Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Газоразрядная трубка низкого давления для паров ртути наполняет внутреннюю часть бокса биобезопасности коротковолновым ультрафиолетовым светом, когда он не используется, стерилизуя микробиологические загрязнения с облученных поверхностей.

Ультрафиолетовое бактерицидное облучение ( излучения была ) представляет собой дезинфекцию метод , который использует кратко- длину волны ультрафиолетового ( ультрафиолетовое С или УФ-С) света , чтобы убить или инактивации микроорганизмов , разрушая нуклеиновых кислот и нарушая их ДНК , в результате чего их не может выполнять жизненно важные клеточные функции. [1] UVGI используется в различных областях, таких как очистка пищевых продуктов, воздуха и воды .

УФ-С свет слаб на поверхности Земли, поскольку озоновый слой атмосферы блокирует его. [2] Устройства UVGI могут излучать достаточно сильный ультрафиолетовый свет C в системах с циркулирующим воздухом или водой, что делает их неблагоприятной средой для таких микроорганизмов, как бактерии , вирусы , плесень и другие патогены . UVGI можно объединить с системой фильтрации для очистки воздуха и воды.

Применение UVGI для дезинфекции стало общепринятой практикой с середины 20 века. Он использовался в основном в медицинских санитариях и стерильных рабочих помещениях. Его все чаще используют для стерилизации питьевой и сточной воды, поскольку помещения для содержания закрыты и могут циркулировать, чтобы обеспечить более высокое воздействие УФ-излучения. UVGI нашла новое применение в очистителях воздуха .

История [ править ]

В 1878 году Артур Даунс и Томас П. Блант опубликовали статью, в которой описывалась стерилизация бактерий под воздействием коротковолнового света. [3] УФ является известным мутагеном на клеточном уровне более 100 лет. Нобелевская премия по медицине 1903 года была присуждена Нильсу Финсену за использование УФ-излучения против вульгарной волчанки , туберкулеза кожи. [4]

Использование ультрафиолетового света для дезинфекции питьевой воды появилось в 1910 году в Марселе, Франция . [5] Опытный образец завода был остановлен через короткое время из-за низкой надежности. В 1955 году УФ- системы очистки воды были применены в Австрии и Швейцарии; к 1985 году в Европе работало около 1500 заводов. В 1998 году было обнаружено, что простейшие, такие как криптоспоридиумы и лямблии, более уязвимы для УФ-света, чем считалось ранее; это открыло путь к широкому использованию УФ-обработки воды в Северной Америке. К 2001 году в Европе работало более 6000 установок для обработки воды ультрафиолетом. [6]

Со временем затраты на УФ-излучение снизились, поскольку исследователи разрабатывают и используют новые методы УФ-дезинфекции воды и сточных вод. В настоящее время [ когда? ] , несколько стран [ какие? ] разработали правила, позволяющие системам дезинфицировать источники питьевой воды УФ-светом. [ необходима цитата ] Агентство по охране окружающей среды США опубликовало документ, содержащий руководство по внедрению ультрафиолетовой дезинфекции для питьевой воды, Руководство по ультрафиолетовой дезинфекции для окончательного долгосрочного правила 2 улучшенной обработки поверхностных вод .

Метод работы [ править ]

Ртутные лампы низкого и среднего давления в сравнении с кривой бактерицидной эффективности E. coli . [7] ( рис. 2.1 )

УФ-свет - это электромагнитное излучение с длинами волн короче видимого света, но длиннее рентгеновских лучей . УФ подразделяется на несколько диапазонов длин волн, причем коротковолновый УФ (УФ-С) считается «бактерицидным УФ». Длина волн от 200 до 300 нм сильно поглощается нуклеиновыми кислотами. Поглощенная энергия может привести к дефектам, включая димеры пиримидина . Эти димеры могут предотвращать репликацию или могут предотвращать экспрессию необходимых белков, что приводит к гибели или инактивации организма.

  • Лампы на основе ртути, работающие при низком давлении пара, излучают УФ-свет на линии 253,7 нм. [8]
  • Ультрафиолетовые светоизлучающие диодные (UV-C LED) лампы излучают ультрафиолетовый свет с выбираемой длиной волны от 255 до 280 нм. [9]
  • Импульсные ксеноновые лампы излучают УФ-свет во всем УФ-спектре с пиковым излучением около 230 нм. [7]
Светодиод UVC излучает 265 нм по сравнению с кривой бактерицидной эффективности E. coli . [7] ( рис. 5.5 )

Этот процесс похож на эффект более длинных волн ( УФ-В ), вызывающих солнечный ожог у людей , но сильнее его . Микроорганизмы имеют меньшую защиту от ультрафиолета и не могут пережить его длительное воздействие.

Система UVGI предназначена для воздействия бактерицидного УФ-излучения на такие среды, как резервуары для воды , герметичные помещения и системы с принудительной подачей воздуха . Воздействие происходит от бактерицидных ламп, которые излучают бактерицидное ультрафиолетовое излучение на правильной длине волны, таким образом, облучая окружающую среду. Принудительный поток воздуха или воды через эту среду обеспечивает воздействие.

