ارزیابی کارایی اشعه UV در صنعت آبزی پروری
مقدمه:
انسان ازقرنهاپيش اعتقادداشت كه نورخورشيدميتواندازاشاعه عفونتهاجلوگيري كنددرسال1877دومحقق انگليسي به نامه ايدانزوبلونت دريافتندكه تكثير ميكروارگانيسم ها زمانيكه تحت تابش نورآفتاب قرارميگيردمتوقف ميگردد. تحقيقات بعدي نشان داد كه عامل اين پديده طيف غيرقابل رؤيت اشعه خورشيدباطول موج254نانومتراست.ﻃﺒﻘﻪ ﺑﻨﺪيﻃﯿﻒﻫﺎيUVﺗﻮﺳــﻂﮐﻤﯿﺴﯿﻮن ﺑﯿﻦاﻟﻤﻠﻠﯽﭘﺮﺗﻮﻫﺎ ﺷﺎﻣﻞUV-A (315-400nm)،UV-B (280-315nm)،UV-C (nm280-100) میباشد. ﺑﯿﺸﺘﺮﯾﻦ اﺛﺮات ﺳﻮء ﺑﯿﻮﻟﻮژﯾﮑﯽ ﻧﻮر ﻣﺎوراي ﺑﻨﻔﺶ در ﻣﯿﮑﺮوارﮔﺎﻧﯿﺴــﻢﻫﺎ ﻣﺮﺑﻮط ﺑﻪC-UVو به وﯾﮋه ﻃــﻮل ﻣﻮج254ﻧﺎﻧﻮﻣﺘﺮﻣﯽﺑﺎﺷــﺪ. ﭘﺮﺗﻮUVﺑﺎ اﯾﻦ ﻃﻮل ﻣﻮج درﻏﻠﻈﺖﻫﺎي ﺑﺎﻻ ﻣﻮﺟﺐﻧﺎﺑﻮدي و درﻏﻠﻈﺖﻫﺎي ﮐﻢ ﺑﺎﻋﺚ ﺗﻐﯿﯿﺮات ژﻧﺘﯿﮑــﯽدرﻣﻮﺟﻮد زﻧﺪه ﻣﯽﮔﺮدد.دﻟﯿﻞاﯾﻦاﻣﺮ،اﻧﺮژي نسبتاًزﯾﺎدوﺣﺪاﮐﺜﺮﺟﺬبﻧﻮرياﺳﯿﺪﻫﺎيﻧﻮﮐﻠﺌﯿﮏدرﻣﺤﺪودهاﯾﻦﻃﻮلﻣﻮجﻣﯽﺑﺎﺷــﺪ. درپي اين كشف،امكان طراحي وساخت دستگاه هاي مولداشعه باكتري كش ميسرگرديد.تحقيقاتجديددرموردتاثيراين پرتوبرروي ميكروارگانيسمهامنتج به ساخت سيستمهاي جديدضدعفوني براي مايعات،هواوهمچنين سطح اجسام گرديد. بدين ترتيب،ضدعفوني بدون استفاده ازموادشيميايي وبه كارگيري حرارت هاي بالاميسرشدوضدعفوني درموارديكه قبلاًمشكل وياغيرممكن بودنيزامكانپذيرگرديد. امروزه ضدعفوني بااشعه ماوراي بنفش،نه فقط به عنوان يكروش باارزش وموثرشناخته شده،بلكه درخيلي ازمواردبه عنوان مكمل سايرروشهاي ضدعفوني بكارگرفته ميشود. انرژي موجي اشعهUVدر محدوده طول موج اشعه الكترومغناطيسي (400nm- 100) بين اشعه ايكس و طيف نور مرئي است. منطقه بهينه براي ميكروب كشي توسط اشعه UV در محدوده( 285 nm -245) است. ضدعفوني توسط اشعهUV، هم به وسيله لامپهاي با فشار كم كه حداكثر انرژي خروجي آنها در طول موج 253/7 است و هم با لامپهاي فشار متوسط كه انرژي آنها در طول موج ( 180 -370nm) است و يا لامپهايي كه انرژي آنها در ديگر طول موج ها با شدتهاي زياد نوساني منتشر مي شود، انجام مي گيرد.
