کیفیت مناسب آب برای دستگاه UV فقط با شفاف‌بودن ظاهری آن مشخص نمی‌شود. برای گندزدایی مؤثر، تابش فرابنفش باید بتواند از آب عبور کند و به میکروارگانیسم برسد. کدورت و ذرات میتوانند تابش را پراکنده یا مسدود کنند، آهن و برخی ترکیبات میتوانند جذب نور یا رسوب روی غلاف کوارتز را افزایش دهند و UVT مستقیماً نشان می‌دهد چه مقدار از تابش فرابنفش قابلیت عبور از آب را دارد.
به همین دلیل انتخاب دستگاه UV فقط بر اساس دبی یا ظاهر آب کافی نیست.
آب مناسب برای دستگاه UV چه ویژگی‌هایی دارد؟
آبی که وارد دستگاه UV میشود باید از نظر نوری و فیزیکی شرایطی داشته باشد که دوز طراحی‌شده واقعاً به میکروارگانیسم برسد.
در عمل باید مواردی مانند این‌ها بررسی شوند:
کدورت و ذرات معلق؛
عبوردهی نور فرابنفش؛
آهن و منگنز؛
رنگ و مواد آلی؛
سختی و پتانسیل رسوب‌گذاری؛
دبی واقعی آب.
جدول زیر نقش مهم‌ترین عوامل را خلاصه می‌کند:
| پارامتر | چه چیزی را نشان می‌دهد؟ | اثر احتمالی بر UV |
|---|---|---|
| کدورت | اثر ذرات معلق بر عبور و پراکندگی نور | کاهش رسیدن مؤثر تابش و محافظت میکروارگانیسم‌ها |
| UVT | میزان عبور نور فرابنفش از آب | تعیین میزان نفوذ تابش در راکتور |
| آهن | وجود آهن محلول یا رسوب‌پذیر | کاهش عبور UV و رسوب روی غلاف |
| منگنز | ترکیب محلول یا رسوب‌پذیر | افت انتقال تابش و آلودگی غلاف |
| سختی | پتانسیل تشکیل رسوب | کاهش انتقال UV در اثر رسوب روی غلاف |
| رنگ و مواد آلی | ترکیبات جذب‌کننده نور | کاهش UVT |
نکته اصلی این است که هیچ‌کدام از این پارامترها را نباید به‌تنهایی بررسی کنیم.
کدورت چه اثری بر دستگاه UV دارد؟
کدورت (Turbidity) معمولاً ناشی از وجود ذرات ریز معلق در آب است. این ذرات از دو مسیر میتوانند عملکرد UV را کاهش دهند.
پراکندگی و جذب تابش
ذرات موجود در آب میتوانند مسیر تابش را تغییر دهند یا بخشی از آن را جذب کنند. در نتیجه همه حجم آب الزاماً تابش یکسانی دریافت نمی‌کند.
محافظت میکروارگانیسم‌ها
اگر یک باکتری یا میکروارگانیسم داخل یا پشت یک ذره قرار گرفته باشد، ممکن است دوز کمتری نسبت به حالت آزاد در آب دریافت کند.
به همین دلیل برای بسیاری از کاربردهای آب آشامیدنی، کدورت کمتر از ۱ NTU به‌عنوان یک معیار رایج برای آب ورودی به مرحله UV مطرح میشود.
اما این عدد را نباید به‌عنوان حد جهانی تمام دستگاه‌های UV در همه صنایع استفاده کنیم. شرایط معتبر هر سیستم باید با طراحی، نوع کاربرد و مشخصات سازنده تطبیق داده شود.
اگر کدورت بالا باشد، فیلتر شنی یا روش فیلتراسیون دیگری میتواند بر اساس نوع و مقدار ذرات بخشی از پیش‌تصفیه باشد.
