紫外线消毒在给水局部消毒中的应用.pdf

第 1 O卷第 2期 2 0 1 2年 4月 矿 业 工 程 M i ni n g Eng i n e e r i ng 47 安全与环保 紫外线消毒在给水局部消毒 中的应用 魏娜 ( 中冶北 方工 程技术 有 限公 司 ，辽 宁 鞍 山 1 1 4 0 0 9 ) 摘要 ：从紫外线 的本 质、特性人手 ，对紫外线消毒 的优 点进行 了分 析 ，并对其在 给水 中的具 体应用进 行了简要的介绍。 关键词 ：紫外线消毒 ；杀 菌；应用 中图分类号 ：X 5 2 文献标识码 ：B 文章编号 ：1 6 7 1 8 5 5 0( 2 0 1 2 )0 2 0 0 4 7 0 2 0 引言 在给水消毒不够彻底或 由于存水 时间过 长产生 的二次 污染 以及对消毒要求更 为严格 的场合 ，应采 取进一 步 的消 毒措施 。常用 的消 毒方 法有 紫外 线 消毒 、二 氧化 氯 消毒 、 次氯酸钠消毒 、臭氧消毒 等 。其 中次 氯酸钠 消毒 是采用 次 氯酸钠消毒发生器或直接采用成品次氯酸钠溶液进行投加 。 有效氯 占 1 0 2 O ，消毒 效果 同液氯 ，由于 其浓 度低 ， 安全性 比液氯好 。但 由于发生器 价格 高，并 需定 期加盐 和 定期清洗 电极 ，投加量 也不易 自动控 制 ，故该技 术 国内未 普遍使用 。臭氧消毒能力强而且可降解残余有机物 、色度 、 臭 味等，消毒水有没 有氯气 消毒 的余 氯味 ，并 且消毒 时间 短 ，不需增加反 映容 积 。由于臭 氧发 生器设 备复 杂，维护 困难 、电耗 大，进 口设备 投资 高 ，使 用 中受 到制 约。二氧 化氯消毒使用方 便 、价格便 宜等优点 被广 泛使用 ，但 其一 旦与水中 的有 机 物结 合 ，将 产 生大 量 的 致癌 有 机 卤化 物 ( 如三 卤甲烷 ，THMS ) 。 1 技术特征 紫外线为波长介于 1 6 3 9 7 a m的电磁 波 ，其 光子能量 较低 ，不足以使原子或分 子 电离 ，故属非 电离辐 。根据 波 长可将紫外线分为 A波 、B波 、C波和真 空紫外 线 。在 波 长 1 6 0 2 0 0之间 ，真空 UV 对 于 TO C的去 除 十分 有效 ， 波长在1 8 5 a m时 ，T O C去 除率最高 。消毒灭 菌用 的紫外 线 是 c波紫外线 ，其 波长范 围是 2 0 0 2 7 5 a m，杀 菌作用 最 强的波段是 2 5 0 2 7 0 n m，在 此波段 会产 生足 够剂 量 的强 紫外光照射到液体或 空气 中，瞬 间破坏 各种 细菌 、病毒 等 微生物细胞组织 中的 D NA、R NA，当病毒或细菌在此波段 照射下 ，吸收超过 6 0 0 0 1 0 0 0 0 U W s e c c m 。 的剂量 ，其 收稿 日期 ：2 0 1 1 0 9 1 2 作者简介 ：魏娜( 1 9 8 O 一) ，女 ( 汉族) ，吉林 白山人 ，中冶北方 工程技术有限公 司工程师 。 生命 中枢 DN A ( 去氧核糖核酸) 即遭破坏 ，使其立 即死之 或丧失繁殖能力 。 1 1 杀菌效果 紫外线杀菌 主要是利用 2 5 4 n m波 长的紫外 线光 。此波 长 的紫外线光 ，即使 是在微量 的紫 外线投 射剂量 下 ，也可 以破 坏一 个 细 胞 的生 命 核 心 D NA，因此 阻 止 细胞 再 生 ，丧失再生能力使 细菌变得无 害 ，从 而达 到灭 菌的效果 。 像 所有 其他 紫外 线应用技 术一样 ，这种系统 的规模 取决 于 紫外线 的强度 ( 照射器 的强 度 和功 率)和 接触 时 间 ( 水 、 液体或空气暴露在紫外线下的 时间长短) 。当紫外强度 为 3 1 0 “ W c m 时 ，紫外线杀灭病毒及细菌约需 0 1 1 秒 的 接触时间 、杀灭 霉菌 孢 子需 1 8秒 、杀 灭 藻类 需 5 4 O 秒 ，现代的紫外 线 消毒装 置 可 以很 容 易达 到 ( 3 3 0 ) 1 0 “ W c m 的光 强 度 ( 甚 至 更 高) ，因此 ，常 见 细 菌、病 毒 、菌类 、孢子甚至原生动物都可被有效杀灭 。 