Lampy UV

Lampy UV

Lampy UV – dezynfekcja fizyczna wody  – Pierwsza instalacja do dezynfekcji wody promieniami UV została wykonana już w 1910 roku w Marsylii. Odkąd w latach 70-tych pojawiły się badania odnośnie ubocznych produktów dezynfekcji chemicznej (związki chloru) to obszar związany z dezynfekcją fizyczną z zastosowaniem lamp UV nabrał znaczącego tempa rozwoju. Obecnie technologia UV jest postrzegana jako w pełni niezawodna i bezpieczna. 

Każda lampa UV (sterylizator UV) składa się z dwóch podstawowych elementów: tubusu (obudowa wykonana ze stali nierdzewnej), promienników UV oraz układu zasilającego promienniki. Zadaniem tubusu jest odpowiednie umiejscowienie promiennika lub zespołu promienników tak, aby przepływająca woda w możliwie najskuteczniejszy sposób była naświetlana promieniami UV wytwarzanymi przez promienniki. Aby chronić promienniki przed ewentualnymi uszkodzeniami mechanicznymi, bezpośrednim zabrudzeniem czy też, żeby zapewnić ich bezproblemową wymianą, umieszcza się je w specjalnych kwarcowych rurach osłonowych. Lampa UV działa wtedy, gdy układ zasilający jest włączony i dostarcza odpowiednie napięcie niezbędne do aktywacji lampy powodujące jej świecenie.

Tak działa lampa w odniesieniu do jej cech technicznych, jednakże aby uzyskać odpowiednią skuteczność dezynfekcji wody (dezaktywacja bakterii, wirusów, drożdży lub pleśni) niezwykle istotne jest zapewnienie odpowiedniej dawki promieniowania odnoszącej się do pożądanej długości fali. Dla przybliżenia zagadnienia poniżej przedstawiamy podstawowe pojęcia.

DEZYNFEKCJA WODY
Powszechna definicja tego słowa to: "postępowanie mające na celu niszczenie drobnoustrojów i ich przetrwalników. Dezynfekcja niszczy formy wegetatywne mikroorganizmów, ale nie zawsze usuwa formy przetrwalnikowe".

PROMIENIOWANIE UV
Promieniowanie UV w większości przypadków spełnia definicję "dezynfekcji", ponieważ powoduje błyskawiczną reakcję fotochemiczną w zakresie DNA mikroorganizmów. Dzięki temu mikroorganizmy zostają zabite albo bezpowrotnie tracą zdolności do rozmnażania się. Należy przy tym pamiętać, że najmniej odporne na działania promieniowania UV są bakterie i wirusy (czyli dezaktywowane są najszybciej)nieco bardziej odporne są drożdże a podwyższoną - najwyższą odporność wykazują pleśnie.

DŁUGOŚĆ FALI
Promieniowanie UV zapewnia właściwą dezynfekcję wody tylko i wyłącznie w przypadku zachowania odpowiedniej długości fali. Tą długością fali jest zakres promieniowania zawarty w przedziale 254÷265 nm (zakres UVC). Główna absorbcja DNA mikroorganizmów następuje przy długości fali równej 260 nm. Dlatego bardzo ważne jest abyśmy w chwili zakupu lampy byli pewni, że nasze urządzenie emituje odpowiednią długość fali zapewniającą pełną dezaktywację mikroorganizmów. Nie jesteśmy w stanie sprawdzić samodzielnie czy urządzenie emituje odpowiednią długość fali czy też nie - w tym przypadku pozostaje nam jedynie subiektywna ocena wiarygodności producenta lampy UV, lub wymóg dostarczenia odpowiednich certyfikatów potwierdzających.

DAWKA PROMIENIOWANIA
To nic innego jak tylko miara energii dostarczonej do wody w celu zapewnienia jej dezynfekcji. Jak nie trudno się domyśleć im większa dawka tym większa skuteczność dezynfekcji. Miarą dawki promieniowania jest J/m2 = 0,1 mJ/cm2 = 1000 mWs/cm2. Niektóre drobnoustroje wymagają mniejszej dawki a inne niestety wyższej - generalnie należy przyjąć, że minimalna dawka zapewniająca właściwą dezynfekcję nie powinna być mniejsza niż 400 J/m2.

