簡介

在水消.毒技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)，紫外線被廣泛的承認(rèn)，同時(shí)與傳統(tǒng)化學(xué)方法相比較，此方法較為有優(yōu)勢。紫外線消.毒是一種無公害技術(shù)，對人類、動(dòng)物、水生物以及產(chǎn)品均不產(chǎn)生危害，而且不會(huì)在消.毒過程中產(chǎn)生有害副產(chǎn)品。在消.毒殺.菌方面，此項(xiàng)技術(shù)對所有的微生物均有極高的效力。

紫外線消.毒的原理

紫外線是介于可視光線和X射線之間的電磁波頻譜。200nm-400nm的紫外光譜有很強(qiáng)的殺.菌效力， 其峰值在265nm。 在這個(gè)波長范圍內(nèi)的紫外線主要是通過刺穿細(xì)胞膜，破壞細(xì)胞內(nèi)脫氧核糖核酸和破壞細(xì)胞內(nèi)的其它分子，使微生物不能再復(fù)制和繁殖，而達(dá)到消.毒作用。

依照波長范圍，可將紫外線分為4個(gè)波段：

• 真空紫外線：40 – 200nm

• 紫外線c： 200- 280nm

• 紫外線b： 280- 315nm

• 紫外線a： 315- 400nm

紫外燈技術(shù)的分類

典型的嵌入式（Berson in-pipe） 紫外線消.毒系統(tǒng)內(nèi)有一個(gè)紫外線燈管和一個(gè)石英套管。這個(gè)紫外線燈管被固定在石英套管里，然后整個(gè)套管將被固定到一個(gè)柱狀不銹鋼反應(yīng)室內(nèi)。這樣的設(shè)計(jì)是為了讓待處理水在從一端進(jìn)入反應(yīng)器的同時(shí)開始被處理，而整個(gè)消.毒過程將伴隨水流流到反應(yīng)器的另一端。

根據(jù)壓強(qiáng)的高低，紫外線燈管可以被分為兩大類：低壓紫外線燈管和中壓紫外線燈管。低壓紫外線燈管輸出單一的紫外線（被局限于254nm單波長），而中壓紫外線燈管能輸出多色紫外線（波長在185-400nm之間）。

紫外線對微生物的作用

紫外線消.毒作用是通過微生物體內(nèi)的脫氧核糖核酸吸收紫外光線來完成。較大吸收值分別是在波長200nm和265nm，而不是人們通常認(rèn)為的來自低壓燈的254nm。波長為200nm的紫外光，主要是被脫氧核糖核酸的核糖和磷酸鹽所吸收。而波長為265nm的紫外線主要被核酸中的腺嘌呤，鳥嘌呤，胞核嘧啶和胸腺嘧啶（核糖核酸中的尿嘧啶）所吸收。在吸收紫外線輻射以后，胸腺嘧啶二聚物是為常見的產(chǎn)物。這種產(chǎn)物是由兩個(gè)相鄰的胸腺嘧啶分子結(jié)合而形成的。紫外線殺.菌的原理就是在于，這些二聚物和另外一些光化產(chǎn)品可以阻止脫氧核糖核酸的復(fù)制和再繁殖，從而達(dá)到殺死細(xì)胞的目的。

另外對于脫氧核糖核酸和核糖核酸，紫外線能夠引起細(xì)胞內(nèi)的蛋白質(zhì)、酶和其他分子的光化學(xué)反應(yīng)。蛋白質(zhì)的吸收峰值大約在280nm左右，然而在蛋白質(zhì)中的縮氨酸根則吸收240nm以下的紫外線。紫外線也對其他的不飽和生物分子有殺傷力，當(dāng)然，紫外線對分子的影響，不僅僅作用于脫氧核糖核酸和核糖核酸，它對大一些的微生物也有顯著的作用，例如真.菌類、原生動(dòng)物和藻類。雖然紫外線不能像作用于脫氧核糖核酸一樣，刺穿這些較大的微生物，但是它還是能用破壞其他分子的方法達(dá)到殺.菌。

紫外線消.毒的工作參數(shù)

1 - 紫外線劑量

正如紫外線對微生物體內(nèi)不同組成部分有不同的作用一樣，紫外線也對不同種類的微生物有著不同的效力。這是由于，不同種類的微生物對紫外線有著不同的敏.感度。比如，一個(gè)細(xì).菌就要比一個(gè)霉菌或海藻對紫外線敏.感度高。這個(gè)敏.感度通常被稱為D10值，它表示的是微生物量被減少到90％時(shí)所需要的紫外線劑量。.

