紫外線消毒技術的研究現狀及發展趨勢探討

楊國坤 劉娣

摘要：隨著人們健康意識的不斷提高，消毒已經成為家居日常工作之一，新型冠狀病毒的出現使各大公共場所的消毒工作也成為清潔工作中的日常內容。傳統的消毒方式包括酒精消毒、消毒劑消毒等，但部分消毒工具具有刺激性，氣味較大，不利于全面推廣，紫外線消毒從眾多消毒方式中脫穎而出。本文從紫外線消毒研究的重要意義、紫外線消毒技術的研究現狀以及紫外線消毒技術的發展趨勢三方面對紫外線消毒進行系統的研究與探討，明確紫外線消毒技術的發展方向。

關鍵詞：紫外線消毒技術;消毒技術研究;紫外線技術發展趨勢

目前紫外線消毒技術已經普遍被應用于家居消毒、物品消毒以及水消毒中，不僅操作簡單而且能夠重復使用，紫外線消毒主要是通過特定波長下的紫外線破壞細菌病毒等微生物的脫氧核糖核算（DNA）以及核糖核酸（RNA）的分子結構，造成微生物的死亡，并抑制微生物的復制再生。紫外線消毒技術的應用已經由來已久，現階段的紫外線技術發展在取得一定成果并得到普遍應用的同時，需要進一步進行創新發展。目前，針對污水的紫外線消毒研究還較少，紫外線消毒的應用還存在巨大的空間。要確保對紫外線消毒技術的充分應用，還需要根據紫外線消毒技術的特性，對其進行深入的研究與探索。

1紫外線消毒技術研究的重要意義

紫外線消毒技術是建立在現代防疫學基礎上，結合醫學以及光動力學的一種現代化的先進消毒技術，紫外線消毒不僅具有高效性，而且由于成本較低能夠得到普遍應用。在傳統的物理消毒法中，高溫消毒法、煮沸消毒法等都對消毒環境要求較高，難以得到廣泛應用，而化學消毒法存在的弊端較多，具有一定的副作用，容易造成二次污染。但是采用紫外線消毒法不僅對環境的影響較小，而且在對水進行消毒時，不會增加水中雜質，不會改變水的基本形狀。在對空氣進行消毒時，沒有異味，強度極大，能夠殺滅的細菌病毒種類較多，屬于物理消毒的新方式。紫外線消毒技術不會造成二次污染，并且不存在抗藥性問題，屬于完全環保的消毒方式[1]。

紫外線消毒的應用成本較低，造價較低，使用壽命主要取決于紫外線設備。盡管紫外線消毒技術存在諸多優勢，但是目前還沒有得到大范圍的應用，通過紫外線技術的研究，能夠不斷擴大紫外線消毒技術的應用范圍，提高紫外線消毒水平，促進消毒產業的發展，目前LED紫外線燈的出現，就是紫外線消毒技術提升下的產物，不僅燈的壽命更長，波長更加多樣化，且與消毒效率更好，在工程運用上的研究已經展開，紫外線消毒技術的研究前景一片大好。

2紫外線消毒技術的研究現狀

2.1 傳統紫外線消毒

在早期的紫外線消毒中，由于紫外線輻射的過程中可能產生臭氧會對人體造成傷害，進而造成早期的紫外線消毒技術中意外事故的發生率較高[2]。紫外線能夠穿透皮膚破壞人體的DNA，進而引發細胞癌，而由于紫外線具有無色無味的特點，在進行紫外線照射時不容易引起人的察覺，易造成意外風險的發生。而傳統的紫外線消毒主要方式靠人工進行，不僅操作方式繁瑣，且在操作過程中很可能造成遺漏，消毒效果缺少保障，由于缺少相應的檢測管理，造成紫外線的消毒情況難以掌握。

2.2 低壓汞燈消毒

2.2.1 低壓汞燈消毒的特點

低壓汞燈消毒是紫外線消毒中的一種，這種燈管光強較低，存在光固化速度較慢的情況，但是由于發熱量較小，無需進行長時間的冷卻，因此因公范圍也比較廣泛，尤其在印刷制版上。主要工作原理是汞蒸氣壓為1.3～13 Pa時，汞燈波長為253.7 nm，在紫外線的波長區域內，運用紫外線技術可進行殺毒。汞燈主要應用范圍按照消毒對象性質劃分主要包括表面消毒、水消毒、空氣消毒燈，在表面消毒中，運用低壓汞燈可以在一秒鐘內將照射范圍內的細菌全部滅火，但是消毒范圍主要為不耐熱物體，包括兒童玩具、不耐熱工藝品、部分電子元件等，低壓汞燈消毒成本較低，能夠得到普遍應用，在肉食品以及果蔬消毒中也可以使用[3]。

