Принципы расчета количества ультрафиолета в установках обеззараживания воды

Подбор и расчет установок обработки ультрафиолетом исходит из выбора соотношения доза излучения на общее число микробиологических загрязнений. Нормативами установлена минимальная доза излучения, при которой гибнут микроорганизмы патогенного вида – 16 мДж/кв.см.

Для разных видов вирусов и бактерий требуется разная расчётная доза уф – облучения для снижения концентрации.

Данный параметр называется степень обеззараживания, его принимают как десятичный логарифм частного от начальной концентрации микроорганизмов к финишной, требуемой на выходе из установки.

Доза ультрафиолетового облучения мДж/кв.см необходимая для инактивации различных видов микроорганизмов

№ п/п Вид микроорганизмов Доза облучения необходимая для инактивации
90 % 99,9 %
1 Shigella flexneri 1,7 5,2
2 Salmonella typhi 2,1 7,5
3 Shigella dysenteriae 2,2 8,8
4 Proteus vulgaris 2,6 7,8
5 Staphylococcus aureus  — 7,8
6 Escherichia coli 3,0 6,0
7 Virus poliomyelitis 3,1 6,0
8 Salmonella paratyphi 3,2 6,1
9 Vibrio cholerae 3,3 6,5
10 Orthomyxoviridae (вирусы гриппа) 3,6 6,6
11 Salmonella enteritidis 4,0 7,6
12 Mycobacterium tuberculosis 5,4 10,0
13 Pseudomonas aeruginosa 5,5 10,5
14 Virus hepatitis A 5,8 11,0
15 Candida albicans 12,0  —

Расчёт УФ – установки сводится к нахождению количества ультрафиолетовых ламп в зависимости от их мощности и способности покрывать расчётный расход воды, размеров камеры обеззараживания и мощности излучения.

При расчетах постоянно необходимо соблюдать баланс между предельно достаточными количеством и мощностью ультрафиолетовых ламп, чтобы установка была не слишком дорогой и пропускным объемом камеры обеззараживания, чтобы установка была способна с достаточной экспозицией обеспечить заданную производительность.

Качество исходной воды связано с технико-экономической целесообразностью применения УФ – обеззараживания.

Сточная вода до подачи на установку по качеству должна отвечать следующим требованиям:

- БПК – до 10 мгО2/л;

- ХПК – до 50 мгО2/л;

- Взвешенные вещества – до 10 мг/л;

- Железо общее – до 1 мг/л;

- Нефтепродукты – до 0,2 мг/л.

Питьевая вода до подачи на установку по качеству должна отвечать следующим требованиям:

- Цветность – не более 50 град;

- Мутность – до 1 мг/л;

- Железо общее – до 0,3 мг/л.

Особенно сильно на эффективность ультрафиолетового облучения оказывает наличие в воде нерастворённых примесей (коллоидное железо, взвешенные вещества). Это объясняется тем, что коллоиды и взвешенные значительно рассеивают ультрафиолетовое излучение и, по сути, полезная энергия тратиться не на обеззараживание, а на нагрев этих частиц.

Максимальный порог взвешенных веществ, при котором расчет и применение УФ – обеззараживания имеет технико-экономическую целесообразность не более 30 мг/л. Расчёт начинается с нахождения суммарной потребной бактерицидной мощности узлучателей, измеряется в Вт.

Q – требуемая производительность, куб.м/час

α – коэффициент поглощения обрабатываемой воды (поверхностные и подземные источники)

В расчет принимается:

- поверхностные обработанные воды – 0,3

- чистые подземные воды из глубоких скважин – 0,1

- родниковая вода – 0,15

k – коэффициент сопротивляемости облучаемых бактерий (для разных видов бактерий)

P0- концентрация бактерий до обработки воды на 1 куб.м

P- концентрация после обработки

η0- коэффициент облучения зависящий от показателей воды и толщины её слоя, принимается как правило 0,9

η- коэффициент бактерицидного потока для погружного излучателя, принимается в расчёт 0,9

Главный параметр при расчете установок уф – обеззараживания – доза облучения. Количество инактивированных микроорганизмов растёт экспоненциально с увеличием дозы облучения.

                         D = E x t,                

где:

D — эффективная доза облучения в мДж/кв. см;

E — средняя интенсивность бактерицидного излучения в мВт/кв. см;

t — среднее время пребывания воды в камере обеззараживания в сек.

Интенсивность бактерицидного излучения меряется датчиками рассчитанными на длину волны от 220 нм до 280 нм

Среднее время пребывания воды в камере обеззараживания рассчитывается по формуле

                             S   x   L
                       t = -------------,           
                             278  x  Q

где:

t — среднее время пребывания воды в камере обеззараживания в сек;

S — поперечное сечение камеры обеззараживания в см;

L — длина камеры обеззараживания в см;

Q — расход воды в куб.м/ч;

278 — коэффициент пересчета размерности единиц.