Выбор УФ оборудования для обеззараживания воды

Сегодня метод УФ обеззараживания воды становится популярней с каждым днём. И тому есть весомые причины, ведь УФИ- (электромагнитное излучение с длиной волны 200-280 нм, соответствующее бактерицидной области) показывает отличные результаты в отношении всего спектра микроорганизмов: от бактерий до паразитарных простейших, в т.ч. хлорустойчивых форм. Метод полностью безопасен для людей – так как даже в случае многократного превышения дозы облучения, удаётся избежать образования побочных продуктов опасных для человека (речь в данном случае идёт о применении ламп низкого давления). Ультрафиолет с длиной волны 253,7 нм действует максимально быстро от 2 до 8 секунд, и точечно, только на микрофлору, не затрагивая физико-химические свойства воды. Невысокая цена, надежность, доступность и простота в обслуживании оборудования, делают метод ещё привлекательнее.

На сегодняшний день для решения вопросов связанных с обеззараживанием питьевых, сточных, а так же используемых в различных производственных процессах вод, предлагается большое количество УФ установок различных марок, как отечественного, так и импортного производства. Многие дистрибуторы и заводы-производители, стремясь привлечь покупателей, сознательно, а иногда по незнанию, завышают те или иные показатели предлагаемой продукции. Подобный подход приводит к тому, что порой даже «продвинутым» специалистам приходится потратить немало усилий и времени, чтобы провести объективное сравнение и сделать осознанный выбор. Как сделать этот выбор и на какие технологические особенности оборудования обращать внимание в первую очередь и пойдёт речь в данной статье.

Следует отметить, что единственной объективной проверкой параметров заявленных производителями, в частности дозы облучения, является метод биодозиметрии применяемый в ряде стран Европы и США. Суть метода заключается в том, что определение дозы, которую может обеспечить установка, происходит не расчетным способом или моделированием, а реальным экспериментом, в котором оценивается достигаемая степени инактивации тестовых (непатогенных) микроорганизмов, искусственно занесенных в воду подвергаемую обеззараживанию.

На сегодняшний день применяется ряд протоколов при проведении тестов биодозиметрии, разработаны они Институтом стандартов (Австрия)(ONORM-M-58732), АЗОС (США) (US-EPA) и Немецкой ассоциацией газа и воды (D-V-G-W). Каждая из этих процедур имеет свои особенности, но в целом они сопоставимы. Согласно этим протоколам проверяются и другие технические характеристики УФ-установок: электросовместимость, безопасность используемых материалов, надежность показаний системы контроля. В нашей стране подобная проверка работоспособности не проводится, но необходимо знать, что производитель имеющий подобный сертификат, подходит к производству, а значит и качеству применяемых материалов в целом, со всей ответственностью и нацелен в первую очередь на создание работоспособного оборудования, а не на извлечение сиюминутной прибыли. Следует отметить, что единственное оборудование российского производства, проходившее сертификацию по данным стандартам, это - установки серии DUV/УДВ.

Перед тем, как приступить непосредственно к выбору оборудования, необходимо выяснить, что влияет на эффективность процесса обеззараживания и чем собственно установки могут отличаться друг от друга.

Прежде всего выбор оборудования должен быть произведён согласно конкретным условиям эксплуатации, основные моменты которые следует учесть – это расход, качество, необходимая степень обеззараживания, которая в ряде случаев регламентируется нормативными документами, но в некоторых отраслях, например в рыбоводстве или тепличных хозяйствах, нормативных документов регламентирующих процессы обеззараживания просто нет, и в этих случаях огромное значение приобретает опыт поставщика. Надёжности обеззараживания добиваются обеспечением необходимой дозы облучения, для всей обрабатываемой воды. В идеальных условиях, когда принимается, что вода в реакторе хорошо перемешивается и равномерно распределяется, остаётся обеспечить лишь достаточную интенсивность УФ-излучения, т.е. применить достаточное количество ламп с достаточной единичной мощностью, для данного объёма и коэффициента пропускания на длине волны 253,7 нм. Но в действительности добиться однородности облучения достаточно сложно, поэтому обязательной деталью современных многоламповых корпусных УФ установок, является выраневатель потока, находящийся в камере обеззараживания.

