Ultraviolet bakteriedræbende bestråling - Ultraviolet germicidal irradiation
Ultraviolet bakteriedræbende bestråling ( UVGI ) er en desinfektionsmetode , der anvender kortbølget ultraviolet ( ultraviolet C eller UV-C) lys til at dræbe eller inaktivere mikroorganismer ved at ødelægge nukleinsyrer og forstyrre deres DNA , så de ikke kan udføre vitale cellulære funktioner. UVGI bruges i en række forskellige applikationer, såsom mad, luft og vandrensning .
UV-C lys er svagt på jordens overflade, da ozonlaget i atmosfæren blokerer det. UVGI-enheder kan producere stærkt nok UV-C-lys i cirkulerende luft- eller vandsystemer til at gøre dem til ugæstfrie miljøer for mikroorganismer som bakterier , vira , skimmelsvampe og andre patogener . UVGI kan kobles med et filtreringssystem til at desinficere luft og vand.
Anvendelsen af UVGI til desinfektion har været en accepteret praksis siden midten af det 20. århundrede. Det er primært blevet brugt i medicinsk sanitet og sterile arbejdsfaciliteter. Det er i stigende grad blevet anvendt til at sterilisere drikke og spildevand, siden opbevaringsfaciliteterne er lukkede og kan cirkuleres for at sikre en højere eksponering for UV. UVGI har fundet fornyet anvendelse i luftrensere .
Historie
I 1878 udgav Arthur Downes og Thomas P. Blunt et papir, der beskriver sterilisering af bakterier udsat for lys med kort bølgelængde. UV har været et kendt mutagen på celleniveau i over 100 år. Nobelprisen for medicin i 1903 blev tildelt Niels Finsen for hans brug af UV mod lupus vulgaris , tuberkulose i huden.
Brug af UV -lys til desinfektion af drikkevand går tilbage til 1910 i Marseille, Frankrig . Prototypefabrikken blev lukket ned efter kort tid på grund af dårlig pålidelighed. I 1955 blev UV -vandrensningssystemer anvendt i Østrig og Schweiz; i 1985 blev der brugt ca. 1.500 anlæg i Europa. I 1998 blev det opdaget, at protozoer som cryptosporidium og giardia var mere sårbare over for UV -lys end tidligere antaget; dette åbnede vejen for storstilet brug af UV-vandbehandling i Nordamerika. I 2001 var over 6.000 UV -vandrensningsanlæg i drift i Europa.
Over tid er UV -omkostningerne faldet, da forskere udvikler og bruger nye UV -metoder til at desinficere vand og spildevand. I øjeblikket har flere lande udviklet regler, der gør det muligt for systemer at desinficere deres drikkevandsforsyninger med UV -lys. Den amerikanske ØPA har offentliggjort et dokument med vejledning til implementering af ultraviolet desinfektion for drikkevand, Ultraviolet Desinfection Guidance Manual for the Final Long Term 2 Enhanced Surface Water Treatment Rule .
Betjeningsmetode
UV-lys er elektromagnetisk stråling med bølgelængder kortere end synligt lys, men længere end røntgenstråler . UV er kategoriseret i flere bølgelængdeområder, hvor kortbølgelængde UV (UV-C) betragtes som "bakteriedræbende UV". Bølgelængder mellem ca. 200 nm og 300 nm absorberes stærkt af nukleinsyrer. Den absorberede energi kan resultere i defekter, herunder pyrimidin -dimerer . Disse dimerer kan forhindre replikation eller kan forhindre ekspression af nødvendige proteiner, hvilket resulterer i død eller inaktivering af organismen.
- Kviksølvbaserede lamper, der arbejder ved lavt damptryk, udsender UV-lys ved 253,7 nm-linjen.
- Ultraviolet lysemitterende diode (UV-C LED) lamper udsender UV-lys ved valgbare bølgelængder mellem 255 og 280 nm.
- Pulserede xenonlamper udsender UV-lys på tværs af hele UV-spektret med en maksimal emission nær 230 nm.
Denne proces ligner, men er stærkere end, effekten af længere bølgelængder ( UV-B ), der producerer solskoldning hos mennesker. Mikroorganismer har mindre beskyttelse mod UV og kan ikke overleve langvarig udsættelse for det.
