紫外杀菌原理及紫外设备应用现状

1、紫外杀菌原理及紫外设备应用现状摘要：对紫外杀菌原理和国内外紫外杀菌的应用情况进行了大致的阐述和分析，并对紫外杀菌在各方面的 运用做了简单的介绍。可以了解到紫外杀菌的发展历史、紫外杀菌的研究进展、紫外杀菌对微生物进行杀 灭的过程、紫外杀菌在运用时的理论依据及紫外杀菌技术存在的问题。由此对紫外杀菌有一个较为全面的 认识。关键词：紫外杀菌、杀菌原理、应用现状The principles and equipment application status of ultraviolet sterilizationAbstract: Roughly described and analyzed the pr

2、inciples and equipment application status of ultraviolet sterilization at home and around theworld, alsoit isa briefintroduction on the application of UV sterilization in all respects. By which we can see a lot of things about the UV sterilization: the history of development, the research progress,

3、the process to kill the microorganisms, the theoretical basis of usage, and the problems of technology. Then have a more comprehensive understanding of the ultraviolet sterilization.Key words: ultraviolet sterilization, sterilization principles, application status.20世纪70年代，紫外杀菌技术开始逐步应用于污水、工业消毒领域。90年

4、代随着关 键技术的突破1，更因其特有的环保洁净特性，因而在欧美国家得到广泛应用。目前，西方国家已经有约25%的工业和污水处理厂采用了紫外杀菌技术。我国在该技 术的研究方面与国外相比差距较大。一、紫外线杀菌原理紫外线是一种肉眼看不见的光波，存在于光谱紫射线端的外侧，故称紫外线。紫外线系 来自太阳辐射电磁波之一。是物质运行的一种特殊形式，是一粒粒不连接的粒子流。每一粒 波长253.7nm的紫外线光子具有4.9eV的能量囹。当紫外线照射到微生物时，便发生能量的传递和积累，积累结果造成微生物的灭活，从 而达到消毒的目的。当细菌、病毒吸收超过360065000uW/c皿剂量时，对细菌、病毒的去 氧核醣核

5、酸（DNA）及核醣核酸（RNA）具有强大破坏力，能使细菌、病毒丧失生存力及 繁殖力进而消灭细菌、病毒，达到消毒灭菌成效5。紫外线一方面可使核酸突变、阻碍其复 制、转录封锁及蛋白质的合成；另一方面，产生自由基可引起光电离，从而导致细胞的死亡。紫外线杀菌器杀菌原理是利用紫外线灯管辐照强度，即紫外线杀菌灯所发出之辐照强 度，与被照消毒物的距离成反比。当辐照强度一定时，被照消毒物停留时间愈久，离杀菌灯 管愈近，其杀菌效果愈好，反之愈差。二、国外紫外线消毒技术发展现状1）城市污水紫外线消毒的现状紫外线消毒技术最早应用于美国（1970年美国环保局完成了第一个污水紫外线消毒的示 范工程），现已在美国和加拿大

6、普遍应用。美国Village Creek污水处理厂是目前世界上最大 的紫外污水消毒项目，每天消毒处理136万吨合流管系溢流。正在建造的美国Villey Creek 污水处理厂投产后每天可用紫外线对227万吨污水消毒，将成为世界最大的紫外污水消毒项 目。加拿大安大略省水资源委员会（OWRC）于1965年和1969年分别对紫外线在HUMBER 河水的杀菌性能进行了评估，通过对污水和含有氧化铁自来水混合溶液的试验，证实了紫外 线完全可以灭活大肠杆菌，并产生大肠杆菌吞噬体。低剂量的紫外线对二级处理的污水消毒 时，不会产生有害副产品囹。1984年，WHITBY的研究表明紫外线比加氯消毒能更有效地 达到消

7、毒指标，紫外线处理污水对环境没有毒性7。1986年，美国环保署（EPA）将紫外线 消毒列入了污水消毒设计手册。目前世界各地有30多个国家和地区（北美、欧盟、亚洲、澳大利亚、新西兰及南美）的3000多家城市污水处理厂中得到应用，其中80%左右的设备安装在北美地区3。2）城市自来水紫外线消毒的现状世界上3000多家城市自来水厂使用了紫外消毒技术。紫外技术将成为全球城市自来水 处理的主要消毒技术。新的研究结果表明紫外消毒是目前最为经济有效地控制隐抱子虫等原 生动物的消毒技术，这些原生动物对加氯消毒有很高的抗药性。美国环保局已根据这些最新 研究结果修订了地表水和地下水处理标准，增加了对隐抱子虫的控制指