UVT چیست و چرا برای دستگاه UV مهم است؟
عبوردهی نور فرابنفش (UV Transmittance یا UVT) نشان می‌دهد چه مقدار از تابش فرابنفش میتواند از یک نمونه آب عبور کند.
به‌صورت ساده:
UVT بالاتر > عبور بهتر تابش از آب
UVT پایینتر > افت سریع‌تر شدت تابش در آب
اگر UVT کاهش پیدا کند، لامپ ممکن است همچنان روشن و سالم باشد، اما تابش کمتری به نقاط مختلف داخل راکتور برسد.
به همین دلیل UVT یکی از مهم‌ترین ورودی‌های طراحی و انتخاب سیستم UV است.
آیا آب شفاف حتماً UVT بالایی دارد؟
خیر. این یکی از خطاهای رایج در ارزیابی آب برای دستگاه UV است.
ممکن است آب:
کاملاً شفاف به نظر برسد؛
کدورت کمی داشته باشد؛
ذرات قابل‌مشاهده نداشته باشد؛
اما همچنان UVT پایینی داشته باشد.
دلیل این است که بعضی ترکیبات محلول میتوانند تابش UV را جذب کنند بدون اینکه کدورت قابل‌توجهی ایجاد کنند.
برای مثال آهن، منگنز، مواد آلی طبیعی و ترکیبات ایجادکننده رنگ میتوانند روی عبور تابش اثر بگذارند.
پس:
کدورت پایین = UVT بالا نیست.
این دو پارامتر اطلاعات متفاوتی درباره آب می‌دهند.
تفاوت کدورت و UVT چیست؟
کدورت بیشتر رفتار ذرات معلق را نشان می‌دهد، درحالی‌که UVT مستقیماً با میزان عبور تابش فرابنفش از آب ارتباط دارد.
برای مثال ممکن است دو نمونه آب هر دو کدورت پایینی داشته باشند، اما یکی به دلیل وجود مواد آلی محلول UVT بسیار پایین‌تری داشته باشد.
بنابراین برای پروژه‌ای که عملکرد UV اهمیت بالایی دارد، نمی‌توانیم UVT را فقط از روی کدورت تخمین بزنیم.
UVT مناسب دستگاه UV چند درصد است؟
یک عدد واحد برای تمام دستگاه‌ها وجود ندارد.
بسیاری از تجهیزات برای آب‌هایی با UVT بالا طراحی شدهاند و در برخی راهنماهای عملی، محدوده‌های حدود ۹۰ تا ۹۵ درصد یا بیشتر برای بعضی سیستمها دیده میشود. اما راکتورهایی نیز وجود دارند که برای کار در UVT پایینتر طراحی و اعتبارسنجی شدهاند.
به همین دلیل این نتیجه‌گیری درست نیست که:
UVT زیر ۹۰ درصد یعنی نمی‌توان از UV استفاده کرد.
معیار درست این است:
UVT واقعی آب باید داخل محدوده‌ای باشد که راکتور موردنظر برای آن طراحی و اعتبارسنجی شده است.
هرچه UVT پایینتر باشد، تأمین دوز مؤثر دشوارتر میشود و ممکن است به پیش‌تصفیه بهتر، راکتور متفاوت یا ظرفیت بیشتر نیاز داشته باشیم.
آهن چه اثری بر عملکرد دستگاه UV دارد؟
آهن میتواند از دو مسیر روی سیستم UV اثر بگذارد.
کاهش عبور تابش
برخی ترکیبات آهن میتوانند در محدوده فرابنفش نور را جذب کنند و باعث کاهش UVT شوند.
در این شرایط ممکن است آب حتی از نظر ظاهری شفاف باشد، اما تابش در آن به اندازه مورد انتظار نفوذ نکند.
رسوب روی غلاف کوارتز
آهن میتواند در شرایط مناسب اکسید و رسوب کند. اگر این رسوب روی غلاف کوارتز اطراف لامپ تشکیل شود، یک لایه بین منبع UV و آب ایجاد می‌کند.
