紫外线消毒器应对小规模供水微生物污染特点

摘要：结合B市M单位自备井微生物污染事件及应对过程，以小规模供水单元突发性微生物污染为背景，将饮用水紫外线消毒器作为应对手段，考察了紫外强度、紫外线穿透率对紫外线消毒效果的影响，并研究了大肠杆菌可见光复活。结果表明：较大剂量时，紫外强度对消毒效果的影响会减弱甚至不产生影响；在相同紫外强度条件下，紫外线穿透率对紫外线消毒效果的影响显著；可见光复活会明显降低紫外线消毒效果，影响程度与投加剂量有关。M单位处理效果证明饮用水紫外线消毒器在应对小规模供水单元突发性微生物污染方面具备安装简便、快速、处理效果好等特点。

关键词 ：紫外线消毒 紫外线穿透率 可见光复活 应急消毒技术

紫外线消毒作为消毒技术，目前的运用越来越广泛，尤其是在欧美等发达国家的水厂和污水处理厂，为了控制“两虫"大量使用饮用水紫外线消毒器和污水紫外线消毒器消毒技术。紫外线杀菌器消毒的原理是紫外线对微生物的遗传物质(脱氧核糖核酸DNA或核糖核酸RNA)有破坏作用，使得微生物在吸收了一定剂量的紫外线后，DNA的结构发生破坏，细胞失去活性，无法繁殖，细菌数量大幅度减少，从而达到灭菌的目的。

目前，水污染事件在我国发生的频率越来越大，从松花江的硝基苯污染到太湖藻类大爆发，再到赤峰的饮用水污染导致多人腹泻事件，这些事件的教训要求我们要快速提高应付水污 染事件的应急技术及能力。同时要注意推进污水紫外线消毒器在污水处理中的应用。

紫外线消毒器价格成本低廉，紫外线杀菌器具有安装简便快速、占地小、杀菌广谱等优点，适合应用于小规模供水单元的消毒。本文以B城 市 M区域的垃圾渗滤液流入饮用水水源井造成的大肠杆菌污染事件为例，介绍利用紫外线消毒器价格优势和消毒技术来解决小规模供水单元突发性微生物污染事件。

1案例分析

1．1水污染突发事件介绍

B市M区域有水源井两口，主要给附近居民提供生活用水。水源井出水经二氧化氯消毒后供给居民，平时出水水质符合国家生活饮用水水质标准。2009年7月，水质检测报告显示，大肠杆菌10 个／lOOml，严重超标。据调查，造成水污染的原因为水源井西侧的垃圾填埋场渗滤液汇入。

1．2应急处理方案

在水源井与二氧化氯消毒之间的管段做一旁通，在应急处理期间以前的管段阀门关闭，水流先经过紫外线消毒设备再进行二氧化氯消毒，安装简单操作方便，可以满足应急处理的要 求。

1．3紫外线消毒器系统 紫外线消毒设备为管道式，在管道内竖向排列六根紫外灯管，紫外灯为低压高强灯，每根灯管的功率为300W 。紫外线消毒设备设置进水口和出水口，在外壁上设置强度监测探头。

2影响因素分析

为了更好的发挥紫外线消毒设备应对突发微生物污染的效能，避免出现紫外灭活效率低下的现象，本文分析了紫外强度、紫外透光率以及可见光复活几种因素对大肠杆菌的灭活效果的影响。

2．1实验 装置及方法

紫外照射采用内置紫外灯管的准平行光束仪，紫外照射后，检测水样中的大肠杆菌数量。平行光束仪由紫外灯、紫外灯校平管、水样照射平台组成，装置如图4所示。紫外线灯管的安装要求确保辐射光垂直样品表面，水样照射平台可以放置磁力搅拌器及盛水容器，照射平台可以上下调节，通过改变与灯管之间的距离可以得到不同的照射光强。使用磁力搅拌器和细小的磁力转子，以确保水样充分混合，使水样得到均匀照射。本次实验所用平行光束仪灯管为低压灯，输出波长254nm。

