Об использовании УФ среднего давления в плавательных бассейнах

О необходимости использования УФ среднего давления в плавательных бассейнах

23.01.23

Плавательные бассейны могут стать незаменимым элементом вашей жизни, но также могут представлять серьезную угрозу, так как бассейн является идеальной средой для развития различных видов бактерий, таких как:
1. E. coli, обитающих в кишечнике человека и животных, сигнализирующих о загрязнении бассейна кишечными материалами. Данная группа бактерий может вызывать болезни желудка и кишечного тракта.
2. Pseudomonas, вызывающими различные инфекции.
3. Staphylococcus, вызывающих инфекции кожи, глаз и дыхательных путей.
Наличие вышеуказанных бактерий в бассейне может представлять угрозы для здоровья людей, особенно детей, чей иммунитет не до конца сформирован и подвержен всяческим рискам.

Для очистки и дезинфекции воды с целью минимизации рисков требуется применение системы фильтрации и системы дезинфекции оборотной воды бассейна. Существует несколько подходов к дезинфекции оборотной и подпиточной воды бассейнов, но обязательным является дозирование реагентов на основе хлора, т.к. хлор является единственным из дезинфектантов, нашедших широкое применение на практике, который имеет пролонгирующий эффект, то есть продолжает работать в самой чаше бассейна и трубопроводах. Для контроля эффективности и выбора метода обеззараживания был разработан СП 2.1.3678-20, в котором указано, что «Для бассейнов всех видов назначения в качестве основных методов обеззараживания воды должны быть использованы:
- хлорирование,
- бромирование,
а также комбинированные методы:
- хлорирование с использованием озонирования,
- хлорирование с использованием ультрафиолетового излучения,
- бромирование с использованием озонирования
- бромирование с использованием ультрафиолетового излучения».


При этом действуют следует использовать следующие дозы обработки воды:

Метод обработки воды:
Только хлорирование
Уровень свободного хлора:
0,3 мг/л
Норматив:
СП 2.1.3678-20

Метод обработки воды:
Хлорирование +УФ-обеззараживание
Уровень свободного хлора:
0,1–0,3 мг/л
Норматив:
СП 2.1.3678-20

Таким образом, при комбинации реагентного и безреагентного методов обработки воды, УФ-системы инактивируют большую часть микроорганизмов, а хлор уничтожает вносимые человеком загрязнения и препятствует появлению микроорганизмов на стенах бассейна, инвентаре и в трубопроводах. Использование УФ-излучения позволяет уменьшить дозу хлора в бассейне.

Однако не стоит забывать, что хлор, применяемый без комбинации с другими методами обеззараживания воды в плавательном бассейне:
· не уничтожает спорообразующие микроорганизмы,
· вызывает привыкание микробов и вирусов, что требует использования повышенных доз хлора,
· вызывает образование токсичных продуктов хлорирования (хлораминов), ведущих к появлению устойчивого запаха хлора, а также раздражению глаз, дыхательных путей, кожных покровов,
· способствует образованию в воде канцерогенных и мутагенных веществ.

Побочные продукты дезинфекции
Однако, наличие бактерий и вирусов в оборотной воде бассейна является лишь частью возможных рисков, с которыми сталкиваются пловцы. Не менее серьезную угрозу представляют собой побочные продукты дезинфекции, которые образуются при контакте дезинфицирующего реагента с органическими загрязнениями, содержащимися в воде:

Реагент:
Хлор и препараты на его основе
Побочные продукты:
· Тригалометаны,
· Тригалометаны,
· Галогензамещенные уксусные кислоты,
· Галоацетонитрилы,
· Галокетоны,
· Трихлорацетальдегид (хлоральгидрат),
· Трихлорнитрометан (хлорпикрин),
· Хлорциан,
· Хлораты,
· Хлорамины

Реагент:
Бром и препараты на его основе
Побочные продукты:
· Тригалометаны,
· Галогензамещенные уксусные кислоты,
· Хлораты,
· Бромальгидрат,
· Броматы,
· Бромамины

Реагент:
Озон
Побочные продукты:
· Альдегиды,
· Кетоны,
· Кетоновые кислоты,
· Карбоксильные кислоты;

В случае присутствия бромида в исходной воде или сочетания с бромированием:
· Бромоформ,
· Броматы
















В воде в бассейне образуется более 100 видов побочных продуктов дезинфекции, а также канцерогенов. Это значение отличается от содержания, к примеру хлораминов в питьевой воде, и связано с внешней азотистой органикой, поступающей от посетителей бассейна (пот, моча, кожа, механические включения и пр.). В среднем, каждым пловцом в бассейн привносится 20-30 мл мочевины. Для спортсменов эта цифра значительно увеличивается. В итоге это приводит к величине 200-400 мг общего азота с одного купальщика. Мочевина и является основным компонентом для образования хлораминов в процессе окисления.