موارد كاربرد اشعهUVبراي ضدعفوني:
صنايع غذايي
آبهاي فرايندي وآب آشاميدني
پرورش ماهي،ميگو،داموطيور
فاضلاب هاي شهروصنعتي
صنايع آرايشي و بهداشتي،شيميايي،دارويي والكترونيك
استخرهاي شنا،آبنماها وجكوزي ها
سيستمهاي آب خنك كننده مداربسته وسيستمهاي تهويه مطبوع
نحوه عمل بر میکروارگانیزم ها:
ﻗﺮارﮔﺮﻓﺘﻦﻣﻮﺟﻮداتﺑﻪوﯾﮋهﻣﯿﮑﺮوارﮔﺎﻧﯿﺴﻢﻫﺎدرﻣﻌــﺮضﭘﺮﺗﻮﻧﻮرﻣــﺎورايﺑﻨﻔﺶﺑﺎﻃﻮل254ﻧﺎﻧﻮﻣﺘــﺮﻣﻮﺟﺐﺗﻐﯿﯿﺮاﺗﯽدرﺗﻮاﻟﯽDNAﻣﯿﮑﺮوارﮔﺎﻧﯿﺴــﻢﻣﯽﮔﺮددﮐﻪﻣﺎﻫﯿﺖاﯾﻦﺗﻐﯿﯿﺮاتﻣﻤﮑﻦاﺳﺖدر
ﻣﻘﯿﺎسﭼﻨﺪ ﻧﻮﮐﻠﺌﻮﺗﯿﺪوﯾﺎﮔﺴــﺘﺮدهﺗﺮدرﺳــﻄﺢژﻧﻮموﯾــﺎﮐﺮوﻣﻮزومﺑﺎﺷﺪ. ﺗﻐﯿﯿﺮات درﺳﻄﺢﭼﻨﺪ ﻧﻮﮐﻠﺌﻮﺗﯿﺪﻣﻮﺟﺐﺗﻐﯿﯿﺮاتﺟﺰﺋﯽﺷﺎﻣﻞﺣﺬف (Deletion)،ﺟﺎﯾﮕﺰﯾﻨــﯽ (Substitution) وﯾــﺎاﺿﺎﻓﻪﺷــﺪن (Insertion) ﻧﻮﮐﻠﺌﻮﺗﯿــﺪﻣﯽﮔــﺮدد.درﺻﻮرﺗﯽﮐــﻪﺗﻐﯿﯿــﺮات درژنﻫﺎيﺳــﺎﺧﺘﺎري وﻗﺴﻤﺖﻫﺎيﺣﺴﺎس ژﻧﻮمﺻﻮرتﮔﯿﺮد،ﻣﻮﺟﺐﻣﺮگﺳﻠﻮلﻣﯽﮔﺮدد. پرتونورUVباعثتغییرT=CﯾﺎﭘﯿﺮﯾﻤﯿﺪﯾﻦداﯾﻤﺮدرtRNAتعدادی ازاﺳﯿﺪﻫﺎي آﻣﯿﻨﻪوﭘﯿﺪاﯾﺶﺳــﻮشﻫﺎيﻣﻮﺗﺎﻧﺖﭘﺮوﺗﻮﺗﺮوفﻣﯽﮔﺮدد. چون اشعهUVدرديواره سلول ميكروارگانيسم ها نفوذمي كند،اسيدهاي نوكلئيكو ديگرموادسلولي حياتي به وسيله آن اثر،تحت تاثيرقرارميگيرند. درنتيجه،سلولهايي كه درمعرض اين اشعه قرارگرفته اند صدمه ديده ويانابودمي شوند. مدارك كافي وجودداردكه اگرانرژيUVبه مقداركافي به ارگانيسم هاتابيده شود،اشعهUVمي تواندآب رابه اندازه اي كه نيازاست ضدعفوني كند. براي ازبين بردن وغيرفعال كردن پروتو زآ مانند ژياردياوكريپت واسپوريديوم انرژيUVمورد نياز،چندين برابرانرژي لازم براي غيرفعال كردن باكتريهاو ويروس هاخواهدبود. درنتيجه اشعهUVبراي ضدعفوني كردن ويابراي آبهاي زيرزميني كه درآنهاژياردياوكريپتواسپوريدي وموجود نداردموثرخواهد بود. اشعهUVدر ﻣﯿﮑﺮوارﮔﺎﻧﯿﺴﻢ ﻫﺎ ﺑﺎﻋﺚ ﺧﺴﺎرات اﮐﺴﯿﺪاﺗﯿﻮ درDNAﯾﺎﭘﺮوﺗﺌﯿﻦو ﯾﺎ ﺻﺪﻣﺎت ﻧﺎشی ازاکسیداسیوننوری (Photo–oxidation) ﻣﯽﮔﺮدد. ﻟﺬا آﻧﺰﯾﻢﻫﺎي ﭘﺮاﮐﺴــﯿﺪاز ﯾﺎ ﺗﺠﺰﯾﻪ ﮐﻨﻨﺪه ﭘﺮاﮐﺴــﯿﺪ ﻫﯿﺪروژن (H2O2) توان زﻧﺪه ﻣﺎﻧﯽ ﺑﺎﮐﺘﺮيﻫﺎ درمقابل نورUVراافزایش می دهد.
