刘强强 梁 蓓 冶 震
宝鸡创威水务有限责任公司
摘要：本文主要对紫外线消毒技术进行了简要分析，包括紫外线消毒的原理、消毒的影响因素以及消毒技术的应用现状这三个方面。
关键词：城市污废水；紫外线；消毒
城市污废水通过下水管道汇集到城市污水处理厂，经过处理后最终又排放到环境当中，其中的病原微生物通过直接接触、气溶胶等不同的途径传播给人类和动物的安全都带来了不同程度的威胁。由此可见为了保障居民生活的舒适、安全、健康等，城市污废水的消毒处理必不可少，其中应用比较广泛的消毒技术为紫外线消毒。
1 紫外线消毒的原理
紫外线是一种电磁波，其波长在100~400nm之间，根据波长范围的不同一般分为UVA（315~400nm）、UVB（280~315nm）、UVC（100~280nm）和真空紫外线（100~200nm），然而具有杀菌效果的主要是UVC波段，即波长为280~315nm的紫外线。
紫外线消毒是当前应用最广泛的污水消毒技术之一，是一种物理消毒工艺。紫外线的杀菌能力主要是因为对微生物进行紫外线照射后微生物的核酸会受到光化学损伤[1-2]，微生物细胞核中的核糖核酸（RNA）和脱氧核糖核酸（DNA）能够吸收光谱在（240~280nm）之间的短波紫外辐射，使相邻核苷酸间产生新键而形成双分子或二聚物。相邻的嘧啶分子，尤其是胸腺嘧啶的二聚作用是由紫外线引发的最普遍的光化学损害[3]。由于细菌DNA和病毒RNA中的胸腺嘧啶经紫外线辐照均能够形成二聚物，从而使DNA或RNA的复制和蛋白质的合成受到阻碍，导致细胞死亡。
2 紫外线消毒的影响因素
在紫外线消毒的过程中，影响消毒效果的因素主要有紫外线辐照剂量和强度、水质、微生物的种类与数量和温度。
（1）紫外线辐照剂量和强度
辐照剂量是影响紫外线消毒效果的直接因素，其计算公式如下：
紫外线辐照剂量（mJ/cm2）=紫外光强（mW/cm2）×辐照时间（s）
从式中可以看出，在相同的辐照时间下将紫外线强度增大，会导致紫外线辐照剂量的增加；紫外强度可以通过调节灯管与样品之间的距离而发生改变，距离越近紫外强度越高。张永吉[4]等人发现：在紫外线辐照剂量相同的情况下，紫外光强高时比光强低时对大肠杆菌的灭活效果要好，但当紫外线辐照剂量较高时，光强对大肠杆菌灭活效果的影响就比较小。除此之外，郭美婷[5]等研究发现，在光强分别为0.044、0.088、0.163mW/cm2时，紫外光强对大肠杆菌的灭活效果有一定的影响但不明显。
（2）水质因素
由于污水的种类、水中化合物的组成、色度、浊度等不尽相同，从而导致污水的穿透率不同，当对污水进行紫外线消毒时，紫外线穿透被照射水层的情况就存在差异，最终影响消毒效果。一般来说，当水质状况越好时，紫外线的穿透率越高,微生物接收到的紫外光能量就会有所升高,那么消毒所需的紫外线剂量也就随之降低；当提高污水中紫外线的穿透率时，就可以减少紫外光和污水的接触时间或紫外灯的数目,从而达到提高紫外消毒效率、降低基建费用和设备投资的目的[3]。当对水样进行紫外光照射时，如果水中含有较多的颗粒物或者颗粒物粒径较大，进入到水中的紫外光就会被那些颗粒物遮挡起来，最终降低紫外线的消毒效果。
（3）微生物种类与数量
在污水处理中，由于水中的细菌、病毒等微生物的种类且数量巨大，而且不同的微生物对紫外线的耐受程度不尽相同，所以在紫外线消毒过程中，对污水中微生物的灭火效果就存在着差异。有研究表明，最容易被紫外线杀死的是革兰氏阴性杆菌，其次是葡萄球菌属、链球菌属和细菌芽孢，真菌孢子对紫外线的抵抗力最强，细菌芽孢对紫外线的抵抗力比病毒要高[6]。此外，在进行紫外线消毒之前，水样的微生物初始浓度不同，从而影响水样的吸光度和浊度，使得水样中单个微生物接收到的紫外线辐照存在差异，最终对消毒效果产生一定影响。郭美婷等认为，当微生物的浓度较大时,单位体积的水样内被紫外线照射到的微生物就越多,那么灭活的微生物的数量也越多。
