紫外線(xiàn)的消毒原理和方法
紫外線(xiàn)應(yīng)用已經(jīng)有幾十年的歷史。但是由于其技術(shù)復(fù)雜,使其應(yīng)用受到限制。經(jīng)過(guò)近二十年的研究和實(shí)踐,以紫外線(xiàn)為主組成的復(fù)合應(yīng)用技術(shù),以其良好的處理效果成為人們生活的首選。本文主要闡述了紫外線(xiàn)對(duì)人們生活影響和基本原理。
目前,消毒方法可分為兩大類(lèi),即化學(xué)消毒法和物理消毒法?;瘜W(xué)消毒法有加氯消毒和臭氧消毒等;物理消毒法有紫外線(xiàn)消毒等。
紫外線(xiàn)殺菌消毒原理是利用適當(dāng)波長(zhǎng)的紫外線(xiàn)能夠破壞微生物機(jī)體細(xì)胞中的DNA(脫氧核糖核酸)或RNA(核糖核酸)的分子結(jié)構(gòu),造成生長(zhǎng)性細(xì)胞死亡和(或)再生性細(xì)胞死亡,達(dá)到殺菌消毒的效果。經(jīng)試驗(yàn),紫外線(xiàn)殺菌的有效波長(zhǎng)范圍可分為四個(gè)不同的波段: UVA(400~315nm)、UVB(315~280nm)、UVC(280~200nm)和真空紫外線(xiàn)(200~ 100nm)。其中能透過(guò)臭氧保護(hù)層和云層到達(dá)地球表面的只有UVA和UVB部分。就殺菌速度而言,UVC處于微生物吸收峰范圍之內(nèi),可在1s之內(nèi)通過(guò)破壞微生物的DNA結(jié)構(gòu)殺死病毒和細(xì)菌,而UVA和UVB由于處于微生物吸收峰范圍之外,殺菌速度很慢,往往需要數(shù)小時(shí)才能起到殺菌作用,在實(shí)際工程的數(shù)秒鐘水力停留(照射)時(shí)間內(nèi),該部分實(shí)際上屬于無(wú)效紫外部分。真空紫外光穿透能力極弱,燈管和套管需要采用極高透光率的石英,一般用半導(dǎo)體行業(yè)降解水中的TOC,不用于殺菌消毒。因此,給排水工程中所說(shuō)的紫外光消毒實(shí)際上就是指UVC消毒。紫外光消毒技術(shù)是基于現(xiàn)代防疫學(xué)、醫(yī)學(xué)和光動(dòng)力學(xué)的基礎(chǔ)上,利用特殊設(shè)計(jì)的高效率、高強(qiáng)度和長(zhǎng)壽命的UVC波段紫外光照射流水,將水中各種細(xì)菌、病毒、寄生蟲(chóng)、水藻以及其他病原體直接殺死,達(dá)到消毒的目的。
研究表明,紫外線(xiàn)主要是通過(guò)對(duì)微生物(細(xì)菌、病毒、芽孢等病原體)的輻射損傷和破壞核酸的功能使微生物致死,從而達(dá)到消毒的目的。紫外線(xiàn)對(duì)核酸的作用可導(dǎo)致鍵和鏈的斷裂、股間交聯(lián)和形成光化產(chǎn)物等,從而改變了DNA 的生物活性,使微生物自身不能復(fù)制,這種紫外線(xiàn)損傷也是致死性損傷。紫外線(xiàn)消毒是一種物理方法, 它不向水中增加任何物質(zhì),沒(méi)有副作用,這是它優(yōu)于氯化消毒的地方,它通常與其它物質(zhì)聯(lián)合使用,常見(jiàn)的聯(lián)合工藝有UV+H2O2、UV+H2O2+O3、UV+TiO2。紫外線(xiàn)是一種肉眼看不見(jiàn)的光波,存在于光譜紫外線(xiàn)端的外側(cè),故稱(chēng)之為紫外線(xiàn),依據(jù)不同的波長(zhǎng)范圍,被割分為A、B、C三種波段,其中的C波段紫外線(xiàn)波長(zhǎng)在240-260nm之間,為最有效的殺菌波段。
