نور UV یک باند بسیار کوچک در طیف الکترومغناطیسی است که بین نور مرئی و اشعه X قرار گرفته است. نور خورشید بزرگترین و اصلیترین منبع پرتو فرابنفش است. اشعه UV در برنامههای تحقیقاتی، مراکز پزشکی، مراکز پرورش ماهی، صنایع غذایی، صنایع نفت و گاز، تصفیه و ضدعفونی آبها و … کاربرد دارد. در ادامه این مطلب با ما همراه باشد تا به شما بگوییم UV چیست، چه کاربردی دارد و چگونه تأمین میشود.
UV چیست؟
اگر میخواهید بدانید UV چیست، باید به شما بگوییم که اشعه UV نوعی تابش غیریونیزهکننده است که بهطور کلی و بر اساس طول موج خود به سه طیف اصلی تقسیم میشود: طیف UVA که دارای طول موج 315 تا 400 نانومتر است (برای مثال یک نور سیاه)، طیف UVB با طول موج از 280 تا 315 نانومتر (برای مثال یوریترمال) و طیف UVC با طول موج از 100 تا 280 نانومتر (برای مثال میکروبکش).
در ظهر یک روز آفتابی و تابستانی که خورشید میتابد، اشعه UV ساطعشده از آن شامل 95 درصد طیف UVA و 5 درصد طیف UVB است. بخش زیادی از UVB و تمام طیف UVC نیز پیش از رسیدن به سطح زمین توسط لایه اوزون استراتوسفری جذب شده است.
طیف دیگری از اشعه UV وجود دارد که دارای توان کمتری از این سه طیف است و به آن UVR و UVR خلأ گفته میشود. طول موج این طیف کمتر از 200 نانومتر است و توان بسیار پایینتری نسبت به UVA، UVB و UVC دارد و بهسرعت در هوا جذب میشود. فرمول محاسبه توان و انرژی فوتونهایی که از منبع تابشی ساطع میشوند عبارت است از:
- E = hf = hc/ λ
اجزای این فرمول عبارتاند از:
- E= انرژی یک کوانتوم (ژول)
- f= فرکانس یا تعداد نوسان در ثانیه (یا هرتز)
- h= ثابت پلانک (104 × 63/6 ژول- ثانیه)
- c= سرعت یا طول طی شده در واحد زمان (108 × 3 متر در ثانیه)
- l= طول موج پرتو (متر)
روشهای تأمین اشعه UV چیست؟
در پاسخ به سؤال روش تأمین اشعه UV چیست باید گفت همانطور که در بخش پیش اشاره کردیم، اصلیترین و بزرگترین منبع تأمین پرتو فرابنفش نور خورشید است و تقریباً حدود ۱۰ درصد از تمامی امواج و پرتوهای ساطعشده از خورشید را اشعه UV تشکیل میدهد. از آنجا که پرتو فرابنفش کاربردهای مختلف و بسیار زیادی در صنایع متنوع دارد، یقیناً این مقدار اشعه ساطع شده از نور خورشید جوابگوی تمام این نیازها نیست.
به همین دلیل با پیشرفت تکنولوژی منابع دیگری نیز جهت دستیابی به اشعه UV ساخته شده است. از میان اینها میتوان به لامپ سیاه و لامپ بخار جیوه اشاره کرد. علاوه بر اینها در زمان جوشکاری قوس الکتریکی نیز اشعه UV تولید میشود.
کاربردهای اشعه UV چیست؟
UV در سیستمهای تصفیه آب
در تصفیه آب کاربرد UV چیست؟ جهت تصفیه کردن آب و تبدیل آن به آب شرب روشهای بسیار متنوعی ابداع شده است که یکی از متداولترین آنها، روش کلرزنی است؛
اما طی تحقیقات انجام شده توسط محققان در مدت زمان نسبتاً طولانی، مشخص شده که استفاده از کلر برای تصفیه کردن آب معایبی به همراه دارد که بیشتر از مزایای آن است و میتواند خطرآفرین باشد؛ اما استفاده از پرتو فرابنفش یک روش بهتر و کمخطرتر است و هیچ کدام از معایب و مضرات تصفیه آب به روش کلرزنی را ندارد.
