[科普中國(guó)]-紫外線(xiàn)消毒

殺毒機(jī)制

研究表明，紫外線(xiàn)主要是通過(guò)對(duì)微生物(細(xì)菌、病毒、芽孢等病原體) 的輻射損傷和破壞核酸的功能使微生物致死，從而達(dá)到消毒的目的。紫外線(xiàn)對(duì)核酸的作用可導(dǎo)致鍵和鏈的斷裂、股間交聯(lián)和形成光化產(chǎn)物等，從而改變了DNA的生物活性，使微生物自身不能復(fù)制，這種紫外線(xiàn)損傷也是致死性損傷。2

優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)通常紫外線(xiàn)消毒可用于氯氣和次氯酸鹽供應(yīng)困難的地區(qū)和水處理后對(duì)氯的消毒副產(chǎn)物有嚴(yán)格限制的場(chǎng)合。一般認(rèn)為當(dāng)水溫較低時(shí)用紫外線(xiàn)消毒比較經(jīng)濟(jì)。

紫外線(xiàn)消毒的優(yōu)點(diǎn)如下：

不在水中引進(jìn)雜質(zhì)，水的物化性質(zhì)基本不變；

水的化學(xué)組成（如氯含量）和溫度變化一般不會(huì)影響消毒效果；

不另增加水中的嗅、味，不產(chǎn)生諸如三鹵甲烷等類(lèi)的消毒副產(chǎn)物；

殺菌范圍廣而迅速，處理時(shí)間短，在一定的輻射強(qiáng)度下一般病原微生物僅需十幾秒即可殺滅，能殺滅一些氯消毒法無(wú)法滅活的病菌，還能在一定程度上控制一些較高等的水生生物如藻類(lèi)和紅蟲(chóng)等；

過(guò)度處理一般不會(huì)產(chǎn)生水質(zhì)問(wèn)題；

一體化的設(shè)備構(gòu)造簡(jiǎn)單，容易安裝，小巧輕便，水頭損失很小，占地少；

容易操作和管理，容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，設(shè)計(jì)良好的系統(tǒng)的設(shè)備運(yùn)行維護(hù)工作量很少；

運(yùn)行管理比較安全，基本沒(méi)有使用、運(yùn)輸和儲(chǔ)存其他化學(xué)品可能帶來(lái)的劇毒、易燃、爆炸和腐蝕性的安全隱患；

消毒系統(tǒng)除了必須運(yùn)行的水泵以外，沒(méi)有其他噪音源。

缺點(diǎn)孢子、孢囊和病毒比自養(yǎng)型細(xì)菌耐受性高；

水必須進(jìn)行前處理，因?yàn)樽贤饩€(xiàn)會(huì)被水中的許多物質(zhì)吸收，如酚類(lèi)、芳香化合物等有機(jī)物、某些生物、無(wú)機(jī)物和濁度；

沒(méi)有持續(xù)消毒能力，并且可能存在微生物的光復(fù)活問(wèn)題，最好用在處理水能立即使用的場(chǎng)合、管路沒(méi)有二次污染和原水生物穩(wěn)定性較好的情況（一般要求有機(jī)物含量低于10μg/L）;

不易做到在整個(gè)處理空間內(nèi)輻射均勻，有照射的陰影區(qū)；

沒(méi)有容易檢測(cè)的殘余性質(zhì)，處理效果不易迅速確定，難以監(jiān)測(cè)處理強(qiáng)度；

較短波長(zhǎng)的紫外線(xiàn)（低于200nm）照射可能會(huì)使硝酸鹽轉(zhuǎn)變成亞硝酸鹽，為了避免該問(wèn)題應(yīng)采用特殊的燈管材料吸收上述范圍的波長(zhǎng)。3

評(píng)價(jià)紫外線(xiàn)消毒是一種物理方法，它不向水中增加任何物質(zhì)，沒(méi)有副作用，這是它優(yōu)于氯化消毒的地方，它通常與其它物質(zhì)聯(lián)合使用，常見(jiàn)的聯(lián)合工藝有UV+H2O2、UV+H2O2+O3、UV+TiO2，這樣，消毒效果會(huì)更好。

經(jīng)濟(jì)性紫外線(xiàn)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)學(xué)決定于以下因素：設(shè)備造價(jià)和壽命；電效率；運(yùn)行中殺菌效果的降低程度；電費(fèi)等。對(duì)于紫外線(xiàn)消毒系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)分析尚未做出定論，有很多結(jié)論不同的分析報(bào)道，有觀(guān)點(diǎn)認(rèn)為紫外線(xiàn)殺菌裝置電耗大，設(shè)備維護(hù)費(fèi)和造價(jià)較高。對(duì)于大系統(tǒng)，設(shè)備投資比臭氧系統(tǒng)高，運(yùn)行費(fèi)用與臭氧相仿；但對(duì)于純凈水制造的小型系統(tǒng)投資較臭氧裝置為低。也有觀(guān)點(diǎn)認(rèn)為對(duì)于數(shù)千噸/日以上的處理規(guī)模，紫外線(xiàn)消毒系統(tǒng)的投資和運(yùn)行成本很具優(yōu)勢(shì)，要比加氯和臭氧消毒的花費(fèi)都低得多。例如有分析資料報(bào)道，在建造人口數(shù)為10~25000范圍的小型飲用水處理廠(chǎng)時(shí)，紫外線(xiàn)、二氧化氯和臭氧消毒費(fèi)用的近似比例為1:4：（8~9），對(duì)于人口數(shù)大于500000的社會(huì)團(tuán)體，費(fèi)用比約為1:2.5:2.5。

