Войти  
Подписка 0
Гость admin

Ультрафиолетовый дезинфектор раствора

Оцените эту тему

1 сообщение в этой теме

УДК

Ультрафиолетовая дезинфекция для систем повторного использования дренажа в теплицах

А.П. Лашин, технический директор
ООО НПФ «ФИТО»
Д.А. Лашин, кфмн, зам. директора по науке
ООО НПФ «ФИТО»

Введение

Все больше и больше предприятий начинают работать с системами рециркуляции дренажного раствора. Это связано и с экологическими требованиями, ограничивающими сброс дренажа, и с возможностью экономии воды и удобрений. Проведенные исследования (Палудан, 1985), (Томлинсон и Фейтфул, 1979), (Воханка, 1990) показывают, что при повторном использовании дренажных вод существенно возрастает риск переноса возбудителей болезней. Чтобы исключить возможность распространения патогенных микроорганизмов с рециркуляционной водой, ее нужно стерилизовать перед повторным использованием.  В настоящее время  в тепличной отрасли используют три основных вида дезинфекции: термическая обработка, ультрафиолетовое облучение и озонирование. Наиболее распространены первые два способа, каждый из которых имеет свои плюсы и минусы. Нашей компанией выпускаются установки для обеззараживания дренажа, как термического типа, так и УФ-типа. В данной статье пойдет речь о дезинфекторе, основанном на ультрафиолетовом облучении.

Ультрафиолетовые лучи – это электромагнитное излучение с длиной волн от 100 до 400 нм.  При этом УФ-лучи длиной от 200 до 280 нм (УФ-С диапазон) обладают наиболее выраженным бактерицидным эффектом. Исследования в этой области показали, что оптимальной для облучения является длина волны 253,7 нм (Гельцхойзер, 1985). В результате такого облучения микроорганизмы погибают или утрачивают способность к воспроизводству. УФ-излучение в области длин волн с бактерицидным эффектом ( ~ 253,7 нм) проникает сквозь клеточные стенки переносимых водой микроорганизмов и поглощается ДНК в генетической цепочке патогена, в результате чего процесс воспроизводства микроорганизма прекращается. В зависимости от типа микроорганизма и численности его популяции говорят о дозе, необходимой для его дезактивации (т.е. лишения микроорганизма способности к воспроизводству). Доза облучения – это интенсивность облучения, измеряемая в мВт/см2, умноженная на время воздействия в секундах (с), которая выражается в мДж/см2 (= мВт × с/см2). Подробно о дозах облучения, необходимых для уничтожения того или иного патогена,  можно прочитать в статье известного голландского агронома Руния В.Т. «Уничтожение корневых патогенов в воде, используемой в закрытых системах выращивания с помощью ультрафиолетового излучения» Acta Horticulturae 361, 1994. Резюмируя его статью можно сказать, что для создания нормального инфекционного фона достаточна доза облучения в 150 мДж/см2, а для полной дезинфекции воды, включая вирусы, рекомендуется доза равная 250 мДж/см2.

Конструкция дезинфектора

На сегодняшний день для обеззараживания различных объектов используют два типа ультрафиолетовых ртутных ламп — высокого и низкого давления.  Их отличие заключается в том, что лампы высокого давления излучают в широком спектре, в том числе УФ-C с длиной волн 200-280 нм, в то время как лампы низкого давления испускают лучи УФ-C в основном с длиной волн равной 253,7 нм, т.е. как раз необходимое для дезинфекции излучение (рис. 1).

