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一、紫外線消毒器概述
目前，給排水消毒方法可分為兩大類，即化學(xué)消毒法和物理消毒法。化學(xué)消毒法有加氯消毒和臭氧消毒等；物理消毒法有紫外線消毒等。化學(xué)消毒法一般都會產(chǎn)生消毒副產(chǎn)物，而紫外線消毒是唯一早在1878年人類就發(fā)現(xiàn)了太陽光中的紫外線具有殺菌消毒作用。人類對紫外線消毒技術(shù)在城市污水處理中的應(yīng)用則始于20世紀(jì)60年代中葉，并于70年代到80年代初對紫外線消毒在城市污水處理中的應(yīng)用進行了大量早期的研究，這主要是由于當(dāng)時人們已認(rèn)識到被廣泛使用的加氯消毒工藝中的余氯對受納水體中的魚類等生物有毒，而且發(fā)現(xiàn)并確認(rèn)了氯消毒等化學(xué)消毒方法會產(chǎn)生如三鹵甲烷(THMs)等致癌、致基因，致畸變的副產(chǎn)物。這些發(fā)現(xiàn)促使人類尋求一種更好的消毒方法，不會產(chǎn)生消毒副產(chǎn)物的方法，也不會造成二次污染問題。于是，人們開始關(guān)注紫外線在消毒方面的應(yīng)用。
紫外線消毒法最早應(yīng)用于美國(1970年美國完成了第一個污水紫外線消毒的示范工程)，現(xiàn)已在美國和加拿大普遍應(yīng)用。 紫外線消毒技術(shù)為物理消毒方式的一種，具有廣譜殺菌能力，無二次污染，經(jīng)過30多年的發(fā)展，已經(jīng)成為成熟可靠高效環(huán)保的消毒技術(shù)，在國外各個領(lǐng)域得到了廣泛的運用。在我國由于對其技術(shù)的了解有一定的局限性，在污水處理中的應(yīng)用不多。上海市政工程設(shè)計研究院在這方面開展了許多研究，并已在上海閔行、長橋等污水處理廠得到應(yīng)用。進入21世紀(jì)后，隨著對污水尾水消毒的日益重視和運行經(jīng)驗的積累，紫外線消毒技術(shù)將得到推廣，預(yù)計今后有條件的污水處理廠中 50％將會采用紫外線消毒，并成為取代傳統(tǒng)化學(xué)消毒方法的主流技術(shù)。
二、紫外線消毒原理
紫外線殺菌消毒原理是利用適當(dāng)波長的紫外線能夠破壞微生物機體細(xì)胞中的DNA(脫氧核糖核酸)或RNA(核糖核酸)的分子結(jié)構(gòu)，造成生長性細(xì)胞死亡和(或)再生性細(xì)胞死亡，達到殺菌消毒的效果。經(jīng)試驗，紫外線殺菌的有效波長范圍可分為四個不同的波段：UVA（400～315nm）、UVB（315～280nm）、UVC（280～200nm）和真空紫外線（200～100nm）。其中能透過臭氧保護層和云層到達地球表面的只有UVA和UVB部分。就殺菌速度而言，UVC處于微生物吸收峰范圍之內(nèi)，可在1s之內(nèi)通過破壞微生物的DNA結(jié)構(gòu)殺死病毒和細(xì)菌，而UVA和UVB由于處于微生物吸收峰范圍之外，殺菌速度很慢，往往需要數(shù)小時才能起到殺菌作用，在實際工程的數(shù)秒鐘水力停留（照射）時間內(nèi)，該部分實際上屬于無效紫外部分。真空紫外光穿透能力極弱，燈管和套管需要采用極高透光率的石英，一般用半導(dǎo)體行業(yè)降解水中的TOC，不用于殺菌消毒。因此，給排水工程中所說的紫外光消毒實際上就是指UVC消毒。紫外光消毒技術(shù)是基于現(xiàn)代防疫學(xué)、醫(yī)學(xué)和光動力學(xué)的基礎(chǔ)上，利用特殊設(shè)計的高效率、高強度和長壽命的UVC波段紫外光照射流水，將水中各種細(xì)菌、病毒、、水藻以及其他病原體直接殺死，達到消毒的目的。
研究表明，紫外線主要是通過對微生物(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，從而達到消毒的目的。紫外線對核酸的作用可導(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，這種紫外線損傷也是致死性損傷。
紫外線消毒是一種物理方法，它不向水中增加任何物質(zhì)，沒有副作用，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，常見的聯(lián)合工藝有UV+H2O2、UV+H2O2+O3、UV+TiO2，這樣，消毒效果會更好。
三、紫外線消毒器殺菌原理
目前能夠輸出足夠的UVC強度用于工程消毒的只有人工汞（合金）燈光源。紫外線殺菌燈燈管是由石英玻璃制成，汞燈根據(jù)點亮后的燈管內(nèi)汞蒸氣壓的不同和紫外線輸出強度的不同，分為三種：低壓低強度汞燈、中壓高強度汞燈和低壓高強度汞燈。殺菌效果是由微生物所接受的照射劑量決定的，同時，也受到紫外線的輸出能量，與燈的類型，光強和使用時間有關(guān)，隨著燈的老化，它將喪失30%-50%的強度。紫外照射劑量是指達到一定的細(xì)菌滅活率時，需要特定波長紫外線的量：照射劑量（J／m2）＝照射時間（s）×UVC強度（W／m2）照射劑量越大，消毒效率越高，由于設(shè)備尺寸要求，一般照射時間只有幾秒，因此，燈管的UVC輸出強度就成了衡量紫外光消毒設(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輸出強度和照射時間一定時，透光率的變化將造成微生物實際接受劑量的變化。
