紫外杀菌的技术优点及影响因素

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紫外杀菌的技术优点及影响因素

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紫外杀菌技术在近几十年来被广泛应用于工业纯水和高纯水的制备过程中，其高效、无副产物、操作简便等优点使其成为水处理领域的重要技术。本文将详细介绍紫外杀菌的技术优势及其影响因素。

紫外杀菌的技术优点

1. 高效广谱性

当紫外强度为3×10⁴ μW/cm² 时，紫外线杀灭病毒及细菌约需0.1～1s 的接触时间，杀灭霉菌孢子需1～8s, 杀灭藻类需5～40s, 而氯消毒则需30～60min 的接触时间，臭氧消毒需10～20min 。现代的紫外线消毒装置可以很容易达到 (3～30)×10⁴μW/cm² 的光强度(甚至更高)，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。

氯对常见细菌、病毒的杀菌具有很大的选择性，特别是对各种病毒，臭氧的杀菌选择性比氯好，但是化学消毒因受浓度控制而无法在水中提供可能的大剂量，故对孢子、藻类以及各种原生动物的杀灭效果较差。而紫外线消毒技术对采用化学消毒难以杀灭的病原体都能在几秒或几十秒内100%杀灭。

2. 无消毒副产物

对饮用水的氯消毒会产生大量三卤甲烷 (THMs) 副产物，目前在美国 EPA 的饮用水标准中有20种以上卤代有机物的含量被严格控制。在污水消毒中采用氯技术产生的卤代副产物问题将更为严重，以ClO₂ 消毒虽可解决此问题，但消毒成本大增，故目前西方国家基本上不在市政污水消毒中使用ClO₂。

而紫外线消毒因无需添加化学药品而不存在外来化学药品与水中化合物相互作用的问题，基本上不改变水的物理化学性质，对纯水不会产生带入附加物所引起的污染。根据目前的文献报道，还没有发现紫外线(特别是在253.7nm 处 ) 在消毒过程中会产生足够量的对人体有害的物质。通过杀菌后很快就通过0.1~ 0.45μm 微孔滤膜或超滤，死菌残骸全部被截留。

3. 操作方便经济

能适用于各种水流量下使用，操作简单，使用方便，只需定期清洗石英套管和更换灯管即可。装置体积小、耗电省，使用寿命长和便于自动化。

使用紫外线杀菌所存在的问题是由于纯水输送系统中不可能有“余氯”作用，从而会产生细菌的再污染和再繁殖，而高纯水制备中，不允许水中还存在“余氯”,而且液氯的运输、贮存和使用都比较麻烦，因此不能用加氯杀菌法。随着电子工业纯水水质要求的迅速提高、纯水用量的大幅度增加，该矛盾在大中型纯水输送系统中会日益明朗化。因为紫外线杀菌法不能提供剩余杀菌能力，当处理水离开反应器后，一部分被紫外线杀伤的微生物在光复活机制下会修复损伤的DNA 分子，使细菌再生。

影响杀菌效果的一些因素

1. 紫外灯的类型、性能对灭菌效果的影响

有实验报道，用高硼紫外灯和石英紫外灯对已知不同种类细菌进行照射灭菌，结果在高硼紫外灯照射下细菌存活率低于石英紫外灯照射下的存活率。紫外灯的性能也是影响灭菌效果的重要因素，实践表明，低压汞灯波长253.7nm 的紫外线具有最佳杀菌效果，该灯发出的紫外线能量可占到全部能量的80%以上，因此目前世界上工业所用紫外线杀菌装置均采用低压汞灯。

2. 安装位置

灯管与被照射点之间的距离对紫外线强度有影响，强度系数随距离的增加而减小。灯管发出的紫外线穿过石英套管造成一定的衰减，紫外线杀菌器的安装位置离使用点越近越好，但是也应该留有从一端装进或抽出石英套管和更换灯管的操作空间。同时也由于被杀死的细菌尸体污染纯水，因此一般要求在紫外杀菌器后面加装过滤器，且要求滤膜孔径≤0.45μm。

3. 处理水流量

在同一个杀菌器中，当紫外线辐射能量一定，水中细菌含量变化不大时，通过杀菌器的水流量大小对于杀菌效果有着重要影响，处理水量越大、流速越快，则被紫外线照射的时间就越短，细菌被照射的机会就相对减少，杀菌效果相应降低。若处理水量相同，原水中细菌含量越高则相对除去率就会相应增大，但是出水水质的合格率也会有所降低。

4. 待处理水的物理化学性质

由于紫外线穿透能力比较低，水的色度、浊度、总铁含量对于紫外线都有不同程度的吸收，这些因素的存在都会使紫外线杀菌效果受到影响，待处理水的色度对紫外线透过率影响最大，其次是浊度，铁离子也有一定影响。水的吸收系数越高，紫外光到达距离最远处的水的辐射强度越弱，杀菌效果越差；由于光子不能透过固体物质，故水中悬浮颗粒的存在会降低紫外线的杀菌效果；水的硬度对紫外线的吸收很小，而且高纯水制备中原水的硬度都相当低，因此硬度的影响可以忽略不计。

紫外线杀菌器对水质的要求一般为：色度小于15度，浊度小于5, 总铁含量小于0.3mg/L, 细菌含量≤900个/mL 。一般来说在高纯水的制备消毒中的原水都能达到这种上述条件，否则要对原水进行预处理后再进行紫外线杀菌。

由于纯水系统均有严格的预处理工序，悬浮物质含量和色度都很低，对紫线的吸收系数都很小，透过率很高，因此纯水制备工艺中采用紫外线灭菌是很有效果的。

5. 紫外灯灯管点燃时间

灯管的紫外线效率与使用时间呈反比，使用时间越长，其效率越低。当灯管的紫外线强度低于25000μW/cm² 时，此灯管应予以更换。国外紫外线灯管的有效使用时间一般都在7500h 以上，由于测定紫外线强度比较困难，实际上均以使用时间来更换灯管。计数时除连续使用时间累计外，每开关一次灯管使用时间按3h 消耗计算。

6. 灯管周围的介质温度

紫外线灯管的辐射光谱能量和灯管管壁的温度有关，从而影响紫外消毒器的消毒杀菌效果。一般情况下，汞灯的最佳辐射温度大约为40℃,此时紫外灯辐射的紫外线能量最高。灯周围介质(如水)温度低于或高于此温度时，都会使其功率有不同程度的下降，低于5℃时甚至会造成灯管难以启动和正常工作。

7. 电压

汞灯的效率也依赖于所提供的电压。当电源电压变化时，紫外线灯的辐射强度随电压的升高而增强，消毒器的能力加大。消毒器的供电电压应稳定在 (220±10)%的范围内，在此电源电压的波动范围内，消毒器的消毒能力将在 15%～20%之间变化。保持供电电压的稳定，对于保证获得所需紫外线能量以及整个杀菌工艺的正常运行具有重要作用。