1 2降低 总 有 机碳 量 在很多高技术和实验 室装 置 中，有机 物会妨 碍高 纯度 水 的生产 。有很多方法 可 以把 有机物从 水 中清除掉 ，较常 用 的方法 包 括使 用 活性 炭 和 反 渗透 。波 长较 短 的 紫外 线 ( 1 8 5 n m)也可以有 效地降低 总有机碳 量 ( 这些放射 器也产 生 2 5 4 n m 波长的紫 外线 ，因此可 以 同时进 行消 毒) 。波长 较 短的紫外线具 有更多 的能量 ，因此 能够 分解有 机物 。紫 外线 氧化有 机的反应 过程 虽然非 常复杂 ，其 主要原 理是通 过 产生氧化 能力很 强 的 自由氢氧 ，将有 机物氧 化成 水和二 氧化碳 。与臭 氧清除系统一样 ，这种 降解有机 碳 的紫外线 系统的紫外 线放射量 是传 统消毒系统的 3 4倍 。 1 3降 解 余 氯 在市政水处理和供水 系统加氯 消毒非 常必 要。但在工 业生产过程 中，为了避免 对产品产 生不 良影响 ，去 除水 中 的余氯却经常是必要 的前 处理 。消 除余氯 的基 本方 法有活 性炭床和化学处理。活性碳处 理 的缺 点在于 它需要 不断再 生 ，而且经常遇到细菌滋生 的问题 。1 8 5 a m和2 5 4 n m波长 的紫外线均被证 实可 以有 效地 破坏余 氯 和氯 氨的化 学 键 。 4 8 矿 业 工 程 第1 O 卷 第2 期 虽然需要巨大的紫外线能 量才能发 挥作用 ，但 它的优 点在 于此方法不需向水中添加任何药 物 ，不需要储存化 学物质 ， 容易维修 ，同时 ，还有杀菌和去除有机物 的作用 。 1 4紫外 C杀菌动 力学 在一混合均匀 、光程短( d 1 c m)的水消毒区 内，杀 菌速率可用一级近似的光生化反应动力学方程 式 ： _ dN ： 一 ki N (1 ) a f 式 中 N 微 生 物 活 体 浓 度 ，个 i ； 杀 菌照 射 时 间 ，S ；J 一一 平均辐射强 度 ，mW c m ； 一 级杀 灭速 率 常数 ，c m( mw s ) 。 对式( 1 )积分后并取对数得 ： r l g k3 -： - k I ( 2 ) J 0 式 中 N。 照射前 微生 物活体浓 度 ，个 L；L 紫 外 c计量 ，mW c m 。 由式 ( 2 )可知 ，紫外线对微生物 的杀 灭效果与紫外 c 剂量呈指数关系 。试验 表明 ，一级 反应公式 对病 菌杀灭 率 的适用性可达 9 9 9 9 ，( 亦称 5个 l g ) ，对细菌杀灭率的适 用性也 可达 到 3个 l g 必须注 意 ，许多 试验 证实在 一定 条 件 下对 细菌 、病毒 的杀 灭率不 与紫外剂量 呈一级 动力学 关 系 ，主要表现为低剂量时杀灭率增加缓慢 ( 滞后) ，再 过高 剂 量时也发生相同现象 ( 拖尾 ) ，因此 ，有许多修 正的一级 方程式或其他动力学方程 出现。 2 紫外线消毒的优 点 2 1 杀毒效率高 紫外线消毒技术具有其他 消毒技术 无法 比拟 的杀菌效 率 ，杀菌效率高达 9 9 以上 ，而且杀 菌时 间非 常短 ，如对 霉菌孢子 、水藻等几类常见细菌病 毒的杀菌 时间在一 秒内 ， 而传统的氯气 、臭氧等化学 消毒方法要 达到紫 外线 的杀菌 效果约需 0 5 1 小 时。紫外线消毒技术在杀菌上有 明显 的 优势 。 2 2不产 生二次污 染 从理论上讲 ，通过加人 化学试 剂来 达到净 水 目的，或 多或少都会对水 质产生 负面影 响 ，如采用 氯 、氯胺 、二 氧 化氯和臭氧消毒都 会对水 质安全性 产生影 响。紫外线 消毒 不向水体加入任何化学 药剂 ，因此 ，不会对 水体及 其周 围 环境造成二次污染 。 2 3 无 生物免疫 力 紫外线杀菌技 术与化学 杀菌不 同，它不会 使生物 体产 生免疫力 。它 只 是简 单 的破 坏 D NA链 状 结 构 的分 子 键 ， 使细胞在有丝分 裂 的时候 无法 进行 D NA 的复制 。