W zastosowaniach do dezynfekcji powietrza i powierzchni skuteczność UV szacuje się poprzez obliczenie dawki UV, która zostanie dostarczona do populacji drobnoustrojów. Dawkę UV oblicza się w następujący sposób:

Dawka UV μWs / cm 2 = intensywność UV μW / cm 2 × czas ekspozycji (sekundy)

Bezpośrednia lampa UV-C

Intensywność UV jest określona dla każdej lampy w odległości 1 metra. Intensywność UV jest odwrotnie proporcjonalna do kwadratu odległości, więc zmniejsza się przy większych odległościach. Alternatywnie, szybko rośnie w odległości mniejszej niż 1 m. W powyższym wzorze intensywność promieniowania UV należy zawsze dostosowywać do odległości, chyba że dawka UV jest obliczana dokładnie w odległości 1 m (3,3 stopy) od lampy. Ponadto, aby zapewnić skuteczność, dawkę UV należy obliczyć pod koniec okresu trwałości lampy (EOL określa się w liczbie godzin, w których lampa osiąga 80% swojej początkowej mocy UV) oraz w największej odległości od włączonej lampy obrzeże obszaru docelowego. Niektóre nietłukącelampy są powlekane fluorowanym polimerem etylenowym, który zawiera odłamki szkła i rtęć w przypadku stłuczenia; ta powłoka zmniejsza moc promieniowania UV nawet o 20%.

Bezpośrednia lampa UV-C

Aby dokładnie przewidzieć, jaka dawka UV zostanie dostarczona do celu, intensywność UV, skorygowana o odległość, powłokę i koniec żywotności lampy, zostanie pomnożona przez czas ekspozycji. W zastosowaniach statycznych czas ekspozycji może być tak długi, jak to konieczne do osiągnięcia skutecznej dawki UV. W przypadku szybko poruszającego się powietrza, na przykład w kanałach powietrznych prądu przemiennego, czas ekspozycji jest krótki, dlatego intensywność promieniowania UV należy zwiększyć poprzez wprowadzenie wielu lamp UV, a nawet rzędów lamp. Ponadto instalacja UV musi znajdować się w długim prostym odcinku kanału z lampami prostopadłymi do przepływu powietrza, aby zmaksymalizować czas ekspozycji.

Bezpośrednia lampa UV-C

Obliczenia te faktycznie przewidują fluencję UV i zakłada się, że fluencja UV będzie równa dawce UV. Dawka UV to ilość bakteriobójczej energii UV pochłoniętej przez populację drobnoustrojów przez pewien okres czasu. Jeśli mikroorganizmy są planktoniczne (swobodnie unoszące się), promieniowanie UV będzie równe dawce UV. Jeśli jednak mikroorganizmy są chronione przez cząsteczki mechaniczne, takie jak kurz i brud, lub utworzyły biofilm, konieczne będzie znacznie wyższe fluoryzowanie UV, aby wprowadzić skuteczną dawkę UV do populacji drobnoustrojów.

Inaktywacja mikroorganizmów

Stopień inaktywacji promieniowaniem ultrafioletowym jest bezpośrednio związany z dawką UV zastosowaną do wody. Dawka, produkt natężenie i czas naświetlania UV mierzy się zwykle w mJ na centymetr kwadratowy lub równoważnie w sekundach mikrowat na centymetr kwadratowy (· uW / cm 2 ). Dawki dla zabicia 90% większości bakterii i wirusów, w zakresie od 2,000 do 8,000 · uW / cm 2 . Większe pasożyty, takie jak cryptosporidium, wymagają mniejszej dawki do inaktywacji. W rezultacie Amerykańska Agencja Ochrony Środowiska zaakceptowała dezynfekcję UV jako metodę dla roślin wody pitnej w celu uzyskania kredytów na kryptosporydy, giardię lub inaktywację wirusów. Na przykład, w celu zmniejszenia o 90% Cryptosporidium, minimalna dawka 2500 μW · s / cm 2jest wymagane na podstawie amerykańskiego poradnika EPA dotyczącego promieniowania UV opublikowanego w 2006 r.