NATĘŻENIE PROMIENIOWANIA
To intensywność promieniowania wyrażona w W/m2 zależna głównie od mocy promienników i naświetlanej powierzchni. Pamiętajmy przy tym, że natężenie promieniowania powinno się odnosić wyłącznie do skutecznego promieniowania tj. zawartego w przedziale długości fali pomiędzy 254 a 265 nm. Im wyższa intensywność promieniowania tym wyższa dawka oraz większa zdolność dezynfekcji.

CZAS EKSPOZYCJI
Czas ekspozycji wyrażony w sekundach jest zależny wyłącznie od wielkości przepływu wody i mówi nam przez jak długi okres dana cząsteczka wody jest naświetlana. Im czas ten jest dłuższy tym dawka jest większa i zdolność dezynfekcji rośnie. Należy przy tym pamiętać, że im większy przepływ tym woda przepływa przez lampę z większą prędkością i czas ekspozycji nam maleje.

KLAROWNOŚĆ WODY
Klarowność wody inaczej nazywana "transmitancją" lub "transmisją" wody to nic innego jak współczynnik korekcyjny przy określaniu dawki promieniowania. Współczynnik ten wyrażony w [%] mówi nam jak dana woda jest transparentna (klarowna) i w jakim stopniu tłumi nam promieniowanie UV. Im woda bardziej klarowna tym współczynnik ten jest wyższy (teoretycznie max 100%). Niższy współczynnik determinuje nam konieczność zastosowania promienników o większej mocy tak, aby zwiększyć natężenie promieniowania i w rezultacie uzyskać zakładaną dawkę.

Generalnie promienniki możemy podzielić na dwa rodzaje: niskociśnieniowe i średniociśnieniowe. W obu przypadkach mówimy o ciśnieniu par rtęci promienników emitujących promieniowanie UV, a nie o ciśnieniu pracy (ciśnienie wody otaczającej promiennik). 

Niezależnie od rodzaju promienników bezwzględnie wymaga się, aby promienniki jak i układy zasilania były produkowane przez wiarygodnych, sprawdzonych i certyfikowanych producentów. Dodatkowo przy wyborze danej  lampy w odniesieniu do zastosowanych promienników powinniśmy zwrócić uwagę na okres ich żywotności oraz koszty ich wymiany. Pamiętajmy jednak o tym, że okres ten jest okresem umownym, ponieważ zależy w dużej mierze od ilości włączeń i wyłączeń lampy. 

Teoretycznie każdy środek dezynfekcyjny powinien wywoływać produkty produkty uboczne, jednakże nie bez znaczenia jest określenie w tym przypadku  wartości krytycznej.  Badania wykazały, że promieniowanie UV powoduje tworzenie się ubocznych produktów przy promieniowaniu w zakresie 1000 J, podczas gdy realne dawki kształtują się na poziomie 400 J/m2. W tym przypadku należy szczególnie skupić się na emisjach poniżej 220 nm, które z łatwością przemieniają azotany w azotyny. Problematyczne są również długości fal poniżej 250 nm, które mogą być kancerogenne. Ten szczególny problem promienników średniociśnieniowych został rozwiązany poprzez zastosowanie odpowiednich kwarcowych rur ochronnych powodujących absorbcje fal w niewłaściwym zakresie. Wadą tego rozwiązania jest utrata ok. 40% zdolności dezynfekcyjnej.

W tym przypadku odpowiedź będzie dyplomatyczna - to zależy. Zastosowanie samej lampy UV z reguły spełnia nasze oczekiwania w zakresie skutecznej dezynfekcji w taki sposób, że woda wypływająca z urządzenia jest czysta bakteriologicznie. Jednakże to czy będzie ona nadal czysta bakteriologicznie w punkcie lub punktach poboru wody zależy wyłącznie od stanu, długości i rodzaju instalacji czy sieci wodociągowej. Dlatego jeśli jesteśmy pewni co do stanu naszej instalacji czy sieci to z reguły możemy zrezygnować z konieczności stosowania dezynfekcji chemicznej. Jeśli natomiast nasza sieć wodociągowa jest rozległa lub w złym stanie (np. zalegające miękkie osady) lub istnieje potencjalne ryzyko, że przyłączeni odbiorcy mogą skazić zdezynfekowaną wcześniej wodę (np. poprzez domową instalację hydroforową niezabezpieczoną zaworem antyskażeniowym) - nie rezygnujmy z dezynfekantów chemicznych. Nie jest uczciwym twierdzenie, że lampy UV rozwiążą wszystkie problemy związane z dezynfekcją wody. Z pełną odpowiedzialnością można powiedzieć, że dobrze dobrana lampa działa całkowicie skutecznie ale zaznaczając równocześnie, że działa miejscowo i w żaden sposób nie zabezpiecza nas przed wtórnym skażeniem. Przed wtórnym skażeniem sieci mogą nas zabezpieczyć jedynie dezynfekanty chemiczne utrzymujące swoją skuteczność w każdym punkcie instalacji czy sieci (jak np. podchloryn sodu czy dwutlenek chloru). Oczywiście najbardziej poprawnym i skutecznym technicznie rozwiązaniem jest układ podwójny tzn. lampa UV na wejściu do instalacji lub na wyjściu ze stacji uzdatniania wody wraz z uzupełniającą dezynfekcją chemiczną (przy zastosowaniu mniejszych dawek dezynfekanta). 

