自來水紫外線消毒技術(shù)應(yīng)用及發(fā)展

曾曉島

貴州甕安經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)管委會

自來水紫外線消毒技術(shù)應(yīng)用及發(fā)展

曾曉島

貴州甕安經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)管委會

本文首先介紹了我國傳統(tǒng)的自來水消毒技術(shù)，即氯消毒和臭氧消毒，兩者都存在不足，需要新的消毒技術(shù)來取代。所以重點(diǎn)介紹了紫外消毒技術(shù)，包括其國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀，消毒原理，優(yōu)缺點(diǎn)及其改進(jìn)，技術(shù)展望等。

自來水；氯消毒；臭氧消毒；紫外線消毒技術(shù)；持續(xù)消毒

1 紫外線消毒技術(shù)的原理

紫外線消毒水處理技術(shù)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)。紫外線是指電池波譜中波長為100nm到400nm部分，包括真空紫外線VUV，100-200nm；UV-C波，200-280nm；UV-B波，280-315nm；UV-A波315-400nm。其中殺毒能力最強(qiáng)的紫外波段是200-280nm，即紫外C波段。紫外線消毒原理是利用特殊設(shè)計(jì)的紫外發(fā)生裝置產(chǎn)生UV-C照射流水， 當(dāng)水中的各種細(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)胞中的脫氧核糖核酸或核糖核酸結(jié)構(gòu)受到破壞， 使其喪失復(fù)制和繁殖能力， 同時，紫外線還可以對微生物的細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞壁產(chǎn)生一定的破壞作用因細(xì)菌、病毒的生命周期一般較短， 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。

2 紫外線消毒技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

2.1 國外

早在1910 年，紫外線消毒就被應(yīng)用于法國馬賽市的自來水廠。之后，用紫外線為水消毒因?yàn)槌杀靖叨y以推廣。隨著低壓汞燈的出現(xiàn)，紫外線消毒就常常被用于其他工業(yè)用水的消毒，如醫(yī)藥、食品和飲料制造業(yè)。近年來，隨著一些新的紫外線消毒技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了許一些較為廉價(jià)的消毒方法，因此紫外線消毒技術(shù)得到推廣和發(fā)展。目前全球已經(jīng)有3000多家自來水廠和5000千多家污水處理廠采用紫外線消毒技術(shù)。美國已經(jīng)制定相關(guān)法律，要求推廣紫外線消毒技術(shù)，并規(guī)定在廢水處理中必須使用紫外線消毒技術(shù)，紐約自來水公司日處理能力達(dá)780 萬噸的自來水廠已經(jīng)決定采用紫外線消毒。隨著紫外消毒技術(shù)的發(fā)展及一些發(fā)達(dá)國家(美國、日本等)對紫外消毒技術(shù)的強(qiáng)力推廣，使其在飲用水處理中的應(yīng)用不斷擴(kuò)大，紫外消毒技術(shù)的應(yīng)用前景和普及速度十分樂觀

2.2 國內(nèi)

在我國，紫外線消毒技術(shù)已經(jīng)被大量應(yīng)用于市政污水處理中，而在自來水消毒中的應(yīng)用還是剛剛起步。我國第一個自來水廠采用紫外線消毒技術(shù)是天津泰達(dá)自來水廠，其日供水量可達(dá)32.5萬噸且已于2009年正式通水使用。今年北京平谷區(qū)自來水廠也采用了紫外線消毒技術(shù)，預(yù)計(jì)所有工程可在今年7月份全部完成。而在紫外線消毒技術(shù)的研究和應(yīng)用方面，劉文君教授做出了突出的貢獻(xiàn)。劉文君教授不但開創(chuàng)了國內(nèi)大型城市政給水紫外線安全消毒工程應(yīng)用的新領(lǐng)域，在基礎(chǔ)研究方面也取得了國際同行的高度認(rèn)可的成果，對紫外線消毒后微生物復(fù)活問題、紫外線消毒后的管網(wǎng)水質(zhì)微生物穩(wěn)定性的控制等都提出餓重要的新見解，提出在保持紫外線計(jì)量的情況下通過提高紫外線強(qiáng)度控制微生物復(fù)活的新方法，這些研究成果為推動紫外線技術(shù)的健康應(yīng)用做出了極大貢獻(xiàn)。前面提到的天津泰達(dá)自來水廠也是在劉文君教授的主持下建成的。

