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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(jié)構(gòu)，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。　　經(jīng)試驗，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層和云層到達地球表面的只有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，在實際工程的數(shù)秒鐘水力停留（照射）時間內(nèi)，該部分實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)計的率、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，達到消毒的目的。

殺毒機制

　　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(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

　　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)點亮后的燈管內(nèi)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(guān)，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(yōu)點

　　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度紫外燈系統(tǒng)和中壓高強度紫外燈系統(tǒng)，由于產(chǎn)生高強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莊子污水處理廠的深度處理出水為研究對象，進行了靜態(tài)和動態(tài)試驗，確定了紫外線劑量與細菌存活率之間的關(guān)系，并設(shè)計出能產(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)生輻照值達到國家標準的殺菌紫外線燈。　　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，使用的紫外線測強儀必須經(jīng)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(yīng)經(jīng)常測定消毒紫外線的強度，一旦降到要求的強度以下時；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(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)高強度紫外線消毒燈：要求輻射253.7nrn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：采用低臭氧高強度紫外線殺菌燈制造，以使其能在瞬間達到滿意的消毒效果。　　(3)紫外線消毒箱：采用高臭氧高強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)適當延長照射時間。　　2.3.3.5 用紫外線殺滅被有機物保護的微生物時，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(yīng)使照射劑量達到 10000 uW.s/CM2；殺滅細菌芽胞時應(yīng)達到100000 uW.s/CM2；病毒對紫外線的抵抗力介于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(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度和照射時間的乘積。因此，根據(jù)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。　　2.3.4.2 對室內(nèi)空氣的消毒　　(1)間接照射法：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(nèi)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(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)紫外光源的強度確定水流速度。消毒后水必須達到國家規(guī)定標準。

注意事項

　　(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。