紫外線消毒技術(shù)在水處理領(lǐng)域的應(yīng)用

摘 要 主要介紹了紫外線消毒技術(shù)的原理及發(fā)展概況與紫外線技術(shù)在水處理領(lǐng)域的三大功效：即廣譜殺菌，有效殺滅賈第鞭毛蟲和隱抱子蟲，及高級氧化功能。這些功能分別解決了水處理領(lǐng)域的三大難題：消毒副產(chǎn)物問題，賈第鞭毛蟲和隱袍子蟲的抗氛性問題，及難降解有機(jī)物污染問題。然后針對紫外線技術(shù)在應(yīng)用中存在的一些問題提出了解決方案，并展望了紫外線技術(shù)在未來的應(yīng)用和發(fā)展趨勢。

關(guān)鍵詞 紫外線消毒 廣譜殺菌 消毒副產(chǎn)物 消毒工藝

一、概述

紫外線是波長在100～380nm的電磁波，根據(jù)其波長及功能的不同，又分為四個波段，其中UV—C是具有有效殺菌效果的紫外線波段。紫外線消毒是一種基于現(xiàn)代光學(xué)、防疫學(xué)、生物學(xué)和物理化學(xué)的消毒技術(shù)，利用特殊設(shè)計的紫外發(fā)生裝置產(chǎn)生的UV—C照射流水（空氣或固體表面），當(dāng)水（空氣或固體表面）中的各種細(xì)菌、病毒、寄生蟲、水藻以及其它病原體受到一定劑量的UV—C輻射后，其細(xì)胞中的DNA（脫氧核糖核酸）或RNA（核糖核酸）結(jié)構(gòu)受到破壞，使其喪失復(fù)制和繁殖能力，因細(xì)菌、病毒的生命周期一般繃良短，不能繁殖的細(xì)菌、病毒就會迅速死亡，從而在不使用任何化學(xué)藥物的情況下達(dá)到消毒和凈化的目的。

二、紫外線的功效

紫外線的作用很廣，在水處理領(lǐng)域的主要功能包括三個方面：即廣譜殺菌、有效殺滅賈第鞭毛蟲與隱抱子蟲，以及高級氧化功能。紫外線屬廣譜殺菌射線，在足夠的照射劑量下，能殺死一切微生物，包括細(xì)菌、結(jié)核菌、病毒、芽抱和真菌，并且殺菌速度快，大多數(shù)都是在15之內(nèi)。另外，紫外線消毒技術(shù)對近些年發(fā)現(xiàn)的致病性病原微生物賈第鞭毛蟲和隱抱子蟲也具有良好的滅活效果。使用低壓汞燈和中壓汞燈均能有效地滅活隱孢子蟲，38J/m2的輻射劑量就能達(dá)到99.99%的殺滅率。紫外線還具有高級氧化功能。波長為185run的真空紫外線（V—UV）能產(chǎn)生臭氧，臭氧是一種強(qiáng)氧化劑，能破壞存在于空氣中或水中的微生物的細(xì)胞壁，使微生物立刻死亡。另外紫外線近年來被廣泛應(yīng)用于光催化氧化和光化學(xué)氧化。

三、水處理領(lǐng)域的三大技術(shù)難題

隨著人們安全意識、環(huán)保意識的提高和水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的不斷嚴(yán)格，傳統(tǒng)的水處理技術(shù)（包括消毒技術(shù)）已經(jīng)難以滿足新的水質(zhì)要求，目前存在的技術(shù)難題主要有三個方面：一是廣泛應(yīng)用的氯消毒所產(chǎn)生的消毒副產(chǎn)物問題；二是賈第鞭毛蟲和隱抱子蟲的抗氯性問題；三是水中的有機(jī)物特別是難降解有機(jī)污染物越來越多，常規(guī)的生物處理方法難以去除。

研究表明，微生物去除鐵錳的機(jī)理主要是附著在濾料上的鐵錳氧化細(xì)菌在胞外酶的催化作用下將Fe2+和Mn2+氧化，形成絮狀沉淀被濾料截留得以去除。生物法除鐵錳較接觸氧化法具有許多優(yōu)點(diǎn)，在生物濾層中，鐵錳可同時去除，不需要提供多級構(gòu)筑物；對于鐵錳共存的地下水，通過一級曝氣、一級過濾就能達(dá)到同時去除地下水中鐵錳的目的。

近年來，由于全球水資源緊缺，將陶瓷膜分離技術(shù)應(yīng)用于廢水的處理和再利用顯得更加重要。從材料特點(diǎn)考慮，由于陶瓷膜可以在苛刻的條件下進(jìn)行長期穩(wěn)定的分離操作，這也決定了它在水處理領(lǐng)域應(yīng)用的主要方向是廢水處理，特別是工業(yè)廢水的處理。目前陶瓷膜主要用于含油廢水、化工及石化廢水、印染廢水、生活污水及放射性廢水等的處理。