Środek dezynfekujący

Urządzenia do uzdatniania wody UV mogą być stosowane do dezynfekcji wód studniowych i powierzchniowych. Obróbka UV wypada korzystnie w porównaniu z innymi systemami dezynfekcji wody pod względem kosztów, robocizny i zapotrzebowania na przeszkolony personel techniczny. Chlorowanie wody leczy większe organizmy i oferuje resztkową dezynfekcję, ale systemy te są drogie, ponieważ wymagają specjalnego przeszkolenia operatora i stałej dostawy potencjalnie niebezpiecznego materiału. Wreszcie gotowanie wody jest najbardziej niezawodną metodą uzdatniania, ale wymaga pracy i wiąże się z wysokimi kosztami ekonomicznymi. Obróbka UV jest szybka, a pod względem zużycia energii pierwotnej około 20 000 razy bardziej wydajna niż gotowanie.

Wady – Bezpośrednia lampa UV-C

Dezynfekcja UV jest najbardziej skuteczna w leczeniu oczyszczonej wody destylowanej o odwróconej osmozie . Zawieszone cząstki stanowią problem, ponieważ mikroorganizmy zakopane w cząsteczkach są chronione przed światłem UV i przechodzą przez urządzenie bez zmian. Jednak systemy UV można połączyć z filtrem wstępnym, aby usunąć te większe organizmy, które w przeciwnym razie przeszłyby przez system UV bez zmian. Filtr wstępny oczyszcza również wodę, aby poprawić przepuszczalność światła, a tym samym dawkę UV w całym słupie wody. Kolejnym kluczowym czynnikiem uzdatniania wody UV jest szybkość przepływu – jeśli przepływ jest zbyt wysoki, woda przepłynie bez wystarczającej ekspozycji na promieniowanie UV. Jeśli przepływ jest zbyt niski, ciepło może się gromadzić i uszkodzić lampę UV. Wadą Bezpośrednia lampa UV-C jest to, że podczas gdy woda uzdatniana przez chlorowanie jest odporna na ponowną infekcję (aż do uwolnienia się chloru), woda Bezpośrednia lampa UV-C nie jest odporna na ponowną infekcję.

Bezpośrednia lampa UV-C

W systemach Bezpośrednia lampa UV-C lampy są ekranowane lub znajdują się w środowiskach ograniczających ekspozycję, takich jak zamknięty zbiornik na wodę lub zamknięty system cyrkulacji powietrza, często z blokadami, które automatycznie wyłączają lampy UV, jeśli system jest otwarty dla ludzi. Dla ludzi ekspozycja skóry na bakteriobójcze fale świetlne UV może powodować szybkie oparzenia słoneczne i raka skóry . Narażenie oczu na to promieniowanie UV może powodować wyjątkowo bolesne zapalenie rogówki oraz przejściowe lub trwałe upośledzenie wzroku, w niektórych przypadkach włącznie ze ślepotą . Promieniowanie UV może uszkodzić siatkówkę oka. Lampy zaprojektowane do uwalniania UV-C i wyższych częstotliwości są domieszkowane, dzięki czemu żadne światło UV o długości fali poniżej 254 nm nie zostanie uwolnione, aby zminimalizować wytwarzanie ozonu. Lampa o pełnym spektrum emituje wszystkie długości fal UV i wytwarza ozon, gdy UV-C uderza w cząsteczki tlenu (O 2 ).

Bezpośrednia lampa UV-C

Promieniowanie UV-C może rozkładać wiązania chemiczne. Prowadzi to do szybkiego starzenia tworzyw sztucznych, izolacji, uszczelek i innych materiałów. Należy pamiętać, że tworzywa sztuczne sprzedawane jako „odporne na promieniowanie UV” są testowane tylko pod kątem UVB, ponieważ UV-C zwykle nie dociera do powierzchni Ziemi. Kiedy UV jest używany w pobliżu plastiku, gumy lub izolacji, należy zachować ostrożność, aby osłonić te elementy; wystarczy taśma metalowa lub folia aluminiowa.

