饮用水的紫外线消毒

饮用水的紫外线消毒

1.饮用水紫外线消毒的原理

水的紫外线消毒，是通过紫外线对水的照射进行的。紫外线是指电磁波波长处于200-380nm的光波，一般分为三个区，即UVA（312-380）、UVB（280-315）、UVC（200-280）。低于200nm的远紫外区域称为真空紫外线，极易被水吸收，因此不能用于消毒。用于消毒的紫外线是UVC区，即波长为200-280nm 的区域，特别是254nm附近。紫外线消毒机制与氧化剂不同，它是利用波长254nm及其附近波长区域可透入微生物体内作用于核酸、原浆蛋白与酶，使DNA上相邻的胸腺嘧啶键合成双体，致DNA失去转录能力，阻止蛋白质产生副产物。以此达到消毒效果。

通常，通常，水消毒用的紫外线灯的中心辐射波长是253.7nm。显然，紫外线的杀菌效果取决于紫外线的辐射强度和照射时间的乘积，即辐照剂量。表1列出了微生物不同杀灭率需要的紫外线辐照剂量值，试验水样染菌1×105cfj/L，水深2cm。

2.饮用水紫外线消毒的方法

用紫外线消毒饮用水时，一般采用紫外线饮用水消毒装置进行。消毒装置是管状，使水由一侧进入，另一侧流出，管道中用紫外线灯照射。目前紫外线灯为高压石英水银灯。用于饮水消毒的设备有两种：套管进水式（浸入式）和反射罩式（水面式）。套管进水式是灯管外有石英套管，水从灯管旁流过而消毒；反射罩式是利用表面抛光的铝制反射罩将紫外线辐射到水中，所处理的水为无压流。灯管分低压灯管和高压灯管，高压灯管单位时间内消毒的水量较低压灯管为多。利用紫外线消毒时，水的色度和浊度要低，水深最好不超过2cm，关照接触时间10-100秒。

3.生活饮用水的紫外线消毒设备。

参考《生活饮用水紫外线消毒器》CJ/T 204-2000。以紫外汞灯为光源利用灯管内汞蒸气放电时辐射的253.7mm紫外线为主要光谱线，对生活饮用水进行消毒的设备（简称消毒器）。

消毒器按水流状态分为：敞开重力式、封闭压力式。目前以封闭压力式居多。封闭式饮用水紫外线消毒器具用金属圆筒把消毒灯管和被消毒的水封闭起来。筒体用不锈钢或铝制造，其内壁多做抛光处理，以提高对紫外线的反射能力，增强筒体内的紫外线辐射强度。有的消毒器还在筒内加装了导流板，改变水流的运行状态，避免水流死角。消毒器必须设有进水、出水和泄水管路，进水管上应设流量指示仪表，为简化消毒器的构造，也可以将泄水管和流量仪表安装在与消毒器相连的管路上。消毒器的醒目位置应设有灯管点燃指示、点燃计时指示或紫外线强度指示仪表。

