[科普中国]-紫外线消毒器

紫外线消毒器是指以紫外汞灯为光源 利用灯管内汞蒸气放电时辐射的253.7nm紫外线为主要光谱线，对生活饮用水进行消毒的设备（简称消毒器）。

简介紫外线消毒器是指以紫外汞灯为光源 利用灯管内汞蒸气放电时辐射的253.7nm紫外线为主要光谱线，对生活饮用水进行消毒的设备（简称消毒器）。

紫外线杀菌器具有无死角、光射条件好、能耗低、设备安装拆卸灵活方便，无二次污染等特点，紫外线杀菌器相对氯气杀菌，他具有不需要添加化学药剂，无二次污染，无混合设备，大大减少设备运行成本，如果是饮用水，紫外线杀菌器安全，不会因为药剂的过量而对人体产生不利的影响。紫外线杀菌器相对臭氧杀菌器，他具有能量消耗小，无大的混合器，无鱼腥味等优点，不仅感观好，而且减小运行成本1。

形式紫外线消毒器的结构形式：UV消毒器按水流边界的不同分为封闭式和敞开式。

封闭式系统封闭式UV消毒器属承压型，用金属筒体和带石英套管的紫外线灯把被消毒的水封闭起来。

筒体常用不锈钢或铝合金制造，内壁多作抛光处理以提高对紫外线的反射能力和增强辐射强度，还可根据处理水量的大小调整紫外灯的数量。有的消毒器在筒体内壁加装了螺旋形叶片以改变水流的运动状态而避免出现死水和管道堵塞，所产生的紊流以及叶片锋利的边缘会打碎悬浮固体，使附着的微生物完全暴露于紫外线的辐射中，提高了消毒效率。

封闭式也划分为敞开式和浸没式。敞开式消毒器适用于中、大水量处理，多用于污水处理厂。封闭式消毒器一般适用于中、小水量处理或有必要施加压力且消毒器不能在明渠中使用的情况。

各种系统中外罩密封石英套管的紫外线灯管都可以与水流方向垂直或平行布置。平行系统水力损失小、水流形式均匀，而垂直系统则可以使水流紊动，提高消毒效率。

敞开式系统在敞开式UV消毒器中被消毒的水在重力作用下流经UV消毒器并灭活水中的微生物。敞开式系统又可分为浸没式和水面式两种。

浸没式又称为水中照射法。将外加同心圆石英套管的紫外灯置入水中，水从石英套管的周围流过，当灯管(组)需要更换时，使用提升设备将其抬高至工作面进行操作。该方式构造比较复杂，但紫外辐射能的利用率高效果好且易于维修。

水面式又称为水面照射法，即将紫外灯置于水面之上，由平行电子管产生的平行紫外光对水体进行消毒。该方式较浸没式简单，但能量浪费较大、灭菌效果差，实际生产中很少应用。

技术要求1）使用环境条件：消毒器应能在下述条件下正常工作。

（1）进水的水质

a.色度≤15度

b.水温≥5℃

c.总大肠菌群≤1000个/L

d.细菌总数≤2000个/mL

（2）空气环境

空气中最大相对湿度≤90% (相当于空气20℃±5℃)

（3）电源

2）基本技术要求

（1）消毒器的设计应符合GB 8988《电网电源供电的家用和类似一般用途的电子及有关设备的安全要求》要求；

（2）消毒器应按技术管理规定程序批准的图纸及技术文件制造；

（3）同一型号消毒器的零部件应保证其互换性；

（4）消毒器受紫外线照射面应做抛光处理；

（5）承压筒体的工作压力不应小于0.60MPa，试验压力不应小于0.90MPa；

（6）筒体或箱体内宜设置导流板；

（7）直管形石英紫外线低压汞灯及灯管的安装要求应符合YY/T0160《直管形石英紫外线低压汞消毒灯》；

（8）在对环境有较高要求时，宜优先选用低臭氧型灯管，以减少臭氧对环境的污染；

（9）灯管的布置应使受紫外线照射面上的紫外线强度分布均匀；

（10）消毒器应设有灯管点燃指示、点燃累计时间指示或紫外线辐照强度的相对指示；

（11）灯管应用石英玻璃套管与水隔开，石英套管253.7mm紫外线的透过率应大于85%；

（12）消毒器选用的低压电器应符合相应产品的技术要求；

（13）消毒器上应设有进出水管、泄水管、取样管。在消毒器不便安放泄水管时，也可以在与消毒器等同处的连接管路上安装 ；

（14）消毒器的规格及进、出水管管径宜按表选用；

（15）按本标准的检验要求，装备新灯管的消毒器产品，测得的紫外线辐照剂量不得小于12000W·S/cm，（应充水），正常工作的消毒器测得的紫外线辐照剂量不得小于9000W·S/cm；

