УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЯ ВОДЫ УЛЬТРАФИОЛЕТОВЫМ ИЗЛУЧЕНИЕМ

Область техники
Настоящая полезная модель относится к устройству обеззараживания воды ультрафиолетовым (УФ) облучением.
Уровень техники
Для обеззараживания воды используются три метода: химический, физический и комбинированный. Физические методы дезинфекции воды делятся на термический метод, метод обработки УФ излучением и метод дезинфекции ультразвуком. Метод обеззараживания УФ излучением основан на способности излучения приводить к фотохимическим реакциям в структуре молекул ДНК и РНК, следствием чего является их необратимым повреждениям.
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
Согласно МУ 2.1.4.719-98 «Санитарный надзор за применением ультрафиолетового излучения в технологии подготовки питьевой воды доза» УФ облучения необходимая для инактивации 99,9% различных видов микроорганизмов: Shigella flexneri – 5,2 мДж/см; Salmonella typhi – 7,5 мДж/см; Shigella dysenteriae – 8,8 мДж/см; Proteus vulgaris – 7,8 мДж/см; Staphylococcus aureus – 7,8 мДж/см; Escherichia coli – 6,0 мДж/см; Virus poliomyelitis – 6,0 мДж/см; Salmonella paratyphi – 6,1 мДж/см; Vibrio cholerae – 6,5 мДж/см; Orthomyxoviridae (вирусы гриппа) – 6,6 мДж/см; Salmonella enteritidis – 7,6 мДж/см; Mycobacterium tuberculosis – 10,0 мДж/см; Pseudomonas aeruginosa – 10,5 мДж/см; Virus hepatitis A – 11,0 мДж/см.
В настоящее время существуют изобретения УФ облучателей, имеющие промышленное применение для очистки воды, в их основе кварцевые газоразрядные лампы (например: УОВ 11W Philips, GPH356T5L-17W Full Sun, T5L10W Wonder Light). Недостатком таких устройств является низкий срок службы, высокое энергопотребление и механическая хрупкость.
Существуют изобретения для обеззараживания воды на основе полупроводниковых излучающих в УФ диапазоне длин волн диодов:
В патенте США № 5451791 от 19.09.1995 г. описана установка для дезинфицирования воды, содержащая камеру УФ-прозрачными трубами, по которым протекает вода, ртутную УФ-лампу, пускорегулирующий аппарат для электропитания УФ-лампы от сети переменного тока.
Недостатком данного технического решения является хрупкость конструкции и сложность её изготовления.
В патенте США № 6579495 от 17 июня 2003 г. описано ручное, переносное устройство для обеззараживания воды, содержащее сосуд с водой, УФ диоды и аккумуляторную батарею. для обеззараживания воды устройство необходимо перемещать вручную, перемешивая воду, для обеспечения доступа УФ-излучения ко всему объему воды.
Недостатком данного технического решения является необходимость перемещения устройства вручную и сложность конструкции.
В патенте США № 7270748 от 18 сентября 2007 г. описано интегрированное в сантехнический смеситель устройство для УФ-обеззараживания проточной воды, содержащее встроенное в излив сантехнического кухонного или ванного смесителя устройство для обеззараживания воды с УФСИД. УФСИД залиты в компаунд и изолированы от потока воды с помощью прозрачного канала. В этом устройстве вода самотеком проходит внутри пространства, окруженного большим количеством УФСИД, что должно обеспечивать доступ УФ-излучения ко всему объему протекающей воды.
Недостатком данного технического решения является отсутствие возможности обеззараживания неподвижного объёма воды.
Наиболее близким является изобретение – патент РФ № 2397146 от 20 августа 2010 г., суть изобретения заключается в том, что излучение вводят в обеззараживаемый объем через оптическое окно водовода или ряд оптических окон, прозрачных для ультрафиолетового излучения светоизлучающих полупроводниковых диодов, с обеспечением рассеивания излучения светоизлучающих полупроводниковых диодов на гофрированных участках водовода, причем на внутреннюю поверхность водовода наносят покрытие с коэффициентом отражения 0,6-0,7.
Недостатком прототипа является отсутствие экспресс анализа на наличие оставшихся после облучения микроорганизмов. Загрязнение оптических систем УФ диодов при многократном использовании устройства приведёт к снижению дозы бактерицидного облучения, что в свою очередь может привести к недостаточной дезинфекции.
Целью полезной модели является повышение эффективности обеззараживания и повышение надёжности процесса обеззараживания воды за счёт добавления в конструкцию кварцевого стекла и фотодатчика, подключенного к блоку управления электрической схемы и блоку питания для анализа экспресс-анализа на наличие оставшихся после облучения микроорганизмов.
Техническим результатом является снижение времени облучения и повышение качества обеззараживания воды. Для достижения указанного технического результата в настоящей полезной модели предложено устройство, содержащее ёмкость для воды (1), в которую через отверстие с клапаном (2) поступает вода, подлежащая обеззараживанию, по меньшей мере одно отверстие, в которое герметично установлено защитное кварцевое стекло и по меньшей мере один УФ диод (3), излучающий в диапазоне оптического спектра (265-275) нм поток бактерицидного излучения не менее 700 мВт, отверстие, в котором герметично установлено защитное кварцевое стекло и фотодатчик (4), фотодатчик измеряет спектральную характеристику в видимой области оптического диапазона, электрическая схема соединена с блоком управления (5), блоком электропитания (6) и электронасосом (7), установленным в отверстие для вывода воды. Известно, что все микроорганизмы имеют спектры флуоресценции в видимой области оптического диапазона при воздействии на них УФ излучения. Обеззараживание воды проводится до тех пор, пока блок управления при помощи фотодатчика не зафиксирует отсутствие спектров излучения, отличных от спектров излучения УФ диодов. После обеззараживания блок управления включает электронасос для вывода обеззараженной воды.
Далее сущность полезной модели поясняется чертежом.
На фиг. 1 – схематический вид конструкции устройства для обеззараживания воды ультрафиолетовым излучением, где:
1 – ёмкость для воды,
2 – клапан для ввода воды,
3 – кварцевое стекло и УФ диод,
4 – кварцевое стекло и фотодатчик,
5 – блок управления,
6 – блок электропитания,
7 – электронасос для вывода воды.
Для подтверждения технического результата проведены исследования. В соответствии с ГОСТ 31861-2012 «Вода. Общие требования к отбору проб» взяты пробы речной воды. С помощью цифрового микроскопа Levenhuk в пробе воды были обнаружены 123 единицы микроорганизмов. С помощью макета предлагаемого устройства проведено обеззараживание пробы воды. После обеззараживания под микроскопом не было обнаружено микроорганизмов. Для проверки полученного результата пробы воды были нанесены на питательную среду агара. Образцы выдержаны при температуре (37±0,5)ºС, в течение (24±2) часов. После выдержки, под микроскопом проверено наличие колоний микроорганизмов, колоний микроорганизмов обнаружено не было. Для статистики, десять раз были проведены повторные исследования с разными пробами воды.
Вывод: установлено, что предлагаемое в полезной модели устройство обеспечивает максимальное обеззараживание воды.