Проблема загрязнения кварцевых чехлов УФ ламп

Содержание

• Ультрафиолетовая лампа и ее элементы
• Причины и последствия загрязнения кварцевых чехлов
• Факторы, влияющие на скорость обрастания кварцевых чехлов
• Как быстро могут обрастать кварцевые чехлы

---

Ультрафиолетовое (УФ) обеззараживание воды - один из наиболее эффективных и экологически безопасных методов борьбы с патогенными микроорганизмами. Во всем мире ультрафиолетовые установки широко применяются для обеззараживания питьевых, сточных и технических вод.

Ультрафиолетовая лампа и ее элементы

Ультрафиолетовые лампы представляют собой ртутные газоразрядные лампы низкого или среднего давления, конструкция которых включает в себя следующие элементы:

Колба является основным источником УФ-излучения. Изготавливается из увиолевого (обладающего повышенным пропусканием ультрафиолетового излучения с длинами волн короче 400 нм) или кварцевого стекла, что обеспечивает прозрачность для УФ-диапазона 254 нм, наиболее эффективного для уничтожения микроорганизмов. Внутри колбы содержится небольшое количество паров ртути или ее амальгама (сплав ртути с другими металлами), необходимые для генерации УФ-излучения.

Электроды – вольфрамовые нити на концах лампы. Создают разряд, возбуждающий пары ртути для генерации УФ-излучения.

Цоколь: Предназначен для подключения к сети и пускателю лампы (ЭПРА).

Кварцевый чехол — это трубка, в которую помещается УФ-лампа. Кварцевый чехол выполняет важные функции:

• Защищает лампу от контакта с водой, предотвращая коррозию и короткое замыкание;
• Поддерживает оптимальную температуру лампы;
• Предотвращает загрязнение лампы отложениями.

В отличие от обычного стекла, кварц не содержит примесей, задерживающих УФ-лучи, он пропускает 85–90% УФ-излучения. Почему это важно? Эффективность УФ-обработки напрямую зависит от того, насколько эффективно УФ-лучи проникают в обрабатываемую воду. На это, в свою очередь, влияет пропускание собственно воды (это определяется ее качеством - мутностью, цветностью, наличие примесей и т.д.), а также прозрачность кварцевых чехлов. И если исходная прозрачность кварцевого чехла высока и способна беспрепятственно пропускать бактерицидный ультрафиолет, то в процессе эксплуатации может возникать проблема загрязнения и обрастания кварцевых чехлов примесями, содержащимися в обрабатываемой воде.

Причины и последствия загрязнения кварцевых чехлов

В процессе эксплуатации на поверхности кварцевого чехла неизбежно образуется налет в виде выделяющихся из воды минеральных и органических отложений (накипь, биопленки).

Это приводит к тому, что снижается излучение, уменьшая бактерицидное пропускание УФ-излучения. Слой отложений толщиной 0.5 мм может снизить УФ-пропускание на 30-40%. В конечном итоге, загрязнение чехлов снижает эффективность всей системы обеззараживания. Именно поэтому загрязненные чехлы требуют регулярной очистки. На практике используются различные методы с разной степенью автоматизации процесса, от ручной очистки до автоматизированных систем, которые определяют необходимость очистки по сигналу специального датчика – о них поговорим отдельно.

Факторы, влияющие на скорость обрастания кварцевых чехлов

Скорость образования отложений на кварцевых чехлах УФ-ламп зависит от различных факторов, которые можно условно разделить на три группы:

1.    Химический состав воды

• Повышенное содержание ионов Ca²⁺ и Mg²⁺ (переменная жесткость) ускоряют образование минеральных отложений;
• Повышенные концентрации железа Fe²⁺/Fe³⁺ (более 0,3 мг/л) могут приводить к оседанию окисленного железа на поверхности чехлов;
• Наличие взвешенных веществ в обрабатываемой также ускоряет процесс обрастания;
• Кремний, при наличии его в исходной воде, способен образовывать трудноудаляемые силикатные отложения;
• Органические примеси могут образовывать биопленки, создавая основу для дальнейших отложений.

По этой причине, методическими рекомендациями по применению УФ-обеззараживания установлены минимальные требования к качеству исходной воды в зависимости от целей обеззараживания и типа источника водоснабжения, которые обеспечивают эффективность процесса, а также его экономическую обоснованность.

2. Физические параметры воды

• Температура >40°C ускоряет кристаллизацию минеральных примесей – и это актуально не только для обработки теплой воды (например, в термальных бассейнах или горячих джакузи), но и для установок с лампами среднего давления, которые имеют значительно более высокую температуру работы.

3. Конструктивные и эксплуатационные факторы

• Скорость потока - низкая скорость способствует осаждению примесей.
• Турбулентный поток препятствует осаждению примесей, ламинарный поток – наоборот, способствует осаждению. В УФ-установках обычно применяются решетки/распределители потока – делается это для равномерного распределения и обработки всего объема воды в камере обеззараживания, но также влияет и на осаждение примесей.
• Качество чехла - шероховатая поверхность ускоряет обрастание, а кроме того, может привести к возникновению неудаляемых загрязнений. Причины возникновения шероховатостей обычно в механическом воздействии на чехол – при очистке жесткими абразивными средствами (это категорически не рекомендуется).
• Режим работы – постоянная работа установки замедляет процесс обрастания.
• Наличие предварительной водоподготовки: очевидно, что фильтрация, умягчение и обезжелезивание (особенно при наличии проблемных показателей в воде) замедляют обрастание.

Как быстро могут обрастать кварцевые чехлы

На практике скорость образования отложений на кварцевых чехлах УФ-ламп предсказать довольно сложно, потому что, как мы видим, на процесс влияют разные факторы, и в реальности чаще всего имеет место не один фактор, а их сочетание. И фактическая скорость обрастания (а также периодичность очистки кварцевых чехлов) будет отличаться в зависимости от конкретных условий эксплуатации, состава воды и режима работы УФ-установки.

Если попробовать оценить скорость обрастания относительно, то примерные оценки будут такими:

В следующих материалах мы расскажем подробнее о том, какие решения и методы используются производителями и эксплуатантами УФ-оборудования для удаления образовавшихся налетов, а также для предотвращения обрастания кварцевых чехлов. 

К содержанию

Ксения Добровольская

Специалист по развитию продуктов

XENOZONE Инженерно-технический центр "Комплексные исследования"

Перепечатка материалов возможна с указанием первоисточника