گندزدايي آب به روش UV رحيم دواني – كارشناس آزمايشگاه آب و فاضلاب – مركز بهداشت شهرستان شيراز

1. گندزدايي آب به روش UV رحيم دواني – كارشناس آزمايشگاه آب و فاضلاب – مركز بهداشت شهرستان شيراز پائيز 1388

2. اشعه ماورابنفشUV انسان از قرنها پيش اعتقاد داشت كه نور خورشيد مي تواند ازاشاعه عفونت ها جلوگيري كند. در سال 1877 دو محقق انگليسي به نام هاي دانز و بلونت دريافتند كه تكثير ميكروارگانيسم ها زماني كه تحت تابش نور آفتاب قرار مي گيرند متوقف ميگردد . بعد ها ثابت شد كه عامل اين پديده طيف غير قابل رويت اشعه خورشيد با طول 254 نانومتر است . با اين كشف امكان طراحي و ساخت دستگاههاي مولد اشعه باكتري كش ميسر گرديد . استفاده از اشعه ماورابنفش از سال1915 در آب متداول شده است گندزدايي آب 2000شهر در اروپا با اشعه ماورابنفش گزارش شده است .

3. دلايل پذيرش اشعه ماورابنفش 1 – نياز يه حمل ونقل وانبار مواد شيميايي ندارد . 2 = باتغييرات پي هاش و دما كارايي آن چندان تغيير نمي كند . 3 = فرآورده جانبي به وجود نمي اورد . 4 = زمان تماس لازم براي گندزدايي بسيار كوتاه مي‌باشد . 5= فضاي لازم براي گندزدايي بسيار كم است. 6= جوانب ايمني كار با آن بسيار راحت است . 7 = ميكروارگانيسم هاي مولد بو در انجام عمل گندزدايي نابود مي شوند .

4. اشعه الكترومغناطيسي شامل امواج راديويي با طول موج بلند ، امواج مادونقرمز ، پرتوفرابنفش ،اشعه ايكس ، اشعه گاما ، وامواج كيهاني مي باشد . هرچه انرزي تابش بيشتر باشد اثر زيان آور آن بر ميكروبها بيشتر خواهد بود . اشعه ايكس وگاما طول موج كمتري دارند قدرت نفوذ بيشتر واثر ميكروب كشي شديد تري از پرتو فرابنفش از خود نشان مي دهند اشعه ماورا بنفش انرژي الكترومغناطيسي است كه طول موج كوتاه و انرژي زيادي دارند . اشعه ماورا بنفش موجود در نور خورشيد باعث آفتاب سوختگي پوست مي‌شود . پرتو فرابنفش در طول موج 200-300نانومتر ميكروب كش است . محدوه پرتو فرابنفش از 100—تا -400 نانومتر است. اولتراويولت در طيف الكترومغناطيس بين نور مريي واشعه ايكس قرار دارد. و مي توان به عنوان پرتونامريي از آن ياد كرد .

5. Subtypes The electromagnetic spectrum of ultraviolet light can be subdivided in a number of ways. The draft ISO standard on determining solar irradiances (ISO-DIS-21348)[2] describes the following ranges:

6. پرتو فرابنفش توسط كميسيون بين المللي روشنايي به سه ناحيه تقسيم بندي ميشود 1-UVA–ماورابنفش با طول موج بلند 315- 380 نانومتر، اين اشعه در نور آفتاب و چراغ هاي الكتريكي زياد است ،سبـب چروكيدگـي پوسـت مي‌شود . 2-UVB- ماورا بنفش با طول موج متوسط 280-تا-315 نانومتر اين اشعه در نور چراغ بخار جيوه وجود دارد ،تاثير آن بر پوست شديد است سبب سوختگي پوست مي گردد. 3-UVC- ماورا بنفش با طول موج كوتاه 100-تا -280 نانومتر فقط در قوس الكتريكي جيوه وجود دارد. خاصييت شديد ميكروب كشي دارد بيشترين كارايي در طول موج .UVB ، UVC (200 تا3010 ) نانومتر مشاهدهمي شود . يا دقيقتر 250 تا260 نانومتر .

7. منابع توليد اشعه ماورابنفش • منابع تابشي بر اثر حرارت مانندلامپ هاي هالوژن تنگستن . • منابع تخليه در گاز –مانند لامپ هاي جيوه (با فشار كم، متوسط ، زياد ) • منابع تخليه الكتريكي – مانند قوس هاي كربن و قوس هاي جوشكاري . • لامپ هاي فلورسنت مانند تيوپ هاي روشنايي • ليزرها • بهترين روش توليد پرتو اشعه ماورابنفش انجام تخليه الكتريكي در بخار جيوه ،تحت فشار كم درون تيوب هاي مخصوص است كه معروف به لامپ هاي ميكروب كش است . • مكانيسم عمل • جريان يافتن الكترون در بخار يونيزه شده جيوه مابين دو الكترود است . • حباب لامپ فلورسنت را با تركيبي از فسفر پوشاندهاند تا اشعه فرابنفش را به نور مريي تبديل نمايد . • 95 درصد از اشعه ماورابنفش تابش شده داراي طول موج254 نانومتر مي باشد .

