紫外線消毒器消毒技術飲用水處理上研究進展

綜述：石家莊凌卓環保設備有限公司對國內外飲用水消毒的研究現狀進行了分析，并且對我國常用的紫外線消毒器等幾種飲用水消毒技術進行了詳細介紹，zui后對紫外線消毒器等消毒工藝的發展方向進行了合理展望，以期為飲用水消毒技術的研究提供依據。
　　1、前言 
　　水是生命之源，是維持生命zui重要的物質之一，人的生活離不開水。隨著城鎮化工作的不斷推進，自來水將走進越來越多的用戶家中。自來水經龐大的地下管網輸送到用水點的過程中會發生復雜的物理、化學和生物反應，有害細菌及微生物也會借此得到繁殖，危害人類健康。因此，飲用水的消毒是一個至關重要的過程，對預防和控制介水傳染病有著非常重要的作用。 
　　常用的消毒技術可分為物理消毒技術和化學消毒技術。物理消毒技術是利用冷凍、加熱、照射等方式破壞生物質的核酸，從而達到消毒的目的，例如紫外線消毒器消毒、超聲波消毒、微電解毒等方式。化學消毒是指利用一定的藥劑改變水質成分，氧化微生物機能從而達到消毒的目的，例如臭氧消毒、鑢化消毒等。 
　　2、國內外飲用水消毒研究現狀 
　　我國用于飲用水消毒的方法主要有二氧化鑢消毒、鑢化消毒、紫外線消毒器消毒、臭氧消毒等消毒工藝。當前，國內絕大多數的水廠采用的消毒工藝是傳統的混合、絮凝、沉淀、過濾、鑢消毒的水處理工藝。盡管鑢消毒具有成本低、消毒效果好等優勢，但是在清除水中的有機物效果方面并不理想，還會產生二十多種副產物，例如鹵乙酸、三鹵甲烷等等，這些副產物有很強的致癌作用，嚴重危害著人類的身體健康，因此鑢化消毒副產物引起了人們的重視。經過科學家二十多年的研究，基本已經證實了鑢消毒能夠使原水中產生鹵乙酸、三鹵甲烷、鹵乙腈、鹵代酚、鹵代酮、鹵代醛、鹵代硝基甲烷等等具有嚴重致癌作用的副產物。經過大量的動物實驗證明，鑢仿能夠致癌，一溴二鑢甲烷和二溴一鑢甲烷能夠使肝、腎中毒。美國等國家發現，在有機鹵代烴含量高的地區，胃癌、肝癌等的發病率明顯高于其他地區。盡管我國對出廠水消毒副產物的控制制定了詳細的標準，但是長時間的飲用帶有這些具有毒副產物的水，還是有一定的健康風險存在。 
　　飲用水的消毒工藝應該跟上*潮流，與時俱進，從而保障人民群眾的生命健康。一成不變的工藝只能在歷史進程中逐漸被淘汰。因為鑢消毒工藝的副產物具有很高的致癌性，因此如何改善鑢化消毒工藝，提高其安全性，或者尋找替代鑢化消毒新技術已經成為日后消毒技術的發展方向。當前，二氧化鑢替代液鑢用于飲用水消毒和水處理工作已經是大勢所趨，但是受到設備、資金和技術安全等因素的限制，目前還處于初級階段。相信在經濟和科技飛速發展的時代，不久的將來，原有的液鑢消毒會被優化的消毒工藝所代替。 
　　3、常見飲用水消毒技術 
　　3.1臭氧消毒技術 
　　臭氧是一種常用的過氧化物類強氧化劑，具有很強的殺菌作用，應用十分廣泛。和鑢相比，臭氧的殺菌速度要高六百到三千倍，屬于急速殺菌，同時還對水中色、臭、味等有機物以及鐵、錳等金屬離子有很好的去除作用。另外，臭氧還有助凝的功能。 
