自来水紫外线消毒技术应用及发展

曾晓岛

贵州瓮安经济开发区管委会

自来水紫外线消毒技术应用及发展

曾晓岛

贵州瓮安经济开发区管委会

本文首先介绍了我国传统的自来水消毒技术，即氯消毒和臭氧消毒，两者都存在不足，需要新的消毒技术来取代。所以重点介绍了紫外消毒技术，包括其国内外的发展现状，消毒原理，优缺点及其改进，技术展望等。

自来水；氯消毒；臭氧消毒；紫外线消毒技术；持续消毒

1 紫外线消毒技术的原理

紫外线消毒水处理技术是一种基于现代光学、防疫学、生物学和物理化学的消毒技术。紫外线是指电池波谱中波长为100nm到400nm部分，包括真空紫外线VUV，100-200nm；UV-C波，200-280nm；UV-B波，280-315nm；UV-A波315-400nm。其中杀毒能力最强的紫外波段是200-280nm，即紫外C波段。紫外线消毒原理是利用特殊设计的紫外发生装置产生UV-C照射流水， 当水中的各种细菌、病毒、寄生虫、水藻以及其它病原体受到一定剂量的UV-C辐射后， 其细胞中的脱氧核糖核酸或核糖核酸结构受到破坏， 使其丧失复制和繁殖能力， 同时，紫外线还可以对微生物的细胞质和细胞壁产生一定的破坏作用因细菌、病毒的生命周期一般较短， 不能繁殖的细菌、病毒就会迅速死亡， 从而在不使用任何化学药物的情况下达到消毒和净化的目的。

2 紫外线消毒技术的发展现状

2.1 国外

早在1910 年，紫外线消毒就被应用于法国马赛市的自来水厂。之后，用紫外线为水消毒因为成本高而难以推广。随着低压汞灯的出现，紫外线消毒就常常被用于其他工业用水的消毒，如医药、食品和饮料制造业。近年来，随着一些新的紫外线消毒技术的发展，出现了许一些较为廉价的消毒方法，因此紫外线消毒技术得到推广和发展。目前全球已经有3000多家自来水厂和5000千多家污水处理厂采用紫外线消毒技术。美国已经制定相关法律，要求推广紫外线消毒技术，并规定在废水处理中必须使用紫外线消毒技术，纽约自来水公司日处理能力达780 万吨的自来水厂已经决定采用紫外线消毒。随着紫外消毒技术的发展及一些发达国家(美国、日本等)对紫外消毒技术的强力推广，使其在饮用水处理中的应用不断扩大，紫外消毒技术的应用前景和普及速度十分乐观

2.2 国内

在我国，紫外线消毒技术已经被大量应用于市政污水处理中，而在自来水消毒中的应用还是刚刚起步。我国第一个自来水厂采用紫外线消毒技术是天津泰达自来水厂，其日供水量可达32.5万吨且已于2009年正式通水使用。今年北京平谷区自来水厂也采用了紫外线消毒技术，预计所有工程可在今年7月份全部完成。而在紫外线消毒技术的研究和应用方面，刘文君教授做出了突出的贡献。刘文君教授不但开创了国内大型城市政给水紫外线安全消毒工程应用的新领域，在基础研究方面也取得了国际同行的高度认可的成果，对紫外线消毒后微生物复活问题、紫外线消毒后的管网水质微生物稳定性的控制等都提出饿重要的新见解，提出在保持紫外线计量的情况下通过提高紫外线强度控制微生物复活的新方法，这些研究成果为推动紫外线技术的健康应用做出了极大贡献。前面提到的天津泰达自来水厂也是在刘文君教授的主持下建成的。

