紫外杀菌原理及紫外设备应用现状
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紫外杀菌原理及紫外设备应用现状
摘要：
对紫外杀菌原理和国内外紫外杀菌的应用情况进行了大致的阐述和分析，并对紫外杀菌在各方
面的
运用做了简单的介绍。可以了解到紫外杀菌的发展历史、紫外杀菌的研究进展、紫外
杀菌对微生物进行杀
灭的过程、紫外杀菌在运用时的理论依据及紫外杀菌技术存在的问题
。由此对紫外杀菌有一个较为全面的
认识。
< br>关键词：
紫外杀菌、杀菌原理、应用现状
The principles and equipment
application status of ultraviolet sterilization
Abstract:
Roughly
described
and
analyzed
the
principles
and
equipment
application
status
of
ultraviolet sterilization
at
home
and
around
the
world,
also
it
is
a
brief
introduction on the
application of UV sterilization in
all
respects.
By which
we
can
see
a
lot
of
things
about
the
UV sterilization:
the
history
of
development,
the research
progress,
the
process to kill the
microorganisms,
the
theoretical basis of usage, and the
problems of technology. Then have a more
comprehensive understanding of the
ultraviolet sterilization.
Key words:
ultraviolet
sterilization, sterilization principles,
application status.
20
世纪
70
年代，紫外杀菌技术开始逐步应用于污水、工业消毒领域。
90
年代随着关
键技术的突破
[1]
，更因其特有的环保洁净特性，因而在欧美国家得到广泛应用。
目前，
西方国家已经有约
25
％的工业和污水处理厂采用了紫外杀菌技术
[2]
。
我国在该技
术的研究方面与国外相比差距较大。
一、
紫外线杀菌原理
紫外线是一种肉眼看不见的光波，
存
在于光谱紫射线端的外侧，
故称紫外线。
紫外线系
来自太阳辐射电磁波之一。
是物质运行的一种特殊形式，
是一粒粒不连接的粒子流。
每一粒
波长
253.7nm
的紫外线光子具有
4.9eV
的能量
[4]
。
当紫外线照射到微生物时，
便发生能量的传递和积累，
< br>积累结果造成微生物的灭活，
从
而达到消毒的目的。当细
菌、病毒吸收超过
3600~65000uW/c
㎡剂量时，对
细菌、病毒的去
氧核醣核酸（
DNA
）
及核醣核酸（
RNA
）具有强大破坏力，能使细菌、病毒丧失生
存力及
繁殖力进而消灭细菌、病毒，达到消毒灭菌成效
[5]<
/p>
。紫外线一方面可使核酸突变、阻碍其复
制、
转录封锁及蛋白质的合成；
另一方面，
产生自由基可引起光
电离，
从而导致细胞的死亡。
紫外线杀菌器杀菌原理是利用紫外
线灯管辐照强度，即紫外线杀菌灯所发出之辐照强
度，
与被照消
毒物的距离成反比。
当辐照强度一定时，
被照消毒物停留时间愈
久，
离杀菌灯
管愈近，其杀菌效果愈好，反之愈差。
二、国外紫外线消毒技术发展现状
1
）城市污水紫外线消毒的现状
紫外线消毒技术最早应用于美国
(1
970
年美国环保局完成了第一个污水紫外线消毒的示
范工程<
/p>
)
，
现已在美国和加拿大普遍应用
[3]
。
美国
V
illage Creek
污水处理厂是目前世界上最大
的紫外污水消毒项目，
每天消毒处理
136
万吨合流管系溢流
[6]
。
< br>正在建造的美国
V
alley Creek
污水处理厂投产后每天可用紫外线对
227
万吨污水
消毒，
将成为世界最大的紫外污水消毒项
目。
< br>
加拿大安大略省水资源委员会
（
OWRC
）
于
1965
年和
1969
年分别对紫外线在
HUMBER
河水的杀菌性能进行了评估，
通过对污水和含
有氧化铁自来水混合溶液的试验，
证实了紫外
线完全可以灭活大
肠杆菌，
并产生大肠杆菌吞噬体。
低剂量的紫外线对二级处理的
污水消毒
时，不会产生有害副产品
[4]
。