Причиной образования побочных продуктов дезинфекции в воде является свободный хлор. Аммоний, мочевая кислота, аминокислоты довольно быстро вступают в контакт с хлором и образуют хлорамины. Появлению побочных продуктов способствуют большое количество различных факторов: параметры исходной воды (в т.ч. температура и рН), система водоподготовки, тип системы дезинфекции, тип бассейна, кол-во посетителей и пр. Постоянное выявление хлораминов в воде и контроль их содержания – задача не из лёгких, тем более в случае с небольшими бассейнами. Поэтому задачей, которую должны ставить перед собой операторы бассейнов – использование технологий для разрушения хлораминов в оборотной воде.

Накопление хлораминов (и в особенности трихлорамина) в воде и воздушной среде бассейнов – частая причина жалоб посетителей бассейна на неприятный запах, аллергию и раздражение слизистых. Кроме того, ряд исследований ассоциирует хлорамины с развитием астмы и других респираторных болезней. Именно хлорамины составляют показатель связанного хлора, который теперь входит в программу производственного контроля бассейнов согласно СП 2.1.3678-20 и подлежит обязательному мониторингу. Также, испаряясь, именно дихлорамины в воздухе бассейнов приводят к коррозии металлических элементов конструкций.

Откуда берутся хлорамины?
Хлорамины: (монохлорамин, дихлорамин и трихлорамин) - это сумма хлораминов в воде бассейна. Хлорамины содержат азот, так как являются продуктом реакции хлора с азотистыми примесями в воде. В основном это биологические жидкости человека – пот и моча, они схожи по своему составу и содержат азот. Также в воде бассейнов был обнаружен ряд активных ингредиентов солнцезащитных кремов и продуктов их реакции с дезинфектантами - некоторые из них являются эндокринными разрушителями и оказывают выраженное воздействие на гормональную систему человека. При рН <9 (типичные условия в бассейне, где рН рекомендуется поддерживать 7,2-7,8), почти весь аммиак (NH3) реагируя с ионами водорода, переходит в состояние иона аммония (NH4+).
Помимо органических соединений с хлором, также к побочным продуктам дезинфекции относятся бром- и йод-производные соединения. Они возникают при бромировании или наличии брома/йода в исходной воде. Поэтому хлорирование воды с высоким содержанием бромида приводит к наличию в обработанной воде большого количества бром-содержащих побочных продуктов. Использование озона в комбинации с бромированием или же при обработке бром-содержащей воды возможно формирование броморганических соединений – броматов, которые являются канцерогенами и нормируются СанПин по ПДК.
Также и при озонировании способны формироваться побочные продукты в ходе реакций с органическими примесями – это кетоны, альдегиды, карбоксильные кислоты.
Используемые в бассейной индустрии метод ударного хлорирования опасен тем, что образует крайне токсичные соединения, оказывающие выраженный мутагенный и канцерогенный эффект даже при очень низких концентрациях.
Но самая большая опасность в части отрицательного воздействия на организм человека образуется при синергетическом эффекте от воздействия моно-, ди- и трихлораминов в присутствии свободного хлора. Поэтому чрезвычайно важно иметь возможность удаления подобных соединений и стремиться к поддержанию связанного и свободного хлора (а также аммонийного азота) на минимально допустимом уровне.

Что же делать?
Исследования хлораминов со временем показали, что они (особенно ди- и трихлорамин) разрушаются в открытых бассейнах в жарком, солнечном под воздействием солнечного света, который содержит в том числе излучение УФ-диапазона (290 - 400 нм).
Это заключение привело к тому, что для борьбы с побочными продуктами дезинфекции в закрытых бассейнах следует использовать УФ-излучение в диапазоне 290-400 нм, поэтому ультрафиолетовые установки с лампами среднего давления – эффективный инструмент в борьбе с хлораминами. Оптимальные длины волн для поглощения хлораминов:
· Монохлорамин - 245 нм
· Дихлорамин (HNCI2) - 294 нм
· Трихлорамин (NCI3) - 260 и 336 нм

Не все УФ-системы одинаково полезны
Ультрафиолетовые лампы низкого давления (LP) — ртутные лампы, которые генерируют монохроматическое излучение с длиной волны 254 нм. В силу своей стоимости и простоты использования лампы этого типа чаще применяют для дезинфекции в частных бассейнах. Излучение с длиной волны 254 нм эффективно в борьбе с микрофлорой, но не решает проблему разложения органических примесей и устранения биообрастаний. Энергии фотонов с длиной волны 254 пт недостаточно для разрушения таких соединений, как ди- и трихлорамины и других побочных продуктов дезинфекции.

