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紫外线的消毒技术原理

紫外线的消毒技术原理 2013-3-7

紫外线消毒技术原理

1、各种电磁波的波长与分类
紫外线是许多电磁波中的一种，各种电磁波的波长见下表：

序号	电磁波名称	波长
1	无线电波	1000000~10mm
2	磁波	1~100mm
3	红外线	800~10000nm
4	可见光	380~800nm
5	紫外线	10~400nm
	A波(近波)	320~400nm
	B波(中波)	275~320nm
	C波(远波)	200~275nm
	真空紫外线	10~200nm
6	X-射线	0.01~100nm
7	Y-射线	≤0.01nm

2.电磁波的传播方式
在同一介质中以直线的方式传播，当介质变化时，会产生反射和折射。
3.反射和聚焦
(1)当入射紫外线的传播介质发生变化时，紫外线在接触到另一类介质的瞬间，就会产生反射和折射。
(2)反射：是在同一传播介质中进行；根据反射原理，反射角与入射角方向相反，大小相等。氧化镁的反射率最高，达到80~90%，氧化抛光铝板的反射率为65~75%，不锈钢板的反射率为70~80%。
(3)折射：是在不同的传播介质中进行；根据传播介质的不同，折射角的大小都不一样。气体的折射性能较好，液体的折射性能中等，固体的折射性能较差，透明体折射较高。
4.不可见性
可见光的波长在380~800nm，而我们采用的紫外线波长在100~380nm，是不能见到的。
紫外线的杀菌作用
1.杀菌波段：紫外线杀菌一般在200～280nm，最强段为240～280nm. 杀菌效果最明显的波段为253.7nm。
2.杀菌和剂量
实验表明：紫外线对水中微生物的杀灭剂量(μw.s/cm2)

序号	微生物名称	不同杀灭率时的照射强度
序号	微生物名称	90%	99%	99.9%	100%
1	枯草杆菌芽胞	10000	20000	40000
2	大肠杆菌	3000	6000	12000
3	金黄色葡萄球菌	3000	6000	12000
4	伤寒杆菌	4000	8000	16000
5	白喉杆菌	5000	10000	20000
6	结核杆菌	5100	10000	20000
7	黑曲霉孢子	150000	300000	600000
8	流感病毒	1000	2000	≦5000	6600
9	破伤风杆菌	3500	7000	16700	22000
10	溶血性链球菌	1000	2000	4000	5500
11	大肠杆菌噬菌体	1000	2000	5000	6600

微生物因素
1.微生物对紫外线的敏感性：
高抗型微生物：如耐辐射微球菌、枯草杆菌芽胞----抵抗能力强；
中抗性微生物：如鼠伤寒沙门氏菌、酵母菌、乳链球菌----抵抗能力中等；
低抗性微生物：如大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、牛痘病毒----抵抗能力弱。
2.微生物数量：
污染量越大，紫外线杀菌效果越差。
3.有机物保护：
细菌在污物中，紫外线的杀菌作用就相应降低。污物是细菌生长、繁衍和防被杀伤的有机环境。
杀菌机理
1.作用于核酸：
DNA，形成胸腺嘧啶二聚体——TT
RNA，形成嘧啶二聚体——uu
2.作用于蛋白质：
可使蛋白质变性，酶失活。

