紫外線には、UV-A、UV-B、UV-C の 3 つの波長帯があり、この最後の領域である短波 UV-C が消毒用の殺菌特性を持っています。 蛍光灯に似た低圧水銀アークランプは、254 マノメーター (nm) の範囲の UV 光を生成します。 nm は 10 億分の 1 メートル (10^-9 メートル) です。 これらのランプは、水銀元素とアルゴンなどの不活性ガスを UV 透過管 (通常は石英) に入れています。 伝統的に、ほとんどの水銀アーク UV ランプは、いわゆる" 低圧" これは、水銀の分圧が比較的低く、全体の蒸気圧が低く (約 2 mbar)、外部温度が低く (50 ～ 100 oC)、電力が小さいためです。 これらのランプは、核酸による UV エネルギー吸収に最適な範囲 (約 240 ～ 280 nm) である 254 nm の波長で、ほぼ単色の UV 放射を放出します。
近年、はるかに高い圧力、温度、および出力レベルで動作し、200 ～ 320 nm のより高い UV エネルギーの広いスペクトルを放射する中圧 UV ランプが市販されています。 ただし、家庭レベルでの家庭用飲料水の UV 消毒には、低圧ランプとシステムが完全に適切であり、中圧ランプとシステムよりも好まれます。 これは、低電力、低温度、低コストで動作し、日常の家庭で使用するのに十分な量の水を消毒する効果が高いためです。 ランプ システムによる UV 消毒の必須要件は、利用可能で信頼性の高い電源です。 低圧水銀 UV ランプ消毒システムの電力要件は控えめですが、ランプの動作で水を消毒するためには不可欠です。 ほとんどの微生物は 260 nm 付近の放射線の影響を受けるため、UV 放射線は殺菌活性にとって適切な範囲内にあります。 微生物に効果的な 185 nm の範囲の放射を生成し、水の総有機炭素 (TOC) 含有量も削減する UV ランプがあります。 典型的な UV システムでは、放射の約 95% が石英ガラス スリーブを通過して未処理の水に入ります。 ランプの上を水が薄膜として流れています。 ガラス スリーブは、ランプを約 104 °F の理想的な温度に保つように設計されています。
UV 放射 (どのように機能するか)
紫外線は、細胞内の DNA を変化させ、生殖を妨げることで微生物に影響を与えます。 UV 処理は、水中から生物を除去するのではなく、単に不活性化するだけです。 このプロセスの有効性は、一般的な水質パラメータだけでなく、露光時間とランプの強度にも関係しています。 暴露時間は、GG quot;マイクロワット秒/平方センチメートル"として報告されます。 (uwatt-sec/cm^2)、および米国保健社会福祉省は、UV 消毒システムの最小暴露量を 16,000 µwatt-sec/cm^2 と定めています。 ほとんどのメーカーは、30,000 ～ 50,000µwatt-sec/cm^2 のランプ強度を提供しています。 一般に、大腸菌群は 7,000 µワット秒/cm^2 で破壊されます。 ランプの強度は使用とともに経時的に低下するため、ランプの交換と適切な前処理が UV 消毒の成功の鍵となります。 さらに、UV システムには、ランプの強度が殺菌範囲を下回ったときに所有者に警告する警告デバイスを装備する必要があります。 以下は、UV 254 nm の線量 30,000 µwatt-sec/cm^2 で、さまざまな微生物を完全に不活性化するのに必要な照射時間です。
単独で使用した場合、紫外線は水の味、臭い、透明度を改善しません。 UV ライトは非常に効果的な消毒剤ですが、消毒はユニット内でのみ発生します。 水が光源を通過した後に生き延びたり、持ち込まれたりする可能性のあるバクテリアを不活性化するための残留消毒剤は水にはありません。 破壊された微生物の割合は、UV 光の強度、接触時間、原水の水質、および機器の適切なメンテナンスによって異なります。 ガラス スリーブに材料が堆積したり、粒子の負荷が高い場合、光の強度と処理の効果が低下します。 十分に高い線量では、すべての水媒介性腸内病原菌は紫外線によって不活化されます。 微生物耐性 (最小から最大) の一般的な順序と、広範囲 (GG gt;99.9%) の不活化に対応する UV 線量は次のとおりです。高線量 (30-150 mJ/cm2) の腸内ウイルスおよび細菌胞子。 ほとんどの低圧水銀ランプ UV 消毒システムは、高品質の水で 50 ～ 150 mJ/cm2 の UV 放射線量を容易に達成できるため、本質的にすべての水媒介病原体を効率的に消毒できます。 ただし、天然有機物などの溶解有機物、鉄、亜硫酸塩、亜硝酸塩などの特定の無機溶質、および浮遊物質 (粒子または濁度) は、UV 放射を吸収するか、UV 放射から微生物を保護するため、放出される UV 線量が低くなり、微生物消毒の減少。 低線量の紫外線で微生物を消毒することに関するもう 1 つの懸念は、細菌やその他の細胞微生物が紫外線によって誘発された損傷を修復し、感染力を回復する能力であり、再活性化として知られる現象です。
UV は、主に核酸を化学的に変化させることによって微生物を不活性化します。 ただし、UV によって誘発される化学的損傷は、細胞の酵素メカニズムによって修復できます。そのメカニズムのいくつかは光に依存せず (暗修復)、可視光を必要とするもの (photorepair または photoreactivation) です。 したがって、水の最適な UV 消毒を達成するには、より高いレベルの核酸損傷を誘発し、それによって DNA 修復メカニズムを克服または打ち負かすために十分な UV 線量を送達する必要があります。