在空氣消毒方面，紫外線消毒技術的應用已經具有較長歷史，在醫療場所懸掛紫外線消毒燈已經得到廣泛應用。在醫院之后，視頻加工無菌車間等相繼采用紫外線消毒技術，采用消毒盒或消毒機的方式進行消毒。但是低壓汞燈消毒存在一定的缺點，汞燈材質較為脆弱，一旦破碎釋放出汞蒸氣，將造成嚴重影響，因此應用低壓汞燈進行消毒對于環境有一定的要求。汞燈波長較為固定，而微生物之間對紫外線的抵抗能力不同，難以達到對不同微生物的統一滅絕。

2.2.2 低壓汞燈在水消毒方面與氯消毒的對比

在水消毒方面，與傳統的氯消毒相比，二者都不會對水的性狀產生影響，但是在具體運用上，低壓汞燈消毒具備一定的優勢。在傳統的氯消毒中，氯消毒在一定程度上能夠引發二次污染，并且對于賈第鞭毛蟲燈具有耐氯性質的微生物消毒效果不佳，并且氯消毒具有一定的毒副作用，容易引起部分人群的過敏。而低壓汞燈消毒應用紫外線消毒技術，通過破壞微生物的脫氧核糖核酸（DNA）以及核糖核酸（RNA），能夠有效實現無差別滅菌，不會引發二次污染。并且在運用成本上遠遠低于氯消毒。在水消毒上紫外線消毒技術已經得到正式應用，其效果得到業界廣泛好評。

2.3 LED紫外線消毒燈

2.3.1 LED紫外線消毒燈的特點

與傳統的紫外線消毒燈相比，LED紫外線消毒燈更加節能環保，體積較小，壽命更長，并且現階段的LED紫外線消毒燈的波長可以進行調整，進而充分應對微生物對不同波長的抵抗能力。有研究表明，在通量效率為265 nm時對大腸桿菌的消毒效果最佳。在空氣消毒方面，LED紫外線消毒燈的消毒效果對于真菌細菌較強，對病毒次之。LED 在外線消毒燈由于體積較小，具有智能操作功能，能夠定時進行消毒，遙控進行消毒，在家居消毒、母嬰用品消毒方面得到了普遍應用，但是在大規模應用方面還在進一步進行研究[3]。

2.3.2 脈沖LED紫外線消毒技術

在紫外線消毒中，脈沖紫外線技術應用較廣，脈沖紫外線技術主要應用于氙燈消毒上，通過脈沖進行消毒能夠有效提升消毒效率，但是脈沖氙燈存在明顯的缺陷，即消毒燈體積較大，且耐用性差、壽命較短，LED紫外線消毒技術由于LED燈于氙燈體積結構燈都具有較大的差異性，因此在脈沖消毒效果上也存在一定的差異性。通過光化學法對LED紫外線燈進行連續消毒與脈沖消毒效果測試，發現二者之間的差異性較小，通過對示波器觀察能夠發現，紫外線脈沖消毒中，在消毒過程中會出現尖峰脈沖效果，這一現象能夠解釋二者之間通過光化學法進行比對存差異較小的原因，即在占比計算中，紫外線計量引發的二者在光化學法對比下差距較小，但是按照占比計算，LED的脈沖消毒方式能夠有效降低熱量釋放，電池消耗，并延長使用壽命[4]。脈沖技術的進一步研究對于LED消毒技術的發展具有重要意義。

2.3.3 LED紫外線消毒技術對波長的研究

在波長研究方面，以往單一波長照射存在一定的弊端，多波長同時照射成為紫外線技術研究的重點之一。通過多波長同時照射，不僅能夠提升照射效率，實現對不同細菌病毒的同時消殺，而且能夠節省時間、減少能耗。經過研究發現，采用不同波長協同照射的方式與單一照射相比能夠發揮出更好的效果，通過破壞細菌以及微生物的蛋白質結構，以及酶結構等，能夠有效抑制細菌脫氧核糖核酸（DNA）的修復。在針對污水的消殺實驗研究中，對于組合波長的效果研究已經取得一定的成功，如波長280 nm與365 nm的組合能夠有效實現對嗜溫細菌的消殺，采用265 nm與365 nm的組合能夠有效實現對大腸桿菌MS2的消殺。組合消殺也成為紫外線殺毒的重要研究方向之一。

