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紫外线分配系统对饮用水水质的影响

摘要：紫外线是一种成本效益的水处理消毒过程，因为考虑到改变 DOM 结构会
对水质分配系统产生负面影响。在这项研究中，作者通过调查紫外线消毒过程前

后 DOM 的结构，AOC 的浓度，氯的需求和形成的 DBP，评估了一下紫外线消
毒对配电系统中的水质消毒的影响。虽然紫外线处理并不影响 AOC 的浓度和 DOM 的特性（例如，DOC，UV254 的，SUVA254，在亲水/疏水组分比和分子
量分布） ，但显然的，在干燥的季节，经过紫外线处理以后，观察到低分子的组

分增加。紫外线处理过的水在加氯消毒的过程中，氯和 THMFP 的需求也增加。
这意味着，紫外线照射可以分解的 DOM，但在分配系统中破碎的 DOM 分子量 不足以被微生物直接利用。然而，改变 DOM 的结构会影响水质分布系统，因为
它可以增加氯的需求量和后加氯毒副产物的形成。 2009Elsevier 版权所有） （

关键词：紫外线；分配系统；分子量；AOC；氯需求；DBP

1 简介
对于饮用水消毒来讲，紫外线（UV）消毒被认为是一种具有成本效益和容
易实施的方式。人们对紫外线的消毒过程愈发感兴趣，而且它已经迅速应用于饮

用水行业。因为研究表明，在 90 年代末，即使非常低剂量的紫外线也能有效地
灭活隐孢子虫（Bukhari 等，1999;。Clancy 等，2000） 。
紫外光谱分为四个区域，真空紫外（100w200 纳米，以下简称 VUV） ，紫外
C（200w280 纳米） ，紫外线 B（280w315 nm）和紫外线 A（315w400 纳米） 。紫
外线消毒主要原理是因为紫外线 - B 和紫外线光对微生物的杀菌作用。虽然真空
紫外线能杀死微生物细菌， 但是用真空紫外线对水进行消毒的效率不高因为它 ，

在水中短的距离内会迅速消散（EPA，2006 ） 真空紫外线也被称为有机碳分解 。
粘合剂（Buchanan 等人，2004；Thomson 等人，2004 年） 。
两种紫外线系统通常应用于饮用水消毒过程。单色低压紫外线（以下简称

LPUV）发出波长为 254 nm 的单一波长，接近最大微生物作用光谱单波长。多
色中压紫外线（以下简称 MPUV）发出波长的范围比较广，包括紫外线 A， B，
C 和可见光。 别是，
特 发出 185 和 254 纳米的两种波长 （以下简称为 TOC 的 LPUV）

的 LPUV 则用于消除生产超纯水的 TOC。
虽然这些紫外线系统可以灭活除了一些病毒以外的大多数微生物，但是他们
不能保证自来水的生物安全，因为紫外线照射的影响不能维持整个分配制度。相
反，由于光解作用，紫外线消毒还会对水质产生负面影响。许多研究人员报告说，

紫外线照射可以改变 DOM 的结构和增加生物降解（Frimmel，1998; Thomson 等
人，2004;。Buchanan 等人，2005 年;。Goslan 等，2006） 。特别是，众所周知， 真空紫外辐射比紫外线 C 更有利于生物降解化合物和矿化形成（Buchanan 等人，
2004） 。紫外线 A 和紫外线 B 也可以将大分子的 NOM 分解成低分子量的有机酸
（Frimmel，1998 年） 。改变 DOM 的结构可以增加生物降解性，在分配制度中，
这种性能又会刺激微生物的再生和生物膜的形成。 增加生物膜能引起味觉和气味

问题，而且水力负荷也会减低。 Shaw 等，2000） 此，在这种分配系统中，
（ 。因
加氯或氯胺这种连续消毒的方式用以防止微生物再生。二次加氯消毒过程中，人

们预计，紫外线处理可以减少氯的需求量和消毒副产物的形成（Liu 等人，2006
年） ，然而，研究报告表明，经过紫外线照射，加氯以后的四种有机水消毒副产
物反而增多。
紫外线照射对水的质量的影响取决于许多因素，如源水的质量特点，紫外线 波长和应用剂量。以前的研究都是在实验室规模条件下进行的，而且实验时都是