Эффективность [ править ]

Эффективность бактерицидного УФ-излучения зависит от продолжительности воздействия УФ-излучения на микроорганизм, интенсивности и длины волны УФ-излучения, наличия частиц, которые могут защитить микроорганизмы от УФ-излучения, и способности микроорганизма противостоять УФ-излучению во время воздействия.

Во многих системах избыточность воздействия на микроорганизмы ультрафиолетового излучения достигается за счет многократной циркуляции воздуха или воды. Это обеспечивает несколько проходов, так что УФ-излучение эффективно против наибольшего количества микроорганизмов и будет облучать устойчивые микроорганизмы более одного раза, чтобы разрушить их.

«Стерилизация» часто ошибочно считается достижимой. Хотя это теоретически возможно в контролируемой среде, это очень сложно доказать, и термин «дезинфекция» обычно используется компаниями, предлагающими эту услугу, чтобы избежать юридического выговора. Специализированные компании часто рекламируют определенное сокращение журнала , например сокращение на 6 журналов или эффективность 99,9999%, вместо стерилизации. При этом учитывается явление, известное как световая и темная репарация ( фотореактивация и эксцизионная репарация оснований соответственно), при котором клетка может восстанавливать ДНК , поврежденную ультрафиолетовым светом.

Эффективность этой формы дезинфекции зависит от воздействия ультрафиолетового света на микроорганизмы в пределах прямой видимости . Среды, в которых дизайн создает препятствия, блокирующие ультрафиолетовый свет, не столь эффективны. В такой среде эффективность зависит от размещения системы UVGI так, чтобы линия прямой видимости была оптимальной для дезинфекции.

Пыль и пленки, покрывающие лампу, снижают УФ-излучение. Поэтому для обеспечения эффективности лампочки требуют периодической очистки и замены. Срок службы бактерицидных УФ-ламп варьируется в зависимости от конструкции. Кроме того, материал, из которого изготовлена ​​колба, может поглощать некоторые бактерицидные лучи.

Охлаждение лампы под действием воздушного потока также может снизить выход УФ-излучения; Таким образом, необходимо защитить лампы от прямого потока воздуха или добавить дополнительные лампы для компенсации охлаждающего эффекта.

Повышение эффективности и интенсивности УФ-излучения может быть достигнуто за счет использования отражения. Алюминий имеет самый высокий коэффициент отражения по сравнению с другими металлами и рекомендуется при использовании УФ. [10]

Одним из методов измерения эффективности УФ-излучения при дезинфекции воды является расчет дозы УФ-излучения. Агентство по охране окружающей среды США публикует рекомендации по дозировке УФ-излучения для систем очистки воды. [11] Доза УФ-излучения не может быть измерена напрямую, но может быть выведена на основе известных или предполагаемых входов в процесс:

  • Скорость потока (время контакта)
  • Коэффициент пропускания (свет достигает цели)
  • Мутность (непрозрачность)
  • Срок службы лампы, ее засорение или простои (снижение интенсивности УФ-излучения)

При дезинфекции воздуха и поверхностей эффективность УФ-излучения оценивается путем расчета дозы УФ-излучения, которая будет доставлена ​​микробной популяции. Доза УФ-излучения рассчитывается следующим образом:

Доза УФ-излучения (мкВт · с / см 2 ) = интенсивность УФ-излучения (мкВт / см 2 ) × время воздействия (секунды) [12]

Интенсивность УФ-излучения указывается для каждой лампы на расстоянии 1 метр. Интенсивность УФ-излучения обратно пропорциональна квадрату расстояния, поэтому она уменьшается на больших расстояниях. Как вариант, он быстро увеличивается на расстояниях менее 1  м. В приведенной выше формуле интенсивность УФ-излучения всегда должна корректироваться с учетом расстояния, если доза УФ-излучения не рассчитывается точно на расстоянии 1 м (3,3 фута) от лампы. Кроме того, для обеспечения эффективности, доза УФ-излучения должна быть рассчитана в конце срока службы лампы (EOL указывается в количестве часов, когда ожидается, что лампа достигнет 80% от своего первоначального УФ-излучения) и на самом дальнем расстоянии от включенной лампы. периферия целевой области. Некоторые небьющиесялампы покрыты фторированным этиленовым полимером, чтобы не допустить осколков стекла и ртути в случае поломки; это покрытие снижает УФ-излучение на 20%.

Чтобы точно предсказать, какая доза УФ-излучения будет доставлена ​​к цели, интенсивность УФ-излучения, скорректированная с учетом расстояния, покрытия и окончания срока службы лампы, будет умножена на время воздействия. В статических приложениях время воздействия может быть сколь угодно большим для достижения эффективной дозы УФ-излучения. В случае быстро движущегося воздуха, например, в воздуховодах переменного тока, время воздействия короткое, поэтому интенсивность ультрафиолетового излучения необходимо увеличивать путем введения нескольких ультрафиолетовых ламп или даже групп ламп. Кроме того, УФ-установка должна располагаться в длинном прямом участке воздуховода с лампами, перпендикулярными потоку воздуха, чтобы максимально увеличить время воздействия.