　　有關臭氧的消毒機理方面的研究非常多。臭氧是通過自身分解，從而產生具有強氧化能力的新生氧。臭氧首先和細胞壁中存在的脂類雙鍵結構起反應，從而穿過細胞壁進入細胞壁的內部，再與結構中的脂蛋白和內部脂多糖反應，從而改變細胞的通透性，導致細胞溶解并死亡。張征等通過實驗發現，在低溫強酸性的環境下，臭氧具有*的殺菌效果，而在大通氣流量下殺菌效果很差。 
　　臭氧消毒具有用量少、作用迅速、殺菌*、副產物少、易得等優勢，但同時也具有耗資高、穩定性差等缺點，因此一般要用第二消毒劑進行輔助消毒。另外，臭氧消毒法應用范圍也很有限，對于青霉素、綠霉菌等具有抗藥性的細菌需要很長時間才能消滅。在單獨使用臭氧作為消毒劑時，由于其在短時間內分解的特性，很可能出現細菌回升的現象，因此通常采用輔助加鑢的方法彌補這一缺憾。 
　　3.2鑢化消毒技術 
　　鑢化消毒是一種傳統的消毒工藝，在我國的應用十分廣泛。常用的鑢消毒劑的種類有很多，有鑢氣、漂白黺、漂白黺精、有機含鑢消毒劑、次鑢酸鈉等。有關鑢的殺菌機理，許多學者進行了相關研究。鑢具有很好的消毒作用主要是因為次鑢酸具有體積小，電荷中性等優勢，很容易穿過細胞壁，同時其強氧化性能夠損害細胞膜，釋放蛋白質、氨基酸等物質并且影響多酶系統，從而導致細菌死亡。在對病毒的作用方面，主要是對病毒核酸具有致死性的危害。實驗證明，pH值、溫度、接觸時間、加鑢量以及水中微生物的含量等因素對于鑢化消毒的效果都有很直接的影響。根據工藝條件的不同，鑢消毒工藝還可以細分為普通鑢化消毒法、折點鑢消毒法、過量鑢消毒法幾種工藝。 
　　鑢化消毒過程中，鑢與水反應會有許多副產物產生，這些副產物對人體健康有很大的危害。通常，將水中能與鑢形成鑢化副產物的有機物稱之為有機前體物，天然水中的有機前體物主要是腐殖酸類，其次是藻類及其代謝產物。在鑢化消毒過程中，腐殖質是形成鑢化副產物三鹵甲烷（鑢仿、一溴二鑢甲烷、二溴一鑢甲烷、溴仿）的主要有機前體物。其中鑢仿具有zui高的含量。同時，還有一些非揮發性鹵代有機物產生，如鹵乙酸、鹵乙腈、鹵代酚、鹵代酮、鹵代醛等等。 
　　在對鑢化副產物的防治方面，我國也做了許多工作。例如盡可能的選擇有機前體含量低的水源，加強混凝沉淀和過濾等凈化措施，防止藻類在制水構筑物內生長等等。另外，在對鑢化消毒工藝的改進上也做了許多工作，例如取消預鑢化和避免折點鑢消毒，利用管網中途加鑢，從而減少鑢化副產物的產生；利用顆粒活性炭對水進行過濾，去除鑢化副產物等等。 
　　3.3二氧化鑢消毒技術 
　　二氧化鑢消毒技術是十九世紀歐洲一些*先發現的。但是因為復雜，價格昂貴而被忽視，沒有發展起來。近些年，為了降低鑢化消毒的危害而尋找新的消毒劑，從而對二氧化鑢的研究和應用也就日益增多。 
　　二氧化鑢是一種橙黃色氣體，在熱水中易分解成鑢氣、鑢酸和氧氣。二氧化鑢易溶于水，形成黃綠色的溶液，但是并不與水進行化學反應，敞開放置時很容易被光分解，因此不宜貯存。另外，二氧化鑢很容易引起爆炸，當空氣中濃度高于百分之十或在水中濃度高于百分之三十時，都具有很強的爆炸性，因此在中要利用空氣對二氧化鑢氣體進行沖淡，以降低其濃度。實驗表明，二氧化鑢在酸性條件下具有很強的氧化性，容易透過細胞膜通過其強氧化性，將微生物細胞內的氨基酸進行氧化破壞，進而控制其蛋白質的合成，從而達到殺滅微生物的目的。