8. اندازه گيري اشعه فرابنش اساس اندازه گيري اشعه فرابنفش متكي بر خواص فيزيكي و شيميايي آن است . وسايلي كه براي اندازه كيري اشعه فرابنفش وجود دارد،اكتي نو متر ناميده مي شو د . كه به سه دسته تقسيم مي شود . 1 –پيل ترمو الكتريكي = جسمي را كه كليه اشعه را جذب مي كند ،در معرض تابش اشعه قرار داده و حرارت حاصله را اندازه گيري مي كنند .براي اينكه بتوان شدت اشعه فرابنفش را به تنهايي اندازه گيري كرد كافي است كه ابتدا تمام اشعه منبع نوراني را اندازه كيري كرد وسپس به كمك فيلترهايي مناسب كه كليه اشعه فرابنفش را جذب مي كند اندازه گيري را تكرار كرد .تفاضل اين مقدار اشعه فرابنفش را نشان مي دهد . 2 – اكتي نو متر فيزيكي مهمترين اين نوع اكتي نو متر ها سلول فو تو الكتريك است كه از يك حباب از جنس كوارتز كه به خوبي تخليه شده است تشكيل شده و نيز شامل دو الكترود است . 3- اكتي نومتر شيميايي املاح نقره در اثر تابش اشعه فرابنفش احيا شده و چون نقره آن آزاد مي گردد،املاح سياه رنگ مي شوداكتي نومتري كه متكي به خاصيت فوق است ،اكتي نومتر بورديه ناميده مي‌شود.

9. مكانيسم ضدعفوني با اشعه ماورابنفش تابش اشعه ماوا بنفش ميكروارگانيسم ها را بوسيله اثر متقابل شيميايي غير فعال نمي كند .و دوز UV در دوز متعارف با مولكول ها ، واكنش شيميايي نشان نمي دهد . ميكروارگانيسم ها با جذب نور غير فعال مي شوند. اشعه جذب شده مواد مولكولي ضروري براي عامل سلولي را تغيير مي دهند . نفوذ اشعه از ديواره سلولي باعث مي شود كه اسيد هاي نوكلييك و ديگر مواد سلولي حياتي بوسيله آن تحت تاثير قرار به گيرند . سلول هايي كه در معرض اين اشعه قرار مي گيرند صدمه ديده و نابودمي شوند . مقدار تخريب ايجاد شده توسط اشعه فرابنفش با شدت ومدت زمان مجاورت با تابش متناسب مي باشد پرتوفرابنفش بر عليه كليه ميكروارگانيسم ها شامل باكتري ها ،ويروس ها ،قارچ ها ،كپك ها ،مخمرها ،وجلبك ها در آب هوا وسطوح موثر است . نور فرابنفش با طول موج 254 نانومتر بيشترين اثر غير فعال سازي ميكروارگانيسم ها را دارد .اما تمام طول موج هاي بين 200 تا 315 نانومتر داراي اثر ميكروب كشي هستند . تابش اشعه ماورائ بنفش در اسيد نوكلئيك ميكروب ها تغيرات شيميايي ايجاد مي كند . اين تغييرات مانع تكثير سلولي و توليد مثل آنها مي شود . مقدار تخريب ايجاد شده توسط پرتو بنفش و در نتيجه ميزان تاثيرفرآيند ضد ميكروب با شدت نور و مدت مجاورت با تابش متناسب است . باز هاي تيمين موجود در DNA و ريبونوكلئيك اسيد بطور خاص با اشعه UVواكنش داده و دايمر ها( پيوند هاي مضاعف تيمين – تيمين )را ايجاد مي كند كه از ترجمه ونسخه برداري اسيد هاي نوكلئيك ممانعت كرده و بنابراين ارگانيسم را عقيم مي كند . ( دايمرهاي تيمين تحت فرآيندي به نام فعال سازي مجدد نوري ودر حضور نوريا بازسازي در تاريكي در غياب نور مي توانند اصلاح و باز سازي شوند. نتيجه اينكه بليد دوزاژ UV براي تخريب ميكروبي ها به اندازه كافي باشد .

