Спосіб знезараження води ультрафіолетовим випромінюванням у водопроводах

Реферат: Спосіб знезараження води ультрафіолетовим випромінюванням у водопроводах включає опромінення рухомого об'єму води світлодіодами ультрафіолетового діапазону. Опромінення потоку здійснюють у вимірювальній камері водоміра або заспокійливій ділянці трубопроводу між лічильником води і запірним клапаном нормованою потужністю випромінювання, яку задають мікроконтролером пристрою збору і передачі інформації системи обліку водоспоживання. UA 77930 U (12) UA 77930 U UA 77930 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до способів бактерицидного ультрафіолетового (УФ) опромінення для знезараження води, інфікованої патогенною мікробною флорою, в централізованих водогонах в заданому об'ємі (витраті). Проблема забезпечення населення питною водою нормативної якості знаходиться в прямій залежності від екологічного стану джерел води. Наприклад, однією з найбільш складних проблем у цій сфері є наявність синьо-зелених водоростей у водосховищах Дніпровського каскаду, які є джерелом питного водопостачання для значної частини населення України. В даний час практично на всіх стадіях технологічного циклу водопостачання, починаючи з моменту забору води з природних джерел і закінчуючи доставкою її споживачам, складається несприятлива обстановка. Висока частка незадовільних проб питної води говорить про тривале антропотехногенне забруднення поверхневих і підземних вод, а також про низький санітарнотехнічний стан існуючих водопровідних мереж та споруд. Відчутний фізичний знос технологічних систем водопостачання є однією з головних причин аварійних ситуацій, що не тільки перериває стабільність водопостачання, але і робить можливим вторинне забруднення води, яка вже пройшла початковий етап очищення. Аналіз показав низький рівень якості питного водопостачання в цілому, а в ряді районів - незадовільний. Діючі розподільні мережі та очисні споруди з трудом забезпечують відповідність води нормативним вимогам. Число нестандартних проб по мікробіології перевищує допустимий поріг на 5 %, тому воду перед вживанням рекомендується кип'ятити. Одним з основних факторів забруднення вододжерел збудниками кишкових протозів є скидання в них неочищених та недостатньо очищених стічних вод. У зв'язку з цим, дуже актуальними є вишукування ефективних методів знезараження природних і стічних вод від цист лямблій та ооцист криптоспорідій. Цисти лямблій і ооцисти криптоспорідій володіють більш вираженою, порівняно з бактеріями і вірусами, резистентністю до дії дезінфектантів (хлор, озон), використовуваних на водопровідних станціях. У зв'язку з цим, передача зазначених збудників в більшості випадків здійснюється через питну воду, яка задовольняє нормативним вимогам по коліформним бактеріям. Дослідження останніх років, спрямовані на пошук дієвих методів дезінвазії води показали, що найбільш доступним методом є ультрафіолетове опромінення [1, 2]. Знезаражуючий ефект УФ випромінювання, в основному, обумовлений реакціями, в результаті яких відбуваються незворотні пошкодження ДНК. Крім ДНК ультрафіолет діє і на інші структури клітин, зокрема на РНК і клітинні мембрани, не впливаючи на хімічний склад середовища, що має місце для хімічних дезінфектантів. Остання властивість відрізняє його від всіх хімічних способів дезінфекції. Ефективна інактивація ооцист криптоспорідій здійснюється в діапазоні 220-270 нм. Для деяких бактерій (E-coli) довжина хвилі ефективного впливу становить 280 нм, а максимум бактерицидної дії відповідає довжині хвиль 264 нм. Стандартні методи знезараження питної води ультрафіолетом не досить ефективні для знищення патогенної мікрофлори. Встановлено, що за останні 15-20 років стійкість патогенної мікрофлори до хлору підвищилася в 5 разів, до озону - в 2-3 рази, до ультрафіолету - в 4 рази. Це означає, що з урахуванням подальшого підвищення стійкості мікроорганізмів спорів, вірусів і найпростіших до методів знезараження води та стоків, необхідно враховувати динаміку зростання їх опірності. При цьому мінімальна 2 доза впливу ультрафіолетового випромінювання визначена в 40 мДж/см з перспективою 2 збільшення до 70-100 мДж/см [3]. Ефективність знезараження ультрафіолетом залежить від якості води, що піддається дезінфекції. Наявність у воді нерозчинних органічних і неорганічних речовин знижує ефективність ультрафіолетового випромінювання, оскільки дані речовини поглинають частину ультрафіолетового випромінювання, а також екранують мікроорганізми від ультрафіолетового випромінювання [4]. У цьому випадку найбільш перспективними є методи регульованого комбінування впливу з гарантованим рівнем дози опромінення обсягів води, що транспортуються. Відомий спосіб дезінфекції холодної води [5], технічний результат якого полягає в підвищенні продуктивності процесу дезінфекції холодної води за рахунок вибору величин індуктивності пускорегулювального апарату і робочого струму лампи, що приходять до оптимізації світіння УФ-лампи. Відомий спосіб знезараження рідин спільною дією ультразвуку та ультрафіолетового