紫外線殺菌消毒是利用適當波長的紫外線能夠破壞微生物機體細胞中的DNA（脫氧核糖核酸）或RNA（核糖核酸）的分子結構，造成生長性細胞死亡和（或）再生性細胞死亡，達到殺菌消毒的效果。紫外線消毒技術是基於現代防疫學、醫學和光動力學的基礎上，利用特殊設計的高效率、高強度和長壽命的UVC波段紫外光照射流水，將水中各種細菌、病毒、寄生蟲、水藻以及其他病原體直接殺死。
基本介紹
- 中文名：紫外線消毒
- 外文名：Ultraviolet disinfection
- 評價：紫外線消毒是一種物理方法
- 優點：不在水中引進雜質
- 缺點：孢子、孢囊和病毒比自養型細菌耐
- 消毒機制：利用輻射破壞微生物結構
防毒機制,優缺點,優點,缺點,評價,經濟性,殺菌燈,分類,殺菌效果,優點,研究現狀,適用範圍,適用範圍,消毒燈,消毒器,範圍及條件,使用方法,注意事項,
防毒機制
研究表明，紫外線主要是通過對微生物(細菌、病毒、芽孢等病原體) 的輻射損傷和破壞核酸的功能使微生物致死，從而達到消毒的目的。紫外線對核酸的作用可導致鍵和鏈的斷裂、股間交聯和形成光化產物等，從而改變了DNA的生物活性，使微生物自身不能複製，這種紫外線損傷也是致死性損傷。
優缺點
優點
通常紫外線消毒可用於氯氣和次氯酸鹽供應困難的地區和水處理後對氯的消毒副產物有嚴格限制的場合。一般認為當水溫較低時用紫外線消毒比較經濟。
紫外線消毒的優點如下：
不在水中引進雜質，水的物化性質基本不變；
水的化學組成（如氯含量）和溫度變化一般不會影響消毒效果；
不另增加水中的嗅、味，不產生諸如三鹵甲烷等類的消毒副產物；
殺菌範圍廣而迅速，處理時間短，在一定的輻射強度下一般病原微生物僅需十幾秒即可殺滅，能殺滅一些氯消毒法無法滅活的病菌，還能在一定程度上控制一些較高等的水生生物如藻類和紅蟲等；
過度處理一般不會產生水質問題；
一體化的設備構造簡單，容易安裝，小巧輕便，水頭損失很小，占地少；
容易操作和管理，容易實現自動化，設計良好的系統的設備運行維護工作量很少；
運行管理比較安全，基本沒有使用、運輸和儲存其他化學品可能帶來的劇毒、易燃、爆炸和腐蝕性的安全隱患；
消毒系統除了必須運行的水泵以外，沒有其他噪音源。
缺點
孢子、孢囊和病毒比自養型細菌耐受性高；
水必須進行前處理，因為紫外線會被水中的許多物質吸收，如酚類、芳香化合物等有機物、某些生物、無機物和濁度；
沒有持續消毒能力，並且可能存在微生物的光復活問題，最好用在處理水能立即使用的場合、管路沒有二次污染和原水生物穩定性較好的情況（一般要求有機物含量低於10μg/L）;
不易做到在整個處理空間內輻射均勻，有照射的陰影區；
沒有容易檢測的殘餘性質，處理效果不易迅速確定，難以監測處理強度；
較短波長的紫外線（低於200nm）照射可能會使硝酸鹽轉變成亞硝酸鹽，為了避免該問題應採用特殊的燈管材料吸收上述範圍的波長。
評價
紫外線消毒是一種物理方法，它不向水中增加任何物質，沒有副作用，這是它優於氯化消毒的地方，它通常與其它物質聯合使用，常見的聯合工藝有UV+H2O2、UV+H2O2+O3、UV+TiO2，這樣，消毒效果會更好。
經濟性
紫外線系統的經濟學決定於以下因素：設備造價和壽命；電效率；運行中殺菌效果的降低程度；電費等。對於紫外線消毒系統的經濟分析尚未做出定論，有很多結論不同的分析報導，有觀點認為紫外線殺菌裝置電耗大，設備維護費和造價較高。對於大系統，設備投資比臭氧系統高，運行費用與臭氧相仿；但對於純淨水製造的小型系統投資較臭氧裝置為低。也有觀點認為對於數千噸/日以上的處理規模，紫外線消毒系統的投資和運行成本很具優勢，要比加氯和臭氧消毒的花費都低得多。例如有分析資料報導，在建造人口數為10~25000範圍的小型飲用水處理廠時，紫外線、二氧化氯和臭氧消毒費用的近似比例為1:4：（8~9），對於人口數大於500000的社會團體，費用比約為1:2.5:2.5。
這些費用的估計中沒有包括採用非紫外線消毒工藝時可能附加的去除消毒副產物和隱孢子蟲孢囊的費用。另外還有分析數據顯示紫外線消毒的投資和運行成本均低於氯消毒，消毒成本約為氯的一半，但其差別隨著水處理規模的擴大而縮小。
