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紫外線殺菌消毒原理及紫外線殺菌應用

點擊數:14642019-07-08 10:09:21 來源: 雲南水處理設備|雲南汙水處理設備|雲南水處理設備生產廠家

紫外線殺菌消毒原理
  是利用適當波長的紫外線能夠破壞微生物機體細胞中的DNA(脫氧核糖核酸)或RNA(核糖核酸)的分子結構,造成生長性細胞死亡和(或)再生性細胞死亡,達到殺菌消毒的效果。經試驗,紫外線殺菌的有效波長範圍可分為四個不同的波段:UVA(400~315nm)、UVB(315~280nm)、UVC(280~200nm)和真空紫外線(200~100nm)。其中能透過臭氧保護層和雲層到達地球表麵的隻有UVA和UVB部分。就殺菌速度而言,UVC處於微生物吸收峰範圍之內,可在1s之內通過破壞微生物的DNA結構殺死病毒和細菌,而UVA和UVB由於處於微生物吸收峰範圍之外,殺菌速度很慢,往往需要數小時才能起到殺菌作用,在實際工程的數秒鍾水力停留(照射)時間內,該部分實際上屬於無效紫外部分。真空紫外光穿透能力極弱,燈管和套管需要采用極高透光率的石英,一般用半導體行業降解水中的TOC,不用於殺菌消毒。因此,給排水工程中所說的紫外光消毒實際上就是指UVC消毒。紫外光消毒技術是基於現代防疫學、醫學和光動力學的基礎上,利用特殊設計的高效率、高強度和長壽命的UVC波段紫外光照射流水,將水中各種細菌、病毒、寄生蟲、水藻以及其他病原體直接殺死,達到消毒的目的。   研究表明,紫外線主要是通過對微生物(細菌、病毒、芽孢等病原體) 的輻射損傷和破壞核酸的功能使微生物致死,從而達到消毒的目的。紫外線對核酸的作用可導致鍵和鏈的斷裂、股間交聯和形成光化產物等,從而改變了DNA的生物活性,使微生物自身不能複製,這種紫外線損傷也是致死性損傷。   紫外線消毒是一種物理方法,它不向水中增加任何物質,沒有副作用,這是它優於氯化消毒的地方,它通常與其它物質聯合使用,常見的聯合工藝有UV+H2O2、UV+H2O2+O3、UV+TiO2,這樣,消毒效果會更好。

紫外線殺菌應用

1. 消除臭氧
在工業生產中,臭氧常被用於消毒和淨化水體。但是,由於臭氧有極強的氧化能力,水中剩餘的臭氧如果不被去除會有可能對下一流程有所影響,因此,通常臭氧處理過的水在進入主要的工藝流程之前必須將水中剩餘臭氧去除掉。254納米波長的紫外線對於破壞剩餘臭氧非常有效,它可以把臭氧分解成氧氣。盡管不同的係統所需要的規模不同,但通常來講,一個典型的臭氧消除係統所需的紫外線放射量是一個傳統的滅菌消毒係統的三倍左右。

2. 殺菌
紫外線殺菌主要是利用254納米波長的紫外線光。此波長的紫外線光,即使是在微量的紫外線投射劑量下,也可以破壞一個細胞的生命核心——DNA,因此阻止細胞再生,喪失再生能力使細菌變得無害,從而達到滅菌的效果。象所有其它紫外線應用技術一樣,這種係統的規模取決於紫外線的強度(照射器的強度和功率)和接觸時間(水、液體、或空氣暴露在紫外線下的時間長短)。

3. 降低總有機碳量
在很多高技術和實驗室裝置中,有機物會妨礙高純度水的生產。有很多方法可以把有機物從水中清除掉,較常用的方法包括使用活性炭和反滲透。波長較短的紫外線(185納米)也可以有效地降低總有機碳量(值的一提的是這些放射器也產生254納米波長的紫外線,因此可以同時進行消毒)。波長較短的紫外線具有更多的能量,因此能夠分解有機物。紫外線氧化有機的反應過程雖然非常複雜,其主要原理是通過產生氧化能力很強的自由氫氧,將有機物氧化成水和二氧化碳。和臭氧清除係統一樣,這種降解有機碳的紫外線係統的紫外線放射量是傳統消毒係統的三到四倍。

4. 液體糖消毒
大多數食品和飲料廠家都大量地使用液體糖。由於糖是很容易被細菌所利用的食物,因此很容易促成細菌繁殖。另外,液體糖是不透明的,所以很難進行徹底消毒。254納米波長的紫外線可以用來對液體糖產品進行消毒。為了彌補液體的黏稠度和顏色造成的能量損耗,很多紫外線發射器需要被緊緊地排列起來組成所謂的 “薄膜” 反應器。這種放射器的緊密組合可以提供所要求的非常高的紫外線放射量,從而可以對液體糖進行有效的消毒。它的紫外線的能量輸出大約是傳統消毒係統的7到10倍。

5. 冷卻塔消毒
為了降低殺生劑的費用(購買、儲存、保險)以及化學處理對健康的危害,紫外線係統可以安裝在冷卻塔的水循環係統中以起到殺菌的作用。如果和過濾器一並使用,紫外線可以有效的控製微生物在冷卻塔中的生長。雖然冷卻塔中仍然需要保留一定的殺生劑濃度,應用紫外線可以大大降低其使用量。

6. 表麵和空氣消毒
用紫外線進行空氣消毒和紫外線用於水消毒一樣有很久的曆史。空氣消毒設備用於醫院、診所和淨化房間已行之有年。現在,工廠、辦公室和家庭也開始使用空氣消毒設備。
空氣消毒的原理和水消毒一樣。通常,紫外線燈可安裝在空氣管道裏,位於盤管的前端,或裝在固定於牆上的架子上。當空氣經過時,空氣中的微生物就被殺死而變得無害了。表麵消毒的原理也是這樣。在食品和飲料生產業中,傳送帶上的產品就是由表麵消毒設備進行消毒的。

7. 降解餘氯
在市政水處理和供水係統, 加氯消毒是非常必要的。但在工業生產過程中,為了避免對產品產生不良影響,去除水中的餘氯卻經常是必要的前處理。消除餘氯的基本方法有活性炭床和化學處理。活性碳處理的缺點在於它需要不斷再生,而且經常遇到細菌滋生的問題。185納米和254納米波長的紫外線都被證實可以有效地破壞餘氯和氯氨的化學鍵。雖然需要巨大的紫外線能量才能發揮作用,但它的優點在於此方法不需向水中添加任何藥物,不需要儲存化學物質,容易維修,而且同時還有殺菌和去除有機物的作用。

紫外線殺菌技術已廣泛應用到水處理係統中,包括食品和飲料業、製藥業、化妝品業、保健品業、製造業、高技術產業等等。殺菌消毒是紫外線技術在水和廢水領域中的主要應用之一,工業界還將此技術應用在其他許多方麵,其中包括消除臭氧、降低總有機碳(TOC)、液體糖消毒、降解氯氣、表麵和空氣以及冷卻塔消毒等。   

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