1984
年，
WHITBY
的研究表明紫外线比加氯消毒能更有效地
达到消毒指标，紫外线处理污
水对环境没有毒性
[7]
。
1986<
/p>
年，美国环保署（
EPA
）将紫外线
消毒列入了污水消毒设计手册。
目前世界
各地有
30
多个国家和地区
(
北美、欧盟、亚洲、澳大利亚、新西兰及南美
)
的
3000
多家城市污水处理厂中得到应用，其中
80%
左右的设备安装在北美地区
[3
]
。
2
）城市自来水紫外线消毒的现状
<
/p>
世界上
3000
多家城市自来水厂使用了
紫外消毒技术。紫外技术将成为全球城市自来水
处理的主要消毒技术。
< br>新的研究结果表明紫外消毒是目前最为经济有效地控制隐孢子虫等原
生动物的消毒
技术，
这些原生动物对加氯消毒有很高的抗药性。
美国环保局已
根据这些最新
研究结果修订了地表水和地下水处理标准，
增加了
对隐孢子虫的控制指标；
与此同时，
美国
环保局将同时引进更为严格的消毒副产物标准。
因此消毒标准将更为严格，
而对化学消毒处
理及副产物的控制也更为严格
[8
]
。这一举措将大大推动紫外消毒在自来水处理中的应用，因
为
紫外消毒是目前唯一可同时满足这两个新标准的消毒技术
[3]
。
美国的研究发现和环保局的
新的处理标准已对北美地区和欧盟
地区的自来水处理产生重大影响，
将几种消毒方式结合起
来使用
的组合式消毒工艺—多屏障消毒策略北美和欧盟地区已被广泛认同，
将成为未来自来
水消毒的大趋势。
3
）空气紫外线消毒的现状
国际紫外协会（
International
Ultraviolet Association
）
2005
年
3
月
10<
/p>
日发布紫外空气和
表面消毒系统指导方针概要（
< br>General
Guideline
for
UVGI
Air
and
Surface
Disinfection
Systems
）
。
这个文件
是国际紫外协会发布的一系列标准之一，
是为了鼓励发展有效可靠的空
< br>气处理设备，以控制和提高室内环境空气质量。
三、国内紫外杀菌在食品工业中的应用
现代中国食品工业包装材料的杀菌过程中应用最广泛的消毒方法是利用各种微生物对
高
温的敏感反应
,
使用高温或热水达到消毒的目的。
但该种消毒方法最大的缺点就是消毒设
备结构复杂
,
运行成本过高。
在发达国家
,
用紫外线对包装材料进行杀菌已经成为应用最普遍
的杀菌方法。
使用紫外线杀菌既降低了消毒设备的运行成本又不会产生类似化学药剂的有毒
残留
,
是目前最经济有效、环保、安全的消毒方式。
紫外杀菌灯是汞灯的一种
,
其灯管内
部的激发态汞原子在跃迁时可以发出各种不同波
长的特征谱线
[
9]
。其中
2 53.7n
m
谱线所含的能量可以有效破坏有机物分子
D N
A
结构
,
使
有机物分子丧失活性或抑制有机物分子的持续分裂繁殖
,
达到杀菌的目的
;
18
5n
m
谱线在
空气中可产生臭氧
,
而臭氧也可以起到杀菌、除味的效果
; 1 8 5 n m
的谱线还可以分解水中
有机物分子
,
产生氢氧自由基
,
并最终将水中有机物分子氧化为二氧化碳
,
< br>达到去除有机物
的目的
[12]
。
但是由于臭氧杀菌会在空气中造成一定的臭氧残留
,
而臭氧对人的身体具有一定
的危害性
,
所以在食品包装材料的杀菌方式上我们更倾向于选择不可透射
1
8
5
n
m
谱线的
(
俗称无臭氧
)
紫外线灯
,
而可透射
1
85nm
谱线
(
俗称有臭氧
)
的紫外线灯则在去除食品存放空
间或厨房的异味
方面具有不错的效果。
以前
,
国内的相当一部分企业对紫外线的认识存在一定的误区
,
认为是用紫外线杀菌会
对食品生产线的操作工人产生伤害。
事实上
,
紫外线属于电磁波的特性决定了它直
线传播的
方向固定性
,
只要在紫外线灯
和操作工人的相连直线之间加上防护板就可以使紫外线只对需
,
要杀菌的包装材料产生作用
,
而不会对人体造成伤害
[13]
。
至于某些企业担心的灯管爆裂会对<
/p>
食品产生污染的问题
,
国际上更是早有
解决的办法。
一般企业会在灯管和包装材料之间放置
超高机械强
度、高透紫率的石英玻璃
,
或直接采用高端的紫外杀菌模块<
/p>
(
包含高透紫率石英
玻璃防护层
),
这些问题就可以迎刃而解了。
国内有非常多的紫外线灯生产企业
,
但大多数的企业生产的紫外线灯质量都不足以满
足食品工业中对包装材料的杀菌要求
[14]
。
导致这种情况的产生有多方面的
原因
,
其中最主要
的因素在于大多数
的企业无法很好地解决灯管寿命和紫外线输出强度的矛盾
[15]
。
一旦某个企
业提高了所生产紫外线灯的紫外输出强度
,
所生产紫外线灯的寿命就会大幅下降
,
反之亦