3 紫外线消毒技术的应用现状
自1978年，人类就发现太阳光中的紫外线具有杀菌消毒的作用。在1901年第一支紫外线汞弧灯被人类发明以后，人类对与紫外线的研究开始变多。1960年以后,由于出现了新型、高效的紫外光源,紫外线灯可靠性得到了极大提高,并且通过实践获得了许多经验,这些因素促使紫外线消毒在消毒市场上所占的份额有了一定的提高,促进了紫外线消毒技术的应用发展[7]。此外，有研究者对紫外线消毒效果、水质因素对消毒效果的影响、实际工程应用的可行性、消毒过程中产生的副产物、紫外线对受纳水体中动植物的影响等问题做了大量的研究；结果表明，紫外线消毒能达到与氯消毒近似的消毒效果甚至更好，且消毒过程中不会产生消毒副产物。
紫外线消毒之所以能够被广泛的应用，是因为它具有着以下优点：杀菌效率高：在较短的时间内就能达到理想的消毒效果，往往只需要几十秒钟就能够达到与氯消毒几十分钟甚至几小时的消毒效果；不会产生二次污染：消毒过程中不需要添加任何物质，对水体中的生物无毒副作用，不会产生消毒副产物；高效广谱杀菌性：紫外线消毒拥有相当较高的广谱性,对大多数致病微生物都具有高效灭活效果,特别是对于一些对人类健康有较大威胁且具有抗氯性的原生动物类微生物，如贾第鞭毛虫和隐孢子虫等都有较高的灭活效果。④对环境因素要求低：消毒效果受水温、pH等因素的影响较小；⑤占地少，操作方便，且运行安全：与臭氧消毒、氯消毒等相比，消毒装置简单，易操作，具有无剧毒，无腐蚀性，不易产生危险等特点。
紫外消毒也有一定的局限性，主要表现在：无法持续杀菌：虽然紫外线辐照能够对细菌的DNA造成损伤，导致其死亡而失活，但是当辐照结束之后，部分被杀死的细菌在光照或黑暗条件下能够进行自我修复，使受损的DNA片段得到修复并重新开始复制，最终恢复活性。对接受照射的水质有较高要求：在接受紫外线辐照时，水样中的有机物和固体悬浮物会吸收或者阻挡部分紫外光照射细菌，从而降低消毒消效果。
经过人们不断的努力，紫外线消毒技术越来越多的应用在了实际工程当中。从2008年，上海白龙港污水处理厂投产，这是当时亚洲规模最大的采用紫外线消毒技术的水厂。到2009年，采用紫外线联合氯消毒技术的天津泰达自来水公司三期工程也投入使用，这一切都标志着紫外线消毒技术正在大规模的应用于生产当中，而且与紫外线联合消毒的技术也在不断地被人们开发出来。
4 结论
综上所述，目前应用于城市污废水消毒的紫外线消毒技术是通过改变微生物的核酸从而达到消毒效果；主要影响因素有紫外线辐照剂量和强度、水质、微生物的种类与数量和温度；虽然目前应用比较广泛，但仍具有一定的局限性，通过日后不断深入研究，未来联合消毒的技术将越来越多地应用于实际工程中。
参考文献：
[1] 范建宏．紫外线消毒在废水处理中的应用[J]．山西建筑，2006，32(3)：190-191．
[2] 陈运进，孙连鹏．紫外光消毒在城市生活污水处理中的应用[J]．中山大学学报，2004，24(3)：292-296．
[3] 杨波．城市污水再生利用紫外线消毒试验研究[D]．西安：西安建筑科技大学，2009．
[4] 张永吉，刘文君．紫外线对自来水中微生物的灭活作用[J]．中国给水排水，2005，21(9)：1-4．
[5] 郭美婷，胡洪营，李莉．污水紫外线消毒工艺的影响因素研究[J]．中国环境科学，2007，27(4)：534-538．
[6] 尹新哲．城市污水紫外线消毒等效还原剂量研究[D]．重庆：重庆大学，2007：6-7．
[7] 杨辉，金成清，史文华，等．饮用水紫外线消毒研究与应用进展[J]．沈阳建筑工程学院学报，2002，24(1)：51-53．