紫外线消毒是一个光化学过程，其核心原理在于利用特定波长范围的紫外光照射微生物,破坏其细胞内的遗传物质—-核酸(DNA或RNA),从而阻止微生物的复制和繁殖,最终达到灭活效果。
在紫外光谱中,UVC波段(通常指200-280nm)具有最强的杀菌效能。其中，波长约为254nm(由传统低压汞灯产生)因与微生物DNA吸收紫外光谱的峰值高度吻合, 表现出尤为显著的DNA破坏作用。
紫外线能量被核酸吸收后,会导致核酸链发生断裂、形成嘧啶二聚体等光化产物,这些结构性损伤干扰了DNA的正常复制和转录功能,使微生物丧失活性或繁殖能力。
决定紫外线消毒效果的是紫外线剂量(UV Dose或Fluence),通常以毫焦耳每平方厘米(mJ/cm²)或微瓦秒每平方厘米(uW·s/cm²)为单位。
紫外线剂量是紫外线强度 (Irradiance, 单位mW/cm²或uW/cm²)与微生物在紫外光照射下的有效接触时间 (Exposure Time, 单位s) 的乘积。
足够的紫外线剂量是确保有效灭活目标微生物的关键，不同种类的微生物对紫外线的敏感性不同，因此需要不同的剂量才能达到所需的灭活率。
品 名 | 99.9% 杀菌率剂量 μw.s/cm2 | 品 名 | 99.9%杀菌率剂量μw.s/cm2 |
BACTERIA(细菌) |
| MOLD SPORES （霉菌芽孢） |
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Bacillus anthracis 炭疽杆菌 | 8700 | Mucor ramosissimus A 多分枝毛霉菌 | 35200 |
Clostridium tetani 破伤风杆菌 | 22000 | Penicillum roqueforti(olive) | 22000 |
Escherichkia coli 大肠杆菌 | 6600 | VIRUSES （病毒） |
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Mycobacterium tuberculsis 结核分枝杆菌 | 10000 | Coliphage 大肠杆菌噬菌体 | 6600 |
Dysentery bacilli 痢疾杆菌 | 4200 | Bacteriophage(E.coli) 噬菌体 | 6600 |
Salmonella enteritidis 沙门氏肠炎菌 | 7600 | Virux of infectious hepatitus 肝炎病毒 | 8000 |
Staphylococcus aureus 金黄色葡萄球菌 | 6600 | lntluenza virus 感冒病毒 | 6600 |
Staphylococcus faecalis 粪便葡萄球菌 | 10000 | Pollo virus 脊髓灰质炎病毒 | 6000 |
Vibrio cholerae 霍乱弧菌 | 6500 |
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紫外灯管主要有两类:
·低压汞灯(Low-Pressure Mercury Lamps):主要发射接近单色的254nm紫外光,这与微生物DNA的吸收峰非常接近,因此具有较高的杀菌效率和电光转换效率(可达30-40%)。低压汞灯寿命相对较长,运行成本较低,广泛应用于各种规模的水处理设施。根据功率不同，又可分为：标准低压灯、低压高强(LPHO)灯、低压汞齐灯。
·中压汞灯 (Medium-Pressure Mercury Lamps):输出多色、宽谱的紫外光(200-400nm),单灯功率远高于低压灯，中压灯的高功率密度使其在处理大流量水体时具有优势,但其电光转换效率相对较低(约10-15%),灯管寿命也较短。
不同类型的微生物的紫外线杀灭率及其剂量（表）敏感性存在巨大差异。
光复活(Photoreactivation):某些微生物(主要是细菌)在紫外照射后,如果暴露在可见光(特别是蓝光区域,300-500nm)下,其体内的光裂合酶(photolyase)会被激活,能够特异性地修复由紫外线引起的嘧啶二聚体,恢复DNA功能。
暗修复 (Dark Repair) : 这是一种不依赖光照的修复机制,通过一系列酶促反应 (如切除修复、重组修复)来移除或修复DNA损伤。
这些修复机制的存在,意味着紫外消毒后的出水如果条件适宜(如光照、停留时间长),可能会出现微生物复苏现象,影响消毒效果。
在工程设计中通常需要考虑一定的安全余量,或与其他消毒方式(如加氯提供管网余氯)联用,以抑制微生物修复。
紫外透光率(UV Transmittance, UVT) 是衡量水样在特定波长(通常是254nm)下紫外光透过能力的指标,直接反映了水对紫外光的吸收程度。
UVT值越低,紫外光在水中的衰减越快，有效消毒距离越短，达到目标剂量所需的紫外灯功率就越高。
紫外消毒生物剂量验证(Bioassay) 是国际上公认的用于验证紫外反应器实际消毒性能(即所能传递的有效剂量RED)的黄金标准方法，它通过使用已知紫外剂量-响应关系的挑战微生物(如MS2噬菌体、枯草芽孢杆菌芽孢等)进行实际水流条件下的测试，反推反应器的剂量传递能力。
传感器在线监测与计算剂量:水厂日常运行更多依赖在线紫外强度传感器和流量计等数据,结合经验公式或CFD模型计算得到的剂量进行控制。
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