التعقيم بالأشعة فوق البنفسجية هو طريقة لتنقية المياه باستخدام الأشعة فوق البنفسجية لقتل أو تعطيل الكائنات الحية الدقيقة مثل الفيروسات والبكتيريا والطفيليات. تُستخدم هذه العملية بشكل شائع في محطات معالجة المياه ، وحمامات السباحة ، وغيرها من الأماكن التي تكون فيها جودة المياه مصدر قلق.

تعد فعالية التعقيم بالأشعة فوق البنفسجية في تنقية المياه موضوع نقاش وبحث مستمر. بينما أظهرت العديد من الدراسات أن التعقيم بالأشعة فوق البنفسجية يمكن أن يكون فعالًا للغاية في تقليل مستويات الكائنات الحية الدقيقة الضارة في الماء ، إلا أن هناك أيضًا بعض القيود على طريقة التنقية هذه.

سوف تستكشف هذه المقالة العلم وراء التعقيم بالأشعة فوق البنفسجية ودراسة الأدلة المؤيدة والمعارضة لفعاليته في تنقية المياه. الرجاء القراءة!

كيف يعمل التعقيم بالأشعة فوق البنفسجية

يستخدم تطهير المياه بالأشعة فوق البنفسجية الأشعة فوق البنفسجية لقتل أو تعطيل الكائنات الحية الدقيقة مثل البكتيريا والفيروسات والطفيليات. يتم ذلك عن طريق تعريض الماء لطول موجي محدد من الأشعة فوق البنفسجية ، عادة 260-280 نانومتر (نانومتر). عند هذا الطول الموجي ، يعطل ضوء الأشعة فوق البنفسجية المادة الوراثية للكائنات الحية الدقيقة (DNA أو RNA) ، مما يجعل من المستحيل عليها التكاثر والبقاء على قيد الحياة.

يمكن أن يكون مصدر ضوء الأشعة فوق البنفسجية المستخدم في أنظمة التعقيم إما مصابيح بخار زئبقي ذات ضغط منخفض أو متوسط ​​الضغط ، والتي تنبعث منها ضوء UV-C في نطاق الطول الموجي من 260-280 نانومتر. يمر الماء عبر غرفة تحتوي على مصباح الأشعة فوق البنفسجية ، وتتعرض الكائنات الحية الدقيقة لضوء الأشعة فوق البنفسجية أثناء تدفقها. طول الوقت الذي يتعرض فيه الماء لضوء الأشعة فوق البنفسجية ، وكذلك شدة الضوء ، من العوامل المهمة في تحديد فعالية عملية التعقيم.

من المهم ملاحظة أن التعقيم بالأشعة فوق البنفسجية لا يزيل أي شوائب فيزيائية أو كيميائية من الماء. إنه يقضي فقط على الكائنات الحية الدقيقة. لذلك ، غالبًا ما يستخدم تطهير المياه بالأشعة فوق البنفسجية مع طرق تنقية أخرى ، مثل الترشيح أو المعالجة الكيميائية.

التعقيم بالأشعة فوق البنفسجية هو عملية فيزيائية تستخدم الأشعة فوق البنفسجية لقتل أو تعطيل الكائنات الحية الدقيقة في الماء. يزيل بشكل فعال الكائنات الحية الدقيقة الضارة ولكنه لا يزيل الأنواع الأخرى من الشوائب من الماء.

فعالية التعقيم بالأشعة فوق البنفسجية على الماء

فعالية التعقيم بالأشعة فوق البنفسجية على الماء هو موضوع البحث والنقاش المستمر. أظهرت العديد من الدراسات أن التعقيم بالأشعة فوق البنفسجية يمكن أن يقلل بشكل فعال من الكائنات الحية الدقيقة الضارة في الماء. على سبيل المثال ، وجدت دراسة نُشرت وطُبعت في مجلة Water and Health أن التعقيم بالأشعة فوق البنفسجية قلل من مستويات القولونيات الكلية و E. coli في الماء بنسبة 99.99٪. وجدت دراسة أخرى نشرت في مجلة علم الأحياء الدقيقة التطبيقية أن تطهير المياه بالأشعة فوق البنفسجية يعطل 99.99٪ من بيض الكريبتوسبوريديوم ، وهو أحد مسببات الأمراض الشائعة المنقولة عن طريق الماء.