Эти расчеты фактически предсказывают флюенс УФ-излучения, и предполагается, что флюенс УФ-излучения будет равен дозе УФ-излучения. Доза УФ-излучения - это количество бактерицидной УФ-энергии, поглощаемой микробной популяцией за период времени. Если микроорганизмы являются планктонными (свободно плавающими), плотность потока УФ-излучения будет равна дозе УФ-излучения. Однако, если микроорганизмы защищены механическими частицами, такими как пыль и грязь, или образовали биопленку, для введения эффективной дозы УФ-излучения в популяцию микробов потребуется гораздо более высокая плотность энергии УФ-излучения.

Инактивация микроорганизмов [ править ]

Степень инактивации ультрафиолетовым излучением напрямую зависит от дозы УФ-излучения, нанесенной на воду. Дозировка, являющаяся произведением интенсивности УФ-излучения и времени экспозиции, обычно измеряется в микроджоулей на квадратный сантиметр или, что эквивалентно, в микроватт-секундах на квадратный сантиметр (мкВт · с / см 2 ). Дозировки для 90% уничтожения большинства бактерий и вирусов варьируются от 2 000 до 8 000 мкВт · с / см 2 . Более крупные паразиты, такие как криптоспоридиум, требуют более низкой дозы для инактивации. В результате Агентство по охране окружающей среды США приняло УФ-дезинфекцию в качестве метода для растений питьевой воды для получения кредитов на инактивацию криптоспоридий, лямблий или вирусов. Например, для снижения уровня криптоспоридиума на 90% минимальная доза составляет 2500 мкВт · с / см 2.требуется на основании Руководства по УФ-излучению Агентства по охране окружающей среды США, опубликованного в 2006 г. [13] : 1–7

Сильные и слабые стороны [ править ]

Преимущества [ править ]

Дополнительная информация: дезинфицирующее средство

Устройства УФ-обработки воды можно использовать для обеззараживания колодезной и поверхностной воды. УФ-обработка выгодно отличается от других систем обеззараживания воды с точки зрения стоимости, рабочей силы и потребности в технически подготовленном персонале для работы. Хлорированием воды обрабатываются более крупные организмы и предлагается остаточная дезинфекция, но эти системы дороги, потому что они требуют специального обучения оператора и постоянной подачи потенциально опасного материала. Наконец, кипячение воды - самый надежный метод очистки, но он требует трудозатрат и требует высоких экономических затрат. УФ-обработка происходит быстро и с точки зрения использования первичной энергии примерно в 20 000 раз эффективнее кипячения. [ необходима цитата ]

Недостатки [ править ]

УФ дезинфекция является наиболее эффективной для лечения высокой ясности, очищенной обратного осмос дистиллированной воды. Взвешенные частицы представляют собой проблему, потому что микроорганизмы, находящиеся внутри частиц, защищены от ультрафиолетового излучения и не подвергаются влиянию на них. Однако УФ-системы могут быть объединены с предварительным фильтром для удаления тех более крупных организмов, которые в противном случае остались бы незатронутыми УФ-системой. Предварительный фильтр также очищает воду, улучшая светопропускание и, следовательно, дозу УФ-излучения по всей толще воды. Еще один ключевой фактор обработки воды УФ-излучением - это скорость потока: если поток слишком высокий, вода будет проходить без достаточного УФ-воздействия. Если поток слишком низкий, это может привести к перегреву и повреждению УФ-лампы. [14]

Недостатком UVGI является то, что вода, обработанная хлорированием, устойчива к повторному заражению (до тех пор, пока отходящие газы не выделяются хлором), вода UVGI не устойчива к повторному заражению. Вода UVGI должна транспортироваться или доставляться таким образом, чтобы избежать повторного заражения.

Безопасность [ править ]

Людям [ править ]

Предупреждение об оптическом излучении относится к устройствам, излучающим УФ-С свет.

УФ-свет опасен для большинства живых существ. Воздействие на кожу бактерицидных длин волн ультрафиолетового света может вызвать быстрый солнечный ожог и рак кожи . Воздействие этого УФ-излучения на глаза может вызвать чрезвычайно болезненное воспаление роговицы и временное или постоянное ухудшение зрения , в некоторых случаях вплоть до слепоты . [15] Общие меры предосторожности: [16]

  1. Предупреждающие таблички . Их следует размещать везде, где используется УФ-лампа, чтобы не допустить людей. В домашних условиях с детьми и домашними животными дополнительно необходимы двери.
  2. Системы блокировки. Экранированные системы, в которых свет блокируется внутри, например, закрытый резервуар для воды или закрытая система циркуляции воздуха, часто имеют блокировки, которые автоматически отключают УФ-лампы, если система открыта для доступа людей. Доступны прозрачные окна просмотра, блокирующие UVC.
  3. Защитное снаряжение . Большинство защитных очков (в частности, все очки, соответствующие стандарту ANSI Z87.1) блокируют UVC. Одежда, пластик и большинство видов стекла (но не плавленый кварц) эффективно блокируют УФС. [17]