二氧化鑢水溶液不會產生對人體有很大危害的三鹵甲烷，其殘留生成物主要為水、鑢化鈉和微量的二氧化碳、有機糖等無毒物質。 　　除此之外，二氧化鑢在除嗅和脫色性能上有很明顯的優勢，明顯優于活性炭、紫外線和超聲波等傳統除嗅脫色方式。黃君禮等通過研究證明，二氧化鑢對水中的硫化氫、硫醇、二甲基硫酸鹽、甲酸、草酸、乙二酸鹽和酚類都有很好的氧化效果。 
　　3.4鑢胺消毒技術 
　　鑢胺消毒技術是一種運行方便，運行費用比臭氧和二氧化鑢低的一種飲用水消毒技術。利用鑢胺作為消毒劑，產生的副產物要比鑢產生的副產物少的多，能夠將三鹵甲烷產量降低至百分之七十多，對于鹵乙酸的產生也有很強的抑制作用。另外，在對管網的腐蝕程度方面，鑢胺也比鑢要小的多，但是鑢胺在對微生物進行滅活方面的能力比較弱，僅為鑢的百分之一，尤其是對水中病毒的滅殺上面。同時，鑢胺還會增加水中AOC的量，使水呈現生物不穩定性，因此一般不選用鑢胺作為飲用水消毒的主要消毒劑。 
　　3.5紫外線消毒器消毒 
　　紫外線是波長范圍在200-300nm的光。一般，飲用水消毒常用254nm波長的紫外光對病原微生物進行滅活。當紫外線照射在微生物身體上時，紫外線則會透過微生物細胞壁和細胞膜，直接作用于細胞內的核酸和蛋白質，從而發生各種化學變化而造成微生物死亡。紫外線消毒法能夠在較短的時間內達到很高的殺菌效率，在一定的輻射強度下一般病原微生物僅需要十幾秒便可殺滅，同時能夠在一定程度上控制一些較高等的水生生物，如藻類和紅蟲的生長繁殖，并且不改變水的物理化學性質。紫外線消毒器消毒還不產生副產物，也沒有異味。另外，紫外線殺菌器的殺菌一體化的設備構造簡單，易安裝，小巧輕便，占地小，便于操作和管理，并且易實現自動化，運行管理比較安全。但是，紫外線殺菌器消毒同時也存在一定的缺點，它沒有持續殺菌的作用，容易造成微生物復生的現象。每只紫外燈管處理水量也是非常有限的，并且還需要定期進行清洗更換。隨著，紫外線技術的發展，紫外線殺菌器的燈管功率越來越大，隨之處理水量越來越大，紫外線殺菌器在運行成本上也越來越低，紫外線消毒器價格已經被廣大用戶接受。截至目前，紫外線消毒技術已經獲得廣泛的應用。污水紫外線消毒器和飲用水紫外線消毒器的安全特性越來越被廣大用戶認可。 
　　3.6膜消毒 
　　膜技術是近些年才發展起來的一項新型技術，在水處理方面得到了很廣泛的應用。膜技術應用在飲用水消毒方面主要是依靠膜的分離功能，其主要的影響因素是膜的孔徑。根據膜孔徑的大小，膜消毒技術還可以分為納濾、反滲透、超濾以及微濾。因此膜消毒技術的機理主要就是篩分和吸著。實驗表明，膜技術對細菌病毒和微生物均有很好的清除作用。 
　　利用膜技術進行消毒的水質好并且穩定，運行費用也相對較低，在操作方面也很簡單，并且占地少。但是膜消毒技術存在微生物后生長，對微笑顆粒節流能力差，膜孔容易被堵塞等缺點，因此，只有將這些問題解決了，才能夠將膜消毒技術進行進一步的推廣應用。 
　　3.7水力空化消毒 
