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江苏亿利达水处理设备有限公司
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紫外线杀菌原理及效率
让我们了解紫外线
 
我们都了解,便宜、方便的消毒杀菌方式是太阳光,实际上,我们只是运用太阳光源中之紫外线作为杀菌工具。紫外线一直被人们普遍采用,因为它不但方便、便宜、无污染且无残留物,其惟一缺点是在良好的天气环境下才能取得。
  在1878年,Downee and Blunt已发现紫外线的杀菌能力,但当时仍没有产生紫外线的方法,故这一发现未能应用。
  1901年,Cooper and Hewitt发明了水银电弧紫外线灯,但受制于当时灯丝材料、真空技术、石英纯度等技术的局限,水银电弧灯的寿命不长,而UV-C的效率也低,但水银电弧灯的发明,为人类使用紫外线杀菌打开了大门。
  1940年美国发明了水银灯后才有所改变。低压水银灯的特点是工作稳定,紫外线效率高(能量中30-40%转化为杀菌功耗),再加上石英提纯,及真空技术提高,低压水银紫外线灯寿命可长达10000小时(原强度的80%)。低压水银灯的发明,使紫外线应用有很大的发展。
  美国对UV消毒设备应用比欧洲略慢,这种情况到20世纪70年代有所改变。在此之前,美国主要用氯消毒。随着急剧城市化及城市生活污水厂的大量兴建,大量的污水经氯消毒后排入自然水体并作为饮用水水源,造成污水厂下游水体严重的氯污染。这些污染有:
  ①余氯:污水厂为维持杀菌效果,要在排放水中保持余氯,余氯排入自然水体,会把水中的微生物、藻类等杀死。把水体② 自1801食物链的低层摧毁,微生物及藻类死亡,使小鱼、虾及其它壳类生物的食物不够而数量减少,进而影响其它水产物的数量及平衡。
  ②氯消毒还会产生致癌的氯氮化合物,氯在杀死微生物的过程中和致癌的细胞中的有机物产生氧化反应,其中的副产品有氯氨及氯卤化合物,其中THM(trihalgen methane)是致癌物质。THM在水产物体内累积,人类食用后也会留在人体内,引发癌症。
紫外消毒器工作原理

紫外线杀菌原理

在地球上所有以知的生命形式,都是以DNA及RNA作为繁殖、遗存的基础。D NA及RNA都以4种化学物单元组成
      A--Adenine腺嘌呤
      T--Thymine胸腺嘧啶
      C--Cytosine胞核嘧啶,氧氨嘧啶
      G--Guanine乌嘌啶(核酸的基本成分)
      细胞繁殖时,DNA中的长链打开,打开后每条长链长的A单元会寻找T单元连合,每条长链都可复制出与刚分离的另一条长链同样的链条,恢复原来分裂前的完整DNA,成为新生细胞的基础。波长在240-270nm的紫外线能打破DNA生产蛋白质及复制的能力。细菌病毒的DNA,RNA受破坏后其生产蛋白质的能力和繁殖能力均已丧失。因细菌,病毒一般生命周期很短,不能繁殖的细菌,病毒就会迅速死亡。

紫外线消毒技术的优势
  紫外C-消毒技术对细菌病毒以及其它致病体的消毒效果已得到全世界的公认。紫外C-消毒技术具有下列明显的优点。
1.紫外C-消毒技术具有其它技术无可比拟的杀菌效率
表1列出紫外C-技术对常见几种细菌病毒的杀菌效率。由表1可见,紫外线对细菌、病毒的杀菌作用一般在一秒以内。而对传统紫外、氯气以及臭氧方法来说,达到紫外线的效果一般需要20分钟至一小时的时间。 
表1 紫外C-水消毒设备对常见细菌病毒的杀菌效率 (紫外辐射强度:30,000μW/cm2)

种类 名称 100%杀菌所需的时间(秒) 种类 名称 100%杀菌所需的时间(秒)
细菌类 炭疽杆菌 0.30 细菌类 结核(分支)杆菌   0.41>
白喉杆菌 0.25 霍乱弧菌 0.64
破伤风杆菌 0.33 假单胞杆菌属 0.37
肉毒梭菌 0.8 沙门氏菌属 0.51
痢疾杆菌 0.15 肠道发烧菌 0.41
大肠杆菌 0.36 鼠伤寒杆菌 0.53
钩端螺旋杆菌 0.2 至贺氏菌属 0.28
嗜肺军团菌属 0.2 葡萄球菌属 1.23
微球菌属 0.4-1.53 链球菌属 0.45
病毒类 腺病毒 0.10 病毒类 流感病毒 0.23
噬菌胞病毒 0.20 脊髓灰质炎病毒 0.80
柯萨奇病毒 0.08 轮状病毒 0.52
爱柯病毒 0.73 烟草花叶病毒 16
爱柯病毒I型 0.75 乙肝病毒 0.73