Każdy z producentów lamp UV zachwala swoje urządzenia, jako wyjątkowe, posiadające wysoką wydajność i zdolność dezynfekcji a przy tym niskie zużycie energii. Jednakże główny problem polega na tym, że z uwagi na wiele czynników technicznych typowemu użytkownikowi bardzo ciężko jest uzyskać potwierdzenie deklarowanych danych (np. dawka, długość fali, itp.). Dlatego Niemcy, Austria, Szwajcaria i Holandia jako pierwsze w 1997 roku przystąpiły do projektu standaryzacji parametrów lamp UV. Głównym punktem w procesie certyfikacji jest wskazanie dawki biozymetrycznej (dawki promieniowania), która daje nam gwarancję właściwej skuteczności urządzenia. Większość producentów urządzeń UV podaje wydajność lamp w oparciu o własne wyliczenia. Dawka biozymetryczna to wielkość ustalona empirycznie, która oznacza, że urządzenie musi unieszkodliwić określoną ilość mikroorganizmów ze skutecznością min. 99,99% przy dawce promieniowania na poziomie 400 J/m2 i to przy określonej ilości wody i znanej transmitancji UV. Wówczas, po spełnieniu tych warunków, producent urządzenia może liczyć na odpowiedni certyfikat DVGW lub OVGW. Taki certyfikat to najpewniejszy wskaźnik dla klienta, że urządzenie, które zamierza nabyć spełnia deklarowane właściwości użytkowe.

SYSTEM CZYSZCZENIA RUR OSŁONOWYCH
Przepływająca przez lampę woda zawiera w sobie zawiesinę i inne związki, które w dłuższym okresie czasu mogą odkładać się na wewnętrznych powierzchniach danego systemu czy instalacji powodując powstawanie tzw. osadów. Jest to zjawisko jak najbardziej naturalne i w wielu przypadkach nieuniknione a dotyczy w zasadzie wszystkich elementów danej instalacji - rur, armatury, kształtek, wodomierzy oraz lamp UV.O ile w innych przypadkach taka sytuacja nie ma istotnego znaczenia na poprawność funkcjonowania danych elementów to w przypadku lamp UV jest to bardzo niekorzystne ponieważ odkładający się na rurach osłonowych osad będzie zwyczajnie tłumił promieniowanie UV emitowane przez promiennik. W efekcie do wody będzie docierała mniejsza dawka promieniowania co w konsekwencji może skutkować niewystarczającym poziomem dezynfekcji. Rozwiązaniem tego problemu jest okresowe czyszczenie rur osłonowych polegające na fizycznym wyjęciu ich z lampy i oczyszczeniu. Niestety wiąże się to z okresowym wyłączeniem lampy z użytkowania, wykonywaniem czynności serwisowych, podczas których zdarzają się przypadki stłuczenia samej rury osłonowej. Dlatego renomowani producenci lamp UV mają także w swojej ofercie system czyszczący. Są to elastyczne pierścienie umiejscowione na kwarcowych rurach osłonowych, które w połączeniu z odpowiednim mechanizmem okresowo przesuwają się po rurach powodując ich samoistne czyszczenie (zasada działania podobna do wycieraczek samochodowych). W zależności od wersji sam mechanizm czyszczący może być uruchamiany ręcznie lub automatycznie (okresowo z czujnika promieniowania UV). Na rynku występują także systemy czyszczące mieszane tj. mechaniczno-chemiczne. Ich zasada działania jest identyczna jak systemu mechanicznego z tą różnicą, że sam pierścień czyszczący w swojej wewnętrznej powierzchni zawiera specjalny żel wspomagający czyszczenie. Wadą tego rozwiązania jest jednak to, że okresowo należy uzupełniać żel oraz, że może on oddziaływać na parametry jakościowe wody. 

