Каталог оборудования

Сравнение УФ оборудования для обеззараживания воды на основе ламп низкого давления и лампам среднего давления

Ультрафиолетовое излучение генерируется газоразрядными лампами. В основном - это ртутные или амальгамные лампы низкого давления и ртутные лампы среднего давления.

Лампы низкого давления имеют:

  • узкий спектр излучения с максимумом на длине волны 253,7 нм (см. рисунок 1);
  • низкую рабочую температуру (30 - 130 град);
  • единичную мощность - до 900 Вт.

Лампы среднего давления имеют:

  • широкий спектр излучения в диапазоне от 200 до 700 нм (см. рисунок 2);
  • высокую рабочую температуру (600 -900 град);
  • единичную мощность - до 30 кВт.

В целом при выборе и сравнении оборудования на основе ламп среднего давления (СД) и амальгамных ламп низкого давления (НД) следует принимать в расчет следующие аспекты:

  1. Лампы СД имеют компактные размеры, но при этом их КПД по преобразованию электрической энергии в бактерицидную составляет (8-12%), по сравнению с 33-40% у ламп НД. Поэтому энергопотребление установок дезинфекции воды на лампах НД в 3-4 раза ниже, чем у оборудования на лампах среднего давления для обеззараживания одного и того же объема воды.
  2. Срок службы НД в 2 и более раз больше, чем у ламп СД. Ресурс ламп НД 12 000 -16 000 часов. Ресурс ламп СД - 2000 - 8000 часов.
  3. Лампы НД имеют более низкий спад УФ излучения к концу срока службы - 10- 20 % при 50 % для ламп СД.
  4. Рабочая температура ламп СД составляет 600-900 °С, что во много раз выше, чем температура ламп НД (110-130 °С), и такое превышение является частой причиной разрушения уплотнений лампы и нагрева воды при прекращении ее потока.
  5. Лампы НД требуют низкого напряжения электропитания - 220 - 380 В, а для ламп СД необходимо высоковольтное напряжение - 3000 - 6000 В. Как следствие эксплуатация оборудования с лампами СД сопровождается более высокими требованиями к электробезопасности.
  6. В связи с высоким питающим напряжением ламп СД электрооборудование УФ установок имеет значительные габариты и сложную систему управления. Так в качестве примера можно привести установку на лампах СД производства фирмы Berson (Голландия) типа In Line 12 000. При весе камеры обеззараживания с 8-ю лампами (мощностью 4x6 кВт и 4x4 кВт) равном 375 кг, вес блока питания и блока управления составляет 500 кг.
  7.  В связи с высокой рабочей температурой ламп СД (600 - 900 град) их эксплуатация, в отличие от ламп НД, сопровождается
    •  интенсивными отложениями минеральных солей и органических веществ на поверхности кварцевых чехлов, что требует комплексных методов их очистки, в том числе сложной механо - химической;
    • быстрым старением кварцевых чехлов, сопровождаемым интенсивным спадом их пропускания.
  8. Установки на лампах СД содержат свободную ртуть (в количестве сотни миллиграмм), что увеличивает опасность экологического загрязнения окружающей среды. В современных установках с амальгамными УФ-лампами ртуть находится в химически связанном состоянии, и при разрушении ламп не происходит испарения ртути из амальгамы.
  9. Применение амальгамных ламп НД позволяет конструировать компактные УФ установки различной конфигурации и установочных размеров.
  10. Большой проблемой при эксплуатации УФ систем на лампах СД является измерение интенсивности УФ излучения. Проблема связана с наличием большого количества линий излучения лампами СД. Используемые промышленные датчики работают в более узком диапазоне длин волн (250 -260 нм). Потому датчики не реагируют на уменьшение интенсивности УФ излучения.
  11. Мультиволновое УФ излучение ламп СД вызывает разложение органических веществ, содержащихся в питьевой воде, и может привести к образованию побочных продуктов, опасных для человека*. Профильным направлением для применения УФ оборудования на лампах СД является глубокое удаление органических веществ, например, удаление из состава питьевой воды гербицидов, пестицидов, гормонов и т. д.

