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紫外消毒技術(shù)

    紫外線消毒系統(tǒng)通常分為兩種截然不同的類型：低壓及中壓。低壓系統(tǒng)紫外線輸出單色光譜（254 納米波長），而中壓系統(tǒng)輸出多色光譜紫外線（波長介于 240 – 310 納米之間）。

    紫外線通過打斷微生物脫氧核糖核酸 （DNA） 的腺嘌呤和硫胺分子，使其無法繼續(xù)繁殖。微生物因而可在不使用化學藥品的情況下被殺死。盡管 254 納米是有效消毒波長，但脫氧核糖核酸能最有效地吸收的波長為 265 納米的紫外線（見圖1）。了解這些不同波長紫外線殺菌能力差異是設(shè)計具有殺菌效果好、效率高的紫外線消毒設(shè)備的基礎(chǔ)。總體來說，低壓系統(tǒng)最好用于小流量、間歇性系統(tǒng)，而中壓技術(shù)則更適合高流速水體消毒。

紫外線系統(tǒng)的安裝

    紫外設(shè)備可以安裝在超純水系統(tǒng)的各種位置（見圖2）。安裝或改造現(xiàn)有管道和容器相對簡單，可實現(xiàn)最低程度的生產(chǎn)擾動和最小的占地要求。根據(jù)使用目的不同，唯一需要進行定期維護的工作是每 12 個月更換一次紫外燈管，可由現(xiàn)場工作人員進行簡單的操作即可完成。一旦安裝完畢，處理工廠就可以每天 24 小時運作，無需停機對系統(tǒng)進行日常衛(wèi)生維護和消毒。

有效驗證

    紫外線劑量可通過 3 個獨立的變量進行計算：

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

    每個燈泡應該有唯一的序列號及光譜合格證書。這種標準做法是為了能夠進行測量而不是根據(jù)推斷，紫外線劑量以 mj/cm-2 表示，每個燈泡都配有專用監(jiān)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 接受紫外線的劑量，并且監(jiān)測驗證過程中能包括任何紫外線故障的記錄，同時顯示日期和時間，并可對故障記錄進行永久性的保存。

TOC降解

    最近的研究表明，短波紫外線（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）回路進行的實驗表明，200nm 以下波長的紫外線通過兩種方式降解TOC：一種方法是通過直接的光解作用，即由紫外線能量破壞有機物內(nèi)的化學鍵；第二種方法是通過光解水分子，產(chǎn)生帶電荷的 OH- 自由基，由這些自由基來攻擊有機化合物。

脫氯

    許多制藥工廠的供水都來自城市供水，游離氯已被廣泛用來保持水體的持續(xù)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 已被證實在相對較低的濃度下會導致動物患上癌癥，因此監(jiān)管機構(gòu)，如美國環(huán)境保護局 （USEPA） ，已設(shè)定飲用水最高污染物的含量標準（自 1979 年以來美國環(huán)境保護局的規(guī)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(shè)備，如反滲透 （RO） 膜和離子交換 （DI） 樹脂，因此一旦氯氣消毒功能實現(xiàn) 后必須將其消除。

    至目前為止，脫氯最常用的兩個方法為顆粒活性炭過濾器或另加中和化學物質(zhì)，如亞硫酸氫鈉和焦亞硫酸鈉。這兩種方法各有其優(yōu)點，但也存在一些嚴重的缺陷。GAC 過濾器，因為多孔結(jié)構(gòu)和豐富營養(yǎng)環(huán)境，很容易成為細菌的滋生場所。脫氯化學品，如亞硫酸氫鈉，通常僅僅在反滲透膜前加注，也會成為細菌的孵化器，造成膜的生物污染。此外，處理這些化學品時存在的危險，并且由于人為錯誤所致過量或不足都會存在危險。

    現(xiàn)在，紫外線作為一種有效的脫氯替代方法越來越普及。它沒有 GAC 或中和化學物質(zhì)的弊端，同時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(qū)除。

    波長在 180 納米至 400 納米之間的紫外光會產(chǎn)生光化學反應，分解游離氯，使其形成鹽酸。分解游離氯的峰值波長范圍介于 180 到 200 納米，而分解的氯化合物（單、雙和三氯胺）峰值波長范圍為 245 納米至 365 納米。單獨通過紫外系統(tǒng)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。采用紫外線脫氯另一個重要的好處是可實現(xiàn)高效紫外線消毒，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安裝 Hanovia 公司的紫外線脫氯設(shè)備。在此之前采用的是亞硫酸氫鈉脫氯。紫外線設(shè)備安裝在兩層反滲透膜前，并且該系統(tǒng)在安裝后不久就進行了試運行，數(shù)據(jù)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(jié)省 70,000 美元。反滲透膜的停機維護次數(shù)也大大減少。

    “我們很高興采用了海諾威 （Hanovia）紫外系統(tǒng)，”該公司的一位工藝工程師評論說。“自從安裝紫外線系統(tǒng)后，我們不僅節(jié)省了成本，而且工廠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。紫外線提供了高標準的脫氯效果，而且避免了所有化學物質(zhì)或顆粒活性炭過濾器的缺點。”

結(jié)論

    紫外線系統(tǒng)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，占地面積小；維修簡便，可由現(xiàn)場工作人員進行；作為一種非化學處理方法，不會對產(chǎn)品的穩(wěn)定性造成影響，且產(chǎn)品不會有意外的殘留物、顏色和氣味。

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