Et UVGI -system er designet til at udsætte miljøer som vandtanke , lukkede rum og tvungne luftsystemer for bakteriedræbende UV. Eksponering kommer fra bakteriedræbende lamper, der udsender bakteriedræbende UV ved den korrekte bølgelængde og dermed bestråler miljøet. Den tvungne strøm af luft eller vand gennem dette miljø sikrer eksponering.
Effektivitet
Effektiviteten af bakteriedræbende UV afhænger af den varighed, en mikroorganisme udsættes for UV, intensiteten og bølgelængden af UV -strålingen, tilstedeværelsen af partikler, der kan beskytte mikroorganismerne mod UV, og en mikroorganismes evne til at modstå UV under eksponering.
I mange systemer opnås redundans ved at udsætte mikroorganismer for UV ved at cirkulere luften eller vandet gentagne gange. Dette sikrer flere passager, så UV er effektiv mod det største antal mikroorganismer og vil bestråle resistente mikroorganismer mere end én gang for at nedbryde dem.
"Sterilisering" er ofte forkert citeret som værende opnåelig. Selvom det teoretisk er muligt i et kontrolleret miljø, er det meget svært at bevise, og udtrykket "desinfektion" bruges generelt af virksomheder, der tilbyder denne service, for at undgå juridisk påtale. Specialiserede virksomheder annoncerer ofte en vis logreduktion , f.eks. 6-log-reduktion eller 99,9999% effektiv, i stedet for sterilisering. Dette tager i betragtning et fænomen kendt som lys og mørk reparation (henholdsvis fotoreaktivering og base excision reparation ), hvor en celle kan reparere DNA, der er blevet beskadiget af UV -lys.
Effektiviteten af denne form for desinfektion afhænger af udsynet fra mikroorganismerne fra UV-lyset. Miljøer, hvor design skaber forhindringer, der blokerer UV -lyset, er ikke så effektive. I et sådant miljø afhænger effektiviteten derefter af placeringen af UVGI -systemet, så synsfeltet er optimalt til desinfektion.
Støv og film belægger pæren lavere UV -output. Derfor kræver pærer periodisk rengøring og udskiftning for at sikre effektivitet. Levetiden for bakteriedræbende UV -pærer varierer afhængigt af design. Materialet, som pæren er lavet af, kan også absorbere nogle af de bakteriedræbende stråler.
Lampekøling under luftstrøm kan også sænke UV -output. Forøgelse af effektivitet og UV -intensitet kan opnås ved brug af refleksion. Aluminium har den højeste refleksivitet i forhold til andre metaller og anbefales ved brug af UV.
En metode til måling af UV -effektivitet i vanddesinfektionsapplikationer er at beregne UV -dosis. Den amerikanske EPA offentliggør retningslinjer for UV -dosering til applikationer til behandling af vand. UV -dosis kan ikke måles direkte, men kan udledes ud fra de kendte eller estimerede input til processen:
- Flowhastighed (kontakttid)
- Transmittans (lys når målet)
- Uklarhed (uklarhed)
- Lampens alder eller begroning eller afbrydelser (reduktion i UV -intensitet)
I applikationer til luft- og overfladedesinfektion estimeres UV -effektiviteten ved at beregne UV -dosis, som vil blive leveret til den mikrobielle population. UV -dosis beregnes som følger:
- UV -dosis (μW · s/cm 2 ) = UV -intensitet (μW/cm 2 ) × eksponeringstid (sekunder)
UV -intensiteten er angivet for hver lampe i en afstand af 1 meter. UV -intensiteten er omvendt proportional med kvadratet på afstanden, så den falder på længere afstande. Alternativt stiger den hurtigt på kortere afstande end 1 m. I ovenstående formel skal UV -intensiteten altid justeres til afstand, medmindre UV -dosis beregnes nøjagtigt 1 m (3,3 fod) fra lampen. For at sikre effektiviteten skal UV -dosis også beregnes ved lampens levetid (EOL er angivet i antal timer, når lampen forventes at nå 80% af dens oprindelige UV -output) og i den fjerneste afstand fra lampen på målområdet. Nogle splintsikre lamper er belagt med en fluoreret ethylenpolymer for at indeholde glasskår og kviksølv i tilfælde af brud; denne belægning reducerer UV -output med så meget som 20%.
