2019年6月14日

UV-tubes

作者/编译
Raju Shrestha(环境和公共卫生组织,恩弗)
Dorothee Spuhler(Seecon International GmbH)

执行摘要

集中紫外线(UV)光的杀菌作用被用于许多领域和许多装置。对于饮用水的处理,简单的,商用的紫外线管可以用来杀死饮用水中的病原微生物。这种UV管水消毒装置是一种有效、低成本、简单、快速消毒的手段。它们通常由一根管道组成,水通过管道缓慢流动,在管道中安装一个紫外线灯泡,可以用电力或太阳能供电。有很多方法可以设计UV管设备,它们可以在家庭、社区或机构层面使用。然而,即使非常有效,也无法处理化学或物理污染(如盐度、重金属浑浊度),而且与氯相反,没有残留的消毒效果。

好处
可以快速获得大量的消毒水
最小行为改变要求
可以用当地可用的材料建造吗
对大肠杆菌、瓜尔氏菌和隐孢子虫等多种病原体均有效
DBP地层无风险(如三卤甲烷)
失活与pH和温度无关
没有令人不快的味道或气味(如化学处理时可能出现的那样)
不得运输、储存或处理化学品
缺点
与氯溶液相比,设备的更高成本
需要正常的电源进行操作
灯管每6-12个月更换一次
需要一些安装投资
由于其汞含量,需要定期清洁紫外线灯并用护理进行处理
只对微生物污染有效
无残留消毒效果,无再生长、再污染风险
出去

淡水

饮用水

介绍

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浓缩紫外线(UV)光的杀菌作用已被认识多年,并在许多地区和设施中使用。据报道,1910年法国首次将紫外线用于饮用水消毒。随着UV管的最新发展,使用当地可用的组件,这项技术现在是一种可行的家庭水处理方法(CAWST 2009)。针对有机含量高的水在氯化过程中产生消毒副产物的挑战,采用简单的物理消毒方法代替化学消毒方法,如UV管消毒法(美国环保局1999年)。

不同设计的家庭/社区级UV管消毒系统。来源:UCBERKELEY(纽约)和BROWNELL(纽约)
不同设计的家庭/社区级UV管消毒系统。来源:UCBERKELEY(纽约)和BROWNELL(纽约)

典型的UV系统提供一个围绕UV灯的流动路径,其结构是通过防止直接接触,使水流沿着UV灯的长度接近。

UV管的设计理念来自Cantaro Azul基金会。来源:CAWST (2009)
UV管的设计理念来自Cantaro Azul基金会。来源:CAWST (2009)

紫外线辐射消毒机制

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紫外线管基本上与商业荧光灯相同,除了它缺乏磷涂层和玻璃外部被熔融石英取代。这意味着灯泡主要发出紫外光。紫外光一般定义为电磁辐射波长小于400nm,又分为UV- a (315-400nm)、UV- b (280-315nm)和UV- c (200- 280nm)。UVA和UVB是导致晒黑和晒伤的原因。UVB被大气层过滤掉了一部分,只有少数部分能到达地球表面。这是件好事,因为DNA可以直接吸收UVB光,从而导致细胞损伤。UVC也能穿透细胞并破坏DNA,但它几乎完全被臭氧层过滤掉了。用于消毒的紫外线管确实包含整个紫外线光谱,包括UVB和UVC。当光线照射到微生物细胞时,会导致遗传物质(DNA)受损,使它们无法复制。

灯泡悬挂在一个更大的管在一个覆盖的渠道。水从一端进入,从另一端流出。当水流过管子时,灯泡发出的紫外线会使微生物失去活性。失活与持续的紫外线剂量直接相关,并取决于紫外线的强度和紫外线照射的持续时间。出口的高度决定了管内水的深度,从而决定了水力停留时间(HRT, CAWAST 2009)。理论上,水力停留时间等于微生物暴露的时间,应根据灯泡的强度来设计,使所有微生物有足够长的接触时间被灭活。在HRT的计算中,灯泡的强度可以根据远离光源最远点的水深来调整,因为紫外线在穿透水中时会衰减。

有效性

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紫外线管可以有效地灭活大多数病原体,包括细菌、病毒和形成囊肿的原生动物,如隐孢子虫(CAWST 2009)。然而,其有效性在很大程度上取决于紫外线剂量。

非常有效:

无效

细菌

病毒

原生动物

寄生虫

浊度

化学物质

味道,气味,颜色

UV管的潜在处理能力。来源:CAWST (2009)

