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欲做中国西部紫外线杀菌杀菌设备制造领军企业 1．序言 在城镇给水处理中，通常采用投加化学药剂（例如Cl2, ClO2, 或者O3等）的杀菌方法。近些年来，研究人员发现在这些传统的化学药 剂杀菌过程中，会产生一些有害的杀菌副产物（DBPs），如THM，HAA，以及 HBr 等。由于紫外线杀菌不需要往水中投加任何化学物 质，并且可以灭活一些传统化学药剂不能杀死的有害微生物，如隐性孢子菌（cryptosporidium ）和蓝氏贾地鞭毛虫（Giardia lamblia） 等[1，2，3，4]，因此紫外线杀菌受到了特别的重视。目前在北美和欧洲，紫外线杀菌技术及其应用是一个十分活跃的研究领域，并且 有越来越多的城镇给水厂采用了紫外线杀菌措施。本文拟对紫外线杀菌技术在给水处理中应用的发展历史及应用现状作一简单介绍。
射可以杀灭培养基中细菌的特性，这也揭开了人们对紫外线杀菌研究和应用的序幕[5]。但是，早期的研究和应用在很大程度上受到了紫 外线杀菌硬件设施生产技术的局限，这主要体现在紫外灯、镇流器、紫外感应器（UV sensor）等生产技术领域。下面对紫外线杀菌技术
发展过程中有重要意义的发明、发现和应用作一简单回顾。 区域内，Bang在1905年也报道了同样的现象[5]。1904年，Kuch 造出了******个石英紫外灯[6]。1906年，石英开始大量被用于紫外灯生产 和研究领域；1910年，在法国马赛市（Marseilles），紫外线杀菌系统******次被用于城市给水处理的生产实践中，日处理能力为200 m3/d； 之后（约1911年），法国里昂市（Rouen）一个地下水源水厂也采用了紫外线杀菌[7]。1916年，美国建设了******个紫外线杀菌系统，用于 肯塔基州亨德森市（Henderson）12,000居民的生活用水杀菌；然后在随后的几年内（1923~1928年），在俄亥俄州伯利亚市（Berea）、 肯萨斯州霍尔顿市（Horton）、俄亥俄州匹兹堡市（Perrysburg）等地也陆续采用了紫外线杀菌技术[6]。1929年，Gates 对紫外线杀菌 的机理做了深入地研究，并******次确立了细菌的灭活[①]与核酸对紫外线的吸收之间的联系[7]。从1887年到1930年可以划为紫外线给水 杀菌发展的******个阶段，在这个阶段，紫外线杀菌系统的生产技术有了初步的发展，人们对杀菌机理有了基本的认识，同时紫外线杀菌技
术已经开始被应用于生产实践。 和成本等问题造成的。在此期间，大部分水厂都采用了技术相对成熟、操作简单、效益较好的氯杀菌取代了紫外线杀菌。1938年，美国 Westinghouse Electric 公司展出了******个荧光气体放电管状紫外灯（简称“荧光灯”），至此紫外灯的寿命和输出功率得到了逐步的提
高。20世纪40年代，紫外灯及镇流器的生产技术得到了进一步的提高，这为以后紫外线杀菌技术的使用和推广奠定了基础[8]。 得到了全面的重视。特别是在欧洲，紫外线杀菌技术再次被广泛应用于城镇给水处理之中。1955年，瑞士和奥地利开始采用紫外线给水消 毒技术，到了1985年这两个国家分别大约有500和600个紫外线杀菌设施已经投入使用[7]。另外，比利时、挪威和荷兰也分别在1957年、 1975年和1980年开始在城市给水中投入使用紫外线杀菌技术（值得一提的是，比利时1957年建设的紫外线杀菌系统至今仍然在运转）。 到1996年为止，欧洲大约有2,000多个饮用水处理设施采用了紫外线杀菌系统[7，9]。虽然紫外线给水杀菌技术在欧洲已经得到了较为广泛 的应用，但是在1989年美国环境保护署（US Environmental Protection Agency，简称“USEPA”）颁布的地表水处理条例（Surface Water Treatment Rule，简称“SWTR”）中，紫外线杀菌技术仍然被认为不能有效灭活水中蓝氏贾第鞭毛虫（Giardia lamblia）、隐性孢子菌 （Cryptosporidium parvum）等水中有害病原菌，因此在美国仍然没有得到重视。从1990年，美国水工业协会（AWWA）以及美国水工业研究 基金会（AWWARF）才开始投入大量资金对紫外线杀菌技术展开全面系统的研究。这段时期（从20世纪50年代初到90年代中期）可以看作是紫 外线给水杀菌发展的******个阶段。在该阶段，紫外线给水杀菌技术又重新被重视起来，并且在欧洲开始被广泛应用于城市给水杀菌中。