10. مهمترين مشكل گزارش شده در عمل گندزدايي با اشعه ماورابنفش 1 - پديده photoreactionيا تجديد فعاليت پذيري نوري مي باشد . اين پديده يك واكنش آنزيمي است ومستلزم تابش نور با طول موج 310-500 نانومتر است اين پديده در مورد اشريشيا كلي ،وسودوموناس ،و.....تاييد شده است . فصول گرم سال كه تابش آفتاب بسيار شديد است از نظر پديدهتجديد فعاليت پذيري ميكروب ها بحراني ترين زمان محسوب مي شود . 2 – پديده تجديد فعاليت پذيري در غياب نورdark repair reaction كه يك پديده چند آنزيمي است ،يعني پيوندي كه شكسته شده است تحت تاثير آنزيم هاي ديگر اصلاح شده و پيوند هاي DNA تجديد مي شود . اشعه ماورابنفش مي تواند سطوح آلومينيوم و شيشه را استريل كند ،ولي چوبولاستيك وكاغذ را نمي توانداستريل كند . عدم حساسيت مواد شيميايي آب نسبت به تغييرات دوزاشعه UV مزيت اين شيوه نسبت به بقيه روشهاي گندزدايي است .

11. دز اشعه ماورابنفش UV دز UV برابر است با حاصل ضرب مقدار شدت تابش پرتوUV در طولموج 254 نانومتر در داخل محفظه دستگاهUV ( بر حسب mv/cm2)در مدت زمان عبو آب از داخل دستگاه بر حسب ثانيه واحد دز UV - براساس ژول بر متر مربع(J/m2) يا ميلي وات ثانيه بر سانتي متر مربع (mvs/cm2 )محاسبه مي شود . دز متداول - دز متداول اشعه برايUV براي ضد عفوني آب شرب براساس كيفيت آب و هدف ضد عفوني بين 400 تا 1200 ژول بر متر مربع ( 40تا 120)ميلي وات ثانيه بر سانتي متر مربع قرار دارد . حداقل مقدار انرژي براي گندزدايي آب حدود 2.2 برابر دز لازم براي غير فعال سازي كلي فرم هاي مدفوعي وديگر عوامل بيماري زاي رودهاي است . نظر به اينكه راندمان لامپ با گذشت زمان كاهش مي يابد ،توصيه مي شود بهرهبرداري از اين لامپ ها همواره بايد بگونه اي باشد كه 80 درصد قدرت اوليه خود را دارا باشد . عمل گندزدايي آب يا پساب با اشعه UV تا زماني كه لامپ ها بصورت غوطه ور در آب روشن هستند هيچ خطري را متوجه كاركنان نخواهد كرد .

12. عوامل موثر در تعيين دز UV ميزان آلودگي آب ورودي 2 –فرآيند تصفيه قبل از ضد عفوني با UV ( كدورتشفافيت ) 3- قوانين و استاندارد هاي تعيين كننده ميزان مجاز ميكروب باقيمانده . 4-عوامل بيولوژيكي مربوط به حساسيت ميكروي ها در مقابل نورUV عوامل فيزيكي الف –طراحي محفظه دستگاه ب – قدرت وتعداد لامپ ها ج – شفافيت آب د- اطمينان به اينكه تابش اشعه به ميكروب ها در آب مي رسد .

14. لازم به يادآوري است كه حداقل دوز مورد نياز اشعه ماورابنفش براي گندزدايي سالمونلا تيفي3 ، براي ويروس ها 5، براي تك ياخته ها 60 تا200وبراي قارچ ها 180 ميلي وات بر ثانيه بر سانتيمتر مربع پيشنهاد شده است . ولي حداقل براي گندزدايي فاضلاب30ميلي وات بر ثانيه بر سانتيمتر مريع است . دوز هاي نمونه وار UV مورد نياز براي4لگاريتم غير فعال سازي ميكروب هاي انتخابي ارگانيسممحدوده دوز مورد نيازmw/s/cm2 اسپور باسيلوس سوبتيليس 31 اشريشيا كلي 20 سالمو نلا تيفي 30 ويبريو كلرا 65/0 شاخص ويروس ها Ms2 50 روتا ويروس ها 50 پوليو ويروس ها 23 290

15. عوامل موثر بر بازده ضدعفوني با اشعه UV اشعه UV يك فرآيند فيزيكي ميكروب كشي است كه به زمان تماس بستگي دارد . هر عاملي كه از رسيدن اشعه UV ميكروارگانيسم ها جلوگيري كند باعث كاهش تاثير ضدعفوني كردن مي شود . PH روي خاصيت ضدعفوني كردن موثر نيست . رسوب جامدات روي سطح لامپ مي تواند شدت تابش اشعه را كاهش دهد . آبي كه داراي غلظت زياد آهن ، سختي ومواد آلي باشد رسوب زاست وكارآيي UV را كاهش مي دهد . تنوع مواد شيمياني مي تواند عبوردهي اشعه UV راكاهش دهد .آهن و منگنز اجتماع ميكروارگانيسم ها و كدورت بالا بازده UV را كاهش مي دهند . سرما ، لامپ UV در حرارت 20درجه بيشترين راندمان را دارند . در صفر درجه راندمان خيلي كم مي شود .