випромінювання [6, 7, 8]. Такий ультразвуковий вплив на конгломерати мікроорганізмів руйнує їх за долі секунди, а ультрафіолетове випромінювання їх остаточно знешкоджує. Найближчим аналогом є спосіб знезараження води ультрафіолетовим випромінюванням і пристрій для його реалізації [9]. Спосіб полягає в опроміненні нерухомого або рухомого об'єму води випромінюванням світловипромінюючих напівпровідникових діодів ультрафіолетового 1 UA 77930 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 діапазону. Винахід дозволяє понизити необхідну споживану потужність УФ-джерел випромінювання при збереженні необхідної дози опромінення. Однак описаний вище спосіб і пристрої для його реалізації мають загальні недоліки: джерела УФ-випромінювання для електроживлення вимагають наявності окремого джерела живлення; кожний з описаних пристроїв не може бути використаний для знезараження нерухомого і рухомого об'ємів середовища з регульованими параметрами; робочий об'єм піддається знезараженню постійно, незалежно від необхідності, що знижує ресурс УФ-джерел і веде до перевитрати енергії; пристрої являють собою окремі автономні вироби; для отримання мінімально необхідної інтенсивності в будь-якій точці оброблюваного обсягу необхідно, щоб поблизу джерела УФ-випромінювання вона була надмірною. Процес знезараження є неконтрольованим і некерованим. Таким чином, описані способи і пристрої не забезпечують необхідних параметрів випромінювання в знезаражуваному просторі, вимагають надлишкових енергоресурсів, складні конструктивно, незручні в експлуатації. Інформація про наявність зараження води та її реєстрація не можливі. Контроль працездатності випромінювачів при експлуатації не проводиться. Для знезараження води в централізованих водогонах істотним чинником є зниження витрат енергоресурсів (споживаної потужності) і контроль процесу за допомогою автоматизованих пристроїв. Одним із заходів є зниження втрат на розсівання потужностей УФ-випромінювання, а також використання джерел УФ-випромінювання з більш високою продуктивністю. Це здійснюється за допомогою автоматизації процесу знезараження і його інкапсуляцію в систему обліку та управління споживання води, що дозволяє знизити витрати на установку систем знезараження, максимально автоматизувати процес і підвищити надійність процесу знезараження. Задача корисної моделі полягає у підвищенні ефективності знезараження шляхом регулювання бактерицидної потужності, що подається в знезаражувальне середовище, при збереженні необхідної дози опромінення, розширення можливостей застосування методу знезараження УФ-випромінюванням, а також створення системи бактерицидного моніторингу централізованих водоводів. Технічним результатом є зниження необхідної споживаної потужності УФ-джерел випромінювання, розширення можливостей знезараження УФ-випромінюванням. Для вирішення задачі і отримання зазначеного технічного результату в даній корисній моделі запропонований спосіб знезараження води ультрафіолетовим випромінюванням у водопроводах, що полягає в опроміненні рухомого знезаражувального об'єму води випромінюванням світловипромінюючих напівпровідникових діодів ультрафіолетового діапазону, для досягнення ефекту повного знезараження опромінення здійснюють у вимірювальній камері водоміра або заспокійливої ділянки трубопроводу між лічильником води і запірним клапаном нормованою потужністю випромінювання, яку задають мікроконтролером пристрою збору і передачі інформації системи обліку водоспоживання. При цьому, як джерело живлення ультрафіолетового випромінювання використовують джерело живлення пристрою збору і передачі інформації системи обліку. Крім цього, кількість води, яку піддають обробці випромінюванням, регулюють краном або клапаном, керованим пристроєм збору і передачі інформації. В свою чергу, режим роботи ультрафіолетового випромінювання фіксують в енергонезалежній пам'яті мікропроцесорного пристрою і передають на верхнійрівень системи моніторингу по радіоканалу ISM діапазону 433, 868, 915 МГц і 2,4 ГГц. Крім цього, управління кількісними параметрами витрат і енергетичними параметрами світлодіодів здійснюють по радіоканалу ISM діапазону 433, 868, 915 МГц і 2,4 ГГц. Також, опромінення здійснюють одночасно імпульсним і неперервним випромінювання на різних частотах UVC діапазону. Обробку води для знезараження систем централізованого водопостачання житлових і громадських будівель УФ-випромінюванням здійснюють безпосередньо у вузлі обліку і контролюють за допомогою пристрою збору і передачі даних системи автоматизованого обліку, керуючим процесом виявлення забруднення і здійснюють дозоване опромінення контрольованого об'єму УФ-світлодіодами, що працюють в імпульсному і безперервному режимі. Процес виявлення вірусів, бактерій і найпростіших мікроорганізмів здійснюють за допомогою ефекту флуоресценції в діапазоні 300-500 нм, а їх знищення - комбінованим впливом високочастотного (25-30 кГц) імпульсного опромінення на частоті 280 нм і 2 UA 77930 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 безперервного опромінення на частоті 255 нм. Дозування