另外， 在该时期紫外灯及相关系统设备生产技术得到了很大的提高，大量企业开始涉足于紫外线杀菌系统的生产、安装以及配套服务的商业活动中。 1998~2000年期间，大量的研究发现紫外线杀菌技术对Cryptosporidium和Giardia有很好的灭活效果[1，2，10，11]。同时在2000年USEPA 颁布的地下水杀菌条例（Groundwater Disinfection Rule, 简称“GWDR”）正式提到，对于杀活传统杀菌方法不能有效控制的有害病原微生 物，紫外线杀菌技术是******选择之一[12]。1999年，国际紫外线协会（International Ultraviolet Association，简称“IUVA”）成立， 在国际上进一步促进了紫外线在各领域中应用技术的研究和交流。2002年，USEPA颁布的增强地表水处理条例草案（Long Term 2 Enhanced Surface Water Treatment Rule，简称“LT2ESWTR”）以及杀菌剂及杀菌副产物条例草案（Stage 2 Disinfectants and Disinfection Byproducts Rule，简称“Stage 2 D/DBPR”）中，紫外线杀菌技术被给予了特别的重视，被认为是取代传统杀菌技术的***重要、***有效和*** 可行的杀菌技术之一。另外在20世纪90年代末，欧洲各国也颁布了一些有关紫外线给水杀菌的规定和标准。从1998年开始，对紫外线杀菌的重
大发现以及IUVA的成立标志着紫外线给水杀菌的应用和研究又进入了一个新的阶段。 并不长。在1998年以前，世界上紫外线杀菌技术在城市给水处理中的应用主要集中在处理能力小于200 m3/h的中小型水厂。1998年以后，由于 在紫外线杀菌技术领域的一些突破性研究成果的发表，紫外线杀菌技术才开始应用于一些大规模的城市给水处理之中。例如在1998~1999年间， 芬兰赫尔辛基市（Helsinki）的Vanhakaupunki和Pitkäkoski给水厂分别进行了改建，增加了紫外线杀菌系统，总处理能力约为12,000 m3/h[13]； 加拿大埃德蒙顿市（Edmonton）EL Smith 给水厂在2002年左右也安装了紫外线杀菌设施，日处理能力为15,000 m3/h[14]。
大的提高。这大大的降低了紫外线杀菌系统的运行费用，提高了其运行的稳定性，为紫外线杀菌技术的广泛应用提供了前提条件。根据Malley的 研究，每1m3/d设计处理能力的紫外线杀菌系统建设费用约为10~20美元，每处理1立方米进水的日常运行维护费用约为0.002~0.007美元；低压紫 外灯杀菌系统适用于小型给水处理设施，中压紫外灯杀菌系统对于处理能力高于8,000 m3/d的给水处理设施更适合[15]。对于不同规模的紫外灯 给水杀菌系统，其建设费用和运行管理费用的构成比例是不同的。由表1可以看出，日处理能力越大的系统，紫外灯系统设备费在建设费用中所 占的比例越小，而电费在运行管理费用中的比例却越大[16]。与其他类似水处理技术相比较，紫外线杀菌具有投资较少、操作简单、占地面积小、 处理效果较好等优点。
（Giardia lamblia）、军团菌（Legionella pneumophila）、沙门氏菌（Salmonella spp.）等，具有良好的灭活效果 [2，4，17，18，19]； 另外还可以将水中的一些难分解有机污染物，如腐殖酸、MTBE、TCE、NDMA以及TNT等，氧化分解为简单产物水、二氧化碳等[20，21，22，23]。
地区目前应用紫外线给水杀菌技术的情况及有关规定。 Enhanced Surface Water Treatment Rule，简称“LT2ESWTR”）以及杀菌剂及杀菌副产物条例草案（Stage 2 Disinfectants and Disinfection Byproducts Rule，简称“Stage 2 D/DBPR”）。LT2ESWTR适用于所有受地表水直接影响的地表或地下水源公共给水系统（Public Water Systems）。 同时，为了******紫外线杀菌系统的处理效果，USEPA针对Giardia、Cryptosporidium和病毒的去除效率规定了杀菌系统中应达到的***小紫外线通量的要 求。
