紫外线技术处理废水综述

紫外线技术处理废水的综述前言水是人类生存的基本条件，又是国民经济的生命线。

虽然地球上的水量很多，但可利用的却很少，因为自然界有97%以上的水分布在海洋中，水资源中的淡水仅占总水量的2.53%，而目前能供人类直接取用的淡水资源仅占0.22%。

随着人口和经济的增长，一方面人类对水的需求量和品质要求越来越高，另一方面，水污染的范围和程度也越来越大。

这已经成为制约社会经济可持续发展的主要因素。

解决水资源短缺和水污染的一个主要途径在于废水处理。

为了确保这些用水的质量，需要采用先进的水净化工艺和技术。

在水净化工艺中，消毒是确保水质质量的重要环节。

消毒是水处理中的重要工序，《室外给水设计规范》ＧＢＪ13-86(1997年版)中规定:“生活饮用水必须消毒”。

《室外排水设计规范》虽没有明确规定，但在2000年6月5日由建设部、国家环境保护总局、科技部联合发出的“关于印发《城市污水处理及污染防治技术政策》的通知(建城[2000]124号)”中规定“为保证公共卫生安全，防治传染性疾病传播，城市污水处理设施应设置消毒设施”。

因此污水处理出水的消毒不再是可有可无的了。

由于污水中含有大量细菌及病毒，污水处理厂应把好最后一道关，尽可能杀灭致病菌。

目前，国内外普遍采用的水消毒技术有臭氧消毒，氯消毒(如次氯酸盐、氯气等)，紫外线消毒、二氧化氯消毒，过氧乙酸和电离辐射消毒等[1]。

虽然氯气和次氯酸盐消毒技术的成本最低[1]，但是氯消毒过程中会产生有害的副产物，如三卤甲烷等。

而紫外线消毒具有不向水中投加任何化学药剂；不产生任何有毒有害副产物；处理时间短；装置简单以及运行管理简便等优点，。

紫外线消毒最早应用于美国，由于其接触时间短、占用空间少、又不会产生对人畜有害的副产品，因此被认为是传统液氯消毒最佳的替代品。

1986年，美国环保署(ＥＰＡ)将紫外线消毒列入污水消毒设计手册，进一步推动了紫外线消毒替代化学消毒的进程。

紫外线污水消毒技术在国外经过20多年的发展，已经成为成熟可靠、投资效益较高的绿色环保技术，在世界各地各类城市污水的消毒处理中得到日益广泛的应用，成为替代传统加氯消毒的主流工艺技术。

为了解决今年非典型性肺炎疫情期间的消毒问题，国家环境保护总局发布的紧急通知中将紫外线消毒作为除加氯和臭氧外的另一种有效的消毒灭菌方法。

紫外线消毒在国内的污水处理厂中也得到了应用，因此是一种非常有发展前途的中小规模消毒方式。

本文将论述紫外线技术处理废水的原理，影响因素，存在问题，以及紫外线技术在国内外废水处理中的应用现状与发展前景等。

1.紫外线的性质与杀菌原理1.1紫外线的性质紫外线是指波长范围在200～400 nm之间的电磁波，紫外线的波长不同，具有的作用也不同。

如315～400 nm的紫外线，有附着色素及光化学作用，称为化学线；波长在280～315 nm的紫外线，有促进维生素生成的作用，特别有促进维生素Ｄ生成作用，称为健康线；而波长在200～280 nm之间的紫外线具有杀菌作用，称为杀菌线，紫外线消毒使用的就是这一波段的紫外线[2]。

1.2紫外线的杀菌原理紫外辐射对微生物有致死作用是由于微生物细胞中的核酸、嘌呤、嘧啶及蛋白质对紫外线辐射有特别强的吸收能力。

DNA和RNA对紫外辐射的吸收峰在260nm处，蛋白质对紫外辐射的吸收峰在280nm处，紫外辐射能引起DNA链上两个临近的胸腺嘧啶分子形成胸腺嘧啶二聚体(Ｔ=Ｔ)，致使DNA不能复制，导致微生物死亡，从而达到杀菌灭毒的目的[2]。