3 紫外線消毒技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)及其改進(jìn)

3.1 優(yōu)點(diǎn)

自來水廠采用紫外線消毒技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)很多，主要有：(一)消毒效果好，紫外線消毒技術(shù)對抗氯性的兩蟲(隱孢子蟲和賈第鞭毛蟲)有較好的滅活作用。主要是破壞微生物的DNA使其喪失復(fù)制和繁殖的能力，也能破壞微生物的細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞壁，此外紫外線對病毒也有較好的消毒效果。紫外線照射幾十秒后， 大腸桿菌殺滅率可達(dá)98%， 細(xì)菌總數(shù)的平均去除率達(dá)96%；(二)沒有二次污染，傳統(tǒng)的自來水消毒技術(shù)像液氯和二氧化氯會產(chǎn)生含氯的消毒副產(chǎn)物，如三鹵甲烷、鹵乙酸、鹵代酚、MX、鹵代酮、鹵代醛、 鹵代硝基甲烷等有毒或致癌有機(jī)物，而用臭氧消毒時如果水中存在溴離子也會產(chǎn)生一種致癌的溴化物。用紫外線殺毒技術(shù)完全不會產(chǎn)生有害物質(zhì)，也不會像氯氣那樣產(chǎn)生味道，水的口感好；(三)安全，用液氯消毒有一定的風(fēng)險(xiǎn)，在生產(chǎn)、運(yùn)輸、儲存和使用過程中都有泄露的風(fēng)險(xiǎn)。很多大城市都用次氯酸鈉代替液氯。美國曾報(bào)道液氯是恐怖分子最容易獲得的危險(xiǎn)品，一個液氯灌可以造成幾萬人的喪亡，而紫外線消毒系統(tǒng)則很安全，對公共安全構(gòu)不成潛在威脅；(四)處理速度快，足夠量紫外線可以在一秒內(nèi)殺死絕大部分細(xì)菌和病毒，對城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)中列為標(biāo)定物的大腸桿菌， 用紫外C 消毒技術(shù)只需0. 36 秒就可100%殺滅。而對傳統(tǒng)氯氣以及臭氧等消毒方法來說， 達(dá)到現(xiàn)代紫外C 消毒技術(shù)的殺菌效果一般需要20 分鐘至1 個小時的時間；(五)運(yùn)行費(fèi)用低，采用紫外線消毒技術(shù)， 1 噸污水的殺菌消毒成本僅需0.004 元， 甚至更低。在千噸水處理量水平， 紫外消毒技術(shù)的成本只是氯消毒的1/ 2， 氯加脫氯消毒成本的2/ 5， 臭氧消毒成本的1/ 9。在10 萬噸水處理量水平， 紫外消毒技術(shù)的投資及運(yùn)行成本也比其他技術(shù)低很多。此外，紫外消毒技術(shù)還有運(yùn)行安全可靠，安裝維修簡便， 占地面積小， 可以實(shí)現(xiàn)自動控制等特點(diǎn)。

3.2 缺點(diǎn)

自來水廠采用紫外線消毒的不足有：(一)無持續(xù)殺毒能力，消毒后水遇到新的污染源會再次被污染[1]，不能維持供水管網(wǎng)持續(xù)消毒效果也就是后續(xù)殺毒能力較弱，因此需要與氯或者氯胺配合使用；(二)水質(zhì)要求高，對于懸浮固體很多、水質(zhì)較差的水， 由于懸浮固體可以庇護(hù)微生物使其免遭傷害， 消毒效果很難保證；(三)消毒后微生物復(fù)活問題，紫外線消毒只是讓DNA不能復(fù)制而破壞微生物的遺傳能力，在一定條件下微生物可以復(fù)活，不能完全將微生物殺死。(四)紫外燈套管容易結(jié)垢，影響紫外光的透出和殺菌效果 ，國產(chǎn)的紫外燈壽命短導(dǎo)致更換費(fèi)用高。(五)設(shè)備復(fù)雜費(fèi)用高，前期投入費(fèi)用較高，紫外線因透射較弱要求照射面大水層薄，致使消毒流程設(shè)備復(fù)雜。

