УФ лампа – це нехімічний спосіб дезінфекції води в побутових умовах, який є ефективним проти всіх класів патогенів і потребує лише кілька секунд контактного часу. Вона використовує короткохвильове УФ опромінення у діапазоні 200 – 300 нм, яке генерується ртутними лампами або УФ світлодіодами.

УФ дезінфекція – це фізичний процес, який інактивує мікроорганізми шляхом руйнування їх нуклеїнових кислот та протеїнів, які поглинають світло в діапазоні 200 – 300 нм. Деякі бактерії можуть ремонтувати пошкодження своїх ДНК, особливо під дією довжини хвиль, присутніх на сонячному світлі та коли доза опромінення є недостатньою. У випадку очищення питної води в побутових умовах за допомогою УФ опромінення зазвичай використовуються ртутні лампи низького тиску, які випромінюють один пік УФ опромінення за 254 нм. УФ світлодіодні лампи швидко здобувають популярність і можуть бути спроєктовані для різних вихідних результатів опромінення, хоча зазвичай використовуються у діапазоні від 255 до 285 нм.

Проєктні міркування

Вода тече через лампи з одного боку УФ системи до іншого та дезінфікується за секунди. Час гідравлічного утримання є ключовим фактором у проєкті системи задля забезпечення того, що час дії УФ опромінення, разом із вихідною інтенсивністю лампи забезпечує належну дозу УФ для інактивації всіх класів патогенних мікроорганізмів. Проте якість води впливає на УФ проникність та ефективність УФ опромінення. Наприклад, висока каламутність чи зважені частки можуть зменшувати ефективність дезінфекції, закриваючи собою патогенні цілі. Неорганічні елементи, такі як залізо чи марганець також можуть забруднювати лампу і зменшувати передачу світла. В ідеалі каламутність має бути на рівні до 5 нефелометричних одиниць каламутності, а проникність – понад 70% при 254 нм над 1 см ходу променя. Може знадобитися попереднє очищення, коли параметри якості не відповідають граничному значенню.

Типова УФ система включає одну УФ лампу у кварцовому скляному тубусі, поміщену у закриту систему із нержавіючої сталі, тефлону, що відбиває УФ промені, або пластику. УФ лампи також можна розміщувати над поверхнею води. Невеликі пристрої цільового використання, які працюють від батарейок, так звані УФ ‘ручки’ можуть безпосередньо очищувати воду у пляшках із поліетилентерефталату. Коли використовуються УФ світлодіодні лампи, зазвичай ряд світлодіодів поміщується у світловідбивну камеру за кварцовою плитою, і вода тече через камеру у ході того, як вона опромінюється.

Матеріали

Пристрої для очищення води на основі УФ ламп або УФ світлодіодних ламп є зазвичай готовими для використання системами. Вони можуть вбудовуватися у трубопровідну систему водопостачання і зазвичай є повністю автоматизованими. УФ ‘ручки’ є невеликими за розміром і зазвичай мають захисне покриття, яке потрібно знімати до початку використання, а також індикатор для позначення строку експлуатації батарейок та лампи. УФ лампи потребують постійного джерела енергії від традиційного електропостачання, сонячної енергії або механічних засобів. В ідеалі потрібно здійснювати моніторинг за статусом інтенсивності та очікуваним строком експлуатації, що лишився, використовуючи сенсор УФ та індикатор лампи вкл/викл. Для УФ ‘ручок’ потрібні батарейки, які можна заряджати. У багатьох країнах УФ системи часто не доступні локально.

Придатність

УФ дезінфекція можлива лише тоді, коли є надійне джерело енергії на рівні домогосподарства, чого найімовірніше може не бути на гострому етапі надзвичайної ситуації. Тому системи більше підходять для етапів стабілізації та відновлення. УФ ‘ручки’ можуть бути корисними на етапі гострого реагування, коли є можливість заряджати батарейки кожні 5 – 10 днів. Можуть використовуватися побутові системи або системи невеликого масштабу для великих домогосподарств і кіосків по продажу води. Зазвичай експлуатація є простою і може бути повністю автоматизованою. Користувачів потрібно навчити обслуговувати системи, або місцеві надавачі послуг мають надавати послуги з обслуговування. УФ опромінення не усуває фізичні чи хімічні забрудники.

Експлуатація та обслуговування

У випадку невеликих побутових систем повсякденна експлуатація включає вмикання і вимикання лампи, коли потрібно очистити воду. Повністю автоматизовані вбудовані системи вмикаються і вимикаються автоматично, коли виявляють потік води. Якщо є сенсор інтенсивності, можна відслідковувати інтенсивність працюючої лампи до рівня, коли вона падає нижче визначеного показника для підтвердженої ефективності (~70% чи менше від початкового проєктного показника). Регулярне обслуговування системи має включати промивання контейнеру (реактора) від будь-якого бруду, який може там накопичуватися і протирання УФ трубки чи кварцової трубки шматком м’якої тканини для уникнення подряпин. Зазвичай після 8 000 годин експлуатації УФ ртутна лампа досягне кінця свого строку експлуатації, і її потрібно буде замінити задля забезпечення належної дезінфекції. Строк експлуатації світлодіодних ламп варіюється залежно від специфікацій світлодіодів та виробника. У випадку всіх видів ламп потрібно оглядати і чистити внутрішню поверхню реактора як мінімум раз на рік.

Здоров’я та безпека

Типове УФ очищення забезпечує як мінімум 3-log інактивацію бактерій і найпростіших організмів, включаючи криптоспоридії та лямблії в низьких дозах (1 – 10 мДж на см²). УФ дезінфекція не захищає від мікробіологічного повторного забруднення і росту після очищення, тому очищену воду потрібно зберігати у безпеці. Потрібно використовувати лише підтверджені УФ системи, які забезпечують спроєктовану дозу при звичайній швидкості потоку та показниках УФ проникності. Потрібно уникати прямої дії УФ опромінення, оскільки воно може спричиняти опіки шкіри та пошкоджувати очі. У разі поломки ртутної лампи може вивільнятися токсична ртуть, потенційно спричиняючи ризики для здоров’я та завдаючи шкоди навколишньому середовищу.

Витрати

Наразі вартість побутової УФ системи коливається від 55 до 220 доларів США, але може бути і вищою. У процесі того, як на ринку з’являються світлодіодні системи, очікується, що ціни суттєво знизяться. Проте УФ системи часто не доступні локально, і потрібно враховувати витрати на транспортування та імпорт. Тим не менш через невелику логістичну присутність витрати на транспортування є порівняно низькими.

Соціальні та екологічні аспекти

Системи добре приймаються населенням як сучасні та зручні. Наявність енергопостачання є обов’язковою для УФ очищення, проте електроенергія, отримана з використанням викопного палива, збільшує рівень викидів парникових газів. Вивільнення ртуті із УФ ламп завдає шкоди навколишньому середовищу і становить ризик для здоров’я людей. УФ лампи з ртуттю потрібно утилізувати належним чином як токсичні відходи, що може бути неможливим у деяких місцях. Перевагу слід віддавати нертутним лампам (наприклад, світлодіодним), коли належне управління токсичними відходами є неможливим.