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欲做中國(guó)西部紫外線殺菌殺菌設(shè)備制造企業(yè)

1．序言

在城鎮(zhèn)給水處理中，通常采用投加化學(xué)藥劑（例如Cl2, ClO2, 或者O3等）的殺菌方法。近些年來(lái)，研究人員發(fā)現(xiàn)在這些傳統(tǒng)的化學(xué)藥

劑殺菌過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生一些有害的殺菌副產(chǎn)物（DBPs），如THM，HAA，以及 HBr 等。由于紫外線殺菌不需要往水中投加任何化學(xué)物

質(zhì)，并且可以滅活一些傳統(tǒng)化學(xué)藥劑不能殺死的有害微生物，如隱性孢子菌（cryptosporidium ）和藍(lán)氏賈地鞭毛蟲（Giardia lamblia）

等[1，2，3，4]，因此紫外線殺菌受到了特別的重視。目前在北美和歐洲，紫外線殺菌技術(shù)及其應(yīng)用是一個(gè)十分活躍的研究領(lǐng)域，并且

有越來(lái)越多的城鎮(zhèn)給水廠采用了紫外線殺菌措施。本文擬對(duì)紫外線殺菌技術(shù)在給水處理中應(yīng)用的發(fā)展歷史及應(yīng)用現(xiàn)狀作一簡(jiǎn)單介紹。

2．紫外線殺菌的發(fā)展歷史

　　大約在1個(gè)多世紀(jì)以前，人們***開始了對(duì)紫外線殺菌機(jī)理和應(yīng)用的研究。早在1877年，Downs 和 Blunt ******次報(bào)道了關(guān)于太陽(yáng)光輻

射可以殺滅培養(yǎng)基中細(xì)菌的特性，這也揭開了人們對(duì)紫外線殺菌研究和應(yīng)用的序幕[5]。但是，早期的研究和應(yīng)用在很大程度上受到了紫

外線殺菌硬件設(shè)施生產(chǎn)技術(shù)的局限，這主要體現(xiàn)在紫外燈、鎮(zhèn)流器、紫外感應(yīng)器（UV sensor）等生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域。下面對(duì)紫外線殺菌技術(shù)

發(fā)展過(guò)程中有重要意義的發(fā)明、發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用作一簡(jiǎn)單回顧。
　　1901年，汞燈開始被用作人造紫外光源；1903年，Bernard 和 Morgan 發(fā)現(xiàn)了對(duì)生物***敏感的紫外光主要集中在波長(zhǎng)250 nm 左右的

區(qū)域內(nèi)，Bang在1905年也報(bào)道了同樣的現(xiàn)象[5]。1904年，Kuch 造出了******個(gè)石英紫外燈[6]。1906年，石英開始大量被用于紫外燈生產(chǎn)

和研究領(lǐng)域；1910年，在法國(guó)馬賽市（Marseilles），紫外線殺菌系統(tǒng)******次被用于城市給水處理的生產(chǎn)實(shí)踐中，日處理能力為200 m3/d；

之后（約1911年），法國(guó)里昂市（Rouen）一個(gè)地下水源水廠也采用了紫外線殺菌[7]。1916年，美國(guó)建設(shè)了******個(gè)紫外線殺菌系統(tǒng)，用于

肯塔基州亨德森市（Henderson）12,000居民的生活用水殺菌；然后在隨后的幾年內(nèi)（1923~1928年），在俄亥俄州伯利亞市（Berea）、

肯薩斯州霍爾頓市（Horton）、俄亥俄州匹茲堡市（Perrysburg）等地也陸續(xù)采用了紫外線殺菌技術(shù)[6]。1929年，Gates 對(duì)紫外線殺菌

的機(jī)理做了深入地研究，并******次確立了細(xì)菌的滅活[①]與核酸對(duì)紫外線的吸收之間的聯(lián)系[7]。從1887年到1930年可以劃為紫外線給水

殺菌發(fā)展的******個(gè)階段，在這個(gè)階段，紫外線殺菌系統(tǒng)的生產(chǎn)技術(shù)有了初步的發(fā)展，人們對(duì)殺菌機(jī)理有了基本的認(rèn)識(shí)，同時(shí)紫外線殺菌技

術(shù)已經(jīng)開始被應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐。
　　20世紀(jì)30年代中后期，紫外線殺菌的研究和應(yīng)用出現(xiàn)了一次低谷，這主要是由于紫外燈的壽命、設(shè)備的操作和維護(hù)以及殺菌處理效率

