紫外线消毒器在水处理消毒中的应用

摘要：紫外消毒的杀菌原理是利用紫外线光子的能量破坏水体中各种病毒、细菌以及其它致病体的DNA结构，使各种病毒、细菌以及其它致病体丧失复制繁殖能力，达到灭菌的效果。紫外C杀菌的效果取决于紫外线的剂量；

紫外线消毒在水处理中的应用

    紫外线消毒zui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*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。

一、现代紫外线消毒技术简介

    紫外线一般被分为三个不同波段：紫外A（315nm～400nm）、紫外B（280nm～315nm）和紫外C（100nm～280nm）。紫外灯的杀菌能力取决其发射光谱中紫外C的含量，紫外C是杀菌效果的紫外波长范围。在该波段中260nm 附近已被证实是杀菌效率zui高的，目前生产的紫外灯的zui大功率输出在253.7nm波长。

该波长输出在目前世界顶极紫外灯中已占到紫外能量的90%，总能量的30%，由于高强度、率的紫外C存在，紫外技术已成为水消毒领域一个具有相当竞争力的技术。

紫外消毒的杀菌原理是利用紫外线光子的能量破坏水体中各种病毒、细菌以及其它致病体的DNA结构，使各种病毒、细菌以及其它致病体丧失复制繁殖能力，达到灭菌的效果。紫外C杀菌的效果取决于紫外线的剂量，紫外线剂量取决于紫外C强度和照射的时间，即D=I×S，其中D为剂量，I为强度，S为照射时间。

二、现代紫外线消毒技术的优势

1）率杀菌

   具有较高的杀菌效率，紫外C对细菌、病毒的杀灭作用一般在1秒以内，传统的氯气以及臭氧方法，达到紫外C的杀菌效果一般需要20 分钟至1小时。

2）杀菌广谱性

    紫外C技术在目前的消毒技术中，杀菌的广谱性相当高，它对几乎所有的细菌和病毒都能率杀灭，并且对一些危害较大，而氯气和臭氧在水消毒可能的浓度内很难有效杀灭的原生动物都能有效杀灭。

3）无二次污染

    由于紫外C技术不加入任何化学药剂，因此它不会对水体和周围环境产生二次污染，不改变水中任何成分。而对氯消毒来说，如果水中含有大量的有机物，其产生的有机氯对人体有致癌作用，并且水中含有的氯化合物在某些场合下，对水中生物、植物以及水环境产生危害。

4）运行安全可靠

    传统的消毒技术如采用氯化合物或臭氧，其消毒剂属于剧毒、易燃、易爆腐蚀性物质，这些物质的使用必须特别小心，现代紫外水消毒系统是一种对周围环境以及操作人员相对安全可靠的技术。

三、影响紫外线消毒效果的因素

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zui少的接触时间和zui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。

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。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。

3. 水质参数

3.1 紫外线的穿透率（UVT）

    一般来说,紫外线的穿透率越低,消毒效果越差。穿透率与上游处理工艺、来源以及水中工业化合物的成分有关。法国的一家污水厂运行紫外线消毒系统后表明:当UV输出功率为26.7wuvc ,穿透率< 40%时,经紫外线消毒后的微生物数有可能超标,而在穿透率>55% ,并且COD和SS的值都比较低的情况下,可以获得较好的消毒效果。

3.2 总悬浮物（ TSS）

    总悬浮物对紫外线消毒的影响主要表现在:（1）悬浮颗粒吸收并分散了紫外能量, （2）微生物隐藏在颗粒中受到保护,避免了紫外线和化学药剂的破坏。如果通过膜法过滤,再用紫外线消毒,那么所需紫外线剂量大大减少,同时消毒效果也有很大提高。在比较国内与国外紫外线消毒性能差别时,有观点认为:国外水处理厂出水的SS < 10mg/ L ,而国内处理出水SS为20～30mg/L，这方面的差异使得国内污水厂在使用紫外线消毒后的杀菌效果较差。

3.3 颗粒物的尺寸分布（PSD）

    颗粒物的尺寸分布影响紫外线的消毒效率。当颗粒物粒径超过某一临界值时,紫外剂量随着污水中颗粒物粒径的增加而增加。对于某些致病微生物,由于其易结成大颗粒的团状物,在处理这类污水时,紫外线消毒的效率不高,并受到了一定的限制。

3.4 水力负荷

    影响紫外线消毒因素还有处理流量,当水量突然增大时,紫外线接触时间短,需要更强的紫外剂量。而紫外线系统通常根据zui大峰值流量设计,当水力负荷大时,出水水质较平时差,杀菌率无法保证。

3.5 其它影响因素

    铁离子化合物也被认为会影响紫外线消毒,它可以降低紫外穿透率,为微生物提供一道保护屏障,增加消毒阻力,增加有清洗装置的石英套管结垢。

紫外线消毒法与其它几种消毒方法比较起来，接触时间短，成本低，不需要投加药/品，无二次污染。可以很快大范围推广。

四、紫外线消毒法未来的发展

在国内,虽然工程上已经逐渐开始使用紫外线系统,但是对于紫外线消毒技术的研究并没有*开展起来,对于紫外线消毒在污水处理中的应用还有许多的难题,如: 

1）由于我国污水处理厂出水的水质与国外存在很大的不同,影响紫外线消毒性能的因素又是如此之多,如何更好地发挥紫外线消毒系统的性能; 

2） 目前在国内使用紫外线消毒系统的都是小型污水处理厂,如何更好的应用到大型污水处理厂;

3） 传统的加氯接触池已被证实可以改造成紫外线消毒系统,然而较长的出水渠使得光复活作用比较明显,如何降低这种影响;

4） 利用紫外线消毒与其他消毒方法的联用,是否可以灵活应用于其他工业废水的处理等等。这些都需要进一步的研究,并不断推广应用。

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