Другой потенциальной опасностью является образование озона в ультрафиолетовом диапазоне , который может быть вредным при вдыхании. Агентство по охране окружающей среды США определило 0,05 частей на миллион (ppm) озона как безопасный уровень. Лампы, предназначенные для излучения ультрафиолетовых лучей C и более высоких частот, легированы таким образом, чтобы не выделять ультрафиолетовый свет с длиной волны ниже 254 нм, чтобы свести к минимуму образование озона. Лампа полного спектра излучает все длины волн УФ-излучения и выделяет озон, когда УФ-С поражает молекулы кислорода (O 2 ). [ необходима цитата ]

Американская конференция правительственных промышленных гигиенистов (ACGIH) Комитет по физическим агентам установила порог предельного значения (TLV) для воздействия УФ-C , чтобы избежать таких кожных и глазных травм среди тех , кто наиболее восприимчив. Для УФ-излучения 254 нм это ПДК составляет 6 мДж / см 2.в течение восьмичасового периода. Функция TLV различается в зависимости от длины волны из-за переменной энергии и потенциала повреждения клеток. Этот TLV поддерживается Международной комиссией по защите от неионизирующего излучения и используется при установлении стандартов безопасности ламп Обществом инженеров освещения Северной Америки. Когда планировалось исследование укрытия от туберкулеза, это TLV интерпретировалось так, как если бы воздействие на глаза в комнатах было непрерывным в течение восьми часов и при максимальной освещенности на уровне глаз, обнаруженной в комнате. В этих крайне маловероятных условиях доза 6,0 мДж / см 2 достигается при ПДК ACGIH всего за восемь часов непрерывного воздействия излучения 0,2 мкВт / см 2 . Таким образом, 0,2 мкВт / см 2широко интерпретировался как верхний допустимый предел освещенности на уровне глаз. [18]

Согласно FDA, бактерицидная эксимерная лампа, излучающая свет с длиной волны 222 нм вместо обычного света с длиной волны 254 нм, более безопасна для кожи млекопитающих. [19]

К элементам [ править ]

УФ-излучение способно разрушать химические связи. Это приводит к быстрому старению пластмасс, изоляции, прокладок и других материалов. Обратите внимание, что пластмассы, продаваемые как «устойчивые к ультрафиолетовому излучению», проверяются только на УФ-B с меньшей энергией, поскольку УФ-С обычно не достигает поверхности Земли. [20] Когда УФ-излучение используется рядом с пластиком, резиной или изоляцией, необходимо защитить эти предметы; металлической ленты или алюминиевой фольги будет достаточно.

Использует [ редактировать ]

Дезинфекция воздуха [ править ]

УФГИ можно использовать для обеззараживания воздуха при длительном воздействии. В 1930-х и 40-х годах эксперимент в государственных школах Филадельфии показал, что ультрафиолетовые светильники в верхней комнате могут значительно снизить передачу кори среди учащихся. [21] В 2020 году UVGI снова исследуется в качестве возможной меры противодействия пандемии COVID-19 . [22]

Дезинфекция зависит от интенсивности и времени УФ-излучения. По этой причине теоретически это не так эффективно при движении воздуха или когда лампа перпендикулярна потоку, так как время воздействия резко сокращается. Тем не менее, многочисленные профессиональные и научные публикации указывают на то, что общая эффективность UVGI фактически увеличивается при использовании в сочетании с вентиляторами и вентиляцией HVAC, которые облегчают циркуляцию воздуха по всей комнате, что подвергает больше воздуха воздействию источника УФ-излучения. [23] [24]Системы очистки воздуха UVGI могут быть отдельно стоящими блоками с экранированными УФ-лампами, которые используют вентилятор, чтобы пропустить воздух через УФ-свет. Другие системы устанавливаются в системах принудительной вентиляции, так что циркуляция в помещении перемещает микроорганизмы мимо ламп. Ключом к этой форме стерилизации является размещение УФ-ламп и хорошая система фильтрации для удаления мертвых микроорганизмов. [25] Например, системы принудительной подачи воздуха по своей конструкции препятствуют прямой видимости, тем самым создавая области окружающей среды, которые будут затенены от УФ-излучения. Однако УФ-лампа, размещенная на змеевиках и дренажных поддонах систем охлаждения, предотвратит образование микроорганизмов в этих естественно влажных местах.

Обеззараживание воды [ править ]

Портативная ртутно-разрядная лампа низкого давления с батарейным питанием для стерилизации воды.