f002.9212C8ECCFA84F37AD70328DBE907C2B.jp

Рис. 1. Спектральная характеристика ртутных ламп низкого и высокого давления

Таким образом, лампы высокого давления менее эффективно используют энергию, только около ее 10% преобразуется в лучи УФ-C, в то время как у ламп  низкого давления этот показатель составляет около 40%. Другим недостатком ламп высокого давления является разрушающий эффект, оказываемый на хелат железа (Руния В.Т., 1992). Являясь достаточно дорогим удобрением, хелат железа мог бы быть повторно использован с дренажной водой, но при использовании ламп высокого давления он практически полностью разрушается.  Преимуществом ламп высокого давления является возможность получения большей мощности одной лампы (500 Вт, Philips ). Однако необходимо отметить, что использование батареи ламп приводит к лучшему перемешиванию дренажного раствора и соответственно к более равномерному распределению дозы облучения. В данном УФ-дезинфекторе использованы лампы низкого давления немецкой фирмы UV - Technik , как наиболее экономичные и конструктивно удобные для использования именно в тепличном производстве. Электрическая мощность одной лампы 320 Вт, эффективная мощность УФ-излучения 108 Вт. В дезинфекторах любых модификаций используется не менее 2 ламп.

Каждая лампа помещена в специальную колбу из кварцевого стекла. Колбы через быстроразъемное соединение подключаются к камерам обеззараживания, выполненным из нержавеющей стали. Диаметры камер выбраны таким образом, чтобы с одной стороны обеспечить максимальную производительность, а с другой стороны получить толщину слоя воды, омывающего лампу, достаточно тонкий, полностью пронизываемый при  проникновении УФ-лучей. Внутри камера имеет специальную конструкцию, которая обеспечивает турбулентный поток дренажа, что приводит  к более равномерному распределению УФ-излучения.

Принцип работы дезинфектора

Общая структурная схема УФ-дезинфектора представлена на рис 2. Система состоит из батареи ламп (не менее двух), датчика УФ излучения, подающего насоса с электронной регулировкой производительности, пластинчатого фильтра, дозатора кислоты и  расходомера.

f004.9212C8ECCFA84F37AD70328DBE907C2B.jp

Рис. 2 Структурная схема УФ-дезинфектора

В процессе работы мощность излучения УФ-лампы измеряется датчиком, установленным на внешней поверхности дезинфекционной камеры. На основании его показаний компьютерная система автоматически вычисляет время облучения, которое необходимо для получения раствором заданной агрономом дозы УФ-излучения. По вычисленному времени облучения с учетом объема дезинфекционной камеры и количества ламп рассчитывается оптимальная производительность дезинфекции.  Встроенный расходомер регистрирует реальную производительность системы и, в случае ее отличия от рассчитанной, компьютер управляет частотным преобразователем насоса до установки требуемой производительности. Для управления насосом используется несимметричный регулятор. Регулятор на превышение расхода реагирует в несколько раз активнее, чем на уменьшение реального расхода относительно расчетного. Этот прием уменьшает вероятность выхода из дезинфектора раствора с недостаточной дозой облучения.

При включении насоса производится постоянное измерение кислотности  (рН) проходящего раствора. При высоких значениях рН раствора, установленный в дезинфекторе насос подает в дренаж кислоту для поддержания  рН раствора на заданном уровне. Это позволяет сохранить стабильность дренажного раствора, а также препятствует отложению осадка на лампах.

Как известно, фактором, определяющим производительность системы, является прозрачность дренажного раствора. Для очистки дренажа от механических и органических примесей на входе дезинфектора рекомендуется устанавливать песчано-гравийный фильтр. Функциональные возможности дезинфектора  позволяют управлять процессом фильтрации и автоматически  осуществлять промывку фильтра. В случаях использования не достаточно прозрачного дренажа, некоторые исследователи (Руния, 1995) рекомендуют  разбавлять его чистой водой перед дезинфекцией. Несмотря на то, что на практике этот прием используется редко, в дезинфекторе заложен алгоритм управления  предварительным смешиванием дренажа с чистой водой и поддержанием заданной электропроводности (ЕС) смеси.