霉菌孢子

黑曲霉 6.67 霉菌孢子 软孢子 0.33
曲霉属 0.73-8.80 青霉菌属 2.93-0.87
大粪真菌 8.0 产毒青霉 2.0-3.33
毛霉菌属 0.23-4.67 青霉其它菌类 0.87
水 藻 类 蓝绿藻 10-40 水 藻 类 草履虫属 7.30
小球藻属 0.93 绿 藻 1.22
线虫卵 3.40 原生动物属类 4-6.70
鱼 类 病 Fungl病 1.60 鱼 类 病 感染性胰坏死病 4.0
白斑病 2.67 病毒性出血病 1.6

2.高效杀菌广谱性
    紫外线技术在目前所有的消毒技术中,杀菌的广谱性是较高的。它对几乎所有的细菌,病毒都能高效率杀灭。并且对一些对人类危害极大的,而氯气以至臭氧无法或不能有效杀灭的寄生虫类(例如隐性包囊虫 cryptosporidium,贾第鞭毛虫giardia等)都能有效杀灭。表1也可看出紫外线水消毒设备的杀菌广谱性。
3. 无二次污染
    由于紫外线技术可以被控制为仅仅是杀菌,并且不加入任何化学药剂,因此它不会对水体和周围环境产生二次污染。不改变水中任何成分。对氯消毒来说,其与水中有机物产生的有机氯已被公认为对人体有致癌作用,并且水中含有的氯化合物在某些场合下会起到反作用,对水中生物以及水环境产生毒害。臭氧方法也有类似的问题。大量难闻的未溶解到水中的臭氧挥发到空气中,有害于附近工作人员的身心健康。
4. 运行安全、可靠
    传统的消毒技术如采用氯化物或臭氧,其消毒剂本身就是属于剧毒、易燃、易爆的物质。这些物质的使用对操作现场人员以及周围环境和居民安全产生潜在的威胁,需要特别小心。我国的公安、消防及环保等部门对这些高危物质的使用有严格的运输、保存和操作规定。这些都极大地增加了基层使用单位领导、操作人员和周边居民的心理负担和不安全感。现代紫外C-消毒系统不存在这样的安全隐患,是一种对周边环境以及操作人员相对安全可靠得多的消毒技术。

5. 运行维护简单,费用低
    通常一种高效率的技术总是和高成本,高运行费用联系在一块。但是,紫外技术却是例外。由于九十年代对紫外核心技术的完善,紫外C消毒技术不仅消毒效率是所有消毒手段中较高的,而且消毒运行维护简单,运行成本低,在千吨处理量水平可达到每吨水4厘人民币甚至更低,因此,其性能价格比是所有消毒技术中较高的。它既具有其它消毒技术无法比拟的高效率,又具有成本和运行费低的优点。在千吨水处理量水平,它的成本只是氯消毒的1/2,是氯加脱氯消毒的2/5,更只有臭氧消毒成本的1/9。即使在十万吨处理量水平,紫外消毒设备的投资及运行成本也远远低于其它消毒技术。

6. 占地小,无噪音
    我公司生产的紫外C-消毒设备。对每小时处理80吨水的NLC-2000设备来说,其占地只有1.7米×0.8米,高1.5米,重220斤。若预留足够空间,该系统共需4平米的运行操作空间。如果处理水量减少,设备占地体积相应减少。另外,紫外消毒设备如果靠自流式供水(无水泵),将不产生任何噪音。
7. 连续大水量消毒
    九十年代末紫外C消毒技术的另一特点是一年365天,一天24小时连续运行。除定期需一、二小时以内的例行保养外,其理想操作条件是24小时连续运行。大水量消毒是现代紫外的另一大特征。除了可以消毒小水量(每小时几十升),也可以消毒大水量。目前紫外技术在实际应用中理想状态已达到每小时6万吨。如果实际需要,还可以更大。
8. 应用领域广
    在目前所有的消毒技术中,没有一种像紫外技术一样,具有如此广泛的应用领域。它不仅可以消毒淡水,还可以消毒海水;不仅可以消毒饮用水,还可以消毒废水。它可广泛应用在各种各样需要水消毒的领域。例如,养殖业海水消毒,贝类净化,农业加工用水,饮用纯净水,电子,医药,生物工业用超纯净水,各种饮料,啤酒以及食品加工,污水处理后的消毒,自来水消毒,游泳池,城市喷泉装饰用水,中央空调及电站等冷却水,和军事基地,舰船,潜艇用水等。
    现代紫外消毒技术与传统消毒技术的比较由表2给出。它克服了现有传统消毒技术的缺点。在消毒过程中,不添加任何化学物质,也不产生或在水体中留下任何有害物质,运行安全、可靠,安装、维修简单,特别是投资及运行维修费用低以及极好的消毒效果。欧洲许多国家以及北美的加拿大和美国已在九十年代分别修改了环境立法,在废水处理后的消毒,以及饮用水的消毒上,推荐采用紫外-C消毒技术。

表2   紫外C消毒技术与几种传统消毒技术的比较

主要指标 紫外-C 氯气 臭氧 膜过滤
杀菌方式 光线 化学 化学 过滤
杀菌效率 极高

杀菌广谱性

二次污染

消毒水量 极大
安全性
可靠性
毒性
工程投资
运行费用
维护费用
接触时间
水质变化
水质影响
系统体积
噪音
应用领域 广

水病菌培养比较图