Обеззараживание воды ультрафиолетом - это чисто физический процесс, не содержащий химикатов. Эффективно сокращаются даже паразиты, такие как Cryptosporidium или Giardia , которые чрезвычайно устойчивы к химическим дезинфицирующим средствам. УФ можно также использовать для удаления из воды хлора и хлорамина; этот процесс называется фотолизом и требует более высокой дозы, чем обычная дезинфекция. Мертвые микроорганизмы из воды не удаляются. УФ-дезинфекция не удаляет растворенные органические вещества, неорганические соединения или частицы в воде. [26] Самый большой в мире завод по обеззараживанию воды обрабатывает питьевую воду для города Нью-Йорка. Установка для обеззараживания воды ультрафиолетовым излучением в Кэтскилл-Делавэр, введенный в эксплуатацию 8 октября 2013 года, включает в себя в общей сложности 56 энергоэффективных УФ-реакторов, обрабатывающих до 2,2 миллиарда галлонов США (8 300 000 м 3 ) в день. [27]

Ультрафиолет также можно комбинировать с озоном или перекисью водорода для образования гидроксильных радикалов, разрушающих следы загрязняющих веществ посредством усовершенствованного процесса окисления .

Раньше считалось, что УФ-дезинфекция более эффективна для бактерий и вирусов, генетический материал которых подвергается большему воздействию, чем для более крупных патогенов, которые имеют внешнее покрытие или образуют кисты (например, лямблии ), защищающие их ДНК от УФ-излучения. Однако недавно было обнаружено, что ультрафиолетовое излучение может быть в некоторой степени эффективным для лечения микроорганизма Cryptosporidium . Результаты привели к использованию УФ-излучения как эффективного метода очистки питьевой воды. Лямблии, в свою очередь, оказались очень восприимчивыми к УФ-С, когда тесты были основаны на инфекционности, а не на эксцистации. [28] Было обнаружено, что протисты способны выдерживать высокие дозы УФ-С, но стерилизуются при низких дозах.

Развивающиеся страны [ править ]

В 2006 году в Калифорнийском университете в Беркли был разработан проект недорогой дезинфекции воды в условиях ограниченных ресурсов. [29] Проект был разработан для создания проекта с открытым исходным кодом, который можно было бы адаптировать к местным условиям. В чем-то похожем предложении в 2014 году австралийские студенты разработали систему, в которой используется пакетная фольга из картофельных чипсов (хрустящая) для отражения солнечного УФ-излучения в стеклянную трубку, которая должна дезинфицировать воду без электричества. [30]

Очистка сточных вод [ править ]

Ультрафиолет при очистке сточных вод обычно заменяет хлорирование. Это во многом связано с опасениями, что реакция хлора с органическими соединениями в потоке сточных вод может привести к синтезу потенциально токсичных и долговечных хлорированных органических веществ, а также из-за экологических рисков хранения газообразного хлора или хлорсодержащих химикатов. Отдельные сточные воды, подлежащие обработке УФГИ, должны быть проверены, чтобы убедиться, что метод будет эффективным из-за потенциальных помех, таких как взвешенные твердые частицы , красители или другие вещества, которые могут блокировать или поглощать УФ-излучение. По данным Всемирной организации здравоохранения, "УФ-установки для обработки небольших партий (от 1 до нескольких литров) или малых потоков (от 1 до нескольких литров в минуту) воды на уровне общины, по оценкам, будут стоить 20 долларов США за мегалитр, включая стоимость электроэнергии и расходных материалов и годовая капитальная стоимость установки ". [31]

Крупномасштабная городская очистка сточных вод ультрафиолетом осуществляется в таких городах, как Эдмонтон, Альберта . Использование ультрафиолетового света стало стандартной практикой в ​​большинстве процессов очистки городских сточных вод. Сточные воды теперь начинают признаваться ценным ресурсом, а не проблемой, которую необходимо сбрасывать. Многие очистные сооружения переименовываются в водоочистные сооружения, независимо от того, сбрасываются ли сточные воды в реку, используются для орошения сельскохозяйственных культур или закачиваются в водоносный горизонт для последующего восстановления. Ультрафиолетовый свет теперь используется для защиты воды от вредных организмов.

Аквариум и пруд [ править ]

Ультрафиолетовые стерилизаторы часто используются для борьбы с нежелательными микроорганизмами в аквариумах и прудах. Ультрафиолетовое излучение предотвращает размножение патогенов, что снижает вероятность вспышки болезни в аквариуме.

Стерилизаторы для аквариумов и прудов, как правило, имеют небольшие размеры с фитингами для трубок, которые позволяют воде проходить через стерилизатор по пути от отдельного внешнего фильтра или водяного насоса. Внутри стерилизатора вода течет как можно ближе к источнику ультрафиолетового света. Предварительная фильтрация воды имеет решающее значение, поскольку мутность воды снижает проникновение ультрафиолетового излучения. Многие из лучших УФ-стерилизаторов имеют длительное время выдержки и ограничивают пространство между источником УФ-С и внутренней стенкой УФ-стерилизатора. [32] [ необходим сторонний источник ]

Лабораторная гигиена [ править ]

UVGI часто используется для дезинфекции оборудования, такого как защитные очки , инструменты, дозаторы и другие устройства. Персонал лаборатории также дезинфицирует стеклянную и пластиковую посуду. Лаборатории микробиологии используют UVGI для дезинфекции поверхностей внутри шкафов биологической безопасности («вытяжек») между применениями.