ومع ذلك ، يمكن أن تختلف فعالية التعقيم بالأشعة فوق البنفسجية اعتمادًا على عدة عوامل. أحد العوامل المهمة هو شدة ضوء الأشعة فوق البنفسجية. كلما زادت الكثافة ، زادت فعالية عملية التعقيم. ومع ذلك ، فإن الكثافة العالية تزيد أيضًا من تكلفة النظام.

عامل مهم آخر هو نوع الكائنات الحية الدقيقة في الماء. بعض الكائنات الحية الدقيقة ، مثل بيض الكريبتوسبوريديوم ، أكثر مقاومة للتعقيم بالأشعة فوق البنفسجية من غيرها.

بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أن تتأثر فعالية التعقيم بالأشعة فوق البنفسجية بوجود مواد أخرى في الماء ، مثل المواد الصلبة العالقة أو المعادن الذائبة. يمكن لهذه المواد أن تمتص أو تشتت ضوء الأشعة فوق البنفسجية ، مما يقلل من فعاليتها.

من المهم أيضًا الإشارة إلى أن التعقيم بالأشعة فوق البنفسجية ليس طريقة يمكن استخدامها لتنقية المياه من جميع الملوثات. يقتل التعقيم بالأشعة فوق البنفسجية الكائنات الحية الدقيقة بشكل فعال ولكنه لا يزيل الشوائب الأخرى من الماء ، مثل المعادن الثقيلة أو المواد الكيميائية أو المعادن الذائبة.

لذلك ، غالبًا ما يستخدم التعقيم بالأشعة فوق البنفسجية مع طرق تنقية أخرى ، مثل الترشيح أو المعالجة الكيميائية.

بينما أظهرت العديد من الدراسات أن التعقيم بالأشعة فوق البنفسجية يمكن أن يكون فعالًا للغاية في تقليل مستويات الكائنات الحية الدقيقة الضارة في الماء ، يمكن أن تختلف الفعالية اعتمادًا على عدة عوامل ، مثل:

·  شدة الأشعة فوق البنفسجية

·  نوع الكائن الدقيق

·  وجود مواد أخرى في الماء

·  وقت التعرض

حدود التعقيم بالأشعة فوق البنفسجية

التعقيم بالأشعة فوق البنفسجية هو طريقة مستخدمة على نطاق واسع لتنقية المياه ، ولكن لها بعض القيود التي يجب أخذها في الاعتبار. تشمل بعض القيود الرئيسية للتعقيم بالأشعة فوق البنفسجية ما يلي:

شدة الأشعة فوق البنفسجية

ترتبط فعالية التعقيم بالأشعة فوق البنفسجية ارتباطًا مباشرًا بكثافة ضوء الأشعة فوق البنفسجية. كلما زادت الكثافة ، زادت فعالية عملية التعقيم. ومع ذلك ، يمكن أن تكون أنظمة الأشعة فوق البنفسجية عالية الكثافة باهظة الثمن عند شرائها وتشغيلها.

كثافة الأشعة فوق البنفسجية عامل رئيسي يؤثر على فعالية التعقيم بالأشعة فوق البنفسجية. تقاس شدة ضوء الأشعة فوق البنفسجية بالميكرووات لكل سنتيمتر مربع (μث / سم²) ويرتبط ارتباطًا مباشرًا بقدرة ضوء الأشعة فوق البنفسجية على تعطيل الكائنات الحية الدقيقة.

عادة ما تكون وحدة LED للأشعة فوق البنفسجية عالية الكثافة مطلوبة للتطبيقات التي تحتوي على مستويات عالية من الكائنات الحية الدقيقة أو الماء بدرجة عالية من التعكر. يمكن أن تكون هذه الأنظمة مكلفة للشراء والتشغيل ، وتتطلب مصباحًا أكبر للأشعة فوق البنفسجية وكابحًا أكثر قوة لإنتاج كثافة الأشعة فوق البنفسجية اللازمة.

من ناحية أخرى ، يمكن استخدام أنظمة الأشعة فوق البنفسجية منخفضة الكثافة للتطبيقات التي تحتوي فيها المياه على مستويات منخفضة من الكائنات الحية الدقيقة أو تكون صافية نسبيًا. هذه الأنظمة أقل تكلفة وتتطلب أصغر UV led وحدة وأقل قوة الصابورة.

