرق نور UV (شکل زیر، سمت چپ)
  • کدورت بیشتر آب‌های سطحی می‌تواند بر راندمان گندزدایی اثر بگذارد

همانند ذراتی که باعث کدورت می‌شوند، توده‌ای شده میکروارگانیسم‌ها نیز می‌تواند با پناه دادن پاتوژن‌ها در توده، یا در سایه قرار دادن آنها باعث کاهش راندمان گندزدایی عوامل بیماری‌زا شود که باید غیر فعال می‌شدند (شکل زیر،‌ سمت راست)

تاثیر کدورت

—کدورت: رابطه مستقیم با دوز تشعشع برای کاهش میکروب‌ها

—کدورت کمتر از ۱NTU= مواد قابل فیلتر کمتر از     mg/l 20

—کدورت استاندارد آب آشامیدنی: کمتر از NTU 5/0

UVشفافیت

  • شفافیت UV در nm 254 نشان‌دهنده افت تشعشع UV در حین عبور از آب است

—واحد‌های معمول برای بیان شفافیت UV:

—% / cm, % / 5 cm, % / 10 cm

—ثابت انقراض طیف در nm 245 SEK254     =
/ cm 100٪ شفافیت SEK254 1  =

—مقادیر معمول شفافیت:

—آب آشامیدنی    %  / cm 99-80

—پساب تصفیه شده                   ۵۰ – ۷۰ %  / cm

—آب برای استفاده مجدد در فرآیندهای صنعتی       < 10 % / cm

می‌توان مشاهده نمود که از جذب کم در nm 436 (رنگ)، نمی‌توان

  نتیجه‌گیری کرد که جذب در nm 254، کم خواهد بود

کاربردهای معمول UV

  • گندزدایی آب آشامیدنی
  • گندزدایی آب مصرفی در صنایع غذایی و نوشابه‌سازی
  • گندزدایی آب خالص برای آزمایشگاه و صنایع الکترونیک
  • گندزدایی پساب خروجی تصفیه‌خانه فاضلاب شهری
  • گندزدایی آب مصرفی در صنایع دارویی و آرایشی
  • تصفیع آب استخر (محیط استاندارد یا سیستم‌های کم‌فشار،

   اما با دوز تشعشع  بالاتر)

  • تخریب ازن باقی‌مانده (سیستم‌های استاندارد، ولی با دوز تشعشع بالاتر)
  • تخریب دی‌اکسید کلر باقیمانده (سیستم‌های استاندارد، ولی با دوز تشعشع

    بالاتر)

  • تخریب کلر باقیمانده (سیستم‌های استاندارد، ولی با دوز تشعشع بالاتر)
  • شکستن TOC در آزمایشگاه و آب خالص (سیستم‌های کمی اصلاح شده)
  • اکسیداسیون نوری در آب فرایند یا پساب (کارخانه‌های خاص، برای طراحی

   آنها، مطالعه نیمه صنعتی کاملا ضروری است)

اهداف قابل دسترسی با UV

—کاهش کلروآمین‌ها، کلر ترکیبی، کلر

—نگه‌داشتن مقدار حدی در آب استخر: ppm 2/0 (استاندارد آلمان)

—مقدار Redox بهبود نمی‌یابد

—هزینه پایین سرمایه‌گذاری و جاری

—فضای کوچک مورد نیاز، نصب آسان

—نگهداری کم

گندزدایی UV آب آشامیدنی

نتیجه‌گیری تجربی:

چنانچه آب مورد نظر برای گندزدایی، خوب فیلتر شده و مقدار منگنز، آهن و اسید هیومیک آن کم باشد، مقدار شفافیت آن برای UV، در اغلب موارد بهتر از cm 1/95٪ است

بنابراین اگر شفافیت UV آب شناخته نشده باشد، می‌توان برای طراحی سیستم، شفافیت UV آب را cm 1/95٪ فرض نمود

شفافیت UV استاندارد آب آشامیدنی:

– معمولا دوز تشعشع ۳۰۰ J/m2 کافی در نظر گرفته می‌شود، تمامی میکروب‌های مربوط به آب آشامیدنی ۱۰۴-۱۰۳ بار کاهش می‌یابند

 در بعضی از کشورها، که خواستار ایمنی بالاتری هستند (مانند آلمان، اتریش، سوییس)، اغلب از دوز تشعشع J/m2 400 و یک سیستم تایید شده UV (DVGW, VGW, SVGW, …) استفاده میشود