在法國和前蘇聯，紫外線消毒局限於小型設備，所建立的大型設備是將紫外線燈串聯安裝在濾後水的總管內。在美國紫外線消毒也限於小設備和泳池，並常與其他消毒劑聯用。但在實際套用中報導採用紫外線消毒的飲用水廠的規模已有超過150萬噸/日。
目前我國的紫外線消毒一般用於少量水處理，在純水製備系統套用較多。
殺菌燈
紫外線殺菌燈
分類
能夠輸出足夠的UVC強度用於工程消毒的只有人工汞（合金）燈光源。紫外線殺菌燈燈管是由石英玻璃製成，汞燈根據點亮後的燈管內汞蒸氣壓的不同和紫外線輸出強度的不同，分為三種：低壓低強度汞燈、中壓高強度汞燈和低壓高強度汞燈。
殺菌效果
殺菌效果是由微生物所接受的照射劑量決定的，同時，也受到紫外線的輸出能量，與燈的類型，光強和使用時間有關，隨著燈的老化，它將喪失30%-50%的強度。紫外照射劑量是指達到一定的細菌滅活率時，需要特定波長紫外線的量：照射劑量（J/m2）=照射時間（s）×UVC強度（W/m2）照射劑量越大，消毒效率越高，由於設備尺寸要求，一般照射時間只有幾秒，因此，燈管的UVC輸出強度就成了衡量紫外光onclick="g('消毒設備');">消毒設備性能最主要的參數。在城市污水消毒中，一般平均照射劑量在300 J/m2以上。低於此值，有可能出現光復活現象，即病菌不能被徹底殺死，當從渠道中流出接受可見光照射後，重新復活，降低了殺菌效果。殺菌效率要求越高，所需的照射劑量越大。影響微生物接受到足夠紫外光照射劑量的主要因素是透光率（254 nm處），當UVC輸出強度和照射時間一定時，透光率的變化將造成微生物實際接受劑量的變化。
優點
大多數紫外線裝置利用傳統的低壓紫外燈技術，也有一些大型水廠採用低壓高強度紫外燈系統和中壓高強度紫外燈系統，由於產生高強度的紫外線可能使燈管數量減少90%以上，從而縮小了占地面積，節約了安裝和維修費用，並且使紫外線消毒法對水質較差的出水也適用。
研究現狀
目前國內研究、生產和套用污水紫外線消毒器還很少。天津大學的顧平等人以天津紀莊子污水處理廠的深度處理出水為研究對象，進行了靜態和動態試驗，確定了紫外線劑量與細菌存活率之間的關係，並設計出能產生紊流的紫外線消毒器，多元水環保技術產業(中國)有限公司研製生產的封閉式消毒器可處理100～500m3/h水量，並且在onclick="g('游泳池');">游泳池的循環水消毒中已有套用，模組化敞開式消毒器可根據用戶需求具體設計安裝。煙臺市套子灣污水廠的深度處理採用了敞開式紫外線消毒工藝，可向城市提供4×104m3/d的工業回用水。
適用範圍
適用範圍
用於室內空氣、物體表面和水及其它液體的消毒。
消毒燈
2.3.2.1 消毒使用的紫外線是C波紫外線，其波長範圍是200-275nm，殺菌作用最強的波段是250-270nm，消毒用的紫外線光源必須能夠產生輻照值達到國家標準的殺菌紫外線燈。
2.3.2.2 製備紫外線消毒燈，應採用等級品的石英玻璃管，以期得到滿意的紫外線輻照強度。
2.3.2.3 紫外線消毒燈可以配用對紫外線反射係數高的材料(如拋光鋁板)製成的反射罩。
2.3.2.4 要求用於消毒的紫外線燈在電壓為220V、環境相對濕度為60%、溫度為20℃時，輻射的253.7nm紫外線強度不得低於70uW/cm2(普通30W直管紫外線燈在距燈管1米處測定，特殊紫外線燈在使用距離處測定，使用的紫外線測強儀必須經過標定。)
2.3.2.5 紫外線燈使用過程中其輻照強度逐漸降低，故應經常測定消毒紫外線的強度，一旦降到要求的強度以下時；應及時更換。
2.3.2.6 紫外線消毒燈的使用壽命，即由新燈的強度降低到70Uw/cm2的時間(功率≥30w)的燈，或降低到原來新燈強度的70%(功率<30w=的時間，應不低於1000h。
2.3.2.7 目前我國使用的紫外線消毒燈有下述幾種
(1) 普通直管熱陰極低壓汞紫外線消毒燈：燈管採用石英玻璃或其它對紫外線透過率高的玻璃製成，功率為40W、30W、20W、15w等。要求出廠新燈輻射253.7nrn紫外線的強度(在距離1米處測定，不加反光罩)為：功率>30W燈，≥90Uw/cm；功率>20w燈，≥60Uw/cm2 ；功率150燈，≥20Uw/cm2。