2.4 長紫外線研究

在傳統的紫外線消毒技術中，最大的應用弊端即紫外線消毒對于人體存在危害，如何實現在不傷害人體的情況下對病毒的消殺成為紫外線消毒技術的重要研究課題之一[4]。經過一系列的研究，部分遠紫外線能夠達到在不穿透人體角質層以及皮膚的情況下，實現對病毒的滅火。有研究以小白鼠為實驗，在222 nm的波長下對小白鼠進行照射，小白鼠皮膚及視網膜燈未發現損傷，對長紫外線不會穿透人體皮膚及視網膜進行了佐證。這一實驗及技術得到廣泛關注，如能進行有效應用，則可以在人的皮膚燈發生破損時，在微生物進入傷口前對傷口進行滅活消毒，有效降低感染發生率，且可以在公共場合進行大范圍應用，有效降低由于人群密集造成細菌及病毒交叉感染發生率。

3紫外線消毒技術的發展趨勢

3.1 紫外線消毒技術的智能化、高端化

e消毒是時代背景下的智能化紫外線消毒方式，通過紫外線消毒的智能化，采用物聯網芯片技術，建立消毒管控系統，通過智能管控方式，能夠實現對紫外線消毒設備的操作，如遙控操作。采用人體感應機制，當消毒范圍內有人出現時智能關閉消毒狀態。并且可以定時進行自動消毒。有效解決了消毒需要滿足一定條件、需要防治意外傷害等一系列問題。并且能夠隨著信息技術的不斷更新，實現系統的升級。

e消毒還具有語音播報功能，能夠對口令指示燈做出反饋，使用方式更加便捷在消毒范圍上，e消毒相較于傳統紫外線消毒范圍更廣，能夠應用到公共場合，通過智能控制，在確定消毒范圍內無人時自動進行消毒。e消毒可通過執行檢測功能在智能屏幕直觀反應出消毒情況，確保消毒工作的全面覆蓋，并且能耗較小。e消毒只是紫外線消毒技術發展趨勢的一個縮影，是紫外線消毒技術多元化發展的標志，在未來紫外線消毒技術將更加智能、更加高端[5]。

3.2 紫外線消毒技術的規模化

現階段的紫外線消毒設備普遍覆蓋范圍較小，應用具有一定的局限性。但是針對紫外線消毒技術的大規模應用研究已經得到具體展開，并得到一定程度的應用。在城市污水處理中，通過建設與污水處理渠道相適應的污水處理系統，對污水進行消殺，在紫外線線消毒系統中，通過控制系統設置消毒系統的參數，確保消毒系統的順利運行，將相關數據反饋到總控制中心，對消殺狀況進行調控。通過設置紫外光強探頭對紫外光計量進行掌控，判斷消殺效果是否符合要求。但是現階段的紫外線消毒設備在大規模應用上，設備維護費用較高，部分原件損耗較大，存在一定缺陷，還需要進一步進行研究與改進。

以汞蒸汽燈為例，汞蒸氣燈是現階段城市污水處理常用的紫外線消毒工具，汞蒸氣燈在應用中有可能發生汞泄露，對人體造成危險。近年來，尋找替代汞蒸氣燈的研究不斷進行，紫外發光二極管（UV-LEDs）逐漸走入研究人員視野，UV-LEDs不僅覆蓋范圍更廣，而且能有有效避免汞泄露情況的發生。體積更加小巧，不需要進行預熱，在使用壽命也相較于供氣燈更長，但是UV-LEDs的研究還處于初級階段，要實現普遍應用還需要一定時間。

4結束語

通過明確紫外線消毒技術研究的重要意義，了解紫外線消毒技術的現狀，了解紫外線消毒的原理，明確紫外線消毒對于當今社會的重要意義，能夠有效把握紫外線消毒技術的發展方向，并對紫外線消毒技術的發展趨勢進行預測，紫外線消毒技術的應用將全面實現智能化、高端化、規模化，進而為創造出更加安全、健康、美好的生活環境貢獻力量。

參考文獻

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[3]張曉君，王彩云，程英，等.紫外殺菌技術在乳制品滅菌工藝中應用研究進展[J].中國乳品工業，2019，47（4）：49-54.

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[5]張華，范華.紫外線空氣消毒的現狀及醫務人員認知調查[J].中華現代護理雜志，2021，27（4）：526-530.