لامپ های UV

مهمترین بخش از تجهیزات گندزدایی UV، لامپ های آن است. این لامپ ها بایستی قادر به تولید نور UV در محدوده جرم کش و ضدعفونی (۳۰۰-۲۰۰ نانومتر) با بازدهی قابل قبول و طول عمر طولانی مدت باشند. لامپ یو وی انرژی الکتریکی را به انرژی نورانی  فرابنفش تبدیل می کند. بازدهی لامپ معمولا به صورت نسبت کل انرژی خروجی UV در ناحیه جرم کش به ورودی انرژی خارجی الکتریکی می باشد.

انواع لامپ UV

چندین نوع لامپ وجود دارد که نور UV و مرئی منتشر می کند. مهمترین نوع لامپ مورد استفاده در تصفیه میکروبی و گندزدایی UV لامپ های تخلیه گاز هستند. این نوع لامپ معمولا دارای دو الکترود است که در هر دو انتهای تیوپ حاوی اتم های فلزی (مانند جیوه) یا یک گاز کمیاب (مانند زنون) قرار دارند. در این لامپ ها، نور از اتم های تراز بالای برانگیخته شده توسط الکترون های پر انرژی منتشره از الکترودها، منتشر می شود. در این لامپ ها جریان الکتریکی که از درون پلاسمای داغ یونیزه شده عبور می کند، باعث می شود که اتم های جیوه به تراز انرژی بالاتری بروند یا حالت برانگیخته پیدا کنند. زمانی که از حالت برانگیخته به حالت اولیه برمی گردند، نور UV با طول موج معکوس متناسب با اختلاف انرژی بین حالت برانگیخته و اولیه ساطع می شود.

عمر¬ اتم های برانگیخته جیوه محدود و در حد میکروثانیه (µs) یا میلی ثانیه است، آنها با انتشار انرژی به صورت نور یا گرما به سطح انرژی پایین¬تری می¬رسند. طول موج نور بر اساس اختلاف سطح انرژی تعیین می¬شود. چهار نوع متداول از لامپ های تخلیه جیوه موجود است: کم فشار (Low-pressure, LP)، کم فشار پر بازده (Low-pressure, high-output, LPHO)، آمالگام (LPHO-amalgam, LPHO) و فشار متوسط (Medium-pressure, MP).

لامپ های جیوه کم فشار

عملکرد لامپ های LP در دمای ۴۰-۲۰ درجه سانتی گراد و زمانی که فشار بخار جیوه در حدود ۱۰-۱/۰ پاسکال است، بهینه می باشد. انتشار نور این لامپ ها معمولا در یک خط باریک و بدون انتشار در بین خطوط است. قوی ترین خط در نور UV مربوط به ۷/۲۵۳ نانومتر (۸۲ درصد کل انتشار) و ۹/۱۸۴ نانومتر (۶/۶ درصد انتشار) است. لامپ LP که حاوی تنها چند میلی گرم جیوه است، بسیار متداول می باشد. از آن جایی که انتشار اصلی در طول موج ۷/۲۵۳ نانومتر است که بطور موثری پاتوژن های میکروبی را غیرفعال می کند، تحت عنوان لامپ جرم کش نامیده می شود. خروجی لامپ هم نسبتا پایین است به طوری که یک لامپ LP با طول ۴ فوت (۱۲۲ سانتی متر) تقریبا ۴۰ وات است. سطح داخلی لامپ می تواند با انواع مختلف فسفر که امواج ۷/۲۵۳ نانومتر را جذب و در طول موج بلندتری ساطع می کنند، پوشیده شود که پایه طراحی لامپ های فلوئورسنت متداول است.

طول موج و انتشار نسبی خطوط لامپ بخار جیوه کم فشار

خروجی نور لامپ کم فشار به شدت به دمای حباب وابسته بوده و دمای بهینه تا حدی به طراحی لامپ بستگی دارد. دمای اطراف لامپ در یک راکتور UV در بیشتر کاربردهای گندزدایی با UV را می توان تا حدی با قطر غلاف احاطه کننده لامپ از آب کنترل نمود. به دلیل انتقال محدود گرما بین لامپ و آب، خروجی UV نسبت به دمای آب چندان حساس نمی باشد. البته این امر همیشگی نیست و در زمان طراحی دستگاههای ضدعفونی آب UV باید علاوه بر پارامترهای کمی و کیفی آب، دما نیز مد نظر قرار گیرد.

