شرح جرعة UV: mJ/cm² وUVT وعمر المصباح

تُعطَّل الكائنات الدقيقة عندما يتلف ضوء UV أحماضها النووية. وتقع ذروة امتصاص DNA وRNA قرب 260 nm، وتصدر مصابيح الزئبق منخفضة الضغط بقوة عند 254 nm، وهو قريب بما يكفي ليكون فعالًا. والطاقة تكسر الروابط في المادة الوراثية وتمنع التكاثر؛ لكنها لا تقتل الخلية بالضرورة قتلًا مباشرًا، ولهذا فالمصطلح الصحيح هو التعطيل لا التعقيم.

لا يضيف UV عند 254 nm أي مادة كيميائية إلى الماء ولا يترك متبقٍّا. وهذا ميزة للطعم وللعمليات التي لا تتحمل المؤكسدات، لكنه يعني أيضًا أن الحماية تنتهي عند المفاعل. فأي تلوث يدخل لاحقًا في خزان التخزين أو في فرع ميت لا يعادله UV الذي عالج الماء سابقًا. وتصدر المصابيح متوسطة الضغط طيفًا أوسع وتُستخدم في بعض تطبيقات التدفق العالي أو إعادة الاستخدام، لكن المصابيح منخفضة الضغط ومصابيح الأملغم تهيمن على تطبيقات مياه الشرب.

نفاذية UV هي النسبة المئوية لضوء 254 nm الذي يعبر عينة ماء بسمك 1 cm. وعادةً تتجاوز نفاذية مياه الشرب المفلترة 90%. وتمتص المواد العضوية الذائبة والحديد والمنغنيز واللون الأشعة فوق البنفسجية وتخفض القيمة؛ والماء عند UVT 70% يتلقى نحو ثلاثة أرباع شدة الإشعاع التي يقدّمها المفاعل نفسه عند 90%، لذا تنخفض الجرعة ما لم يُخفَّض التدفق أو يُرفَع ناتج المصباح.

لهذا يجب أن يُقدَّم عرض سعر المفاعل مع UVT المستخدمة في الحساب، لا مع التدفق والجرعة فقط. فالوحدة المختارة لـ10 m³/h عند 30 mJ/cm² وUVT 90% تحتاج إلى مصابيح أكثر أو حجرة أكبر للوصول إلى 40 mJ/cm²، أو لمعالجة ماء عند UVT 80%. اطلب UVT التصميمية ومعامل التلوث ومعامل نهاية عمر المصباح، وقارن العروض على الأساس نفسه.

تحجب الجسيمات الكائنات الدقيقة. فالبكتيريا الملتصقة بجسيم طيني أو المغمورة في ندفة قد تقع في ظل الجسيم وتتلقى جزءًا من الجرعة المحسوبة، حتى لو كان الماء حولها صافيًا بما يكفي للمستشعر. والعكارة تبعثر الضوء أيضًا وتقلل النفاذ. ولمياه الشرب المعالجة بـUV، الحد الأدنى المعتاد هو أقل من 1 NTU قبل المفاعل، وكثير من المصممين يستهدفون أقل من 0.5 NTU.

الخرطوشة 5 µm في المنبع هي الحماية القياسية. فهي تزيل الجسيمات التي قد تحجب الكائنات الدقيقة وتلوث كم الكوارتز، وتحمي المفاعل بعد الصيانة. وهي ليست بديلًا عن الترويق: فإذا بقيت العكارة أعلى من 1 NTU، كانت جرعة UV غير موثوقة بغض النظر عن تصنيف المفاعل. أصلح الترشيح قبل زيادة عدد المصابيح.

تفقد المصابيح منخفضة الضغط ناتجها تدريجيًا، وتُصنَّف عادةً بعمر 8,000–9,000 ساعة. والمصباح عند 70% من ناتجه الأولي يقدّم 70% من الجرعة عند التدفق نفسه، وقد يهبط بمفاعل مصنّف عند 40 mJ/cm² إلى ما دون 30 mJ/cm² دون أي إنذار إذا لم يُعاير المستشعر أو لم تُتابع ساعات المصباح. حدد سعة المفاعل على أساس ناتج نهاية العمر، لا ناتج مصباح جديد.