紫外线技术在水处理中的应用
紫外线技术在全球各地被日益广泛地应用于各种水处理系统中——Adam Donnellan
利用紫外线杀灭水生传染病菌的优点已经得到广泛确认。其实，工业界是最早使用这项技术的先驱之一。今天，几乎所有的工业都将紫外线技术应用到水处理系统中，包括食品和饮料业、制药业、化妆品业、保健品业、制造业、高技术产业等等。杀菌消毒是紫外线技术在水和废水领域中的主要应用。与此同时，工业界还将此技术应用在其他许多方面，其中包括消除臭氧、降低总有机碳(TOC)、液体糖消毒、降解氯气、表面和空气以及冷却塔消毒等。本文将对紫外线在工业界的一些用途进行简要的概述。
杀菌
紫外线杀菌主要是利用254纳米波长的紫外线光。此波长的紫外线光，即使是在微量的紫外线投射剂量下，也可以破坏一个细胞的生命核心——DNA，因此阻止细胞再生,丧失再生能力使细菌变得无害，从而达到灭菌的效果。象所有其它紫外线应用技术一样，这种系统的规模取决于紫外线的强度(照射器的强度和功率)和接触时间(水、液体、或空气暴露在紫外线下的时间长短)。
消除臭氧
在工业生产中，臭氧常被用于消毒和净化水体。但是，由于臭氧有极强的氧化能力，水中剩余的臭氧如果不被去除会有可能对下一流程有所影响，因此，通常臭氧处理过的水在进入主要的工艺流程之前必须将水中剩余臭氧去除掉。254纳米波长的紫外线对于破坏剩余臭氧非常有效，它可以把臭氧分解成氧气。尽管不同的系统所需要的规模不同，但通常来讲，一个典型的臭氧消除系统所需的紫外线放射量是一个传统的灭菌消毒系统的三倍左右。
降低总有机碳量
在很多高技术和实验室装置中，有机物会妨碍高纯度水的生产。有很多方法可以把有机物从水中清除掉，较常用的方法包括使用活性炭和反渗透。波长较短的紫外线(185纳米)也可以有效地降低总有机碳量(值的一提的是这些放射器也产生254纳米波长的紫外线，因此可以同时进行消毒)。波长较短的紫外线具有更多的能量，因此能够分解有机物。紫外线氧化有机的反应过程虽然非常复杂，其主要原理是通过产生氧化能力很强的自由氢氧，将有机物氧化成水和二氧化碳。和臭氧清除系统一样，这种降解有机碳的紫外线系统的紫外线放射量是传统消毒系统的三到四倍。
液体糖消毒
大多数食品和饮料厂家都大量地使用液体糖。由于糖是很容易被细菌所利用的食物，因此很容易促成细菌繁殖。另外，液体糖是不透明的，所以很难进行彻底消毒。254纳米波长的紫外线可以用来对液体糖产品进行消毒。为了弥补液体的黏稠度和颜色造成的能量损耗，很多紫外线发射器需要被紧紧地排列起来组成所谓的 “薄膜” 反应器。这种放射器的紧密组合可以提供所要求的非常高的紫外线放射量，从而可以对液体糖进行有效的消毒。它的紫外线的能量输出大约是传统消毒系统的7到10倍。
降解余氯
在市政水处理和供水系统，加氯消毒是非常必要的。但在工业生产过程中，为了避免对产品产生不良影响，去除水中的余氯却经常是必要的前处理。消除余氯的基本方法有活性炭床和化学处理。活性碳处理的缺点在于它需要不断再生，而且经常遇到细菌滋生的问题。185纳米和254纳米波长的紫外线都被证实可以有效地破坏余氯和氯氨的化学键。虽然需要巨大的紫外线能量才能发挥作用，但它的优点在于此方法不需向水中添加任何药物，不需要储存化学物质，容易维修，而且同时还有杀菌和去除有机物的作用。
表面和空气消毒
用紫外线进行空气消毒和紫外线用于水消毒一样有很久的历史。空气消毒设备用于医院、诊所和净化房间已行之有年。现在，工厂、办公室和家庭也开始使用空气消毒设备。
空气消毒的原理和水消毒一样。通常，紫外线灯可安装在空气管道里，位于盘管的前端，或装在固定于墙上的架子上。当空气经过时，空气中的微生物就被杀死而变得无害了。表面消毒的原理也是这样。在食品和饮料生产业中，传送带上的产品就是由表面消毒设备进行消毒的。
冷却塔消毒
为了降低杀生剂的费用(购买、储存、保险)以及化学处理对健康的危害，紫外线系统可以安装在冷却塔的水循环系统中以起到杀菌的作用。如果和过滤器一并使用，紫外线可以有效的控制微生物在冷却塔中的生长。虽然冷却塔中仍然需要保留一定的杀生剂浓度，应用紫外线可以大大降低其使用量。

我司所生产的紫外线杀菌灯的产品特点以及优势：
1、热阴极有效寿命8000小时，冷阴极在20000小时以上。
2、优质石英玻璃管，羟基含量小于等于50ppm、紫外线透过率大于等于90%。
3、锆铝片技术，吸附管内杂气，延长使用寿命。
4、超低汞技术，汞含量小于等于5mg，达欧盟标准。

紫外线的分类:
根据生物效应的不同，将紫外线按照波长划分为四个波段:
UVA波段，波长320～400nm，又称为长波黑斑效应紫外线。它有很强的穿透力，可以穿透大部分透明的玻璃以及塑料。日光中含有的长波紫外线有超过98%能穿透臭氧层和云层到达地球表面，UVA可以直达肌肤的真皮层，破坏弹性纤维和胶原蛋白纤维，将我们的皮肤晒黑。360nm波长的UVA紫外线符合昆虫类的趋光性反应曲线，可制作诱虫灯。300-420nm波长的UVA紫外线可透过完全截止可见光的特殊着色玻璃灯管，仅辐射出以365nm为中心的近紫外光，可用于矿石鉴定、舞台装饰、验钞等场所。