– مهم: آبی که می‌خواهد گندزدایی شود، باید عاری از انگل‌هایی نظیر گیراردیا لامبلیا، کریپتوسپوردیان و … باشد (این شرط برای تمام سیستم‌های گندزدایی صادق است)

– شفافیت UV آب آشامیدنی معمولا cm 1 / 99٪-۹۰

کدورت باید کمتر از FNU 3/0 باشد (این شرط برای تمام سیستم‌های گندزدایی

  صادق است)

مهم: کدورت آب و شفافیت UV ممکن است شدیدا تغییر کند (مثلا افزایش

  کدورت آب چاه در اثر باران). در این موارد، باید آب پیش تصفیه شود یا به طور

   موقت از منبع سالم دیگری برای برداشت آب خام، استفاده شود

 

در صورتی که مقدار آهن mg/l 03/0 و مقدار منگنز mg/l 02/0 باشد،

   تمیزکاری رادیاتور محافظ لوله UV، فقط دو بار در سال باید تمیز شود

در بعضی موارد، می‌توان با شستشوی دوره‌ای، از توقف طولانی‌ سیستم برای

   تمیزکاری، اجتناب نمود

تجزیه کربن آلی (rest-TOC) با تشعشع UV و گندزدایی آب بسیار تمیز با UV

UV روش ایده‌آل گندزدایی آب بسیار تمیز است

– به دلیل ایمنی، غالبا از دوز بالای UV تا J/m21200 استفاده می‌شود

– علاوه بر گندزدایی، اغلب به تجزیه کربن آلی نیز نیاز است که برای این کار از سیستم‌های با رادیاتورهای ساخته شده از کوارتز مخصوص استفاده می‌شود که می‌تواند تشعشع nm 185 نیز منتشر کند

– تشعشع nm 185 باعث ترکیب شدن رادیکال‌های بسیار فعال OH در آب می‌شود که مواد آلی همراه خود را تبدیل به مواد معدنی می‌کند

گندزدایی UV آب فرآیند در برج‌های خنک کننده

به دلیل وجود مقدار زیاد اکسیژن و مواد مغذی، تکثیر میکروب‌ها در آب فرآیند

   برج‌های خنک کننده، بسیار زیاد است

– در این شرایط، لژیونلا نیز به خوبی تکثیر می‌کند

گرد و خاک به وجود آمده در برج خنک کننده، به همراه میکروب‌هایی که حتی

   در فاصله چند صد متری هم ممکن است باعث بیماری شوند، به اطراف، پراکنده

   می‌شود

گندزدایی آب فرآیند توسط UV می‌تواند این مشکل را حل کند

شفافیت UV آب فرآیند غالبا بالاتر از cm 1 / 90٪ است، دوز تشعشع باید

  J/m2 400-300 باشد

اطلاعات عمومی در باره لژیونلا (Legionella)

آلود‌گی به لژیونلا، ممکن است منجر به تب پنتیاک (Pontiac) نسبتا کم خطر

   یا آتیپیکال پنیومونیا (atypical pneumonia) شود که غالبا کشنده است

 

یک راه مبارزه با لژیونلا، گندزدایی حرارتی است، ولی برای کشتن قابل اعتماد

   این میکروب‌ها، استفاده از دمای بالای °C 65، ضروری است

لژیونلا شدیدا نسبت به میکروب‌کش‌های شیمیایی مقاوم است. حداقل mg/l 1 کلر برای کشتن لژیونلا لازم است، تا mg/l 10 نیز توصیه شده‌ است

لژیونلا نسبت به تابش UV بسیار حساس است. دوز تشعشع J/m2 80،

  لژیونلا را ۹۹/۹۹٪ کاهش می‌دهد. بنابراین، گندزدایی UV روش ترجیحی برای

  کشتن لژیونلا است

کاربردهای سیستم‌های UVخط قدرت  (Power Line)

—حذف کل ترکیبی در آب استخر در:

—استخر عمومی

—بازسازی استخرهای قدیمی

—پروژه‌های با بودجه کم

—فضای محدود در اتاق فنی

—حذف ازن یا کلر باقیمانده

—برای مثال: آب RO برای صنایع آرایشی

—تصفیه آب آشامیدنی

—گندزدایی

—حذف THMs (فقط در دوزهای بالا: J/m² ۲۰۰۰)

انواع استارتر (Ballasts)