传 统 的 消毒技术如氯化物消毒 或臭氧消 毒 ，长期使用 会使 生物体 产生免疫力 ，从而使消毒效果下 降。 2 4广谱 性 紫外线杀菌技术有很好 的杀 菌光谱性 。它几乎 对所有 的细菌 、病毒都能高效率 的杀灭 ，同时对一 些人类 危害极 大 ，而氯气以致臭氧无法或 不能有效 杀灭 的寄生虫 类具有 有效杀灭 。 2 5其他优点 与传统 的消毒方式相 比，紫外线还具有运行安全性高 、 运行维护 费用低 、操作 简便 、占地小 、可 以持续 大量 消毒 等优点 。 3 结语 紫外线消毒技术经过 2 O 年 的发展 ，在 国外各个 领域得 到了广泛应用 的。在我 国由于对 其技术 的了解有 一定 的局 限性 ，在给水 处理 的应 用不 多。预计今后 局部 给水处 理 中 5 O 将会 采用 紫外线 消毒 ，并成 为取代传 统化 学消毒 方法 的主流技术。 参考文献 ： 1 3 Ha v e l a a r A H，Me u l e ma n s C C E，P o t Ho g e b o o m W M， e t e 1 I n a c t i v a t i o n o f b a c t e r i o p h a g e M S 一 2 i n wa s t e wa t e r e f f l u e n t wi t h mo n o c h r o ma t i c a n d p o l y c h r o ma t i c u l t r a v i o l e t l i g h t口 Wa t Re s ，1 9 9 0 ( 1 1 ) ：1 3 8 7 1 3 9 3 2 T a p a s K D a s ，u l t r a v i o l e t d i s i n f e c t i o n a p p l i c a t i o n t o wa s t e r w a t e r t r e a t me n t p l a n t J C l e a n P r o d P r o c e s s e s ，2 0 0 1( 3 ) ： 6 9 8 1 3 杨辉 ，金成青 ，史文华等 饮用水紫 外线消毒研 究与应用 进 展 J 沈阳建 筑工 程学 院学报 ( 自然科 学版 ) ，2 0 0 2 ( 1 )： 5 1 53 4 张晨 ，张欣 ，吕东 明 污水消毒标 准及紫外线 消毒技术应 用 J 给水排水 ，2 0 0 3 ( 1 2 ) ：5 2 5 4 Ul t r a v i o l e t r a y a pp l i e d i n s t e r i l i z a t i o n o f l o c a l wa t e r s u p p l y s y s t e m W EI Na ( No r t h e r n E n g i n e e r i n g Te c h n o l o g y C o r p o r a t i o n，MC C，An s h a n 1 1 4 0 0 9 ，Ch i n a ) Ab s t r a c t ：On t h e b a s i s o f a n a l y z i n g o f n a t u r e& f e a t u r e o f u l t r a v i o l e t r a y ，t h e a p p l i c a t i o n a n d i t s a d v a n t a g e s o f l o c a l wa t e r s u p p l y s y s t e m s t e r i l i z a t i o n b y u l t r a v i o l e t r a y a r e d i s c u s s e d i n b r i e f Ke y wor d s： s t e r i l i z a t i on by u l t r a v i o l e t r a y； ba c t e r i a ki l l i n g； a p pl i c a t i o n