紫外线辐射杀菌灯是人工制造的水银灯，其杀菌力强而稳定。

紫外辐射杀菌力随其剂量的增加而增强。

紫外线辐射剂量是辐射强度与辐射时间的乘积，如果紫外线辐射杀菌灯的功率和辐射距离不变，则辐射时间就表示相对剂量[2]。

2.消毒技术的发展及其特点通常消毒方法可分为物理法和化学法。

物理法包括加热、紫外线、γ或Ｘ射线照射、分子筛等；化学法主要采用强氧化剂如氯气、二氧化氯、臭氧、高锰酸钾、氯胺、次氯酸等化学药剂。

长期以来，由于化学法具有容易实现、成本低的优点，所以使用较多，而液氯作为廉价的消毒剂有着最广泛的应用。

从理论上分析，消毒剂消毒能力的大小取决于单位摩尔物质得电子的能力。

因此消毒能力依次为:O3>ＣｌＯ2>ＣｌＯ->Ｃｌ2>氯胺>ＫＭｎＯ4 ，从实际使用成本分析由高到低为:ＫＭｎＯ4>ＣｌＯ->Ｏ3>ＣｌＯ2>氯胺>Ｃｌ2 [3]。

在上述消毒剂中ＫＭｎＯ4消毒能力差、价格高，工程中很少单独使用；Ｏ3，Ｃｌ2及ＣｌＯ-都可以氧化有机物，但ＣｌＯ2对氨氮无氧化作用。

其中液氯使用得最多，其余氯具有持续消毒作用，且药剂易得，成本较低，工艺简单，技术成熟，操作简单，不需要庞大的设备。

但氯气是一种具有强烈刺激性的有毒气体，在运输和使用过程中易发生泄漏和爆炸。

而且氯氧化性强，易与水中有机物发生反应，对消毒产生干扰，另外其反应产物卤化烃、氯仿、三氯甲烷、多氯联苯等物质对人畜有毒害，许多还是“三致”物质[4]，现在国际上许多国家和地方政府已限制氯及其衍生物的使用。

二氧化氯较液氯杀菌效果好，不易生成有机氯化物等“三致”物质，但二氧化氯是不稳定的化合物，对温度、压力和光较敏感，遇火花和有机物易爆炸[5]。

二氧化氯使用时要现场制备，而且仅有20%二氧化氯在消毒过程中有效。

另外，二氧化氯发生器规模较小，如何运用于加氯量较大的污水处理厂成为一个问题。

臭氧有强氧化能力，接触时间短，杀菌和杀灭病毒效果好，不会造成臭味异味，能提高溶解氧，尚未发现有害人体健康的产物。

但操作要求高，设备复杂，电能消耗大，基建投资和运行成本高[5]。

基于上述原因，紫外线消毒技术在污水处理领域开始崭露头角。

紫外线消毒技术早在1900年便已存在，但过去很少有运用于污水处理的实例。

近年来，该技术逐渐推广，1995年紫外线消毒技术在美国污水处理中的应用已达5%，并呈逐年上升趋势[2]。

近来，由于采用紫外线消毒具有不需投加任何化学药剂，不改变水的成分和结构，消毒时间短，杀菌范围宽效果好的优点，国际上一些对细菌排放有严格要求的地区，大多采用了紫外线消毒。

我国在紫外线消毒污水方面的研究还不多，只在部分医院及小型给水系统中有较多的应用。

紫外线消毒是利用紫外线所具有的高效光谱杀灭能力来杀死水中的细菌、病毒、寄生虫、原生动物等[6]。

该技术是物理方法，没有明显的化学处理工作，不需增加化学药品，不会造成任何二次污染，不残留任何有毒物质，不改变水的成分和结构，消毒速度快。

高强度的紫外线彻底灭菌只需要几秒钟，而臭氧与氯消毒则需10—20分钟。

一般大肠杆菌的平均去除率可达98%，细菌总数的平均去除率为96.6%。

与液氯消毒相比较，紫外线消毒的投资和运行成本较低，且操作简单，便于运行管理和实现自动化[4]。

所以紫外线消毒以其独特的优越性逐渐得到广泛应用。

3.紫外线消毒装置现有的紫外线消毒系统有敞开式的和封闭式的两种[7]，敞开式系统又可以分浸没式和水面式两种。

浸没式又称为水中照射法，将外加同心圆石英套管紫外灯置入水中，水从石英套管的周围流过，维修时使用提升设备将其抬高至工作面进行操作；该系统紫外辐射能的利用率高，灭菌效果好且易于维修，但受水位影响较大。