根据紫外协会推荐方法得到平均紫外强度，通过剂量公式得到紫外线消毒剂量。D = I-t

式中，D——紫外线剂量 (mJ／cm )；，——平均紫外强度 (mW／cm2)；一 照射时间 (S)。利用对数灭活率评价消毒效果，rl=lg(NoIN)式中，q——对数灭活率；N0_一紫外线照射前水样中的菌数；N——紫外线照射后水样中的菌数。

2．2NgI-~．度对大肠杆菌灭活效果的影响

紫外线杀菌器的紫外线剂量是紫外线消毒的重要指标，剂量的大小决定了对微生物的杀灭效果，剂量用光强 与照射时间乘积来表示。但是同一剂量条件下，不同的光强和照射时间组合可能对紫外灭活效果产生影响。本次试验研究了相同剂量条件，不同光强对灭活效果的影响，光强分别取0.007，0.054，0.084 mW／cm。随着紫外剂量的增加，灭活率相应增大，这符合常规。另外，相同紫外剂量情况下，各紫外光强度对应的灭活率不同，尤其是在剂量0～10mJ／cm 区间 ，紫外光强为0.007mW／cm的曲线比光强为0.054~H0.084 mW／cm 的曲线明显偏低，这与清华大学张永吉的研究结果一致口。这种现象说明灭活率不只是由剂量决定，紫外光强度的大小对灭活率也有一定的影响。从曲线还可以看出，当剂量较大时，强度对灭活的影响会减弱甚至不产生影响，即在大剂量条件下，可以不用考虑强度的影响。

对于现场紫外线消毒设备而言，要避免出现紫外强度较小的区域，这就要求紫外灯之间的间距或紫外灯与管壁间距合理设计，使进水得到紫外灯均匀照射。另外要设计足够的紫外剂量，因为在大剂量条件下，强度的影响可以忽略。上述工程实例中的紫外线消毒器，在紫外强度较小的管壁处安装了强度测定探头，可随时监测管壁处的光强。运行一段时间后，紫外灯管会出现结垢，光强降低，为了避免光强对灭活的影响，需对灯管进行清洗。

2．3紫外线穿透率对大肠杆菌灭活效果的影响

在紫外线杀菌器消毒中，一般用紫外线穿透率来描述吸光物质对紫外线透射的影响。不同水质条件的水样具有不同的透光率，对紫外线消毒效果的影响则不同。本次试验研究光强、时间恒定条件下，紫外线穿透率对灭活率的影响效果。

紫外穿透率

紫外穿透率与大肠杆菌紫外灭活率关系曲线

可以看出，在本次实验条件下，随着紫外穿透率的增加，大肠杆菌的灭活率增大，紫外穿透率为60％、90％所对应的大肠杆菌灭活率分别为1.43 和3.37 ，差值接近21g，这表明紫外穿透率对大肠杆菌的灭活率影响显著。

在紫外线消毒设备工艺设计上一定要考虑水的紫外穿透率，要尽量降低水的紫外穿透率 ，这样可以在较小的强度条件下达到较大的紫外灭活效果，节省运行成本。地下水一般情况下，浊度色度较低，吸光物质较少，紫外线穿透率较大，有利于紫外线对微生物的灭活。但是 ，地下水中容易带有沙粒，铁锰含量较高或遭受有机物污染的地下水色度较大，这都会降低紫外穿透率，从而降低灭活率。基于上述因素，现场紫外线消毒器的光强除了满足消毒要求之外，要留有一定的余量 ，保证地下水紫外透光率降低所带来的影响。

2．4可见光复活对大肠杆菌灭活效果的影响

很多种微生物被紫外线杀菌器的紫外线照射后，可以在可见光照射下修复紫外线造成的DNA损伤，重新获得活性，从而削弱消毒效果，威胁消毒出水的安全性。这种依靠可见光修复DNA损伤的现象叫做光复活。本次试验的目的是了解微生物经紫外照射，再经可见光照射，其可见光复活情况，从而得到光复活对紫外灭活的影响效果。可见光照射试验光源为太阳光，照射时间段为7月中旬11点至13点，可见光照射时间段分别为0.5、1、2h，用复活百分比和复活速率来表征可见光复活程度，复活百分比为复活菌数与可见光照射前灭活菌数的比值；复活速率为复活菌数与复活时间的比值。

