Ультрафиолетовая дезинфекция

Ультрафиолетовая дезинфекция природных аэробных спор для проверки ультрафиолетового реактора

А. Н. Ульянов, доктор физ.-мат. наук (по материалам II международного конгресса по ультрафиолетовым технологиям)

Введение

В настоящее время ультрафиолетовая (УФ) дезинфекция рассматривается как приемлемый процесс для инактивации патогенных микроорганизмов в питьевой воде. Из-за сложности измерения интегральной плотности потока УФ-излучения, доставляемого в реактор УФ-дезинфекции, в настоящее время самым надежным способом проверки УФ-реактора является измерение инактивации заменителя патогенных организмов при прохождении ими реактора и обратный расчет доставляемой интегральной плотности потока УФ-излучения с помощью методов биологической дозиметрии. Во всех испытаниях используются микроорганизмы, вводимые в поток воды, протекающей через испытываемый реактор. Хотя это и возможно, на практике может быть не всегда осуществимо обеспечить большой титр с лабораторными микробами для проверки больших реакторов в течение длительного времени.

В качестве микробиологических индикаторов, применяемых для проверки УФ-реакторов, в настоящее время обычно используются выращиваемые в лаборатории штаммы спор Bacillus subtilis и бактериофаги MS2. Чистые штаммы в биологической дозиметрии являются инструментами, предназначенными для лучшего понимания интегральной плотности потока в реакторе, однако они не представляют действительной эффективности УФ-дезинфекции, применяемой против встречающихся в природе микробов. Источники водоснабжения с нефильтруемой водой особенно чувствительны к использованию природных биологических дозиметров, т. к. эти микробы не отфильтровываются во время обработки воды, проводящейся вверх по потоку от дезинфекционных реакторов.

Производилась оценка природных аэробных спор в качестве заменителей для индикации снижения концентрации патогенных организмов и производительности установки для обработки воды. К сожалению, до сих пор не производились исследования инактивации природных аэробных спор УФ-излучением в системах с нефильтрованной водой. Целью этого исследования была проверка инактивации УФ-излучением природных аэробных спор, естественным образом присутствующих в системах снабжения неочищенной/неотфильтрованной воды, а также оценка использования этих спор в качестве альтернативных индикаторов при проверке производительности УФ-реактора.

Рисунок 1. Начальная концентрация природных спор в каждом из исследованных источников водоснабжения. A, B, C, D, E и F представляют различные источники водоснабжения, А1, А2 и А3 представляют тот же источник, пробы из которого брались в разное время

Подход и результаты

Инактивация природных спор проводилась при помощи лабораторной аппаратуры с ртутной лампой низкого давления, излучающей монохроматический УФ-свет (с длиной волны 254 нм). Результаты инактивации природных аэробных спор следовали кинетике первого порядка, с коэффициентами инактивации, лежащими в диапазоне от 0,013 до 0,022 см²/мДж, и с высоким коэффициентом корреляции (рис. 2). Коэффициенты интенсивности инактивации для природных спор, основанные на интегральной плотности потока, отличались для разных источников водоснабжения (например, A, B, E и F), но были относительно постоянными во времени для одного и того же источника водоснабжения (например, А1, А2, А3). Интенсивность инактивации не зависела от начальной концентрации спор и не изменялась в зависимости от качества воды.

Рисунок 2. Кривые реакции на интегральную плотность потока для нефильтрованной поверхностной воды

В фильтрованную неочищенную воду добавлялись споры Bacillus subtilis ATCC 6633. На рис. 3 демонстрируется инактивация штаммов спор ATCC по сравнению с природными спорами при идентичной доставляемой интегральной плотности потока УФ-излучения. Все оцениваемые природные споры были очень устойчивы к УФ-дезинфекции по сравнению со спорами штамма ATCC. Для природных спор не было отмечено горизонтальной части кривой или запаздывания, характерных для инактивации спор Bacillus subtilis.

Проверка УФ-реакторов на месте эксплуатации при помощи природных спор могла бы служить удобным средством для систем коммунального водоснабжения. Для такой проверки к УФ-реактору может быть подключен боковой отвод с неочищенной или минимально очищенной водой, после чего могут браться пробы на входе и выходе реактора. Реактор может проверяться в течение длительного времени или через регулярные интервалы времени в течение всего срока службы реактора. Затраты на проверку реактора могут быть снижены, т. к. для проверки не требуется насосов, смесителей и утилизации воды с введенными в нее микробами, которая в противном случае могла бы загрязнять окружающую среду. Обычной альтернативой указанному методу оценки производительности реактора является добавление в поток воды микроорганизмов, но этот способ имеет недостатки, связанные с определенными регулирующими предписаниями, излишними затратами и с чувствительностью общественности к защите окружающей среды. Для точной проверки реактора важно, чтобы пробы воды, необходимые для определения зависимости инактивации от интегральной плотности потока, брались во время проведения проверки реактора. Вариации в концентрации природных спор делают оценку системы УФ-дезинфекции зависящей от места проверки и от сезона. Таким образом, для получения достоверного соотношения между логарифмом инактивации и интегральной плотностью потока УФ-излучения должна производиться оценка согласованности данных измерений при помощи взятия достаточного количества повторных проб.

Подводя итоги, можно отметить, что было выявлено, что встречающиеся в природе аэробные споры, служащие хорошим индикатором инактивации УФ-излучением, могут быть полезным инструментом при проверке производительности установки дезинфекции. Они могут также использоваться в качестве инструмента регулярного контроля интегральной плотности потока УФ-излучения, а также производительности установки по обработке воды.

Рисунок 3. Логарифм инактивации природных аэробных спор и введенных спор Bacillus subtilis (ATCC 6633) как функция интегральной плотности потока УФ-излучения для источника Е неочищенной воды