Коэффициент поглощения водой уф лучей

Технологические и гигиенические критерии

Технологические и гигиенические критерии использования УФ-облучения для обеззараживания питьевых и сточных вод (согласно МУК 4.3.2030-05)

Для обеззараживания природных и сточных вод используют биологически активную область спектра УФ облучения с длиной волны от 205 до 315 нм, называемую бактерицидным излучением.

Максимум вирулицидного действия приходится на область спектра 250 — 270 нм.

Наибольший коэффициент полезного действия в области коротковолнового излучения имеют лампы низкого давления. В лампах этого типа до 95% электрической энергии преобразуется в излучение с длиной волны 254 нм.

Основными факторами, влияющими на эффективность обеззараживания природных и сточных вод УФ-облучением, являются:

• чувствительность различных вирусов к действию УФ-облучения;
• мощность лампы;
• степень поглощения УФ-облучения водной средой;
• уровень взвешенных веществ в обеззараживаемой воде.

Различные виды вирусов при одинаковых условиях облучения различают по степени чувствительности к УФ-облучению.

Дозы облучения, необходимые для инактивации отдельных видов вирусов на 99,0 — 99,9%,

Вид вирусов	Доза облучения, мДж/кв. см
Аденовирус III типа	4,5
Колифаги	6,6 — 8,1 — 25
Коксаки	6,3
Вирус гепатита А	8,0 — 11,0
Полиовирус	16 — 25

Проникновение ультрафиолетовых лучей в воду сопровождается их поглощением как самой водой, так и веществами, находящимися в растворенном и взвешенном состоянии.

Степень поглощения определяется физико-химическими свойствами обрабатываемой воды, а также толщиной ее слоя.

Коэффициенты поглощения УФ-лучей природными и сточными водами колеблются в пределах от 0,2 до 0,7. Коэффициенты поглощения УФ-лучей питьевой водой, полученной из подземных источников водоснабжения, имеют значения 0,05 — 0,20, а из поверхностных — 0,15 — 0,30.

Наибольшее влияние на интенсивность поглощения биоцидной энергии оказывают цветность, мутность воды и содержание в ней железа.

С целью достижения гигиенической надежности, наименьших эксплуатационных и экономических затрат, обеззараживание питьевых, природных и сточных вод необходимо проводить при соответствии их качества параметрам, представленным в таблице.

В случае превышения допустимых характеристик воды, представленных в табл. 1, хотя бы по одному из показателей, требуется проведение дополнительных санитарно-вирусологических исследований с целью обеспечения эффективного обеззараживания воды в отношении вирусов и выявления величины рабочей дозы облучения для конкретных условий.

Необходимую дозу облучения рекомендуется определять по степени инактивации колифагов как индикаторов вирусного загрязнения.

N	Показатели	Допустимые уровни	Доза УФ-облучения
Вода из подземных источников I класса, питьевая вода
1	Мутность, мг/куб. дм	1,5	16 мДж/кв. см
2	Цветность, градусы	20,0
3	Железо, мг/куб. дм	0,3
4	Марганец, мг/куб. дм	0,1
5	Колифаги, БОЕ/100 мл	10,0
Вода из подземных источников II, III класса и поверхностных источников
1	Мутность, мг/куб. дм	30,0	25 мДж/кв. см
2	Цветность, градусы	50,0
3	Железо, мг/куб. дм	5,0
4	Марганец, мг/куб. дм	1,5
5	Колифаги, БОЕ/100 мл	100,0
Бытовые и городские сточные воды
1	Взвешенные вещества, мг/куб. дм	10,0	30 мДж/кв. см
2	БПК5 , мг О2 /куб. дм	10,0
3	ХПК, мг О2 /куб. дм	50,0
4	Колифаги, БОЕ/100 мл	100000,0

Выбор дозы УФ-облучения определяют характером и качеством воды, поступающей для обеззараживания:

• не менее 16 мДж/кв. см для воды из подземных источников I класса и питьевых вод;
• не менее 25 мДж/кв. см для воды из подземных источников II, III класса и поверхностных источников; не менее 30 мДж/кв. см для бытовых и городских сточных вод;
• не менее 40 мДж/кв. см для любого типа вод при неблагоприятной эпидемической ситуации.

