飲用水紫外線消毒技術(shù)應(yīng)用分析

lv消毒會(huì)產(chǎn)生具有致癌作用的lv化消毒副產(chǎn)物，而近些年來(lái)賈第蟲(chóng)和隱孢子蟲(chóng)的發(fā)現(xiàn)，使現(xiàn)有的lv消毒工藝面臨嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，人們開(kāi)始尋找新的替代消毒技術(shù)有效地提高消毒效果，并且可以降低消毒過(guò)程中產(chǎn)生的副產(chǎn)物對(duì)人體健康的潛在危害，同時(shí)保證飲用水的微生物學(xué)安全性和化學(xué)安全性

  在眾多的替代消毒技術(shù)中，由于紫外線消毒不添加任何化學(xué)物質(zhì)、消毒效果好及不產(chǎn)生消毒副產(chǎn)物等優(yōu)點(diǎn)而引起人們的重視。紫外線消毒的歷史非常悠久，在歐洲，飲用水紫外線消毒已有近百年的歷史。1910年，法國(guó)的馬賽一家自來(lái)水廠較早安裝了一套紫外線消毒系統(tǒng)對(duì)飲用水進(jìn)行消毒，到目前為止，西方發(fā)達(dá)國(guó)家已在污水處理廠安裝了近4000套大型紫外線消毒系統(tǒng)，應(yīng)用該技術(shù)的廠家約占污水處理廠總數(shù)的10%。同時(shí)，至2001年底已有2000多家自來(lái)水廠采用了紫外消毒技術(shù)，占自來(lái)水廠總數(shù)的10%以上，并且大量的紫外消毒技術(shù)改造工程正在進(jìn)行之中。由于紫外線消毒在環(huán)保及人身安全方面的突出優(yōu)點(diǎn)，歐洲及北美的許多國(guó)家將紫外線消毒列為用水終端和用戶進(jìn)水端及小型給水系統(tǒng)中的首選方法。尤其是發(fā)現(xiàn)自來(lái)水中存在隱孢子蟲(chóng)后，美國(guó)已經(jīng)將紫外消毒工藝作為自來(lái)水消毒的良好手段寫(xiě)入供水法規(guī)中[2]。

1 紫外線消毒的生物學(xué)原理

紫外線位于X射線和可見(jiàn)光之間，在物理學(xué)上一般將紫外線分為真空紫外線區(qū)(<190nm)、遠(yuǎn)紫外區(qū)(190-300nm)和近紫外區(qū)(300-400nm)；按其生物學(xué)作用的差異，紫外線可分為UV-A(320-400nm)、UV-B(275-320nm)、UV-C(200-275nm)和真空紫外線部分。水處理中實(shí)際上是使用紫外線的UV-C部分，在該波段中260nm 附近已被證實(shí)是殺菌效率高的紫外線[3]。

紫外線滅菌的原理是基于核酸對(duì)紫外線的吸收。紫外殺菌本質(zhì)上是一個(gè)光化學(xué)過(guò)程，每一粒波長(zhǎng)253.7nm的紫外線光子具有4.9eV的能量，紫外光子必須被吸收才具有活性。核酸是一切生命體的基本物質(zhì)和生命基礎(chǔ)，核酸分為核糖核酸(RNA)和脫氧核糖核酸(DNA)兩大類(lèi)，其共同點(diǎn)是由磷酸二脂鍵按嘌呤與嘧啶堿基配對(duì)的原則而連接起來(lái)的多核苷酸鏈。當(dāng)微生物體受到紫外線照射時(shí)，會(huì)吸收紫外線的能量，從而引起DNA的損傷，常見(jiàn)的兩種損傷形式為環(huán)丁烷嘧啶二聚體(cyclobutane pyrimidine dimmer,CPD)和嘧啶-嘧啶酮光產(chǎn)物(pyrimidine pyrimidone photoproducts, PP)。當(dāng)DNA受到紫外線照射后，相鄰的嘧啶堿基共價(jià)交聯(lián)形成環(huán)丁烷四圓環(huán)，使兩個(gè)堿基的5、6位雙鍵飽和，形成CPD。嘧啶-嘧啶酮光產(chǎn)物是通過(guò)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位碳的氧原子或亞氨基異構(gòu)體間形成的二氧乙烷或氮雜丁烷4圓環(huán)而形成的，這些都是比較穩(wěn)定的化學(xué)鍵，從而阻止了DNA的復(fù)制[4,5]；另一方面，在紫外線的照射下可以產(chǎn)生自由基引起光電離，造成微生物不能復(fù)制繁殖，就會(huì)自然死亡或被人體免疫系統(tǒng)消滅，不會(huì)對(duì)人體造成危害，從而達(dá)到消毒的目的。