Należy przy tym pamiętać, że o ile w przypadku lamp niskociśnieniowych system czyszczący może być traktowany jako opcja wyposażenia, o tyle w przypadku lamp średniociśnieniowych powinien być obowiązkowym elementem wyposażenia, ponieważ wyższa temperatura pracy promienników powoduje wytrącanie się kamienia na rurach osłonowych. 

DEFLEKTOR
Deflektor to nic innego jak specjalnie ukształtowane pierścienie zlokalizowane na wlocie do lampy, zapewniające równomierne rozprowadzenie strug wody po całej jej wewnętrznej powierzchni. Zaletą tego rozwiązania jest to, że na wskutek równomiernego przepływu każda cząsteczka wody jest naświetlana z identyczną dawką promieniowania. Urządzenie to zostało wynalezione po okresowych problemach ze zdolnością dezynfekcyjną lamp. W tym przypadku pomocne okazało się modelowanie hydrauliczne pozwalające ocenić w typowej lampie (bez deflektora) rozpływ strug wody wraz z ich prędkością przepływu. W wyniku zawirowań spowodowanych kształtkami i armaturą zamontowaną za danej instalacji powstaje ruch turbulentny wody, który w niektórych przypadkach wytwarzał strugi wody o różnych prędkościach przepływu. W efekcie struga z mniejszą prędkością przepływu otrzymywała większą dawkę promieniowania aniżeli struga z większą prędkością. W efekcie w wodzie wypływającej z lampy mogły pojawiać się mikroorganizmy, które nie zostały usunięte z uwagi na niewłaściwą skuteczność dezynfekcji na szybszej strudze. 

POMIAR NATĘŻENIA PROMIENIOWANIA
Pomiar natężenia promieniowania możliwy jest wtedy, gdy nasza lampa UV wyposażona jest w specjalny czujnik zabudowany w obudowie lampy. System ten pozwala użytkownikowi na ciągłe monitorowanie poprawności działania lampy w zakresie emitowanego promieniowania, które można bezpośredenio przełożyć na zdolność dezynfekcyjną urządzenia.    

Montaż lampy uzależniony jest jedynie od kształtu obudowy determinującego sam montaż. Z reguły wszystkie dostępne na rynku urządzenia mają połącznie gwintowe (mniejsze średnice) lub kołnierzowe. W każdym z tych przypadków montaż lampy do instalacji jest typowy i nie powinien powodować żadnych trudności. Niezależnie jednak od samego kształtu urządzenia pamiętajmy o zastosowaniu się do żelaznych zasad:

  • zachowajmy wolną przestrzeń od strony promienników tak, aby zapewnić możliwość ich wymiany bez konieczności całego demontażu lampy,
  • sprawdźmy ciśnienie pracy lampy aby nie było ono niższe od ciśnienia maksymalnego w instalacji,
  • na wlocie i wylocie lampy zastosujmy armaturę odcinającą. najlepiej jeśli armatura nie będzie powodowała dodatkowych zawirowań strumienia wody jak np. armatura gładko przelotowa (zawory kulowe, zasuwy). Przepustnice z uwagi na ukształtowanie dysku mogą niestety powodować niekorzystne zawirowania strumienia wody skutkujące nierównomiernymi prędkościami przepływu wody (nierównomierne prędkości przepływu = nierównomierny czas ekspozycji = nierównomierne promieniowanie = zbyt mała miejscowa dawka promieniowania + częściowy brak skuteczności dezynfekcji),
  • pożądane jest zastosowanie by-pasu zapewniającego awaryjny przepływ wody przez instalację w przypadku odcięcia dopływu wody do lampy np. przy ewentualnych przeglądach,
  • w przypadku zastosowania lampy UV użytkowanej okresowo i narażonej na działanie niskich temperatur (np. domki letniskowe, mobilny system dezynfekcji) zapewnijmy możliwość całkowitego odwodnienia urządzenia,
  • lampa UV powinna się  samoczynnie odpowietrzać (bąbel powietrzny będzie obniżał skuteczność dezynfekcji). Uwzględnijmy ten element przy montażu urządzenia. 

Doboru lampy UV powinien dokonać producent lub dostawca urządzenia aby jednak dobór był właściwy konieczne jest podanie podstawowych danych wyjściowych charakteryzujących daną instalację.