現(xiàn)代紫外線(xiàn)消毒技術(shù)是基于現(xiàn)代防疫學(xué)、光學(xué)、生物學(xué)和物理化學(xué)的基礎(chǔ)上,利用特殊設(shè)計(jì)的高效率,高強(qiáng)度和長(zhǎng)壽命的C波段紫外光發(fā)生裝置,產(chǎn)生的強(qiáng)紫外C光照射空氣或物體表面,當(dāng)空氣或固體表面中的各種細(xì)菌、病毒、寄生蟲(chóng)、水藻以及其它病原體受到一定劑量的紫外C光輻射后,其細(xì)胞中的DNA結(jié)構(gòu)受到破壞,從而在不使用任何化學(xué)藥物的情況下殺滅細(xì)菌、病毒,以及其它致病體,達(dá)到消毒和凈化的目的。它具有高效、廣譜、價(jià)廉、長(zhǎng)壽、操作簡(jiǎn)便、運(yùn)行費(fèi)用低、不產(chǎn)生任何二次污染的優(yōu)點(diǎn)。
紫外線(xiàn)是一種比可見(jiàn)光波長(zhǎng)還短的光線(xiàn),它可以根據(jù)波長(zhǎng)分為三種:
A光:短期效應(yīng)會(huì)造成曬紅、曬黑、光敏感反應(yīng),長(zhǎng)期則會(huì)產(chǎn)生皺紋、黑斑、皮膚老化。
B光:短期效應(yīng)是曬紅、曬黑、曬傷,長(zhǎng)期影響會(huì)長(zhǎng)皺紋、黑斑、皮膚癌。
C光:因臭氧層無(wú)法到達(dá)地表,短期看不出來(lái),但長(zhǎng)期會(huì)產(chǎn)生皮膚癌。
我們可以清楚了解,容易造成曬傷的是 B 光;也就是說(shuō),當(dāng)你興高采烈的到海灘去曬得又紅又痛,還脫了一層皮回來(lái),就是紫外線(xiàn)B 光的短期作用。“室內(nèi)紫外線(xiàn)曬黑法”就是利用“趨吉避兇”的原理,避開(kāi)紫外線(xiàn)B光,只用紫外線(xiàn)A光,這樣短期內(nèi)就可以達(dá)到曬黑的效應(yīng),卻沒(méi)有曬傷的顧慮。也就是在裝設(shè)有許多紫外線(xiàn)A光燈管的機(jī)器內(nèi),循序漸進(jìn)的增加曝曬的時(shí)間,來(lái)達(dá)到逐漸變黑的目的。
1紫外線(xiàn)消毒的優(yōu)點(diǎn)
1.1紫外線(xiàn)消毒無(wú)需化學(xué)藥品,不會(huì)產(chǎn)生 THMs 類(lèi)消毒副產(chǎn)物。
1.2殺菌作用快,效果好。
1.3無(wú)臭味,無(wú)噪聲,不影響水的口感。
1.4容易操作,管理簡(jiǎn)單,運(yùn)行和維修費(fèi)用低。
2紫外線(xiàn)消毒在實(shí)際中的應(yīng)用情況
大多數(shù)紫外線(xiàn)裝置利用傳統(tǒng)的低壓紫外燈技術(shù),也有一些大型水廠采用低壓高強(qiáng)度紫外燈系統(tǒng)和中壓高強(qiáng)度紫外燈系統(tǒng),由于產(chǎn)生高強(qiáng)度的紫外線(xiàn)可能使燈管數(shù)量減少90%以上,從而縮小了占地面積,節(jié)約了安裝和維修費(fèi)用。
3適用范圍及條件
3.1紫外線(xiàn)可以殺滅各種微生物,包括細(xì)菌繁殖體、芽胞、分枝桿菌、病毒、真菌、立克次體和支原體等,凡被上述微生物污染的表面,水和空氣均可采用紫外線(xiàn)消毒。
3.2紫外線(xiàn)輻照能量低,穿透力弱,僅能殺滅直接照射到的微生物,因此消毒時(shí)必須使消毒部位充分暴露于紫外線(xiàn)下。
3.3用紫外線(xiàn)消毒紙張、織物等粗糙表面時(shí),要適當(dāng)延長(zhǎng)照射時(shí)間,且兩面均應(yīng)受到照射。