和成本等問(wèn)題造成的。在此期間，大部分水廠都采用了技術(shù)相對(duì)成熟、操作簡(jiǎn)單、效益較好的氯殺菌取代了紫外線殺菌。1938年，美國(guó)

Westinghouse Electric 公司展出了******個(gè)熒光氣體放電管狀紫外燈（簡(jiǎn)稱“熒光燈"），至此紫外燈的壽命和輸出功率得到了逐步的提

高。20世紀(jì)40年代，紫外燈及鎮(zhèn)流器的生產(chǎn)技術(shù)得到了進(jìn)一步的提高，這為以后紫外線殺菌技術(shù)的使用和推廣奠定了基礎(chǔ)[8]。
　　20世紀(jì)50年代，由于一些化學(xué)藥劑殺菌副產(chǎn)物的發(fā)現(xiàn)以及在紫外燈及相關(guān)設(shè)備生產(chǎn)技術(shù)的不斷提高，紫外線殺菌技術(shù)的研究和應(yīng)用又

得到了全面的重視。特別是在歐洲，紫外線殺菌技術(shù)再次被廣泛應(yīng)用于城鎮(zhèn)給水處理之中。1955年，瑞士和奧地利開始采用紫外線給水消

毒技術(shù)，到了1985年這兩個(gè)國(guó)家分別大約有500和600個(gè)紫外線殺菌設(shè)施已經(jīng)投入使用[7]。另外，比利時(shí)、挪威和荷蘭也分別在1957年、

1975年和1980年開始在城市給水中投入使用紫外線殺菌技術(shù)（值得一提的是，比利時(shí)1957年建設(shè)的紫外線殺菌系統(tǒng)至今仍然在運(yùn)轉(zhuǎn)）。

到1996年為止，歐洲大約有2,000多個(gè)飲用水處理設(shè)施采用了紫外線殺菌系統(tǒng)[7，9]。雖然紫外線給水殺菌技術(shù)在歐洲已經(jīng)得到了較為廣泛

的應(yīng)用，但是在1989年美國(guó)環(huán)境保護(hù)署（US Environmental Protection Agency，簡(jiǎn)稱“USEPA"）頒布的地表水處理?xiàng)l例（Surface Water

 Treatment Rule，簡(jiǎn)稱“SWTR"）中，紫外線殺菌技術(shù)仍然被認(rèn)為不能有效滅活水中藍(lán)氏賈第鞭毛蟲（Giardia lamblia）、隱性孢子菌

（Cryptosporidium parvum）等水中有害病原菌，因此在美國(guó)仍然沒(méi)有得到重視。從1990年，美國(guó)水工業(yè)協(xié)會(huì)（AWWA）以及美國(guó)水工業(yè)研究

基金會(huì)（AWWARF）才開始投入大量資金對(duì)紫外線殺菌技術(shù)展開全面系統(tǒng)的研究。這段時(shí)期（從20世紀(jì)50年代初到90年代中期）可以看作是紫

外線給水殺菌發(fā)展的******個(gè)階段。在該階段，紫外線給水殺菌技術(shù)又重新被重視起來(lái)，并且在歐洲開始被廣泛應(yīng)用于城市給水殺菌中。另外，

在該時(shí)期紫外燈及相關(guān)系統(tǒng)設(shè)備生產(chǎn)技術(shù)得到了很大的提高，大量企業(yè)開始涉足于紫外線殺菌系統(tǒng)的生產(chǎn)、安裝以及配套服務(wù)的商業(yè)活動(dòng)中。

　　1998~2000年期間，大量的研究發(fā)現(xiàn)紫外線殺菌技術(shù)對(duì)Cryptosporidium和Giardia有很好的滅活效果[1，2，10，11]。同時(shí)在2000年USEPA

頒布的地下水殺菌條例（Groundwater Disinfection Rule, 簡(jiǎn)稱“GWDR"）正式提到，對(duì)于殺活傳統(tǒng)殺菌方法不能有效控制的有害病原微生

物，紫外線殺菌技術(shù)是******選擇之一[12]。1999年，國(guó)際紫外線協(xié)會(huì)（International Ultraviolet Association，簡(jiǎn)稱“IUVA"）成立，

在國(guó)際上進(jìn)一步促進(jìn)了紫外線在各領(lǐng)域中應(yīng)用技術(shù)的研究和交流。2002年，USEPA頒布的增強(qiáng)地表水處理?xiàng)l例草案（Long Term 2 Enhanced