Большое значение для гарантии набора дозы облучения демонстрирует конфигурация источников излучения (межламповое пространство) и перераспределение потока обеззараживаемой жидкости. На рисунке показаны УФ установки в разрезе с разным расстоянием между лампами и различной степенью обеспечения дозы. Уменьшение меры облучения показано тоном от более темного, отвечающего наивысшей дозе, до светлого, соразмерного наименьшей дозе. Чем шире промежутки между излучателями, тем ниже средняя облучаемость при равных показателях по мощности и количеству УФ-излучателей. При снижении прозрачности обрабатываемой жидкости (для 254 нм) степень неравномерности будет только возрастать. В реальных условиях, также есть место для значительной разницы скорости перемещения течений воды в реакторе, при этом поток, имеющий большую скорость, не будет иметь достаточную степень облучения. Для оптимального распределения потока камера должна обладать определёнными конструктивными особенностями, большую роль играет конфигурация и размер входных и выходных отверстий, а так же присутствие распределителей или так называемых решеток для выравнивания потока. Поэтому производители профессионального оборудования учитывают все выше перечисленные факторы при проектировании оборудования, и применяют сложные расчеты по гидродинамике и оптимизации с помощью специальных программ, для различных типов вод и особенностей эксплуатации.

Вдобавок ко всему, в реальных условиях эксплуатации УФ-дозу облучения необходимо обеспечивать с учетом загрязнения кварцевых чехлов и снижения мощности излучения на завершение периода эксплуатации ламп. Все эти факторы должны быть указаны в паспорте прилагаемом к УФ установкам. Обобщая, можно отметить, что оборудование, в котором применяется равное и количество и суммарная мощность ламп, зачастую будут давать разную степень облучения в различных эксплуатационных условиях и за счет особенностей конструкции.

При всем существующем многообразии все УФ установки очень похожи по своей конструкции. Главными составляющими УФ установок являются: Источники УФ излучения (УФ-лампы), защищающие лампы от контакта с водой трубки (кварцевые чехлы), аппаратура обеспечивающая пуск и регуляцию источников излучения – ПРА или электронный вариант - ЭПРА, шкаф контроля (пульт), система контроля работы установки - УФ датчик, реактор (камера обеззараживания), устройство реагентной промывки или механическое устройство очистки поверхности кварцевых чехлов. Разница в оборудовании может быть в исполнении конструкции, различному функционалу, габаритам, и качеству комплектующих и сборки.

Лампы

Самыми распространёнными источниками УФИ являются лампы низкого давления (НД) которые в свою очередь делятся на ртутные, в них ртуть находится в свободном состоянии и амальгамные, в них ртуть находится в связанном состоянии, ко второй группе относятся лампы высокого давления (по зарубежной классификации – среднего давления (СД)). В настоящее время лидером по применению стали источники низкого давления и, главным образом, их последняя генерация – амальгамные лампы, их широкое распространение обусловлено энергоэффективностью и безопасностью. К основным лидерам в производстве таких специфических источников света как мощная амальгамная лампа можно отнести следующие компании: НПО «ЛИТ» (РФ), Нeraus (ФРГ), Philips Lighting (Голландия),LSI/Lighttech (США/Венгрия).

Лампы НД излучают одну линию 254 нанометра, при этом их коэффициент полезного действия по преобразованию энергии электричества в бактерицидную составляет (33-40%), по сравнению с (8-15%) у ламп СД , имеющих широкий спектр излучения. Поэтому энергопотребление установок дезинфекции воды на УФ-источниках низкого давления в 2 -4 раза ниже чем у оборудования на лампах среднего давления для обеззараживания одного и того же объема воды.

Кварцевые чехлы

Кварцевые чехлы выполняют защитную функцию, предотвращая контакт лампы с водой, и регулируют температуру, что является необходимым условием для нормального функционирования ламп, в виду их технологических особенностей. Основной характеристикой качества этого компонента является их прозрачность для УФИ, это прямым образом оказывает влияние на обеспечение дозы облучения. Ведущие компании производящие УФ оборудование используют стекло из кварца, которое отличается повышенным пропусканием УФИ с длиной волны 254 нм и позволяет получать кварцевые изделия с очень высокой точностью изготовления.

ЭПРА

Устройства предназначенные для пуска, поддержки работы и регулировки ламп. Тип ЭПРА её качества и алгоритмов работы зависят такие параметры как срок службы ламп, максимальное число включений/выключений (чем выше данный показатель в оборудовании, тем качественней и долговечней будет его работа), стабильность излучения лампы от колебаний напряжения питающей сети. При применении качественных комплектующих и правильной разработке алгоритмов срок службы ламп может доходить до 16000 ч, а количество включений выключений до 5000.

УФ датчики

Оценить, что называется «на глаз», эффективность работы установки нельзя, с одной стороны это опасно, а с другой, УФ излучение просто не видимо для человеческого зрения. В связи с этим установки имеют в комплекте контроллеры УФ излучения, цель которых отслеживать изменения потока бактерицидного излучения. Сразу оговоримся, что в простых УФ системах часто не применяют УФ датчики совсем или применяют дешевые устройства, реагирующие в том числе и на видимый свет, при этом определить эффективность работы установки не возможно. В профессиональных (сертифицированных по международным стандартам) установках эксплуатируются селективные УФИ-датчики, реагирующие лишь на спад бактерицидного облучения, это принципиально при оценке работы установки. Наличие данного узла является неотъемлемым требованием к конструкции установок УФ обеззараживания воды.