For nøjagtigt at forudsige, hvilken UV -dosis der vil blive leveret til målet, multipliceres UV -intensiteten, justeret for afstand, belægning og slutning på lampens levetid, med eksponeringstiden. I statiske applikationer kan eksponeringstiden være så lang som nødvendig for at nå en effektiv UV -dosis. I tilfælde af hurtigt bevægelig luft, for eksempel i AC -luftkanaler, er eksponeringstiden kort, så UV -intensiteten skal øges ved at indføre flere UV -lamper eller endda lamper. UV -installationen skal også være placeret i en lang lige kanalsektion med lamperne vinkelret på luftstrømmen for at maksimere eksponeringstiden.
Disse beregninger forudsiger faktisk UV -fluensen, og det antages, at UV -fluensen vil være lig UV -dosis. UV -dosis er mængden af bakteriedræbende UV -energi, der absorberes af en mikrobiel population over en periode. Hvis mikroorganismerne er planktoniske (frit flydende) vil UV -fluensen være lig med UV -dosis. Men hvis mikroorganismerne er beskyttet af mekaniske partikler, såsom støv og snavs, eller har dannet biofilm, vil en meget højere UV -fluens være nødvendig for at en effektiv UV -dosis kan introduceres til den mikrobielle population.
Inaktivering af mikroorganismer
Graden af inaktivering ved ultraviolet stråling er direkte relateret til den UV -dosis, der påføres vandet. Doseringen, et produkt fra UV lysintensitet og eksponeringstid, måles normalt i mikrojoule per kvadratcentimeter, eller ækvivalent som microwatt sekunder pr kvadratcentimeter (pW · s / cm 2 ). Doseringer til en 90% drab af de fleste bakterier og vira i området mellem 2.000 og 8.000 pW · s / cm 2 . Større parasitter såsom cryptosporidium kræver en lavere dosis for inaktivering. Som følge heraf har det amerikanske miljøbeskyttelsesagentur accepteret UV -desinfektion som en metode til drikkevandsanlæg til opnåelse af kreditter til kryptosporidium, giardia eller virusinaktivering. For eksempel til en reduktion af Cryptosporidium 90%, en dosis på 2.500 pW minimum · s / cm 2 kræves baseret på US EPA UV Guidance Manual offentliggjort i 2006.
Styrker og svagheder
Fordele
UV -vandbehandlingsanordninger kan bruges til desinfektion af brøndvand og overfladevand. UV -behandling sammenligner sig positivt med andre vanddesinfektionssystemer hvad angår omkostninger, arbejdskraft og behovet for teknisk uddannet personale til drift. Vandchlorering behandler større organismer og tilbyder resterende desinfektion, men disse systemer er dyre, fordi de har brug for særlig operatøruddannelse og en stabil forsyning af et potentielt farligt materiale. Endelig er kogning af vand den mest pålidelige behandlingsmetode, men det kræver arbejde og pålægger store økonomiske omkostninger. UV -behandling er hurtig og, hvad angår primær energiforbrug, cirka 20.000 gange mere effektiv end kogning.
Ulemper
UV-desinfektion er mest effektiv til behandling af højklarhed, renset destilleret vand med omvendt osmose . Suspenderede partikler er et problem, fordi mikroorganismer begravet i partikler er afskærmet fra UV -lyset og passerer gennem enheden upåvirket. Imidlertid kan UV-systemer kobles med et forfilter for at fjerne de større organismer, der ellers ville passere UV-systemet upåvirket. Forfilteret klargør også vandet for at forbedre lystransmittans og derfor UV-dosis i hele vandsøjlen. En anden nøglefaktor ved UV -vandbehandling er strømningshastigheden - hvis strømmen er for høj, vil vand passere uden tilstrækkelig UV -eksponering. Hvis strømmen er for lav, kan der opbygges varme og beskadige UV -lampen.
En ulempe ved UVGI er, at selvom vand, der er behandlet med klorering, er modstandsdygtigt over for reinfektion (indtil klorafgassen), er UVGI-vand ikke resistent over for geninfektion. UVGI -vand skal transporteres eller leveres på en sådan måde, at der undgås infektion igen.