紫外线灯管是饮用水紫外线消毒的核心部件，表2为消毒灯的光电参数。

4.紫外线消毒设备的技术要求

1）使用环境条件：消毒器应能在下述条件下正常工作。

（1）进水出水的水质

浑浊度≤5度、总含铁量≤0.3mg/L、色度≤15度、水温≥5℃、总大肠菌群≤1000个/L、细菌总数≤2000个/mL

经过饮用水紫外线消毒器消毒后的出水，总大肠菌群值≤3个/L，细菌总数≤100个/mL，其他水质指标应符合GB 5749-85有关规定，与进水相比也无明显变化。

（2）空气环境

环境温度≥5℃、空气中最大相对湿度≤90% (相当于空气20℃±5℃),图为不同温度下紫外线灯的辐射强度。

（3）电源

电源频率50Hz±2.5 Hz、电源电压220V±22V

2）基本技术要求

（1）消毒器的设计应符合GB 8988《电网电源供电的家用和类似一般用途的电子及有关设备的安全要求》要求

（2）承压筒体的工作压力不应小于0.60MPa，试验压力不应小于0.90MPa

（3）筒体或箱体内宜设置导流板

（4）在对环境有较高要求时，宜优先选用低臭氧型灯管，以减少臭氧对环境的污染

（5）灯管的布置应使受紫外线照射面上的紫外线强度分布均匀

（6）消毒器应设有灯管点燃指示、点燃累计时间指示或紫外线辐照强度的相对指示

（7）灯管应用石英玻璃套管与水隔开，石英套管253.7mm紫外线的透过率应大于85%

（8）按本标准的检验要求，装备新灯管的消毒器产品，测得的紫外线辐照剂量不得小于

（应充水），正常工作的消毒器测得的紫外线辐照剂量不得小于9000µW·S/cm。12000µW·S/cm。

（9）消毒器在额定消毒水量下工作的水头损失应小于0.005MPa。

3）外观要求

（1）设备表面应喷涂均匀，颜色一致，表面应无流痕、起泡、漏漆、剥落现象。

（2）设备外表整齐美观，无明显的锤痕和不平，盘面仪表、开关、指示灯、标牌应安装牢固端正。

（3）设备外壳及骨架的焊接应牢固，无明显变形或烧穿缺陷。

5）执行标准

1）产品标准

《紫外线消毒器》QB/T 1172-1999

《城市给排水紫外线消毒设备》GB/T 19837-2005

《生活饮用水紫外线消毒器》CJ/T 204-2000

5.消毒能力

饮用水紫外线消毒器的消毒能力是指在额定进水量情况下对水中微生物的杀灭功能。

其物理表达式表示在该状态下的辐照剂量：

W=IXV/Q×3.6

式中W——辐照剂量，μW/(cm2·s)；

I——辐射强度，μW/cm2；

V——消毒器的有效水容积，L；

Q——消毒器的额定进水量，m3/h

确定消毒器消毒能力的核心问题是如何决定辐照剂量。从表1可以看出，杀灭不同微生物需要不同的辐照剂量，而存在于水中的微生物是各种各样的。选定的辐照剂量过高会浪费不必要的能量，过低又达不到消毒的目的。水的消毒应该侧重于杀灭通过水污染疾病的肠道细菌，一般认为饮用水紫外线消毒器所能提供的辐照剂量最小不小于9 000μW/(cm2·s)，产品出厂时应大于12 000μW/(cm2·s)。

在饮用水紫外线消毒器中，各点的紫外线辐射强度是不同的。灯管发出的紫外线穿过石英套管造成一定的衰减，在穿过水层的强度随水层深度增加而减少，即存在下述关系：I=I0e-kd

式中I——不同水深的辐射强度，μW/(cm2·s)；

I0——超始辐射强度，μW/(cm2·s)；

k——水层深度，cm；

d——水的吸取系数，cm-1。

上式中，水的吸取系数依次与浊度、色度、含铁量有关。

灯管的有效使用时间是指其辐射强度从出厂的标准值下降30%的累积时间，国产灯管的有效寿命应不低于1 000h，一般在3 000h以上，进口品质良好的灯管可达8 000h.

表3列出了合格与失效灯管的紫外线辐射强度。

6. 微生物受紫外线照射后的光复活

在饮用水紫外线消毒器中，各种不同的微生物均由于紫外线的照射受到损伤死亡。但任何生物均对损伤有一定的修复能力，微生物也不例外。微生物的紫外线损伤能被可见光所逆转称为光复活，有效的波长范围包括330nm-480nm的可见光和近紫外光。修复情况因微生物的种类和受紫外线的打击的程度而异。一些缺乏光复活酶的微生物无光复活能力。紫外线的注量增加，光复活率降低，当照射剂量达到60000μw/cm2时，大肠杆菌的光复活消失。光复活的机制是：在光复活酶的作用下，连接在一起的可以逆转的光产物胸腺嘧二聚体解聚而形成单体，使DNA恢复正常功能和结构以及在DNA复制时将损伤部位忽略和绕过，实现切割修复和重组修复。为了避免光复活现象，饮用水紫外线消毒器应保证一定的紫外线辐照剂量，消毒器应安装在水箱的出水管上，经消毒后的水随取随用，避免与光长时间接触。

7小结