紫外线消毒技术在水处理中的应用

紫外线消毒技术在水处理中的应用
摘要：介绍了紫外线的消毒效果及优缺点，并针对紫外线消毒技术的缺点概述了紫外线与其他化学消毒剂联用消毒工艺的应用。

关键词：紫外线；水处理；消毒；灭菌；灭活
1.前言
近年来，水源污染日益严重，传统的净水工艺已不能满足水处理要求；另一方面，人们加强对水中污染物及其对人类健康影响的关注。

在消毒方面，氯消毒因其使用方便，价格便宜等优点而被广泛使用，但因其与水中有机物结合，产生致癌有机卤化物，在饮用水中氯消毒不能有效灭活新病源微生物，于是人们对传统氯消毒工艺产生质疑[1]。

紫外线消毒以其杀菌的高效、广谱性、无二次污染、低成本、安全可靠等优点受到人们的广泛关注。

2.紫外线消毒技术特征及应用
紫外线是位于x射线与可见光之间的电磁波，其中UVC的杀菌效果最好。

紫外线杀菌是通过对微生物照射，使其细胞内的遗传基因遭到破坏，阻止细胞复制分裂而使细菌、病毒等微生物不能繁殖，进而对其灭活，达到消毒效果[2]。

2.1.紫外线消毒的优点
在给水消毒技术中，氯消毒法存在严重二次污染问题。

二氧化氯，臭氧消毒技术的安全性也颇具争论[3]。

与传统的消毒技术相比，紫外线消毒法具有如下优点。

(1)杀毒效率高[4]
紫外线杀菌效率高达99％以上，而且杀菌时间非常短，如当紫外强度为3×104 μW/cm2时，紫外线杀灭病毒及细菌约需0.1～1 s的接触时间、杀灭霉菌孢子需1～8 s、杀灭藻类需5～40 s，而氯消毒则需要30～60 min，臭氧消毒需15～30 min。

现代紫外线消毒装置可达（3～30）×104 μW/cm2的光强度，因此常见细菌、病毒、霉菌、藻类、孢子甚至原生动物都可以被有效杀灭[5]。

可见，紫外线消毒技术在杀菌上有明显的优势。

(2)广谱性
紫外线杀菌技术具有杀菌广谱性。

氯对常见细菌、病毒的杀菌具有选择性。

臭氧的杀菌选择性比氯好，但化学消毒因受浓度控制而无法在水中提供可能的大剂量。

紫外线几乎对所有的细菌、病毒都能高效率的杀灭，特别是对一些对人类危害极大，而氯或臭氧无法或不能有效杀灭的寄生虫类都能有效杀灭[7]。

(3)不产生二次污染
从理论上讲，加入化学试剂净水，或多或少都会对水质产生负面影响。

紫外线消毒无需向水体投加任何化学药剂。

根据目前文献报道，还没有发现紫外线在消毒过程中会产生足够量的对人体有害的物质。

因此它不会对水体及其周围环境造成二产污染。

(4)无生物免疫力
紫外线杀菌技术不会使生物体产生免疫力。

它只是简单的破坏DNA链状结构的分子键，使细胞在有丝分裂的时候无法进行DNA的复制。

传统的氯化物消毒或臭氧消毒，长期使用会使生物体产生免疫力，从而使消毒效果下降，难以达到水处理要求。

(5)投资运行成本低
紫外线消毒投资成本比氯消毒低的主要原因之一是土建投资低。

其运行费用主要为电费，维修费用包括更换灯管、镇流器、灯套管的费用及清洗液费用、人工费等。

以美国污水紫外线消毒系统与氯消毒系统的平均年运行、维护费用比较，当消毒水量为3785 m3/d时，氯消毒系统的费用是紫外线消毒系统的6.3倍[6]。

(6)其他优点
与传统的消毒方式相比，紫外线消毒还具有运行安全性高、安装操作简便、可连续大量消毒等优点。

2.2.紫外线消毒存在的问题
紫外线消毒虽然具有诸多优点，但在应用中也存在一些不足之处，如光复活、穿透力低、没有持续消毒能力等，只有对这些缺点进行深入分析并给出一定的解决方案，才能为其更好地应用于实践扫清障碍。

