綦晓晖
烟台维佳半导体科技有限公司264006
摘要：本文论述了紫外线消毒技术的发展及其与传统氯化消毒技术的对比分析，并提出了在工程设计中应注意的问题。分析了紫外线消毒技术的应用现状，并对其应用前景进行了简单的展望。
关键词：紫外线消毒技术；加氯消毒；发展；应用
一、引言
近30年来，紫外线消毒技术取得了长足的进步，已发展成为一种成熟的替代化学消毒技术。超过3000套UV系统已安装在世界各地的污水处理厂，并已成功运行。在北美和欧洲，传统的消毒工艺氯化消毒因其自身存在的隐患和较高的运行成本逐渐被取代。
二、紫外线消毒技术的发展
1878年，人们发现来自太阳的紫外线有杀菌作用。1901年和1906年，汞弧作为一种人造紫外线光源和具有良好紫外线性能的石英灯管被发明出来。1910年马赛自来水厂首次采用紫外线消毒技术。在城市污水处理、紫外线消毒技术应用始于1960年代中期,人们在1970年代到80年代,紫外线消毒的应用在城市污水处理的早期研究,这主要是因为在那个时候,人们已经意识到广泛应用于氯消毒的过程中余氯对接收水域鱼类和其他生物有毒,并发现和证实了氯消毒和化学消毒方法可产生如三卤甲烷(THMs)、致癌基因副产物等致幻。这些发现促使人们寻找更好的消毒方法。1965年和1969年，加拿大安大略省水资源委员会研究和评价了紫外线消毒技术在城市污水处理中的应用及其对接收水体的影响。其他加拿大研究人员在紫外线消毒的有效性、技术可行性、影响有效性的水质因素、对接受水中的鱼的影响、消毒副产品以及与氯化消毒技术的经济比较等方面进行了许多开拓性研究。结果表明，该紫外消毒技术是可行的，可达到与氯化消毒相同或更好的消毒效果，且对水体无毒副作用和消毒副产物。这些研究为推广紫外线消毒在城市污水处理中的应用奠定了基础。
在1982年,一个加拿大公司发明了世界上第一套紫外线消毒系统安装于200年开放的通道,并介绍了模块化紫外消毒系统的概念,即紫外系统可以由几个独立的紫外线灯模块,由重力和水的流动,而不需要泵、管道和阀门。系统的维护和扩展或更新非常简单和灵活。全球3000多家城市污水处理厂已经安装了紫外线消毒系统，其中超过5%的系统是基于开放式模块化紫外线消毒系统。
这些污水消毒系统小范围每天处理数千立方米，大范围每天处理数百万立方米。
在亚洲，香港石湖墟污水处理厂已于一九九九年投入运作。工厂规模24万m/d，消毒后粪便大肠杆菌数量小于1000 /100mL。从2000年到2003年,深圳龙岗有大型工业污水处理厂(56000 m3 / d),上海长桥污水处理厂(22000 m3 / d),上海松江北污水处理厂(80000 m3 / d),无锡新区污水处理厂(30000 md),第二污水处理厂在苏州新区(40000 m3 / d)和上海龙华污水处理厂(105000 m3 / d),使用紫外线消毒系统。
三、紫外线消毒技术与传统加氯消毒的对比分析
与传统氯化消毒技术相比，紫外消毒技术在经济效益、消毒谱和环境影响等方面具有明显优势。根据笔者近年来对其设计和操作的深入了解，现作详细介绍。
3.1经济效益分析
污水处理厂运行一年，紫外线消毒的运行成本比氯消毒低36万元(运行成本差0.02元)。两次投资差额25万元，可以在不到一年的时间内收回。一个运行20年的污水处理厂，可节约720万元。其次，紫外线消毒将节约350平方米的建筑面积成本。
3.2消毒性能比较
紫外线消毒技术作为一种先进的消毒技术，在消毒性能上具有明显优势。结果表明，紫外线消毒对细菌的光谱性更强，随着人们对水环境要求的提高，紫外线消毒能更好地满足这些要求。紫外线消毒系统采用明渠模块化设计，采用先进的自动控制系统，大大降低了维护和监控成本。物理消毒技术也大大降低了化学消毒技术对周围运行环境的危害。
四、紫外线消毒技术的应用分析
4.1紫外线消毒技术在污水处理中的应用
紫外线消毒技术在污水处理中的应用有以下几点:
(1)污水中的悬浮物、浊度、有机物、氨氮等会干扰紫外光的透射，设计时应准确了解进水水质的相关参数。了解业主的排水标准，因为不同的标准对粪便菌群有不同的要求。这与电子管的选择有很大关系。
(2)对灯管的类型(低压灯、低压高输出灯、中压灯)有比较熟悉的了解。下表为各种UV灯具的性能参数及自适应范围。
(3)理解资本运作的情况和业主的要求,并确定石英管清洗方法和压载的安排,因为这与套管和手动清洗和机械清洗(包括纯机械和机械和化学公式),另一个镇流器与紫外线模块分离或结合安排决定了消毒系统类型和规模的投资。
(4)正确把握消毒接触时间和主工艺排水流量，直接确定灯管数。
4.2紫外线消毒技术在中央空调中的应用
通过以上分析不难看出，在本工程中，将紫外线灯布置在空调系统风道内是一件很困难的事情。特别是在对空调系统进行改造以应对非典时，更难以实现对原有房间调节系统的改造。同时，由于空调环境中的微生物是导致空气质量恶化的主要因素，越来越受到国内外的重视。因此，如何控制空调环境中的微生物污染是我们目前面临的一个重要问题。目前，解决空调环境消毒灭菌的方法主要有两种。
