一 历史发展
1800年,天文学家威廉•赫歇尔发现红外线,德国科学家约翰•威廉•里特认为事物具有两极性:红外有红外线,紫外必存在另一种光。次年偶然用浸了氯化银溶液的纸放在紫光外区域照射,纸变成了黑色。根据氯化银在光照下生成银的原理,证实了里特的猜想,即紫外线的存在。
紫外线消毒其实比氯消毒要早。1909-1910年,Henri、Helhronner和Recklinghausen在法国的凡赛水厂成功实验了第一套紫外线消毒设备。实验规模为25m3/h过滤水,电耗为52.8W•h/m3。1910年,紫外线首次在美国被Cernovedeow和Henvi运用于饮用水消毒杀菌实验。随着低压汞灯的出现,紫外线消毒也被应用到其它工业用水领域,比如说医药、食品和饮料制造业。
20世纪末,可以通过水传播的隐孢子虫致使欧美英等多个国家爆发了隐孢子虫病,症状是具有感染性的腹泻、肠炎甚至死亡。1987年美国市政用水中发现了隐孢子虫的囊卵。经多次实验证明,氯消毒不能杀死水中的隐孢子虫确保自来水供水的安全。科学家研究发现紫外线消毒对于抗氯的贾第鞭毛虫和隐孢子虫具有很好的消毒效果,且不产生有害的消毒副产物。紫外线消毒技术已经是发达国家的饮用水安全处理技术中“多重屏障理念(Multi-Barrier Concept)”的重要组成部分。
二 原理
紫外线(Ultraviolet,简称UV)按波长可分为三类:UVA、UVB、UVC。UVA又分为UVA-1和UVA-2。UVA-1虽然强度比较弱,但是会使皮肤松弛,黑色素沉淀。UVA-2和UVB则会灼伤皮肤。UVC可以达到杀菌消毒的效果。
UV-C具有杀菌效果源于其对微生物的核酸产生光化学危害的结果。微生物的核酸分为两种:RNA和DNA,共同点都是根据碱基配对原则连接起来的核苷酸链,可以吸收高能量的短波紫外线,从而使相邻的核苷酸之间产生新键-双分子或二聚物。二聚物的存在阻止了微生物DNA的复制及蛋白质的合成,从而使细胞死亡。死亡率与紫外线的剂量和微生物的抵抗能力有关,大多数的微生物只需较少的紫外线照射就会死亡。紫外线剂量= 紫外线强度*停留时间*水的透光率
三 类型
紫外线消毒器按水流边界的不同分为封闭式和敞开式。封闭式即用金属筒体(不锈钢)和带石英套管的紫外线灯把被消毒的水封闭起来。敞开式系统又可分为浸没式和水面式两种:浸没式即将外加同心圆石英套管的紫外灯置入水中,水从石英套管的周围流过,根据水箱的大小,配置灯管的数量和功率,此方式因消毒效果欠佳,已逐步淘汰(因紫外线灯管杀菌效果最好的距离是距灯管2-3厘米处,距离灯管越远,杀菌效果越差)。水面式即将紫外灯置于水面之上。所以管道式应属于封闭式,明渠式为敞开式。明渠式紫外线消毒器又叫污水紫外线消毒器,或者框架式紫外线消毒器。中、小水量处理或有必要施加压力且消毒器不能在明渠(水面与大气接触)中使用的情况下可选择封闭式消毒器。相反大水量可在明渠中使用时可选择敞开式紫外线消毒器。
除了以上这些基础类型,还有自清洗紫外线消毒器:当富含有机物的养殖水流经紫外线消毒器时,其中有许多杂质会沉淀、粘附在套管外壁上。尤其当养殖水中有机物含量较高时更容易形成污垢膜,而且微生物容易生长形成生物膜,这些都会抑制紫外线的透射,影响消毒效果。所以石英套管外壁的清洗工作是运行和维修的关键,由此开发出了自清洗紫外线消毒器。主要原理有利用气缸往复运动清洗,还有利用水动力清洗和电动自清洗的等。