Khử trùng bằng tia UV
Các tác nhân hóa học được sử dụng để khử trùng nước không phải là phương pháp duy nhất hiện có để vô hiệu hóa vi sinh vật, điều này cũng có thể đạt được thông qua nhiệt và bức xạ điện từ. Nhiệt được sử dụng để khử trùng đồ uống bằng quá trình thanh trùng. Bức xạ điện từ, cụ thể là bức xạ gamma được sử dụng trong khử trùng một số thực phẩm và bức xạ tia cực tím trong khử trùng không khí, nước và các bề mặt y tế. Trong số hai loại bức xạ này, chỉ có tia UV mới được sử dụng trong các ứng dụng xử lý nước.
Tia cực tím (UV) là tên dùng để mô tả bức xạ điện từ có bước sóng trong khoảng 100 – 400 nm (Hình 1 thể hiện phổ điện từ). Phổ UV cũng được chia thành bốn phân đoạn sau: UV chân không, UV sóng ngắn (UV-C), UV sóng trung bình (UV-B) và UV sóng dài (UV-A).
Chúng được mô tả dưới đây:
- UV-A và UV-B kích hoạt các tế bào hắc tố trong da để sản xuất melanin (“rám nắng”).
- Bức xạ UV-B gây cháy nắng.
- Bức xạ UV-C là bức xạ được DNA hấp thụ và là nguyên nhân rất có thể gây ung thư da.
Cấu hình thiết bị
Hệ thống khử trùng bằng tia cực tím (Hình 2) thường bao gồm:
- Đèn UV (bóng đèn).
- Ống thạch anh trong suốt bao quanh bóng đèn, giúp bảo vệ bóng đèn khỏi nước.
- Cấu trúc hỗ trợ đèn và ống bọc tại chỗ.
- Các nguồn năng lượng.
- Trong một số mẫu có cảm biến giám sát cường độ tia UV.
- Một số kiểu máy có hệ thống làm sạch giúp giữ cho ống thạch anh trong suốt.
Cơ chế vô hiệu hóa
Các photon phát ra từ đèn UV phản ứng trực tiếp với axit nucleic của một sinh vật nhất định. Những chất này làm hỏng DNA bằng cách làm giảm thiểu sự phân tử của các phân tử Thymine lân cận, ức chế quá trình phiên mã của bộ gen (Hình 3). Phản ứng này không gây tử vong cho vi sinh vật nhưng nó ngăn cản sự sinh sản thành công của vi sinh vật.
Những yếu tố nào cản trở hoạt động chính xác của thiết bị UV?
Chất lượng nước được xử lý có ảnh hưởng quan trọng đến hiệu suất của hệ thống khử trùng bằng tia cực tím. Hai yếu tố có tác động lớn nhất đến nước là chất hòa tan và chất lơ lửng.
Các chất hòa tan: Có một số chất hòa tan trong nước có tác dụng hấp thụ bức xạ tia cực tím và ngăn cản ánh sáng truyền qua nước. Các chất gây ô nhiễm hòa tan trong nước có hiện tượng này là sắt, nitrat và chất hữu cơ. Clo, hydro peroxide và ozon cũng có tác dụng quan trọng trong việc hấp thụ bức xạ tia cực tím.
Các chất lơ lửng (hạt): Các hạt lơ lửng trong nước cản trở sự truyền tia UV, điều này xảy ra theo hai cơ chế thể hiện trong hình dưới đây:
