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紫外線殺菌消毒原理

紫外線殺菌消毒原理

紫外線殺菌消毒原理

　　是利用適當(dāng)波長的紫外線能夠破壞微生物機(jī)體細(xì)胞中的DNA(脫氧核糖核酸)或RNA(核糖核酸)的分子結(jié)構(gòu)，造成生長性細(xì)胞死亡和(或)再生性細(xì)胞死亡，達(dá)到殺菌消毒的效果。　　經(jīng)試驗(yàn)，紫外線殺菌的有效波長范圍可分為四個不同的波段：UVA（400～315nm）、UVB（315～280nm）、UVC（280～200nm）和真空紫外線（200～100nm）。其中能透過臭氧保護(hù)層和云層到達(dá)地球表面的只有UVA和UVB部分。就殺菌速度而言，UVC處于微生物吸收峰范圍之內(nèi)，可在1s之內(nèi)通過破壞微生物的DNA結(jié)構(gòu)殺死病毒和細(xì)菌，而UVA和UVB由于處于微生物吸收峰范圍之外，殺菌速度很慢，往往需要數(shù)小時才能起到殺菌作用，在實(shí)際工程的數(shù)秒鐘水力停留（照射）時間內(nèi)，該部分實(shí)際上屬于無效紫外部分。真空紫外光穿透能力極弱，燈管和套管需要采用*透光率的石英，一般用半導(dǎo)體行業(yè)降解水中的TOC，不用于殺菌消毒。因此，給排水工程中所說的紫外光消毒實(shí)際上就是指UVC消毒。　　紫外光消毒技術(shù)是基于現(xiàn)代防疫學(xué)、醫(yī)學(xué)和光動力學(xué)的基礎(chǔ)上，利用特殊設(shè)計(jì)的率、高強(qiáng)度和長壽命的UVC波段紫外光照射流水，將水中各種細(xì)菌、病毒、寄生蟲、水藻以及其他病原體直接殺死，達(dá)到消毒的目的。

殺毒機(jī)制

　　研究表明，紫外線主要是通過對微生物(細(xì)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(dá)到消毒的目的。紫外線對核酸的作用可導(dǎo)致鍵和鏈的斷裂、股間交聯(lián)和形成光化產(chǎn)物等，從而改變了DNA的生物活性，使微生物自身不能復(fù)制，這種紫外線損傷也是致死性損傷。

評價(jià)

　　紫外線消毒是一種物理方法，它不向水中增加任何物質(zhì)，沒有副作用，這是它優(yōu)于氯化消毒的地方，它通常與其它物質(zhì)聯(lián)合使用，常見的聯(lián)合工藝有UV+H2O2、UV+H2O2+O3、UV+TiO2，這樣，消毒效果會更好。

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紫外線殺菌燈

分類

　　目前能夠輸出足夠的UVC強(qiáng)度用于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制成，汞燈根據(jù)點(diǎn)亮后的燈管內(nèi)汞蒸氣壓的不同和紫外線輸出強(qiáng)度的不同，分為三種：低壓低強(qiáng)度汞燈、中壓高強(qiáng)度汞燈和低壓高強(qiáng)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(qiáng)和使用時間有關(guān)，隨著燈的老化，它將喪失30%-50%的強(qiáng)度。紫外照射劑量是指達(dá)到一定的細(xì)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(qiáng)度（W／m2）照射劑量越大，消毒效率越高，由于設(shè)備尺寸要求，一般照射時間只有幾秒，因此，燈管的UVC輸出強(qiáng)度就成了衡量紫外光onclick="g('消毒設(shè)備');">消毒設(shè)備性能zui主要的參數(shù)。在城市污水消毒中，一般平均照射劑量在300 J／m2以上。低于此值，有可能出現(xiàn)光復(fù)活現(xiàn)象，即病菌不能被*殺死，當(dāng)從渠道中流出接受可見光照射后，重新復(fù)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(dāng)UVC輸出強(qiáng)度和照射時間一定時，透光率的變化將造成微生物實(shí)際接受劑量的變化。

優(yōu)點(diǎn)