ACGIH

Amerykańska Konferencja Rządowych Higienistów Przemysłowych (ACGIH) Komisja czynnikami fizycznymi ustalił dopuszczalną wartość progowa (TLV) dla ekspozycji UV-C, aby uniknąć takich uszkodzeń skóry i oczu wśród osób najbardziej podatnych. UV dla 254 nm, to TLV 6 mJ / cm 2w ciągu ośmiu godzin. Funkcja TLV różni się w zależności od długości fali ze względu na zmienną energię i potencjał uszkodzenia komórki. Kiedy zaplanowano badanie nad schronieniem przed gruźlicą przed promieniowaniem ultrafioletowym, tę TLV interpretowano tak, jakby ekspozycja oka w pokojach była ciągła przez osiem godzin i przy najwyższym natężeniu napromienienia na poziomie oczu w pomieszczeniu. W tych warunkach jest bardzo mało prawdopodobne, 6,0 mJ / cm 2 osiągnięcia dawki pod ACGIH TLV już po ośmiu godzinach ciągłej ekspozycji na natężeniu 0,2 uW / cm 2 . Tak więc, 0,2 uW / cm 2był szeroko interpretowany jako górna dopuszczalna granica natężenia napromienienia na wysokości oczu.

Dezynfekcja powietrza

Bezpośrednia lampa UV-C można stosować do dezynfekcji powietrza przy długotrwałym narażeniu. W 2020 r. Bezpośrednia lampa UV-C jest ponownie badane jako możliwe przeciwdziałanie pandemii COVID-19. Dezynfekcja jest funkcją intensywności i czasu UV. Z tego powodu nie jest tak skuteczny w ruchu powietrza lub gdy lampa jest prostopadła do przepływu, ponieważ czasy ekspozycji są znacznie skrócone. Systemy oczyszczania powietrza Bezpośrednia lampa UV-C mogą być jednostkami wolnostojącymi z osłoniętymi lampami UV, które wykorzystują wentylator, aby przepchnąć powietrze przez światło UV. Inne systemy są instalowane w systemach z wymuszonym obiegiem powietrza, dzięki czemu cyrkulacja pomieszczeń przesuwa mikroorganizmy obok lamp. Kluczem do tej formy sterylizacji jest umieszczenie lamp UV i dobry system filtracji do usuwania martwych mikroorganizmów.

Dezynfekcja wody

Dezynfekcja wody w ultrafiolecie jest procesem czysto fizycznym i wolnym od chemikaliów. Nawet pasożyty, takie jak cryptosporidia lub giardia , które są wyjątkowo odporne na chemiczne środki dezynfekujące, są skutecznie redukowane. Promieniowanie UV można również stosować do usuwania chloru i chloramin z wody; proces ten nazywa się fotolizą i wymaga większej dawki niż zwykła dezynfekcja. Sterylizowane mikroorganizmy nie są usuwane z wody. Dezynfekcja UV nie usuwa rozpuszczonych substancji organicznych, związków nieorganicznych ani cząstek w wodzie. [20] Największa na świecie instalacja do dezynfekcji wody uzdatnia wodę pitną w Nowym Jorku. Urządzenie do dezynfekcji ultrafioletem Catskill-Delaware, oddany do użytku w dniu 8 października 2013 r., obejmuje łącznie 56 energooszczędnych reaktorów UV przetwarzających do 2,2 miliarda galonów amerykańskich (8300 000 m 3 ) dziennie.

Kraje rozwijające się

W 2006 roku na Uniwersytecie Kalifornijskim w Berkeley opracowano projekt niedrogiej dezynfekcji wody w miejscach pozbawionych zasobów. [23] Projekt został opracowany w celu opracowania projektu typu open source, który można dostosować do lokalnych warunków. W nieco podobnej propozycji w 2014 r. Australijscy studenci zaprojektowali system wykorzystujący folię z chipsów ziemniaczanych (chrupiącą) do odbijania promieniowania słonecznego UV w szklanej rurce, która powinna dezynfekować wodę bez zasilania.

