紫外消毒

紫外线技术在水处理领域的应用及未来趋势

更新时间：2007-10-25 18:33来源：北京安力斯科技发展有限公司作者: 阅读：928网友评论1条

1 .概述

紫外线是波长在100-380nm的电磁波，根据其波长及功能的不同，又分为四个波段，即UV-A （315-380nm），UV-B（280-315nm），UV-C（200-280nm）和V-UV（真空紫外线，100-200nm）。UV-A能使人的皮肤产生黑色素；UV-B可令皮肤起皱纹老化，有致癌作用；UV-C是具有有效杀菌效果的紫外线；V-UV中的185nm波长的紫外线能产生臭氧。

紫外线消毒是一种基于现代防疫学、光学、生物学和物理化学的消毒技术，利用特殊设计的紫外发生装置，产生的UV-C照射流水（空气或固体表面），当水（空气或固体表面）中的各种细菌、病毒、寄生虫、水藻以及其它病原体受到一定剂量的UV-C辐射后，其细胞中的DNA（脱氧核糖核酸）或RNA（核糖核酸）结构受到破坏，使其丧失复制和繁殖能力，因细菌、病毒的生命周期一般都很短，不能繁殖的细菌、病毒就会迅速死亡，从而在不使用任何化学药物的情况下达到消毒和净化的目的。

紫外线技术用于水处理领域的历史很早，1910年法国马赛的一家自来水厂就采用过紫外消毒工艺。之后由于紫外消毒本身的技术问题（如灯管寿命短、穿透率低），以及投资和运行成本较高等原因，紫外线技术在水处理领域的应用一直进展缓慢。

从20世纪70年代开始，UV消毒技术逐步开始应用在给排水消毒领域，这主要是由于人们认识到了消毒副产物危害的认识。同时由于紫外光灯关键技术的突破，使得UV消毒系统的可靠性大大提高，设备使用寿命长，能耗降低，运行费用也大为下降。因此20世纪90年代紫外消毒技术在欧美国家得到了迅速的发展和推广应用。

我国国家环境保护总局和国家质量监督检验检疫总局于2002年12月24日颁布的《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB l8918-2002)中首次将微生物指标列为基本控制指标，要求城市污水必须进行消毒处理，该标准的颁布为紫外消毒技术的推广应用提供了契机。2003年5月4日，国家环境保护总局要求城镇污水处理厂出水应结合实际采取加氯或紫外线、臭氧等消毒灭菌处理，由此可见紫外消毒已成为污水处理厂出水消毒的规范化手段之一。中国建设部于2005年11月通过《城市给排水紫外线消毒设备》标准，规范了紫外消毒设备的应用和技术要求，同时也为紫外消毒技术在生活饮用水、饮用净水、城镇污水处理厂出水、城市污水再生利用水、工业废水处理等领域的应用奠定了基础。

2. 紫外线的功效

紫外线的作用很广，在水处理领域的主要功能包括三个方面：即广谱杀菌、有效杀灭贾第鞭毛虫与隐孢子虫，以及高级氧化功能。

紫外线属广谱杀菌射线，在足够的照射剂量下，能杀死一切微生物，包括细菌、结核菌、病毒、芽孢和真菌，并且杀菌速度快，大多数都是在1秒之内。

另外，紫外线消毒技术对近些年发现的致病性病原微生物贾第虫和隐孢子虫也具有良好的灭活效果。使用低压汞灯和中压汞灯均能有效地灭活隐孢子虫，38mJ/cm2的辐射剂量就能达到99.99%的杀灭率。