—استارتر معمولی

—Dulcodes P

—Dulcodes 75 Z

—Dulcodes M 2 kW

—استارتر الکترونیک

—Dulcodes W

—Dulcodes 200 Z and bigger

—Dulcodes D

—Dulcodes K

—Dulcodes M 4 kW and bigger

Dulcodes Ballasts

  • استارت الکترونیکی لامپ به جای روش متداول

-طول عمر طولانی‌تر لامپ با شروع گرم (پیش‌گرم کردن الکترود)

-۱۰ تا ۲۰٪ راندمان بالاتر UVC

-افت انرژی کمتر و بنابراین حرارت کمتر

-استقلال ظرفیت UVC از ولتاژ ورودی

-فعال‌سازی مدول‌های اضافی مانند شیرهای شستشو و توقف و رله‌های آلارم و خروجی استاندارد

-واحد کنترل و استارت الکترونیک با اتصال از طریق یک سیستم Bus

مزایای لامپ‌های فشار متوسط

  • مزایای لامپ‌های فشار متوسط عبارتند از:
  • طیف UV پهن با قدرت اکسیداسیون زیاد
  • تشعشع قوی UVC برای قدرت زیاد گندزدایی
  • فقط یک لامپ برای گندزدایی دبی بالای آب، مورد نیاز است
  • به سیستم‌های کم فشار، به هزینه‌های سرمایه‌گذاری و نگهداری کمتری نیاز دارد
  • بهترین لامپ‌ها برای گندزدایی دبی بالای آب
  • بهترین لامپ‌ها برای گندزدایی آب استخر

طرح سیستم‌های UV خط قدرت

—محفظه تشعشع فولاد ضد زنگ ۱٫۴۵۷۱

—آب در طول لامپ جریان دارد، در هر محفظه فقط یک لامپ وجود دارد

—لوله محافظ لامپ با تمیز کننده مکانیکی (خودکار، ساعت/ ×۱)

—سنسور UV

—الکترونیک مدرن، (واحدهای استارت لامپ در یک کابینت نصب شده‌اند، به همان اندازه OZVa ¾ است

وابستگی سیگنال سنسور UVC

سیگنال سنسور UVC به عوامل زیر بستگی دارد:

  • ظرفیت UV لامپ UV
  • جذب لوله کوارتز
  • جذب لایه روی لامپ کوارتز و سنسور
  • جذب UV توسط آب
  • ضخامت لایه آب بین لوله کوارتز و سنسور

ویژگی‌های کنترلر

—نمایش وضعیت کاری و اشکال‌ها به صورت متن ساده

—برنامه‌های اتوماتیک برای روش‌های شستشو و راه‌اندازی بعد از تعویض لامپ

—نمایش روند شدت UV

—نمایش ساعت‌های کاری و تعداد شروع عملیات، از ابتدا یا پس از تعویض لامپ

—صفحه کلید محافظت شده با کد رمز

—data bus to the ballast

ورودی‌ها و خروجی‌های کنترلر

—ورودی‌ها:

—اشکال (مثلا نمایش دمای بالا)

—توقف موقت

—نمایش دبی (به همراه روش‌های شستشو)

—خروجی‌ها:

—شیر توقف (ولتاژ خروجی A 2/0 / V 230)

—شیر شستشو (ولتاژ خروجی A 2/0 / V 230)

—پمپ فشار (کلید خروجی A 5/2 / V 230)

—پیش آلارم: زیر مقدار پیش‌آلارم شدت UV
(کلید خروجی A 5/2 / V 230)

—آلارم: زیر مقدار حداقل شدتUV
(کلید خروجی A 5/2 / V 230)

—نشانگر اشکال تلفیقی (کلید خروجی A 5/2 / V 230)

—شدت UV (خروجی استاندارد mA 20-4/0)

کنترلر مخصوص Dulcodes P

—بدون ورودی، فقط یک خروجی:

—شیر توقف برای نشانگر اشکال تلفیقی
(ولتاژ خروجی A 2/0 / V 230 یا کلید خروجی A 5/2 / V 230)

—صفحه نمایش بدون پیغام‌های نوشتاری:

—بدون نمایش روند شدت UV

—بدون پیش آلارم

—بدون برنامه‌های شستشو، شروع بعد از تعویض لامپ و …

—بدون صفحه کلید محافظت شده با کد رمز

سیستم‌های گندزدایی برای آب نمک

کاربردها:

تکثیر ماهی در حوضچه‌های آب دریا

تکثیر صدف و میگو

استخرهای شنای آب دریا و حرارتی

قیمت سیستم های UV کمپانی پرومیننت آلمان از حدود ۲۵ میلیون تومان شروع میشود