Под неблагоприятной эпидемической ситуацией подразумевают систематическое обнаружение колифагов в питьевой воде и энтеровирусов в источнике и питьевой воде и (или) наличие водных вспышек энтеровирусных заболеваний.

При УФ-облучении воды не существует проблемы передозировки.

Повышение дозы не приводит к гигиенически значимым неблагоприятным изменениям свойств воды и образованию побочных продуктов.

В случае ухудшения эпидемической ситуации, возникновения угрозы появления в источнике водоснабжения высокой концентрации энтеровирусов либо другой чрезвычайной ситуации, доза УФ-облучения может быть увеличена за счет снижения объема обрабатываемой воды, проходящей через единицу времени через УФ-оборудование путем включения в работу резервного оборудования или снижения общего расхода воды.

Доза УФ-облучения должна находиться в прямой зависимости от расхода обрабатываемой воды.

Тем не менее, согласно МУ 3.2.1757-03, эпидемическая безопасность воды по паразитологическим показателям достигается при обеззараживании ее УФ-облучением в дозах: для питьевой воды — 40 — 45 мДж/кв. см, сточной — не менее 65 мДж/кв. см.

Расчет дозы уф-облучения

Эффект обеззараживания воды D (доза облучения мДж/см2) зависит от произведения интенсивности бактерицидного облучения Е на продолжительность облучения Т.
D = E T

Эмпирическая формула расчета коэффициента поглощения водой УФ-лучей.
А = Ц+П+10(СFe – 0,1) / 100
Где:
Ц – цветность воды в градусах ( гр)
П – эмпирическая величина учитывающая влияние мутности воды
СFe – концентрация железа

Интенсивность бактерицидного облучения изменяется по закону Ламберта-Бугера
E = E0 exp (- a x)
Где
E0 – минимальная интенсивность бактерицидного излучения на поверхности лампы,мВт/см2
a – коэффициент поглощения водой УФ-лучей, см-1
x – толщина слоя поглощающего вещества, см

Процесс отмирания бактерий описывается уравнением

Р = Ро * ехр ( — ЕТ / k)
Где:
Р – колииндекс воды после облучения, КОЕ/100 мл
Ро – колииндекс воды до облучения КОЕ/100 мл
Е – интенсивность бактерицидного облучения в мкВт
Т – продолжительность облучения в с
k – коэффициент сопротивляемости бактерий, принимаемый равным 2500 мкВт*с/см2

Источник

1. Область применения

Настоящие указания устанавливают основные санитарные требования к организации обеззараживания воды методом УФ-излучения при использовании его в технологии получения питьевой воды.

Документ конкретизирует ряд положений основополагающих документов водно-санитарного законодательства в части гигиенических требований к качеству обрабатываемой воды, величине дозы УФ-облучения, гарантирующей заданную степень обеззараживания, к УФ-установкам и месту расположения их в технологической схеме водоподготовки, а также в части мероприятий, обеспечивающих безопасные условия труда персонала, обслуживающего оборудование.

Методическими указаниями необходимо руководствоваться при осуществлении государственного санитарно-эпидемиологического надзора за системами питьевого водоснабжения, а также при проектировании, сдаче в эксплуатацию и эксплуатации УФ-установок обеззараживания воды, проведении производственного контроля за их работой.

2. Нормативные ссылки

В настоящих методических указаниях использованы ссылки на следующие документы:

2.2. ГОСТ 2761-84 «Источники централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения. Гигиенические, технические требования и правила выбора».

2.3. СанПиН 2.1.4.559-96 «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества».

2.4. МУК 4.2.671-97 «Методы санитарно-микробиологического анализа питьевой воды».

2.5. МУК 4.2.668-97 «Санитарно-паразитологические исследования воды».

3. Основные положения

3.1. Ультрафиолетовым излучением называется электромагнитное излучение с длиной волны 10 — 400 нм и соответствующей энергией фотонов 12,4 — 3,1 электронвольт.