　　大多數(shù)紫外線裝置利用傳統(tǒng)的低壓紫外燈技術(shù)，也有一些大型水廠采用低壓高強(qiáng)度紫外燈系統(tǒng)和中壓高強(qiáng)度紫外燈系統(tǒng)，由于產(chǎn)生高強(qiáng)度的紫外線可能使燈管數(shù)量減少90%以上，從而縮小了占地面積，節(jié)約了安裝和維修費(fèi)用，并且使紫外線消毒法對水質(zhì)較差的出水也適用。

研究使用現(xiàn)狀

　　目前國內(nèi)研究、生產(chǎn)和應(yīng)用污水紫外線消毒器還很少。天津大學(xué)的顧平等人以天津紀(jì)莊子污水處理廠的深度處理出水為研究對象，進(jìn)行了靜態(tài)和動態(tài)試驗(yàn)，確定了紫外線劑量與細(xì)菌存活率之間的關(guān)系，并設(shè)計(jì)出能產(chǎn)生紊流的紫外線消毒器，多元水環(huán)保技術(shù)產(chǎn)業(yè)(中國)有限公司研制生產(chǎn)的封閉式消毒器可處理100～500m3/h水量，并且在onclick="g('游泳池');">游泳池的循環(huán)水消毒中已有應(yīng)用，模塊化敞開式消毒器可根據(jù)用戶需求具體設(shè)計(jì)安裝。煙臺市套子灣污水廠的深度處理采用了敞開式紫外線消毒工藝，可向城市提供4×104m3/d的工業(yè)回用水，目前運(yùn)行狀況良好。

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紫外線消毒適用范圍：

2.3.1 適用范圍：

　　用于室內(nèi)空氣、物體表面和水及其它液體的消毒。

2.3.2 紫外線消毒燈和紫外線消毒器

　　2.3.2.1 消毒使用的紫外線是C波紫外線，其波長范圍是200-275nrn，殺菌作用zui強(qiáng)的波段是250-270nrn，消毒用的紫外線光源必須能夠產(chǎn)生輻照值達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)的殺菌紫外線燈。　　2.3.2.2 制備紫外線消毒燈，應(yīng)采用等級品的石英玻璃管，以期得到滿意的紫外線輻照強(qiáng)度。　　2.3.2.3 紫外線消毒燈可以配用對紫外線反射系數(shù)高的材料(如拋光鋁板)制成的反射罩。　　2.3.2.4 要求用于消毒的紫外線燈在電壓為220V、環(huán)境相對濕度為60%、溫度為20℃時，輻射的253.7nm紫外線強(qiáng)度不得低于7ouW/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(qiáng)儀必須經(jīng)過標(biāo)定。)　　2.3.2.5 紫外線燈使用過程中其輻照強(qiáng)度逐漸降低，故應(yīng)經(jīng)常測定消毒紫外線的強(qiáng)度，一旦降到要求的強(qiáng)度以下時；應(yīng)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(qiáng)度降低到70Uw/cm2的時間(功率≥　　30w)的燈，或降低到原來新燈強(qiáng)度的70%(功率<30w＝的時間，應(yīng)不低于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：燈管采用石英玻璃或其它對紫外線透過率高的玻璃制成，功率為40W、30W、20W、15w等。要求出廠新燈輻射253.7nrn紫外線的強(qiáng)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。　　由于這種燈在輻射253.7nrn紫外線的同時，也輻射一部分184.9nm紫外線。故可產(chǎn)生臭氧。　　(2)高強(qiáng)度紫外線消毒燈：要求輻射253.7nrn紫外線的強(qiáng)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；由于采用了特殊工藝和燈管材料，故臭氧產(chǎn)量很低，要求臭氧產(chǎn)量<1mg/h。　　(4)高臭氧紫外線消毒燈：由于采取了特殊工藝，這種燈產(chǎn)生較大比例的波長184.9nrn的紫外線，故臭氧產(chǎn)量較大。　　2.3.2.8 紫外線消毒器　　(1)紫外線空氣消毒器：采用低臭氧紫外線殺菌燈制造，可用于有人條件下的室內(nèi)空氣消毒。　　(2)紫外線表面消毒器：采用低臭氧高強(qiáng)度紫外線殺菌燈制造，以使其能在瞬間達(dá)到滿意的消毒效果。　　(3)紫外線消毒箱：采用高臭氧高強(qiáng)度紫外線殺菌燈制造，一方面利用紫外線和臭氧的協(xié)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(jìn)行消毒。

