آیا نور UV باکتری آب را از بین می‌برد؟

استفاده از سیستم گندزدایی نور UV در تصفیه آب و فاضلاب امری نوظهور است که باعث از بین رفتن باکتری‌ها و میکروارگانیسم‌های مضری می‌شود که با استفاده از کلر از بین نمی‌روند. از مزایای اصلی این فرایند می‌توان به عدم ایجاد اثرات مخرب زیست محیطی و از بین رفتن آنی باکتری‌های آب اشاره کرد. عدم ایجاد تغییرات فیزیکی و شیمیایی در آب در اثر استفاده از نور UV از مزایای اصلی اینکار می‌باشند.  

غیر فعال‌سازی و از بین بردن باکتری‌ها و میکروارگانسیم‌های آب با استفاده از اشعه UV یک فرایند فیزیکی یا بیوفیزیکی محسوب می‌شود.  طول موج امواج UV جهت از بین بردن باکتری‌های موجود در آب در بازه 250 الی 260 نانومتر قرار دارد. تابش‌های الکترومغناطیسی این فرایند باعث تغییر در پروتئین‌ها و اسیدهای نوکلئیک اسیدی می‌شود.

باکتری آب چیست؟

باکتری آب یکی از عوامل اصلی بروز بیماری یا افزایش مرگ و میر براثر نوشیدن آب ناسالم است. با توجه به انی موضوع ایجاد اطمینان جهت برخورداری آب آشامیدنی از برخی استانداردهای کیفی ضروری است. آلودگی‌های میکروبی آب معمولا از طریق آلودگی‌های انسانی یا فضولات حیوانی ایجاد می‌شوند.

بیماری‌هایی که منشا آن‌ها از آب آشامیدنی است را اصطلاحا Waterborne Disease می‌نامند که در اثر فرایندهای غیر استاندارد تصفیه آب حاصل می‌شوند. پتانسیل بالا در ایجاد مرگ و میر توسط آب آشامیدنی توجه بسیاری از محققان سرتاسر جهان را به خود جلب کرده است. محققان در تلاش هستند تا با ایجاد یک سیستم منضبط و مکانیزه از انتقال بیماری‌ها توسط آب جلوگیری کنند.

باکتری‌های بیماری‌زا موجود در آب آشامیدنی دارای ویژگی‌های متفاوتی هستند که شناخت هرکدام رویکرد فعالان حوزه صنایع را برای مقابه با آن‌ها تعیین می‌کند. برخی از آلودگی‌های آب آشامیدنی شامل موارد زیر هستند:

• پاتوژن‌های بیماری‌زا که می‌توانند تاثیرات بحرانی بر فرد بگذارند
• برخی میکروب‌ها قابلیت رشد در طبیعت دارند
• برخی میکروب‌ها با اتصال به مواد موجود در آب غلظت‌های متفاوتی در طول زمان دارند. همین امر باعث می‌شود نتوان میزان مواد ضد عفونی کننده را تشخیص داد.

آلودگی‌های ایجاد شده توسط باکتری‌ها در آب شرب، در صورت ورود به بدن انسان می‌توانند تاثیرات مخربی همچون ایجاد عفونت داخلی ایجاد کنند. ضروری است با شناسایی باکتری‌ها و اثرات مخرب آن‌ها سیاست درست برای مقابله با آن‌ها را در نظر گرفت.

چرا باید باکتری آب را از بین برد؟

درون آب شرب همیشه میزانی باکتری وجود دارد که متناسب با رشته‌های DNA و RNA موجود، می‌توانند بسیار خطرناک بوده و یا حتی به مرگ منجر شوند. همین موضوع باعث می‌شود تا صنایع تصفیه آب هرروز در حال گسترش باشند و حتی دستگاه‌هایی جهت استفاده در منازل و از بین بردن باکتری موجود در آب معرفی شوند. باکتری‌ها در دسته بیماری‌زاترین مواد موجود در آب قرار می‌گیرند.