用的有较高水平的 DOC（5w17.4mg/ L）和高紫外线剂量的 14w1000 J/cm2 有机
水，这些都不是饮用水消毒的条件（Frimmel，1998；Buchanan 等人，2006 年；
Goslan 等，2006；Liu 等人，2006 年） 如果根据饮用水 DOC 水位低于 2 mg / L 。

和紫外线剂量小于 40 mJ/cm2 的规定，紫外线照射对水质的影响可能不同于以往
的研究结果。此外，通过实验室试验得到的结果难以反映在大规模的流动系统中
真正的作用。

在这项研究中，作者通过对不断流动包括 LPUV，LPUV 对 TOC 和 MPUV
的紫外线系统的试验，并研究了经过紫外线处理前后，DOM 结构的变化，微生 物再生的可能性，氯需求量和 THM 后三卤甲烷形成，以评估紫外线分配系统消
毒对水质的影响。

2 材料和方法
在这项研究中，DOM 的特性，生物再生潜力，氯的需求，并形成潜在的消

毒副产物，在紫外光照射前后进行比较，以评估紫外线分消毒配制度对水质的影

响。一个紫外线试验工厂被安装在一个韩国汉城的污水处理厂（WTP） 。在 2005
年和 2006 年三次采集水样，研究原水水质在不同季节的变化：1）旱季，从春到 东高藻类生物量和生化需氧量时期，2）雨季，夏天暴雨使得水的浑浊度很高的
时期 3）正常时期（图 2） 。
2.1. 紫外线试验工厂
紫外线试验工厂是由四个紫外线反应器，LPUV（L85） LPUV 的 TOC（L90 ，
的） MPUV（M1300，M350）组成的，安装在 WTP 污水处理厂中的砂滤末端。 ，

砂过滤水（SF）引入到反应器中，系统的总容量为 1080 立方米/天。实验是在紫
外线剂量为 40 mJ/cm2 的条件下进行的， 这通常应用于饮用水消毒过程， LPUV 在

设置发射出 185 和 254 两种波长的 TOC (L90)来评估真空紫外线的 TOC 去除率。
由于 TOC 矿化需要较高剂量的紫外线，另外的实验是在 150 mJ/cm2 紫外线剂量
下进行的。
每个反应器的紫外线剂量是通过在线传感器和每个流量的接触时间上的紫

外线强度计算出来的。LPUV（L90 的和 L85）和 MPUV（M1300 和 M350）的
在线传感器可以测量 254 纳米和纳米之间 200w300 的分别。 L90 的系统会发出 254 纳米和 185 纳米的紫外线比为 3:1。每个系统的详细特征如表 1。砂过滤水和
紫外线处理后的五个水样进行了调查。样本是从每个流入和流出反应器的水中提
取的。

2.2. 分析方法
从试验厂所采集的样品在 2 小时内被带到了实验室， 并储存在低于 4 C 的冰 箱里。对已经通过预加氯形成的 THMs 进行分析，抗坏血酸和盐酸（1+1）立即 加入到样品（ 40 毫升）中淬火残余氯气。通过 THMFP 的分析，对样品进行了
氯化（TOC：氯= 1：3）和在 25℃培养 48 小时。孵化后，为了不再形成 THMs，
用抗坏血酸和盐酸（1+1）淬火余氯。根据环保局 502.2，通过装有 ECD 探测器
的气相色谱吹扫捕集法（Varian，CX3600 ）对 THMs 进行分析（环保局，1995） 。
用 TOC 分析仪(Ionics,Sievers 820)和 UV/VIS 分光光度计(VarianCary3C 分别来分

析 DOC 和 DOC 和 UV254。从 DOC 和 UV254 来测定 SUVA254。
2.3. 分离亲水性和疏水性的碳