نتیجه:
تابش تولید میشود، اما بخش کمتری از آن وارد آب میشود.
این اتفاق میتواند بدون خرابی لامپ باعث افت عملکرد واقعی دستگاه شود.
آهن آب برای UV باید چقدر باشد؟
برای آهن نیز یک حد جهانی که برای تمام دستگاه‌ها و تمام آب‌ها معتبر باشد وجود ندارد.
برخی دستورالعمل‌های عملی و سازندگان مقادیر حدود چند دهم میلی‌گرم بر لیتر را به‌عنوان معیار غربالگری مطرح می‌کنند؛ اما این مقدار به شکل شیمیایی آهن، شرایط آب، طراحی راکتور و سرعت رسوب‌گذاری روی غلاف وابسته است.
بنابراین بهتر است به‌جای استفاده از یک عدد ثابت بپرسیم:
آهن کل چقدر است؟
چه مقدار آن محلول است؟
آیا آب پس از تماس با هوا رسوب آهن تشکیل می‌دهد؟
UVT واقعی آب چقدر است؟
سازنده دستگاه چه کیفیت ورودی را مجاز می‌داند؟
اگر آهن برای عملکرد UV مشکل ایجاد کند، باید پیش از مرحله گندزدایی کنترل شود.
منگنز و سختی چه اثری دارند؟
منگنز نیز مانند آهن میتواند روی کیفیت نوری آب و تمیزی غلاف اثر بگذارد.
سختی آب مسئله متفاوتی دارد. کلسیم و منیزیم معمولاً مشکل اصلی UVT نیستند، اما در آب رسوب‌زا میتوانند روی غلاف کوارتز لایه معدنی تشکیل دهند.
در نتیجه حتی اگر UVT آب در روز اول مناسب باشد، رسوب تدریجی غلاف میتواند شدت تابشی را که واقعاً وارد آب میشود کاهش دهد.
پس باید بین این دو موضوع تفاوت بگذاریم:
UVT آب
و
تمیزی غلاف کوارتز
هر دو روی مقدار تابشی که در نهایت به میکروارگانیسم می‌رسد اثر دارند.
مواد آلی و رنگ چگونه UVT را کاهش می‌دهند؟
بعضی مواد آلی محلول میتوانند تابش فرابنفش را جذب کنند و بدون ایجاد کدورت شدید، UVT را پایین بیاورند.
در آبی که رنگ یا مواد آلی مسئله اصلی هستند، ابتدا باید منشأ آن‌ها مشخص شود. در بعضی کاربردها فیلتر کربن فعال میتواند بخشی از فرایند کنترل مواد آلی و رنگ باشد، اما استفاده از آن نیز باید بر اساس ترکیب واقعی آب انتخاب شود.
یعنی:
UVT پایین > الزاماً کربن فعال
رابطه درستی نیست.
ابتدا باید علت UVT پایین را پیدا کنیم.
اگر UVT پایین باشد چه باید کرد؟
راه‌حل اول انتخاب یک لامپ قوی‌تر نیست.
ترتیب منطقی این است:
UVT را با نمونه نماینده از آب واقعی اندازه‌گیری کنیم.
عامل اصلی افت UVT را شناسایی کنیم.
مشخص کنیم آیا با پیش‌تصفیه قابل کنترل است.
کیفیت آب را بعد از پیش‌تصفیه دوباره بررسی کنیم.
دستگاه UV را بر اساس UVT واقعی و دبی طراحی انتخاب کنیم.
برای مثال:
کدورت و ذرات > فیلتراسیون
آهن و منگنز > فرایند حذف متناسب
مواد آلی و رنگ > بررسی و انتخاب فرایند مناسب
در نتیجه نباید اول دستگاه را بخریم و بعد تلاش کنیم کیفیت آب را با دستگاه تطبیق دهیم.