Sikkerhed
Til mennesker
UV -lys er farligt for de fleste levende ting. Hudeksponering for bakteriedræbende bølgelængder af UV -lys kan producere hurtig solskoldning og hudkræft . Eksponering af øjnene for denne UV -stråling kan forårsage ekstremt smertefuld betændelse i hornhinden og midlertidig eller permanent synsnedsættelse , op til og med blindhed i nogle tilfælde. Almindelige forholdsregler er:
- Advarselsmærkater advarer mennesker om farerne ved UV -lys. I hjemmet med børn og kæledyr er døre desuden nødvendige.
- Interlock -systemer. Afskærmede systemer, hvor lyset er blokeret indeni, såsom en lukket vandtank eller et lukket luftcirkulationssystem, har ofte låse, der automatisk slukker UV -lamperne, hvis systemet åbnes for adgang for mennesker. Ryd visningsporte, der blokerer UVC, er tilgængelige.
- Beskyttelsesudstyr . De fleste beskyttelsesbriller (især alle ANSI Z87.1-kompatible briller) blokerer UVC. Tøj, plast og de fleste typer glas (men ikke smeltet silica) er effektive til at blokere UVC.
En anden potentiel fare er UV -produktionen af ozon , som kan være skadelig ved indånding. Det amerikanske miljøbeskyttelsesagentur udpegede 0,05 dele pr. Million (ppm) ozon til at være et sikkert niveau. Lamper designet til at frigive UV og højere frekvenser er dopet, så ethvert UV -lys under 254 nm bølgelængder ikke frigives for at minimere ozonproduktionen. En fuldspektrumlampe frigiver alle UV-bølgelængder og producerer ozon, når UV-C rammer ilt (O 2 ) molekyler.
Den amerikanske konference for statslige Industrial Tandplejere (ACGIH) Udvalget om fysiske agenser har etableret en grænseværdi (TLV) til UV-eksponering for at undgå sådanne hud- og øjenskader blandt de mest modtagelige. Til 254 nm UV, denne TLV er 6 mJ / cm 2 over en periode på otte timer. TLV -funktionen adskiller sig ved bølgelængder på grund af variabel energi og potentiale for celleskade. Denne TLV understøttes af International Commission on Non-Ionizing Radiation Protection og bruges til at fastsætte lampesikkerhedsstandarder af Illuminating Engineering Society of North America. Da Tuberculosis Ultraviolet Shelter Study var planlagt, blev denne TLV fortolket som om øjeneksponering i rum var kontinuerlig over otte timer og ved den højeste øjenhøjdebestråling, der findes i rummet. Under disse stærkt usandsynlige betingelser, et 6,0 mJ / cm 2 er dosis nås under ACGIH TLV efter bare otte timers kontinuerlig udsættelse for en bestråling på 0,2 pW / cm 2 . Således, 0,2 pW / cm 2 var bredt fortolket som den øvre tilladte grænse for bestråling i øjenhøjde.
Ifølge FDA er en bakteriedræbende excimerlampe, der udsender 222 nm lys i stedet for det almindelige 254 nm lys, mere sikker for mamalliansk hud.
Til varer
UVC -stråling er i stand til at nedbryde kemiske bindinger. Dette fører til hurtig ældning af plast, isolering, pakninger og andre materialer. Bemærk, at plast, der sælges for at være "UV-resistent", kun testes for UVB med lavere energi, da UVC normalt ikke når jordens overflade. Når UV bruges i nærheden af plastik, gummi eller isolering, kan disse materialer være beskyttet af metalbånd eller aluminiumsfolie.
Anvendelser
Luftdesinfektion
UVGI kan bruges til at desinficere luft ved længerevarende eksponering. I 1930'erne og 40'erne viste et eksperiment i offentlige skoler i Philadelphia, at ultraviolette armaturer i det øverste rum kunne reducere overførslen af mæslinger væsentligt blandt studerende. I 2020 undersøges UVGI igen som en mulig modforanstaltning mod COVID-19-pandemien .