8、标；与此同时，美国 环保局将同时引进更为严格的消毒副产物标准。因此消毒标准将更为严格，而对化学消毒处 理及副产物的控制也更为严格8。这一举措将大大推动紫外消毒在自来水处理中的应用，因 为紫外消毒是目前唯一可同时满足这两个新标准的消毒技术3。美国的研究发现和环保局的 新的处理标准已对北美地区和欧盟地区的自来水处理产生重大影响，将几种消毒方式结合起 来使用的组合式消毒工艺一多屏障消毒策略北美和欧盟地区已被广泛认同，将成为未来自来 水消毒的大趋势。3）空气紫外线消毒的现状国际紫外协会（International Ultraviolet Association）2005年3月10日发布紫外空气和 表面

9、消毒系统指导方针概要（General Guideline for UVGI Air and Surface Disinfection Systems）。这个文件是国际紫外协会发布的一系列标准之一，是为了鼓励发展有效可靠的空 气处理设备，以控制和提高室内环境空气质量。三、国内紫外杀菌在食品工业中的应用现代中国食品工业包装材料的杀菌过程中应用最广泛的消毒方法是利用各种微生物对 高温的敏感反应，使用高温或热水达到消毒的目的。但该种消毒方法最大的缺点就是消毒设 备结构复杂,运行成本过高。在发达国家，用紫外线对包装材料进行杀菌已经成为应用最普遍 的杀菌方法。使用紫外线杀菌既降低了消毒设备的运行成本又不会

10、产生类似化学药剂的有毒 残留，是目前最经济有效、环保、安全的消毒方式。紫外杀菌灯是汞灯的一种，其灯管内部的激发态汞原子在跃迁时可以发出各种不同波 长的特征谱线。其中2 53.7n m谱线所含的能量可以有效破坏有机物分子D N A结构，使 有机物分子丧失活性或抑制有机物分子的持续分裂繁殖，达到杀菌的目的；18 5n m谱线在 空气中可产生臭氧，而臭氧也可以起到杀菌、除味的效果；1 8 5 n m的谱线还可以分解水中 有机物分子，产生氢氧自由基，并最终将水中有机物分子氧化为二氧化碳，达到去除有机物 的目的12。但是由于臭氧杀菌会在空气中造成一定的臭氧残留，而臭氧对人的身体具有一定 的危害性，所以在

11、食品包装材料的杀菌方式上我们更倾向于选择不可透射18 5 n m谱线的 （俗称无臭氧）紫外线灯，而可透射185nm谱线（俗称有臭氧）的紫外线灯则在去除食品存放空 间或厨房的异味方面具有不错的效果。以前，国内的相当一部分企业对紫外线的认识存在一定的误区，认为是用紫外线杀菌会 对食品生产线的操作工人产生伤害。事实上，紫外线属于电磁波的特性决定了它直线传播的 方向固定性，只要在紫外线灯和操作工人的相连直线之间加上防护板就可以使紫外线只对需, 要杀菌的包装材料产生作用，而不会对人体造成伤害13。至于某些企业担心的灯管爆裂会对 食品产生污染的问题，国际上更是早有解决的办法。一般企业会在灯管和包装材料之间

12、放置 超高机械强度、高透紫率的石英玻璃，或直接采用高端的紫外杀菌模块（包含高透紫率石英 玻璃防护层），这些问题就可以迎刃而解了。国内有非常多的紫外线灯生产企业，但大多数的企业生产的紫外线灯质量都不足以满 足食品工业中对包装材料的杀菌要求14。导致这种情况的产生有多方面的原因，其中最主要 的因素在于大多数的企业无法很好地解决灯管寿命和紫外线输出强度的矛盾15。一旦某个企 业提高了所生产紫外线灯的紫外输出强度，所生产紫外线灯的寿命就会大幅下降，反之亦 然。造成该问题无法解决的原因有以下几点:灯用材料无法满足要求、设备不够先进、制灯 工艺不成熟等16。但如果想让紫外杀菌灯在各个工业行业中广泛使用，使

13、用高质量，长寿命， 高质量紫外线杀菌灯就成了唯一的选择。但德国贺利氏特种光源Heraeusnoblelight解决了上 述问题，所生产的紫外线灯达到了高输出和长寿命的完美结合17。作为德国贺利氏控股集团 Heraeus Holding 下设的管理集团之一，是一家专业从事特种光源研究和制造的企业，拥有 丰富的经验和完善的技术，早在1 904年便已开发出世界上第一支石英紫外线汞灯。作为世界 特种光源领域的先驱，贺利氏特种光源的产品包括红外辐射器、紫外杀菌灯、紫外固化灯、 氖灯、日光浴灯、激光等。贺利氏特种光源采用最好的高紫外透射率的石英管材，应用百年来积累并锤炼的技术 来制造世界领先的产品，可达到

