Аттестация УФ оборудования

Интенсивное промышленное использование метода УФ обеззараживания во всем мире привело к разработке протоколов аттестации УФ систем, позволяющих производить независимую оценку качества УФ оборудования и измерение основного параметра – дозы облучения.

Эффективность обеззараживания воды ультрафиолетовым облучением определяется конструкцией систем и выбором оборудования адекватно условиям эксплуатации. Критерием надежности обеззараживания является доза облучения, обеспечиваемая для всего объема обрабатываемой воды. В условиях идеальной модели доза облучения зависит только от УФ интенсивности (определяемой количеством и мощностью ламп), расхода и прозрачности воды на длине 254 нм. Однако на практике распределение интенсивности облучения в зоне обеззараживания неоднородно.

Наиболее очевидный пример - влияние межлампового расстояния на обеспечение дозы облучения. На схеме представлены поперечные разрезы УФ установок с различным межламповым расстоянием и распределение дозы облучения. Снижение дозы облучения обозначено цветом от темного, соответствующего максимальной дозе, до белого, соответствующего нулевой дозе. Чем больше расстояние между лампами, тем меньше средняя доза облучения при одинаковом количестве и мощности ламп. С уменьшением пропускания воды неравномерность распределения дозы облучения будет возрастать.

Существенное влияние на обеспечение дозы облучения оказывает распределение потоков воды. Доза облучения рассчитывается исходя из условия, что вода в зоне обеззараживания хорошо перемешивается и равномерно распределяется. На практике может иметь место значительная неравномерность скоростей потоков воды в камере обеззараживания, в этом случае часть воды получит недостаточную дозу облучения. На распределение воды влияет конструкция камеры: расположение и диаметры патрубков, наличие специальных элементов для выравнивания потоков. В процессе конструирования УФ систем должны проводиться расчеты или компьютерное моделирование распределения потоков воды в зоне обеззараживания, на основании которого определяются рабочие характеристики оборудования.

Кроме этого, доза облучения должна обеспечиваться с учетом загрязнения кварцевых чехлов и спада интенсивности излучения на конец срока службы ламп.

Все эти факторы должны быть указаны в паспорте на УФ оборудование.

Таким образом, УФ установки, имеющие одинаковое количество и мощность ламп, могут обеспечивать разную дозу облучения за счет конструктивных отличий.

Для определения фактической дозы облучения УФ систем в Европе и США используется метод биодозиметрии. Суть метода заключается в определении дозы облучения по достигаемой степени инактивации микроорганизмов.

В настоящее время существует несколько протоколов проведения аттестационных тестов биодозиметрии, разработанных Австрийским институтом стандартов (ONORM M 5873-2), Агентством по защите окружающей среды Соединенных Штатов US EPA (Draft 6/03) и Германской ассоциацией по проблемам воды и газа (DVGW). Протоколы имеют некоторые различия в обработке результатов и проведении процедуры, однако, в целом, сопоставимы. Согласно этим протоколам проверяются и другие технические характеристики оборудования: электросовместимость, безопасность используемых материалов, надежность системы контроля за дозой облучения. Используемые в оборудовании УФ датчики должны соответствовать четко описанным условиям, гарантирующим адекватное измерение УФ интенсивности на бактерицидной длине волны.

Целью биодозиметрии является проверка заявленных производителем доз облучения в условиях минимального, среднего и максимального расходов воды; снижения мощности УФ ламп и коэффициента пропускания воды. Для проведения испытаний производитель представляет свое оборудование и диапазон допустимых условий эксплуатации.

Процедура биодозиметрии проводиться в несколько этапов. На первом этапе определяется калибровочная кривая УФ чувствительности микроорганизмов, по которой потом и вычисляют фактическую дозу облучения. Калибровочную кривую получают в лаборатории на приборе модельного облучения. Зараженная тестовыми микроорганизмами вода облучается различными дозами, полученная степень инактивации откладывается по оси ординат, дозы облучения по оси абсцисс. По протоколу ONORM и DVGW в качестве тест-микроорганизма используются споры бактерий Bacillussubtilis.

На втором этапе определяются параметры проведения испытания в соответствии с данными, представленными производителем оборудования по условиям эксплуатации. Согласно протоколу Австрийского института стандартов при тестировании одной УФ системы проводятся 12 испытаний, в каждом из которых оборудование должно обеспечить заданную дозу облучения. Согласно требованиям ONORM и DVGW УФ оборудование, предназначенное для обработки питьевой воды, должно обеспечивать дозу облучения не менее 40 мДж/см².

Сами испытания проводятся в проточном режиме. В ходе испытаний на установку подается вода, зараженная тест-микроорганизмами в концентрации порядка 106–107 КОЕ/л. В пробах воды, отобранных после УФ установки, определяется количество микроорганизмов после обеззараживания и рассчитывается степень инактивации. Фактическая доза облучения определяется по калибровочной кривой. На рисунке изображена калибровочная кривая и точки, соответствующие результатам, полученным в проточном режиме, по которым была определена доза.

В 2006-2007 гг. серия оборудования НПО «ЛИТ» на амальгамных лампах успешно прошла процедуру аттестации по протоколу ONORM и получила сертификат соответствия Австрийской ассоциации по проблемам воды и газа (OVGW). Аттестация оборудования типа УДВ-А проводились Венским институтом гигиены и микробиологии на испытательном стенде в Австрии. На рисунке представлена фотография испытательного стенда с оборудованием НПО «ЛИТ».

В сертификатах ОVGW и протоколах ONORM приводится таблица значений расхода и коэффициента пропускания воды, при которых обеспечивается требуемая доза облучения, что очень важно для выбора оборудования адекватно условиям эксплуатации.

Процедура определения дозы облучения биодозиметрией может быть использована как для сточной, так и для питьевой воды. При обеззараживании сточных вод снижение дозы облучения будет заметно по превышению установленного лимита на индикаторные показатели, поскольку на обеззараживание всегда поступает вода с высоким содержанием микроорганизмов.

В практике обеззараживания питьевой воды в основном используется схема, в которой на УФ облучение подается вода, прошедшая полный цикл очистки – в ней периодически могут обнаруживаться микроорганизмы в единичных количествах. В такой ситуации определить несоответствие фактической дозы облучения заданному уровню оперативно невозможно. В то же время УФ облучение выполняет важную функцию барьера от возбудителей опасных заболеваний, устойчивых к другим методам обеззараживания (вирусы, цисты простейших), и к надежности метода предъявляются высокие требования. Поэтому аттестация УФ систем на соответствие дозы облучения является необходимой процедурой для оборудования, применяемого при обеззараживании питьевой воды в странах Европейского союза и США.