3.4紫外線(xiàn)消毒的最適宜溫度范圍是20-40℃,溫度過(guò)高過(guò)低均會(huì)影響消毒效果,可適當(dāng)延長(zhǎng)消毒時(shí)間,用于空氣消毒時(shí),消毒環(huán)境的相對(duì)濕度低于 80% 為好,否則應(yīng)適當(dāng)延長(zhǎng)照射時(shí)間。
3.5用紫外線(xiàn)殺滅被有機(jī)物保護(hù)的微生物時(shí),應(yīng)加大照射劑量??諝庵械膽腋×W右部捎绊懴拘Ч?。
4紫外線(xiàn)使用方法
4.1對(duì)物品表面的消毒
4.1.1照射方式最好使用便攜式紫外線(xiàn)消毒器近距離移動(dòng)照射,也可采取紫外燈懸吊式照射。對(duì)小件物品可放紫外線(xiàn)消毒箱內(nèi)照射。
4.1.2照射劑量和時(shí)間不同種類(lèi)的微生物對(duì)紫外線(xiàn)的敏感性不同,用紫外線(xiàn)消毒時(shí)必須使用照射劑量達(dá)到殺滅目標(biāo)微生物所需的照射劑量。殺滅一般細(xì)菌繁殖體時(shí),應(yīng)使照射劑量達(dá)到10000uW.s/cm2;殺滅細(xì)菌芽孢時(shí)應(yīng)達(dá)到100000uW.s/cm2;病毒對(duì)紫外線(xiàn)的抵抗力介于細(xì)菌繁殖體和芽胞之間;真菌孢子的抵抗力比細(xì)菌芽孢更強(qiáng),有時(shí)需要照射到以對(duì)600000uW.s/cm2;在消毒的目標(biāo)微生物不詳時(shí),照射劑量不應(yīng)低于100000uW.s/cm2。 輻照劑量是所用紫外線(xiàn)燈在照射物品表面處的輻照強(qiáng)度和照射時(shí)間的乘積。因此,根據(jù)紫外線(xiàn)光源的輻照強(qiáng)度,可以計(jì)算出需要照射的時(shí)間。例如,用輻照強(qiáng)度為70uW/cm2的紫外線(xiàn)表面消毒器近距離照射物品表面;選擇的輻照劑量是100000uW.s/cm2;則需照射的時(shí)間是:100000uW.s/cm2÷70uW/cm2=24分鐘。
4.2對(duì)室內(nèi)空氣的消毒
4.2.1間接照射法 首選高強(qiáng)度紫外線(xiàn)空氣消毒器,不僅消毒效果可以,而且可在室內(nèi)有人活動(dòng)時(shí)使用,一般開(kāi)機(jī)消毒30min即可達(dá)到消毒合格。
4.2.2直接照射法在室內(nèi)無(wú)人條件下,可采取紫外線(xiàn)燈懸吊式或移動(dòng)式直接照射。采用室內(nèi)懸吊式紫外線(xiàn)消毒時(shí),室內(nèi)安裝紫外線(xiàn)消毒燈(30W紫外線(xiàn)燈,在1.0米處的強(qiáng)度>70 uW/cm2)的數(shù)量為平均每立方米不少于1.5W照射時(shí)間不少于30min。
5使用紫外線(xiàn)的注意事項(xiàng)
5.1在使用過(guò)程中,應(yīng)保持紫外線(xiàn)燈表面的清潔,一般每一周用95%無(wú)水酒精棉球擦拭一次,發(fā)現(xiàn)燈管表面有灰塵、油污時(shí),應(yīng)隨時(shí)擦拭。
5.2用紫外線(xiàn)燈消毒室內(nèi)空氣時(shí)。房間內(nèi)應(yīng)保持清潔干燥,減少塵埃和水霧,溫度低于20℃或高于 40℃,相對(duì)濕度大于60%時(shí)應(yīng)適當(dāng)延長(zhǎng)照射時(shí)間。
5.3用紫外線(xiàn)消毒物品表面時(shí),應(yīng)使照射表面受到紫外線(xiàn)的直接照射,且應(yīng)達(dá)到足夠的照射劑量。
5.4不得使紫外線(xiàn)光源照射到人,以免引起損傷。
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