UVB波段，波长275～320nm，又称为中波红斑效应紫外线。中等穿透力，它的波长较短的部分会被透明玻璃吸收，日光中含有的中波紫外线大部分被臭氧层所吸收，只有不足2%能到达地球表面，在夏天和午后会特别强烈。UVB紫外线对人体具有红斑作用，能促进体内矿物质代谢和维生素D的形成，但长期或过量照射会令皮肤晒黑，并引起红肿脱皮。紫外线保健灯、植物生长灯发出的就是使用特殊透紫玻璃(不透过254nm以下的光)和峰值在300nm附近的荧光粉制成。

UVC波段，波长200～275nm，又称为短波灭菌紫外线。它的穿透能力最弱，无法穿透大部分的透明玻璃及塑料。日光中含有的短波紫外线几乎被臭氧层完全吸收。短波紫外线对人体的伤害很大，短时间照射即可灼伤皮肤，长期或高强度照射还会造成皮肤癌。紫外线杀菌灯发出的就是UVC短波紫外线。

UVD波段，波长100～200nm，又称为真空紫外线。

紫外线的杀菌原理
紫外线杀菌就是通过紫外线的照射，破坏及改变微生物的DNA(脱氧核糖核酸)结构，使细菌当即或不能繁殖后代，达到杀菌的目的。真正具有杀菌作用的是UVC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。
紫外线杀菌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。

紫外线杀菌灯的结构

紫外线杀菌灯(UV灯)实际上是属于一种低压汞灯，和普通日光灯一样，利用低压汞蒸汽(<10-2Pa)被激发后发射紫外线。不同的是日光灯的灯管采用的是普通玻璃，253.7nm紫外线不能透出来，只能被灯管内壁的荧光粉吸收后激发出可见光。如果改变荧光粉的成分和比例，它就可以发出我们通常所见的不同颜色的光。一般杀菌灯的灯管都采用石英玻璃制作，因为石英玻璃对紫外线各波段都有很高的透过率，达80%-90%，是做杀菌灯的最佳材料。
紫外线杀菌灯的种类

紫外线杀菌灯的发光谱线主要有254nm和185nm两条。254nm紫外线通过照射微生物的DNA来杀灭细菌，185nm紫外线可将空气中的O2变成O3(臭氧)，臭氧具有强氧化作用，可有效地杀灭细菌，臭氧的弥散性恰好可弥补由于紫外线只沿直线传播、消毒有死角的缺点。

紫外线杀菌灯的应用
1.每一种微生物都有其特定紫外线杀灭、剂量标准，其剂量是照射强度与照射时间的乘积(杀菌剂量＝照射强度·照射时间/K=I·t)，即紫外线的照射剂量则取决于紫外线的强度大小以及照射时间的长短，高强度短时间与低强度长时间之照射其效果是相同的。
2.石英灯管使用一段时间后会逐渐老化，紫外线照射强度会发生衰退，为达到彻底消毒的效果，应定期检查测石英灯的照射强度，发现强度不够时应立即更换。

3.紫外线的只能沿直线传播，穿透能力弱，任何纸片、铅玻璃、塑料都会大幅降低照射强度。因此消毒时尽量应使消毒部位充分暴露于紫外线下，定期擦拭灯管，以免影响紫外线穿透率及照射强度。
4.紫外线对人体的的皮肤能产生很大的伤害性，不要在有人的场所使用UV灯，更不要用眼睛直视点燃的灯管，由于短波紫外线不能透过普通玻璃，所以戴眼镜可避免眼睛受伤害。
5.在有人员活动的场所，一般不能使用臭氧灯管，因为臭氧会促进人体的血红蛋白凝结，造成人体供氧不足，发生头晕、恶心的感觉，影响身体健康，特别在臭氧浓度达到＞0.3ppm (mg/m2 )时，将会对人体造成严重的伤害。
6.低压放电灯中之紫蓝色光芒为汞蒸气压，虽然汞蒸气压的强度与紫外线仍然有其关联性，但是并不直接代表紫外线之强度，这也就是说，紫外线的强度无法用肉眼来判定。
7.灯具加反光罩可以保证紫外线能量的集中，另外可以避免给工作人员造成损伤。反光罩一定要用对253.7nm紫外线材料吸引少反射多的材料制作，表面氧化抛光处理过的铝对短波紫外线的反射系数最大，所以一般紫外线灯具的反光系统均用铝材制成。