Пульт управления

Пульт осуществляет функции контроля и управления УФ оборудованием. Пульты профессиональных УФ систем, как правило, имеют возможность подключения к персональному компьютеру и автоматизированным системам контроля и управления процессами водоподготовки, что позволяет управлять установкой дистанционно. Имеют удобный интерфейс, высокий класс электробезопасности и высокую степень защиты по пылевлагозащите (IP). Хорошим примером в данном случае может служить оборудование DUV серии MASTER (MST)

Камера обеззараживания

Немаловажным элементом системы, влияющим на эффективность ее работы, является камера обеззараживания. Размещение УФ ламп в аппарате, распределители потоков, служащие для перемешивания и выравнивания, являются определяющими для обеспечения энергоэффективности и надёжности процесса, минимизируя гидравлические потери. Помимо правильного конструктивного исполнения камера также должна быть прочной, коррозионностойкой, герметичной и не выделять вредных соединений, в том числе при воздействии на её поверхность УФ излучения. Вот почему большинство производителей в качестве материала камеры используют качественную нержавеющую сталь AISI 316, AISI 304, особое исполнение требуется при работе с агрессивными средами, например морской водой, в этом случае необходимо использовать дуплексную сталь.

Системы очищающие защитные чехлы

Посмотреть можно в разделе

Присутствие в воде подвергаемой обеззараживанию различных примесей приводит к загрязнению кварцевых кожухов при следствием чего является падение интенсивности излучения, и, следовательно, уменьшается УФИ доза. Загрязнение чехлов может происходить по многим причинам (оседание взвешенных частиц, прилипание их к поверхности чехла в результате турбулентных столкновений и т.д.) Так, например, на поверхности чехла с лампой среднего давления (полихроматический спектр излучения) имеет место широкая гамма фотохимических реакций, приводящих к образованию трудноудаляемых химических загрязнений. Для обеспечения эффективности обеззараживания воды оборудование может быть изготовлено с механической очисткой или реагентной промывкой чехлов. В первом случае система дает возможность очистки без вывода оборудования из строя, однако не восстанавливает полностью первоначальные оптические свойства кварцевых чехлов, а лишь увеличивает срок промывками. При химической промывке установка отключается, но данный способ является более надежным, простым и наиболее выгодным с точки зрения энергозатрат и экономической эффективности.

Подбор необходимого оборудования

Выяснив, основные факторы влияния на эффективность работы и составные части УФ оборудования можно приступать к его подбору. Что бы подобрать оптимальный вариант нужно иметь следующие данные:

Максимальный расход (м3/ч или л/с)
Коэффицент пропускания (или данные по физико-химическому составу)
Доза облучения (мДж/см2, определяется нормативным документом или при отсутствии нормативной базы опытом поставщика)

Максимальный расход воды

Для обеспечения стабильного эффекта важно ориентироваться именно на максимальную, а не на среднюю подачу, в противном случае возможны проскоки, а в некоторых случаях и вовсе отсутствие эффекта.

Проницаемость УФИ-С (Т - тау)

Измеряется в процентах и представляет собой отношение между испущенным излучением и излучением переданным через слой воды в 1 сантиметр. Некоторые производители используют обратную величину – коэффициент поглощения, который показывает какая часть излучения поглощается слоем воды толщиной в 1 сантиметр.

Схема измерения коэффициента пропускания представлена на рисунке.

Коэффициент пропускания показывает в процентах, какая часть УФ лучей проходит через слой воды толщиной 1 см.

Т имеет непосредственное влияние на количество необходимого оборудования и энергетические затраты на инактивацию патогенных микроорганизмов. Чем меньше Т, тем больше УФ-излучателей и выше издержки при обеспечении равной эффективной УФ-дозы. Связь эффективной дозы с коэффициентом пропускания степенная , в следствие чего отличие на 5-10% (например между Т=55% и Т=65%) приводит к изменению количества: оборудования, ламп, электроэнергии в 1,5-2,5 раза. Очень важно производить расчет оборудования именно на минимальный показатель пропускания, то есть на наихудшее качество, что бы обеспечить обеззараживание даже в самых неблагоприятных условиях. Конечно, самым оптимальным является измерение данного показателя на специальном приборе-фотокалориметре, но к сожалению в большинстве случаев это не возможно по объективным обстоятельствам. В упрощенном варианте, что бы теоретически рассчитать коэффициент пропускания необходимо знать общие данные по качеству воды: окисляемость, мутность, цветность (для питьевой воды) и ХПК, БПК, взвешенные вещества (для сточной), а так же источник воды подаваемой на уф-установку.