این باکتری‌ها معمولا از طریق فضولات انسان و حیوان به آب منتقل می‌شوند. استفاده از مواد ضد عفونی کننده مرسوم همانند کلر بخش زیادی از این باکتری‌ها را از بین می‌برد ولی دغدغه اصلی محققان وجود باکتری‌های در حال رشد درون سیستم لوله‌کشی شهری است. پس بنابراین باید راهی یافت تا فارغ از روش‌های سنتی، گندزدایی را در سطح قوی‌تر انجام دهد.

نور UV یا فرابنفش چیست؟

پرتو فرابنفش یا نور UV در واقع نوعی طول موج معین از نور در بازه 100 تا 400 نانومتر است. اشعه فرابنفش دارای 3 بخش متفاوت است که شامل UVA, UVB, UVC می‌شود. نور UVA در بازه 400 الی 320 نانومتر، نور UVB در بازه 320 الی 280 نانومتر و نور UVC در بازه 280 الی 200 نانومتر قرار می‌گیرد. افراد کمی درباره کاربرد انواع نور فرابنفش آگاهی دارند. موارد زیر از مهم‌ترین کاربردهای نور UV هستند:

• ضدعفونی: این نور در واقع همان پرتو UVC است که در بازه 200 الی 280 نانومتر قرار می‌گیرد. ضدعفونی آب و محیط‌هایی همچون بیمارستان ‌ها و آزمایشگاه‌ها در دسته کاربردهای اصلی این نور قرار می‌گیرند.
• کنترل حشرات: با استفاده از نور فرابنفش می‌توان آن‌ها را جذب و نابود کرد.
• درمان بیماری‌های پوستی: بسیاری از موارد همچون عفونت پوستی، زخم بستر و جوان سازی پوست با استفاده از نور فرابنفش انجام می‌شوند.
• فیزیوتراپی: یکی از کاربردهای اساسی نور فرابنفش در فیزیوتراپی برای درمان بیماران است.

موارد مذکور از جمله دلایل اصلی استفاده از نور UV برای امور خانگی همچون ضدعفونی کردن آب یا امور درمانی هستند. در این مقاله درباره ضدعفونی آب با استفاده از پرتو فرابنفش و مکانیسم آن توضیحات جامعی ارائه می‌دهیم.

نحوه عملکرد نور UV جهت از بین بردن باکتری‌های آّب

هنگامی که یک تابش فرابنفش از طریق نور UV به دیوار سلولی ارگانیسم نفوذ می‌کند، با تغییر در ژنتیک و رشته‌های DNA و RNA باکتری باعث جلوگیری از تکثیر ادامه‌دار آن می‌شود. بازدهی سیستم گندزادی با استفاده از اشعه فرابنفش UV به عوامل زیر بستگی دارد:

• ویژگی‌ باکتری‌های موجود در آب
• شدت تابش فرابنفش
• مدت زمان قرارگیری باکتری‌ها در معرض اشعه UV
• شکل و ساختار لامپ‌های ساطع کننده نور UV

برای اینکه سیستم گندزدایی در آب به بالاترین حد ممکن برسد لازم است برخی ویژگی‌های آب که مانع رسیدن اشعه فرابنش به باکتری‌ها می‌شوند کاهش یابند. برخی از این عوامل شامل موارد زیر هستند:

• کدورت آب
• وجود آهن در آب
• هیومیک اسید
• فولیک اسید

لازم است قبل از بهره بردن از سیستم آنتی باکتریال اشعه فرابنفش در آّب، موادی که در فرایند گندزدایی ایجاد می‌کنند را یافته و آن‌ها را به حداقل برسانیم.

کاربردهای سیستم باکتری‌زدایی با پرتو فرابنفش UV

سیستم گندزدایی با استفاده از اشعه فرابنفش و به کارگیری لامپ‌های UV در دو نوع صنعتی و خانگی است. گندزدایی یکی از مراحل مهم جلوگیری از بیماری‌های قابل انتقال از طریق آب است. این فرایند با تخریب ارگانیسم‌های بیماری‌زا و پاتوژنیک انجام می‌شود. مکانیسم استفاده از این دستگاه‌ها در موارد زیر کاربرد دارد:

• تولید آب آشامیدنی
• تصفیه آب چاه
• تصفیه آب‌های سطحی
• تصفیه فاضلاب بیمارستان ‌ها و آزمایشگاه‌ها
• تصفیه فاضلاب‌های شهری
• تصفیه آب منازل، هتل‌ها و رستوران‌ها

از کاربردهای دیگر اشعه UV می‌توان به گندزدایی حبوبات، سبزیجات و میوه‌ها اشاره کرد.

