مصباح أشعة UV هو وسيلة غير كيميائية لتطهير المياه على مستوى الأسرة، يتميز بفعاليته ضد جميع أنواع مسببات الأمراض ولا يتطلب سوى ثوانٍ من وقت التلامس. إنها تستخدم إشعاع UV ذات الطول الموجي القصير في نطاق 200-300 نانومتر المتولدة من مصابيح الزئبق أو من الصمامات الثنائية الباعثة لضوء UV‏ (LED، وفقًا للاختصار بالإنجليزية).الاتجاه الذي تتدفق فيه المياه بشكل طبيعي بعيدًا عن المصدر.كائنات حية مسببة للمرض.

التطهير بأشعة UV هو عملية فيزيائية تثبط الكائنات الحية الدقيقة عن طريق إتلاف أحماضهم النووية وبروتيناتهم التي تمتص الضوء في نطاق 200-300 نانومتر. يمكن لبعض البكتيريا إصلاح تلف الحمض النووي (DNA، وفقًا للاختصار بالإنجليزية)، خاصة عند التعرض لأطوال موجية موجودة في ضوء الشمس وعندما تكون جرعة الإشعاع غير كافية. أما بالنسبة لمعالجة مياه الشرب المنزلية بإشعاع UV، فعادةً ما تُستخدم مصابيح بخار الزئبق منخفضة الضغط التي تنبعث منها ذروة واحدة من أشعة UV عند 254 نانومتر. تتنامى شعبية مصابيح LED الباعثة لأشعة UV، حيث يمكن تصميمها لخروج انبعاث مختلفة، على الرغم من استخدامها عادةً عند 255 إلى 285 نانومتر.

اعتبارات التصميم

تتدفق المياه عبر المصابيح من أحد طرفي نظام أشعة UV إلى الطرف الآخر ويتم تطهيرها في غضون ثوانٍ. يعد وقت الاحتفاظ الهيدروليكي عاملًا رئيسيًا في تصميم النظام لضمان أن وقت التعرض لأشعة UV، جنبًا إلى جنب مع كثافة خرج ال مصباح، كما يوفر جرعة مناسبة من أشعة UV لتثبيط جميع أنواع الكائنات الحية الدقيقة مسببات الأمراض. ومع ذلك، تؤثر جودة المياه على نفاذية أشعة UV وكفاءة التطهير بأشعة UV. على سبيل المثال، يمكن لل عكارة المرتفعة أو المواد الصلبة العالقة أن تقلل من كفاءة التطهير بسبب حماية مسببات الأمراض المستهدفة. يمكن أن تلوث المكونات غير العضوية مثل الحديد أو المنجنيز ال مصباح وتقلل من كفاءة انتقال الضوء. لضمان العمل بأفضل ما يمكن، يجب أن تكون ال عكارة أقل من 5 NTU والنفاذية أكبر من 70% عند 254 نانومتر على طول مسار 1 سم. قد تكون المعالجة المسبقة ضرورية عندما لا تتوافق معايير جودة المياه مع القيم المحددة. يتضمن نظام UV عادةً مصباح UV واحد مغطى بأنبوب زجاجي كوارتز ومغمور في نظام مغلق مصنوع من الفولاذ المقاوم للصدأ أو التفلون العاكس لأشعة UV أو البلاستيك. كما يمكن أيضًا وضع مصابيح UV فوق سطح المياه. ويمكن للأجهزة الصغيرة التي تعمل بالبطاريات في نقاط الاستخدام والتي تسمى "أقلام" UV معالجة المياه مباشرةً في زجاجة بولي إيثيلين تيريفثاليت (PET، وفقًا للاختصار بالإنجليزية). وعند استخدام مصابيح UV LED، عادةً ما يتم وضع مجموعة من مصابيح LED في تجويف عاكس خلف لوحة كوارتز، لتتدفق المياه عبر التجويف خلال تعرضها للإشعاع.

المواد والمستلزمات

عادةً ما تكون أجهزة معالجة المياه القائمة على مصابيح UV أو مصابيح UV LED جاهزة لاستخدام الأنظمة. حيث يمكن توصيلها بشكل مضمن في مواسير إمدادات المياه، وعادة ما تكون مؤتمتة بالكامل. وتُعرف أقلام UV بصغر حجمها، وعادةً ما تحتوي على غطاء واقٍ تجب إزالته قبل الاستخدام، بالإضافة إلى مؤشر يوضح العمر الافتراضي للبطاريات وال مصباح. وتتطلب مصابيح UV مصدرًا مستمرًا للطاقة إما من الكهرباء التقليدية أو الطاقة الشمسية أو الوسائل الميكانيكية. حيث يجب مراقبة حالة الشدة والعمر المتبقي المتوقع من خلال مستشعر UV ومؤشر تشغيل/إيقاف حالة ال مصباح، لضمان العمل بأفضل ما يمكن. كما تتطلب "أقلام" UV بطاريات قابلة لإعادة الشحن. لكن غالبًا لا تتوفر أنظمة UV على المستوى المحلي في العديد من البلدان.