Защита продуктов питания и напитков [ править ]

С тех пор, как в 2001 году Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США издало правило, требующее, чтобы практически все производители фруктовых и овощных соков следовали требованиям HACCP , и требующее 5-кратного сокращения патогенов, UVGI нашла некоторое применение при стерилизации соков, таких как свежевыжатые.

Технология [ править ]

Смотрите также: Ультрафиолет § Искусственные источники

Лампы [ править ]

Бактерицидная лампа мощностью 9 Вт в форм-факторе компактной люминесцентной лампы
Основная статья: Бактерицидная лампа

Бактерицидное ультрафиолетовое излучение для дезинфекции обычно генерируется ртутной лампой . Пары ртути низкого давления имеют сильную линию излучения на длине волны 254 нм, которая находится в диапазоне длин волн, демонстрирующих сильный дезинфекционный эффект. Оптимальные длины волн для дезинфекции близки к 260 нм. [13] : 2–6,2–14

Лампы на парах ртути можно разделить на лампы низкого давления (включая амальгамные) или лампы среднего давления. УФ-лампы низкого давления обладают высокой эффективностью (прибл. 35% УФ-С), но меньшей мощностью, обычно плотность мощности 1 Вт / см (мощность на единицу длины дуги). Амальгамные УФ-лампы используют амальгаму для контроля давления ртути, что позволяет работать при несколько более высокой температуре и плотности мощности. Они работают при более высоких температурах и имеют срок службы до 16 000 часов. Их эффективность немного ниже, чем у традиционных ламп низкого давления (примерно 33% выходного УФ-C), а удельная мощность составляет примерно 2–3 Вт / см 3.. УФ-лампы среднего давления работают при гораздо более высоких температурах, примерно до 800 градусов Цельсия, и имеют полихроматический выходной спектр и высокую мощность излучения, но более низкую эффективность УФ-С, составляющую 10% или меньше. Типичная плотность мощности составляет 30 Вт / см 3 или больше.

В зависимости от кварцевого стекла, используемого для корпуса лампы, УФ-излучение низкого давления и амальгама излучают с длиной волны 254 нм, а также с длиной волны 185 нм, которая оказывает химическое воздействие. УФ-излучение с длиной волны 185 нм используется для образования озона.

УФ-лампы для очистки воды состоят из специализированных ртутных ламп низкого давления, излучающих ультрафиолетовое излучение с длиной волны 254 нм, или УФ-ламп среднего давления, которые производят полихроматический свет от 200 нм до видимой и инфракрасной энергии. УФ-лампа никогда не контактирует с водой; он либо помещен в гильзу из кварцевого стекла внутри водяной камеры, либо установлен снаружи по отношению к воде, которая течет через прозрачную УФ-трубку. Вода, проходящая через проточную камеру, подвергается воздействию УФ-лучей, которые поглощаются взвешенными твердыми частицами, такими как микроорганизмы и грязь, в потоке. [33]

Светодиоды [ править ]

Компактные и универсальные варианты со светодиодами UV-C

Последние разработки в светодиодной технологии привели к появлению коммерчески доступных светодиодов UV-C. В светодиодах UV-C используются полупроводники, излучающие свет от 255 до 280 нм. [9] Длина волны излучения настраивается путем регулировки материала полупроводника. По состоянию на 2019 год эффективность преобразования электрического излучения в УФ-С у светодиодов была ниже, чем у ртутных ламп. Уменьшенный размер светодиодов открывает возможности для небольших реакторных систем, позволяя использовать их в местах использования и интегрировать в медицинские устройства. [34] Низкое энергопотребление полупроводников позволяет использовать системы УФ-дезинфекции, в которых используются небольшие солнечные элементы в удаленных приложениях или приложениях третьего мира. [34]

Светодиоды UV-C не обязательно служат дольше традиционных бактерицидных ламп с точки зрения используемых часов, вместо этого они имеют более изменчивые технические характеристики и лучшую устойчивость к кратковременной эксплуатации. Светодиод UV-C может работать дольше, чем традиционная бактерицидная лампа при периодическом использовании. Точно так же деградация светодиодов увеличивается с нагревом, в то время как длина волны на выходе лампы накаливания и HID-лампы зависит от температуры, поэтому инженеры могут проектировать светодиоды определенного размера и стоимости, чтобы иметь более высокую мощность и более быстрое ухудшение или более низкую мощность и более медленное снижение с течением времени.

Системы очистки воды [ править ]

На размер УФ-системы влияют три переменных: скорость потока, мощность лампы и коэффициент пропускания УФ-излучения в воде. Производители обычно разрабатывают сложные модели вычислительной гидродинамики (CFD), подтвержденные биопробами . Это включает тестирование эффективности дезинфекции УФ-реактора с помощью бактериофагов MS2 или T1 при различных скоростях потока, коэффициенте пропускания УФ-излучения и уровнях мощности, чтобы разработать регрессионную модель для определения размеров системы. Например, согласно Руководству EPA по УФ-излучению, это требование для всех систем питьевой воды в США. [13] : 5–2

Профиль потока создается на основе геометрии камеры, расхода и конкретной выбранной модели турбулентности. Профиль излучения определяется на основе таких данных, как качество воды, тип лампы (мощность, бактерицидная эффективность, спектральный выход, длина дуги), а также коэффициент пропускания и размер кварцевой гильзы. Фирменное программное обеспечение CFD моделирует профили потока и излучения. После создания 3D-модели камеры она заполняется сеткой или сеткой, состоящей из тысяч маленьких кубиков.

