生活飲用水：自來水紫外線消毒技術(shù)探析

    紫外線消毒技術(shù)自20世紀(jì)以來，已被廣泛應(yīng)用于水處理工藝之中，有較長的歷史。

　　紫外線消毒原理（Mechanism of UV disinfection）:

　　水處理紫外線消毒能有效和快速地對水進(jìn)行殺菌消毒，不需要加熱和使用含有害成份的化學(xué)品，處理后的水質(zhì)無異味。

　　微生物的蛋白質(zhì) RNA（核糖核酸）和DNA（脫氧核糖核酸）能吸收紫外線，紫外線（波長為254nm）能使微生物DNA的堿基對發(fā)生聚合，阻止蛋白質(zhì)合成而使微生物不能繁殖，zui終導(dǎo)致細(xì)胞死亡。紫外線消毒是依靠純物理作用，與氯、二氧化氯和臭氧等化學(xué)消毒劑不同，在消毒過程中，紫外線不會產(chǎn)生任何副產(chǎn)物。

　　紫外線的優(yōu)點(diǎn)

　 （1）紫外線消毒技術(shù)有較高的殺菌效率

　　紫外線對細(xì)菌，病毒的殺菌作用一般在1-5秒以內(nèi)。其它化學(xué)方式（氯氣，二氧化氯和臭氧等）消毒達(dá)到相同的殺菌效果一般需要30分鐘（min），甚至更長時(shí)間的接觸時(shí)間，才能起到消毒效果。

   （2）高殺菌效能

　　紫外線消毒相當(dāng)廣泛，它對大多數(shù)致病微生物體、細(xì)菌、病毒等都能起到殺滅作用。

　 （3）無二次污染存在

　　由于紫外線不使用任何化學(xué)藥劑，因此它不會對水體和周圍環(huán)境產(chǎn)生二次污染。

　 （4）運(yùn)行成本低，維護(hù)簡單，操作簡易，費(fèi)用低

　 （5）設(shè)備所占空間小

　　紫外線殺菌器體積小，輕便易安裝的特點(diǎn)使它能就近安裝在任何有水源和電源的地方，只需連接設(shè)備進(jìn)出水口和接通電源，就能運(yùn)行。通常設(shè)備的維護(hù)包括每三個(gè)月清洗一次石英玻璃套管和每年更換一支紫外線殺菌燈管。（紫外線燈管更換周期推薦為每使用8000小時(shí)后更換，約連續(xù)使用12個(gè)月），電子鎮(zhèn)流器至少每三年更換一次。

　　使用紫外線存在的不足

　 （1）無持續(xù)殺菌能力

　　化學(xué)方式消毒（氯，臭氧等）由于在水中有殘留消毒劑的存在，可長時(shí)間的維持消毒效果。但紫外線消毒是物理消毒技術(shù)，消毒后沒有持續(xù)消毒效果，因此存在單獨(dú)使用無法保證水源在長距離輸送過程中，微生物體的二次污染和再生長的問題。

　 （2）進(jìn)水水質(zhì)（源水水質(zhì)）限制

　　水質(zhì)條件（透光率，濁度及水中懸浮物[SS]）對紫外線消毒有很大的影響。

　　紫外線消毒對進(jìn)水水質(zhì)有嚴(yán)格要求：

　　①細(xì)菌指標(biāo):源水中總大腸菌群值小于1000個(gè)/L，細(xì)菌總數(shù)小于2000個(gè)/mL

　　②色度小于15度

　　③總鐵含量小于0.3mg/L

　　④濁度小于5度

　 （3）微生物體光復(fù)活存在：

　　在足夠高的紫外線劑量情況下午，失活的病毒和細(xì)菌等是不會復(fù)活的，但紫外線劑量不足時(shí)，被紫外線輻射后失活的病毒和細(xì)菌可通過光的協(xié)助修復(fù)自身被破壞的組織（光修復(fù)），甚至靠本身修復(fù)自身（暗修復(fù)），重新生長。