紫外线管对除微生物污染(化学和物理污染)以外的所有污染都不起作用,在处理后的水储存期间现在有残余的消毒作用。有机物、铁、亚硫酸盐和亚硝酸盐的存在会降低紫外线对细菌的灭活效率。浊度也可干扰紫外线辐射,保护微生物不被灭活,并可作为食物来源在消毒步骤后重新生长。因此,紫外线管通常会包含一个预过滤步骤,例如一个沉降装置。

操作和维护

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UV管的操作和维护通常很低,只要存在更少的电灯泡的电灯泡。安装系统后,用户需要确保水的理论流速和相应的HRT被尊重,并且灯泡正常工作。如果灯泡变脏,则需要取出并清洁以保持发光强度。该系统通常具有较长的寿命垃圾邮件,但灯泡应至少每12个月替换一次(CAWST 2009)。在任何维护活动期间,重要的是,操作员或用户在紫外线辐射中保护其皮肤和眼睛,因为它对人类细胞也有破坏性。

适用性

紫外线广泛用于供水系统进行消毒,有可能杀死大多数细菌,病毒,原生动物或蠕虫。然而,需要或多或少的连续能量供应,并且该系统不适合去除化学污染物或浊度。在处理过的水的分配或储存期间也有可能重新污染,因为没有残留的消毒效应。然而,由于它只是物理治疗,因此形成有毒消毒副产品(DBP)的风险很低。紫外线管可以用局部可用的材料生产,只要提供电力,就可以在家庭,社区或机构水平上安装。

库引用

评估低成本,使用点,紫外线水消毒技术

该出版物包含实验室和现场研究,以表征在5L/m流速的紫外光管性能。介绍了紫外光管作为一种很有前途的家庭饮用水处理技术的应用前景。

布劳内尔,S.A.;那么CHAKRABARTI境;卡瑟,F.M.;康奈利,低速齿轮;PELETZ R.L.;REYGADAS f;朗,M.J.;卡门,D.M.;NELSON, K.L.(2008):评估低成本,使用点,紫外线水消毒技术。见:水与健康杂志:第6卷,53-65页。
进一步的阅读

评估低成本,使用点,紫外线水消毒技术

该出版物包含实验室和现场研究,以表征在5L/m流速的紫外光管性能。介绍了紫外光管作为一种很有前途的家庭饮用水处理技术的应用前景。

布劳内尔,S.A.;那么CHAKRABARTI境;卡瑟,F.M.;康奈利,低速齿轮;PELETZ R.L.;REYGADAS f;朗,M.J.;卡门,D.M.;NELSON, K.L.(2008):评估低成本,使用点,紫外线水消毒技术。见:水与健康杂志:第6卷,53-65页。

紫外线消毒水

本文件股份有关紫外线介绍,消毒机械,紫外剂量计算,微生物估计致死剂量等的信息。

国际潜逃(N.Y):用紫外线消毒水。Burnaby:国际潜逃URL.[访问:17.05.2019]

智能水解决方案

这本小册子在水上提供了使用阳光净化水,有效的低成本水过滤器,低成本滴灌和局部制作的手泵的实例,比进口泵便宜五倍。

NWP(2006):智能水解决方案。井,泵,储存,灌溉和水处理的创新,低成本技术的例子。(=智能水解决方案)阿姆斯特丹:荷兰水伙伴关系(NWP)URL.[访问:06.09.2011]

智能消毒的解决方案

这本小册子是“智能水解决方案”系列的一部分,介绍了农村地区家庭水处理的多种方法和产品。

NWP(2010):智能消毒解决方案。用于安全饮用水的小型消毒产品的例子。(=智能水解决方案)阿姆斯特丹:工具包出版商URL.[访问:17.05.2019]

紫外线水消毒

概述紫外线消毒的过程、优点、局限性、监测和操作。

技术简报(2000):紫外线水消毒。(=国家饮用水信息交换中心的技术简报,15)。URL.[访问:19.05.2010]
案例研究

改进和评估在墨西哥使用的UV管。呈现于(ERG 291/E298)可持续社区设计课程

加州大学伯克利分校的研究人员在墨西哥对一种新设计的紫外线管进行了初步研究。

Datta,E. Hernandez,J. Ming,K.Vergara,S。(2006):改善和评估墨西哥的UV管。为(ERG 291 / E298)设计,可持续社区课程。伯克利:加利福尼亚大学。[访问:19.05.2010]PDF
培训材料

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介绍不同的UV管设计,并结合世界不同国家的实践经验。

Peletz,R. UV管项目设计。伯克利:可持续世界工程师世界的工程师URL.[访问:19.05.2010]
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