اﺛﺮاتﻓﯿﺰﯾﮑﻮﺷــﯿﻤﯿﺎﯾﯽﭘﺮﺗــﻮUV بر روی ﭘﻠﯽﻣﺮﻫﺎی آب:
ﻧﻮرUVﺣﺎﺻﻞازﺗﺸﻌﺸــﺎتﺧﻮرﺷــﯿﺪي ﯾﺎﺳــﺎﯾﺮﻣﻨﺎﺑــﻊ ﻣﻮﻟد ﭘﺮﺗــﻮ UV، آﻏﺎزﮔﺮ اﮐﺴﯿﺪاﺳــﯿﻮن پلیمرﻫﺎﻣﯽﺑﺎﺷﺪ.ﻧﻮعوﺗﺮﮐﯿﺐ پلیمرﻫﺎﺗﻌﯿﯿﻦﮐﻨﻨﺪةﻣﻘﺪار ﺟﺬبﭘﺮﺗﻮ UV و در ﻧﺘﯿﺠﻪدرﺟﻪﺗﺠﺰﯾﻪﭘﺬﯾﺮياﯾﻦ پلیمرﻫﺎاﺳــﺖ.ﺟﺬب ﭘﺮﺗﻮ UV ﺗﻮﺳﻂ پلیمرﻫﺎ، ﺗﻮﻟﯿﺪرادﯾﮑﺎل آزادﻣﺎﻧﻨﺪﭘﺮوﮐﺴﯿﺪﻫﺎ وﻣﻠﮑﻮل ﻫﺎي با اﻟﮑﺘﺮون ﻫﺎيﺟﻔﺖﻧﺎﭘﺬﯾﺮﻣﯽﻧﻤﺎﯾﺪ. اﯾــﻦرادﯾﮑﺎلﻫــﺎﺑﺎﻋﺚﺗﺠﺰﯾــﻪﻣﺎدهپلیمری از ﻃﺮﯾﻖواﮐﻨﺶﻫــﺎي ﻣﺘﻌﺪداﮐﺴﯿﺪاﺳــﯿﻮﻧﯽﻣﯽﺷﻮﻧﺪﮐﻪﻧﺘﯿﺠﻪآن، ﺗﻐﯿﯿﺮاتﻓﯿﺰﯾﮑﯽوﺷﯿﻤﯿﺎﯾﯽ ﻣﺎﻧﻨﺪﺗﻐﯿﯿﺮرﻧﮓ، ﺗﻐﯿﯿﺮﺷــﻔﺎﻓﯿﺖ، ﺷــﮑﻨﻨﺪﮔﯽوﻏﯿﺮهدر ﭘپلیمرﻫﺎﻣﯽﮔﺮدد. ﺟﻠﻮﮔﯿﺮي ﯾﺎﮐﺎﻫﺶﺗﺨﺮﯾﺐپلیمرﻫﺎازﻃﺮﯾﻖﻣﮑﺎﻧﯿﺴــﻢﻫﺎﯾﯽﻣﺎﻧﻨﺪﮐﺎﻫﺶﺟﺬب UVﺗﻮﺳــﻂﺑﻌﻀﯽازﻣﻠﮑﻮلﻫﺎيپلیمری (Quenching) ،اﺳــﺘﻔﺎده ازآﻧﺘﯽاﮐﺴــﯿﺪاﻧﺖﻫﺎوﻣﮑﺎﻧﯿﺰمﮐﺎﻫﺶﺟﺬبﭘﺮﺗﻮUVاﻣﮑﺎنﭘﺬﯾﺮﻣﯽﺑﺎﺷﺪ.