(1)光复活
紫外线通过破坏微生物体内的遗传物质核酸来达到消毒效果，但微生物自身具有修复机制，紫外线照射后微生物的紫外线损伤能被可见光所逆转，称为光复活现象。

张永吉等[7]考察了大肠杆菌在可见光下的光复活情况，结果发现在紫外线辐照度为0.1 mW·cm-2、紫外线剂量分别为5和10 mJ·cm-2时，光复活率分别高达84.5％和45％。

由此可见，光复活现象导致出水的微生物指标不能达
到标准。

为了降低微生物的光复活率，一般采用提高紫外线剂量及照射强度的方法以减少光复活带来的负面影响。

但此方法有增加消毒时间、增加投资等缺点。

(2)穿透力低
紫外线的穿透力低，水的色度、浊度、有机物等都会吸收紫外线，影响消毒效果。

另外水体中的生物群、悬浮物等易积聚在灯套管的表面，影响紫外光的透出。

因此，采用紫外线消毒时需要对原水进行预处理。

并通过改变流速，优化灯管布置等来提高水与紫外线的接触时间，以保证出水水质。

另外还要注意要定期对灯套管进行清洗。

(3)没有持续消毒能力
化学消毒由于水体中有残留消毒剂的存在，所以水体可长时间保持消毒状态。

紫外线消毒属于物理瞬间消毒技术，没有持续消毒能力。

通常采用UV与其它消毒剂联合消毒。

如氯、氯胺及二氧化氯等。

研究表明[8]，臭氧及二氧化氯消毒剂与紫外线联用消毒效果要优于氯气与紫外线联用。

但考虑到臭氧及二氧化氯的消毒成本较高，且监测手段复杂，现阶段还较难得到实际应用。

(4)紫外线消毒标准有待完善
由于采用紫外线消毒是最近几年才在我国快速发展起来的，所以其相关国家标准，管理办法等还不健全，与紫外线消毒相关的标准目前只有《城市给排水紫外线消毒设备》(GB/T 19837-2005)，《生活饮用水紫外线消毒器》(CJ/T 204-2000)等少数几个而且主要是针对消毒设备的，没有完整的有关标准。

3.结语
紫外线消毒技术由于具有不对水体产生污染、操作系统安全、投资运营成本低以及杀菌效率高等优点，在西方国家已成为给排水领域的主要消毒技术。

目前，对于紫外线技术在给水处理中应用研究非常活跃，并且已有较多的应用实例。

国内紫外线消毒技术的研究和应用尚处于起步阶段，研究紫外线消毒设备及工程系统，对提高我国的用水安全性具有重大意义。

参考文献：
[1] 张永吉, 刘文君. 紫外线对自来水中微生物的灭活作用[J]. 中国给水排水, 2005, 21(9): 1-4.
[2] Steverr T S. Ozonation and UV irradiation an introduction and examples of
current applications[J]. Aquacultural Engineering, 2003, 28(2): 2l-36.
[3] 边凌飞, 杜璋璋. 饮用水的消毒技术及发展[J]. 济宁师范专科学校学报, 2004, 25(6): 9-11.
[4] Havelaar A H, Meulemans C C E, Pot-Hogebonm W M, et a1. In-activation of bacteriophage MS-2 in wastewater effluent with monochromatic and polychromatic uhraviolet light[J]. Wat. Res., 1990, 24(11): 1387-1393.
[5] 陈健, 王长生, 张国占, 等. 紫外线消毒技术在给排水中的应用[J]. 中国给水排水, 2002, 18(7):29-31.
[6] 安得利. 紫外线杀菌器[J]. 制冷技术, 2006, (2): 59-60.
[7] 张永吉, 刘文君. 紫外消毒对光复活时大肠杆菌活性的影响[J]. 中国给水排水, 2006, 22(17): 46-49.
[8] 郭建伟, 张永吉, 高乃云, 等. 紫外线相关消毒工艺在饮用水处理中的应用[J]. 水处理技术, 2009, 35(7): 5-8.。