紫外線殺菌原理及效率

讓我們了解紫外線
　 我們都了解，最便宜、最方便的消毒殺菌方式是太陽光，實際上，我們只是運用太陽光源中之紫外線作為殺菌工具。紫外線一直被人們普遍采用，因為它不但方便、便宜、無污染且無殘留物，其惟一缺點是在良好的天氣環(huán)境下才能取得。
　 在1878年，Downee and Blunt已發(fā)現(xiàn)紫外線的殺菌能力，但當時仍沒有產(chǎn)生紫外線的方法，故這一發(fā)現(xiàn)未能應(yīng)用。
　 1901年，Cooper and Hewitt發(fā)明了水銀電弧紫外線燈，但受制于當時燈絲材料、真空技術(shù)、石英純度等技術(shù)的局限，水銀電弧燈的壽命不長，而UV-C的效率也低，但水銀電弧燈的發(fā)明，為人類使用紫外線殺菌打開了大門。
　 1940年美國發(fā)明了水銀燈后才有所改變。低壓水銀燈的特點是工作穩(wěn)定，紫外線效率高（能量中30-40%轉(zhuǎn)化為殺菌功耗），再加上石英提純，及真空技術(shù)提高，低壓水銀紫外線燈壽命可長達10000小時（原強度的80%）。低壓水銀燈的發(fā)明，使紫外線應(yīng)用有很大的發(fā)展。
　　美國對UV消毒設(shè)備應(yīng)用比歐洲略慢，這種情況到20世紀70年代有所改變。在此之前，美國主要用氯消毒。隨著急劇城市化及城市生活污水廠的大量興建，大量的污水經(jīng)氯消毒后排入自然水體并作為飲用水水源，造成污水廠下游水體嚴重的氯污染。這些污染有：
　　①余氯：污水廠為維持殺菌效果，要在排放水中保持余氯，余氯排入自然水體，會把水中的微生物、藻類等殺死。把水體② 自1801食物鏈的最低層摧毀，微生物及藻類死亡，使小魚、蝦及其它殼類生物的食物不夠而數(shù)量減少，進而影響其它水產(chǎn)物的數(shù)量及平衡。
　　②氯消毒還會產(chǎn)生致癌的氯氮化合物，氯在殺死微生物的過程中和致癌的細胞中的有機物產(chǎn)生氧化反應(yīng)，其中的副產(chǎn)品有氯氨及氯鹵化合物，其中THM（trihalgen methane）是致癌物質(zhì)。THM在水產(chǎn)物體內(nèi)累積，人類食用后也會留在人體內(nèi)，引發(fā)癌癥。

紫外消毒器工作原理

紫外線殺菌原理

在地球上所有以知的生命形式，都是以DNA及RNA作為繁殖、遺存的基礎(chǔ)。D NA及RNA都以4種化學(xué)物單元組成
      A--Adenine腺嘌呤
      T--Thymine胸腺嘧啶
      C--Cytosine胞核嘧啶，氧氨嘧啶
      G--Guanine烏嘌啶（核酸的基本成分）
      細胞繁殖時，DNA中的長鏈打開，打開后每條長鏈長的A單元會尋找T單元連合，每條長鏈都可復(fù)制出與剛分離的另一條長鏈同樣的鏈條，恢復(fù)原來分裂前的完整DNA，成為新生細胞的基礎(chǔ)。波長在240-270nm的紫外線能打破DNA生產(chǎn)蛋白質(zhì)及復(fù)制的能力。細菌病毒的DNA，RNA受破壞后其生產(chǎn)蛋白質(zhì)的能力和繁殖能力均已喪失。因細菌，病毒一般生命周期很短，不能繁殖的細菌，病毒就會迅速死亡。

紫外線消毒技術(shù)的優(yōu)勢 
　 紫外線消毒技術(shù)對細菌病毒以及其它致病體的消毒效果已得到全世界的公認。紫外線消毒技術(shù)具有下列明顯的優(yōu)點。 
1．紫外線消毒技術(shù)具有其它技術(shù)無可比擬的殺菌效率
表1列出紫外線技術(shù)對常見幾種細菌病毒的殺菌效率。由表1可見，紫外線對細菌、病毒的殺菌作用一般在一秒以內(nèi)。而對傳統(tǒng)紫外、氯氣以及臭氧方法來說，達到紫外線的效果一般需要20分鐘至一小時的時間。  
表1 紫外線水消毒設(shè)備對常見細菌病毒的殺菌效率 (紫外輻射強度:30,000μW/cm2) 