16. موارد استفاده از UV در ضدعفوني ضدعفوني مايعات ضدعفوني فضاها ضدعفوني سطوح اجسام موارد استفاده از UV در ضدعفوني مايعات صنايع غذايي صنايع نوشابه سازي و توليد آب ميوه آب آشاميدني شهري آب هاي فرآيند شده تصفيه فاضلاب پرورش ماهي و ميگو صنايع آرايشي بهداشتي دارويي استخرهاي شنا مدارهاي بسته خنك كننده و سيستم هاي تهويه مطبوع

17. موارد استفاده از UV در ضدعفوني فضاها بيمارستان ها ، اتاق عمل و بخش ها داروسازي ، آزمايشگاه ها و آشپزخانه ها صنايع غذايي ، كشتارگاه ها و صنايع لبني تهويه مطبوع موارد استفاده از UV در ضدعفوني سطوح اجسام ضدعفوني مواد بسته بندي در صنايع غذايي مانند فويل ، قوطي و بطري جلوگيري از آلودگي مواد در فرآيند و بسته بندي مخازن ظروف بطري و دستگاه هاي پركن

18. مزاياي كاربرد UV رفع موثر آلودگي ميكروبي بدون آلودگي ثانويه ضدعفوني فوري بدون نياز به مخزن تماس ضدعفوني موثر ميكروارگانيسم ها ي مقاوم در برابر كلر و ازن عدم ايجاد تركيبات جانبي و مضر و بيماري زاي شيميايي عدم ايجاد طعم وبوي شيميايي عدم تغيير در كيفيت فيزيكي و شيميايي آب عدم ايجاد عوارض فوري و حساسيت عدم ايجاد عوارض دراز مدت و بيماري زا عدم تخريب محيط زيست

19. مزاياي گندزدايي پساب با اشعه ماورابنفش 1-كارايي بالا 2-عدم تاثير سوء زيست محيطي 3-ايمني در امر انتقال وكاربرد 4 سادگي و قابليت اطمينان فرآيند 5 عدم وابستگي به PH 6- فقدان خورندگي 7 -فقدان سميت براي آب زيان 8 – فقدان افزايش املاح 9 - فقدان به جاي گذاري باقيمانده

20. نقاط ضعف UVویژگی های میکربی و شیمیایی ، از جمله عوامل مهم کیفی آب هستند که بر عملکرد دستگاه UVاثر مي گذارند .اشعه UVبرای تصفیه آبهایی که دارای مقادیر زیادی مواد جامد معلق هستند ، مناسب نمي باشد اشعه ماورابنفش براي آبهای کدر ، رنگی و یا دارای مواد آلی محلول مناسب نمی باشد . این مواد بر اشعه UVاثر می گذارند و عمل ضدعفونی کنندگی آن را کاهش می دهند . کدر بودن آب ، مانع نفوذ اشعه UVبه آب می شود . معایب ضدعفونی UVعبارتند از : ۱) عدم وجود باقیمانده ضدعفونی کننده . ۲) عدم وجود اطلاعات فنی درباره چگونگی عمل سیستمهای UVدر شرایط کیفی متفاوت آب . ۳) عدم وجود مکانیسم اندازه گیری ، کالیبره یا تضمین استاندارد شده درباره چگونگی کار دستگاه قبل و بعد از نصب

21. نظافت لامپ UV با محلول رقيق صابون ،شستشو و آبكشي وپاك كردن با كهنه مرطوب يا ايزوپروپانل صورت مي گيرد . لامپ بايد داراي برچسب شمارهدار ، قطر لامپ،تاريخ نصب ، باشد مهمترين عامل كثيف شدن سطوح كوارتزي وتفلوني كربنات كلسيم و منيزيم بوده كه بااسيدي نمودن به كمك اسيد سولفوريك يا اسيد سيتريك و يا سولفيت سديم مي توان آنرا بر طرف كرد . در حال حاظر شستشو با فشار زياد آب به عنوان مناسب ترين و مقرون به صرفه ترين طريقه نظافت واحد هاي كندزدايي با اشعه ماورابنفش معرفي شده است . تهيه وتنظيم: رحيم دواني كارشناس آزمايشگاه – پاييز 87