 Surface Water Treatment Rule，簡(jiǎn)稱“LT2ESWTR"）以及殺菌劑及殺菌副產(chǎn)物條例草案（Stage 2 Disinfectants and Disinfection 

Byproducts Rule，簡(jiǎn)稱“Stage 2 D/DBPR"）中，紫外線殺菌技術(shù)被給予了特別的重視，被認(rèn)為是取代傳統(tǒng)殺菌技術(shù)的***重要、***有效和***

可行的殺菌技術(shù)之一。另外在20世紀(jì)90年代末，歐洲各國(guó)也頒布了一些有關(guān)紫外線給水殺菌的規(guī)定和標(biāo)準(zhǔn)。從1998年開始，對(duì)紫外線殺菌的重

大發(fā)現(xiàn)以及IUVA的成立標(biāo)志著紫外線給水殺菌的應(yīng)用和研究又進(jìn)入了一個(gè)新的階段。
　　從上面的發(fā)展過(guò)程可以看出，雖然早在100多年前人們***開始了對(duì)紫外線殺菌技術(shù)的研究和應(yīng)用，但是真正的重視和廣泛的應(yīng)用的時(shí)間卻

并不長(zhǎng)。在1998年以前，世界上紫外線殺菌技術(shù)在城市給水處理中的應(yīng)用主要集中在處理能力小于200 m3/h的中小型水廠。1998年以后，由于

在紫外線殺菌技術(shù)領(lǐng)域的一些突破性研究成果的發(fā)表，紫外線殺菌技術(shù)才開始應(yīng)用于一些大規(guī)模的城市給水處理之中。例如在1998~1999年間，

芬蘭赫爾辛基市（Helsinki）的Vanhakaupunki和Pitk?koski給水廠分別進(jìn)行了改建，增加了紫外線殺菌系統(tǒng)，總處理能力約為12,000 m3/h[13]；

加拿大埃德蒙頓市（Edmonton）EL Smith 給水廠在2002年左右也安裝了紫外線殺菌設(shè)施，日處理能力為15,000 m3/h[14]。

3．紫外線殺菌技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀

3.1 紫外線殺菌系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)及處理效果
　　經(jīng)過(guò)近100多年的發(fā)展，紫外線殺菌系統(tǒng)設(shè)備（包括紫外燈、鎮(zhèn)流器、紫外感應(yīng)器、燈管清洗裝置及反應(yīng)器控制系統(tǒng)等）的生產(chǎn)技術(shù)有了很

大的提高。這大大的降低了紫外線殺菌系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用，提高了其運(yùn)行的穩(wěn)定性，為紫外線殺菌技術(shù)的廣泛應(yīng)用提供了前提條件。根據(jù)Malley的

研究，每1m3/d設(shè)計(jì)處理能力的紫外線殺菌系統(tǒng)建設(shè)費(fèi)用約為10~20美元，每處理1立方米進(jìn)水的日常運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用約為0.002~0.007美元；低壓紫

外燈殺菌系統(tǒng)適用于小型給水處理設(shè)施，中壓紫外燈殺菌系統(tǒng)對(duì)于處理能力高于8,000 m3/d的給水處理設(shè)施更適合[15]。對(duì)于不同規(guī)模的紫外燈

給水殺菌系統(tǒng)，其建設(shè)費(fèi)用和運(yùn)行管理費(fèi)用的構(gòu)成比例是不同的。由表1可以看出，日處理能力越大的系統(tǒng)，紫外燈系統(tǒng)設(shè)備費(fèi)在建設(shè)費(fèi)用中所

占的比例越小，而電費(fèi)在運(yùn)行管理費(fèi)用中的比例卻越大[16]。與其他類似水處理技術(shù)相比較，紫外線殺菌具有投資較少、操作簡(jiǎn)單、占地面積小、

處理效果較好等優(yōu)點(diǎn)。

　　另外，近年來(lái)對(duì)紫外線殺菌性能的大量研究表明紫外線對(duì)水中一些頑固的有害微生物，如隱性孢子菌（Cryptosporidium）、藍(lán)氏賈地鞭毛蟲

（Giardia lamblia）、軍團(tuán)菌（Legionella pneumophila）、沙門氏菌（Salmonella spp.）等，具有良好的滅活效果 [2，4，17，18，19]；

另外還可以將水中的一些難分解有機(jī)污染物，如腐殖酸、MTBE、TCE、NDMA以及等，氧化分解為簡(jiǎn)單產(chǎn)物水、二氧化碳等[20，21，22，23]。