水面式又称为水面照射法，即将紫外灯置于水面之上，用平行电子管产生的平行紫外光对水体进行消毒；该方式使用的装置较简单，但能量浪费较大、灭菌效果差，实际生产中很少应用。

敞开式消毒系统受水的色度、浊度、水层厚度、辐射时间等因素的影响较大。

封闭式紫外线消毒系统则用金属筒体和带石英套管的紫外灯把被消毒的水封闭起来。

该系统较敞开式受水质影响小。

敞开式和封闭式两种系统的紫外线灯管外罩密封石英套管，都可以与水流方向垂直或平行布置。

平行系统水力损失小，水流形式均匀；而垂直系统则可以使水流紊动，提高消毒效率。

4.影响紫外线消毒的因素4.1 紫外剂量紫外剂量是影响消毒效果的直接因素。

它等于紫外光强度与接触时间的乘积。

在相同的紫外光强度条件下，接触时间决定紫外剂量。

在大型污水处理厂中，由于水量大，接触时间得不到保证，因此用紫外线消毒的效率比小型污水处理厂差。

从理论上分析，紫外剂量越大，消毒越好，然而紫外消毒有一限值，超过此限值则不能经济有效地对额外的微生物进行灭杀。

如果分别考虑紫外光强度与接触时间对消毒效果的影响，可以发现，对于不同种类的微生物，两者的影响是不同的。

在紫外剂量相同的情况下，紫外光强度对于大肠埃希氏杆菌影响更大，这是因为细胞中的修复酶对紫外光强度更敏感；而对于真核酵母菌细胞来说，增加接触时间更有利于灭杀；当然对于更多的微生物，如噬菌体、孢子，把两者分开讨论是没有多大意义的，原因可能在于其在紫外线消毒过程中处于一种不活动状态。

因此没有必要确定最少的接触时间和最小的紫外光强度，两者的乘积才是影响紫外线消毒效果的必要因素[8]。

4.2 微生物的种类和负荷由于污水中细菌、病毒的种类繁多，且对紫外线的抗性不同，因此对于不同类型的污水，呈现出不同的消毒效果。

有些微生物对于紫外线比较敏感，去除率较高，如粪大肠菌(faecal coliforms)，而有些微生物则不然，需用较高的紫外剂量进行灭杀，如Ｆ-ＲＮＡ大肠杆菌菌体、铜绿色极毛杆菌(ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓａｅｒｕｇｉｎｏｓａ)。

微生物负荷是影响紫外线消毒效率的一大因素，较高的微生物量必然要求更高的紫外剂量。

目前，在紫外线消毒器的设计中，主要是灭活ＴＣ(总大肠菌)、ＦＣ(粪大肠菌)、Ｅ.ｃｏｌｉ(大肠埃希氏菌)、粪链球菌和沙门氏菌数量来估计紫外线剂量需求[8]。

4.3水质参数4.3.1 紫外透光率紫外透光率是废水透过紫外光能力的量度，它是设计紫外消毒系统尺寸的重要依据。

一般来说随着消毒器深度的增加紫外透光率降低.，另外当溶液中存在着能够吸收或散射紫外光的化合物或粒子时，紫外透光率值也会降低。

这就使得用于消毒的紫外光能量降低，此时可以通过延长接触时间或增加紫外消毒系统中的紫外灯的数目来加以补偿[9]。

4.3.2 悬浮固体悬浮固体是由数目、大小、结构、细菌密度和化学成分各异的粒子组成的，这些粒子通过吸收和散射紫外光使废水中的紫外光强度降低。

由于悬浮固体浓度的增加同时伴随着粒子数目的增加，另外有某些细菌还可以吸附在粒子上，而这种细菌最难被消毒。

所以，用于紫外消毒的废水出水的悬浮固体浓度要严格控制，一般推荐不超过20ｍｇ/Ｌ[10，11]。

4.3.3 粒子尺寸分配率溶液中所含粒子的大小不同则杀菌所需的紫外光的剂量也不同，这是因为粒子尺寸对紫外光的穿透能力有影响的结果。

尺寸小于10μｍ的粒子容易被紫外光穿透，因而紫外光的需求量低；尺寸在10～40μｍ之间的粒子可以被紫外光穿透，紫外需求量增加，而尺寸大于40μｍ的粒子则很难被紫外光穿透，紫外需求量比较高，所以在实际生产过程中为了提高紫外光的利用率应对二级处理出水过滤，去除掉大粒子之后再进行消毒处理[12]。