2．高效殺菌廣譜性
    紫外線技術(shù)在目前所有的消毒技術(shù)中，殺菌的廣譜性是最高的。它對幾乎所有的細菌，病毒都能高效率殺滅。并且對一些對人類危害極大的，而氯氣以至臭氧無法或不能有效殺滅的寄生蟲類（例如隱性包囊蟲 cryptosporidium，賈第鞭毛蟲giardia等）都能有效殺滅。表1也可看出紫外線水消毒設(shè)備的殺菌廣譜性。
3． 無二次污染
    由于紫外線技術(shù)可以被控制為僅僅是殺菌，并且不加入任何化學(xué)藥劑，因此它不會對水體和周圍環(huán)境產(chǎn)生二次污染。不改變水中任何成分。對氯消毒來說，其與水中有機物產(chǎn)生的有機氯已被公認為對人體有致癌作用，并且水中含有的氯化合物在某些場合下會起到反作用，對水中生物以及水環(huán)境產(chǎn)生毒害。臭氧方法也有類似的問題。大量難聞的未溶解到水中的臭氧揮發(fā)到空氣中，有害于附近工作人員的身心健康。
4． 運行安全、可靠
    傳統(tǒng)的消毒技術(shù)如采用氯化物或臭氧，其消毒劑本身就是屬于劇毒、易燃、易爆的物質(zhì)。這些物質(zhì)的使用對操作現(xiàn)場人員以及周圍環(huán)境和居民安全產(chǎn)生潛在的威脅，需要特別小心。我國的公安、消防及環(huán)保等部門對這些高危物質(zhì)的使用有嚴格的運輸、保存和操作規(guī)定。這些都極大地增加了基層使用單位領(lǐng)導(dǎo)、操作人員和周邊居民的心理負擔(dān)和不安全感?，F(xiàn)代紫外C-消毒系統(tǒng)不存在這樣的安全隱患，是一種對周邊環(huán)境以及操作人員相對安全可靠得多的消毒技術(shù)。

5． 運行維護簡單，費用低
    通常一種高效率的技術(shù)總是和高成本，高運行費用聯(lián)系在一塊。但是，紫外技術(shù)卻是例外。由于九十年代對紫外核心技術(shù)的完善，紫外C消毒技術(shù)不僅消毒效率是所有消毒手段中最高的，而且消毒運行維護最簡單，運行成本最低，在千噸處理量水平可達到每噸水4厘人民幣甚至更低，因此，其性能價格比是所有消毒技術(shù)中最高的。它既具有其它消毒技術(shù)無法比擬的高效率，又具有成本和運行費低的優(yōu)點。在千噸水處理量水平，它的成本只是氯消毒的1/2，是氯加脫氯消毒的2/5，更只有臭氧消毒成本的1/9。即使在十萬噸處理量水平，紫外消毒設(shè)備的投資及運行成本也遠遠低于其它消毒技術(shù)。

6． 占地小，無噪音
    我公司生產(chǎn)的紫外C-消毒設(shè)備。對每小時處理80噸水的NLC-2000設(shè)備來說，其占地只有1.7米×0.8米，高1.5米，重220斤。若預(yù)留足夠空間，該系統(tǒng)共需4平米的運行操作空間。如果處理水量減少，設(shè)備占地體積相應(yīng)減少。另外，紫外消毒設(shè)備如果靠自流式供水（無水泵），將不產(chǎn)生任何噪音。 
7． 連續(xù)大水量消毒
    九十年代末紫外線消毒技術(shù)的另一特點是一年365天，一天24小時連續(xù)運行。除定期需一、二小時以內(nèi)的例行保養(yǎng)外，其最佳操作條件是24小時連續(xù)運行。大水量消毒是現(xiàn)代紫外的另一大特征。除了可以消毒小水量（每小時幾十升），也可以消毒大水量。目前紫外技術(shù)在實際應(yīng)用中最大已達到每小時6萬噸。如果實際需要，還可以更大。 
8． 應(yīng)用領(lǐng)域廣
    在目前所有的消毒技術(shù)中，沒有一種像紫外技術(shù)一樣，具有如此廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。它不僅可以消毒淡水，還可以消毒海水；不僅可以消毒飲用水，還可以消毒廢水。它可廣泛應(yīng)用在各種各樣需要水消毒的領(lǐng)域。例如，養(yǎng)殖業(yè)海水消毒，貝類凈化，農(nóng)業(yè)加工用水，飲用純凈水，電子，醫(yī)藥，生物工業(yè)用超純凈水，各種飲料，啤酒以及食品加工，污水處理后的消毒，自來水消毒，游泳池，城市噴泉裝飾用水，中央空調(diào)及電站等冷卻水，和軍事基地，艦船，潛艇用水等。 
    現(xiàn)代紫外消毒技術(shù)與傳統(tǒng)消毒技術(shù)的比較由表2給出。它克服了現(xiàn)有傳統(tǒng)消毒技術(shù)的缺點。在消毒過程中，不添加任何化學(xué)物質(zhì)，也不產(chǎn)生或在水體中留下任何有害物質(zhì)，運行安全、可靠，安裝、維修簡單，特別是投資及運行維修費用低以及極好的消毒效果。歐洲許多國家以及北美的加拿大和美國已在九十年代分別修改了環(huán)境立法，在廢水處理后的消毒，以及飲用水的消毒上，推薦采用紫外線消毒技術(shù)。

表2   紫外線消毒技術(shù)與幾種傳統(tǒng)消毒技術(shù)的比較

水病菌培養(yǎng)比較圖