بسیاری از مراکز تصفیه آب موجود در سرتاسر جهان بهطور کاملاً موفق شدهاند تکنولوژی استفاده از پرتو فرابنفش را جایگزین روش کلرزنی کنند و دلایل بسیار زیاد و قانعکنندهای برای این اقدام دارند. اما دلایل استفاده از اشعهUV چیست؟
- باقی ماندن بخش قابل توجهی از کلر در آب که در پی آن آسیبهای زیست محیطی بسیاری متوجه محیطزیست میشود.
- بروز حساسیتهای چشم و التهابات شدید پوستی به دلیل واکنش نشان دادن بدن انسان نسبت به کلر باقیمانده در آب که میتواند برای انسان دردناک و ناخوشایند باشد.
- تولید شدن ترکیبات خطرناک هالومتان به دلیل ترکیب کلر با مواد آلی و واکنش نشان دادن آنها که بسیار خطرناک است.
در مورد هالتومتان و خطرات آن لازم است اطلاعاتی به شما بدهیم. تری هالومتانهای اصلی شامل ترکیبات برمود کلرومتان، دی برموکلرومتان و کلروفرم است. تحقیقات علمی بسیار زیادی حاکی از این است که این ترکیبات سرطانزا و خطرناک هستند.
برای مثال در سال ۱۹۹۲ میلادی تحقیقی انجام شد که نتایجش در مجله بهداشت همگانی امریکا انتشار پیدا کرد. این نتایج نشان میداد افرادی که در معرض آب تصفیهشده به روش کلرزنی قرار میگیرند، ریسک ابتلا به بعضی از سرطانها در آنها ۱۵ تا ۳۵ درصد بیشتر از سایرین است.
علاوه بر این، انستیتو ملی سرطان هم افرادی که در معرض آب کلرزده قرار میگیرند را تا ۹۳ درصد بیشتر از دیگران مستعد ابتلا به سرطان میداند. همچنین انگل کریپتوسپوریدیوم نیز کاملاً نسبت به ترکیبات کلر مقاوم است و با روش کلرزنی نمیتوان آن را از بین برد. مؤثرترین راه برای از بین بردن این انگل، جوشاندن آب و استفاده از فناوری گندزدایی و ضدعفونی بهوسیله اشعه UV است.
اشعه UV در تصفیه فاضلاب
شاید برایتان جالب باشد که بدانید کاربرد گندزدایی UV چیست؟ زمان زیادی نیست که گندزدایی و ضدعفونی فاضلابها و پسابها بهوسیله پرتو فرابنفش انجام میشود. در حقیقت عمر حضور اشعه UV و استفاده از آن در این صنعت چیزی کمتر از نیم قرن است. چند سالی است که لامپهای UV جای خود را در صنایع باز کردهاند و در ابعاد و اندازههای مختلف تولید میشوند.
مدلهای بسیار کوچک این لامپها میتوانند انرژی حدود ۲۰ هزار برابر بیشتر از شدن نور خورشید در سطح دریا را از خود ساطع کنند. استفاده از اشعه UV در صنعت تصفیه فاضلابها درست پس از مشخص شدن خطرات و آسیبهای بسیار زیاد فرآوردههای جانبی روش کلرزنی آب و ناکارآمد بودن این روش در خنثی کردن فعالیت کیست تک سلولیها در دوزهای متعارف، مورد توجه واقع شد.
پیشرفت علم و تکنولوژی در تمام زمینهها تلاش کرده که به کمک انسان و محیط زیست بیاید. در روزگار ما با پیشرفت علم به سلامت افراد و محیط زیست بیشتر توجه میشود. در راستای این توجهات، قوانین جدید و جامعتری برای دستیابی به روشی بیخطر جهت ضدعفونی و گندزدایی پسابها و فاضلاب و استفاده از آن در آبیاری مجدد در زمینهای کشاورزی، گلخانهها و … تدوین شده است.