3.2. Для обеззараживания воды в технологии водоподготовки используется биологически активная область спектра УФ-излучения с длиной волны от 205 до 315 нм, называемая бактерицидным излучением. Максимум бактерицидного действия приходится на область 250 — 270 нм.

3.3. Ультрафиолетовое излучение обладает выраженным биоцидным действием в отношении различных микроорганизмов, включая бактерии, вирусы и грибы.

УФ-облучение в дозах, обеспечивающих бактерицидный эффект, не гарантирует эпидемическую безопасность воды в отношении возбудителей паразитологических заболеваний.

3.4. Обеззараживающее действие УФ-излучения основано на необратимых повреждениях молекул ДНК и РНК микроорганизмов, находящихся в воде, за счет фотохимического воздействия лучистой энергии. Фотохимическое воздействие предполагает разрыв или изменение химических связей органической молекулы в результате поглощения энергии фотона.

3.5. Степень инактивации под действием УФ-излучения микроорганизмов пропорциональна интенсивности излучения (мВт/см 2 ) и времени облучения (с).

Произведение интенсивности излучения на время называется дозой облучения (мДж/см 2 ) и является мерой бактерицидной энергии, сообщенной микроорганизмам.

3.6. Дозы УФ-облучения по критерию гибели бактериальных клеток подразделяются на:

— суббактерицидные, не вызывающие гибели бактерий;

— бактерицидные, вызывающие гибель бактериальной клетки.

3.7. Для достижения заданной степени обеззараживания воды УФ-излучением необходим учет основных факторов, влияющих на процесс обеззараживания. К таким факторам относятся:

— мощность источников УФ-излучения и рациональное использование ее в УФ-установках обеззараживания воды;

— поглощение УФ-излучения обеззараживаемой водой;

— закономерности отмирания различных микроорганизмов под действием УФ-излучения.

3.8. В качестве источников УФ-излучения для обеззараживания воды используются газоразрядные лампы, имеющие в спектре своего излучения диапазон длин волн 205 — 315 нм. Существуют конструкции ламп, в спектре излучения ртутного разряда которых содержится линия 185 нм. В процессе работы этих ламп в воздушной среде образуется озон.

3.8.1. Основным типом ламп, применяемых в установках обеззараживания воды, являются лампы, заполненные смесью паров ртути и инертных газов и работающие в режимах низкого и высокого давления.

3.8.2. Лампы низкого давления имеют электрическую мощность 2 — 200 Вт и рабочую температуру 40 — 150 °С. В лампах этого типа около 30 % электрической энергии преобразуется в бактерицидное излучение с длиной волны 254 нм. Срок службы ламп низкого давления составляет 5000 — 10000 ч.

3.8.3. Лампы высокого давления имеют мощность 50 — 10000 Вт и работают при температуре 600 — 800 °С. Эти лампы имеют широкий спектр излучения и низкий коэффициент полезного действия в области коротковолнового излучения. Их использование в технологии обеззараживания воды обусловлено большой мощностью ламп.

3.8.4. Конструктивно источники УФ-излучения делятся на лампы с отражателями и лампы с защитными кварцевыми чехлами.

3.8.5. УФ-лампы с отражателями используются в установках с непогруженными источниками излучения. Эти лампы располагаются над свободно текущей водой, т.е. в установках отсутствует непосредственный контакт ламп с водой.

3.8.6. УФ-лампы с защитными кварцевыми чехлами используются в установках с погруженными источниками излучения. Лампы с защитными чехлами располагаются в потоке воды, обтекающей их со всех сторон. Защитные чехлы изготавливаются обычно из кварцевого стекла и предназначены для стабилизации температурного режима ламп.

3.8.7. Для обеззараживания питьевой воды чаще применяются установки с погруженными источниками вследствие более высокой эффективности использования УФ-излучения ламп.