3.3 技術(shù)改進(jìn)

目前針對紫外線無持續(xù)殺毒能力等缺點(diǎn)，主要是將紫外線消毒工藝和氯消毒工藝聯(lián)合起來消毒。對紫外線技術(shù)本身主要是改進(jìn)紫外燈的壽命。此外還可將紫外線消毒工藝和光催化氧化消毒工藝或者高級氧化技術(shù)結(jié)合，這樣不僅能除去微生物還能除去部分天然有機(jī)物。

4 紫外線消毒技術(shù)的展望

紫外線消毒由于不投加化學(xué)藥劑， 不產(chǎn)生有害物質(zhì)， 安全可靠。紫外線消毒具有廣譜性， 能快速高效地殺死包括細(xì)菌、結(jié)核菌、病毒、芽抱和真菌等在內(nèi)的所有微生物， 尤其是對水中賈第鞭毛蟲和隱抱子蟲具有良好的滅活效果。因此， 紫外線消毒技術(shù)在水和污水處理領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。但是， 在實(shí)際應(yīng)用中需要考慮抑制消除微生物的復(fù)活再生和持續(xù)殺菌以及克服紫外線穿透力低的問題。紫外線消毒技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用的主要方向包括紫外線消毒后的細(xì)菌復(fù)活研究、流體力學(xué)模擬軟件的應(yīng)用、和紫外線消毒高效低能耗光源的開發(fā)等。這些方面的研究與開發(fā)為未來技術(shù)的革新提供了極大的空間。在不久的將來， 紫外線消毒技術(shù)在水和污水處理領(lǐng)域的應(yīng)用將更加普及。

5 結(jié)束語

我國現(xiàn)有的自來水消毒方法中，傳統(tǒng)的氯消毒方法存在不足，會產(chǎn)生致癌副產(chǎn)物以及自來水的口感不佳；而臭氧消毒法本身技術(shù)不夠成熟且生產(chǎn)成本高。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，因紫外線消毒技術(shù)有消毒效果好能殺死隱孢子蟲和賈第鞭毛蟲、沒有二次污染不產(chǎn)生消毒副產(chǎn)物、運(yùn)行成本低、處理速度快等優(yōu)點(diǎn)，國外很多發(fā)達(dá)國家已經(jīng)在推廣紫外線消毒技術(shù)。但紫外線消毒技術(shù)也存在不能夠持續(xù)殺毒，殺毒后微生物能復(fù)活等缺點(diǎn)，需要與氯消毒工藝聯(lián)合使用。相信在不久將來，我國自來水用紫外線消毒會得到進(jìn)一步的發(fā)展和推廣。

[1]孫彥軍，周楠楠 紫外消毒技術(shù)在泰達(dá)自來來水公司中的應(yīng)用 [J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2011(6)

[2]劉雪春，李詩穎，黃翔 引用水消毒方法的弊端及其改進(jìn)展望 [J].桂林航天工業(yè)高等?？茖W(xué)校學(xué)報(bào)，2010(1)

[3]方自毅，何鳳華，劉文君等 紫外線消毒技術(shù)在天津開發(fā)區(qū)凈水廠三期工程中的應(yīng)用 [J].給水排水，2010(1)

[4]何煦 紫外消毒技術(shù)商機(jī)凸顯 [J].中國水利報(bào)，2003(7)

[5]吳彥君，李國玲，王麗艷 紫外線消毒技術(shù)在水和污水處理中的應(yīng)用[J].綠色科技 ，2011(6).