（16）按本标准的使用条件，在额定消毒水量下工作，出水的细菌学指标应符合GB5749《生活饮用水卫生标准》要求；

（17）消毒器材料应符合GB/T17219《生活饮用水输配水设备及防护材料的安全性评价标准》要求。消毒器宜使用304L、316L不锈钢；

（18）消毒器在额定消毒水量下工作的水头损失应小于0.005MPa。

3）外观要求

（1）设备表面应喷涂均匀，颜色一致，表面应无流痕、起泡、漏漆、剥落现象。

（2）设备外表整齐美观，无明显的锤痕和不平，盘面仪表、开关、指示灯、标牌应安装牢固端正。

（3）设备外壳及骨架的焊接应牢固，无明显变形或烧穿缺陷。

4）施工、安装要点

(1)不易将紫外线发生器安装在紧靠水泵的出水管上，防止停泵水锤损坏石英玻管和灯管。

(2)紫外线发生器应严格按照进出水方向安装。

(3)紫外线发生器应有高出建筑地面的基础，基础高出地面不应小于100mm。

(4)紫外线发生器及其连接管道和阀门应稳固固定，不得使紫外线发生器承担管道及附件的重量。

(5)紫外线发生器的安装应便于拆卸检修和维护，所有管道连接处不得使用影响水质卫生的材料。

5）执行标准

（1）产品标准

《紫外线消毒器》QB/T

《城市给排水紫外线消毒设备》GB/T

《生活饮用水紫外线消毒器》CJ/T

（2）工程标准

《建筑给水排水设计规范》GB

《室外排水设计规范》GB

《城镇污水处理厂污染物排放标准》GB

《城市污水再生利用 城市杂用水水质》GB/T 18920-2002

《污水再生利用工程设计规范(附条文说明)》GB 50335-2002

《建筑给水排水及采暖工程施工质量验收规范》GB 50242-2002

（3)相关标准

《二次供水消毒设备选用与安装》02SS104

紫外线按其生物学作用的差异，紫外线可分为UV-A(320-400nm)、UV-B(275-320nm)、UV-C(200-275nm)和真空紫外线部分。水处理中实际上是使用紫外线的UV-C部分，在该波段中260nm 附近已被证实是杀菌效率最高的紫外线1。

优点1.高效率杀菌:紫外线对细菌、病毒的杀菌使用一般在一至二秒即可达到99%－99.9%的杀菌率。

2.高效杀菌广谱性:紫外线杀菌的广谱性是最高的，它对几乎所有的细菌、病毒都能高效率杀灭。

3.无二次污染: 紫外线杀菌不加入任何化学药剂，因此它不会对水体和周围环境产生二次污染，不改变水中任何成分。

4.运行安全、可靠: 传统的消毒技术如采用氯化物或臭氧，其消毒剂本身就是属于剧毒、易燃的物质，而紫外线消毒系统不存在这样的安全隐患。

5.运行维护费用低：紫外线杀菌设备占地小，构筑物要求简单，因此总投资较少，在运行方面成本也较低，在千吨水处理量水平，它的成本只是氯消毒的1/2。

设计特点1.模块化设计

（1）具有快接头电缆的预组装模块组件，便于安装及维护防水等级复合IP68等级标准，适用于要求严格的场合；

（2）更小的水阻、更高的可靠性，灵活的模块式组合设计。

2.紫外灯技术-自动清洁系统

（1）国际最先进的美国、欧洲原装进口紫外线灯管 采用压缩空气驱动的机械自动清洗装置；

（2）提供低压高强灯、汞齐灯、中压灯可选 清洗装置与紫外线光强检测仪联动；

（3）灯管寿命12000-18000小时及更低的灯管更换成本 具有手动或自动工作状态可选。

3.水位控制装置-紫外线强度感应器；

（1）无动力出水水位控制，无需外加动力，操作简单 在线实时监测紫外线消毒系统的输出强度；

（2）平稳自动调节水位，水位调节能力强；

（3）制造、安装、操作简单。

4.先进的控制系统-镇流器技术

（1）具有实时紫外线剂量调控功能 紫外线灯管专用型电子镇流器；

（2）内置式自诊断，故障自动报警及停机 带有灯管启动保护功能，提供灯管状态报警；

（3）信号现场或远程输出 可按用户要求提供原装进口或国内生产的产品；

（4）可按用户项目要求进行专门化的设计 灵活的模块化设计易于安装及维修；

（5）以满足不同的应用场合；

（6）国际一流的光强传感器；

（7）提供报警功能：当光强降低高用户设定值时发报警信号以便用户及时处理1。

应用紫外线消毒器应用广泛，在水处理中价值极高，它是通过紫外光线的照射，破坏及改变微生物的DNA结构，使细菌当即死亡或不能繁殖后代，以达到杀菌的目的。真正具有杀菌作用的是ZXB紫外线，因为C波段紫外线很易被生物体的DNA吸收，尤以253.7nm左右的紫外线最佳。紫外线消毒器属于纯物理消毒方法，具有简单便捷、广谱高效、无二次污染、便于管理和实现自动化等优点，随着各种新型设计的紫外线灯管的推出，紫外线杀菌的应用范围也不断在扩大。