3 紫外线消毒技术的优缺点及其改进

3.1 优点

自来水厂采用紫外线消毒技术的优点很多，主要有：(一)消毒效果好，紫外线消毒技术对抗氯性的两虫(隐孢子虫和贾第鞭毛虫)有较好的灭活作用。主要是破坏微生物的DNA使其丧失复制和繁殖的能力，也能破坏微生物的细胞质和细胞壁，此外紫外线对病毒也有较好的消毒效果。紫外线照射几十秒后， 大肠杆菌杀灭率可达98%， 细菌总数的平均去除率达96%；(二)没有二次污染，传统的自来水消毒技术像液氯和二氧化氯会产生含氯的消毒副产物，如三卤甲烷、卤乙酸、卤代酚、MX、卤代酮、卤代醛、 卤代硝基甲烷等有毒或致癌有机物，而用臭氧消毒时如果水中存在溴离子也会产生一种致癌的溴化物。用紫外线杀毒技术完全不会产生有害物质，也不会像氯气那样产生味道，水的口感好；(三)安全，用液氯消毒有一定的风险，在生产、运输、储存和使用过程中都有泄露的风险。很多大城市都用次氯酸钠代替液氯。美国曾报道液氯是恐怖分子最容易获得的危险品，一个液氯灌可以造成几万人的丧亡，而紫外线消毒系统则很安全，对公共安全构不成潜在威胁；(四)处理速度快，足够量紫外线可以在一秒内杀死绝大部分细菌和病毒，对城镇污水处理厂污染物排放标准中列为标定物的大肠杆菌， 用紫外C 消毒技术只需0. 36 秒就可100%杀灭。而对传统氯气以及臭氧等消毒方法来说， 达到现代紫外C 消毒技术的杀菌效果一般需要20 分钟至1 个小时的时间；(五)运行费用低，采用紫外线消毒技术， 1 吨污水的杀菌消毒成本仅需0.004 元， 甚至更低。在千吨水处理量水平， 紫外消毒技术的成本只是氯消毒的1/ 2， 氯加脱氯消毒成本的2/ 5， 臭氧消毒成本的1/ 9。在10 万吨水处理量水平， 紫外消毒技术的投资及运行成本也比其他技术低很多。此外，紫外消毒技术还有运行安全可靠，安装维修简便， 占地面积小， 可以实现自动控制等特点。

3.2 缺点

自来水厂采用紫外线消毒的不足有：(一)无持续杀毒能力，消毒后水遇到新的污染源会再次被污染[1]，不能维持供水管网持续消毒效果也就是后续杀毒能力较弱，因此需要与氯或者氯胺配合使用；(二)水质要求高，对于悬浮固体很多、水质较差的水， 由于悬浮固体可以庇护微生物使其免遭伤害， 消毒效果很难保证；(三)消毒后微生物复活问题，紫外线消毒只是让DNA不能复制而破坏微生物的遗传能力，在一定条件下微生物可以复活，不能完全将微生物杀死。(四)紫外灯套管容易结垢，影响紫外光的透出和杀菌效果 ，国产的紫外灯寿命短导致更换费用高。(五)设备复杂费用高，前期投入费用较高，紫外线因透射较弱要求照射面大水层薄，致使消毒流程设备复杂。

3.3 技术改进

目前针对紫外线无持续杀毒能力等缺点，主要是将紫外线消毒工艺和氯消毒工艺联合起来消毒。对紫外线技术本身主要是改进紫外灯的寿命。此外还可将紫外线消毒工艺和光催化氧化消毒工艺或者高级氧化技术结合，这样不仅能除去微生物还能除去部分天然有机物。

4 紫外线消毒技术的展望

紫外线消毒由于不投加化学药剂， 不产生有害物质， 安全可靠。紫外线消毒具有广谱性， 能快速高效地杀死包括细菌、结核菌、病毒、芽抱和真菌等在内的所有微生物， 尤其是对水中贾第鞭毛虫和隐抱子虫具有良好的灭活效果。因此， 紫外线消毒技术在水和污水处理领域得到了广泛应用。但是， 在实际应用中需要考虑抑制消除微生物的复活再生和持续杀菌以及克服紫外线穿透力低的问题。紫外线消毒技术的研发与应用的主要方向包括紫外线消毒后的细菌复活研究、流体力学模拟软件的应用、和紫外线消毒高效低能耗光源的开发等。这些方面的研究与开发为未来技术的革新提供了极大的空间。在不久的将来， 紫外线消毒技术在水和污水处理领域的应用将更加普及。

5 结束语

我国现有的自来水消毒方法中，传统的氯消毒方法存在不足，会产生致癌副产物以及自来水的口感不佳；而臭氧消毒法本身技术不够成熟且生产成本高。随着科学技术的发展，因紫外线消毒技术有消毒效果好能杀死隐孢子虫和贾第鞭毛虫、没有二次污染不产生消毒副产物、运行成本低、处理速度快等优点，国外很多发达国家已经在推广紫外线消毒技术。但紫外线消毒技术也存在不能够持续杀毒，杀毒后微生物能复活等缺点，需要与氯消毒工艺联合使用。相信在不久将来，我国自来水用紫外线消毒会得到进一步的发展和推广。

[1]孙彦军，周楠楠 紫外消毒技术在泰达自来来水公司中的应用 [J].中国新技术新产品，2011(6)

[2]刘雪春，李诗颖，黄翔 引用水消毒方法的弊端及其改进展望 [J].桂林航天工业高等专科学校学报，2010(1)

[3]方自毅，何凤华，刘文君等 紫外线消毒技术在天津开发区净水厂三期工程中的应用 [J].给水排水，2010(1)

[4]何煦 紫外消毒技术商机凸显 [J].中国水利报，2003(7)

[5]吴彦君，李国玲，王丽艳 紫外线消毒技术在水和污水处理中的应用[J].绿色科技 ，2011(6).