Desinfektion er en funktion af UV -intensitet og tid. Af denne grund er det i teorien ikke så effektivt til luft i bevægelse, eller når lampen er vinkelret på strømmen, da eksponeringstiderne reduceres dramatisk. Imidlertid har adskillige faglige og videnskabelige publikationer vist, at UVGI's samlede effektivitet faktisk stiger, når det bruges sammen med ventilatorer og HVAC-ventilation, hvilket letter cirkulation i hele rummet, der udsætter mere luft for UV-kilden. Luftrensning UVGI-systemer kan være fritstående enheder med afskærmede UV-lamper, der bruger en ventilator til at tvinge luft forbi UV-lyset. Andre systemer installeres i tvungen luftsystemer, så cirkulationen til lokalerne flytter mikroorganismer forbi lamperne. Nøglen til denne form for sterilisering er placering af UV -lamperne og et godt filtreringssystem til fjernelse af de døde mikroorganismer. For eksempel forhindrer forcerede luftsystemer ved design synsfeltet og skaber dermed områder i miljøet, der vil blive skraveret af UV-lyset. Imidlertid vil en UV -lampe placeret ved spolerne og afløbspanderne i kølesystemer forhindre mikroorganismer i at dannes på disse naturligt fugtige steder.
Vanddesinfektion
Ultraviolet desinfektion af vand er en rent fysisk, kemikaliefri proces. Selv parasitter som Cryptosporidium eller Giardia , som er ekstremt modstandsdygtige over for kemiske desinfektionsmidler, reduceres effektivt. UV kan også bruges til at fjerne chlor- og chloraminarter fra vand; denne proces kaldes fotolyse og kræver en højere dosis end normal desinfektion. De døde mikroorganismer fjernes ikke fra vandet. UV -desinfektion fjerner ikke opløste organiske stoffer, uorganiske forbindelser eller partikler i vandet. Verdens største vanddesinfektionsanlæg behandler drikkevand til byen New York. Den Catskill-Delaware Water Ultraviolet Desinfektion Facility , bestilt den 8. oktober 2013 indeholder i alt 56 energieffektive UV reaktorer behandler op til 2,2 milliarder US gallons (8.300.000 m 3 ) en dag.
Ultraviolet kan også kombineres med ozon eller hydrogenperoxid for at producere hydroxylradikaler for at nedbryde sporforureninger gennem en avanceret oxidationsproces .
Man plejede at tro, at UV-desinfektion var mere effektiv for bakterier og vira, som har mere udsat genetisk materiale, end for større patogener, der har ydre belægninger, eller som danner cystetilstande (f.eks. Giardia ), der beskytter deres DNA mod UV-lys. Imidlertid blev det for nylig opdaget, at ultraviolet stråling kan være noget effektiv til behandling af mikroorganismen Cryptosporidium . Resultaterne resulterede i brug af UV -stråling som en levedygtig metode til behandling af drikkevand. Giardia har igen vist sig at være meget modtagelig for UV-C, når testene var baseret på infektiivitet frem for excystation. Det har vist sig, at protister er i stand til at overleve høje UV-C doser, men steriliseres ved lave doser.
Udviklingslande
Et projekt fra 2006 ved University of California, Berkeley, producerede et design til billig vanddesinfektion i ressourcefratagede omgivelser. Projektet var designet til at producere et open source -design, der kunne tilpasses de lokale forhold. I et noget lignende forslag i 2014 designede australske studerende et system ved hjælp af kartoffelchips (sprød) pakkefolie til at reflektere solens UV -stråling i et glasrør, der desinficerer vand uden strøm.
Spildevandsrensning
Ultraviolet i spildevandsrensning erstatter almindeligvis klorering. Dette skyldes i høj grad bekymringer for, at reaktion af klor med organiske forbindelser i spildevandsstrømmen kan syntetisere potentielt giftige og langvarige chlorerede organiske stoffer og også på grund af miljømæssige risici ved lagring af chlorgas eller klorholdige kemikalier. Individuelle affaldsstrømme, der skal behandles med UVGI, skal testes for at sikre, at metoden vil være effektiv på grund af potentielle forstyrrelser såsom suspenderede faste stoffer , farvestoffer eller andre stoffer, der kan blokere eller absorbere UV -strålingen. Ifølge Verdenssundhedsorganisationen anslås "UV -enheder til behandling af små partier (1 til flere liter) eller lave strømninger (1 til flere liter i minuttet) vand på lokalsamfundsniveau at have omkostninger på 20 $ pr. Megaliter, inklusive omkostninger til elektricitet og forbrugsvarer og enhedens årlige kapitalomkostninger. "
Stor UV- spildevandsrensning i byerne udføres i byer som Edmonton, Alberta . Anvendelsen af ultraviolet lys er nu blevet standardpraksis i de fleste kommunale spildevandsbehandlingsprocesser. Spildevand begynder nu at blive anerkendt som en værdifuld ressource, ikke et problem, der skal dumpes. Mange spildevandsanlæg omdøbes til genvindingsanlæg, uanset om spildevandet ledes ud i en flod, bruges til vanding af afgrøder eller injiceres i en akvifer til senere genvinding. Ultraviolet lys bruges nu til at sikre, at vand er fri for skadelige organismer.