* - Коротковолновое УФ-излучение ниже 240 нм, входящее в спектр ламп СД может приводить к образованию вредных побочных химических соединений, например нитритов. Исследования по возможностям формирования побочных продуктов проводились во многих странах ведущими институтами мира. В ходе исследований, проведенных рядом европейских институтов (Австрия, Нидерланды и др.), выявлено, что в пробах обработанной воды УФ облучением от ламп среднего давления часто происходит формирование нитритов, а сама вода при этом обладает увеличенной концерогенностью и признаками генотоксичности [1-3]. В исследованиях выявлено, что формирование нитритов происходит при УФ-облучении с длиной волны меньше 240 нм. Подобные результаты явились причиной запрета применения УФ излучения с длиной волны менее 240 нм при обработке воды в ряде европейских стран. С целью снижения риска формирования токсичных и мутагенных веществ, в настоящее время, производители УФ-оборудования на лампах среднего давления используют специальные защитные кварцевые чехлы, не пропускающие излучение с длинной волны менее 240 нм, что влечет за собой снижение КПД.

При сравнении характеристик УФ оборудования, следует убедиться, что предложения даны на одни и те же условия:

  • Максимальный расход (должен быть указан расход воды (м3/ч) при котором обеспечивается заявленная производителем доза);
  • Доза облучения (должна быть рассчитанная с учетом спада УФ интенсивности на конец срока службы ламп); 
  • Коэффициент пропускания (при котором обеспечивается указанная производителем доза).

Основным критерием эффективности обеззараживания является УФ-доза, которую микроорганизм сможет получить в процессе облучения. Она измеряется в мДж/см2 и напрямую зависит от физико-химических свойств воды, в частности, от коэффициента УФ-пропускания на соответствующей длине волны, который показывает долю УФ-излучения, прошедшую через определенный слой воды. При использовании ртутных ламп низкого давления, которые излучают одну линию 254 нм в бактерицидном диапазоне (см. рисунок 3), достаточно легко определить пропускание воды и другие факторы, влияющие на обеспечение необходимой дозы, которые приведены в руководствах по применению УФ-излучения для обеззараживания. В случае использования УФ-источника с широким спектром излучения, например, ртутные лампы среднего давления, величина дозы определяется суммированием по всем длинам волн с учетом бактерицидной чувствительности микроорганизмов в диапазоне от 205 до 315 нм (см. рисунок 4). Однако следует учитывать, что поглощение водой УФ-излучения резко возрастает для длин волн менее 230 нм. Поэтому для ламп СД, у которых достаточно большая доля излучения находится в спектральном диапазоне менее 230 нм, эффективность использования исходного бактерицидного потока существенно ниже, чем для ламп НД, и также будет снижаться по мере ухудшения прозрачности воды.

Также при выборе УФ оборудования необходимо обращать внимание на функциональное наполнение установки, качество ее составных элементов, надежность и удобство дальнейшей эксплуатации, стоимость расходных материалов (ламп) и запасных частей.

Список литературы

  1. Haider Th., Sommer R., Knasmller S., etc. Evaluation of genotoxic and mutagenic effects in drinking water samples treated with medium pressure and low pressure UVlamps. CDROM Proceedings 2nd International Congress on Ultraviolet Technologie. -Vienna, Austria (July 9-11,2003), International Ultraviolet Association, PO Box 1110, Ayr, ON, Canada N0B 1E0.
  2. Ijpelaar G., Der Veer B., Medema G., Kruithof J. C. By-product formation during UV-disinfection of a pre-treated surface water: CDROM Proceedings 2nd International Congress in Ultraviolet Technologies. - Vienna, Austria (July 9-11, 2003), International Ultraviolet Assocition, PO Box 1110, Ayr, ON, Canada N0B 1E0.
  3. Zoeteman B. C. J., Hrubec J., de Greef E., Kool H. J. Mutagenic activity associated with byproducts of drinking water disinfection by chlorine, chlorine dioxide, ozone, and UV irradiation // Environmental Health Perspectives. 1982. V. 46.

 

Наверх