ومع ذلك ، من المهم ملاحظة أن الوحدة النمطية التي تعمل بالأشعة فوق البنفسجية وحدها ليست العامل الوحيد الذي يؤثر على فعالية التعقيم بالأشعة فوق البنفسجية. يمكن أن تؤثر العوامل الأخرى ، مثل نوع الكائن الدقيق الموجود في الماء ، ودرجة حرارة الماء ، ووجود مواد أخرى ، على فعالية عملية التعقيم.

مقاومة الكائنات الدقيقة

بعض الكائنات الحية الدقيقة ، مثل بيض الكريبتوسبوريديوم ، أكثر مقاومة للتعقيم بالأشعة فوق البنفسجية من غيرها. هذا يعني أن تطهير المياه بالأشعة فوق البنفسجية قد لا يقضي بشكل فعال على أنواع معينة من الكائنات الحية الدقيقة من الماء.

تعد مقاومة الكائنات الحية الدقيقة أحد قيود التعقيم بالأشعة فوق البنفسجية. بعض الكائنات الحية الدقيقة ، مثل بيض الكريبتوسبوريديوم ، أكثر مقاومة للتعقيم بالأشعة فوق البنفسجية من غيرها. هذا يعني أن التعقيم بالأشعة فوق البنفسجية قد لا يقضي بشكل فعال على أنواع معينة من الكائنات الحية الدقيقة من الماء.

أحد الأسباب التي تجعل بعض الكائنات الحية الدقيقة أكثر مقاومة للتعقيم بالأشعة فوق البنفسجية هو الطبقة الخارجية الواقية. على سبيل المثال ، تحتوي أكياس كريبتوسبوريديوم على جدار سميك يحمي المادة الوراثية للكائن الدقيق من الوحدات التي تقودها الأشعة فوق البنفسجية ، مما يجعل تعطيلها أكثر صعوبة.

سبب آخر هو أن بعض الكائنات الحية الدقيقة يمكنها إصلاح مادتها الجينية بعد أن تضررت بفعل الأشعة فوق البنفسجية ، مما يسمح لها بالبقاء على قيد الحياة في عملية التعقيم.

بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أيضًا زيادة مقاومة الكائنات الحية الدقيقة للتعقيم بالأشعة فوق البنفسجية من خلال وجود مواد أخرى في الماء ، مثل المعادن المذابة أو المواد العضوية. يمكن لهذه المواد امتصاص أو تشتيت ضوء الأشعة فوق البنفسجية ، مما يقلل من فعاليته ويوفر تأثيرًا وقائيًا للكائنات الحية الدقيقة.

من المهم استخدام UV led مصنعين بكثافة أعلى ، أو وقت تعرض أطول ، أو مزيج من الأشعة فوق البنفسجية وطرق تنقية أخرى. علاوة على ذلك ، من المهم مراقبة جودة المياه بانتظام واختبار المياه بحثًا عن كائنات دقيقة معينة وضبط المعالجة وفقًا لذلك.

نوعية المياه

يمكن أن تتأثر فعالية التعقيم بالأشعة فوق البنفسجية بجودة المياه المعالجة. يمكن للمواد الصلبة العالقة والمعادن الذائبة والمواد الأخرى الموجودة في الماء أن تمتص أو تشتت ضوء الأشعة فوق البنفسجية ، مما يقلل من فعاليتها. لذلك ، يجب معالجة الماء مسبقًا قبل التعقيم بالأشعة فوق البنفسجية لإزالة هذه الشوائب.

تعد جودة المياه أحد العوامل الرئيسية التي تؤثر على فعالية التعقيم بالأشعة فوق البنفسجية. يمكن أن تؤثر جودة المياه المعالجة بشكل كبير على وحدات LED للأشعة فوق البنفسجية لتعطيل الكائنات الحية الدقيقة.

