Амальгамные УФ-лампы в системах обеззараживания сточных вод

Механическая и биологическая очистка сточных вод позволяет удалить основную часть загрязнений, однако не обеспечивает полного удаления патогенных микроорганизмов. Поэтому перед сбросом очищенной воды необходим заключительный этап — обеззараживание. На протяжении десятилетий для этих целей широко применялось хлорирование. Однако использование хлорсодержащих реагентов может сопровождаться образованием побочных продуктов, в том числе тригалогенметанов и галоуксусных кислот. Кроме того, отдельные микроорганизмы, включая криптоспоридии и лямблии, обладают повышенной устойчивостью к химическим методам обеззараживания.
Альтернативой стало ультрафиолетовое обеззараживание — физический метод, который позволяет инактивировать микроорганизмы без введения химических реагентов в обрабатываемую воду. Особое значение технология приобретает на крупных очистных сооружениях, где ежедневно необходимо обеззараживать сотни тысяч и миллионы кубометров сточных вод.

Принцип действия УФ-обеззараживания
Ультрафиолетовое обеззараживание основано на воздействии коротковолнового бактерицидного УФ-излучения на генетический аппарат микроорганизмов. Поглощение излучения нуклеиновыми кислотами приводит к повреждению ДНК и РНК, в результате чего микроорганизмы утрачивают способность к размножению.
Одним из основных параметров процесса является УФ-доза — количество энергии УФ-излучения, воздействующей на единицу площади. Для коммунальных сточных вод МУ 2.1.5.732-99 устанавливают минимальную дозу облучения 30 мДж/см².

Качество воды и выбор источника излучения
Результативность УФ-обеззараживания зависит не только от характеристик источника излучения, но и от качества обрабатываемой воды. Взвешенные вещества, цветность и другие примеси способны снижать пропускание УФ-излучения и, соответственно, влиять на эффективность процесса. Поэтому УФ-оборудование, как правило, размещается на заключительном этапе технологической схемы очистки — после биологической очистки, вторичных отстойников или сооружений доочистки.
При низком коэффициенте пропускания УФ-излучения для достижения расчетной дозы требуется соответствующая мощность источников. Увеличение количества маломощных ламп приводит к росту габаритов оборудования, количества обслуживаемых элементов и эксплуатационных затрат. Именно поэтому для крупных очистных сооружений существенное значение приобретают мощные и эффективные источники УФ-излучения.

Типы и устройство УФ-установок
В соответствии с ГОСТ Р 71911-2024 оборудование для УФ-обеззараживания может иметь различное конструктивное исполнение. НПО «ЛИТ» выпускает два основных типа установок:
• В корпусных установках (ЮКОН, ВОЛЬТА, ЛЕНА) вода под напором проходит через герметичную камеру (реактор), внутри которой УФ-лампы размещаются в защитных кварцевых чехлах;
• Лотковые системы(группы «МЮРРЕЙ», «ОРИНОКО») предназначены для размещения УФ-модулей в открытых самотечных каналах, которые не предусматривают дополнительной перекачки стоков и позволяют снижать энергозатраты.
Современные системы УФ-обеззараживания оснащаются датчиками контроля УФ-дозы, счетчиками наработки ламп, системой регулировки мощности УФ-ламп, сигнализацией неисправностей и механизмами автоматической очистки кварцевых чехлов. При ухудшении качества поступающей воды или увеличении расхода, автоматически повышается мощность ламп или происходит запуск резервных модулей, обеспечивая необходимую УФ-дозу обеззараживания.

Амальгамные лампы: технология и преимущества
Лучшим решением для установок УФ-обеззараживания признаны амальгамные УФ-лампы низкого давления, генерирующие УФ-излучение с длиной волны 254 нм. Использование амальгамы в бактерицидных лампах низкого давления имеет ряд решающих преимуществ:
• мощность излучения амальгамной УФ-лампы многократно превышает показатели стандартных аналогов тех же размеров. Одна мощная УФ-лампа способна заменить несколько обычных;
• сокращение числа ламп снижает количество точек отказа, объем обслуживания кварцевых чехлов и частоту замен;
• УФ-установка становится компактнее и проще интегрируется в систему существующих очистных сооружений;
• значительная экономия эксплуатационных расходов, особенно для круглосуточных станций.

Показателен пример сравнения ламп одинакового типоразмера. Мощность УФ-излучения лампы ДБ 75 составляет 25 Вт, тогда как у амальгамной ДБ 300Н она достигает 90 Вт. Если для обеспечения расчетной мощности потребовалось бы 100 ламп ДБ 75, сопоставимая суммарная мощность УФ-излучения может быть достигнута менее чем 30 амальгамными лампами ДБ 300Н.
Амальгамные лампы конвертируют 35–40 % подведенной электроэнергии в бактерицидное излучение — это близко к теоретическому пределу для газоразрядных источников. Для станций производительностью в сотни и миллионы кубометров в сутки высокий КПД означает ощутимую экономию энергозатрат.
Еще одно преимущество амальгамной технологии — возможность поддержания стабильных рабочих характеристик в широком диапазоне условий эксплуатации. Лампы сохраняют высокую интенсивность излучения в диапазоне температуры воды от 0 °C до 60 °C. Обычные ртутные лампы при отклонении от оптимальной рабочей температуры резко теряют мощность, а амальгамные работают стабильно.
Ресурс амальгамных УФ-ламп НПО «ЛИТ» в зависимости от модели составляет 12 000–16 000 часов, и на конец срока службы сохраняется не менее 85 % начальной мощности излучения, что позволяет точно планировать регламентные замены.
В амальгамных лампах ртуть находится не в свободном жидком состоянии, а в составе амальгамы. Такое техническое решение снижает риск распространения ртути при повреждении источника по сравнению с традиционными ртутными лампами, содержащими жидкую ртуть.

Масштаб использования амальгамных ламп иллюстрирует Курьяновская станция аэрации в Москве — одна из крупнейших в Европе, принимающая до 3 млн. кубометров сточных вод в сутки. На объекте установлен крупнейший в мире блок УФ-обеззараживания, включающий более 6000 мощных амальгамных ламп. Их внедрение позволило гарантировать требуемую бактерицидную дозу при переменном качестве воды, значительно сократило занимаемые площади и эксплуатационные расходы.
Амальгамные УФ-лампы низкого давления позволяют сочетать высокую мощность бактерицидного излучения, энергоэффективность и длительный ресурс. Благодаря этому технология масштабируется для объектов различной производительности — от локальных очистных сооружений до систем водоотведения крупнейших городов. УФ-обеззараживание при этом не требует введения химических реагентов непосредственно в обрабатываемую воду и не приводит к образованию характерных для хлорирования побочных продуктов. В сочетании с автоматизированным управлением и контролем параметров процесса это делает амальгамные источники одним из ключевых технологических решений для современных систем обеззараживания сточных вод.