القابلية للتطبيق

لا يمكن التطهير بأشعة UV إلا عندما يتوفر مصدر موثوق للطاقة على مستوى الأسرة، وهو ما لا يمكن توفيره على الأرجح في حالات الطوارئ القصوى. لذلك تناسب هذه الأنظمة بشكل أكبر مرحلتي الاستقرار والتعافي. وقد تكون "أقلام" أشعة UV مفيدة في الاستجابة القصوى عندما تتوفر إمكانية إعادة شحن البطاريات مرة كل 5-10 أيام. ويمكن استخدام الأنظمة المنزلية أو الأنظمة الصغيرة للمنازل الكبيرة وأكشاك المياه. وعادةً ما تكون العملية بسيطة، وقد تكون مؤتمتة بالكامل. لكن يحتاج المستخدمون إلى تدريب جيد على صيانة الأنظمة، أو يجب أن يتوفر دعم الصيانة من مقدمي الخدمة المحليين. ولا يزيل إشعاع UV ال ملوثات الفيزيائية أو الكيميائية.

التشغيل والصيانة

بالنسبة للأنظمة المنزلية الصغيرة، يشمل التشغيل اليومي تشغيل ال مصباح وإيقاف تشغيله عند الحاجة إلى معالجة المياه. حيث يتم تشغيل الأنظمة المضمنة المؤتمتة بالكامل وإيقافها تلقائيًا عند اكتشاف تدفق المياه. وفي حالة وجود مستشعر شدة، يمكن تتبع شدة مصباح التشغيل عندما تنخفض إلى ما دون نقطة محددة لأداء معتمد (حوالي 70% أو أقل من القيمة المخصصة الأولية). يجب أن تشمل الصيانة الدورية للنظام دفق الحاوية (المفاعل) من أي حطام قد يتراكم، ومسح أنبوب أشعة UV أو حاجز الكوارتز بقطعة قماش ناعمة لتجنب الخدش. وعادةً ما يصل مصباح زئبق UV إلى نهاية عمره الافتراضي بعد 8000 ساعة من التشغيل، ويجب استبداله حينها لضمان التطهير المناسب. لكن يختلف العمر الافتراضي لمصابيح LED اعتمادًا على مواصفات مصابيح LED والشركة المصنعة. وفي كل أنواع المصابيح، ينبغي فحص السطح الداخلي للمفاعل وتنظيفه على الأقل سنويًا.

الصحة والسلامة

تعمل المعالجة بأشعة UV الاعتيادية بدءًا من القيمة اللوغارتمية 3 على الأقل على تثبيط البكتيريا والبروتوزوا، بما في ذلك الكريبتوسبوريديوم والجيارديا في حالة الجرعات القليلة (1-10 ملي جول/سم2). ولا يحمي التطهير بأشعة UV من إعادة التلوث الميكروبي وإعادة نمو الكائنات الحية بعد المعالجة، لذلك يجب تخزين المياه المعالجة بأمان. ويلزم استخدام أنظمة أشعة UV المعتمدة فقط والتي توفر الجرعة المستهدفة وفقًا لمعدلات التدفق النموذجية وقيم نفاذية أشعة UV. كما يجب تجنب التعرض المباشر لأشعة UV، حيث يمكن لأشعة UV أن تحرق الجلد وتؤذي العينين. وفي حالة انكسار مصباح الزئبق، فقد ينتج عن ذلك زئبق سام، مما قد يتسبب في مخاطر صحية ويضر بالبيئة.

التكاليف

تتراوح تكلفة النظام المنزلي القائم على أشعة UV حاليًا بين 55 و220 دولارًا أمريكيًا، وقد تكون أعلى من ذلك. لكن من المتوقع أن تنخفض الأسعار بشكل كبير مع دخول أنظمة LED إلى السوق. وعلى الرغم من ذلك، لا تتوفر أنظمة أشعة UV على المستوى المحلي في الغالب، لذلك يجب مراعاة تكاليف الشحن والاستيراد. إلا أن تكاليف الشحن منخفضة نسبيًا، نظرًا لوجود بصمة لوجستية منخفضة.

الاعتبارات الاجتماعية والبيئية

تتمتع هذه الأنظمة بمستوى قبول جيد، ويُنظر إليها على أنها حديثة ومريحة. حيث يعد توفر الطاقة أمرًا ضروريًا للمعالجة بأشعة UV، لكن الطاقة الكهربائية المتولدة من الوقود الأحفوري تساهم في انبعاثات ثاني أكسيد الكربون. كما أن إطلاق الزئبق من مصابيح أشعة UV المكسورة يضر بالبيئة ويشكل مخاطر صحية على الإنسان. لذلك يجب التخلص من مصابيح أشعة UV التي تحتوي على الزئبق بشكل صحيح باعتبارها نفايات سامة، والتي قد تعد مهمة مستحيلة في بعض الأماكن. ولهذا السبب، يجب تفضيل المصابيح غير الزئبقية (مثل مصابيح LED) عندما تستحيل الإدارة السليمة للنفايات السامة.