　　水力空化消毒技術是一種新型的消毒方法。該方法是物理工藝化學機理的消毒工藝。當水流流過一個限流區域時，會產生壓降，當壓力降低到蒸汽壓時，溶解在水中的氣體就會被釋放出來，從而造成流體汽化，產生大量的空化氣泡。這些氣泡隨著水流進一步流動，當周圍壓力增大時，體積會急劇縮小直至潰滅。氣泡的潰滅會到來高溫、瞬間高壓、沖擊波和水射流，并且能夠產生具有強氧化性的氧自由基和雙氧水，從而使水中存在的有機污染物被氧化降解。陳利軍等經過試驗證明，水力空化技術在去除三鑢甲烷上有的效果，因此可以用作水處理的預處理階段，同時還能夠去除水中部分天然有機物，從而大大降低消毒副產物的產量，近年來，水力空化技術和紫外線消毒器消毒技術相結合處理飲用水，受到用水客戶的青睞。飲用水因此水力空化技術在飲用水消毒方面還有很廣闊的應用前景。 
　　3.8組合消毒工藝 
　　飲用水的消毒任務主要有兩個，首先就是要將水體中的微生物進行滅活，從而使水質符合飲用水的微生物質量標準，保障人體健康；其次就是要保障管網中有剩余消毒劑存在，從而抑制微生物的再次生長。鑢和二氧化鑢都可以滿足這兩個要求，但是同時還具有一定的不足。臭氧對細菌、病毒和原生動物包囊具有很好的滅活效果，紫外線也對殺死細菌和病毒十分有效，但是二者的持續消毒能力都不強，因此不能滿足要求二。鑢胺盡管有很好的維持效果，能夠抑制管網內細菌再次生長，但是它的消毒能力比較弱，不能很好的滿足*消滅微生物的要求。鑒于各種消毒工藝的優缺點存在互補的方面，因此，有關兩種或兩種以上的組合消毒工藝的研究越來越多，消毒技術的改進也就朝著組合消毒工藝的方向進行發展，多種消毒劑順序使用或者同時使用的消毒工藝在水處理工藝中的使用逐漸增多。 
　　許多研究結果表明，組合消毒工藝在滅活微生物時具有協同滅活的效果。但是對于組合消毒劑協同作用的研究還處于初級階段，對于組合消毒工藝的CT值理論等還沒有正式確立，仍需要大量的研究支持。目前利用比較多的有紫外線消毒器消毒與鑢聯合消毒技術、生物氧化與臭氧消毒聯合技術等等。 
　　3.9新型消毒技術 
　　隨著科學技術的大力發展，出現了許多高科技新型飲用水消毒技術，例如超聲波法、銀法、光催化氧化法、磁化法、靜電法、微電解法等等。相信隨著我國在科技方面的投入力度越來越大，這些新型的消毒技術在一定時間內一定會廣泛使用起來。 
　　4、飲用水消毒技術發展趨勢 
　　我國在供水方面和發達國家還存在很大的差距。以上介紹的各種消毒技術各自存在優點和不足，在實際中還要結合我國飲用水水源水質的綜合情況以及國情，從而將各種消毒工藝進行組合，獲得更好的消毒效果。因此，組合消毒技術必將在我國得到大力推廣。另外，對于新型飲用水消毒技術和消毒劑的開發還會繼續加強，例如紫外線消毒器消毒技術、磁化消毒技術，等離子消毒技術等的。總之，飲用水消毒技術必將向著成本低，對環境危害小的方向發展。 
　　5、結束語 
　　飲用水的水質與人民的生活息息相關，而消毒則是保證飲用水質量安全的重要環節。因此，推行合理、安全、環保、經濟、有效的飲用水消毒技術，保證人民的身體健康是十分艱巨的任務。鑒于目前各種消毒技術還存在許多缺點和不足，因此要投入更多的人力和物力參與到紫外線消毒器等消毒技術的進一步研究上來。