紫外線設(shè)備應(yīng)用

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  lv消毒會(huì)產(chǎn)生具有致癌作用的lv化消毒副產(chǎn)物,而近些年來賈第蟲和隱孢子蟲的發(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多家自來水廠采用了紫外消毒技術(shù),占自來水廠總數(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)自來水中存在隱孢子蟲后,美國(guó)已經(jīng)將紫外消毒工藝作為自來水消毒的良好手段寫入供水法規(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,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和隱孢子蟲也具有良好的滅活效果。隱孢子蟲孢囊通過人畜的糞便排入環(huán)境,它們可在環(huán)境中存活很長(zhǎng)時(shí)間,隱孢子蟲卵囊和賈孢子蟲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)隱孢子蟲病,20名艾滋病患者死亡[6-9]。近年來的研究表明,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99.9 %以上,并且通過大量的實(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[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,在廢水處理后的消毒,以及飲用水的消毒上,推薦采用紫外線消毒技術(shù)。紫外線消毒的優(yōu)勢(shì)主要表現(xiàn)在:
(1) 紫外線消毒技術(shù)具有較高的殺菌效率,運(yùn)行安全可靠。紫外線消毒對(duì)細(xì)菌和病毒等具有較高的滅活效率并且由于不投加任何化學(xué)藥劑,因此它不會(huì)對(duì)水體和周圍環(huán)境產(chǎn)生二次污染。
(2) 對(duì)隱孢子蟲和賈第蟲有特效消毒效果,常規(guī)的lv消毒工藝對(duì)隱孢子蟲和賈第蟲的滅活效果很低,并且在較高的lv投量下會(huì)產(chǎn)生大量的消毒副產(chǎn)物,而紫外線消毒在較低的紫外線劑量下對(duì)隱孢子蟲和賈第蟲就可以達(dá)到較高的滅活效果。
(3) 不產(chǎn)生有毒有害副產(chǎn)物,不增加飲用水的AOC含量。紫外線消毒不改變有機(jī)物的特性,并且由于不投加化學(xué)藥劑,不會(huì)產(chǎn)生對(duì)人體有害的副產(chǎn)物,并且不會(huì)增加AOC和BDOC等損害管網(wǎng)水生物穩(wěn)定性的副產(chǎn)物。
(4) 能降低臭味和降解微量有機(jī)物,紫外線對(duì)水中多種微量有機(jī)物具有一定的降解能力,并且能夠降低水的臭和味。
(5) 占地面積小,運(yùn)行維護(hù)簡(jiǎn)單、費(fèi)用低。對(duì)每天5萬噸污水用lv消毒來說,需建有一個(gè)130米長(zhǎng)、3米寬的接觸渠。采用紫外線消毒只需20米長(zhǎng)3米寬的面積;紫外線消毒運(yùn)行維護(hù)簡(jiǎn)單,運(yùn)行成本低,可達(dá)每噸水僅4厘人民幣甚至更低,其性能價(jià)格比具有很大優(yōu)勢(shì)。
(6) 消毒效果受水溫、pH影響小。
紫外線消毒技術(shù)在工程應(yīng)用中也存在一定的缺點(diǎn),主要有以下幾個(gè)方面:
(1) 無持續(xù)殺菌能力,消毒后的水如果遇到新的污染源,會(huì)再次被污染,需與lv配合使用;
(2) 濁度及水中懸浮物對(duì)紫外殺菌有較大影響,降低消毒效果;
(3) 紫外燈套管容易結(jié)垢,影響紫外光的透出和殺菌效果,因此需要對(duì)套管進(jìn)行定期的清洗以及采取表面降溫措施來防止管垢的形成;
(4) 細(xì)菌的復(fù)活現(xiàn)象,一些細(xì)菌被紫外照射失活的病毒細(xì)菌可通過光的協(xié)助修復(fù)自身被破壞的組織,達(dá)到復(fù)活目的,另外一些細(xì)菌可能存在著暗復(fù)活現(xiàn)象(無需光照);
(5) 國(guó)內(nèi)使用經(jīng)驗(yàn)少,在國(guó)內(nèi),雖然工程上已經(jīng)逐漸開始使用紫外線系統(tǒng),但是對(duì)于紫外線消毒技術(shù)的研究并沒有完全開展起來,對(duì)于紫外線消毒的應(yīng)用也還存在較多問題。



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