3.9. Установки УФ-обеззараживания должны обеспечивать равномерное распределение дозы облучения во всем объеме обеззараживаемой воды. Равномерность облучения достигается за счет турбулентности потока вследствие высокой скорости течения воды в установках и конструкции установок, предусматривающей наличие специальных «выравнивающих» устройств.

3.10. Проникновение УФ-лучей в воду сопровождается их поглощением как самой водой, так и веществами, находящимися в воде в растворенном или взвешенном состоянии.

3.11. Поглощающая способность воды характеризуется коэффициентом поглощения, цифровое выражение которого указывает долю бактерицидного излучения, поглощенного слоем воды толщиной 1 см.

3.11.1. Коэффициенты поглощения природной воды поверхностных источников водоснабжения колеблются в пределах от 0,2 до 0,6.

3.11.2. Коэффициенты поглощения питьевой воды, полученной из подземных источников водоснабжения, имеют значения 0,05 — 0,2; из поверхностных источников — 0,15 — 0,3.

3.12. С учетом эксплуатационной и экономической целесообразности УФ-обеззараживание может быть использовано для обработки воды с цветностью до 50°, мутностью до 30 мг/л и содержанием железа до 5,0 мг/л.

3.13. Влияние минерального состава воды на степень бактерицидного облучения проявляется, кроме того, в образовании осадка на поверхности кварцевых чехлов УФ-ламп.

3.14. Различные виды микроорганизмов при одинаковых условиях облучения имеют различную степень чувствительности к УФ-излучению. Величины доз облучения, необходимых для инактивации 99,9 % отдельных видов микроорганизмов в лабораторных условиях, приведены в приложении 2.

3.15. При УФ-обеззараживании воды не существует проблемы передозировки. Повышение дозы УФ-излучения не приводит к гигиенически значимым неблагоприятным изменениям свойств воды и образованию побочных продуктов. Доза УФ-облучения может быть увеличена до значений, обеспечивающих эпидемическую безопасность воды как по бактериям, так и по вирусам.

3.16. УФ-обеззараживание не требует длительного контакта УФ-лучей с водой. Бактерицидный эффект проявляется в течение времени прохождения воды через камеру обеззараживания УФ-установок.

4. Санитарный надзор в области питьевого водоснабжения при использовании УФ-метода обработки воды на стадии проектирования

4.1. УФ-излучение в технологии получения питьевой воды может быть использовано на этапе:

— предварительного обеззараживания воды;

— заключительного обеззараживания питьевой воды.

4.2. На этапе предварительного обеззараживания воды УФ-излучение используется как метод, альтернативный первичному хлорированию при соответствии качества воды источника водоснабжения требованиям п. 3.12. Это снижает риск образования в воде тригалометанов (ТГМ), обеспечивает необходимую степень снижения микробного загрязнения воды и удовлетворительное санитарное состояние очистных сооружений.

4.2.1. Технологическая схема водоподготовки с использованием УФ-излучения на этапе предварительного обеззараживания для каждого конкретного источника водоснабжения устанавливается на основе технологических исследований или опыта работы сооружений в аналогичных условиях, в соответствии с приложением № 1 ГОСТ 2761-84.

4.2.2. Требуемая степень первичного обеззараживания воды определяется технологическим регламентом.

4.2.3. При первичном обеззараживании воды возможна комбинация методов хлорирования и УФ-облучения. При этом доза хлора может быть сокращена на 15 — 100 % при условии обеспечения технологической эффективности последующих этапов водоподготовки (коагуляция, отстаивание, фильтрование и т.д.).

4.3. На этапе заключительного обеззараживания воды УФ-излучение используется как самостоятельный метод, так и в сочетании с реагентными методами обеззараживания.

4.3.1. Выбор схемы обеззараживания определяется на основе анализа условий водоснабжения (цветность воды, содержание органических веществ, техническое состояние распределительной сети и т.д.).

При оценке санитарной надежности распределительной сети рекомендуется использовать «Методические указания по эпидемиологической оценке санитарно-гигиенических условий в целях профилактики кишечных инфекций» (№ 28-6/20 от 6.06.86) и методические рекомендации «Комплексная оценка хозяйственно-питьевого водопользования в городах с выраженным санитарно-эпидемиологическим неблагополучием» (утв. ГК СЭН № 01-19/33-17 от 17.03.96).