　 （3）工作條件：水溫對紫外線穿透率影響

　　環(huán)境溫度影響紫外線燈的輻射強(qiáng)度，從而影響消毒器的消毒效果。溫度在5℃～40℃的范圍內(nèi)對消毒效果的影響變化是隨溫度的降低，紫外線燈的輸出會減少，低于5℃時(shí)甚至?xí)斐蔁艄軉永щy。

　　紫外線應(yīng)用

　　由于紫外線消毒在水處理方面的突出優(yōu)點(diǎn)（安全經(jīng)濟(jì)，消毒快捷，不污染水質(zhì)，操作方便等，目前已被全*為*消毒凈化方式之一），各地，尤其在歐盟及北美許多國家已將其列為用水終端（Pou）及小型給水系統(tǒng)中的消毒方式，給眾多行業(yè)提供潔凈用水

　　除了光合細(xì)菌能夠在波長980nm以外存儲太陽能，在近紅外范圍內(nèi)很少發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)。可見光范圍是綠色植物和藻類進(jìn)行光合作用的活躍區(qū)域，許多染料能夠發(fā)生光化學(xué)轉(zhuǎn)化或感光反應(yīng)。光化學(xué)的研究應(yīng)用主要集中在紫外范圍，根據(jù)人皮膚對紫外線的敏感度將紫外線范圍分成三段：UVA段使皮膚變黑；UVB段造成皮膚曬傷，且會導(dǎo)致皮膚癌；UVC段非常危險(xiǎn)，因?yàn)樗軌虮坏鞍踪|(zhì)、DNA、RNA吸收，導(dǎo)致細(xì)胞變化，癌癥或細(xì)胞死亡。UVC段通常也稱殺菌波段，因?yàn)樗苁辜?xì)菌和病毒失活。真空紫外線波段能被所有的物質(zhì)吸收（包括水和空氣），因此，它只能在真空中傳播，真空紫外光子的吸收能造成鍵的斷裂。

　　紫外線劑量

能夠有效殺滅微生物，TOC或者臭氧的具體能量，稱作紫外線劑量。

    計(jì)量單位是μW-Sec/cm2ormW-Sec/cm2（1μW-Sec/cm2=0.001mW-Sec/cm2 =0.000001W-Sec/cm2）

　　紫外線劑量=紫外線強(qiáng)度 x 照射時(shí)間

　　其中，紫外線劑量是指落在某一表面每單位面積上的紫外線光輻射能量。

　　照射時(shí)間是指被處理液體暴露在特定的紫外線能量的持續(xù)時(shí)間。

　　科學(xué)界已經(jīng)記載了消滅不同微生物所需要的zui少紫外線劑量（D10），見表A。能夠達(dá)到消滅90%的特定微生物的紫外線輻射劑量叫D10-在該劑量下，只有10%的微生物可以生還。加倍劑量就可以達(dá)到消滅超過99%的微生物。 例如，取E. Coli （D10=6600μW-Sec/cm2） 達(dá)到消滅99.99%的微生物的劑量可以通過以下的公式計(jì)算。

　　紫外線燈管壽命

　　一般來說，紫外線燈管不會象日常用的日光燈那樣會燒毀。 反而，特殊的石英套管材料會出現(xiàn)一種光化學(xué)老化過程叫老化作用。這個(gè)變化會減少輻射到水中的紫外線能量。參考圖B顯示了一個(gè)典型的紫外線強(qiáng)度下降和點(diǎn)亮?xí)r間的相對關(guān)系。

　　紫外線傳導(dǎo)

　　紫外線在穿透物體的時(shí)候，能量會被吸收。超過95%的紫外線能量會穿過質(zhì)量好的石英套管。紫外線在水中的穿透率會因水中未溶解物和懸浮固體的類型和數(shù)量的不同而變化。通過取樣和測試，液體對254納米紫外線能量的吸收能力參數(shù)-稱作有效吸收值（C of A）可以被測定。

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