البته که روش کلرزنی یک فناوری کاملاً تثبیت شده در زمینه ضدعفونی کردن و تصفیه فاضلابها است؛ اما همانطور که گفتیم، استفاده از کلر برای ضدعفونی به خاطر نگرانیهای مختلف در زمینه ایجاد مشکلات زیست محیطی و بیماریهای مختلف، در حال بازنگری است.
با توجه به مطالعات صورت گرفته و همچنین افزایش دانش و تجربه متخصصان در زمینه شناسایی مضرات گندزداهای شیمیایی مانند کلر، انتخاب پرتو فرابنفش یک انتخاب صحیح، علمی، بهصرفه و مناسب است.
در سال ۱۹۸۸ میلادی چیزی حدود ۳۰۰ تصفیهخانه در ایالات متحده امریکا از فناوری پرتو فرابنفش در زمینه ضدعفونی و تصفیه فاضلابها استفاده میکردند که در سال ۲۰۰۴ میلادی این رقم به چیزی حدود ۴۳۰۰ تصفیهخانه فاضلاب و پساب در آن منطقه رسید (تقریباً بیش از ۲۰ درصد تمام تصفیهخانهها که معمولاً تازهتاسیس بودند).
این یعنی تصفیهخانههای مدرن با افزایش بیش از ۱۰ برابری مواجه شدند. امروزه پساب بسیاری از کارخانهها و یا فاضلابها با استفاده از فناوری پرتو فرابنفش با کیفیت بسیار بالا و بدون جا گذاشتن عوارض جانبی برای انسان و محیط زیست، گندزدایی میشوند. همچنان تعداد تصفیهخانههای مجهز به فناوری پرتو فرابنفش در امریکا، اروپا و شرق آسیا به طرز قابل توجهی افزایش پیدا کرده است و انتظار میرود در سالهای آینده هم توسعه و پیشرفت بیشتری داشته باشد.
اشعه UV در صنایع کشاورزی و دامپروری
در پاسخ به سؤال در صنایع کشاورزی کاربرد UV چیست باید گفت اشعه UV همانطور که در ابتدای مطالب گفته شده، خواص میکروبکشی و ضدعفونی فراوانی دارد. یقیناً این عملکرد میتواند در صنایع غذایی بسیار کاربردی باشد.
قبل از بستهبندی کردن مواد غذایی مختلف، قرار دادن آنها در یک تونل تحت اشعه و لامپهای UV میتواند کاهش اسپور قارچها را به همراه داشته باشد و در نتیجه از فاسد شدن فراوردههای غذایی جلوگیری شود. علاوه بر این مسئله، فضای گلخانهها و سیستمهای هواساز موجود در آن یک محیط مستعد جهت ورود و رشد میکروبهای مخرب هستند. با استفاده از پرتو فرابنفش و قرار دادن لامپهای UV در کانالهای هوای گلخانه میتوان این مشکل را نیز بهراحتی رفع کرد.
در حال حاضر در بسیار از گلخانهها از نور مصنوعی و لامپهای UV برای افزایش میزان کشت متراکم و مرغوب گیاهان استفاده میشود. اشعه UV در محدوده طیف UVC خود میتواند آب و محیط مورد استفاده جهت کشت محصول را به بهترین شکل ضدعفونی و تصفیه کند. حذف شدن میکروارگانیسمهای مضر جهت رشد گیاهان بهوسیله اشعه UV، تولید بیشتر و مرغوبتر محصولات را به همراه خواهد داشت.
همچنین نگهداری بسیاری از میوهها و محصولات گیاهی حتی در شرایط سردخانهای به مدت کوتاه یا طولانی نیز باعث به وجود آمدن و رشد انواع باکتریهای سطحی میشود و یقیناً فاسد شدن محصولات را در پی دارد. به کارگیری لامپهای UV بسیار میتواند کمککننده باشد. مثلاً در صنعت دامپروری در سراسر جهان، سیستمهایی که بر پایه پرتو فرابنفش طراحی شدهاند، توانستهاند به بهترین شکل عملکرد خود را نشان دهند.