紫外线还具有高级氧化功能。波长为185nm的真空紫外线（V-UV）能产生臭氧，臭氧是一种强

氧化剂，能破坏存在于空气中或水中的微生物的细胞壁，使微生物立刻死亡。另外紫外线近年来被广泛应用于光催化氧化和光化学氧化。

3.水处理领域的三大技术难题

随着人们安全意识、环保意识的提高和水质标准的不断严格，传统的水处理技术（包括消毒技术）已经难以满足新的水质要求，目前存在的技术难题主要有三个方面：一是广泛应用的氯消毒所产生的消毒副产物问题；二是贾第鞭毛虫和隐孢子虫的抗氯性问题；三是水中的有机物特别是难降解有机污染物越来越多，常规的生物处理方法难以去除。

3.1 消毒副产物

给排水领域的消毒技术大体上可以分为物理消毒和化学消毒两大类。物理消毒法有紫外线消毒、膜过滤、加热、冷冻、辐射和微波消毒等；常用化学消毒剂有氯、二氧化氯、臭氧、氯胺等。

氯对细菌的作用是破坏其酶系统，导致细菌死亡，对病毒的作用主要是对核酸破坏的致死性作用。20世纪70年代后，人们发现饮用水氯消毒后，水中含有具有致癌、致畸、致突变的THMs等有害消毒副产物，从而影响饮用水水质安全性。至今已知的消毒副产物已经有500种以上，但是绝大多数的浓度只有微克/升，其中对于THMs的致癌性已有共识，其它大部分具有一般毒性，部分具有致突性。

臭氧消毒主要是利用其强氧化性，破坏微生物的细胞壁使其立刻死亡。臭氧消毒本身不产生卤代烷，但是生成的其它消毒副产物如醛、酮、醇等若经氯化，也会产生三卤甲烷。

为了避免有害消毒副产物的产生，采取的主要途径有：(1) 预处理去除THMs前驱物(主要是富里酸和腐殖酸等有机物，彻底清楚难度非常大)；(2) 采用其它消毒方法。

为此，人们把目光集中到紫外线消毒上。紫外线消毒不向水中增加任何物质、不增加水的嗅和味、没有副作用、不产生有毒有害的副产物、消毒速度快、效率高、操作简单、便于运行管理和实现自动化运行，这都是它优于化学消毒的地方。

3.2贾第鞭毛虫和隐孢子虫问题

隐孢子虫为孢子虫类的原生动物，寄生于哺乳动物、乌类及鱼类的胃肠道及呼吸道内，传染方式为经口腔摄入了隐孢子虫的卵囊，水是最重要的传播途径。隐孢子虫繁殖很快，从体内排出后又形成新的污染源。通常的人感染症状为腹痛、严重腹泻、食欲不振等。免疫力弱时严重的还会失去生命。贾第鞭毛虫和隐孢子虫一样寄生在人和动物中，感染贾第鞭毛虫的症状包括腹泻、胃涨、腹痛腹胀、恶心呕吐等。

据美国自来水协会统计，美国发生隐孢子虫事故10次，英国发生21次，加拿大发生4次，日本发生1次。水中贾第鞭毛虫和隐孢子虫引起的疾病爆发，被归因为市政自来水厂的加氯消毒。贾第虫和隐孢子虫具有抗氯性，特别是隐孢子虫，常规氯消毒几乎不起作用，欲灭活90%，需要80mg/L 浓度的氯接触90分钟，因此采用新的有效的消毒方式以保证饮用水安全性十分必要。

3.3 难降解有机物污染问题

冶金、化工、造纸与制药等行业所排放的难降解的有机污染物多含有多环芳烃、有机氯化物、氯代酚类及一些高分子物质，导致废水毒性大、难以被微生物降解、处理难度大等一系列问题，如何有效地处理这些废水是我国环境保护领域一直以来的重要研究课题. 高级氧化技术是一种可以有效地处理难降解有机废水的方法。即利用在一定条件下产生的具有很强氧化能力的自由基，如羟基自由基（·OH），其氧化电位非常高（3.06V），氧化能力强于臭氧（2.07V）和氯气（1.36V），能强化分解水中的有机污染物，可用于水源污染较重和水质要求较高的情况。

4 .紫外线技术在水处理领域的应用——问题与挑战