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Industry Applications


紫外線消毒是一個(gè)光化學(xué)過程,其核心原理在于利用特定波長(zhǎng)范圍的紫外光照射微生物,破壞其細(xì)胞內(nèi)的遺傳物質(zhì)—-核酸(DNA或RNA),從而阻止微生物的復(fù)制和繁殖,最終達(dá)到滅活效果。
在紫外光譜中,UVC波段(通常指200-280nm)具有最強(qiáng)的殺菌效能。其中,波長(zhǎng)約為254nm(由傳統(tǒng)低壓汞燈產(chǎn)生)因與微生物DNA吸收紫外光譜的峰值高度吻合, 表現(xiàn)出尤為顯著的DNA破壞作用。
紫外線能量被核酸吸收后,會(huì)導(dǎo)致核酸鏈發(fā)生斷裂、形成嘧啶二聚體等光化產(chǎn)物,這些結(jié)構(gòu)性損傷干擾了DNA的正常復(fù)制和轉(zhuǎn)錄功能,使微生物喪失活性或繁殖能力。
決定紫外線消毒效果的是紫外線劑量(UV Dose或Fluence),通常以毫焦耳每平方厘米(mJ/cm2)或微瓦秒每平方厘米(uW·s/cm2)為單位。
紫外線劑量是紫外線強(qiáng)度 (Irradiance, 單位mW/cm2或uW/cm2)與微生物在紫外光照射下的有效接觸時(shí)間 (Exposure Time, 單位s) 的乘積。
足夠的紫外線劑量是確保有效滅活目標(biāo)微生物的關(guān)鍵,不同種類的微生物對(duì)紫外線的敏感性不同,因此需要不同的劑量才能達(dá)到所需的滅活率。
品 名 | 99.9% 殺菌率劑量 μw.s/cm2 | 品 名 | 99.9%殺菌率劑量μw.s/cm2 |
BACTERIA(細(xì)菌) | MOLD SPORES (霉菌芽孢) | ||
Bacillus anthracis 炭疽桿菌 | 8700 | Mucor ramosissimus A 多分枝毛霉菌 | 35200 |
Clostridium tetani 破傷風(fēng)桿菌 | 22000 | Penicillum roqueforti(olive) | 22000 |
Escherichkia coli 大腸桿菌 | 6600 | VIRUSES (病毒) | |
Mycobacterium tuberculsis 結(jié)核分枝桿菌 | 10000 | Coliphage 大腸桿菌噬菌體 | 6600 |
Dysentery bacilli 痢疾桿菌 | 4200 | Bacteriophage(E.coli) 噬菌體 | 6600 |
Salmonella enteritidis 沙門氏腸炎菌 | 7600 | Virux of infectious hepatitus 肝炎病毒 | 8000 |
Staphylococcus aureus 金黃色葡萄球菌 | 6600 | lntluenza virus 感冒病毒 | 6600 |
Staphylococcus faecalis 糞便葡萄球菌 | 10000 | Pollo virus 脊髓灰質(zhì)炎病毒 | 6000 |
Vibrio cholerae 霍亂弧菌 | 6500 |

紫外燈管主要有兩類:
·低壓汞燈(Low-Pressure Mercury Lamps):主要發(fā)射接近單色的254nm紫外光,這與微生物DNA的吸收峰非常接近,因此具有較高的殺菌效率和電光轉(zhuǎn)換效率(可達(dá)30-40%)。低壓汞燈壽命相對(duì)較長(zhǎng),運(yùn)行成本較低,廣泛應(yīng)用于各種規(guī)模的水處理設(shè)施。根據(jù)功率不同,又可分為:標(biāo)準(zhǔn)低壓燈、低壓高強(qiáng)(LPHO)燈、低壓汞齊燈。
·中壓汞燈 (Medium-Pressure Mercury Lamps):輸出多色、寬譜的紫外光(200-400nm),單燈功率遠(yuǎn)高于低壓燈,中壓燈的高功率密度使其在處理大流量水體時(shí)具有優(yōu)勢(shì),但其電光轉(zhuǎn)換效率相對(duì)較低(約10-15%),燈管壽命也較短。
不同類型的微生物的紫外線殺滅率及其劑量(表)敏感性存在巨大差異。
光復(fù)活(Photoreactivation):某些微生物(主要是細(xì)菌)在紫外照射后,如果暴露在可見光(特別是藍(lán)光區(qū)域,300-500nm)下,其體內(nèi)的光裂合酶(photolyase)會(huì)被激活,能夠特異性地修復(fù)由紫外線引起的嘧啶二聚體,恢復(fù)DNA功能。
暗修復(fù) (Dark Repair) : 這是一種不依賴光照的修復(fù)機(jī)制,通過一系列酶促反應(yīng) (如切除修復(fù)、重組修復(fù))來移除或修復(fù)DNA損傷。
這些修復(fù)機(jī)制的存在,意味著紫外消毒后的出水如果條件適宜(如光照、停留時(shí)間長(zhǎng)),可能會(huì)出現(xiàn)微生物復(fù)蘇現(xiàn)象,影響消毒效果。
在工程設(shè)計(jì)中通常需要考慮一定的安全余量,或與其他消毒方式(如加氯提供管網(wǎng)余氯)聯(lián)用,以抑制微生物修復(fù)。
紫外透光率(UV Transmittance, UVT) 是衡量水樣在特定波長(zhǎng)(通常是254nm)下紫外光透過能力的指標(biāo),直接反映了水對(duì)紫外光的吸收程度。
UVT值越低,紫外光在水中的衰減越快,有效消毒距離越短,達(dá)到目標(biāo)劑量所需的紫外燈功率就越高。
紫外消毒生物劑量驗(yàn)證(Bioassay) 是國際上公認(rèn)的用于驗(yàn)證紫外反應(yīng)器實(shí)際消毒性能(即所能傳遞的有效劑量RED)的黃金標(biāo)準(zhǔn)方法,它通過使用已知紫外劑量-響應(yīng)關(guān)系的挑戰(zhàn)微生物(如MS2噬菌體、枯草芽孢桿菌芽孢等)進(jìn)行實(shí)際水流條件下的測(cè)試,反推反應(yīng)器的劑量傳遞能力。
傳感器在線監(jiān)測(cè)與計(jì)算劑量:水廠日常運(yùn)行更多依賴在線紫外強(qiáng)度傳感器和流量計(jì)等數(shù)據(jù),結(jié)合經(jīng)驗(yàn)公式或CFD模型計(jì)算得到的劑量進(jìn)行控制。

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