紫外線UV LED殺菌技術在水凈化殺菌處理中的應用

目前，給排水消毒方法可分為兩大類，即化學消毒法和物理消毒法。

化學消毒法有加氯消毒和臭氧消毒等；物理消毒法有紫外線消毒等。化學消毒法一般都會產生消毒副產物，而紫外線消毒是*早在1878年人類就發現了太陽光中的紫外線具有殺菌消毒作用。人類對紫外線消毒技術在城市污水處理中的應用則始于20世紀60年代中葉，并于70年代到80年代初對紫外線消毒在城市污水處理中的應用進行了大量早期的研究，這主要是由于當時人們已認識到被廣泛使用的加氯消毒工藝中的余氯對受納水體中的魚類等生物有毒，而且發現并確認了氯消毒等化學消毒方法會產生如三鹵甲烷(THMs)等致癌、致基因，致畸變的副產物。這些發現促使人類尋求一種更好的消毒方法，不會產生消毒副產物的方法，也不會造成二次污染問題。于是，人們開始關注紫外線在消毒方面的應用。

紫外線消毒法zui早應用于美國(1970年美國*完成了*個污水紫外線消毒的示范工程)，現已在美國和加拿大普遍應用。紫外線消毒技術為物理消毒方式的一種，具有廣譜殺菌能力，無二次污染，經過30多年的發展，已經成為成熟可靠環保的消毒技術，在國外各個領域得到了廣泛的運用。

在我國由于對其技術的了解有一定的局限性，在污水處理中的應用不多。上海市政工程設計研究院在這方面開展了許多研究，并已在上海閔行、長橋等污水處理廠得到應用。進入21世紀后，隨著對污水尾水消毒的日益重視和運行經驗的積累，紫外線消毒技術將得到推廣，預計今后有條件的污水處理廠中 50％將會采用紫外線消毒，并成為取代傳統化學消毒方法的主流技術。

紫外線消毒原理:
 

紫外線殺菌消毒原理是利用適當波長的紫外線能夠破壞微生物機體細胞中的DNA(脫氧核糖核酸)或RNA(核糖核酸)的分子結構，造成生長性細胞死亡和(或)再生性細胞死亡，達到殺菌消毒的效果。經試驗，紫外線殺菌的有效波長范圍可分為四個不同的波段：UVA（400～315nm）、UVB（315～280nm）、UVC（280～200nm）和真空紫外線（200～100nm）。其中能透過臭氧保護層和云層到達地球表面的只有UVA和UVB部分。

就殺菌速度而言，UVC處于微生物吸收峰范圍之內，可在1s之內通過破壞微生物的DNA結構殺死病毒和細菌，而UVA和UVB由于處于微生物吸收峰范圍之外，殺菌速度很慢，往往需要數小時才能起到殺菌作用，在實際工程的數秒鐘水力停留（照射）時間內，該部分實際上屬于無效紫外部分。

真空紫外光穿透能力極弱，燈管和套管需要采用*透光率的石英，一般用半導體行業降解水中的TOC，不用于殺菌消毒。因此，給排水工程中所說的紫外光消毒實際上就是指UVC消毒。紫外光消毒技術是基于現代防疫學、醫學和光動力學的基礎上，利用特殊設計的率、高強度和長壽命的UVC波段紫外光照射流水，將水中各種細菌、病毒、寄生蟲、水藻以及其他病原體直接殺死，達到消毒的目的。

研究表明，紫外線主要是通過對微生物(細菌、病毒、芽孢等病原體) 的輻射損傷和破壞核酸的功能使微生物致死，從而達到消毒的目的。紫外線對核酸的作用可導致鍵和鏈的斷裂、股間交聯和形成光化產物等，從而改變了DNA的生物活性，使微生物自身不能復制，這種紫外線損傷也是致死性損傷。

　　紫外線消毒是一種物理方法，它不向水中增加任何物質，沒有副作用，這是它優于氯化消毒的地方，它通常與其它物質聯合使用，常見的聯合工藝有UV+H2O2、UV+H2O2+O3、UV+TiO2，這樣，消毒效果會更好。

紫外線殺菌燈工作原理

目前能夠輸出足夠的UVC強度用于工程消毒的只有人工汞（合金）燈光源。紫外線殺菌燈燈管是由石英玻璃制成，汞燈根據點亮后的燈管內汞蒸氣壓的不同和紫外線輸出強度的不同，分為三種：低壓低強度汞燈、中壓高強度汞燈和低壓高強度汞燈。殺菌效果是由微生物所接受的照射劑量決定的，同時，也受到紫外線的輸出能量，與燈的類型，光強和使用時間有關，隨著燈的老化，它將喪失30%-50%的強度。

紫外照射劑量是指達到一定的細菌滅活率時，需要特定波長紫外線的量：照射劑量（J／m2）＝照射時間（s）×UVC強度（W／m2）照射劑量越大，消毒效率越高，由于設備尺寸要求，一般照射時間只有幾秒，因此，燈管的UVC輸出強度就成了衡量紫外光消毒設備性能zui主要的參數。

在城市污水消毒中，一般平均照射劑量在300 J／m2以上。低于此值，有可能出現光復活現象，即病菌不能被*殺死，當從渠道中流出接受可見光照射后，重新復活，降低了殺菌效果。殺菌效率要求越高，所需的照射劑量越大。影響微生物接受到足夠紫外光照射劑量的主要因素是透光率（254 nm處），當UVC輸出強度和照射時間一定時，透光率的變化將造成微生物實際接受劑量的變化。

4 紫外線消毒的優點

（1）紫外線消毒無需化學藥品，不會產生THMs類消毒副產物。

（2）殺菌作用快，效果好。

（3）無臭味，無噪聲，不影響水的口感。

（4）容易操作，管理簡單，運行和維修費用低。

5 紫外線消毒在實際中的應用情況
 

大多數紫外線裝置利用傳統的低壓紫外燈技術，也有一些大型水廠采用低壓高強度紫外燈系統和中壓高強度紫外燈系統，由于產生高強度的紫外線可能使燈管數量減少90%以上，從而縮小了占地面積，節約了安裝和維修費用，并且使紫外線消毒法對水質較差的出水也適用。