В точках интереса - например, на изгибе, на поверхности кварцевой гильзы или вокруг механизма очистки - используется сетка с более высоким разрешением, в то время как в других областях внутри реактора используется грубая сетка. Как только сетка создана, сотни тысяч виртуальных частиц "выстреливают" через камеру. С каждой частицей связано несколько представляющих интерес переменных, и частицы «собираются» после реактора. Дискретно-фазовое моделирование позволяет получить доставленную дозу, потерю напора и другие параметры, зависящие от камеры.

Когда этап моделирования завершен, выбранные системы проходят валидацию с привлечением профессиональной третьей стороны, чтобы обеспечить надзор и определить, насколько точно модель способна предсказать реальную производительность системы. При валидации системы используются непатогенные суррогаты, такие как фаг MS 2 или Bacillus subtilis, для определения способности реакторов к снижению эквивалентной дозы (RED). Большинство систем аттестованы для обеспечения 40 мДж / см 2 в пределах диапазона расхода и пропускания. [ необходима цитата ]

Для проверки эффективности систем питьевого водоснабжения в США обычно используется метод, описанный в Руководстве EPA по УФ-излучению, тогда как в Европе принят немецкий стандарт DVGW 294. Для систем очистки сточных вод обычно используются Руководящие принципы ультрафиолетовой дезинфекции NWRI / AwwaRF для питьевой воды и протоколы повторного использования воды, особенно при повторном использовании сточных вод. [35]

См. Также [ править ]

  • HEPA фильтр
  • Очистка портативной воды
  • Санитария
  • Стандартные рабочие процедуры санитарии
  • Солнечная дезинфекция воды

Ссылки [ править ]