Коэффициенты пропускания различных типов вод на длине волны 254 нм

Доза УФИ-С, мДж/см2: энергия УФИ-С, применяемая или необходимая для данного значения падения численности данного микроорганизма. Доза определяется потоком УФИ-С за время облучения. Расчетная доза назначается в зависимости от микроорганизмов и целей обеззараживания, как правило на основе регламентирующих документов. С целью регулирования и контроля применения метода УФ обеззараживания разработаны нормативные документы, описывающие условия его применения в различных областях. Требования к УФ дозам для обеззараживания питьевой воды (воды бассейнов), в общем, достаточно схожи и составляют от 25 до 40 мДж/см2 в нормативных документах разных стран. Согласно российским нормативным документам (МУ 2.1.4.719-98) (СанПиН 2.1.2.1188-03) 2003 г. при обеззараживании питьевой воды рекомендовалось использовать дозу не менее 16 мДж/см2. Методические указания по применению УФ обеззараживания в технологии подготовки питьевой воды разрабатывались в 1996-98 гг., когда единственным индикатором эпидемиологической безопасности воды была кишечная палочка. Но с ужесточением норм качества водыдоза излучения увеличивается. В 2003-м и 2005 году вышли методические указания (МУК 4.3.2030-05), регламентирующие применение УФ для контроля за вирусологическими и паразитарными показателями, в которых уже рекомендуется использовать дозу 25 мДж/см2 а в случае неблагоприятной эпидемиологической ситуации до 40 мДж/см2 . Для сточных вод доза облучения составляет от 30 до 65 мДж/см2.

Как правило, заказчик обладает данными лишь по первому пункту - расходу воды, в этом случае специалистами компании РТБ-Водные технологии подбор оборудования производится исходя из предполагаемого использования и на основе нормативных документов регламентирующих применение метода обеззараживания ультрафиолетовым излучением, учитывая при этом все необходимые аспекты и особенности данного объекта.

Перейдём непосредственно к выбору УФ установки

На рынке присутствует достаточно большой выбор УФ-установок, как импортного, так и отечественного производства. И когда мы спрашиваем у заказчиков их пожелания, то очень часто слышим набившую оскомину фразу «предложите оптимальную по соотношению цена/качество». Второй вариант это подбор аналога по уже имеющемуся технико-коммерческому предложению не устраивающее по тем или иным причинам. И на конец бывает так, что подобрав установку мы слышим фразу «мне предлагают аналогичное оборудование значительно дешевле», а запросив дополнительные данные и проведя детальное сравнение мы понимаем, что данное оборудование ни каким аналогом не является. И так давайте обозначим основные моменты, играющие ключевую роль в выборе оборудования:

1. Цена. Данный фактор очень важен. При сравнении нескольких предположительно аналогичных по производительности, но значительно различных по цене вариантов, обратите внимание на следующее:

предложения даны на одинаковые условия по расходу, пропусканию УФ, дозе. (нужно подчеркнуть, что часто разработчики УФ-систем заявляют расчетную УФ-дозу или производительность для воды с высоким коэффициентом проницаемости (90-98% который бывает как правило только у дистиллированной или прошедшей через обратный осмос воды), такие данные изначально вводят в заблуждение потребителей, а в процессе эксплуатации это приводит к снижению УФ-дозы в реальных условиях эксплуатации и снижению степени обеззараживания.
сравните потребляемую мощность установок, этот критерий является объективным, так как коэффициент полезного действия у современных источников излучения примерно одинаков 35-40% (относится только к лампа НД)
важно сравнить установки по функциональным возможностям: наличие равнозначных систем контроля (оптимальным является датчик реагирующий только на бактерицидную длину волны показания с которого выводятся на текстовую панель оператора в численном выражении, например в Вт/м2, некоторые производители используют индикацию в виде шкалы, что то же приемлемо, но имеет недостатки т.к. при данной индикации подразумевается что новая или поменянная лампа является рабочей, так же имеется оборудование использующее индикацию в виде ламп на блоке управления, что в принципе, не даёт ни какой информации о процессе обеззараживания, а лишь сообщает светит ли лампа), наличие протоколов связи, возможности системной интеграции и т.д.

2. Обязательно уточните стоимость основных расходных материалов, таких как лампы, ЭПРА и т.д. Следует также учесть, что большинство производителей УФ оборудования в России используют УФ лампы импортного производства и зачастую не имеют достаточного их количества у себя на складах. В подобных случаях срок поставки ламп и комплектующих может составить несколько месяцев.

3. Сравните комплект поставки и наличие в нем всех необходимых для обслуживания элементов.

Надеемся, что данная статья будет полезна для вас, ну а мы – специалисты компании РТБ - Водные технологии всегда готовы придти к вам на помощь в выборе оборудования, проведении монтажных работ и последующем его обслуживании.