2 紫外線消毒對(duì)水中微生物的滅活效果

    紫外線消毒具有較高的微生物滅活效果，對(duì)水中多種微生物都具有良好的滅活效果，并且殺菌速度快，大多數(shù)都是在1秒之內(nèi)。另外，紫外線消毒技術(shù)對(duì)近些年發(fā)現(xiàn)的致病性病原微生物賈第蟲(chóng)和隱孢子蟲(chóng)也具有良好的滅活效果。隱孢子蟲(chóng)孢囊通過(guò)人畜的糞便排入環(huán)境，它們可在環(huán)境中存活很長(zhǎng)時(shí)間，隱孢子蟲(chóng)卵囊和賈孢子蟲(chóng)孢囊比其它水傳染病源微生物的存活時(shí)間長(zhǎng)，因而可引起多次疾病的爆發(fā)。隱孢子蟲(chóng)引起的疾病非常嚴(yán)重，其普遍的的癥狀是腹瀉、嘔吐、低燒，類(lèi)似流感的癥狀，而對(duì)免疫機(jī)能不健全的患者，如艾滋病患者，其疾病更為嚴(yán)重，導(dǎo)致死亡。如1994年美國(guó)拉斯維加斯市爆發(fā)隱孢子蟲(chóng)病，20名艾滋病患者死亡[6-9]。近年來(lái)的研究表明，使用低壓汞燈和中壓汞燈的輻射劑量在30J/m2時(shí)，能滅活隱孢子蟲(chóng)99.9 %以上，并且通過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)證明低壓汞燈和中壓汞燈均能有效地滅活隱孢子蟲(chóng)[10~12]。紫外線消毒對(duì)軍團(tuán)菌也有良好的效果，Muraca比較了臭氧、紫外線和lv和加熱對(duì)軍團(tuán)菌的滅活情況，紫外線和加熱(60度)1個(gè)小時(shí)產(chǎn)生了5log的滅活，lv和臭氧需5個(gè)小時(shí)才能達(dá)到同樣的滅活效果[13,14]。

3 紫外線消毒與其它消毒方法的比較

    五種常用的消毒方法在消毒效果、費(fèi)用及安全性方面的比較（見(jiàn)表2）。從表中可以看出，幾種中化學(xué)消毒劑滅活微生物需要較長(zhǎng)的時(shí)間，而紫外線消毒僅需幾秒鐘即可達(dá)到同樣的滅活效果?；瘜W(xué)消毒劑都會(huì)產(chǎn)生一些對(duì)人體健康有害的消毒副產(chǎn)物，并且操作及管理也比較復(fù)雜，紫外線消毒在滅菌的過(guò)程中不產(chǎn)生消毒副產(chǎn)物，而且運(yùn)行操作簡(jiǎn)便，其基建投資及運(yùn)行費(fèi)用也低于其他幾種化學(xué)消毒方法。

4 紫外線消毒應(yīng)用的優(yōu)缺點(diǎn)

紫外線消毒工藝具有其他消毒工藝所無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)，克服了現(xiàn)有傳統(tǒng)消毒技術(shù)的缺點(diǎn)。歐洲許多國(guó)家以及北美的加拿大和美國(guó)已在九十年代分別修改了環(huán)境立法，在廢