Akvarium og dam
Ultraviolette sterilisatorer bruges ofte til at hjælpe med at kontrollere uønskede mikroorganismer i akvarier og damme. UV -bestråling sikrer, at patogener ikke kan reproducere sig, hvilket reducerer sandsynligheden for et sygdomsudbrud i et akvarium.
Akvarium og damsterilisatorer er typisk små med beslag til slanger, der tillader vandet at strømme gennem sterilisatoren på vej fra et separat eksternt filter eller en vandpumpe. Inden i sterilisatoren strømmer vand så tæt som muligt på den ultraviolette lyskilde. Vandforfiltrering er kritisk, da vandturbiditet sænker UV-C-penetration. Mange af de bedre UV-sterilisatorer har lange opholdstider og begrænser rummet mellem UV-C-kilden og UV-sterilisatorens indvendige væg.
Laboratoriehygiejne
UVGI bruges ofte til at desinficere udstyr som f.eks. Beskyttelsesbriller , instrumenter, pipetter og andre enheder. Labpersonale desinficerer også glasvarer og plastvarer på denne måde. Mikrobiologiske laboratorier bruger UVGI til at desinficere overflader inde i biologiske sikkerhedskabe ("emhætter") mellem anvendelser.
Mad og drikke beskyttelse
Siden den amerikanske fødevare- og lægemiddeladministration i 2001 udstedte en regel i 2001, der krævede, at stort set alle producenter af frugt- og grøntsagssaft følger HACCP- kontroller og pålagde en reduktion på 5 log i patogener, har UVGI oplevet en vis anvendelse ved sterilisering af juice, såsom friskpresset.
Teknologi
Lamper
Germicidal UV til desinfektion genereres mest typisk af en kviksølvdamplampe . Lavtryks kviksølvdamp har en stærk emissionslinje ved 254 nm, som ligger inden for området af bølgelængder, der udviser stærk desinfektionseffekt. De optimale bølgelængder til desinfektion er tæt på 260 nm.
Kviksølvdamplamper kan kategoriseres som enten lavtrykslamper (inklusive amalgam) eller mediumtrykslamper. Lavtryks-UV-lamper tilbyder høj effektivitet (ca. 35% UV-C), men lavere effekt, typisk 1 W/cm effekttæthed (effekt pr. Lysbuenhed). Amalgam UV -lamper anvender et amalgam til at kontrollere kviksølvtrykket for at tillade drift ved en noget højere temperatur og effekttæthed. De fungerer ved højere temperaturer og har en levetid på op til 16.000 timer. Deres effektivitet er lidt lavere end traditionelle lavtrykslamper (ca. 33% UV-C output), og effekttætheden er cirka 2-3 W/cm 3 . Medium-tryk UV-lamper fungerer ved meget højere temperaturer, op til omkring 800 grader Celsius, og har et polykromatisk outputspektrum og en høj strålingsudgang, men lavere UV-C-effektivitet på 10% eller mindre. Typisk effekttæthed er 30 W / cm 3 eller derover.
Afhængigt af kvartsglasset, der bruges til lampehuset, udsender lavtryks- og amalgam-UV-stråling ved 254 nm og også ved 185 nm, hvilket har kemiske virkninger. UV -stråling ved 185 nm bruges til at generere ozon.
UV-lamperne til vandbehandling består af specialiserede lavtryks-kviksølvdampe, der producerer ultraviolet stråling ved 254 nm, eller medium-tryk UV-lamper, der producerer en polykromatisk effekt fra 200 nm til synlig og infrarød energi. UV -lampen kommer aldrig i kontakt med vandet; den er enten anbragt i en kvartsglasbøsse inde i vandkammeret eller monteret udvendigt på vandet, som strømmer gennem det transparente UV -rør. Vand, der passerer gennem strømningskammeret, udsættes for UV -stråler, som absorberes af suspenderede faste stoffer, såsom mikroorganismer og snavs, i strømmen.