紫外線劑量是由紫外線燈的能量和在反應(yīng)器內(nèi)的停留時(shí)間所決定的。其中，燈的能量被定義為紫外線強(qiáng)度（mW/cm²），這個(gè)紫外線強(qiáng)度的高低是根據(jù)紫外線燈的原始紫外線強(qiáng)度和當(dāng)燈被置于一定距離外的紫外線強(qiáng)度大小而計(jì)算的。在實(shí)際應(yīng)用中，水中能夠吸收紫外線的物質(zhì)的多少會(huì)對紫外線強(qiáng)度產(chǎn)生很大的影響。另外，待處理水水量的大小和流速同時(shí)決定著它將在反應(yīng)器中的停留時(shí)間的長短。對于一般反應(yīng)器而言，紫外線劑量即為紫外線總強(qiáng)度與停留時(shí)間的乘積。

2 - 紫外線穿透率

穿透率（T10）是待處理水對紫外線吸收程度的一個(gè)指示參數(shù)，它是待處理水中所有吸收紫外線的物質(zhì)的總量，例如懸浮有機(jī)物和礦物質(zhì)（鐵和鎂，分別于溶解和非溶解狀態(tài)）。當(dāng)待處理水的穿透率和反應(yīng)器內(nèi)的紫外線強(qiáng)度均為已知時(shí)，反應(yīng)器的體積就可以被計(jì)算出來。再根據(jù)反應(yīng)器的體積，來計(jì)算紫外線劑量。

3 - 待處理水的質(zhì)量

待處理水的水量決定著反應(yīng)器的體積。而反應(yīng)器體積的設(shè)計(jì)又被水頭損失，管道

的尺寸以及紫外線劑量所限制。

4 - 待處理水的溫度

低壓紫外線燈

低壓紫外線燈的表面溫度相對而言較低，但是它會(huì)嚴(yán)重的受到待處理水水溫的影

響。對于低壓紫外線燈而言，理想水溫是20攝氏度，當(dāng)水溫低于或者高于20

攝氏度時(shí)會(huì)導(dǎo)致紫外線輻射輸出量的減少。當(dāng)溫度低于5攝氏度時(shí)，將很難預(yù)測

紫外線的強(qiáng)度，導(dǎo)致紫外線燈的無法正常啟用。

中壓紫外線燈
雖然中壓紫外線燈管表面有較高的溫度，但正是由于此原因它不易受到周圍水溫的影響，中壓紫外線燈可以在零下20攝氏度和零上80攝氏度范圍之間有效工作。

5 - 紫外線照射后的復(fù)活機(jī)制

由于所有的微生物長期暴露在自然的紫外線下，所以微生物在受到紫外線照

射后的修.復(fù)和再活.化是極為必要的，通常這個(gè)機(jī)制被稱為復(fù)活機(jī)制。此復(fù)活過程可以在有光的條件下完成，在黑暗的條件完成。它們分別被稱為光復(fù)活和黑暗修.復(fù)。對于由紫外線輻射而造成的不同程度的損傷，不同的微生物有著不一樣的復(fù)活能力。微生物的復(fù)活機(jī)制并不是統(tǒng)一的，目前還沒有一個(gè)清楚的標(biāo)準(zhǔn)可以用來判定哪個(gè)種類可以自我復(fù)活而那些種類不具備這種機(jī)制。