由於這種燈在輻射253.7nrn紫外線的同時，也輻射一部分184.9nm紫外線。故可產生臭氧。
(2)高強度紫外線消毒燈：要求輻射253.7nm紫外線的強度(在距離1米處測定)為：
功率30w燈，>180uW/CM2；11w燈，>30 uW/CM2。
(3)低臭氧紫外線消毒燈：也是熱陰極低壓汞燈，可為直管型或H型；由於採用了特殊工藝和燈管材料，故臭氧產量很低，要求臭氧產量<1mg/h。
(4)高臭氧紫外線消毒燈：由於採取了特殊工藝，這種燈產生較大比例的波長184.9nrn的紫外線，故臭氧產量較大。
消毒器
(1)紫外線空氣消毒器：採用低臭氧紫外線殺菌燈製造，可用於有人條件下的室內空氣消毒。
(2)紫外線表面消毒器：採用低臭氧高強度紫外線殺菌燈製造，以使其能在瞬間達到滿意的消毒效果。
(3)紫外線消毒箱：採用高臭氧高強度紫外線殺菌燈製造，一方面利用紫外線和臭氧的協同殺菌作用，另一方面利用臭氧對紫外線照射不到的部位進行消毒。
範圍及條件
2.3.4.1 紫外線可以殺滅各種微生物，包括細菌繁殖體、芽胞、分支桿菌、病毒、真菌、立克次體和支原體等，凡被上述微生物污染的表面，水和空氣均可採用紫外線消毒。
2.3.4.2 紫外線輻照能量低，穿透力弱，僅能殺滅直接照射到的微生物，因此消毒時必須使消毒部位充分暴露於紫外線下。
2.3.4.3 用紫外線消毒紙張、織物等粗糙表面時，要適當延長照射時間，且兩面均應受到照射。
2.3.4.4 紫外線消毒的最適宜溫度範圍是20-40℃，溫度過高過低均會影響消毒效果，可適當延長消毒時間，用於空氣消毒時，消毒環境的相對濕度低於80%為好，否則應適當延長照射時間。
2.3.4.5 用紫外線殺滅被有機物保護的微生物時，應加大照射劑量。空氣和水中的懸浮粒子也可影響消毒效果。
使用方法
2.3.5.1 對物品表面的消毒
(1)照射方式：最好使用攜帶型紫外線消毒器近距離移動照射，也可採取紫外燈懸吊式照射。對小件物品可放紫外線消毒箱內照射。
(2)照射劑量和時間：不同種類的微生物對紫外線的敏感性不同，用紫外線消毒時必須使用照射劑量達到殺滅目標微生物所需的照射劑量。
殺滅一般細菌繁殖體時，應使照射劑量達到 10000 uW.s/CM2；殺滅細菌芽胞時應達到100000 uW.s/CM2；病毒對紫外線的抵抗力介於細菌繁殖體和芽胞之間；真菌抱子的抵抗力比細菌芽胞更強，有時需要照射到以對600000 uW.s/CM2；在消毒的目標微生物不詳時，照射劑量不應低於100000 uW.s/CM2。
輻照劑量是所用紫外線燈在照射物品表面處的輻照強度和照射時間的乘積。因此，根據紫外線光源的輻照強度，可以計算出需要照射的時間。例如，用輻照強度為70 uW/CM2的紫外線表面消毒器近距離照射物品表面；選擇的輻照劑量是100000 uW.s/CM2；則需照射的時間是：
100000 uW.s/CM2 ÷70 uW/CM2=24分鐘。
2.3.5.2 對室內空氣的消毒
(1)間接照射法：首選高強度紫外線空氣消毒器，不僅消毒效果可靠，而且可在室內有人活動時使用，一般開機消毒30min即可達到消毒合格c
(2)直接照射法：在室內無人條件下，可採取紫外線燈懸吊式或移動式直接照射。
採用室內懸吊式紫外線消毒時，室內安裝紫外線消毒燈(30W紫外線燈，在1.0米處的強度>70 uW/cm2)的數量為平均每立方米不少於1.5W照射時間不少於30min。
2.3.5.3 對水和其他液體的消毒，可採用水內照射或水外照射，採用水內照射法時，紫外光源應裝有石英玻璃保護罩，無論採取何種方法，水層厚度均應小於2cm，根據紫外光源的強度確定水流速度。消毒後水必須達到國家規定標準。
注意事項
(1)在使用過程中，應保持紫外線燈表面的清潔，一般每兩周用酒精棉球擦拭一次，發現燈管表面有灰塵、油污時，應隨時擦拭。
(2)用紫外線燈消毒室內空氣時。房間內應保持清潔乾燥，減少塵埃和水霧，溫度低於20℃或高於40℃，相對濕度大於60%時應適當延長照射時間。
(3)用紫外線消毒物品表面時，應使照射表面受到紫外線的直接照射，且應達到足夠的照射劑量一
(4)不得使紫外線光源照射到人，以免引起損傷。
(5)紫外線強度計至少一年標定一次。