Oczyszczanie ścieków

Promieniowanie ultrafioletowe w oczyszczalni ścieków jest powszechnie zastępując chlorowania. Jest to w dużej mierze spowodowane obawami, że reakcja chloru ze związkami organicznymi w strumieniu ścieków mogłaby zsyntetyzować potencjalnie toksyczne i długotrwałe chlorowane związki organiczne, a także ze względu na ryzyko środowiskowe związane z magazynowaniem chloru gazowego lub chemikaliów zawierających chlor. Poszczególne strumienie odpadów, które mają być poddane obróbce za pomocą Bezpośrednia lampa UV-C, muszą zostać przetestowane, aby upewnić się, że metoda będzie skuteczna ze względu na potencjalne zakłócenia, takie jak zawieszone ciała stałe , barwniki lub inne substancje, które mogą blokować lub absorbować promieniowanie UV.

Bezpośrednia lampa UV-C

Wielkoskalowe oczyszczanie ścieków komunalnych UV odbywa się w miastach takich jak Edmonton, Alberta . Zastosowanie światła ultrafioletowego stało się obecnie standardową praktyką w większości procesów oczyszczania ścieków komunalnych. Ścieki zaczynają być teraz uznawane za cenny zasób, a nie problem, który należy zrzucić. Wiele obiektów oczyszczania ścieków przemianowano na urządzenia do odzyskiwania wody, bez względu na to, czy ścieki są odprowadzane do rzeki, wykorzystywane do nawadniania upraw, czy wstrzykiwane do warstwy wodonośnej w celu późniejszego odzyskania. Obecnie stosuje się światło ultrafioletowe, aby woda była wolna od szkodliwych organizmów.

Akwarium i staw

Sterylizatory ultrafioletowe są często stosowane w celu kontroli niepożądanych mikroorganizmów w akwariach i stawach. Napromieniowanie UV zapewnia, że patogeny nie mogą się rozmnażać, zmniejszając w ten sposób prawdopodobieństwo wybuchu choroby w akwarium. Sterylizatory akwariowe i oczkowe są zwykle małe, z łącznikami do rur, które umożliwiają przepływ wody przez sterylizator po drodze z oddzielnego zewnętrznego filtra lub pompy wodnej. W sterylizatorze woda przepływa jak najbliżej źródła światła ultrafioletowego. Filtracja wstępna wody ma kluczowe znaczenie, ponieważ mętność wody obniża penetrację UV-C. Wiele lepszych sterylizatorów UV ma długi czas przebywania i ogranicza przestrzeń między źródłem UV-C a ścianą wewnętrzną urządzenia sterylizującego UV.

Higiena laboratoryjna

Bezpośrednia lampa UV-C jest często używany do dezynfekcji sprzętu, takiego jak okulary ochronne , instrumenty, pipety i inne urządzenia. Personel laboratorium również dezynfekuje w ten sposób wyroby szklane i plastikowe. Laboratoria mikrobiologiczne wykorzystują Bezpośrednia lampa UV-C do dezynfekcji powierzchni wewnątrz biologicznych szaf bezpieczeństwa („okapów”) między zastosowaniami.

Lampa bakteriobójcza

Bakteriobójcze promieniowanie UV do dezynfekcji najczęściej generowane jest przez lampę rtęciową . Niskociśnieniowe pary rtęci mają silną linię emisji przy 254 nm, która mieści się w zakresie długości fal wykazujących silny efekt dezynfekcji. Optymalne długości fali do dezynfekcji są bliskie 270 nm. Lampy rtęciowe można sklasyfikować jako lampy niskoprężne (w tym amalgamat) lub lampy średnioprężne. Niskociśnieniowe lampy UV oferują wysoką wydajność (około 35% UV-C), ale niższą moc, zwykle gęstość mocy 1 W / cm (moc na jednostkę długości łuku). Amalgamatowe lampy UV wykorzystują amalgamat do kontrolowania ciśnienia rtęci w celu umożliwienia pracy w nieco wyższej temperaturze i gęstości mocy. Działają w wyższych temperaturach i mają żywotność do 16 000 godzin. Ich wydajność jest nieco niższa niż w przypadku tradycyjnych lamp niskociśnieniowych (około 33% mocy UV-C), a gęstość mocy wynosi około 2–3 W / cm.