脫氧核糖核酸和核糖核酸在細(xì)胞中是為容易受到攻擊的。這是因?yàn)樗鼈兡艽鎯?chǔ)細(xì)胞的遺傳密碼的獨(dú)特功能，另外也是由于它們復(fù)雜的結(jié)構(gòu)和龐大的數(shù)量。正如大家所了解的分子復(fù)活機(jī)制經(jīng)過進(jìn)化，得到大量的分子核酸，這里特別要提到的是脫氧核糖核酸。在光復(fù)活反應(yīng)過程中，光解霉通過反作用紫外線輻射而完成修.復(fù)過程，而黑暗修.復(fù)則是由十幾個(gè)霉以上的結(jié)合體完成的。霉首先要受到能量激發(fā)才能開始整個(gè)復(fù)活反應(yīng)，光復(fù)活反應(yīng)的能量來自300-500nm的可視光，而黑暗復(fù)活的能量來自細(xì)胞內(nèi)的營養(yǎng)物質(zhì)。在這兩種情況下，都是因?yàn)槊沟淖饔糜谑軗p的脫氧核糖核酸，而使復(fù)制得以進(jìn)行。

通常大腸桿菌攜帶20個(gè)左右的光解霉，每個(gè)光解霉每分鐘可以修.復(fù)5個(gè)胸腺嘧啶二聚物，如果依照此方法計(jì)算，在一個(gè)細(xì)胞內(nèi)每一分鐘有100個(gè)二聚物被修.復(fù)。1 mJ/cm² 紫外線輻射能產(chǎn)生3000-4000個(gè)二聚物(Oguma, 2002)所以理論上而言，1 mJ/cm² 的紫外線輻射對細(xì)胞產(chǎn)生的損傷，會(huì)在30分鐘內(nèi)被修.復(fù)。

對比在受到低壓燈照射后和在受到中壓燈照射后的復(fù)活機(jī)制、

不同的紫外線消.毒系統(tǒng)

我們可以為您設(shè)計(jì)不同的反應(yīng)器，比如嵌入式（Berson in-pipe)設(shè)計(jì)，它的紫外線燈管于流體流動(dòng)方向成90度直角。而傳統(tǒng)設(shè)計(jì)則是紫外線燈管和流體流動(dòng)方向一致。

對紫外線系統(tǒng)進(jìn)行連續(xù)監(jiān)控。在反應(yīng)器內(nèi)的紫外線傳感器，紫外線的輸出情況以及由于紫外線輸出的變化而導(dǎo)致的信號(hào)變化。這可能是由于水質(zhì)的突然變化或者有污垢附著在石英套管上。紫外線傳感器還可以起到對燈管老化的監(jiān)察作用。

微處理器可以控制紫外線消.毒，還可對紫外線輸出進(jìn)行調(diào)整，可以在人工或者自動(dòng)間轉(zhuǎn)換紫外線輸出的調(diào)整模式。

為了防止污垢附著在石英套管表面而導(dǎo)致的紫外線輸出量減少，擦拭設(shè)備可以被安裝在反應(yīng)器內(nèi)。這種擦拭設(shè)備，有人工和自動(dòng)兩種選擇，這樣既可以達(dá)到清潔的目的，而又不用拆除或者停止整個(gè)紫外線消.毒系統(tǒng)。

暴露在低壓或中壓紫外線下，受損部分的修.復(fù)
由于低壓紫外線燈輸出的紫外線波長為254nm，與脫氧核糖核酸吸收紫外線輻射峰值265nm波長相近，所以傳統(tǒng)工藝采用低壓紫外線燈。研究表明，暴露在低壓紫外線下的受損大腸桿菌細(xì)胞中的脫氧核糖核酸可以由復(fù)活反應(yīng)修.復(fù)，但是暴露在中壓紫外線下的損傷則不能被修.復(fù)。進(jìn)一步的研究表明，同樣作用于大腸桿菌細(xì)胞中的脫氧核糖核酸，高壓、多色紫外線輻射會(huì)比低壓、單色紫外線輻射，更持久和難以修.復(fù)的損傷。

以上研究有很深遠(yuǎn)的意義，因?yàn)閷τ诤芏喙I(yè)用水和排水項(xiàng)目，在紫外線消.毒完成后，它們要求消.毒持久性。特別是一些液體在消.毒后，會(huì)暴露在有光條件下。同時(shí)，原理適用于會(huì)暴露在有光條件下的已處理水或排水。例如污水、瓶裝水、漁業(yè)和游泳池。對于可能的黑暗復(fù)活也很重要，例如飲用水或者工藝用水。