4.3.2. Для эффективного заключительного обеззараживания питьевой воды до требований СанПиН 2.1.4.559-96 «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества» УФ-установки должны обеспечить дозу облучения не менее 16 мДж/см 2 для всего объема воды, прошедшего через УФ-установку.

4.3.3. Совместное применение УФ-излучения и хлора повышает санитарную надежность обеззараживания в отношении вирусов.

4.4. Согласование технологии водоподготовки с использованием УФ-излучения проводится территориальными ЦГСЭН на основе анализа следующих документов (материалов):

— обоснования выбора типа УФ-установки с учетом максимального расхода обрабатываемой воды, максимального коэффициента поглощения УФ-излучения водой и уровня бактериального загрязнения воды;

— результатов опытно-технологических испытаний УФ-технологии (на этапе предварительного обеззараживания);

— паспорта на УФ-установку;

— гигиенического сертификата и сертификата соответствия.

4.5. В паспорте установок УФ-обеззараживания должны быть указаны следующие параметры:

— эффективная доза облучения и ее зависимость от расхода воды;

— максимальный коэффициент поглощения воды, при котором обеспечивается эффективная доза;

— максимальный и минимальный расходы воды;

— размеры камеры обеззараживания;

4.6. Соответствие эффективной дозы указанному в паспорте значению подтверждается гигиеническим сертификатом и сертификатом соответствия Госстандарта РФ.

4.7. Обеспеченность контроля за надежностью УФ-установок оценивается по наличию:

— датчиков измерения интенсивности УФ-излучения в камере обеззараживания;

— системы автоматики, гарантирующей звуковой и световой сигналы при снижении минимальной заданной дозы;

— счетчиков времени наработки ламп и индикаторов их исправности;

— системы механической или химической очистки кварцевых чехлов, позволяющей производить процесс очистки без разборки и демонтажа установки;

— крана для отбора проб воды на бактериологический анализ.

4.8. Защита от возможного неблагоприятного воздействия УФ-излучения на обслуживающий персонал должна быть обеспечена конструкцией УФ-установок, гарантирующей отсутствие выхода УФ-излучения за пределы камеры обеззараживания.

4.9. Для химической очистки кварцевых чехлов могут быть использованы средства, разрешенные госсанэпиднадзором для удаления отложений солей.

4.10. Камеры обеззараживания УФ-установок должны быть изготовлены из материалов, указанных в «Перечне материалов, реагентов и малогабаритных очистных устройств, разрешенных ГК СЭН для применения в практике хозяйственно-питьевого водоснабжения» (№ 01-19/32-11 от 23.10.92), или имеющих гигиенический сертификат.

4.11. Проектом должно быть предусмотрено наличие специального места для хранения УФ-ламп.

5. Санитарный надзор за эксплуатацией УФ-установок в системах централизованного питьевого водоснабжения

5.1. Санитарный надзор в процессе эксплуатации УФ-установок питьевой воды проводится за:

— соблюдением режима дезинфекции установок и подводящих трубопроводов при вводе в эксплуатацию новых УФ-установок или после их ремонта;

— эффективностью обеззараживания питьевой воды;

— соблюдением системы и правил технологического контроля в процессе эксплуатации УФ-установок;

— полнотой и своевременностью проведения регламентных работ; соблюдением мероприятий по обеспечению безопасности труда персонала, обслуживающего УФ-установки.

5.2. Организация и проведение государственного санитарно-эпидемиологического надзора за эксплуатацией УФ-установок осуществляется в плановом порядке и по санитарно-эпидемиологическим показателям.

5.3. Перед вводом УФ-установок в эксплуатацию, а также после длительного перерыва в их работе необходимо провести обработку камеры обеззараживания и подводящих трубопроводов водой с содержанием активного хлора не менее 75 миг/л при контакте 5 — 6 ч.

Примечание: для обработки элементов УФ-установок допускается применение других (помимо хлора) дезинфицирующих средств, имеющих гигиенический сертификат.

