高强度低压汞齐紫外线灯特性探讨

丁有生

（武汉职业技术学院，武汉 430074）

0 引言

近年来，随着环境保护呼声越来越高，国家加大了污水处理力度，各地都建设了污水处理厂，污水处理中的杀菌广泛使用高强度低压紫外线灯。在使用中，紫外线灯的特性变化以及使用环境因素都将影响其在污水处理中杀菌使用效果，尤其是汞齐紫外线灯的温度特性、紫外输出特性等对使用影响更大，探讨和研究高强度低压汞齐紫外线灯的特性变化规律及影响因素，对高强度低压汞齐紫外线灯的制造和应用具有重要的指导意义。

1 高强度低压汞齐紫外线灯的结构与工作原理

用于污水处理中杀菌的高强度低压汞齐紫外线灯一般都是功率较大的低压汞放电灯，由石英玻璃放电管（管内壁涂有保护膜）、电极（钨螺旋上涂电子粉）、放电管内填充的汞齐与稀有气体等组成，其结构如图1 所示。

高强度低压汞齐紫外线灯内的阴极发射电子与汞原子碰撞产生激发和电离，汞原子被激发到较低的能级，如63P1和61P1的机会较多，处于这两个激发态的原子在返回基态时，产生波长为253.7 nm 和185.0 nm的共振辐射，辐射出的光子hυ经过若干个汞原子吸收转换后透过石英玻璃辐射出来，电离产生的自由电子与其他原子碰撞，激发和电离不断地在灯中进行。紫外线灯产生的253.7 nm 和185.0 nm 紫外线强弱取决于激发到63P1和61P1的汞原子数量多少及紫外光子的损失与透过率，不同石英玻璃的紫外透过率有较大的差异，要根据应用场合选用石英玻璃管。图2 给出了几种石英玻璃的紫外透过率。

图1 高强度低压汞齐紫外线灯结构示意图

图2 几种石英玻璃的紫外透过率

掺杂（Ti、Ce）石英玻璃用于无臭氧紫外线灯，天然石英玻璃用于有臭氧紫外线灯，合成石英玻璃成本较高，用于要求较高的紫外线灯，真空腔体的石英管及石英套管的紫外透过率直接影响紫外输出，不同的石英管质量不同，价格差距也较大。图3 是低压紫外线灯的光谱，（a）为有臭氧，（b）为无臭氧。

图3 低压紫外线灯的光谱

2 汞蒸汽压对高强度低压汞齐紫外线灯的特性影响

如图4 所示，紫外线灯的效率最大值所对应的汞蒸汽压称为最佳汞蒸汽压，每种高强度低压汞齐紫外线灯均有其特定的最佳汞蒸汽压值。管径不同，灯所需的最佳汞蒸汽压值不同，管径、灯电流不同，光输出对汞蒸汽压的敏感度不同（即△T90 的范围不同）。每种高强度低压汞齐紫外线灯采用的汞齐必须针对性设计。

图4 低压紫外线灯的最佳汞蒸汽压

随灯燃点，汞齐含汞比例变化、特性变化引起光输出大幅变化，汞齐设计应满足“汞齐光衰”小的要求。

图5 温度变化对汞蒸汽压和紫外输出的影响

3 高强度低压汞齐紫外线灯的温度特性

高强度低压汞齐紫外线灯光电参数与汞蒸汽压密切相关，而汞蒸汽压与温度有关，温度的变化会引起紫外输出的大幅变化（见图5）。不同的汞齐变化特性不同，有的波动非常大，仅仅是5 ℃～10 ℃的温度偏差，紫外输出有可能下降50%。由于南北方和四季气候的不同，用于水处理的紫外线灯工作在不同的水温下汞齐的温度特性及汞齐的“光衰特性”非常重要。紫外线灯的紫外输出由温度引起的变化称为紫外线灯的温度特性。图6 是紫外线辐射照度随水温变化特性，在实际工作温度范围内紫外线辐射照度值大而且随水温的波动小为最佳效果。图7 是四家生产商紫外线灯寿命期温度特性的比较。

图6 几种汞齐的温度特性曲线

图7 紫外线灯寿命期温度特性

在设计灯时应选择对温度影响小的汞齐，避免用于水处理的紫外线灯工作在不同的水温下紫外输出的波动。

4 小 结

高强度低压汞齐紫外线灯的应用特性研究直接关系到灯的应用效果，紫外线灯应用时的温度环境直接影响灯的紫外输出，制灯时对灯管材料、汞齐及电极材料的选择与制造工艺的控制都非常重要。

［1］石中玉.紫外线灯及其应用［M］.轻工业出版社，1991

［2］徐光华，等.电光源制造工艺［M］.上海科技文献出版社，1991

［3］丁有生，等.电光源原理概论［M］.上海科技文献出版社，1993