مزایای استفاده از سیستم از بین بردن باکتری با استفاده از اشعه فرابنفش

این سیستم از بدو تولید تا به امروز توانسته در چرخه تصفیه آب صنعتی و منازل بسیاری از کشورهای پیشرفته و در حال توسعه قرار گیرد. مزایای استفاده از سیستم ضدعفونی با اشعه فرابنفش شامل موارد زیر هستند:

• تخریب و حذف تمامی میکروارگانیسم‌های بیماری‌زا و مقاوم نسبت به کلر
• عدم نیاز به نگهداری، جابجایی و یا ذخیره سازی مواد شیمیایی خورنده سمی یا خطرناک
• حذف جزئی آلاینده های نوظهور در گندزدایی با اشعه UV
• عدم تغییر خواص فیزیکی و شیمیایی آب تصفیه شده شامل بو، مزه، طعم، PH  و سایر ویژگی‌ها
• عدم افزایش میزان TDS فاضلاب تصفیه شده در گندزدایی با اشعه فرابنفش
• از بین بردن هرگونه اثرات ناشی از باقیمانده گندزداها، که می‌تواند برای سلامت و حیات انسان و موجودات آبزی مضر باشد
• از بین بردن آنی باکتری‌ها در قیاس با سایر سیستم‌های گندزدایی
• نگهداری ساده و آسان
• فضای کم جهت نگهداری از سیستم

باور غلطی درباره استفاده از اشعه UV جهت از بین بردن باکتری‌های سطح پوست بدن انسان وجود دارد. اشعه فرابنفش که در اثر پرتوافشانی لامپ UV به بدن انسان می‌تابد، می‌تواند باعث ایجاد التهابات پوستی شود.

اجزای سازنده دستگاه نور UV

در فرایند از بین بردن باکتری‌های موجود در آب و یا گندزدایی فاضلاب‌های شهری، آب از میان راکتورهای محفظه محصور عبور می‌کند که دارای ردیفی از لامپ‌های منتشر کننده نور UV است. تابش نور فرابنفش ناشب از لامپ‌ها موجب غیرفعالسازی میکروارگانیسم‌های موجود در آب می‌شود. اجزای اصلی دستگاه از بین برنده باکتری UV شامل موارد زیر است:

• راکتور
• لامپ نور UV
• منبع تامین برق نیروی لامپ‌ها
• سیستم مکانیکی نگهداری لامپ‌ها
• سیستم کنترل اشاعه نور UV
• سیستم حسگر برای ارزیابی شدت اشعه فرابنفش
• سیستم پاکسازی

کاربران لازم است قبل از به کارگیری دستگاه به خوبی با شیوه‌های نصب و راه‌اندازی آن آشنا شوند و شرایط مناسب برای گندزدایی توسط اشعه فرابنفش را فراهم کنند. استفاده اشتباه از دستگاه UV می‌تواند خطرات جانی برای انسان ایجاد کند.

در ادامه انواع سیستم گندزدایی را به اختصار شرح می‌دهیم:

سیستم‌های گندزدایی با UV بر اساس ساختار راکتور

یکی از روش‌های اصلی استفاده از دستگاه UV به کارگیری آن همانند ساختار راکتور است. در این ساختار برخی استانداردها جهت اتصال اجزا وجود دارند که در ادامه به آن‌ها می‌پردازیم:

1. آب فاضلاب با لامپ‌های UV تماس ندارد و لامپ در قسمت فوقانی مجرا به صورت معلق قرار می‌گیرد.
2. لامپ‌های اشاعه کننده تابش فرابنفش درون پوشش‌های کوارتزی قرار گرفته‌اند تا بتوانند درون آب مستغرق باشند.