در بسیاری از مناطق جهان، آب مراکزی که به پرورش دام و طیور اشتغال دارند، به فاضلاب و پساب شهری و حتی کارخانهها آلوده شدهاند؛ یقیناً امکان ضدعفونی کردن و گندزدایی مداوم و همیشگی آب آشامیدنی برای استفاده دام یا طیور وجود ندارد، پس استفاده از سیستمهای تحت اشعه UV بهصرفهترین و بهترین گزینه موجود است.
اشعه UV در پرورش شیلات
اگر میخواهید بدانید که در صنعت پرورش ماهی کاربرد UV چیست باید بگوییم در نیمه دوم قرن بیستم میلادی انفجار جمعیت عجیبی شکل گرفت. در این زمان جمعیت جهان به یکباره از ۲.۵ میلیارد نفر به ۶ میلیارد نفر رسید. این افزایش جمعیت عجیب تنها در ۵۰ سال و در حد فاصل سال ۱۹۵۰ میلادی و سال ۲۰۰۰ میلادی رخ داد.
یقیناً با بیش از دو برابر شدن جمعیت در این مدت زمان کوتاه، تقاضای مردم برای محصولات کشاورزی جهت تأمین خورد و خوراک خود نسبت به سالهای گذشته افزایش بسیار زیادی پیدا کرد. همچنین در راستای آن، مصرف آبزیان و تقاضای خرید و استفاده از محصولات دریایی افزایش یافت.
رشد خوب این صنعت همیشه هم با موفقیت همراه نبوده و مشکلات زیادی در این زمینه گریبان گیر دولتها و صاحبان صنایع شده است. بروز بیماریهای عفونی و غیر عفونی، ویروسی، باکتریایی، قارچی و میکروبی یکی از مهمترین مشکلاتی است که در این صنعت وجود داشته و همچنان هم دارد. بروز بیماریها با منشأهای گفته شده در مراکز پرورش ماهی خصوصاً پرورش ماهی قزل آلا در سرتاسر جهان مورد توجه متخصصین این زمینه قرار گرفت.
بیماریهایی مانند نکروز عفونی پانکراس (IPN)، ویروسهای نکروز عفونی بافتهای خونساز (IHN)، یرسینیوزیس، لاکتوکوکوزیس، سپتی سمی خونریزی دهنده ویروسی (VHS) و باکتریهای استرپتوکوکوزیس و سپتیسمیهای ناشی از آئروموناسهای متحرک بخشی از آنها بود که در مزارع پرورش ماهی قزل آلا در کشور ما نیز شناسایی و مشاهده شد. پس از بررسیهای طولانیمدت، متخصصین متوجه شدند که عامل انتقال این نوع بیماریها در اکثر موارد آب است.
بیماریهایی که در ماهیان بروز پیدا میکند، شامل بیماریهای عفونی و غیر عفونی میشود. بیماریهای غیرعفونی خودشان به سه دسته محیطی، تغذیهای و ژنتیکی تقسیم میشوند. بیماریهای عفونی عموماً مسری و واگیردار هستند و همین واگیردار بودن آنها مشکلات به وجود آمده را دو چندان کرده است.
جلوگیری از بروز اینگونه بیماریها و حفظ آبزیان از خطرات زیستی کار سختی و نشدنی نیست. اقداماتی در این زمینه تعریف شده است که رعایت آنها میتواند شیوع بیماری در بین آبزیان را به صفر برساند.
اما در زمینه پرورش ماهی کاربرد UV چیست؟ مهمترین اقدامی که به پیشگیری از بروز و اپیدمی شدن بیماریهای عفونی و غیر عفونی در میان ماهیها کمک میکند، به کار بردن نوینترین و مناسبترین روشهای گندزدایی و ضدعفونی است.
استفاده صحیح از روشهای گندزدایی همراه با برنامهریزی و هدفگذاری مناسب تأثیر زیادی در کاهش تلفات آبزیان و افزایش سودآوری این صنعت دارد. یکی از جدیدترین و کاربردیترین سیستمهای گندزدایی، استفاده از پرتو فرابنفش است که پیش از این در مورد آن اطلاعاتی به شما دادیم. استفاده از سیستمهای گندزدایی بر پایه لامپهای UV یکی از روشهای جدید است که بیشتر در سالهای اخیر رواج پیدا کرده و توجه صاحبان صنایع مختلف را به خود جلب کرده است.