2.3.3 適用范圍及條件

　　2.3.3.1 紫外線可以殺滅各種微生物，包括細(xì)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，水和空氣均可采用紫外線消毒。　　2.3.3.2 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于紫外線下。　　2.3.3.3 用紫外線消毒紙張、織物等粗糙表面時，要適當(dāng)延長照射時間，且兩面均應(yīng)受到照射。　　2.3.3.4 紫外線消毒的zui適宜溫度范圍是20-40℃，溫度過高過低均會影響消毒效果，可適當(dāng)延長消毒時間，用于空氣消毒時，消毒環(huán)境的相對濕度低于80%為好，否則應(yīng)適當(dāng)延長照射時間。　　2.3.3.5 用紫外線殺滅被有機(jī)物保護(hù)的微生物時，應(yīng)加大照射劑量。空氣和水中的懸浮粒子也可影響消毒效果。

2.3.4 使用方法

　　2.3.4.1 對物品表面的消毒　　(1)照射方式：使用便攜式紫外線消毒器近距離移動照射，也可采取紫外燈懸吊式照射。對小件物品可放紫外線消毒箱內(nèi)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(dá)到殺滅目標(biāo)微生物所需的照射劑量。　　殺滅一般細(xì)菌繁殖體時，應(yīng)使照射劑量達(dá)到 10000 uW.s/CM2；殺滅細(xì)菌芽胞時應(yīng)達(dá)到100000 uW.s/CM2；病毒對紫外線的抵抗力介于細(xì)菌繁殖體和芽胞之間；真菌抱子的抵抗力比細(xì)菌芽胞更強(qiáng)，有時需要照射到以對600000 uW.s/CM2；在消毒的目標(biāo)微生物不詳時，照射劑量不應(yīng)低于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(qiáng)度和照射時間的乘積。因此，根據(jù)紫外線光源的輻照強(qiáng)度，可以計(jì)算出需要照射的時間。例如，用輻照強(qiáng)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。　　2.3.4.2 對室內(nèi)空氣的消毒　　(1)間接照射法：高強(qiáng)度紫外線空氣消毒器，不僅消毒效果可靠，而且可在室內(nèi)有人活動時使用，一般開機(jī)消毒30min即可達(dá)到消毒合格c　　(2)直接照射法：在室內(nèi)無人條件下，可采取紫外線燈懸吊式或移動式直接照射。　　采用室內(nèi)懸吊式紫外線消毒時，室內(nèi)安裝紫外線消毒燈(30W紫外線燈，在1.0米處的強(qiáng)度>70 uW/cm2)的數(shù)量為平均每立方米不少于1.5W照射時間不少于30min。　　2.3.4.3 對水和其他液體的消毒，可采用水內(nèi)照射或水外照射，采用水內(nèi)照射法時，紫外光源應(yīng)裝有石英玻璃保護(hù)罩，無論采取何種方法，水層厚度均應(yīng)小于2cm，根據(jù)紫外光源的強(qiáng)度確定水流速度。消毒后水必須達(dá)到國家規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)。

注意事項(xiàng)

　　(1)在使用過程中，應(yīng)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(fā)現(xiàn)燈管表面有灰塵、油污時，應(yīng)隨時擦拭。　　(2)用紫外線燈消毒室內(nèi)空氣時。房間內(nèi)應(yīng)保持清潔于燥，減少塵埃和水霧，溫度低于20℃或高于40℃，相對濕度大于60%時應(yīng)適當(dāng)延長照射時間。　　(3)用紫外線消毒物品表面時，應(yīng)使照射表面受到紫外線的直接照射，且應(yīng)達(dá)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(qiáng)度計(jì)至少一年標(biāo)定一次。