可以看出，紫外照射前、紫外照射后及光复活后，大肠杆菌的数量变化情况。紫外照射后，大肠杆菌数量减少，可见光照射后，大肠杆菌部分复活，数量增多。实验中三种剂量条件下结果对比发现，紫外照射后，剂量分别为 l、3、5mJ／cm 所对应的大肠杆菌数量递减，经可见光照射后，三种剂量对应的菌数量也依次递减。剂量1、3、5 mJ／cm 所对应的复活百分比为35.1％、12.2％,no．8％。这说 明大剂量不但可以提高大肠杆菌的灭活率，同时可以控制大肠杆菌的复活数量。

这说明经可见光照射，被紫外灭活的大肠杆菌可部分复活。紫外剂量为1 mJ／cm ，可见光照射0.5h，复活基本稳定，紫外剂量为3、5 mJ／cm ，可见光照射1h，复活基本稳定。紫外剂量为 1、3、5时 ，可见光照射复活速率分别为5．20×10~／h、 1．21×106／h~H8．36×10 ／h。以上数据可知，实验给定的小剂量紫外照射复活较快。

由于可见光复活对紫外灭活效果有影响，大剂量可以控制可见光复活，所以现场紫外线消毒设备的紫外剂量除了满足灭活要求之外，尽量要留有控制光复活的余量。为了控制大肠杆菌的可见光复活，工程中现场消毒工艺为紫外线消毒器与二氧化氯联合消毒。

3工程参数确定及处理效果

3．1紫外线消毒剂量及紫外线杀菌器设备处理流量

工程参数设计考虑紫外强度、紫外线穿透率以及可见光复活的影响。现场参数确定考虑不利因素为zui小紫外线穿透率为60％，可见光照射为1小时，经现场试验，当单根灯管处理流量为50m/h时，出水大肠杆菌*灭活，且经可见光照射后，大肠杆菌未见复活，经平行光束仪试验得知，有效剂量达~1]20mJ／cm 。考虑紫外灯老化以及灯管结垢的影响，zui终选择单根紫外灯处理流量为20m／h，紫外线消毒器处理流量为120m／h。

3．2处理效果

本工程主要工作为管线的改造与安装，在原有的供水管上做一三通，连接饮用水紫外线消毒器，购买管材、布设管线、设备安装调试总用时为两天。被垃圾渗滤液污染的井水，经紫外线消毒设备处理后，再经二氧化氯消毒，出水大肠杆菌没有检出。紫外线消毒设备在运行期间运行状况良好，均未发现大肠杆菌超标现象。

4结论

4．1 紫外光强为0．007mW／cm 的灭活率比光强为0.054~1.084mW／cm 的灭活率偏小，说明相同剂量下，低强度的紫外线灭活效果要差于高强度紫外线。另外，剂量较大时，强度对灭活的影响会减弱甚至不产生影响。

4．2紫外线穿透率对大肠杆菌的灭活效果影响显著。表面光强、照射时间恒定条件下，紫外线穿透率为60％、90％所对应的大肠杆菌灭活率差值达21g左右 。

4．3 剂量分别为 1、3、5 mJ／cm 照射 后 ，菌数量递减 ，经可见光照射后，菌数量也依次递减。说明大剂量不但可以提高大肠杆菌的灭活率，同时可以控制大肠杆菌的复活数量。紫外剂量为1、3、5N，可见光照射复活速率分别为5.20×10106h、1.21×10。／h 和8.36×10／h。说 明小 剂量 紫外 照射 后 可见 光复 活 较快。现场消毒工艺为紫外线与二氧化氯联合消毒，可控制大肠杆菌的可见光复活。
4．4 现场试验单根紫外灯处理流量为50m／h，出水大肠杆菌*灭活，有效剂量达~U20mJ／cm ，考虑紫外灯老化以及灯管结垢的影响，选择单根紫外灯处理流量为20m ／h，紫外消毒设备处理流量120 T／h。紫外消毒设备运行期间，处理效果较好，大肠杆菌均未检出。 4．5本工程表明紫外线消毒设备对水源井突发性微生物污染处理*，紫外线消毒器设备安装容易、用时短、操作方便，可以满足应急需求。