紫外消毒技術(shù)

    紫外線(xiàn)消毒系統通常分為兩種截然不同的類(lèi)型：低壓及中壓。低壓系統紫外線(xiàn)輸出單色光譜（254 納米波長(cháng)），而中壓系統輸出多色光譜紫外線(xiàn)（波長(cháng)介于 240 – 310 納米之間）。

    紫外線(xiàn)通過(guò)打斷微生物脫氧核糖核酸 （DNA） 的腺嘌呤和硫胺分子，使其無(wú)法繼續繁殖。微生物因而可在不使用化學(xué)藥品的情況下被殺死。盡管 254 納米是有效消毒波長(cháng)，但脫氧核糖核酸能最有效地吸收的波長(cháng)為 265 納米的紫外線(xiàn)（見(jiàn)圖1）。了解這些不同波長(cháng)紫外線(xiàn)殺菌能力差異是設計具有殺菌效果好、效率高的紫外線(xiàn)消毒設備的基礎?？傮w來(lái)說(shuō)，低壓系統最好用于小流量、間歇性系統，而中壓技術(shù)則更適合高流速水體消毒。

紫外線(xiàn)系統的安裝

    紫外設備可以安裝在超純水系統的各種位置（見(jiàn)圖2）。安裝或改造現有管道和容器相對簡(jiǎn)單，可實(shí)現最低程度的生產(chǎn)擾動(dòng)和最小的占地要求。根據使用目的不同，唯一需要進(jìn)行定期維護的工作是每 12 個(gè)月更換一次紫外燈管，可由現場(chǎng)工作人員進(jìn)行簡(jiǎn)單的操作即可完成。一旦安裝完畢，處理工廠(chǎng)就可以每天 24 小時(shí)運作，無(wú)需停機對系統進(jìn)行日常衛生維護和消毒。

有效驗證

    紫外線(xiàn)劑量可通過(guò) 3 個(gè)獨立的變量進(jìn)行計算：

    紫外線(xiàn)劑量= 紫外線(xiàn)強度 X 停留時(shí)間X 水的透光率為確保紫外線(xiàn)劑量測量的準確性，每個(gè)工藝參數都需要加以測量。許多紫外監測器都有可調電位計，簡(jiǎn)單操作即可進(jìn)行的重新校準。這使測量值即可以是相對值也可是絕對值。監測器的探頭應密封，并根據已有的標準進(jìn)行校準。每只燈管和監測器都應該有提供檢測數據的能力，以確保殺菌紫外線(xiàn)燈光輸出（以 watts/cm-2 為單位進(jìn)行測量）的測量，而不是通過(guò)估算。對于監控器（以 mw/cm-2 進(jìn)行測量）同樣如此。通常監控攝像頭可能無(wú)法進(jìn)行現場(chǎng)調節，那么這些攝像頭應該交還給制造商，由其根據檢測要求進(jìn)行重新校準。

    每個(gè)燈泡應該有唯一的序列號及光譜合格證書(shū)。這種標準做法是為了能夠進(jìn)行測量而不是根據推斷，紫外線(xiàn)劑量以 mj/cm-2 表示，每個(gè)燈泡都配有專(zhuān)用監控攝像頭。只有那些采用優(yōu)良生產(chǎn)工藝制造出的產(chǎn)品，才能記錄水體所 接受紫外線(xiàn)的劑量，并且監測驗證過(guò)程中能包括任何紫外線(xiàn)故障的記錄，同時(shí)顯示日期和時(shí)間，并可對故障記錄進(jìn)行永久性的保存。

TOC降解

    最近的研究表明，短波紫外線(xiàn)（200 納米以下）分解水中有機分子的效率很高，特別是低分子量的污染物。海諾威 （Hanovia） 用 PFW（純凈水）回路進(jìn)行的實(shí)驗表明，200nm 以下波長(cháng)的紫外線(xiàn)通過(guò)兩種方式降解TOC：一種方法是通過(guò)直接的光解作用，即由紫外線(xiàn)能量破壞有機物內的化學(xué)鍵；第二種方法是通過(guò)光解水分子，產(chǎn)生帶電荷的 OH- 自由基，由這些自由基來(lái)攻擊有機化合物。

脫氯

    許多制藥工廠(chǎng)的供水都來(lái)自城市供水，游離氯已被廣泛用來(lái)保持水體的持續消毒能力，這一做法已有 50 多年的歷史了。當氯投入到水中后，就會(huì )與天然水體中的腐殖酸、棕黃酸和其它有機物質(zhì)，形成三鹵甲烷 （THM） 化合物。由于部分 THM 已被證實(shí)在相對較低的濃度下會(huì )導致動(dòng)物患上癌癥，因此監管機構，如美國環(huán)境保護局 （USEPA） ，已設定飲用水最高污染物的含量標準（自 1979 年以來(lái)美國環(huán)境保護局的規定，最高含量為 100 單位每 10 億 （ppb） ）。

