Khử trùng bằng tia cực tím IV là quá trình vật lý dựa vào việc chuyển giao năng lượng điện từ một nguồn đèn để tác động đến vật liệu di truyền của sinh vật là DNA và RNA. Bức xạ tia cực tím phá hủy vi sinh vật bằng cách ngăn chặn sự sao chép hoặc tiêu diệt nó. Bức xạ tia cực tím được tạo ra bởi sự phóng điện qua hơi thủy ngân, xuyên qua vật liệu di chuyền của vi sinh vật và làm chậm khả năng sinh sản. Có một số trường hợp cho thấy sự tiếp xúc của các sinh vật với ánh sáng đầy đủ sau chiếu xạ tia cực tím có thể cho phép các sinh vật tái sinh. Do đó dòng nước thải cần đảm bảo giữ trong bóng tối ngay sau khi chiếu xạ tia cực tím.
Hiệu quả của một hệ thống khử trùng UV phụ thuộc vào đặc tính của nước thải, cường độ của bức xạ tia cực tím, thời gian các vi sinh vật được tiếp xúc với bức xạ.
Các thành phần chính của một hệ thống khử trùng UV bao gồm: đèn UV, vỏ chứa đèn [ lò phản ứng] và chấn lưu. Nguồn gốc của bức xạ tia cực tím là áp suất thấp hoặc trung bình. Bước sóng tối ưu để vô hiệu hóa một cách hiệu quả các vi sinh vật trong khoảng 250 -270 nanomet [nm]. Cường độ của bức xạ phát ra từ đền mất đi khi khoảng cách từ đèn tăng lên. Nhiệt độ lý tưởng của đèn là 95 – 1220F
Hiện nay phổ biến sử dụng đèn UV áp suất thấp. Khoảng 85% sản lượng năng lượng ở bước sóng 253,7 nm, nằm trong phạm vi bước sóng tối ưu 250 -270 nm cho hiệu quả diệt khuẩn. Đèn thủy ngân áp suất thấp là đèn hơi dài, mỏng, ống trong suốt đường kính 1,5 -2cm đường kính, đèn thường dài 0,75 – 1,5 m.
Ngoài đèn thủy ngân áp suất thấp, đèn hơi thủy ngân áp lực trung bình được phát triển để sử dụng trong các hệ thống khử trùng Uv với công suất cao hơn. Loại đèn này sản xuất gấp 25 -30 lần sản lượng so với đèn áp suất thấp và sử dụng máy biến áp thường xuyên thay cho chấn lưu để cung cấp điện áp.
Hiện nay có hai loại ống phản ứng được sử dụng là ống thạch anh và ống Teflon.
Lựa chọn hình thức khử trùng phụ thuộc vào ba yếu tố:
+ Tính chất thủy lực của ống phản ứng: Lý tưởng nhất một hệ thống khử trùng tia cực tím nên có một dòng chảy thống nhất để tối đa hóa tiếp xúc với bức xạ tia cực tím.
+ Cường độ bức xạ tia cực tím: Các yếu tố ảnh hưởng đến cường độ bức xạ tia cực tím là tuổi của các loại đèn, cấu hình và vị trí của đèn trong ống phản ứng.
+ Đặc điểm nước thải: Các đặc tính nước có ảnh hưởng đến hiệu quả khử trùng bằng tia cực tím bao gồm: tốc độ dòng chảy, sự tồn tại của chất rắn lơ lửng và keo, mật độ vi khuẩn ban đầu và các thông số vật lý và hóa học khác.
Hàm lượng chất rắn lơ lửng và mật độ vi khuẩn ảnh hưởng đến việc xác định bao nhiêu tia bức xạ cực tím để đạt đến mục tiêu diệt sinh vật.