витрати здійснюють за допомогою керованого кульового крана або відсічного клапана. Передача інформації на верхній рівень системи та сигналів управління режимами опромінення здійснюється по радіоканалу 433 МГц, 868 МГц, 915 МГц або 2,4 ГГц. З метою економії енергії і збільшення терміну експлуатації джерел випромінювання опромінення починається по команді мікроконтролера штатного пристрою збору і передачі даних системи обліку споживання води. При отриманні сигналу про початок витрати води, формованого первинним імпульсним перетворювачем, контролер подає напругу на індикаторний світлодіод, що випромінює УФ-випромінювання з довжиною хвилі 255 нм. Враховуючи, що присутні у воді мікроорганізми починають флуоресцирувати, індикаторний фотодіод, що реєструє випромінювання в діапазоні 300-500 нм, визначить присутність мікроорганізмів у воді і дасть команду мікроконтролеру на знезараження. При отриманні цієї команди контролер сформує команду на включення імпульсного, а при необхідності і безперервного режиму опромінення. У разі необхідності зміни швидкості потоку води (оброблюваного в одиницю часу об'єму) мікроконтролер сформує команду управління кульовим краном (відсічним клапаном) і знизить витрати до необхідного рівня. Паралельно з цим контролер сформує команду тривоги і передасть її на верхній рівень системи по радіоканалу. Для передачі використовується неліцензований ISM-діапазон 433 МГц, 868 МГц, 915 МГц і 2,4 ГГц (стандарт ieee 802.15.4). Наявність координат заражених об'єктів дозволить прийняти необхідні профілактичні заходи. Джерела інформації: 1. Clancy I.L., Bukhari Z. et al. (1999). Inactivation of Cryptosporidium parvum oocysts by medium pressure ultraviolet light. Water technology, p. 151-154, September. 2. Campbell A.T. (1995). Inactivation of oocyst Cryptosporidium parvum by ultraviolet radiation. Water Res., 29:2583. 3. Матеріали Конгресів: 2 nd International Congress on Ultraviolet Technologies (2003), 9-11 July, Vienna, Austria; Third International Congress on Ultraviolet Technologies, IUVA, Telus Whistler Conference Centre, Whistler, BC, Canada; IOA/ IUVA World Congress on Ozone and Ultraviolet Technologies. (2007), August 27-29, Hyatt Regency Century Plaza, Los Angeles, CA USA. 4. Gwy-Am Shin, Zuzana Bohrerova, Karl G. Linden, and Gaetan Faubert. (2005). DNA repair of UV-irradiated Giardia lamblia cysts detected by both infectivity and molecular biological assays.Third International Congress on ultraviolet Technologies, May. 5. Костюченко С.В., Красночуб А.В., Кудрявцев В.Н., Кудрявцев Н.Н., Филюгин И.В., Якименко А.В. Патент РФ RU 2081844, 20.06.1997. Способ дезинфекции холодной воды. 6. Ульянов А.Н., Патент РФ № 2092448, 10.10.1997. Способ водоочистки и обеззараживания водных сред. 7. Ульянов А. Н. Дезинфекция воды ультрафиолетом. Критический подход к вопросам спектральных характеристик во время проверки и работы полихроматических ультрафиолетовых дезинфицирующих реакторов. По материалам второго международного конгресса по ультрафиолетовым технологиям. - ЗАО "Сварог". E-mail: svarog@svarog-uv.ru. 8. Ульянов А.Н. Технология "Лазурь" - новый шаг в обеззараживании воды и стоков. - ЗАО "Сварог". E-mail: svarog@svarog-uv.ru. 9. Кинебас А.К., Трухин Ю.А., Кислов А.В., Попов В.Н. Патент РФ RU 2397146, 20.08.2010. Способ обеззараживания воды ультрафиолетовым излучением и устройство для его реализации. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 50 55 60 1. Спосіб знезараження води ультрафіолетовим випромінюванням у водопроводах, що включає опромінення рухомого об'єму води світлодіодами ультрафіолетового діапазону, який відрізняється тим, що опромінення потоку здійснюють у вимірювальній камері водоміра або заспокійливій ділянці трубопроводу між лічильником води і запірним клапаном нормованою потужністю випромінювання, яку задають мікроконтролером пристрою збору і передачі інформації системи обліку водоспоживання. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що як джерело живлення ультрафіолетового випромінювання використовують джерело живлення пристрою збору і передачі інформації системи обліку. 3. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що кількість води, яку піддають обробці випромінюванням, регулюють краном або клапаном, керованим пристроєм збору і передачі інформації. 3 UA 77930 U 5 4. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що режим роботи ультрафіолетового випромінювання фіксують в енергонезалежній пам'яті мікропроцесорного пристрою і передають на верхній рівень системи моніторингу по радіоканалу ISM діапазону 433, 868, 915 МГц і 2,4 ГГц. 5. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що управління кількісними параметрами витрат і енергетичними параметрами світлодіодів здійснюють по радіоканалу ISM діапазону 433, 868, 915 МГц і 2,4 ГГц. 6. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що опромінення здійснюють одночасно імпульсним і неперервним випромінювання на різних частотах UVC діапазону. Комп’ютерна верстка І. Мироненко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4