紫外线消毒的特点及应用

2020-02-22

中国科技纵横 2020年17期

（烟台维佳半导体科技有限公司，山东烟台 264006）

0.引言

自20世纪初以来，紫外线消毒作为一种有效的消毒方法被广泛应用于水处理领域。然而，在气体消毒方面，紫外线消毒技术经过了很多次的技术改进。20世纪20年代紫外线消毒技术开始在空气消毒中运用，结果表明该方法是可行的。但是，自1936年以来，在医院手术室中开始尝试使用紫外线消毒技术。1937年在风疹传播中首次使用了紫外线消毒技术，取得了很好的效果[1]。在我国，紫外线消毒技术使用的是物体表面消毒和静电照射消毒两种方式，这两种消毒方式主要在医院、实验室等一些特殊场合使用。其主要缺点是消毒时人员不能在场。20世纪80年代，我国研制出一种类似于空气自净机的循环空气紫外线空气消毒装置，其缺点是消毒范围较窄不能大面积使用。

1.紫外线消毒技术研究的意义

国外紫外线辐射在微生物控制、紫外线照射、室内循环空气消毒、风道系统消毒等方面得到了广泛的应用。紫外线消毒不仅应用于医院和诊所，还可以应用于流行性传染病爆发的地区，例如避难所和监狱等。我国在紫外线消毒家属方面还有很多技术缺陷，在此，借鉴国外技术理论，针对室内微生物污染控制和风道消毒中对紫外线消毒技术的运用,从理论上和实验上研究了紫外线在空间和风道中的分布，为紫外线消毒在空气环境中的应用提供了参考。

2.紫外线消毒技术概述及特点

2.1 紫外线消毒技术的原理

200nm～275nm波长的紫外线有杀菌效果，但不同波长的紫外线杀菌效果也不同，其中254nm～257nm的杀菌效果最好。如果波长在254nm～257nm的紫外线杀菌能力为100%，比较不同波长的紫外线杀菌效果，如表1。

由表1可知，波长为254nm～257nm的紫外辐射杀菌能力最强，随着波长的增加或减少，细菌的影响明显减小。大多数厂家生产的紫外线杀菌灯，紫外线波长为254nm，254nm紫外线杀菌主要包括室内紫外线杀菌和管道紫外线杀菌。紫外线杀菌的机理是微生物的核酸、蛋白质和酶原生质的化学变化和死亡。它具有杀菌作用，可杀灭多种微生物。不同微生物对紫外线的敏感性不同，其中革兰阴性杆菌对紫外线敏感性最高，革兰阳性杆菌次之，它们又是芽细胞[2]。

表1 紫外线在不同波长下的消毒效果统计

2.2 紫外线消毒技术受空气温度和湿度影响较大

空气中的温度对紫外线消毒效果有着很大影响，在温度达到摄氏零下20℃以下时，紫外线无法完成消毒效果，这是因为紫外线辐射无法在低于摄氏零下20℃时的环境下出现，所以在这种低温下紫外线就会失去杀菌消毒的效果。同样的，当环境温度很高时，紫外线灯的杀菌效果也会下降。这是因为当室温过高时，会影响低压汞灯的散热，使灯的压力增大。紫外线在低于摄氏20℃环境下的自吸收增大，辐射强度减小，杀菌效果降低。空气温度为摄氏20℃时杀菌效果最好。由于我们的室内空气温度保持在摄氏18℃～28℃，属于良好的紫外线杀菌范围。因此，除一些特殊场合之外，环境温度对紫外线杀菌都有较大影响。

空气的透明度主要是由空气湿度和空气中的粉尘和尘埃影响的。如果空气中含有的水分和尘埃出现变化，将会影响到紫外线在空气中的穿透能力。当空气中的水分和尘埃比重变大时，紫外线穿透能力变弱，消毒效果也会随之减弱。此外，研究表明，当空气相对湿度从25%增加到75%时，细菌的存活率从24%增加到64%。在一些紫外线杀菌灯的设计中，通常以相对湿度60%为基准，当湿度增加时，为了杀菌效果，也应相应地增加紫外线辐射量。如果室内相对湿度分别为70%、80%、90%时，为了达到相同的杀菌效果，需分别增加50%、80%、90%的辐射量。

在紫外线杀菌过程中，当空气湿度逐渐增加时，细菌的存活率也在逐渐增加。一般情况下，在进行紫外线杀菌灯的设置时，保持湿度在60%作为杀菌标准，当湿度增加时，为了杀菌效果，也应相应地增加紫外线辐射量。

3.紫外线消毒技术的应用分析

3.1 紫外线消毒技术在污水处理中的应用

紫外线消毒技术在污水处理中的应用有以下几点：

（1）紫外线在水中的照射受到多种环境因素的影响，比如水中的微生物、水质的高低等，所以在进行紫外线设置时要充分考虑到各种水环境的影响。同时，也有对污水的排放标准进行分析，不同的污水排放对菌群也会产生不同的影响，在选择紫外线电子管设计时进行有针对性的选择。

（2）紫外线照射的灯管，在选择时要根据具体情况分析，比如低压灯、低压高输出灯、中压灯等。

（3）紫外线消毒的运用还要理解资本运作的情况和业主的要求，确定使用过程中的清洗方法和操作过程，确定手动清洗和机械清洗(包括纯机械和机械)，另一个镇流器与紫外线模块分离或结合安排决定了消毒系统类型和规模的投资。

（4）紫外线消毒时间要准确掌握，还要对排水量有一个明确的标准，直接确定灯管数。

3.2 紫外线上照法

防护循环空气紫外线消毒器是安装在防护风扇驱动装置内的紫外线灯，可使空气有组织地在紫外线区循环，同时防止紫外线辐射对人体造成伤害。矩形紫外线消毒器在国外比较常见，而我国研制出了圆柱形紫外线消毒器，并得到一定的应用[3]。

在使用屏蔽式循环紫外线消毒器时，要注意房间中的空气流通和消毒器中的空气路径不是同一循环模式。屏蔽式循环紫外线消毒器对消毒器覆盖区域下的空气消毒率可达99%，但对整个房间的消毒效果却大大降低。这是因为房间里只有一小部分空气通过一个屏蔽的循环风紫外线消毒器。为了提高屏蔽式循环风紫外线灭菌器对室内微生物污染的控制效果，必须增加通过该装置的空气量。在具体使用过程中，只有加大空气流通的速度才能使房间内大部分空气得以循环，才能使大部分空气流入消毒器覆盖范围，这也是该设备的主要缺点。

紫外线辐射法是通过房间下面的自然对流或强制对流，将空气中的细菌流入到房间顶部的紫外线辐射区域。因此，紫外线照射对室内粉尘污染的控制效果与室内空气进入照射区域的情况有直接关系。紫外线辐射区域中的空气决定了杀菌消毒效果，进入有效区域的空气量大，紫外线照射杀菌效果好；如果进入紫外线照射区域的空气量较小，紫外线照射的杀菌效果较差。