چرا UVT باید در نقطه واقعی ورود به UV بررسی شود؟
کیفیت آب در طول خط تصفیه تغییر می‌کند.
مثلاً UVT آب خام با UVT آبی که بعد از:
فیلتراسیون؛
حذف آهن؛
کربن فعال؛
RO؛
یا سایر مراحل تصفیه
به UV می‌رسد، الزاماً یکسان نیست.
حتی کیفیت یک منبع آب نیز ممکن است با فصل، بارندگی، تغییر منبع یا شرایط بهره‌برداری تغییر کند.
بنابراین نمونه‌ای که برای طراحی UV استفاده می‌کنیم باید تا حد ممکن نماینده آبی باشد که واقعاً وارد راکتور خواهد شد.
برای انتخاب دستگاه UV چه اطلاعاتی لازم داریم؟
حداقل بهتر است این داده‌ها مشخص باشند:
دبی طراحی و حداکثری؛
کدورت؛
UVT؛
آهن؛
منگنز؛
سختی و وضعیت رسوب‌گذاری در صورت مرتبط بودن؛
رنگ و مواد آلی در صورت وجود مشکل؛
کیفیت میکروبی آب؛
هدف گندزدایی.
این داده‌ها سپس همراه با دوز موردنیاز و مشخصات راکتور وارد اصول طراحی سیستم UV تصفیه آب صنعتی می‌شوند.
همچنین کدورت، آهن و UVT از ورودی‌های مهم انتخاب روش گندزدایی آب هستند، چون کیفیت آب میتواند تعیین کند که UV مستقیماً قابل استفاده است یا ابتدا به پیش‌تصفیه نیاز داریم.
جمع‌بندی
آب مناسب دستگاه UV فقط آب «شفاف» نیست.
برای عملکرد قابل اتکا باید بررسی کنیم:
کدورت و ذرات مانع تابش نباشند؛
UVT در محدوده طراحی راکتور قرار داشته باشد؛
آهن و منگنز باعث افت انتقال UV یا رسوب شدید روی غلاف نشوند؛
سختی و سایر عوامل، غلاف را سریع رسوبی نکنند.
کدورت کمتر از ۱ NTU در بسیاری از کاربردهای آب آشامیدنی یک معیار رایج است، اما UVT و آهن را نباید با یک عدد جهانی برای همه تجهیزات تعیین کنیم.
تصمیم نهایی باید بر اساس کیفیت واقعی آب و محدوده اعتبارسنجی دستگاه باشد.
اگر آنالیز آب، کدورت، آهن، UVT و دبی را در اختیار واحد فنی ما قرار دهید، می‌توانیم بررسی کنیم آب مستقیماً برای UV مناسب است یا قبل از مرحله گندزدایی به پیش‌تصفیه نیاز دارد.
سوالات پرتکرار
برای بسیاری از کاربردهای آب آشامیدنی، کدورت کمتر از ۱ NTU یک معیار رایج برای آب ورودی به UV است. بااین‌حال مقدار مجاز نهایی باید با طراحی و شرایط اعتبارسنجی دستگاه تطبیق داده شود.
عدد ثابتی برای تمام سیستمها وجود ندارد. بسیاری از تجهیزات برای UVT بالا طراحی شدهاند، اما بعضی راکتورها میتوانند در UVT پایینتر نیز کار کنند. معیار اصلی محدوده طراحی و اعتبارسنجی همان دستگاه است.
بله. آهن میتواند UVT را کاهش دهد و در صورت تشکیل رسوب روی غلاف کوارتز، انتقال تابش از لامپ به آب را نیز محدود کند.
خیر. آب ممکن است کدورت پایینی داشته باشد اما به دلیل ترکیبات محلول جذب‌کننده UV، مقدار UVT نامناسبی داشته باشد. برای طراحی دقیق باید کیفیت نوری آب مستقیماً بررسی شود.
