紫外线相关知识.doc

紫外线消毒技术自20世纪以来，已被广泛应用于水处理工艺之中，有较长的历史。紫外线消毒原理（Mechanism of UV disinfection）: 水处理紫外线消毒能有效和快速地对水进行杀菌消毒，不需要加热和使用含有害成份的化学品，处理后的水质无异味。微生物的蛋白质RNA（核糖核酸）和DNA（脱氧核糖核酸）能吸收紫外线，紫外线（波长为254nm）能使微生物DNA的碱基对发生聚合，阻止蛋白质合成而使微生物不能繁殖，最终导致细胞死亡。紫外线消毒是依靠纯物理作用，与氯、二氧化氯和臭氧等化学消毒剂不同，在消毒过程中，紫外线不会产生任何副产物。紫外线的优点（1）紫外线消毒技术有较高的杀菌效率紫外线对细菌，病毒的杀菌作用一般在1-5秒以内。其它化学方式（氯气，二氧化氯和臭氧等）消毒达到相同的杀菌效果一般需要30分钟（min），甚至更长时间的接触时间，才能起到消毒效果。（2）高杀菌效能紫外线消毒相当广泛，它对大多数致病微生物体、细菌、病毒等都能起到高效杀灭作用。（3）无二次污染存在 由于紫外线不使用任何化学药剂，因此它不会对水体和周围环境产生二次污染。（4）运行成本低，维护简单，操作简易，费用低（5）设备所占空间小 紫外线杀菌器体积小，轻便易安装的特点使它能就近安装在任何有水源和电源的地方，只需连接设备进出水口和接通电源，就能运行。通常设备的维护包括每三个月清洗一次石英玻璃套管和每年更换一支紫外线杀菌灯管。（紫外线灯管更换周期推荐为每使用8000小时后更换，约连续使用12个月），电子镇流器至少每三年更换一次。使用紫外线存在的不足（1）无持续杀菌能力 化学方式消毒（氯，臭氧等）由于在水中有残留消毒剂的存在，可长时间的维持消毒效果。但紫外线消毒是物理消毒技术，消毒后没有持续消毒效果，因此存在单独使用无法保证水源在长距离输送过程中，微生物体的二次污染和再生长的问题。（2）进水水质（源水水质）限制 水质条件（透光率，浊度及水中悬浮物SS）对紫外线消毒有很大的影响。 紫外线消毒对进水水质有严格要求： 细菌指标:源水中总大肠菌群值小于1000个/L，细菌总数小于2000个/mL色度小于15度总铁含量小于0.3mg/L浊度小于5度（3）微生物体光复活存在：在足够高的紫外线剂量情况下午，失活的病毒和细菌等是不会复活的，但紫外线剂量不足时，被紫外线辐射后失活的病毒和细菌可通过光的协助修复自身被破坏的组织（光修复），甚至靠本身修复自身（暗修复），重新生长。（3）工作条件：水温对紫外线穿透率影响 环境温度影响紫外线灯的辐射强度，从而影响消毒器的消毒效果。温度在540的范围内对消毒效果的影响变化是随温度的降低，紫外线灯的输出会减少，低于5时甚至会造成灯管启动困难。紫外线应用 由于紫外线消毒在水处理方面的突出优点（安全经济，消毒快捷，不污染水质，操作方便等，目前已被全世界上公认为最佳消毒净化方式之一），全球各地，尤其在欧盟及北美许多国家已将其列为用水终端（Pou）及小型给水系统中的首选消毒方式，给众多行业提供优质洁净用水。（1）杀菌消毒 通过波长254nm紫外线光破坏生物体细胞的生命核心DNA，阻止其细胞繁殖，从而达到消毒目的。（2）消除臭氧（ O3 ）在工业水处理系统中臭氧常被运用于消毒和净化水体，但其有极强的氧化能力，水中剩余的臭氧必须去除，以免影响流程中下一段。通过254nm波长紫外线对分解剩余臭氧非常有效，它能有效把臭氧催化为无害的氧气。（3）降除总有机碳（TOC）在工业超纯水系统和实验室装置中，紫外线装置对于降解有机体有着非常有效的作用，波长185nm的紫外线比波长254nm的紫外线能更有效降低总有机碳。