Bezpośrednia lampa UV-C

Lampy UV do uzdatniania wody składają się ze specjalistycznych niskoprężnych lamp rtęciowych, które wytwarzają promieniowanie ultrafioletowe przy 254 nm, lub średnioprężnych lamp UV, które wytwarzają polichromatyczną moc wyjściową od 200 nm do energii widzialnej i podczerwieni. Lampa UV nigdy nie styka się z wodą; jest albo umieszczony w tulei ze szkła kwarcowego wewnątrz komory wodnej, albo przymocowany zewnętrznie do wody, która przepływa przez przezroczystą rurkę UV. Woda przepływająca przez komorę przepływową jest narażona na działanie promieni UV, które są absorbowane przez zawieszone ciała stałe, takie jak mikroorganizmy i brud, w strumieniu.

Diody elektroluminescencyjne (LED)
Kompaktowe i wszechstronne opcje z diodami UV-C

Ostatnie osiągnięcia w technologii LED doprowadziły do komercyjnie dostępnych diod UV-C LED. Diody UV-C wykorzystują półprzewodniki do emitowania światła między 255 nm a 280 nm. [9] Emisja długości fali jest dostrajana poprzez dostosowanie materiału półprzewodnika. Od 2019 r. Wydajność konwersji diod LED na energię elektryczną w UV-C była niższa niż w przypadku lamp rtęciowych. Zmniejszony rozmiar diod LED otwiera opcje dla małych systemów reaktorów, umożliwiając zastosowanie w punktach zastosowania i integrację z urządzeniami medycznymi. [28] Niskie zużycie energii półprzewodników wprowadza systemy dezynfekcji UV, które wykorzystywały małe ogniwa słoneczne w aplikacjach odległych lub w krajach trzeciego świata.

Bezpośrednia lampa UV-C LED

Diody UV-C niekoniecznie muszą trwać dłużej niż tradycyjne lampy bakteriobójcze pod względem wykorzystanych godzin, zamiast tego mają bardziej zmienne właściwości techniczne i lepszą tolerancję na krótkotrwałe działanie. UV-C LED może osiągnąć dłuższy czas instalacji niż tradycyjna lampa bakteriobójcza w trybie przerywanym. Podobnie degradacja LED wzrasta wraz z ciepłem, podczas gdy długość fali wyjściowej żarnika i lampy HID zależy od temperatury, więc inżynierowie mogą projektować diody LED o określonym rozmiarze i koszcie, aby uzyskać wyższą moc wyjściową i szybszą degradację lub niższą moc wyjściową i wolniejszy spadek w czasie.

Systemy uzdatniania wody

Na wielkość systemu UV mają wpływ trzy zmienne: natężenie przepływu, moc lampy i transmitancja UV w wodzie. Producenci zazwyczaj opracowywali zaawansowane modele obliczeniowej dynamiki płynów (CFD), zwalidowane za pomocą testów biologicznych . Obejmuje to testowanie skuteczności dezynfekcji reaktora UV bakteriofagami MS2 lub T1 przy różnych prędkościach przepływu, transmitancji UV i poziomach mocy w celu opracowania modelu regresji do doboru systemu. Jest to na przykład wymóg dla wszystkich systemów wody pitnej w Stanach Zjednoczonych zgodnie z instrukcją EPA UV.

Bezpośrednia lampa UV-C

Po zakończeniu fazy modelowania wybrane systemy są zatwierdzane przy użyciu profesjonalnej strony trzeciej w celu zapewnienia nadzoru i określenia, jak dokładnie model jest w stanie przewidzieć rzeczywistą wydajność systemu. Walidacja systemu wykorzystuje niepatogenne substancje zastępcze, takie jak fag MS 2 lub Bacillus subtilis, w celu określenia zdolności reaktorów do równoważnej dawki redukcji (RED). Większość systemów są sprawdzane w celu dostarczenia 40 mJ / cm 2 w kopertę przepływu i przepuszczalności.

na podstawie https://en.wikipedia.org/wiki/Ultraviolet_germicidal_irradiation