5.4. Эффективность работы УФ-установок подтверждается результатами бактериологического анализа проб воды после облучения, по показателям таблицы 1 СанПиН 2.1.2.559-96.

5.5. Система технологического контроля за процессом эксплуатации УФ-установок должна включать контроль:

— ресурса с учетом времени наработки УФ-ламп;

— содержания озона в воздушной среде.

5.6. Контроль за дозой облучения производится путем учета интенсивности бактерицидного излучения в камере обеззараживания, времени пребывания воды в ней и рассчитывается по формуле:

D — доза облучения, мДж/см 2 ;

Е — минимальная интенсивность бактерицидного излучения, мВт/см 2 ;

t — среднее время пребывания воды в камере обеззараживания, с.

5.6.1. Интенсивность бактерицидного излучения измеряется при помощи специальных датчиков-приемников излучения, селективно измеряющих бактерицидное излучение с длиной волны 220 — 280 нм.

5.6.2. Среднее время пребывания воды в камере обеззараживания рассчитывается по формуле:

t — среднее время пребывания воды в камере обеззараживания, с;

S — поперечное сечение камеры обеззараживания, см;

L — длина камеры обеззараживания, см;

Q — расход воды, м 3 /ч;

278 — коэффициент пересчета размерности единиц.

5.6.3. Расход воды, проходящей через УФ-установку, контролируется расходомерами.

5.6.4. Размеры камеры обеззараживания (длина и поперечное сечение) указываются производителем в паспорте.

5.7. Контроль ресурса ламп производится по показаниям счетчика времени наработки УФ-ламп.

5.8. Контроль исправности УФ-ламп проводится по индикатору исправность ламп.

5.9. Контроль за концентрацией озона в воздушной среде проводится в соответствии с «Методическими указаниями по фотометрическому определению озона в воздухе» № 1639-77.

5.10. Регламентные работы должны проводиться в соответствии с инструкциями по эксплуатации для конкретного типа УФ-установок и в обязательном порядке должны включать в себя периодическую очистку кварцевых чехлов и своевременную замену УФ-ламп после выработки своего ресурса или при их неисправности.

5.10.1. Очистка кварцевых чехлов УФ-ламп должна проводиться на основании показаний датчиков-приемников интенсивности бактерицидного излучения.

5.10.2. Проведение регламентных работ, регистрация неисправностей, включая замену ламп, должны фиксироваться в журнале эксплуатации УФ-установок.

5.11. При контроле безопасности труда обслуживающего персонала необходимо проверить:

— журнал учета индивидуального инструктажа по технике безопасности лиц, работающих с УФ-оборудованием;

— соблюдение требований «Правил технической эксплуатации и техники безопасности электроустановок потребителей» (от 21.12.84) и правил безопасности, указанных в паспорте или других документах на применяемый тип УФ-установок;

— правильность хранения вышедших из строя УФ-ламп;

— журнал регистрации результатов определения концентраций озона в воздухе помещений, где расположены УФ-установки; концентрация должна соответствовать гигиеническому нормативу озона в воздухе рабочей зоны;

— концентрацию озона в воздухе рабочих помещений.

5.11.1. УФ-лампы должны храниться запакованными в специально отведенном месте. Утилизация ламп должна проводиться в соответствии с требованиями «Указаний по эксплуатации установок наружного освещения городов, поселков и сельских населенных пунктов», утвержденных приказом Минжилкомхоза РСФСР от 12.05.88 № 120.

5.11.2. При применении УФ-ламп, конструкция которых не исключает выход УФ-лучей с длиной волны менее 200 нм («озонообразующая область ультрафиолета»), концентрация озона в воздухе помещений не должна превышать допустимую — 0,03 мг/м 3 .

5.11.3. В случае попадания промывочного раствора (при химической очистке кварцевых чехлов) на кожную поверхность, необходимо промыть ее теплой водой с мылом, а глаза — 2 %-ным раствором борной кислоты или 0,9 %-ным раствором бикарбоната натрия (питьевой соды).

Источник