世界各國對于飲用水的鐵、錳含量都進(jìn)行了嚴(yán)格的限制。按中國和 WHO 的標(biāo)準(zhǔn)， 飲用水中鐵和錳的允許含量分別為 0.3mg/L 和 0.1mg/L，美國則對錳的含量限制為 0.05mg/L。不同工業(yè)的用水對鐵、錳含量也有特定的標(biāo)準(zhǔn)。

四、紫外線技術(shù)在水處理領(lǐng)域的應(yīng)用

紫外線消毒雖然具有很多化學(xué)消毒無法比擬的優(yōu)點(diǎn)，但也存在著一些制約其發(fā)展的因素，其中最突出的是紫外線無持續(xù)殺菌能力，另外紫外線消毒對水體要求高，技術(shù)本身存在的一些限制使紫外線技術(shù)在應(yīng)用中面臨著諸多問題，如何有效地解決這些問題，是紫外線技術(shù)在水處理領(lǐng)域的推廣應(yīng)用所面臨的巨大挑戰(zhàn)。

1、采用組合消毒工藝實(shí)現(xiàn)持續(xù)殺菌

紫外消毒利用UV—C輻射破壞細(xì)菌和病毒的核酸物質(zhì)，不會向水中增加任何化學(xué)物質(zhì)，因此當(dāng)處理水離開反應(yīng)器之后，特別是對于遠(yuǎn)距離傳輸?shù)娘嬘盟?，在?/p>

網(wǎng)傳輸過程中一些被紫外線殺傷的微生物有可能會修復(fù)損傷的DNA分子，使細(xì)菌再生，也可能在沿途滋生新的細(xì)菌和病毒。因此，要維持持續(xù)的消毒效果，紫外線需要與其它消毒技術(shù)聯(lián)用。如紫外與氯胺的組合消毒工藝，即可以利用紫外線的廣譜殺菌能力和高效殺滅賈第鞭毛蟲和隱抱子蟲的能力，又可以利用氯胺消毒持久性最長和消毒副產(chǎn)物鏈很小的優(yōu)勢，不失為一種值得推廣的多屏障消毒工藝。

2、飲用水消毒的安全屏障

我國新的飲用水法規(guī)已加強(qiáng)了對賈第鞭毛蟲和隱抱子蟲的監(jiān)控。紫外線能高效殺滅賈第鞭毛蟲和隱抱子蟲，因此紫外消毒是飲用水水質(zhì)的一道安全屏障，供水處理中應(yīng)增加紫外消毒工序，保障飲用水安全性。

3、高級氧化功能處理難降解有機(jī)污染物

利用紫外線高級氧化功能而發(fā)展起來的光化學(xué)氧化和光催化氧化都是近年來新興的水處理技術(shù)。光化學(xué)氧化法是在光的作用下進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，采用臭氧或過氧化氫作為氧化劑，在紫外線的照射下使污染物氧化分解，從而達(dá)到水中污染物質(zhì)的高效降解。

紫外設(shè)備用于醫(yī)院、診所的空氣消毒已有幾十年的歷史。隨著人們生活質(zhì)量的提高，在不久的將來，工廠、辦公室和家庭也會開始使用紫外空氣消毒設(shè)備。特別是空調(diào)系統(tǒng)的送風(fēng)和排風(fēng)管道中，時間長了很容易滋生細(xì)菌，進(jìn)行空氣消毒也是非常必要的。

五、紫外線技術(shù)的應(yīng)用趨勢

隨著水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的不斷嚴(yán)格和人們安全意識的提高，紫外線消毒在以下領(lǐng)域?qū)⒂兄訌V闊的應(yīng)用前景：污水消毒；高級氧化；泳池等工、商業(yè)工藝用水的氧化及消毒處理，油田回注水、醫(yī)院廢水等特殊領(lǐng)域的消毒處理；飲用水消毒；消除臭氧；消除余氯；表面消毒；空氣消毒；其它工業(yè)領(lǐng)域，包括食品業(yè)、飲料業(yè)、制藥業(yè)、化妝品業(yè)、制造業(yè)、高技術(shù)產(chǎn)業(yè)等。

總之，uv—C殺菌效率高，紫外消毒技術(shù)對提高供水安全性、改善水環(huán)境質(zhì)量、保障人體健康等方面都具有十分重要的意義。未來在水處理、工業(yè)應(yīng)用、液體和空氣消毒領(lǐng)域都將具有非常廣闊的應(yīng)用前景。