در حال حاضر از سیستم‌های لامپ مستغرق برای تاسیسات بزرگی همچون گندزدایی آب فاضلاب شهری استفاده می‌شود. سیستم‌های گندزدایی با لامپ مستغرق با توجه به طراحی هیدرولیکی راکتور UV به دو نوع مخازن بسته با کانال‌های باز تقسیم می‌شود.

سیستم گندزدایی UV مخازن بسته

در ساختار راکتور UV مخزن بسته جریان آب یا فاضلاب از طریق یک لوله که عمود بر جهت لامپ است وارد راکتور می‌شود و در طول مخزن جریان می‌یابد و در نهایت از طریق لوله خروجی از راکتور خارج می‌شود.

سیستم گندزدایی UV مخازن کانال باز

در ساختار راکتور UV کانال باز عموما جریان آب یا فاضلاب در کانال‌های باز و موازی لامپ‌های جیوه‌ای جریان می‌یابد.

انواع لامپ‌های نور UV

لامپ‌های UV منتشر کننده اشعه فرابنفش حاوی بخارات جیوه هستند که رد اثر ایجاد جریان الکتریکی بین دو الکترود، اشعه UV تولید و منتشر می‌شود. لامپ‌‌های تولید کننده اشعه فرابنفش که برای گندزدایی آب به کار می‌روند در 3 دسته زیر قرار می‌گیرند:

1. لامپ‌های فشار پایین و خروجی پایین LPLO
2. لامپ‌های فشار پایین خروجی بالا LPHO
3. لامپ‌های فشار متوسط MP

هرکدام از این لامپ‌ها مزایا و معایبی دارند که در ادامه به بررسی آن‌ها می‌پردازیم.  

• مزایای لامپ‌ UV کم فشار:
• کارایی میکروب کشی بالا، تقریبا تمام طیف UV خروجی در محدوده  254 نانومتر است.
• مصرف انرژی پایین به ازای هر لامپ (اگر یکی از لامپ‌ها از مدار خارج شود، کاهش کمی در دوز کلی تابش رخ می‌دهد.)
• طول عمر بالای لامپ‌ها
• مزایای لامپ‌ UV فشار متوسط
• توان خروجی بالا
• تعداد لامپ‌های کمتر برای کاربری مورد نظر
• راکتورها و فضای مورد نیاز کمتر
• معایب لامپ‌ UV کم فشار
• تعداد لامپ‌های بیشتری برای کاربری مورد نظر نیاز است.
• فضای اشغال شده زیادی نیاز دارند.
• معایب لامپ UV فشار متوسط
• راندمان تبدیل انرژی الکتریکی به UV میکروب کش در آنها پایین است.
• دمای بالای لامپ‌ها ممکن است کثیف شدن آن‌ها را تشدید کند.
• طول عمر پایین لامپ‌ها

استفاده از پرتو فرابنفش UV، امری کاربردی جهت از بین بردن باکتری آب

باکتری آب از مواردی است که آب آشامیدنی را آلوده کرده و با وارد شدن به بدن انسان می‌تواند باعث ایجاد بیماری‌های عفونی یا حتی مرگ و میر شود. شدت بیماری بر اساس رشته‌های DNA و RNA موجود در باکتری آب می‌تواند متفاوت باشد.

روش‌های سنتی ضدعفونی آب همچون انتشار کلر به دلیل عدم از بین بردن کامل باکتری‌ها و ایجاد مواد سرطان‌زا درون آب دیگر مورد بحث نیستند. امروزه استفاده از پرتو فرابنفش UV کاربرد گسترده‌تری در ضدعفونی آب در سطح خانگی و صنعتی دارد و توانسته نظر بسیاری از افراد را به خود جلب کند. خریداران لازم است قبل از تهیه محصول مورد نظرشان با کارشناسان مجموعه مشاوره‌های لازم درباره خرید و نحوه نصب دستگاه UV را کسب کنند.