Контроллер дезинфектора, как и все устройства системы фирмы «ФИТО»,  подсоединены к персональному компьютеру, где в программе «Монитор» его данные интегрируются с данными полива и микроклимата. В результате на персональном компьютере в наглядной графической и табличной форме можно видеть и модифицировать процесс дезинфекции. На рис. 3 представлены графики с основными параметрами работы системы. На рисунке видно, как при изменении заданной дозы с 250 мДж/см2 до 80 мДж/см2 (фиолетовая линия) дезинфектор автоматически повысил производительность с 2,4 до 9 м3/ч (синяя линия). Красная линия показывает измерения датчика УФ-излучения.

f006.9212C8ECCFA84F37AD70328DBE907C2B.jp

Рис. 3. Отображение работы дезинфектора в программе «Монитор»:

красная линия – измеренная мощность УФ-излучения; фиолетовая – заданная агрономом доза УФ-облучения; зеленая –  реально полученная раствором доза; желтая и синяя линии – это соответственно рассчитанная и реальная производительность дезинфекции.

В таблице приводятся  снятые программой  «Монитор» в установившемся процессе дезинфекции  данные по производительности дезинфектора в зависимости от заданной дозы облучения, количества ламп и вида собранного дренажа. Замерам подвергались техническая вода, дренаж, собранный  со светокультуры огурца  на перлите в агрокомбинате «Майский», и дренаж без предварительной фильтрации, отобранный в одном из отделений СДС  «Ульяновский», где выращивают розы на торфяных субстратах.

Результаты дезинфекции


Заданная доза облучения, мДж/см2

Кол-во ламп, шт

Тип

дренажа

Измеренная мощность, мВт/см2

Производительность, м3

Потребление, кВт/м3

80

2

1*

3,15

7,85

0,08

150

2

1*

2,66

3,54

0,18

80

2

2*

4,01

10

0,06

170

2

2*

3,66

4,3

0,15

150

2

3*

1,87

2,5

0,25

1 — техническая вода,

2 – дренаж ГУП «Майский»: светокультура огурца на  перлите; 

3 – дренаж СДС «Ульяновский»: розы, выращиваемые на торфе. 

 

f008.9212C8ECCFA84F37AD70328DBE907C2B.jp

Рис. 4. Дезинфектор

Заключение

В заключение хотелось бы отметить преимущества ультрафиолетового дезинфектора по сравнению c аналогичными типами оборудования. 

Минимальная стоимость дезинфекции. Использование УФ-излучения для обеззараживания дренажного раствора не требует больших энергетических затрат. К примеру, при дозе 100 Дж/см2 потребление электроэнергии равно 0,12 кВт на дезинфекцию 1 м3 раствора. 

Автоматизация процесса. Датчики контролируют процесс обеззараживания, позволяя четко выполнять обработку раствора заданной агрономом дозой УФ-излучения. Благодаря широким функциональным возможностям система дезинфектора может взять под контроль весь процесс рециркуляции дренажа: сбор дренажа из дренажных приемников, управление наполнением баков «не очищенного» и «очищенного» дренажа, автоматическое включение-выключение дезинфекции, подготовку смеси из дренажа и воды для подачи в растворный узел. 

Легкость монтажа. Для включения дезинфектора в работу достаточно лишь подсоединить входную магистраль с поступающим из теплицы дренажом и магистраль с очищенным  дренажом, подвести электропитание. Весь процесс установки и запуска  занимает несколько часов. Простота монтажа позволяет с минимальными капиталовложениями интегрировать дезинфектор в уже существующие тепличные комплексы.

Минимальное обслуживание. Все техническое обслуживание дезинфектора УФ-излучения заключается в очистке лампы от налета в случае снижения производительности, но и этот процесс занимает меньше 15 минут, не требует специальных инструментов и высокой квалификации обслуживающего персонала.

Источник: www.fito-system.ru

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

Создайте аккаунт или войдите для комментирования

Вы должны быть пользователем, чтобы оставить комментарий

Создать аккаунт

Зарегистрируйтесь для получения аккаунта. Это просто!


Зарегистрировать аккаунт

Войти

Уже зарегистрированы? Войдите здесь.


Войти сейчас
Войти  
Подписка 0

Пользовательский поиск