HVAC工程师今天面临的一个主要问题是空调系统造成的室内空气质量恶化。室内空气质量的恶化是许多居民、经营者和业主抱怨的主要问题之一。产生的气味空调系统微生物的生长是偶然的,而坚持和繁殖空调机组的湿表面,造成系统中的不良气味的扩散,影响装置的性能和室内空气质量的恶化。微生物污染对空调系统的影响是双重的。一方面,大量微生物附着的表面线圈和生长和繁殖,从而增加空气穿过线圈的电阻,降低线圈的热交换效率,因此导致的减少空调设备的性能和运营成本的增加。另一方面，微生物污染影响室内空气质量。当空调系统运行时，建筑内大量有害微生物附着在空气颗粒上，扩散到建筑的各个角落，造成微生物污染的扩散。早在1975年，欧洲就已经使用紫外线消毒来控制空调设备潮湿表面上微生物的生长。一些紫外线灯厂家厂家推荐:在距离餐桌或出现冷凝剂1米处的壁面上使用15w紫外线灯以达到控制细菌、病毒的生长。对于直接暴露在紫外线下的表面，只要有足够的时间就可以消毒。理论上，即使是低强度的紫外线灯也可以使用更长时间的紫外线照射。这张照片显示了用于控制空调装置过滤部分的紫外线灯上的微生物生长情况。但由于其对紫外线的穿透能力较差，在实际应用中应充分考虑。国外也对湿表面紫外线辐射提高空调机组性能的应用进行了研究。
4.3紫外线消毒技术在微生物污染控制中的应用
目前，我国室内使用的紫外线消毒技术多采用直接照射消毒。然而，直接的紫外线辐射会对人的皮肤和眼睛造成伤害。同时，虽然直接紫外线辐射对室内空气有一定的影响，但一旦辐射停止，人员恢复活动，火菌的原有作用很快就会消失。因此，不要在有人员来的地方直接使用紫外线照射来控制室内微生物污染。为了人员安全和室内微生物的控制，世界上主要采用屏蔽式循环空气紫外线灭菌器和紫外线照射法来控制室内微生物污染。正是由于短波紫外线紫外线C会引起人眼结膜炎、角膜炎等疾病，所以工作在短波紫外线辐射环境中的人员，有一定的辐射照度限制。根据美国政府工业燃烧专家会议的讨论结果，在254m紫外线灯下工作8小时，最大允许的紫外线辐射能量应小于或等于0.2 PWcm2。
4.3.1紫外线上照法
防护循环空气紫外线消毒器是安装在防护风扇驱动装置内的紫外线灯，可使空气有组织地在紫外线区循环，同时防止紫外线辐射对人体造成伤害。国外主要采用矩形紫外线消毒器，我国在1998年研制成功了圆柱形紫外线消毒器。
但是，屏蔽式循环空气紫外线消毒器的单循环路径的有效性不应与整个房间的有效性混淆。虽然屏蔽式循环空气紫外线消毒器对单条循环路径的消毒效果可达99%，但对整个房间的消毒效果却大大降低。这是因为房间里只有一小部分空气通过一个屏蔽的循环风紫外线消毒器。为了提高屏蔽式循环风紫外线灭菌器对室内微生物污染的控制效果，必须增加通过该装置的空气量。但在实际应用中，如果没有很高的风速，就很难使室内的大部分空气通过屏蔽式循环风UV消毒器，这是该设备的主要缺点。
4.3.2紫外线上照法的空气消毒
紫外线辐射法是通过自然对流或强制对流将房间下面的有害微生物带入房间上部的紫外线辐射区域进行辐照杀菌。因此，紫外线照射对室内粉尘污染的控制效果与室内空气进入照射区域的情况有很大关系。如果进入紫外线照射区域的空气量大，紫外线照射杀菌效果好;如果进入紫外线照射区域的空气量较小，紫外线照射的杀菌效果较差。
五、结语
通过对紫外线消毒技术的理论和实验研究，发现紫外线消毒技术具有更广泛的应用前景。但在实际应用中应具体问题具体分析，根据不同的应用场所，采用不同的使用方式，以充分发挥紫外线消毒的作用。根据紫外线消毒技术的不同应用场所，作者进行了相应的理论和实验研究，得出如下结论:
1. 在中国，经过几年环保行业的不断探索和共同努力，紫外线消毒技术已逐渐被接受。紫外线消毒技术投资经济，维护简单，占地少，消毒效果明显，无副作用，市场前景广阔。
2. 通过实验研究和理论计算，认为采用30W C波段无臭氧紫外线灯管对全新风空调系统风道进行消毒存在一定的问题。通过理论分析和实验验证,结果表明,紫外线灯的效果在大型中央空调系统的风道消毒相当有限,所以结论风道的紫外线灯只适合小型空气管系统。
3.紫外灯放置在空调机组表面冷却器和过滤器的前后，可有效控制其表面微生物的生长。同时，在空调机组表面冷却器前安装紫外光灯，对系统运行具有良好的节能效果。
4. 通过引入室内污染物的消毒率概念来研究室内空气的混合情况。基于房间混合模型，发现大多数房间都处于良好的混合状态。因此，在房间内采用紫外线照射方法可以有效控制室内微生物污染，同时保证人员在房间内的安全。
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作者简介： 綦晓晖（1979，2-），女，汉族，学历：本科，研究方向: UVC-LED， 除菌家电 ，智能化消毒。