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紫外线杀菌消毒原理及紫外线杀菌应用

点击数:532019-07-08 10:09:21 来源: 云南水处理设备|云南污水处理设备|云南水处理设备生产厂家

紫外线杀菌消毒原理
  是利用适当波长的紫外线能够破坏微生物机体细胞中的DNA(脱氧核糖核酸)或RNA(核糖核酸)的分子结构,造成生长性细胞死亡和(或)再生性细胞死亡,达到杀菌消毒的效果。经试验,紫外线杀菌的有效波长范围可分为四个不同的波段:UVA(400~315nm)、UVB(315~280nm)、UVC(280~200nm)和真空紫外线(200~100nm)。其中能透过臭氧保护层和云层到达地球表面的只有UVA和UVB部分。就杀菌速度而言,UVC处于微生物吸收峰范围之内,可在1s之内通过破坏微生物的DNA结构杀死病毒和细菌,而UVA和UVB由于处于微生物吸收峰范围之外,杀菌速度很慢,往往需要数小时才能起到杀菌作用,在实际工程的数秒钟水力停留(照射)时间内,该部分实际上属于无效紫外部分。真空紫外光穿透能力极弱,灯管和套管需要采用极高透光率的石英,一般用半导体行业降解水中的TOC,不用于杀菌消毒。因此,给排水工程中所说的紫外光消毒实际上就是指UVC消毒。紫外光消毒技术是基于现代防疫学、医学和光动力学的基础上,利用特殊设计的高效率、高强度和长寿命的UVC波段紫外光照射流水,将水中各种细菌、病毒、寄生虫、水藻以及其他病原体直接杀死,达到消毒的目的。   研究表明,紫外线主要是通过对微生物(细菌、病毒、芽孢等病原体) 的辐射损伤和破坏核酸的功能使微生物致死,从而达到消毒的目的。紫外线对核酸的作用可导致键和链的断裂、股间交联和形成光化产物等,从而改变了DNA的生物活性,使微生物自身不能复制,这种紫外线损伤也是致死性损伤。   紫外线消毒是一种物理方法,它不向水中增加任何物质,没有副作用,这是它优于氯化消毒的地方,它通常与其它物质联合使用,常见的联合工艺有UV+H2O2、UV+H2O2+O3、UV+TiO2,这样,消毒效果会更好。

紫外线杀菌应用

1. 消除臭氧
在工业生产中,臭氧常被用于消毒和净化水体。但是,由于臭氧有极强的氧化能力,水中剩余的臭氧如果不被去除会有可能对下一流程有所影响,因此,通常臭氧处理过的水在进入主要的工艺流程之前必须将水中剩余臭氧去除掉。254纳米波长的紫外线对于破坏剩余臭氧非常有效,它可以把臭氧分解成氧气。尽管不同的系统所需要的规模不同,但通常来讲,一个典型的臭氧消除系统所需的紫外线放射量是一个传统的灭菌消毒系统的三倍左右。

2. 杀菌
紫外线杀菌主要是利用254纳米波长的紫外线光。此波长的紫外线光,即使是在微量的紫外线投射剂量下,也可以破坏一个细胞的生命核心——DNA,因此阻止细胞再生,丧失再生能力使细菌变得无害,从而达到灭菌的效果。象所有其它紫外线应用技术一样,这种系统的规模取决于紫外线的强度(照射器的强度和功率)和接触时间(水、液体、或空气暴露在紫外线下的时间长短)。

3. 降低总有机碳量
在很多高技术和实验室装置中,有机物会妨碍高纯度水的生产。有很多方法可以把有机物从水中清除掉,较常用的方法包括使用活性炭和反渗透。波长较短的紫外线(185纳米)也可以有效地降低总有机碳量(值的一提的是这些放射器也产生254纳米波长的紫外线,因此可以同时进行消毒)。波长较短的紫外线具有更多的能量,因此能够分解有机物。紫外线氧化有机的反应过程虽然非常复杂,其主要原理是通过产生氧化能力很强的自由氢氧,将有机物氧化成水和二氧化碳。和臭氧清除系统一样,这种降解有机碳的紫外线系统的紫外线放射量是传统消毒系统的三到四倍。

4. 液体糖消毒
大多数食品和饮料厂家都大量地使用液体糖。由于糖是很容易被细菌所利用的食物,因此很容易促成细菌繁殖。另外,液体糖是不透明的,所以很难进行彻底消毒。254纳米波长的紫外线可以用来对液体糖产品进行消毒。为了弥补液体的黏稠度和颜色造成的能量损耗,很多紫外线发射器需要被紧紧地排列起来组成所谓的 “薄膜” 反应器。这种放射器的紧密组合可以提供所要求的非常高的紫外线放射量,从而可以对液体糖进行有效的消毒。它的紫外线的能量输出大约是传统消毒系统的7到10倍。

5. 冷却塔消毒
为了降低杀生剂的费用(购买、储存、保险)以及化学处理对健康的危害,紫外线系统可以安装在冷却塔的水循环系统中以起到杀菌的作用。如果和过滤器一并使用,紫外线可以有效的控制微生物在冷却塔中的生长。虽然冷却塔中仍然需要保留一定的杀生剂浓度,应用紫外线可以大大降低其使用量。

6. 表面和空气消毒
用紫外线进行空气消毒和紫外线用于水消毒一样有很久的历史。空气消毒设备用于医院、诊所和净化房间已行之有年。现在,工厂、办公室和家庭也开始使用空气消毒设备。
空气消毒的原理和水消毒一样。通常,紫外线灯可安装在空气管道里,位于盘管的前端,或装在固定于墙上的架子上。当空气经过时,空气中的微生物就被杀死而变得无害了。表面消毒的原理也是这样。在食品和饮料生产业中,传送带上的产品就是由表面消毒设备进行消毒的。

7. 降解余氯
在市政水处理和供水系统, 加氯消毒是非常必要的。但在工业生产过程中,为了避免对产品产生不良影响,去除水中的余氯却经常是必要的前处理。消除余氯的基本方法有活性炭床和化学处理。活性碳处理的缺点在于它需要不断再生,而且经常遇到细菌滋生的问题。185纳米和254纳米波长的紫外线都被证实可以有效地破坏余氯和氯氨的化学键。虽然需要巨大的紫外线能量才能发挥作用,但它的优点在于此方法不需向水中添加任何药物,不需要储存化学物质,容易维修,而且同时还有杀菌和去除有机物的作用。

紫外线杀菌技术已广泛应用到水处理系统中,包括食品和饮料业、制药业、化妆品业、保健品业、制造业、高技术产业等等。杀菌消毒是紫外线技术在水和废水领域中的主要应用之一,工业界还将此技术应用在其他许多方面,其中包括消除臭氧、降低总有机碳(TOC)、液体糖消毒、降解氯气、表面和空气以及冷却塔消毒等。   

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