1．对于过滤系统，在满足IESWTR和LT1ESWTR的基础上，需额外达到的去除率； 久性私有给水系统（nontransient noncommunity water systems），分Stage 2A和2B两个阶段实施。Stage 1只是规定了在每个运行年度各监测点 杀菌副产物的总平均值******浓度标准，也***是说允许个别监测点处的杀菌副产物浓度高于规定值。但是对于Stage 2来说，它不仅要求每个运行年度 总的杀菌副产物浓度水平不得超过Stage 1所规定的******值，而且还限制了各个监测点处的副产物浓度的******值水平。由于紫外线杀菌过程中，并不 需要向水中加入任何化学药剂，因此不存在出水中含有残留杀菌剂的问题。另外，在目前的大量研究中，还没有发现紫外线杀菌过程可以产生有害的 杀菌副产物。因此，Stage 2对杀菌副产物及残留杀菌剂浓度严格的要求，使得紫外线杀菌技术在美国成为备受关注的一种给水处理技术，并且已有 多家水处理厂（>800家）改扩建或新建了紫外线杀菌系统。特别是近5年来，紫外线杀菌技术正逐渐开始应用于一些大型的给水处理厂。据2000年美国 环境保护署的一项调查报告，美国正在建设几个大型的紫外线给水杀菌系统[24]。另外，在美国紫外线杀菌技术还被广泛的应用于污水厂二级处理出水
的杀菌。 规定（奥地利：ÖNorm M5873；德国：DVGW Standard W 294）。它们都规定了紫外线给水杀菌系统的一些特点，并给出了关于杀菌系统运行测试和检测 的程序和方法。与此同时，在维也纳（Vienna）和波恩（Bonn）分别建立了设计处理能力为400和3,000m3/h的紫外线给水杀菌系统处理效果的测试基地， 在这些试验基地可以进行不同操作条件下的生物剂量试验（Biodosimetry）[9，25]。根据规定（ÖNorm M5873 和 DVGW Standard W 294），给水厂紫外 线杀菌系统的测试和鉴定工作须在这些测试基地完成。总的来看，欧洲各国对紫外线杀菌的一些规定比较类似。下面以DVGW Standard W 294为例简单介
绍一下这些规定的内容。 须说明紫外灯的类型、操作电源及输出的紫外波普；如果是采用多波长的紫外灯，其紫外光波长必须大部分集中在240~290 nm的范围内；对于灯罩，必须
得指出灯罩的材料、尺寸及紫外透射波普等；而对于紫外感应器，应说明其适用波长区间、测量范围、测量误差、影响因素、重新校正的要求及周期等。 应器，能够实时监测反应器中紫外灯的输出功率，同时还需要另外一个紫外感应器作为参照来验证在线感应器的输出值。如果发现它们输出值之间的误差 超出允许范围，那么在线紫外感应器可能需要清洗、校正或者更换。每隔15个月，这些紫外感应器需要重新测试和校正一次。另外，感应器与被检测紫外 灯之间的距离必须满足以下条件：感应器对紫外灯输出功率的改变的敏感度与对进水紫外透射度（UVT）的敏感度基本一致。 操作控制：要求必须连续不间断地对进水流量、紫外感应器输出结果以及相应的输出紫外通量进行监测。反应器中的输出紫外通量必须要高于为******给水
杀菌安全由生物剂量试验得出的******紫外通量。另外，还应有突发事件（如，灯管破裂或输出紫外通量低于安全值等）的安全保护措施及报警机制等。 并选定Bacillus Subtilis 孢子作为实验过程中的目标微生物。***小输出紫外通量可以通过降低紫外灯功率（降低约30%）或者增加进水对紫外线的吸光度
（增加约20%）来确定。另外，试验方法、设备规格以及试验条件等都作了具体的规定。 外线给水杀菌系统开始投入建设和使用。总的来看，紫外线技术在欧洲国家主要应用于城市给水、桶/瓶装水以及商业和景观用水等的杀菌处理中，只有个
别应用于污水杀菌处理。 大略省（Ontario）及魁北克省（Quebec）正在制定新的城市给水处理标准。这些新的标准参考了美国LT2ESWTR及德国DVGW Standard W 294的相关内容，对 紫外线杀菌系统的设计安装、运行测试、管理维护等方面都作了详细规定[26]。2000年新西兰颁布了其***新版的生活应用水标准（New Zealand Drinking Water Standards），加强了对水中Cryptosporidium和Giardia的去除率的要求，使得紫外杀菌技术得到了进一步的重视。在新西兰，大部分（约90%）的紫 外线给水杀菌设施用于服务人口为1000~1500人左右的城镇小型给水处理厂[27]。2004年澳大利亚颁布的***新国家饮用水指导方针（Australian Drinking Water Guidelines）中也对紫外线给水杀菌技术与其他同类处理技术（氯、氯胺、二氧化氯、臭氧杀菌等）进行了分析对比（如表5所示），认为紫外线是比 较适合中小规模城市给水处理的一种杀菌技术[28]。
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