عوامل موثربربازده ضدعفوني توسط اشعهUV:
برخلاف بسياري ازضدعفوني كننده ها،اشعهUVيك فرايندفيزيكي است كه به زمان تماس جهت غيرفعالسازي موادبيماريزا،بستگي دارد. براي رسيدن به غيرفعالسازي،اشعهUVبايدتوسط ميكروارگانيسم جذب شودبنابراين هرعامليكه ازرسيدن اشعهuvبه ميكروارگانيسم هاجلوگيري كندباعث كاهش تاثيرضدعفوني كردن مي شود. گزارشها نشانداده اندكهpHروي خاصيت ضدعفوني توسط اشعهuvموثرنيست،عواملي كه روي بازده ضدعفوني توسط اشعهUVموثرندعبارتنداز:
فيلمهاي شيميايي وموادآلي وغيرآلي حل شده.رسوب جامدات روي سطح لامپUVمي تواندشدت اشعهUVراكاهش داده،درنتيجه باعث كاهش بازده ضدعفوني گردد. آب هاییكه غلظت آهن،سختي،سولفيدهيدروژن وموادآليدرآنزيادباشدبسيارمستعد تشكيل رسوب است،كه به تدريج شدت كارايي اشعه UVراكاهش مي دهد. تنوع مواد شيميايي مي تواندعبوردهي اشعهuvراكاهش دهد،كه آن ها شامل اسيدهاي هيوميك،مواد فنوليكوس ولفوناتليگنين،كروم،كبالت،مس ونيكل هستند.
اجتماع ميكروارگانيسم هاوكدورت.سطح ذرات،محل پرورش ونگهداري باكتريهاوديگرباكتري هاي بيماري زا است. لذاوجودذرات روي بازده ضدعفوني به دليل اينكه باكتري هارا ازپرتواشعه UVمحافظت ونيزنوراشعهUVرامتفرق ميكندموثراست به هرحال كدورت زيادباعث تاثير،روي ضدعفوني ميشود. همانند ذراتكه باعث كدورت مي شوند،اجتماع ميكروارگانيسم ها نيزمي تواند روي بازده ضدعفوني موثرباشدوآن به اين دليل است كه باعث مي شودباكتري هاي بيماري زادرآنهاجايگزين شده،عملادرپناه قرارگيرند.
مزاياي كاربرد اشعهUV در استخرهای ماهی:
رفع موثرآلودگي ميكروبي آب بدون آلودگي شيميايي
ضدعفوني فوري آب استخرهابدون نيازبه مخزن تماس
ضدعفوني موثرميكروارگانيسم هاي مقاوم موجوددربرابركلرواوزون
عدم ايجادتركيبات جانبي مضروبيماري زاي شيميايي در حوضچه ها
عدم ايجادطعم وبوي شيميايي در آب
عدم تغييردركيفيت فيزيكي وشيميايي آب
عدم ايجادعوارض فوري وحساسيت
تاثيرزيست محيطي استفاده ازاشعه ماوراي بنفش:
به سبب آنكه اشعه ماوراي بنفش يك عامل شيميايي نيست،هيچ باقيمانده سمي توليد نمي كنداماممكن است تركيبات شيميايي مخصوصي به وسيله اشعه ماوراي بنفش دچارتغييرگردند. عموما تصورمي شودكه اين تركيبات به شكل بي ضررتري تجزيه مي شوند،اماهنوزبه پژوهشهاي بيشتري دراين زمينه نيازاست. درحال حاضربايد باورداشت كه ضدعفوني بااشعه ماوراي بنفش هيچگونه تاثيرزيست محيطي مطلوب يانامطلوب ندارد.
مزاياي ضدعفوني كردن آبباUV :
غيرفعالسازي ميكروارگانيسم ها طي چندثانيه ازجمله باكتريها , ويروس هاوانگل ها (مانندCryptosporidiumوGiardia)
جايگزيني ياكاهش استفاده ازتركيبات شيميايي
عدم نيازبه تانكهاي واكنش يا پمپهاي ثانويه
تكنولوژي موفق باهزاران بارآزمايش وتست
هزينه هاي حمل ونگهداري پايين
هزينه هاي عملياتي پايين
هزينه هاي سرمايه گذاري پايين