Bảng dưới đây cho thấy đặc điểm nước thải ảnh hưởng đến hiệu suất khử trùng nước thải bằng tia cực tím
| Đặc điểm nước thải | Hiệu ứng trên khử trùng tia cực tím |
| Amoniac | Tác động nhỏ [ nếu có] |
| Độ cứng | Ảnh hưởng đến khả năng hòa tan của các kim loại có thể hấp thụ ánh sáng tia cực tím, có thể dẫn đến kết tủa cacbonat trên ống thạch anh |
| Hợp chất humic, sắt | Có thể bám vào ống thạch anh làm ức chế sự đi qua của ánh sáng cực tím |
| Nitrat | Tác động nhỏ |
| PH | Ảnh hưởng đến độ tan của kim loại và cacbonat |
| Chất rắn lơ lửng | Ảnh hưởng đến hấp thụ bức xạ tia cực tím làm giảm hiệu quả khử trùng bằng tia cực tím |
*Ưu và nhược điểm của hình thức khử trùng nước thải bằng tia cực tím UV
Ưu điểm
+ Khử trùng bằng tia cực tím UV có hiệu quả tiêu diệt hầu hết các virut, bào tử và u nang
+ Khử trùng bằng tia cực tím là một quá trình vật lý nên không cần quan tâm đến việc xử lý, vận chuyển, lưu trữ hóa chất chất độc hai
+ Không để lại tác dụng còn sót lại có thể gây hại cho con người và đời sống thủy sinh
+ Thời gian tiếp xúc ngắn hơn so với các chất khử trùng khác
+ Đòi hỏi không gian ít hơn so với các phương pháp khác
Nhược điểm
+ Liều lượng thấp có thể không đem lại hiệu quả bất hoạt một số virut, bào tử và u nang
+ Cần duy trì quy trình bảo dưỡng phòng ngừa và kiểm soát sự tắc nghẽn của ống
+ Độ đục và tổng chất rắn lơ lửng trong nước thải có thể khử trùng UV không hiệu quả. Khử trùng bằng đèn UV áp suất thấp là không hiệu quả cho nước thải có nồng độ TSS trên 30mg/l
Thiết bị UV hoạt động dựa vào khả năng vô hiệu hóa các sinh khối trong nước của tia UV. Ứng dụng chính của thiết bị này được sử dụng nhiều trong các quá trình xử lý nước thải. Đặc biệt là các nhà máy có yêu cầu cao về chất lượng nước đầu vào. Là hệ thống sử dụng ánh sáng UV nhân tạo để chiếu vào nước nhằm loại bỏ các
thành phần sinh khối trong nước. Hiệu quả của quá trình khử trùng bằng tia UV chịu ảnh hưởng bởi lượng nước chạy qua và tiếp xúc trực tiếp với tuýp đèn. Nước được tiếp xúc với ánh sáng đèn càng lâu thì hiệu quả khử trùng càng cao.Hệ thống UV xử lý nước thải
Cấu tạo của hệ thống tia UV xử lý nước thải
Có sự khác biệt giữa các hệ thống UV xử lý nước với nhau tuy tất cả các hệ thống này đều hoạt động trên nguyên lý chung sử dụng ánh sáng từ đèn UV để làm bất hoạt các sinh vật trong nước. Nghĩa là bộ phận chung của các thiết bị đèn UV đều là thành phần cấu tạo chính và quan trọng nhất của các thiết bị này.
Các thành phần chính của hệ thống khử trùng UV là lò phản ứng, đèn hồ quang thủy ngân và hộp điều khiển.
Bộ phận quan trọng nhất của thiết bị chính là đèn UV: Nguồn bức xạ UV là đèn hồ quang thủy ngân LP hoặc MP với cường độ thấp hoặc cao. Bước sóng tối ưu để vô hiệu hóa các vi sinh vật có hiệu quả nằm trong khoảng 250 đến 270nm. Cường độ bức xạ phát ra từ đèn sẽ giảm khi khoảng cách từ đèn tăng lên. Đèn UV phát ra ánh sáng đơn sắc chủ yếu ở bước sóng 253,7nm. Chiều dài tiêu chuẩn của đèn LP là 0,75 và 1,5 mét với đường kính 1,5 – 2.0 cm.
Nhiệt độ đèn lý tưởng là từ 35 đến 50°C [95 đến 122°F]. Đèn UV UV thường được sử dụng cho các cơ sở lớn. Chúng có cường độ tia cực tím từ 15 đến 20 lần so với đèn áp suất thấp. Đèn UV khử trùng nhanh hơn và có khả năng xuyên thấu lớn hơn do cường độ cao. Tuy nhiên, những đèn này hoạt động ở nhiệt độ cao hơn với mức tiêu thụ năng lượng cao hơn đèn UV [EPA 1999].