إحدى الطرق الرئيسية التي يمكن أن تؤثر بها جودة المياه على تطهير المياه بالأشعة فوق البنفسجية هي من خلال وجود مواد صلبة معلقة أو معادن مذابة في الماء. يمكن لهذه المواد أن تمتص أو تشتت ضوء الأشعة فوق البنفسجية ، مما يقلل من فعاليتها. يمكن أيضًا للمواد الصلبة المعلقة أن تحمي الكائنات الحية الدقيقة فعليًا من ضوء الأشعة فوق البنفسجية ، مما يقلل من فعالية عملية التعقيم.

أخيرًا ، يمكن للمواد العضوية في الماء ، مثل الطحالب والأحماض الدبالية والفولفيك والمواد العضوية المذابة ، أن تمتص أيضًا ضوء الأشعة فوق البنفسجية ، مما يقلل من فعالية عملية التعقيم.

الصيانة

تتطلب أنظمة التعقيم بالأشعة فوق البنفسجية صيانة دورية للتأكد من أنها تعمل على النحو الأمثل. يتضمن ذلك تنظيف مصابيح الأشعة فوق البنفسجية ، واستبدالها عند وصولها إلى نهاية عمرها الافتراضي ، ومراقبة تدفق المياه ودرجة الحرارة.

الصيانة جانب مهم من التعقيم بالأشعة فوق البنفسجية. تتطلب أنظمة التعقيم بالأشعة فوق البنفسجية صيانة دورية للتأكد من أنها تعمل على النحو الأمثل. يمكن أن يقلل إهمال الصيانة من فعالية عملية التعقيم ويمكن أن يتسبب أيضًا في تلف النظام بمرور الوقت.

تتضمن بعض مهام الصيانة الرئيسية التي يجب إجراؤها على أنظمة التعقيم بالأشعة فوق البنفسجية:

تنظيف مصابيح الأشعة فوق البنفسجية

يجب تنظيف مصابيح الأشعة فوق البنفسجية بانتظام لإزالة أي تراكم للأوساخ أو الملوثات الأخرى. يمكن القيام بذلك عن طريق مسح المصابيح بقطعة قماش نظيفة وجافة.

استبدال مصابيح الأشعة فوق البنفسجية

وحدة LED للأشعة فوق البنفسجية لها عمر محدد ويجب استبدالها بشكل دوري. يعتمد العمر الافتراضي للمصابيح على نوع المصباح وشدة الاستخدام.

مراقبة تدفق المياه ودرجة الحرارة

يجب مراقبة تدفق المياه ودرجة الحرارة بانتظام للتأكد من أن النظام يعمل ضمن المعايير الموصى بها. يمكن القيام بذلك باستخدام مقاييس التدفق وأجهزة استشعار درجة الحرارة.

اختبار الماء

يجب اختبار الماء بانتظام للتأكد من أن النظام يعطل الكائنات الحية الدقيقة بشكل فعال. يمكن القيام بذلك باستخدام مجموعات اختبار جودة المياه أو إرسال عينات إلى المختبر لتحليلها.

فحص النظام

يجب فحص النظام بانتظام بحثًا عن أي تلف أو تآكل أو تمزق. يمكن أن يشمل ذلك التحقق من وجود تسريبات أو شقوق أو مشكلات أخرى قد تؤثر على كفاءة النظام.

من المهم اتباع توصيات الشركة المصنعة لجدول الصيانة. يمكن أن يقلل إهمال الصيانة من فعالية عملية التعقيم ويمكن أن يتسبب أيضًا في تلف النظام بمرور الوقت.

الجرعة

يتطلب التعقيم بالأشعة فوق البنفسجية جرعة معينة من الأشعة فوق البنفسجية لإبطال مفعول الكائنات الحية الدقيقة ؛ إذا كانت الجرعة غير كافية أو كانت الكائنات الحية الدقيقة مقاومة ، فقد لا يكون النظام فعالاً.

التكلفة

قد تكون أنظمة التعقيم بالأشعة فوق البنفسجية مكلفة للشراء والتركيب ، خاصة إذا كانت الأنظمة عالية الكثافة مطلوبة. هذا يمكن أن يجعل التعقيم بالأشعة فوق البنفسجية أقل وصولًا إلى بعض المنظمات أو المجتمعات.