這些費(fèi)用的估計(jì)中沒(méi)有包括采用非紫外線(xiàn)消毒工藝時(shí)可能附加的去除消毒副產(chǎn)物和隱孢子蟲(chóng)孢囊的費(fèi)用。另外還有分析數(shù)據(jù)顯示紫外線(xiàn)消毒的投資和運(yùn)行成本均低于氯消毒，消毒成本約為氯的一半，但其差別隨著水處理規(guī)模的擴(kuò)大而縮小。

在法國(guó)和前蘇聯(lián)，紫外線(xiàn)消毒局限于小型設(shè)備，所建立的大型設(shè)備是將紫外線(xiàn)燈串聯(lián)安裝在濾后水的總管內(nèi)。在美國(guó)紫外線(xiàn)消毒也限于小設(shè)備和泳池，并常與其他消毒劑聯(lián)用。但在實(shí)際應(yīng)用中報(bào)道采用紫外線(xiàn)消毒的飲用水廠(chǎng)的規(guī)模已有超過(guò)150萬(wàn)噸/日。

目前我國(guó)的紫外線(xiàn)消毒一般用于少量水處理，在純水制備系統(tǒng)應(yīng)用較多。4

殺菌燈紫外線(xiàn)殺菌燈

分類(lèi)能夠輸出足夠的UVC強(qiáng)度用于工程消毒的只有人工汞（合金）燈光源。紫外線(xiàn)殺菌燈燈管是由石英玻璃制成，汞燈根據(jù)點(diǎn)亮后的燈管內(nèi)汞蒸氣壓的不同和紫外線(xiàn)輸出強(qiáng)度的不同，分為三種：低壓低強(qiáng)度汞燈、中壓高強(qiáng)度汞燈和低壓高強(qiáng)度汞燈。

殺菌效果殺菌效果是由微生物所接受的照射劑量決定的，同時(shí)，也受到紫外線(xiàn)的輸出能量，與燈的類(lèi)型，光強(qiáng)和使用時(shí)間有關(guān)，隨著燈的老化，它將喪失30%-50%的強(qiáng)度。紫外照射劑量是指達(dá)到一定的細(xì)菌滅活率時(shí)，需要特定波長(zhǎng)紫外線(xiàn)的量：照射劑量（J/m2）=照射時(shí)間（s）×UVC強(qiáng)度（W/m2）照射劑量越大，消毒效率越高，由于設(shè)備尺寸要求，一般照射時(shí)間只有幾秒，因此，燈管的UVC輸出強(qiáng)度就成了衡量紫外光onclick="g('消毒設(shè)備');">消毒設(shè)備性能最主要的參數(shù)。在城市污水消毒中，一般平均照射劑量在300 J/m2以上。低于此值，有可能出現(xiàn)光復(fù)活現(xiàn)象，即病菌不能被徹底殺死，當(dāng)從渠道中流出接受可見(jiàn)光照射后，重新復(fù)活，降低了殺菌效果。殺菌效率要求越高，所需的照射劑量越大。影響微生物接受到足夠紫外光照射劑量的主要因素是透光率（254 nm處），當(dāng)UVC輸出強(qiáng)度和照射時(shí)間一定時(shí)，透光率的變化將造成微生物實(shí)際接受劑量的變化。

優(yōu)點(diǎn)大多數(shù)紫外線(xiàn)裝置利用傳統(tǒng)的低壓紫外燈技術(shù)，也有一些大型水廠(chǎng)采用低壓高強(qiáng)度紫外燈系統(tǒng)和中壓高強(qiáng)度紫外燈系統(tǒng)，由于產(chǎn)生高強(qiáng)度的紫外線(xiàn)可能使燈管數(shù)量減少90%以上，從而縮小了占地面積，節(jié)約了安裝和維修費(fèi)用，并且使紫外線(xiàn)消毒法對(duì)水質(zhì)較差的出水也適用。