成功案例欧洲是饮用水紫外线消毒技术的发源地。1906～1909年，法国马赛200m3/d的水厂应用紫外线技术进行饮用水处理。此后，紫外线技术在欧洲迅速普及。

1.发达国家的紫外线消毒器使用情况

欧洲有超过3000多个饮用水设施使用紫外线消毒，规模比较大的有荷兰的鹿特丹水厂（47万m3/d），俄罗斯的圣彼得堡水厂（86万m3/d），德国的Styrum-Ost水厂（19.2万m3/d）。在北美，由于新的饮用水标准对隐孢子虫、贾第鞭毛虫和消毒副产物的严格规定，紫外线技术得到了前所未有的重视。美国环保局（EPA）在研究证明了紫外线是控制隐孢子虫和贾第鞭毛虫最有效可行的技术后，迅速建立了紫外线技术在饮用水处理中的应用标准。美国2006年公布的第二阶段强化地表水处理法规（LT2ESWTR）中规定，饮用水处理过程中必须去除或灭活310g的贾第鞭毛虫，410g的病毒，410g的隐孢子虫。由于氯消毒对隐孢子虫几乎没有效果，LT2ESWTR要求现有水厂使用过滤加紫外线或臭氧的消毒工艺，而新水厂则需使用过滤和多级组合式消毒工艺。北美地区采用紫外线消毒的较大规模给水厂有美国芝加哥中湖水厂（18万m3/d）、西雅图水厂（68万m3/d）、温哥华Victorial水厂（51万m3/d），加拿大蒙特利尔水厂（300万m3/d）等。前文提到的加拿大安大略省Walkerton水厂在2000年发生致病微生物感染事件后也采用了紫外线消毒技术。在建的美国纽约自来水紫外线消毒系统处理能力为836万m3/d，是世界上规模最大的饮用水紫外线消毒工程。据统计，2000年美国大中型自来水厂没有采用紫外线消毒系统案例，但到2006年采用紫外线消毒的大中型自来水厂比例已经上升到10%。有更多的紫外线工程在建设中或已投入使用。紫外线技术应用于饮用水消毒工艺代表了国际上消毒技术的发展趋势。

2.我国紫外线消毒器的使用情况

我国第一个采用紫外线消毒的市政供水水厂是大庆东风水厂（5万m3/d），该系统原采用二氧化氯消毒，为减少运行费采用了国产紫外线消毒系统。但该系统缺少前期工艺可行性和后续的应用研究，因此未能提供有价值的数据。自2004年以来清华大学及合作团队系统开展了饮用水紫外线消毒技术的研究，并于2005年在广东东莞建立了紫外线消毒中试系统（500～600 m3/d），一直运行。2007～2010年在北京第九水厂进行了100m3/d的中试研究。在充分研究的基础上，2009年7月建成了天津开发区净水厂三期紫外线消毒工程（15万m3/d）。该水厂是紫外线消毒与主体工艺同时设计、同时投入运行的净水厂。同时，为保障世博会供水安全，上海临江水厂改造过程中也增加了紫外线消毒系统（60万m3/d）1。

使用特点各地区情况不同其应用紫外线杀菌组合方式也不同，紫外线消毒工艺工艺在具有诸多优势的同时也有缺点，最主要的缺点是没有维持管网持续消毒的能力。欧洲和北美使用紫外线消毒技术存在一定的差别。在欧洲的荷兰、奥地利和德国等地的一些水厂，饮用水经紫外线消毒后直接进入供水管网，据统计，荷兰大部分水厂单独使用紫外线消毒，且管网末梢没有余氯。究其原因，欧洲的管网状况较好，管网系统相对较小，水中可生物同化有机碳较低，为了避免余氯在管网中产生消毒副产物，常单独采用紫外线消毒。另外一个原因是这些欧洲国家通常在纬度较高地区，水温常年较低，管网中微生物再生长能力弱。而北美的饮用水相关法规规定在自来水中必须存在一定量的余氯，用来控制管网的二次污染问题。我国的情况与美国更相似。在生物可同化有机碳（AOC）低于20μg/L时紫外线后可以不加氯，AOC在50μg/L以上时需维持余氯在0．3mg/L以上。国内采用地表水源的市政供水系统由于水中有机物含量比较高，因此紫外线需要与氯和氯胺组合使用以保证管网水质的微生物安全性。但采用地下水的村镇小规模供水系统则完全可能只采用紫外线消毒，特别是北方水温较低地区，前提是设计和设备一定要合格。十一五科技支撑计划的研究成果也完全证明了这一点1。

本词条内容贡献者为:

石季英 - 副教授 - 天津大学