Lأوكاتيون

تتطلب أنظمة التعقيم بالأشعة فوق البنفسجية كهرباء وقد لا تكون عملية أو مجدية لتركيبها في أماكن بعيدة أو خارج الشبكة. هذا يمكن أن يحد من إمكانية الوصول إلى التعقيم بالأشعة فوق البنفسجية لبعض المجتمعات أو المنظمات.

شوائب ماصة للأشعة فوق البنفسجية

يمكن لبعض الشوائب مثل الطحالب والأحماض الدبالية والفولفيك والمواد العضوية الذائبة وبعض المعادن أن تمتص ضوء الأشعة فوق البنفسجية ، مما يقلل من فعالية عملية التعقيم.

تدفق مستمر

تعتمد أنظمة التعقيم بالأشعة فوق البنفسجية عادةً على التدفق المستمر للمياه لتكون فعالة. هذا يعني أنه في حالة انقطاع تدفق المياه ، فلن يتمكن النظام من تعقيم الماء.

المنتجات الثانوية

يمكن لمصنعي مصابيح LED التي تعمل بالأشعة فوق البنفسجية إنشاء منتجات مثل ثاني أكسيد الكلور وجذور الهيدروكسيل التي يمكن أن تضر بالبيئة إذا لم يتم التعامل معها بشكل صحيح.

UV-A و UV-B

عادةً ما تستخدم أنظمة التعقيم بالأشعة فوق البنفسجية ضوء الأشعة فوق البنفسجية - ج ، وهو أكثر فاعلية في قتل الكائنات الحية الدقيقة. يمكن أيضًا أن تنبعث أشعة UV-A و UV-B ، وهي أقل فعالية في قتل الكائنات الحية الدقيقة ، بواسطة بعض وحدات LED للأشعة فوق البنفسجية. هذا يمكن أن يقلل من الفعالية الكلية لعملية التعقيم.

علاوة على ذلك ، يعد التعقيم بالأشعة فوق البنفسجية طريقة فعالة لتنقية المياه ، ولكن له بعض القيود. وتشمل هذه الحاجة إلى أنظمة الأشعة فوق البنفسجية عالية الكثافة ، وإمكانية مقاومة الكائنات الحية الدقيقة ، وتأثير جودة المياه ، والحاجة إلى الصيانة الدورية ، والجرعة المطلوبة ، وتكلفة النظام. يجب مراعاة هذه القيود عند اتخاذ قرار بشأن استخدام التعقيم بالأشعة فوق البنفسجية كطريقة لتنقية المياه.

الخلاصة والاعتبارات المستقبلية

التعقيم بالأشعة فوق البنفسجية هو وسيلة مستخدمة على نطاق واسع لتنقية المياه ، وهو فعال في تقليل مستويات الكائنات الحية الدقيقة الضارة في الماء. ومع ذلك ، فإنه يحتوي أيضًا على بعض القيود التي يجب أخذها في الاعتبار. وتشمل هذه القيود الحاجة إلى الشركات المصنعة للأشعة فوق البنفسجية عالية الكثافة ، وإمكانية مقاومة الكائنات الحية الدقيقة ، وتأثير جودة المياه ، والحاجة إلى الصيانة الدورية ، والجرعة المطلوبة ، وتكلفة النظام.

من الضروري استخدام التعقيم بالأشعة فوق البنفسجية مع طرق التنقية الأخرى ، مثل الترشيح أو المعالجة الكيميائية. يمكن أن يساعد ذلك في إزالة الأنواع الأخرى من الشوائب من الماء وزيادة الفعالية الكلية لعملية التعقيم.

علاوة على ذلك ، لا يزال البحث والتطوير في مجال تكنولوجيا تطهير المياه بالأشعة فوق البنفسجية جاريًا ، ومن المتوقع أن تؤدي النتائج الجديدة ، مثل أنظمة UV-C LED وطرق المعالجة المسبقة للمياه المتقدمة ، إلى تحسين الكفاءة وتقليل تكلفة الأنظمة في المستقبل.

أخيرًا ، يعد تطهير المياه بالأشعة فوق البنفسجية طريقة فعالة لتنقية المياه ، ولكن له بعض القيود. من المتوقع أن يؤدي البحث والتطوير المستقبلي في هذا المجال إلى تحسين الكفاءة وتقليل تكلفة الأنظمة ، مما يجعلها في متناول المجتمعات والمنظمات.