紫外线消毒技术的应用及前景展望
2011/10/20 14:30:04

      在众多的替代消毒技术中,由于紫外线杀菌器的紫外线消毒不添加任何化学物质、消毒效果好及不产生消毒副产物等优点而引起人们的重视。氯消毒会产生具有致癌作用的氯化消毒副产物,而近些年来贾第虫和隐孢子虫的发现,使现有的氯消毒工艺面临严峻的挑战,人们开始寻找新的替代消毒技术有效地提高消毒效果,并且可以降低消毒过程中产生的副产物对人体健康的潜在危害,同时保证饮用水的微生物学安全性和化学安全性。 
    紫外线消毒的历史非常悠久,在欧洲,饮用水紫外线消毒已有近百年的历史。1910年,法国的马赛一家自来水厂最先安装了一套紫外线消毒系统对饮用水进行消毒,到目前为止,西方发达国家已在污水处理厂安装了近4000套大型紫外线消毒系统,应用该技术的厂家约占污水处理厂总数的10%。同时,至2001年底已有2000多家自来水厂采用了紫外消毒技术,占自来水厂总数的10%以上,并且大量的紫外消毒技术改造工程正在进行之中。由于紫外线消毒在环保及人身安全方面的突出优点,欧洲及北美的许多国家将紫外线消毒列为用水终端和用户进水端及小型给水系统中的首选方法。尤其是发现自来水中存在隐孢子虫后,美国已经将紫外消毒工艺作为自来水消毒的最佳手段写入供水法规中。  紫外线消毒的生物学原理 
紫外线位于X射线和可见光之间,在物理学上一般将紫外线分为真空紫外线区(<190nm)、远紫外区(190-300nm)和近紫外区(300-400nm);按其生物学作用的差异,紫外线可分为UV-A(320-400nm)、UV-B(275-320nm)、UV-C(200-275nm)和真空紫外线部分。水处理中实际上是使用紫外线的UV-C部分,在该波段中260nm 附近已被证实是杀菌效率最高的紫外线。 
紫外线灭菌的原理是基于核酸对紫外线的吸收。紫外杀菌本质上是一个光化学过程,每一粒波长253.7nm的紫外线光子具有4.9eV的能量,紫外光子必须被吸收才具有活性。核酸是一切生命体的基本物质和生命基础,核酸分为核糖核酸(RNA)和脱氧核糖核酸(DNA)两大类,其共同点是由磷酸二脂键按嘌呤与嘧啶碱基配对的原则而连接起来的多核苷酸链。当微生物体受到紫外线照射时,会吸收紫外线的能量,从而引起DNA的损伤,最常见的两种损伤形式为环丁烷嘧啶二聚体(cyclobutane pyrimidine dimmer,CPD)和嘧啶-嘧啶酮光产物(pyrimidine pyrimidone photoproducts, PP)。 
当DNA受到紫外线照射后,相邻的嘧啶碱基共价交联形成环丁烷四圆环,使两个碱基的5、6位双键饱和,形成CPD。嘧啶-嘧啶酮光产物是通过5嘧啶的5和6位碳原子或3嘧啶的4位碳原子和位于4位碳的氧原子或亚氨基异构体间形成的二氧乙烷或氮杂丁烷4圆环而形成的,这些都是比较稳定的化学键,从而阻止了DNA的复制;另一方面,在紫外线的照射下可以产生自由基引起光电离,造成微生物不能复制繁殖,就会自然死亡或被人体免疫系统消灭,不会对人体造成危害,从而达到消毒的目的。  紫外线杀菌器对水中微生物的灭活效果 
紫外线消毒具有较高的微生物灭活效果,对水中多种微生物都具有良好的灭活效果,并且杀菌速度快,大多数都是在1秒之内。紫外线对常见细菌和病毒的灭菌效果如表1所示: 
表1 紫外技术对常见细菌病毒的杀菌效率(紫外辐射度)30mW/cm2) 

    另外,紫外线消毒技术对近些年发现的致病性病原微生物贾第虫和隐孢子虫也具有良好的灭活效果。隐孢子虫卵囊通过人畜的粪便排入环境,它们可在环境中存活很长时间,隐孢子虫卵囊和贾孢子虫孢囊比其它水传染病源微生物的存活时间长,因而可引起多次疾病的爆发。隐孢子虫引起的疾病非常严重,其普遍的的症状是腹泻、呕吐、低烧,类似流感的症状,而对免疫机能不健全的患者,如艾滋病患者,其疾病更为严重,导致死亡。如1994年美国拉斯维加斯市爆发隐孢子虫病,20名艾滋病患者死亡。近

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