14、最佳的杀菌效果并保证长寿命。其产品主要分为四大系列： 低压杀菌灯、低压汞齐杀菌灯、中压杀菌灯、紫外杀菌模块。贺利氏特种光源的紫外杀菌类 产品被广泛应用于食品包装、饮料生产、建筑通风系统、自来水厂、污水处理厂、医院、药 厂、办公室及家庭等各种场所空气和水的杀菌18。特别是贺利氏特种光源生产的B L U E LIG H T紫外杀菌模块系列，它采用世界上最尖端的技术进行制造，它所拥有的强制风冷系统和 NN I低压汞齐紫外线杀菌灯保证了它具有极强的杀菌能力，而整个模块在安全设计上的完 美表现为食品加工业表面杀菌扫除了安全上的顾虑19。世界上有非常多的大型食品集团采用贺利氏特种光源的紫外线杀菌灯和紫外杀

15、菌模块 对包装材料进行杀菌20。为国人所熟知的世界最大的鲜乳制品生产商一一法国达能集团就采 用了贺利氏生产的紫外线杀菌灯和紫外杀菌模块，而且达能集团把应用贺利氏特种光源写 人了该公司的150900标准的技术材料21。不管是达能的法国总公司，还是位于其他国家的分 公司，目前大都在其食品生产线的包装材料消毒环节采用了贺利氏的紫外线杀菌灯。如何使中国的食品包装消毒行业告别高成本和二次污染，如何为中国的食品生产企业 提供更环保、安全的包装材料消毒方式，贺利氏特种光源所生产的产品是一个很好的选择 20。四、结语紫外杀菌技术具有杀菌效率高、不产生有毒有害副产物，消毒系统运行安全、可靠，设 备维修简单，特别

16、是投资及运行维修费用低等特点。随着该技术的日趋完善，应用前景将更 加广阔。参考文献1张辰，张欣，吕东明，等紫外线消毒系统的没计J.给水排水.2004, 30 (3): 25-27.2程丽华，高会旺，倪福祥.紫外线杀菌技术在污水处理中的应用J.环境污染治理技术与设备，2003,4 (12) : 69-72.3顾雪锋，杨海真.污水处理中紫外线杀菌技术的研究进展J .江苏环境科技，2003.16 (3) : 33-34.4刘佳，黄祥峰紫外线消毒出水的微生物光复活及其控制技术J中国给水排水，2006.22 (15) : l-4.5张辰.张欣，吕东明，等.污水消毒标准及紫外线消毒技术应用J.给水排水，2

17、003,29 (12) : 1-3.6严敏.高乃云紫外光消毒在给水处理中的应用J给水排水，2004,30 (9) : 8.7韩闽毅，陈建医院的紫外线消毒研究J中国给水排水，2005,21 (2) : 37-39.8Liberti L , Lopez A , Notarnicola M , et al. Comparison of advanced disinfection methods for municipal wastewater rescue in agricultureJ. Water Science Technol , 2000, 42(1/2): 215-220.9朱林泉，朱苏磊

18、，靳雁霞.紫外C辐照杀菌消毒技术J .华北工学院学报，2003, 24(6)； 46-49.10黄梅丽，江小梅.食品化学M.北京：中国人民大学出版社，l986. 283293.11陈尧，王向东.紫外线杀菌技术在污水处理中的应用田.重庆环境科学，2 (X) l , 23 (3) : 49-51.12邓小宁.紫外线杀菌作用的研究J中国照明电器，1994 (6) : 39-40.励建荣.论中国传统食品的工业化和现代化J.食品工业科技，2004(2)： 6. 12.王文忠.用紫外线对污水杀菌.节能与环保，2加3 (5) : 43-45 .曾庆孝.食品加工与保藏原理M .北京：化学工业出版社.2007： 358-361.Willy J M , Rip G R. Ultraviolet light in water and wastewater sanitation M. London : Lewis Publishers , 2002 : 93-119 .粟克喜.热原质与脂多糖.微生物学免疫学进展，1990, 46(3)： 10-14.倪福祥，程丽华，王希成.等.紫外消毒技术J青岛建筑工程学院学报，2003,24 (2) : 30-32 .Cla