Ультрафиолетовым технологиям уже более века – они широко применяются для обеззараживания воды, обработки воздуха и поверхностей.
Принцип действия основан на способности УФ-излучения вызывать фотохимические превращения в облучаемой среде. Так, например, при обработке воды ультрафиолетовое излучение наносит необратимые повреждения патогенным микроорганизмам, приводя к их гибели.
ДАВЛЕНИЕ: среднее VS низкое
Для бассейнов используются установки с ультрафиолетовыми ртутными лампами низкого и среднего давления - причем, львиную долю бассейнового рынка занимают установки с лампами низкого давления. Главное различие этих ламп в спектре излучения. Лампы низкого давления 95% энергии излучают на длине волны 253,7 нм – поэтому их называют монохромными. Лампы среднего давления – широкодиапазонные, они излучают на длинах волн в диапазоне от 200 до 400 нм. Давление низкое или среднее в данном случае относится к давлению газовой среды внутри лампы.
Лампы по-разному действуют на микроорганизмы. Излучение ламп низкого давления узконаправленно и воздействует только на ДНК клеток, блокируя их способность к делению, что в итоге приводит к их гибели. Лампы среднего давления, помимо ДНК, разрушают и клеточные мембраны, вызывая необратимые повреждения.
Известно, что бактерии обладают способностью к фоторекомбинации – и даже при поражении ДНК способны "чинить" поврежденные участки. Поэтому теоретически излучение УФ-ламп 254 нм может быть недостаточным для надежной дезинфекции из-за потенциальной рекомбинации и восстановления бактерий в "темную фазу", когда они не подвергаются облучению. На это часто указывают производители УФ-оборудования с лампами среднего давления, презентуя как конкурентное преимущество.
Но в реальности проблема фоторекомбинации микроорганизмов почти неактуальна для бассейнов, так как УФ-обработка в плавательных бассейнах почти не используется самостоятельно, а всегда в сочетании – обычно с хлорированием.
Поэтому несмотря на эти различия, можно сказать, что в плане дезинфекции оба вида ламп сопоставимы по эффективности.
В чем же разница?
Преимущества ламп среднего давления становятся очевидны в бассейнах, использующих хлор.
В бассейне бактерии и вирусы далеко не единственная проблема. Купальщики привносят большое количество примесей, которые реагируя с хлором, образуют вторичные продукты дезинфекции. Значительную их часть составляют хлорамины – соединения хлора с азотистыми соединениями, которые входит в состав биологических жидкостей – пота и мочи.
Накопление хлораминов (и в особенности трихлорамина) в воде и воздушной среде бассейнов – частая причина жалоб посетителей бассейна на неприятный запах, аллергию и раздражение слизистых. Кроме того, ряд исследований ассоциирует хлорамины с развитием астмы и других респираторных болезней. Именно хлорамины составляют показатель связанного хлора, который теперь входит в программу производственного контроля бассейнов согласно СП 2.1.3678-20 и подлежит обязательному мониторингу.
Хлорамины разрушаются под воздействием УФ-излучения в диапазоне 300-400 нм, поэтому ультрафиолетовые установки с лампами среднего давления – эффективный инструмент в борьбе с хлораминами. Оптимальные длины волн для поглощения хлораминов:
- Монохлорамин - 245 нм
- Дихлорамин - 297 нм
- Трихлорамин - 260 и 340 нм
Именно поэтому проблема хлораминов фактически неактуальна для откытых бассейнов в жарком, солнечном климате - хлорамины (особенно ди- и трихлорамин) разрушаются под воздействием солнечного света, который содержит в том числе излучение УФ-диапазона (290 - 400 нм).
Ультрафиолетовое излучение ламп низкого давления, которые излучают на длине волны 254 нм, воздействует только на монохлорамин, приводя к накоплению ди- и трихлорамина.
Для снижения уровня связанного хлора (хлораминов) в воде бассейнов до требуемых значений (менее 0,2 мг/л) доза УФ-облучения должна соответствовать 60 мДж/см2.
А что с хлором?