یکی از دلایل استقبال صاحبان صنعت پرورش شیلات به گندزدایی بهکمک اشعه فرابنفش، تأثیر کامل این اشعه بر بیماریها و میکروبها است و این در حالی است که این سیستمها هیچ گونه تاثیری بر خود ماهیها ندارند. دلیل این اتفاق آن است که آب در مسیر و پیش از رسیدن به ماهیها و تخمهایشان توسط سیستمهای گندزدای فرابنفش ضدعفونی میشود و این اشعه با ماهیها و دیگر آبزیان برخوردی ندارد؛
پس تاثیری هم بر آنها نمیگذارد. نکته مهم و مورد توجه استفاده از دز مناسب و کافی پرتو فرابنفش در مراکز پرورش شیلات است. مشخص کردن و انتخاب دز مناسب جهت گندزدایی آب مراکز نیاز به بررسیهای سازمانیافتهای بر پارامترهای مؤثر و گونان دارد. کیفیت و میزان آب مصرفی شیلات و آلودگیهای موجود در مرکز تنها نمونه کوچکی از این پارامترها است.
دو نوع دستگاه در پرورش ماهی و استفاده از اشعه UV جهت ضدعفونی و گندزدایی آنها نقش دارند؛ یکی از آنها تحت عنوان سیستم روباز یا کانالی و دیگری به نام سیستم لولهای یا سامانه تحت فشار (راکتور یووی).
سیستم کانالی دستگاه ضدعفونیکننده بر پایه اشعه UV در مزارع پرورش ماهیان پرواری، ماهیان گرماب و سردآبی و در سیستم تصفیه پسابها مورد استفاده قرار میگیرد. سیستم لولهای این ضدعفونیکننده در ضدعفونی مزارعی به کار میروند که نیاز به آب ورودی کمتری دارند.
سامانه تحت فشار این گندزداها نیز یک محفظه کاملاً در بسته است که آب از یک طرف وارد آن شده و پس از ضدعفونی کامل و گندزدایی تمام میکروبها و آلودگیهای موجود در آن از سمت دیگر دستگاه خارج میشود. این دستگاهها به سه شکل عمده در جریان عبور آب مرکز پرورش ماهی قرار میگیرند. این سه شکل عمده عبارتاند از:
- قرار دادن دستگاه ضدعفونیکننده UV در جریانهای ورودی (Inflow Waters)
- قرار دادن دستگاه ضدعفونی کننده UV در سیستمهای گردشی (Recirculation Systems)
- قرار دادن دستگاه ضدعفونیکننده UV در پساب خروجی (Effluent Discharges)
از مزایای استفاده از اشعه UV در صنعت پرورش ماهی میتوان موارد زیر را نام برد:
- عدم تغییر رنگ، بو، کیفیت فیزیکی و کیفیت شیمیایی آب
- ضدعفونی کامل میکروارگانیسمهای مقاوم به کلر و اوزون
- رفع کردن آلودگیهای موجود در آب بدون باقی ماندن هیچ گونه مواد شیمیایی پس از انجام عملیات
- سرعت بسیار بالا در ضدعفونی
- عدم تشکیل ترکیبات آسیبزننده شیمیایی در آب
- هزینه بسیار پایین گندزدایی و ضدعفونی
- کاربرد اشعه UV در پزشکی و تجهیزات بیمارستانی
اشعه UV در مراکز درمانی و بیمارستانها
حتماً میدانید که محیطهای بیمارستانی در صورت عدم ضدعفونی و گندزدایی مناسب، موجب بروز عفونتهای بسیار زیادی میشوند. این عفونتها بسیار مهلک است و در بسیاری از موارد هم کاملاً در برابر آنتی بیوتیکها مقاومت میکنند و میتوانند خطری جدی علیه سلامت بیماران، مراجعهکنندگان و کادر بیمارستان به حساب بیایند.
اقدامات مختلفی جهت ضدعفونی فضای بیمارستانها و حفظ آن از عوامل بیماریزا وجود دارد و استفاده از انواع ضدعفونیکنندهها تنها نمونهای از آن است.