Lysdioder (lysdioder)
Den seneste udvikling inden for LED-teknologi har ført til kommercielt tilgængelige UV-C LED'er. UV-C LED'er bruger halvledere til at udsende lys mellem 255 nm og 280 nm. Bølgelængdeemissionen kan indstilles ved at justere halvlederens materiale. Fra 2019 var LED'ernes elektriske til UV-C konverteringseffektivitet lavere end kviksølvlamper. Den reducerede størrelse på lysdioder åbner muligheder for små reaktorsystemer, der muliggør anvendelsesområder og integration i medicinsk udstyr. Lavt strømforbrug for halvledere introducerer UV -desinfektionssystemer, der udnyttede små solceller i fjerntliggende eller tredje verden applikationer.
UV-C LED'er holder ikke nødvendigvis længere end traditionelle bakteriedræbende lamper med hensyn til anvendte timer, i stedet for at have mere variable tekniske egenskaber og bedre tolerance for kortvarig drift. En UV-C LED kan opnå en længere installeret tid end en traditionel bakteriedræbende lampe ved periodisk brug. Ligeledes stiger LED -nedbrydning med varme, mens filament og HID -lampens outputbølgelængde er afhængig af temperaturen, så ingeniører kan designe LED'er af en bestemt størrelse og pris for at have en højere ydelse og hurtigere nedbrydning eller en lavere output og langsommere fald over tid.
Vandbehandlingssystemer
Dimensionering af et UV -system påvirkes af tre variabler: strømningshastighed, lampeeffekt og UV -transmittans i vandet. Producenter udviklede typisk sofistikerede computing fluid dynamics (CFD) modeller valideret med bioassay test. Dette indebærer test af UV -reaktorens desinfektionsydelse med enten MS2- eller T1 -bakteriofager ved forskellige strømningshastigheder, UV -transmittans og effektniveauer for at udvikle en regressionsmodel til systemstørrelse. For eksempel er dette et krav for alle drikkevandssystemer i USA i henhold til EPA UV Guidance Manual.
Strømningsprofilen fremstilles ud fra kammergeometrien, strømningshastigheden og den særlige turbulensmodel, der er valgt. Strålingsprofilen er udviklet ud fra input som vandkvalitet, lampetype (effekt, bakteriedræbende effektivitet, spektral udgang, lysbueslængde) og transmittans og dimension af kvartsbøsningen. Proprietær CFD -software simulerer både flow- og strålingsprofiler. Når først 3D -modellen af kammeret er bygget, befolker det sig med et gitter eller et net, der omfatter tusindvis af små terninger.
Interessepunkter - f.eks. Ved en bøjning, på kvartsbøsningsoverfladen eller omkring viskermekanismen - bruger et mesh med højere opløsning, mens andre områder i reaktoren bruger et groft net. Når masken først er produceret, "affyres" hundredtusinder af virtuelle partikler gennem kammeret. Hver partikel er forbundet med flere variabler af interesse, og partiklerne "høstes" efter reaktoren. Diskret fasemodellering producerer leveret dosis, hovedtab og andre kammerspecifikke parametre.
Når modelleringsfasen er fuldført, valideres udvalgte systemer ved hjælp af en professionel tredjepart til at sørge for tilsyn og til at bestemme, hvor tæt modellen er i stand til at forudsige realiteten af systemets ydeevne. Systemvalidering anvender ikke-patogene surrogater såsom MS 2-fag eller Bacillus subtilis til at bestemme reaktorernes evne til reduktion af ækvivalent dosis (RED). De fleste systemer er valideret til at levere 40 mJ / cm 2 i en kappe af flow og transmittans.
For at validere effektiviteten i drikkevandssystemer bruges metoden beskrevet i EPA UV Guidance Manual typisk af USA, mens Europa har vedtaget Tysklands DVGW 294-standard. For spildevandssystemer bruges typisk NWRI/AwwaRF Ultraviolet Desinfektionsretningslinjer for drikkevand og genbrugsprotokoller, især i applikationer til genbrug af spildevand.
Se også
Referencer