Среди вопросов, которые часто волнуют владельцев и операторов бассейнов – как хлор взаимодействует с ультрафиолетом? Влияет ли их совместное применение на расход хлор-реагентов? Имеет ли значение тип ламп?
Гипохлорит ион и хлорноватистая кислота, на которые распадается в воде гипохлорит натрия и которые вместе составляют показатель свободного хлора, активно поглощают ультрафиолетовое излучение, особенно в диапазоне 300-400 нм. Именно поэтому в открытых бассейнах хлор быстро "разлагается" на солнечном свету, который как мы помним, имеет излучение УФ-диапазона (290 - 400 нм).
Под воздействием УФ-излучения гипохлорит ион и хлорноватистая кислота трансформируются в высокоактивные частицы – радикал хлора, радикал ОН*. Эти частицы также участвуют в процессе дезинфекции и окислении органических примесей, повышая качество обработки воды.
Таким образом, сочетая УФ-излучение с хлором, владелец бассейна получает более высокое качество воды, а в случае ламп среднего давления – еще и решение вопросов с хлораминами, но да, расход хлора при этом может увеличиваться. В большей степени это характерно для ламп среднего давления. При этом доза излучения напрямую влияет на количество поглощаемого хлора - чем она больше, тем естественно больше хлора теряется. Некоторые исследования [1] указывают на потери около 0,1 мг/л общего хлора при обработке воды дозой до 40 мДж/см2 (такие данные приводит US EPA - Ultraviolet Disinfection Guidance Manual for the Final Long Term 2 Enhanced Surface Water Treatment Rule).
Правда, надо добавить, что гораздо сильнее на расход хлора влияет количество примесей в воде, которые в свою очередь определяются составом исходной воды, количеством купальщиков и нагрузкой на бассейн, качеством фильтрации. Так как хлор довольно неселективен и вступает в реакцию со всеми примесями в воде, именно они в бОльшей степени оттягивают на себя расход реагента.
Тут также следует напомнить о требованиях к монтажу УФ-установок - согласно ГОСТ Р 53491.1-2009 их необходимо размещать после фильтрации, но ДО точки ввода реагентов - в противном случае ультрафиолет будет разлагать свободный хлор и для поддержания остаточной концентрации потребуется существенно бОльший расход реагента.
Технические и эксплуатационные отличия
Помимо отличий в спектре излучения, лампы среднего давления меньше по габаритам, поэтому установки компактны и проще вписываются в ограниченные по размерам технические помещения. Другим преимуществом является то, что требуемой дозы можно достичь меньшим количеством ламп - это не только упрощает обслуживание установок, но и делает их более экологичными.
Срок службы ламп низкого давления – 9000 - 12 000 часов. Это 1-1,4 года в режиме непрерывной эксплуатации.
Раньше лампы среднего давления имели довольно короткий срок службы – порядка 4000 - 6000 часов, и это было их существенным недостатком в сочетании с более высокой стоимостью. Современные лампы среднего давления имеют срок службы около 10 000 часов, что сопоставимо с лампами низкого давления.
Так как лампы среднего давления имеют более высокую температуру работы, кварцевые чехлы ламп в большей степени подвержены обрастанию отложениям. Поэтому производители обычно поставляют эти установки с предустановленной системой очистки чехлов (механической или химической).
Какие лампы все-таки лучше?
И лампы низкого давления, и среднего имеют свои преимущества и технологические особенности.
Сказать, какие лучше нельзя – потому что они отличаются технологически, и выбор необходимо делать, отталкиваясь от задач, которые диктует нам тип и параметры бассейна, условия и режим его эксплуатации и т.д. Но в самом общем приближении можно сказать, что лампы среднего давления – это хороший вариант для закрытого общественного бассейна, где используется хлор.
[1] Wilczak, A. and H. Lai. 2006. Preliminary bench and pilot evaluation of UV-irradiation for nitrification control. Proceedings of the American Water Works Association Annual Conference. June 11 – 16, San Antonio, TX.
XENOZONE Инженерно-технический центр "Комплексные исследования"Специалист по развитию продуктов Добровольская КсенияПерепечатка материалов возможна с указанием первоисточника