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紫外线消毒灯的用途及应用,中科院紫外消毒系

发布时间:2019-10-02 05:31编辑:美高梅在线登录网址浏览(169)

    近日从中国科学院获悉,紫外线具有广谱消毒、效率高、无消毒副产物等优点,已越来越广泛应用于饮用水、市政污水、再生水和船舶压舱水等的消毒中。紫外消毒系统的整体消毒效果高度依赖于UV的实际辐射剂量。准确获得紫外消毒系统中UV的强度分布,对于计算消毒剂量、保证消毒效果具有重要的意义,同时也可以指导消毒系统内部结构的优化改造。然而,目前国际上还无法在实际运行条件下精确测量紫外消毒器内的UV强度分布。

    中国水产门户网报道

    紫外光具有广谱消毒、效率高、无消毒副产物等优点,已越来越广泛应用于饮用水、市政污水、再生水和船舶压舱水等的消毒中。紫外消毒系统的整体消毒效果高度依赖于UV的实际辐射剂量。准确获得紫外消毒系统中UV的强度分布,对于计算消毒剂量、保证消毒效果具有重要的意义,同时也可以指导消毒系统内部结构的优化改造。然而,目前国际上还无法在实际运行条件下精确测量紫外消毒器内的UV强度分布。

    紫外线杀菌消毒原理是利用适当波长的紫外线能够破坏微生物机体细胞中的DNA的分子结构,造成生长性细胞死亡和再生性细胞死亡,达到杀菌消毒的效果。经试验,紫外线杀菌的有效波长范围可分为四个不同的波段:UVA、UVB、UVC和真空紫外线。其中能透过臭氧保护层和云层到达地球表面的只有UVA和UVB部分。就杀菌速度而言,UVC处于微生物吸收峰范围之内,可在1s之内通过破坏微生物的DNA结构杀死病毒和细菌,而UVA和UVB由于处于微生物吸收峰范围之外,杀菌速度很慢,往往需要数小时才能起到杀菌作用,在实际工程的数秒钟水力停留时间内,该部分实际上属于无效紫外部分。真空紫外光穿透能力极弱,灯管和套管需要采用极高透光率的石英,一般用半导体行业降解水中的TOC,不用于杀菌消毒。因此,给排水工程中所说的紫外光消毒实际上就是指UVC消毒。紫外光消毒技术是基于现代防疫学、医学和光动力学的基础上,利用特殊设计的高效率、高强度和长寿命的UVC波段紫外光照射流水,将水中各种细菌、病毒、寄生虫、水藻以及其他病原体直接杀死,达到消毒的目的。

    中国科学院生态环境研究中心环境水质学国家重点实验室强志民研究组近期研发了一种新颖的原位荧光微探头,具有稳定性好、响应速度快、体积小等明显优势,其温度系数、非线性等探测性能相对于常规使用的化学感光计有大幅度的提高。原位荧光微探头近似360度响应的特性,可以很好地模拟水中致病菌接受紫外辐射的效果。

    研究表明,紫外线主要是通过对微生物 的辐射损伤和破坏核酸的功能使微生物致死,从而达到消毒的目的。紫外线对核酸的作用可导致键和链的断裂、股间交联和形成光化产物等,从而改变了DNA的生物活性,使微生物自身不能复制,这种紫外线损伤也是致死性损伤。紫外线消毒是一种物理方法,它不向水中增加任何物质,没有副作用,这是它优于氯化消毒的地方,它通常与其它物质联合使用,常见的联合工艺有UV H2O2、UV H2O2 O3、UV TiO2,这样,消毒效果会更好。

    在此基础上,研究人员开发出可测试管式紫外消毒器腔体内UV强度分布的测试平台,其主要部件包括荧光微探头、高精度导轨、温控装置、消毒器固定装置、误差校正装置、数据自动记录器以及紫外透过率监测装置,可在不同UVT水体及不同水温条件下,实现UV强度分布的原位在线快速测试,标准偏差均值为0.04 mW/cm2。日前,此项研究成果已发表在环境领域期刊Environmental Science &Technology (2011, 45, 3034-3039)上,并在2011年5月举行的“世界紫外线和臭氧大会”(Joint IOA-IUVA World Congress,Paris)上作了报告,各国学者、工程师对此成果表现了浓厚的兴趣并进行了广泛的交流。