PRZEPŁYW WODY
Przepływ wody wpływa bezpośrednio na czas ekspozycji a ten z kolei na dawkę promieniowania, która ma przełożenie na  skuteczność dezynfekcji. Dlatego poprawne określenie tego parametru jest najważniejszym elementem przy doborze lampy. Większość systemów charakteryzuje się nieregularnym przepływem wody w ciągu doby, dlatego lampa UV powinna być dobierana na przepływ maksymalny występujący okresowo w ciągu doby. Przepływ minimalny czy też średni jest w tym przypadku nieistotny.

KLAROWNOŚĆ WODY - TRANSMITANCJA
Jest to indywidualna cecha każdej wody. Co prawda wielu dostawców i producentów lamp UV opiera się na danych szacunkowych przyporządkowanych dla danego typu wody my jednak, z uwagi na poprawność doboru lampy i generowane w związku z tym koszty eksploatacyjne,  zachęcamy do rzeczywistego pomiaru klarowności wody.

JAKOŚĆ WODY
Określenie problemu jakości wody jest ściśle związane z odpowiedzią na pytanie w jakim celu stosujemy lampę UV i jaką dawkę promieniowania UV powinniśmy zastosować w konkretnym przypadku. Jeśli lampę stosujemy w celu unieszkodliwienia określonej grupy mikroorganizmów to powinniśmy dokładnie wskazać ich rodzaj i na tej podstawie dobrać dawkę promieniowania gwarantującą ich unieszkodliwienie. Jeśli natomiast dezynfekcję UV stosujemy w celach prewencyjnych wówczas powinniśmy odnieść się do rodzaju instalacji / wody i w tym zakresie zastosować odpowiednią dawkę. W zależności od danej aplikacji zaleca się stosowanie następujących dawek:

  • woda pitna wodociągowa - powyżej 400 J/m2
  • przemysł spożywczy - powyżej 600 J/m2
  • przemysł kosmetyczny - powyżej 600 J/m2
  • woda basenowa - powyżej 600 J/m2
  • przemysł farmaceutyczny - powyżej 1200 J/m2
  • dezaktywacja drożdży - powyżej 1500 J/m2
  •  

Przy zakupie lampy UV powinniśmy postępować racjonalnie i odnosić się do naszych wyobrażeń i nadziei dotyczących poziomu technicznego kupowanej lampy. Zachęcamy do zero-jedynkowej oceny parametrów technicznych przy porównaniu lamp jak również do oceny wiarygodności dystrybutora. Nie bez znaczenia przy ocenie dystrybutora / producenta jest także samo podejście przy określaniu parametrów wyjściowych niezbędnych do doboru lampy. Pewna nonszalancja w tym zakresie czy też bagatelizowanie danych wyjściowych (np. pominięcie pomiaru transmitancji) powinien uruchomić "żółtą lampkę" - pamiętajmy, że w przypadku wadliwego działania lampy UV odpowiedzialność z reguły będzie spadać na kupującego, który zaakceptował dane wyjściowe przed doborem lampy. 

  • unikaj tanich lamp - różnica w cenie wynika głównie z jakości zastosowanych podzespołów,
  • dokładnie określ dane wyjściowe do doboru lampy takie jak: przepływ, transmitancja (klarowność) i poziom jakości wody,
  • unikaj dostawców / producentów lamp, którzy oferują i dobierają lampy wyłącznie na parametr "przepływ",
  • sprawdź zakres produkcji lamp danego producenta (im większy tym lepiej),
  • sprawdź referencje producenta (im więcej tym lepiej),
  • sprawdź czy dany producent lampy posiada na swoje wyroby certyfikaty,
  • oceń wiarygodność i podejście personelu technicznego - ich słownictwo, znajomość tematu, poziom oferty itp.,
  • sprawdź czy w ofercie określono wielkość dawki promieniowania UV,
  • sprawdź do jakiego poziomu transmitancji określono dawkę promieniowania UV (pamiętaj, że absolutna większość prospektów reklamowych producentów i dystrybutorów lamp UV odnosi się do transmitancji czysto teoretycznej tj. 98-100%),
  • sprawdź czy w ofercie ujęto współczynnik starzenia się lamp (dawka powinna się odnosić do końcowego okresu pracy promienników),sprawdź deklarowany czas pracy promienników mając na względzie, że jest to wartość zależna od ilości włączeń i wyłączeń lampy,
  • sprawdź czas po jakim oferowana lampa osiągnie swoje parametry pracy (czas nagrzewania),
  • sprawdź czy producent lampy oferuje także system czyszczący do lamp, ,deflektor przepływu czy też pomiar natężenia promieniowania,
  • sprawdź dostępność serwisu.