三、紫外线消毒

1.紫外线消毒技术的发展

紫外线消毒法有着悠久的历史，早在1801年，Ritter就发现了紫外线，并证明其有使氯化银变黑的化学作用。1877年，英国人Downes和Blunt正式发表论文报道了用紫外线杀灭枯草芽孢杆菌的实验，证实了紫外线的消菌作用，从而建立了紫外线杀菌消毒发展史上的第一个里程碑。1910年法国的Cernovdeow和Henvi首次将紫外线用于饮用水消毒。1929年，Gates发现不同波长的紫外线对微生物的杀灭作用不同，杀菌作用光谱平行于核酸碱基对紫外线的吸收光谱，这个发现被誉为第二个里程碑。从此，紫外线杀菌消毒技术逐渐在多个领域得以应用。1960年以后，出现了较多的新型、高效的紫外光源，促进了紫外线消毒技术的发展。1970年，美国环境保护署完成了第一个污水紫外线消毒的示范工程。此后，在美国、加拿大等北美国家应用紫外线消毒法处理污水开始普及，北美地区现有的污水紫外线消毒装置已达300多座。欧洲目前也积极地开展这方面的研究和实际应用，日本于近几年也在十几个污水处理厂安装了紫外线消毒装置，进行开发、利用。在我国，该技术在水处理方面的应用才刚刚起步，其很大一部分原因是由于紫外线消毒的核心设备——紫外线灯的技术一直不成熟。

2.紫外线消毒的原理与特点

太阳光中波长在100～400nm范围内的一部分光统称为紫外线，可细分如下（见图3.2）：320～400nm为A波紫外线（近波紫外线）；275～320nm为B波紫外线（中波紫外线）；240～275nm为C波紫外线（远波紫外线）；100～200nm为真空紫外线。不同波长紫外线的相对杀菌能力如图3.2所示。紫外线消毒原理不同于传统的化学消毒剂。化学消毒剂通过破坏微生物的细胞结构，进而阻止微生物新陈代谢、合成和生长。而紫外线杀菌消毒是一种物理消毒方法，则是通过产生一系列的光化学反应破坏微生物的DNA和RNA，DNA和RNA遭到破坏，微生物的分裂和后续的繁殖将会停止。因细菌、病毒的生命周期一般较短，在不能繁殖新细菌和病毒情况下就会迅速死亡。紫外线消毒并不是杀死微生物，而是去掉其繁殖能力进行灭活，微生物在人体内不能复制繁殖，就会自然死亡或被人体免疫系统消灭，从而不会对人体造成危害。微生物细胞中的核糖核酸（RNA）和脱氧核糖核酸（DNA）吸收光谱的范围在240～280nm，对波长255～260nm的紫外线有最大吸收，而紫外线消毒灯所产生的光波的波长恰好在此范围内。放射性的紫外光被微生物的核酸所吸收，一方面可使核酸突变阻碍其复制转录，封锁蛋白质的合成；另一方面，产生自由基，发生光电离，可引起微生物其他结构的破坏从而导致细胞的死亡，由此达到杀菌的目的。

图3.2　紫外线消毒波段

对常用的氯消毒、臭氧消毒、二氧化氯消毒和紫外线消毒法的优缺点进行了比较，见表3.3。从表中可以看出，用二氧化氯、臭氧或氯之类的化学杀菌法，都有化学残留物，甚至还会产生副作用，危害人体健康，如三卤甲烷（THMs）。而使用紫外线进行消毒，不会有消毒药物的残存和产生有机氯化物等衍生物而引起对水生环境的二次污染，实现了安全、卫生程度较高的、更贴近大自然的消毒方式；其操作管理也更安全方便。就消毒效果而言，紫外线消毒法杀菌快速有效，杀菌率高。但紫外线消毒技术也存在缺陷，其不足之处在于没有持续的杀菌消毒能力。鉴于紫外线和化学消毒剂的杀菌特点，很多研究者将紫外线和化学消毒剂杀菌进行有效结合，发挥其各自的消毒优势。

表3.3　常见强化消毒方法的比较