紫外消毒器在水处理应用中的技术要点

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【摘要】在水处理行业的应用中，紫外灭菌器分为二中形式：　过流式消毒方法不仅要配较复杂的结构；还有复杂的控制系统，如紫外线强度监测

【关键词】紫外线杀菌，水处理，技术

在水处理行业的应用中，紫外灭菌器分为两种形式：
1、过流式消毒方法

    不仅要配较复杂的结构还有复杂的控制系统，如紫外线强度监测系统，水温监测系统，消毒时间累积，紫外线灯监控、故障报警、自动声光报警等系统。此外，过流式设备对环境与处理对象也有要求，如水的温度、水的透明度对消毒效果有很大的影响。紫外线杀菌灯工作时表面*温度为40℃，温度过高或过低都会影响紫外线输出效果；水的透明度越差，紫外线越易被吸收，利用率就越低。

2、浸没式结构
    紫外线杀菌灯直接放在水中，这种方法可用于流动的动态水，也可用于静态水。这种处理方法要注意灯管有可能由于意外情况发生破裂；长时间处理，灯管表面会被水中藻类等污染物覆盖，将严重影响紫外线透出。 

1、结构和控制

----在水处理主要用到紫外线灯的消毒杀菌功能，这种基本原理和方法在数十年就已被人发现。在欧美，紫外线消毒技术已是一种普及的技术。在我国，九十年代开始引进该技术。十年来，这种技术做为一种"高科技产品"被努力地推向市场。然而，到目前为止，紫外线消毒产品还远未在水处理应用中普及。

----产品的结构和控制系统的设计不过关。以家用饮水机为例。据卫生部门的检测，通过饮水机放出的水，大多数都是细菌严重超标，一些厂家的都是如此。细菌产生的主要原因就是饮水机内部长期不清洗而滋养了细菌。数年前，有人想把紫外线灯用到饮水机上，对系统环境和水进行消毒和保洁。可到现在，市场上也没看到饮水机用上紫外线灯。

----造成这种现象主要是遇到结构设计上的难题。紫外线在水中的穿透力很差，一般仅适合于10cm以内厚度的静态水层，随水层厚度增加，紫外线强度将大幅度衰减。因此紫外线对水消毒薄层动态水。而普通的桶装饮水机中的水流入到内胆中是静态，而且储存时间无法确定，有可能只停留几秒种（连续接水饮用），也有可能停留较长时间。这就在时间控制上也增加了难度。

----有人想到，饮水机主要存在的是二次污染，不是桶装水带入的细菌，只要让内胆中的水不受二次污染就可以保持清洁。没有必要达到紫外线消毒杀菌的剂量。但是，桶装水不合格的报道我们经常见到。显然，仅仅是对内腔进行消毒显然是不够的！ 　

2、光催化反应

----光催化氧化反应机理很复杂。一些纳米材料如TiO2粉体复合光催化剂，被紫外线照射后，会产生"电子-空穴"对。空穴有很强的扑获电子的能力，遇到水分子后，水分子被夺去电子形成羟基（-OH），羟基有很强的化学活性，它能破坏有机物的化学键，达到旷化分解有机污染物的目的。 　　
    与其他的新技术、新方法一样，光催化有他的新颖、实用的一面，也有其局限性的一面。从目前的国内外的研究和一般客户的应用情况看，光催化有其以下的局限性：

2.1 光催化不管用在空气还是用在水里，其"光解"的作用效率是"有限的"。不能夸大他的作用。它只能处理杂质含量很低的空气和溶液，而且处理时间较长。比如空气净化，只能用于污染气体（如家居室内）较轻的环境，而不能用于如废气、废水等的净化。 　

2.2 光催化作用只能局限于光触媒表面附近。也就是说，杂质分子或离子只能经过光触媒表面才能被降解。因为光催化产生的活性离子羟基（-OH）从产生到消亡的时间非常短，（小于10-6秒），他既不能在水中"游泳"，也不能在空中"飞舞"。而象紫外线可以穿透一定水层（尽管它在水中衰减严重），臭氧、氯气可以溶解在水里，随水漂流，作用时间可达数十分钟。 
2.3 光催化活性易受外界因素影响。如水中某些离子对光催化分解有促进作用，也有些离子或分子对光催化有"中毒"作用。空气中的湿度对光催化效果也有影响。还有一点：必需有水分子光催化才能进行。在仪器设备工作过程中，光催化实际效果往往难以实测和加以判断。消费者难以通过"感性认识"来感触高科技的魅力！ 
2.4 无法测定"光解因子"。以消毒杀菌为例，《消毒技术规范》介绍有生物灭菌试验方法。（这种试验方法程序复杂，成本较高，一般只有市级防疫部门试验室才有条件做。）通常情况，我们可测试消毒因子。如紫外线消毒，我们可测试254nm紫外线强度，化学消毒可测试化学因子如环氧乙烷、臭氧的浓度，而光催化反应，目前无法测试所谓"因子"，如羟基（-OH）浓度就无法测试，原因是一其存在时间很短，二也无恰当方法测试。是"摸不着、看不见"的东西。 　　

紫外线消毒技术优势 　

A、大功率高强度

    前面我们已经讲到，在水处理，由于他的使用特点要求紫外线有很高的寿命和可靠性。 　　对于低压汞灯，如荧光灯，功率一般只有几十瓦，如果把功率做到上百瓦，就被认为"有很高的技术含量"。因为功率做大，灯管的管壁负载就会增加，这样往往会缩短寿命，或者大大降低光的输出效率。 　

    大功率紫外线灯管我们现已可做到300瓦以上。这种灯的管流超过1A，功率密度要比普通灯显著大，达到1．2瓦/cm。300瓦紫外线灯在1．0米处254nm紫外线强度达到1200uw/cm2，相当于10只40瓦灯的紫外线强度，表面紫外线强度更是高达70000 uw/cm2（在此强度下消毒时间不超过0.5秒）。在高功率密度情况下，仍有较高的紫外线输出效率，而且可在较高管壁温度（超过100℃）条件下工作。使用漏磁变压器点灯，有很高的可靠性，灯管寿命达到13000小时以上。更大功率的紫外线杀菌灯我们正在研制，灯管电流超过2A，有更大的功率密度。 　
B、高可靠性

    国产石英紫外线灯的突出问题是可靠性差，易出现的问题是慢性漏气，这是石英紫外线灯的"超级杀手"。也是水处理行业领域zui可怕的敌人。不难想象，当整个系统（比如：过滤、沉淀、离子交换、消毒杀菌、嚗气、絮凝等设备）运转时，突然一只或几只紫外线灯熄灭，那么意味着，如不及时更换，消毒杀菌的效果要受到严重影响。另一方面，频繁更换，也会增加成本。为防止此类现象发生，还要增加监视和报警系统。