紫外线能量在不同层次的光化学激发中，提升自由基（自由氯氧），将有机物的各种化学键打破，从而产生连锁作用，将有机物氧化成水和二氧化碳。（4）糖浆消毒 在饮料及食品行业大量应用液体糖浆，但糖浆中容易滋生细菌，由于其不透明，很难彻底消毒。波长254nm的紫外线常被用来对液态糖浆进行消毒，通常紫外线杀菌设备筒体采用立式的装置。（5）冷却塔消毒 传统冷却塔循环水采用化学加药方式，其化学处理对环境有影响，通过对其旁路循环系统用紫外线消毒杀菌，能有效控制微生物繁殖，如与过滤系统一起使用，效果更佳，但仍然需要保留一定的杀菌药剂浓度，应用紫外线能大大降低化学药剂使用量。（6）游泳池和SPA循环系统 一直以来，游泳池循环水系统均采用投药方式进行消毒杀菌，通过采用紫外线系统的运用，能减少50%及以上的化学药剂的投药量。紫外线能量光是一种电磁的放射线，或者辐射能量呈波纹状传输。紫外线能量在电磁光谱位于可见光和X 光中间，被定义为不可见放射线。紫外线在水处理应用中，紫外线能量被细分为下面两种不同的波长 254nm 和185 nm。（1nm=.001 miron) 光化学中常见的波长范围是100-1000nm(100,000-10,000-1),波长大于1000nm的光子能量很低，被吸收时不能产生化学变化。而波长小于100nm的光子能量很高，能够电离和分子断裂，主要用于辐射化学。光化学波长范围被分成了几个波段，并分别命名。 除了光合细菌能够在波长980nm以外存储太阳能，在近红外范围内很少发生光化学反应。可见光范围是绿色植物和藻类进行光合作用的活跃区域，许多染料能够发生光化学转化或感光反应。光化学的研究应用主要集中在紫外范围，根据人皮肤对紫外线的敏感度将紫外线范围分成三段：UVA段使皮肤变黑；UVB段造成皮肤晒伤，且会导致皮肤癌；UVC段非常危险，因为它能够被蛋白质、DNA、RNA吸收，导致细胞变化，癌症或细胞死亡。UVC段通常也称杀菌波段，因为它能使细菌和病毒失活。真空紫外线波段能被所有的物质吸收（包括水和空气），因此，它只能在真空中传播，真空紫外光子的吸收能造成键的断裂。紫外线剂量能够有效杀灭微生物，TOC或者臭氧的具体能量，称作紫外线剂量。计量单位是W-Sec/cm2 or mW-Sec/cm2 (1W-Sec/cm2 = 0.001 mW-Sec/cm2 =0.000001W-Sec/cm2)紫外线剂量=紫外线强度 x 照射时间其中，紫外线剂量是指落在某一指定表面每单位面积上的紫外线光辐射能量。照射时间是指被处理液体暴露在特定的紫外线能量的持续时间。科学界已经记载了消灭不同微生物所需要的最少紫外线剂量（D10)，见表A。能够达到消灭90%的特定微生物的紫外线辐射剂量叫D10-在该剂量下，只有10%的微生物可以生还。加倍剂量就可以达到消灭超过99%的微生物。 例如，取E. Coli (D10=6600W-Sec/cm2) 达到消灭99.99%的微生物的剂量可以通过以下的公式计算。紫外线灯管寿命 一般来说，紫外线灯管不会象日常用的日光灯那样会烧毁。 反而，特殊的石英套管材料会出现一种光化学老化过程叫老化作用。这个变化会减少辐射到水中的紫外线能量。参考图B显示了一个典型的紫外线强度下降和点亮时间的相对关系。紫外线传导紫外线在穿透物体的时候，能量会被吸收。 超过95%的紫外线能量会穿过质量好的石英套管。紫外线在水中的穿透率会因水中未溶解物和悬浮固体的类型和数量的不同而变化。通过取样和测试，液体对254纳米紫外线能量的吸收能力参数-称作有效吸收值（C of A）可以被测定。其它因素水流模式：为了取