研究現(xiàn)狀目前國(guó)內(nèi)研究、生產(chǎn)和應(yīng)用污水紫外線(xiàn)消毒器還很少。天津大學(xué)的顧平等人以天津紀(jì)莊子污水處理廠(chǎng)的深度處理出水為研究對(duì)象，進(jìn)行了靜態(tài)和動(dòng)態(tài)試驗(yàn)，確定了紫外線(xiàn)劑量與細(xì)菌存活率之間的關(guān)系，并設(shè)計(jì)出能產(chǎn)生紊流的紫外線(xiàn)消毒器，多元水環(huán)保技術(shù)產(chǎn)業(yè)(中國(guó))有限公司研制生產(chǎn)的封閉式消毒器可處理100～500m3/h水量，并且在onclick="g('游泳池');">游泳池的循環(huán)水消毒中已有應(yīng)用，模塊化敞開(kāi)式消毒器可根據(jù)用戶(hù)需求具體設(shè)計(jì)安裝。煙臺(tái)市套子灣污水廠(chǎng)的深度處理采用了敞開(kāi)式紫外線(xiàn)消毒工藝，可向城市提供4×104m3/d的工業(yè)回用水。

適用范圍適用范圍用于室內(nèi)空氣、物體表面和水及其它液體的消毒。

消毒燈2.3.2.1 消毒使用的紫外線(xiàn)是C波紫外線(xiàn)，其波長(zhǎng)范圍是200-275nrn，殺菌作用最強(qiáng)的波段是250-270nrn，消毒用的紫外線(xiàn)光源必須能夠產(chǎn)生輻照值達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的殺菌紫外線(xiàn)燈。

2.3.2.2 制備紫外線(xiàn)消毒燈，應(yīng)采用等級(jí)品的石英玻璃管，以期得到滿(mǎn)意的紫外線(xiàn)輻照強(qiáng)度。

2.3.2.3 紫外線(xiàn)消毒燈可以配用對(duì)紫外線(xiàn)反射系數(shù)高的材料(如拋光鋁板)制成的反射罩。

2.3.2.4 要求用于消毒的紫外線(xiàn)燈在電壓為220V、環(huán)境相對(duì)濕度為60%、溫度為20℃時(shí)，輻射的253.7nm紫外線(xiàn)強(qiáng)度不得低于70uW/cm2(普通30W直管紫外線(xiàn)燈在距燈管1米處測(cè)定，特殊紫外線(xiàn)燈在使用距離處測(cè)定，使用的紫外線(xiàn)測(cè)強(qiáng)儀必須經(jīng)過(guò)標(biāo)定。)

2.3.2.5 紫外線(xiàn)燈使用過(guò)程中其輻照強(qiáng)度逐漸降低，故應(yīng)經(jīng)常測(cè)定消毒紫外線(xiàn)的強(qiáng)度，一旦降到要求的強(qiáng)度以下時(shí)；應(yīng)及時(shí)更換。

2.3.2.6 紫外線(xiàn)消毒燈的使用壽命，即由新燈的強(qiáng)度降低到70Uw/cm2的時(shí)間(功率≥

30w)的燈，或降低到原來(lái)新燈強(qiáng)度的70%(功率30W燈，≥90Uw/cm；功率>20w燈，≥60Uw/cm2 ；功率150燈，≥20Uw/cm2。

由于這種燈在輻射253.7nrn紫外線(xiàn)的同時(shí)，也輻射一部分184.9nm紫外線(xiàn)。故可產(chǎn)生臭氧。

(2)高強(qiáng)度紫外線(xiàn)消毒燈：要求輻射253.7nrn紫外線(xiàn)的強(qiáng)度(在距離1米處測(cè)定)為：功率30W燈，>180uW/CM2；11w燈，>30 uW/CM2。(3)低臭氧紫外線(xiàn)消毒燈：也是熱陰極低壓汞燈，可為直管型或H型；由于采用了特殊工藝和燈管材料，故臭氧產(chǎn)量很低，要求臭氧產(chǎn)量70 uW/cm2)的數(shù)量為平均每立方米不少于1.5W照射時(shí)間不少于30min。

2.3.5.3 對(duì)水和其他液體的消毒，可采用水內(nèi)照射或水外照射，采用水內(nèi)照射法時(shí)，紫外光源應(yīng)裝有石英玻璃保護(hù)罩，無(wú)論采取何種方法，水層厚度均應(yīng)小于2cm，根據(jù)紫外光源的強(qiáng)度確定水流速度。消毒后水必須達(dá)到國(guó)家規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)。

注意事項(xiàng)(1)在使用過(guò)程中，應(yīng)保持紫外線(xiàn)燈表面的清潔，一般每?jī)芍苡镁凭耷虿潦靡淮?，發(fā)現(xiàn)燈管表面有灰塵、油污時(shí)，應(yīng)隨時(shí)擦拭。

(2)用紫外線(xiàn)燈消毒室內(nèi)空氣時(shí)。房間內(nèi)應(yīng)保持清潔干燥，減少塵埃和水霧，溫度低于20℃或高于40℃，相對(duì)濕度大于60%時(shí)應(yīng)適當(dāng)延長(zhǎng)照射時(shí)間。

(3)用紫外線(xiàn)消毒物品表面時(shí)，應(yīng)使照射表面受到紫外線(xiàn)的直接照射，且應(yīng)達(dá)到足夠的照射劑量一

(4)不得使紫外線(xiàn)光源照射到人，以免引起損傷。

(5)紫外線(xiàn)強(qiáng)度計(jì)至少一年標(biāo)定一次。5