    目前能够输出足够的UVC强度用于工程消毒的只有人工汞灯光源。紫外线杀菌灯灯管是由石英玻璃制成,汞灯根据点亮后的灯管内汞蒸气压的不同和紫外线输出强度的不同,分为三种:低压低强度汞灯、中压高强度汞灯和低压高强度汞灯。杀菌效果是由微生物所接受的照射剂量决定的,同时,也受到紫外线的输出能量,与灯的类型,光强和使用时间有关,随着灯的老化,它将丧失30%-50%的强度。紫外照射剂量是指达到一定的细菌灭活率时,需要特定波长紫外线的量:照射剂量×UVC强度照射剂量越大,消毒效率越高,由于设备尺寸要求,一般照射时间只有几秒,因此,灯管的UVC输出强度就成了衡量紫外光消毒设备性能最主要的参数。在城市污水消毒中,一般平均照射剂量在300 J/m2以上。低于此值,有可能出现光复活现象,即病菌不能被彻底杀死,当从渠道中流出接受可见光照射后,重新复活,降低了杀菌效果。杀菌效率要求越高,所需的照射剂量越大。影响微生物接受到足够紫外光照射剂量的主要因素是透光率,当UVC输出强度和照射时间一定时,透光率的变化将造成微生物实际接受剂量的变化。

    国际上多名UV消毒领域权威学者参观该实验装置,对其创新性和应用前景给予了充分的肯定,并希望利用该平台的准确测试,将来在多个方面进行合作研究。该研究成果有望实现:1)对国际上现有的几种紫外强度分布计算数学模型进行校验,从而修正模型;2)对消毒系统的内部结构(如进出水口设置方式、灯管排列方式、内壁反射材料等)进行改进,提高消毒效率;3)结合计算流体动力学模型,对各种紫外消毒器的实际UV剂量进行评估验证。

    紫外线消毒无需化学药品,不会产生THMs类消毒副产物。 无臭味,无噪声,不影响水的口感。 容易操作,管理简单,运行和维修费用低。

    课题组已分别与安力斯科技发展公司、郑州水业科技发展公司等进行合作,对其生产的适用于饮用水消毒的单灯管和多灯管管式消毒器进行了系统的紫外强度分布测试,并通过优化消毒装置结构来大幅度提高消毒效果。课题组目前致力于继续优化与推广应用该测试平台,以形成一种具有自主知识产权的快捷、经济、高精度的紫外消毒器消毒效果评估验证方法,为紫外消毒市场的规范化和标准化、保障消毒安全性提供有力的技术支持。 来源:中国科学院网站

    大多数紫外线装置利用传统的低压紫外灯技术,也有一些大型水厂采用低压高强度紫外灯系统和中压高强度紫外灯系统,由于产生高强度的紫外线可能使灯管数量减少90%以上,从而缩小了占地面积,节约了安装和维修费用,并且使紫外线消毒法对水质较差的出水也适用。目前国内研究、生产和应用污水紫外线消毒器还很少。天津大学的顾平等人以天津纪庄子污水处理厂的深度处理出水为研究对象,进行了静态和动态试验,确定了紫外线剂量与细菌存活率之间的关系,并设计出能产生紊流的紫外线消毒器,多元水环保技术产业有限公司研制生产的封闭式消毒器可处理100~500m3/h水量,并且在游泳池的循环水消毒中已有应用,模块化敞开式消毒器可根据用户需求具体设计安装。烟台市套子湾污水厂的深度处理采用了敞开式紫外线消毒工艺,可向城市提供4×104m3/d的工业回用水,目前运行状况良好。

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