    此外，由于氯氣的特性，可能損害精密的工藝設備，如反滲透 （RO） 膜和離子交換 （DI） 樹(shù)脂，因此一旦氯氣消毒功能實(shí)現 后必須將其消除。

    至目前為止，脫氯最常用的兩個(gè)方法為顆?；钚蕴窟^(guò)濾器或另加中和化學(xué)物質(zhì)，如亞硫酸氫鈉和焦亞硫酸鈉。這兩種方法各有其優(yōu)點(diǎn)，但也存在一些嚴重的缺陷。GAC 過(guò)濾器，因為多孔結構和豐富營(yíng)養環(huán)境，很容易成為細菌的滋生場(chǎng)所。脫氯化學(xué)品，如亞硫酸氫鈉，通常僅僅在反滲透膜前加注，也會(huì )成為細菌的孵化器，造成膜的生物污染。此外，處理這些化學(xué)品時(shí)存在的危險，并且由于人為錯誤所致過(guò)量或不足都會(huì )存在危險。

    現在，紫外線(xiàn)作為一種有效的脫氯替代方法越來(lái)越普及。它沒(méi)有 GAC 或中和化學(xué)物質(zhì)的弊端，同時(shí)能有效地減少游離氯和氯化合物（氯胺），所形成的副產(chǎn)品也容易被驅除。

    波長(cháng)在 180 納米至 400 納米之間的紫外光會(huì )產(chǎn)生光化學(xué)反應，分解游離氯，使其形成鹽酸。分解游離氯的峰值波長(cháng)范圍介于 180 到 200 納米，而分解的氯化合物（單、雙和三氯胺）峰值波長(cháng)范圍為 245 納米至 365 納米。單獨通過(guò)紫外系統就能成功地分解達 5ppm 的氯胺和脫除達 15ppm 的游離氯。

    脫氯所需的紫外線(xiàn)劑量取決于氯的總含量、游離氯與化合氯的比例、有機物的含量和目標濃度。去除游離氯常用劑量要高于一般消毒劑量 30,000 微瓦-秒每平方厘米 （mw-s/cm2） 15 至 30 倍。采用紫外線(xiàn)脫氯另一個(gè)重要的好處是可實(shí)現高效紫外線(xiàn)消毒，TOC 降解并可提高整體水質(zhì)。

    最近寶潔公司 （Procter & Gamble） 在美國北卡羅萊納州的制造廠(chǎng)安裝 Hanovia 公司的紫外線(xiàn)脫氯設備。在此之前采用的是亞硫酸氫鈉脫氯。紫外線(xiàn)設備安裝在兩層反滲透膜前，并且該系統在安裝后不久就進(jìn)行了試運行，數據顯示反滲透膜的清洗頻率劇減 —— 從平均每月八次到每月只需兩次 —— 每年可節省 70,000 美元。反滲透膜的停機維護次數也大大減少。

    “我們很高興采用了海諾威 （Hanovia）紫外系統，”該公司的一位工藝工程師評論說(shuō)?！白詮陌惭b紫外線(xiàn)系統后，我們不僅節省了成本，而且工廠(chǎng)由于反滲透膜污染而停產(chǎn)所造成的停產(chǎn)情況，也大為減少。紫外線(xiàn)提供了高標準的脫氯效果，而且避免了所有化學(xué)物質(zhì)或顆?；钚蕴窟^(guò)濾器的缺點(diǎn)?！?/P>

結論

    紫外線(xiàn)系統是一種重要的工藝工具，可以確保純凈水回路在最高微生物污染標準下運行。其好處是多方面的安裝容易，占地面積??；維修簡(jiǎn)便，可由現場(chǎng)工作人員進(jìn)行；作為一種非化學(xué)處理方法，不會(huì )對產(chǎn)品的穩定性造成影響，且產(chǎn)品不會(huì )有意外的殘留物、顏色和氣味。

    由于具備獨立的跟蹤監測能力，現在根據絕對標準進(jìn)行強度校準后，便可對紫外線(xiàn)劑量進(jìn)行準確測量，而不是根據計算推斷。此外，數據記錄確保了操作結果的可測量和證明，而不是簡(jiǎn)單臆測。它也被一些世界頂級制藥廠(chǎng)商成功地運用于TOC 降解、余氯和氯胺脫除.