اگر میخواهید بدانید که موارد دیگر استفاده در مراکز درمانی درمورد اشعه UV چیست باید بگوییم اقدام دیگر، استفاده از گندزداهای تحت پرتو فرابنفش یا همان لامپهای UV در اتاقهای عمل است.
گزارشی از یک مطالعه در مجله امریکایی کنترل عفونت به چاپ رسید که نشان میداد ضدعفونی و گندزدایی با اشعه ماورا بنفش میتواند چیزی حدود ۹۷٫۷ درصد از پاتوژنهای (عوامل بیماریزا) موجود در اتاقهای عمل و فضاهای بیمارستانی را نابود کند و با استفاده از اشعه UV میشود بسیاری از باکتریهای مقاوم به آنتی بیوتیک را بهطور کامل از بین برد.
علاوه بر اینها توسط دانشمندان و مخترعان جهت ضدعفونی سطوح مختلف بیمارستانی نیز دستگاههای مجهز به UV متحرکی ساخته شده که میتواند محیط پیرامون را به بهترین شکل ممکن ضدعفونی کند. همچنین در دستورالعمل کشوری نظام مراقبت عفونتهای بیمارستانی وزارت بهداشت آورده شده است که استفاده از پرتو فرابنفش با پراکسید هیدروژن منجر به افزایش ضد اسپوری به میزان ۴۰۰۰ برابر بیشتر از پراکسید هیدروژن تنها میشود.
باید بدانید که این فناوری نوین قادر است پاکیزگی محیطی را تا حد بسیاری بهبود ببخشد و همینطور باعث کاهش پاتوژنهایی شود که میتوانند بهصورت بالقوه موجب بروز عفونت شوند. علاوه بر اینها، از لامپهای Uv در آزمایشگاههایی مانند آزمایشگاههای میکروبیولوژی که لازم است همیشه استریل باشند، استفاده میشود.
اشعه UV در صنعت نفت و گاز
شاید برایتان سؤال باشد که در صنعت نفت و گاز کاربرد UV چیست. برخی باکتریهای موجود مانند انواع احیاکننده سولفاتها قادرند حتی در شریط بیهوازی و آب هم رشد کنند و همراه با چاههای استخراج نفت تزریق شده و باعث تولید فراوردههای مضر H2S و FeS شوند.
رشد و تکثیر این باکتریهای مضر در داخل لولهها و اتصالات باعث به وجود آمدن آسیب و خسارات زیادی برای خطوط و لولهها شده و تأثیر مخرب و جبرانناپذیری بر کیفیت نفت نیز گذاشته است. یقیناً در چنین وضعیت بحرانی استفاده از ضدعفونیکننده و گندزدایی برای از بین بردن باکتریها امکانپذیر نیست؛ بنابراین بهترین و موثرترین روش جهت جلوگیری از تأثیر مخرب این میکروارگانیسمها، استفاده از پرتو فرابنفش یا UV است.
نگرانی در مورد از بین رفتن دستگاهها وجود ندارد. کاملاً واضح است دستگاههای مجهز به پرتو فرابنفش که در چنین محیطهایی مورد استفاده قرار میگیرد، در برابر خورندگی مقاوماند و به خاطر سختی زیاد آب و شرایط خاصشان معمولا قدرت بسیار بیشتری از نمونههای مشابه دارند که جهت استفاده برای گندزدایی آب شیرین در دسترس قرار میگیرند.
در این مقاله دانستید که UV چیست، چه کاربردهایی دارد، از چه منابعی تولید میشود و چگونه مورد استفاده قرار میگیرد. استفاده از اشعه UV یک فناوری جدید در تمام صنایع محسوب میشود و هنوز مسیر طولانی برای کامل شدن تحقیقات در این زمینه پیش روی دانشمندان و محققان وجود دارد.
یقیناً با کامل شدن این تحقیقات استفاده از اشعه UV در تمام زمینههای زندگی انسانها شکل کاربردیتری پیدا میکند. امیدواریم توانسته باشیم اطلاعات لازم در این زمینه را به شما بدهیم.