Дезинфицирующие свойства ультрафиолета

Что есть такое ультрафиолетовое излучение?

Ультрафиолетовое излучение - это электро-магнитное излучение в диапазоне между рентгеновским и видимым  светом. Ультрафиолетовый диапазон делится на ближнюю область - 400-200 нм. и дальнюю область - 200-10нм. Диапазон дальней области между рентгеновским излучением и вакуумной области был изучен к 1927 г. И только в 1970-х годах были разработаны и начали производиться бактерицидные УФ-лампы.
Более 30 лет установки с ультрафиолетовыми лампами помогают очищать питьевую воду от более чем 60 видов болезнетворных микроорганизмов, бактерий, водорослей (плесени).
Ультрафиолетовые волны длиной 205–315 нм обладают бактерицидным эффектом.
Экспериментальным путем определили, что длина волны ультрафиолетового излучения в диапазоне 254 ± 10 нм (жесткий ультрафиолет) эффективно рвет внутренние цепочки ДНК и РНК вредоносных микроорганизмов, не позволяя им размножаться. УФ с длиной волны в 265 обладает максимальной бактерицидной эффективностью, равной 1 (единице).
Ультрафиолет не действует на некоторые бактерии, некоторые виды грибов и прионы.

Что же ломается во внутреннем механизме вредных организмов при воздействии УФ облучения широкого спектра?

Влияние ультрафиолетового излечения длиной волны 254 нм на ДНК и РНК.
Графики излучения и поглощения ультрафиолета ксеноновой и ртутной УФ-лампами

Проникновение ультрафиолета сквозь различные вещества

Графики глубины проникновения УФ излучения, мощности и количества обеззараживаемой воды

Обычное стекло непрозрачно для УФ с длиной волны в 320 нм(из-за оксида железа)., т.е. нужную нам длину волны оно будет поглощать, а не пропускать. Вещества способные пропускать более короткие УФ-волны: увиолевое стекло, сапфир, фтористый магний, кварц (до 214 нм.), флюорит (до 120 нм.), фтористый литий (до 105 нм.). Соответственно, нас могут заинтересовать увиолевое и кварцевое стекло. 
Воздух становится непрозрачным для УФ при длине волны 185 нм., из-за поглощения кислородом. Из УФ спектра только волны длиной в 290 нм. достигают земной поверхности. Жесткое УФ излучение поглощается в верхних слоях атмосферы.

Устройство ультрафиолетовой лампы и способность к излучению УФ 

Источник излучения ультрафиолета электрическая дуга в парах ртути.
Есть лампы безозоновые и лампы, способные вырабатывать небольшое количество озона. Выработанный УФ-лампой озон оказывает дополнительное дезинфицирующее воздействие на воду.
Озон вырабатывается при УФ облучении молекул кислорода длиной волны менее 180 нм.
 
Напротив, УФ с длиной волны более 320 нм. способствует разрушению озона.
УФ-лампы из увиоливого стекла не генерируют озон по причине поглощения стеклом спектра излучения, создающего молекулы озона.
УФ-лампы есть высокого и низкого давления. Последние широко используются и бывают с холодным, горячим катодом.
Виды ламп по виду генерирующего материала:
Ртутные лампы на жидкой ртути.
Амальгамные УФ-лампы более экологичны из-за использования излучателя в виде сплава ртути, висмута и индия (амальгама). Ртуть находится в сплаве в связанном состоянии. У амальгамных лам не происходит соляризация внутренней поверхности стекла, оксид ртути не откладывается на поверхность и как следствие не отражает лучистую энергию вовнутрь. Ресурс лампы 12 - 16 000 часов.
Ксеноновые УФ-лампы - импульсные лампы ультрафиолетового излучения широкого спектра. В дезинфекции воды бассейнов пока не применяются.
Смотри графики поглощения ультрафиолетового излучения болезнетворными организмами
См.Разновидности ультрафиолетовых ламп и их отличия

Измерение бактерицидного облучения

Интенсивность УФ излучения - мВт/см2
Доза облучения - интенсивность УФ излучения(мВт/см2) помноженное на время облучения(с) - мДж/см2.
Чем выше интенсивность излучения и дольше время облучения тем больше бактерицидной энергии получит патогенный организм, тем больше шансов его инактивации.
Для эффективного обеззараживания необходимо, чтобы плотность УФ потока(доза УФ-облучения) была не менее 16 мДж/см² (по законодательству РФ - методуказания Минздрава РФ). Что, конечно, недостаточно.

Ультрафиолет и уровень хлора

Совместное применение ультрафиолета и хлора позволяет уменьшить уровень хлора до 0,3 мг/л, что организмом человека не ощущается.
Устройство ультрафиолетовой установки для обеззараживания воды бассейна 
Производители УФ установок для обеззараживания воды