УФ системы среднего давления (MP) излучают фотоны с длиной волны гораздо более широкого спектра, который как раз обладает не только обеззараживающими свойствами, но и способностью к разрушению хлораминов и других побочных продуктов дезинфекции. Кроме того, с помощью регулирования потребляемой мощности ламп среднего давления (МР), можно оптимизировать потребление электроэнергии, варьируя скорость потока и срок службы лампы.

Различные типы УФ-ламп по-разному действуют на микроорганизмы. Излучение ламп низкого давления (LP) узконаправленно и воздействует только на ДНК клеток, блокируя их способность к делению, что в итоге приводит к их гибели. Однако известно, что бактерии обладают способностью к фоторекомбинации – и даже при поражении ДНК способны восстанавливать поврежденные участки. Поэтому излучение УФ-ламп 254 нм может быть недостаточным для надежной дезинфекции из-за потенциальной рекомбинации и восстановления бактерий внутри бассейна.
Лампы среднего давления (MP), помимо ДНК, разрушают и клеточные мембраны, вызывая необратимые повреждения.

Для снижения уровня связанного хлора (хлораминов) в воде бассейнов до требуемых значений (менее 0,2 мг/л) требуется использовать системы среднего давления (МР) с дозой УФ-облучения не менее 60 мДж/см2.

Действующий немецкий национальный стандарт DIN 19643-2012 «Подготовка воды плавательных и купальных бассейнов» говорит: «Только УФ системы среднего давления могут правильно дезинфицировать воду в плавательном бассейне и понизить уровень связанного хлора. УФ системы низкого давления не подходят для использования в данных процессах».

УФ системы среднего давления (MP) за счет повышенной мощности и более широкого спектра длин волн имеют:
· Большую эффективность обеззараживания, уничтожая бактерии, вирусы и альгициды, что обеспечивает высокий уровень гигиеничности воды;
· Предотвращают реактивацию (восстановление) вируса за счёт повреждения РНК в то время, как лампы низкого давления неспособны исключить последующее восстановление вируса и дальнейшего заражения воды в чаше бассейна;
· Легко инактивирует микроорганизмы, устойчивые к другим методам дезинфекции, таким как хлор, тепло или УФ низкого давления;
· Эффективно удаляет из воды связанный хлор (трихлорамины), вызывающие раздражение кожи, глаз и дыхательных путей;
· Удаление из воды гораздо большего диапазона химических веществ и разнообразия частиц, в отличие от низкого давления;
· Снижение необходимой дозы хлора до 1/3 от обычной дозы до использования ультрафиолета, что в пересчете на долгий срок дает большую экономию в обслуживании бассейна.


Помимо отличий в спектре излучения, лампы среднего давления меньше по габаритам, поэтому установки компактны и проще вписываются в ограниченные по размерам технические помещения. Другим преимуществом является то, что требуемой дозы можно достичь меньшим количеством ламп - это не только упрощает обслуживание установок, но и делает их более экологичными. УФ-системы, согласно ГОСТ Р 53491.1-2009 их необходимо размещать после фильтрации, но ДО точки ввода реагентов - в противном случае ультрафиолет будет разлагать свободный хлор и для поддержания остаточной концентрации потребуется существенно бОльший расход реагента.

Ультрафиолетовые лампы среднего давления эффективно обеззараживают воду, уничтожая большинство микроорганизмов, что позволяет уменьшить количество необходимого хлора. Это не только экономически выгодно, но и снижает риск возникновения хлораминов - веществ, способных вызвать раздражение и неприятный запах.

Выводы
1. УФ излучение ламп среднего давления способно разрушать монохлорамины (волна длиной 244 нм), дихлорамины (294 нм) и трихлорамины (336 нм). После обработки УФ излучением ламп среднего давления вода бассейна не раздражает глаза и кожу, не вызывает аллергических реакций и не провоцирует приступы астмы, а ее испарения не опасны для здания.
2. Полное разрушение микроорганизмов. Лампы низкого давления не способны лишить микроорганизмы способности размножаться. Известно, что микроорганизмы имеют способность восстанавливать повреждение ДНК, происходит называемая «реактивация». Лампы среднего давления повреждают РНК клетки, лишая её возможности к восстановлению, и тем самым повышают гигиеническое состояние бассейна;
3. Обработка воды с применением УФ-систем позволяет эффективно контролировать содержание связанного хлора в бассейнах. Снижение уровня неорганических хлораминов в воде и воздухе существенно поднимает комфорт для посетителей и персонала, уменьшает затраты на подпитку свежей водой и что более важно, дополнительная дезинфекция УФ-излучением и активированым им радикалами позволяет противостоять Cryptosporidium и Giardia.