كقاعدة عامة، يعالج مصباح واحد منخفض الضغط بقدرة 40 W نحو 1 m³/h عند 30–40 mJ/cm² وUVT أعلى من 90%. والتدفق الأعلى يحتاج إلى مصابيح أكثر أو حجرة أكبر؛ والماء الأبرد والنفاذية الأقل والجرعة المستهدفة الأعلى كلها ترفع عدد المصابيح. استبدل المصابيح حسب الساعات أو حسب الناتج المقاس، أيهما أسبق، واستبدل كم الكوارتز عندما لا يعيد التنظيف الأداء إلى سابق عهده.

تستجيب الكائنات المختلفة بطرق مختلفة. فالبكتيريا حساسة نسبيًا، والفيروسات تحتاج عمومًا جرعة أعلى، وأكياس الأوليات مثل كريبتوسبوريديوم تُعطَّل بجرعات UV منخفضة لكنها لا تزال تتطلب مفاعلًا مُتحقَّقًا منه والائتمان اللوغاريتمي الذي تحدده الجهة المختصة. والفيروس الغدي هو الشاذ بين الفيروسات وقد يحتاج إلى جرعة أعلى بكثير من النطاقات أدناه.

يعطي الجدول نطاقات معتادة لتعطيل 3–4 لوغاريتمات، وليست حدودًا تنظيمية. والنهج الصحيح هو تحديد الكائن المستهدف والائتمان اللوغاريتمي المطلوب وبروتوكول التحقق، ثم اختيار مفاعل له علاقة جرعة–تدفق معتمدة عند UVT التصميمية. وحيث لا يُشترط التحقق، يبقى 30–40 mJ/cm² هدفًا تصميميًا عامًا سليمًا لمياه الشرب.

يقيس مستشعر UV شدة المصباح عند الكم، لا الجرعة في الماء. وهو لا يزال المؤشر المستمر الأكثر فائدة: فإذا انخفضت الشدة مع ثبات التدفق وUVT، كان السبب في المصباح أو الكم. سجّل الشدة والتدفق وUVT وساعات المصباح معًا. وقراءة المستشعر التي تبقى طبيعية بينما تتغير جودة الماء إنذار بأن ما يُراقَب هو الجهاز، لا المفاعل.

عند التشغيل التجريبي، تحقق من المفاعل مقابل تقرير التحقق الخاص به عند التدفق وUVT التصميميين، وأكّد معايرة المستشعر واضبط إنذار الجرعة المنخفضة. وأثناء الخدمة، نظّف الكم وافحص نافذة المستشعر وقارن القراءة بمقياس مرجعي. وحيث تشترط الجهة المحلية التحقق، استخدم مفاعلًا لديه تقرير يغطي الطراز والجرعة والتدفق المحددين؛ فالشهادة العامة لعائلة المنتج ليست الشيء نفسه.

قدّم التدفق الأقصى والتدفق الأدنى، وUVT التصميمية، وأقصى عكارة، ودرجة حرارة الماء، والجرعة المستهدفة، والائتمان اللوغاريتمي المطلوب. وبيّن ما إذا كان يجب تحقيق الجرعة عند نهاية عمر المصباح، وما معامل التلوث الذي يجب افتراضه. أضف مصدر الطاقة، واتجاه التركيب، ومقاس الأنبوب، ومتطلبات الإنذار أو التشابك. وعرض السعر الذي يخلو من هذه المدخلات تخمين مُلبَّس ثوب مواصفة.

أخيرًا، أكّد من يتحقق من الجرعة. فمورّد المفاعل يتحقق من العتاد؛ ومُنفّذ النظام يتحقق من سلسلة المعالجة المركّبة؛ والجهة المحلية تعتمد الماء النهائي. وهذه المسؤوليات الثلاث مختلفة، ويحتاج نظام مياه الشرب إلى وضوحها جميعًا قبل تشغيل أول مصباح.