  1. ^ «Слово месяца: бактерицидное ультрафиолетовое облучение (UVGI)» (PDF) . NIOSH eNews . Национальный институт охраны труда и здоровья . Апрель 2008 . Дата обращения 4 мая 2015 .
  2. ^ "Реализация науки SOLVE II" . НАСА. 2003. Архивировано из оригинального 16 февраля 2013 года . Дата обращения 4 мая 2015 .
  3. ^ Даунс, Артур; Блант, Томас П. (19 декабря 1878 г.). «О влиянии света на протоплазму» . Труды Лондонского королевского общества . 28 (190–195): 199–212. Bibcode : 1878RSPS ... 28..199D . DOI : 10,1098 / rspl.1878.0109 .
  4. ^ "Нобелевская премия по физиологии и медицине 1903 г." . Nobelprize.org . Нобелевский фонд . Проверено 9 сентября 2006 .
  5. ^ «Дезинфекция ультрафиолетом при использовании индивидуальных водоочистных устройств» (PDF) . Командование общественного здравоохранения армии США . Проверено 8 января 2014 .
  6. ^ Болтон, Джеймс; Колтон, Кристин (2008). Справочник по дезинфекции ультрафиолетом . Американская ассоциация водопроводных сооружений. С. 3–4. ISBN 978-1-58321-584-5.
  7. ^ a b c Ковальский, Владислав (2009). Справочник по бактерицидному ультрафиолетовому облучению: UVGI для дезинфекции воздуха и поверхности . DOI : 10.1007 / 978-3-642-01999-9 . ISBN 978-3-642-01998-2.
  8. ^ Meulemans, CCE (1987-09-01). «Основные принципы УФ-обеззараживания воды». Озон: наука и техника . 9 (4): 299–313. DOI : 10.1080 / 01919518708552146 . ISSN 0191-9512 . 
  9. ^ a b Мессина, Габриэле (октябрь 2015 г.). «Новый УФ-светодиодный прибор для автоматической дезинфекции мембран стетоскопов» . Американский журнал инфекционного контроля . Эльзевир. 43 (10): e61-6. DOI : 10.1016 / j.ajic.2015.06.019 . PMID 26254501 . Проверено 15 августа 2016 . 
  10. ^ "Ультрафиолетовая отражающая способность алюминия и некоторых других металлов; В. В. Кобленц и Р. Стэр" .
  11. ^ "Руководство по проектированию: Дезинфекция городских сточных вод" .
  12. ^ УФ-доза
  13. ^ a b c «Руководство по ультрафиолетовой дезинфекции для окончательного долгосрочного 2 улучшенного правила обработки поверхностных вод» (PDF) . Вашингтон, округ Колумбия: Агентство по охране окружающей среды США. Ноябрь 2006. Архивировано из оригинального (PDF) 08.04.2011 . Проверено 30 января 2011 года .
  14. ^ Gadgil, А., 1997, Полевые испытания УФ обеззараживания питьевой воды , Центр Гидротехника развития, Университет Лафборо, Великобритания: LBNL 40360.
  15. ^ «Окончательное мнение» . 2016-11-25.
  16. ^ «УФ-лампы: безопасность» . www.uvresources.com .
  17. ^ "Является ли UVC безопасным?" . Кларан .
  18. ^ Nardell, Эдвард (январь-февраль 2008). «Безопасность бактерицидной дезинфекции воздуха в верхних комнатах ультрафиолетовым излучением для обитателей комнат: результаты исследования укрытия от туберкулеза» (PDF) . УФ и здоровье людей .
  19. ↑ Health, Центр устройств и радиологии (19 августа 2020 г.). «Ультрафиолетовое излучение и лампы: ультрафиолетовое излучение-С, дезинфекция и коронавирус» . FDA .
  20. ^ Ирвинг, Дэниел; Lamprou, Dimitrios A .; Маклин, Мишель; МакГрегор, Скотт Дж .; Андерсон, Джон Дж .; Грант, М. Хелен (ноябрь 2016 г.). «Сравнительное исследование разрушающих эффектов и последствий для безопасности УФС и бактерицидных источников света 405 нм для хранения эндоскопов» . Разложение и стабильность полимера . 133 : 249–254. DOI : 10.1016 / j.polymdegradstab.2016.09.006 .
  21. ^ Уэллс, WF; Wells, МВт; Уайлдер, Т.С. (январь 1942 г.). «Экологический контроль эпидемического заражения. I. Эпидемиологическое исследование лучистой дезинфекции воздуха в дневных школах» (PDF) . Американский журнал эпидемиологии . 35 (1): 97–121. DOI : 10.1093 / oxfordjournals.aje.a118789 . Проверено 25 ноября 2020 .
  22. ^ Чанг, Кеннет (07.05.2020). «Ученые считают, что ультрафиолетовое излучение в помещениях помогает избавиться от коронавируса в воздухе» . Нью-Йорк Таймс . ISSN 0362-4331 . Проверено 11 мая 2020 . 
  23. ^ «Часто задаваемые вопросы» (PDF) . Отчеты Комитета КЭС . Светотехническое общество . 5 мая 2020 . Дата обращения 14 сентября 2020 .
  24. ^ Ко, Квангпио; Во-первых, Мелвин; Бердж, Харриет (январь 2002 г.). «Характеристика бактерицидного ультрафиолетового облучения верхней комнаты при инактивации переносимых по воздуху микроорганизмов» . Перспективы гигиены окружающей среды . 101 (1): 95–101. DOI : 10.1289 / ehp.0211095 . PMC 1240698 . PMID 11781170 .  
  25. ^ «Экологический анализ загрязнения воздуха внутри помещений» (PDF) . CaluTech UV Air . Проверено 5 декабря 2006 .
  26. ^ Харм, W., 1980, Биологические эффекты ультрафиолетового излучения, Международный союз чистой и прикладной биофизики , серия по биофизике, Cambridge University Press. [ требуется страница ]
  27. ^ "Catskill-Delaware Water Ultraviolet Disinfection Facility" .
  28. ^ Посуда, МВт; и другие. «Инактивация Giardia muris ультрафиолетовым светом низкого давления» (PDF) . Агентство по охране окружающей среды США . Архивировано из оригинального (PDF) 27 февраля 2008 года . Проверено 28 декабря 2008 . Цитировать журнал требует |journal=( помощь )
  29. ^ «Бытовая УФ-дезинфекция: устойчивый вариант - УФ-трубка» .
  30. ^ «Пакеты с чипами помогают сделать воду в Папуа-Новой Гвинее более безопасной» .
  31. ^ «Качество питьевой воды» . Вода, санитария и здоровье . ВОЗ. Архивировано из оригинала на 2008-10-02.
  32. ^ "УФ стерилизация; аквариум и пруд" . Американские аквариумные товары.
  33. Перейти ↑ Wolfe, RL (1990). «Ультрафиолетовое обеззараживание питьевой воды». Наука об окружающей среде и технологии . 24 (6): 768–773. Bibcode : 1990EnST ... 24..768W . DOI : 10.1021 / es00076a001 .
  34. ^ a b Гесслинг, Мартин; Гросс, Андрей; Хенес, Катарина; Рат, Моника; Штангл, Феликс; Тритшлер, Ханна; Сифт, Майкл (27.01.2016). «Эффективная дезинфекция водопроводной и поверхностной воды с помощью одного высокомощного светодиода 285 нм и квадратной кварцевой трубки» . Фотоника . 3 (1): 7. doi : 10.3390 / photonics3010007 .
  35. ^ «Отчет о технологии очистки оборотной воды» (PDF) . Управление питьевой воды и окружающей среды штата Калифорния. Январь 2007. с. [ необходима страница ] . Проверено 30 января 2011 года .

Внешние ссылки [ править ]

  • Международная ультрафиолетовая ассоциация