自來(lái)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(huì)

自來(lái)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(huì)

本文首先介紹了我國(guó)傳統(tǒng)的自來(lái)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(lái)取代。所以重點(diǎn)介紹了紫外消毒技術(shù)，包括其國(guó)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(lái)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(zhǎng)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(shí)，紫外線還可以對(duì)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(huì)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(guó)外

早在1910 年，紫外線消毒就被應(yīng)用于法國(guó)馬賽市的自來(lái)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(lái)，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(lái)水廠和5000千多家污水處理廠采用紫外線消毒技術(shù)。美國(guó)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(lái)水公司日處理能力達(dá)780 萬(wàn)噸的自來(lái)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(guó)家(美國(guó)、日本等)對(duì)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(lè)觀

2.2 國(guó)內(nèi)

在我國(guó)，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(lái)水消毒中的應(yīng)用還是剛剛起步。我國(guó)第一個(gè)自來(lái)水廠采用紫外線消毒技術(shù)是天津泰達(dá)自來(lái)水廠，其日供水量可達(dá)32.5萬(wàn)噸且已于2009年正式通水使用。今年北京平谷區(qū)自來(lái)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(guó)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(guó)際同行的高度認(rèn)可的成果，對(duì)紫外線消毒后微生物復(fù)活問(wèn)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(guò)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(dòng)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(lái)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(lái)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(duì)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(duì)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(méi)有二次污染，傳統(tǒng)的自來(lái)水消毒技術(shù)像液氯和二氧化氯會(huì)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(shí)如果水中存在溴離子也會(huì)產(chǎn)生一種致癌的溴化物。用紫外線殺毒技術(shù)完全不會(huì)產(chǎn)生有害物質(zhì)，也不會(huì)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(chǔ)存和使用過(guò)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(guó)曾報(bào)道液氯是恐怖分子最容易獲得的危險(xiǎn)品，一個(gè)液氯灌可以造成幾萬(wàn)人的喪亡，而紫外線消毒系統(tǒng)則很安全，對(duì)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(duì)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(duì)傳統(tǒng)氯氣以及臭氧等消毒方法來(lái)說(shuō)， 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(gè)小時(shí)的時(shí)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(wàn)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(jiǎn)便， 占地面積小， 可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制等特點(diǎn)。

3.2 缺點(diǎn)

自來(lái)水廠采用紫外線消毒的不足有：(一)無(wú)持續(xù)殺毒能力，消毒后水遇到新的污染源會(huì)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(duì)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(wèn)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(guó)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(duì)紫外線無(wú)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(lái)消毒。對(duì)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(jí)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(duì)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(wèn)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(lái)技術(shù)的革新提供了極大的空間。在不久的將來(lái)， 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(yǔ)

我國(guó)現(xiàn)有的自來(lái)水消毒方法中，傳統(tǒng)的氯消毒方法存在不足，會(huì)產(chǎn)生致癌副產(chǎn)物以及自來(lái)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(méi)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(guó)外很多發(fā)達(dá)國(guó)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(lái)，我國(guó)自來(lái)水用紫外線消毒會(huì)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(lái)來(lái)水公司中的應(yīng)用 [J].中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品，2011(6)

[2]劉雪春，李詩(shī)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(guó)水利報(bào)，2003(7)

[5]吳彥君，李國(guó)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).