لامپ های جیوه کم فشار پر بازده و آمالگام

از سال ۱۹۹۸ دو نوع لامپ کم فشار اصلاح شده تولید گردید. خروجی آنها همانند لامپ کم فشار، نور تک رنگ در طول موج ۷/۲۵۳ نانومتر با ۳-۵/۱ تا سه برابر توان به ازای واحد طول لامپ کم فشار بود. نوع اول تحت عنوان LPHO و مشتمل بر لامپ LP استاندارد اما با رشته های تقویت شده به فاصله ۶۰-۴۰ میلیمتر از انتهای لامپ است. این آرایش اجازه می دهد که جریان ۲-۵/۱ برابر لامپ LP باشد، بدون اینکه الکترودها بیش از اندازه گرم شوند. اگر الکترودها بسیار داغ شوند فشار بخار جیوه افزایش یافته و بازده کلی افت می کند. نوع اخیر لامپ کم فشار پیشرفته لامپ آمالگام است. این لامپ ها دارای الکترودهای سنگین و فاقد جیوه آزاد هستند. لامپ های آمالگام دارای UVC خروجی، ۳-۲ برابر لامپ LP متداول هستند. ضمن اینکه عملکرد لامپ های LPHO و آمالگام نسبت به لامپ LP کمتر به دمای آب حساس می¬باشد.

لامپ جیوه فشار متوسط

امواج منتشره از لامپ جیوه تنها زمانی که فشار گاز پایین باشد (۱۰۰> پاسکال) به صورت تیز و مستقیم است. اگر فشار افزایش یابد، لامپ می¬تواند فشار بیشتری را تحمل نماید اما افزایش برخورد بین مولکول های سایر گازها باعث شکست خطوط انتشار امواج می گردد. برای لامپی با طول یکسان (در حدود ۱۲۰ سانتی متر)، یک لامپ MP (فشار در حدود ۱۰۰ کیلو پاسکال یا یک اتمسفر) توانی در حدود ۳۰۰۰۰ وات دارد. لامپ های MP عمدتا در سیستم های تجاری بکار می روند. شکل زیر مقایسه تابش بین لامپ LP و MP در ناحیه UV را نشان می دهد. لامپ های MP) در حین کارکرد بسیار داغ هستند و اصلا به دمای محیط حساس نیستند.

لامپ UV فشار متوسط MP

مقایسه تابش بین لامپ LP و MP در ناحیه UV

فلش لامپ ها (تابش ضربانی)

فلش لامپ ها شبیه لامپ های قوسی موج مداوم (CW) هستند که شامل یک لوله کوارتزی استوانه ای می باشد که در هر انتها دارای الکترود بوده و با گازی مانند زنون پر شده است. جریان الکتریکی لامپ ها را با مقدار زیادی انرژی الکتریکی (۱۰۰۰-۱۰۰ ژول) در زمان بسیار کوتاه (چندین میکروثانیه) و ولتاژ بسیار بالا (۳۰-۱۰ کیلو ولت) روشن می کند. پلاسمای حاصله به دمای ۲۵۰۰۰-۸۰۰۰ درجه کلوین می رسد. در بعضی فلش لامپ های آزمایشی، لامپ ها در حدود ۳۰ بار در ثانیه فلاش می زنند. در حال حاضر بازده جرم کشی و عمر آنها کوتاه بوده و تعداد کمی از سیستم های تجاری از فلاش لامپ ها استفاده می کنند.

مقایسه لامپ های UV

جدول زیر مقایسه ای از خصوصیات انواع اصلی لامپ هایی که در دستگاه های گندزدایی UV چه برای آب یا مایعات و چه هوا استفاده می شوند را نشان می دهد. باید خاطر نشان کرد که لامپ های LP، LPHO و آمالگام بیشترین بازده میکروب کشی را دارند.

سنسورهای UV

سنسور UV یکی از اجزای مهم هر راکتور UV است زیرا تابش (یا شدت نور UV) را در هر ناحیه مشخص راکتور پایش می کند. در طی اعتبار سنجی هر راکتور UV، مقدار قرائت سنسور با دوز UV خروجی از راکتور ارتباط دارد، بنابراین سنسور UV یکی از اجزا مهم سیستم پایش آنلاین می باشد. این حسگرها بطور پیوسته تابش UV را در یک نقطه خاص راکتور پایش می کنند، مقدار عددی تحت تاثیر چندین پارامتر از جمله بازدهی لامپ و شفافیت است. سنسورهای UV بایستی هر ماه با سنسور رفرنس کنترل شوند و سنسور رفرنس هم بایستی بطور دوره ای کالیبره شود (هر سال یک بار).