紫外線殺菌燈在水處理中的運用
應用中的一般常識
1、 應用領域的分類
----紫外線殺菌燈在水處理領域有廣泛的用途。
----水處理（water treatment）從處理對象分，它包括廢水處理、城市供水處理、飲用水處理、純凈水處理、養(yǎng)殖場水處理；從原理上分，有消毒、殺菌、光分解降解及其它光化反應；從使用紫外線殺菌燈的方法來分，有直接把燈放入水中，稱為浸沒式；紫外線燈放入套管里使用，稱為過流式。（目前主要采用的是過流式的方法。）
----紫外線殺菌燈在水處理主要應用它的殺菌功能，比如過流式的設備工作原理是這樣的：經(jīng)水泵產(chǎn)生壓力的一定流速的水流流過能透紫外的石英套管外圍，紫外線燈產(chǎn)生的254nm紫外線對水進行消毒、殺菌。其特點是水流流速很快，一般在石英外套流過的時間為不超過1秒，因此要求殺菌燈的紫外線強度是很高的，一般要求在表面強度超過30000uw/cm2。要產(chǎn)生如此高的紫外線強度，需選用高強度大功率的紫
外線殺菌燈。如果仍然想通過延長時間來提高消毒效果，那么一般選用較長的燈，做較長的設備，或在不銹鋼外壁上處理成渦流旋轉式結構，來延長水流過的時間。
----對于高檔產(chǎn)品，過流式消毒方法不僅要配較復雜的結構；還有復雜的控制系統(tǒng)，如紫外線強度監(jiān)測系統(tǒng)，水溫監(jiān)測系統(tǒng)，消毒時間累積，紫外線燈監(jiān)控、故障報警、自動聲光報警等系統(tǒng)。此外，過流式設備對環(huán)境與處理對象也有要求，如水的溫度、水的透明度對消毒效果有很大的影響。紫外線殺菌燈工作時表面最佳溫度為
吸收，利用率就越低。
----與過流式相比，浸沒式結構簡單。紫外線殺菌燈直接放在水中，這種方法可用于流動的動態(tài)水，也可用于靜態(tài)水。這種處理方法要注意燈管有可能由于意外情況發(fā)生破裂；長時間處理，燈管表面會被水中藻類等污染物覆蓋，將嚴重影響紫外線透出。
對不同對象的水體進行消毒，主要要了解水質(zhì)變動情況和水對紫外線的透過率。
在水處理，除消毒殺菌外，紫外線燈還用于光催化反應，但目前只停留在試驗室研究階段。
2、產(chǎn)品的一般設計
----對設備的設計，除了相關結構和電控部份設計之外，一項重要指標是消毒效果，消毒效果我們一般用紫外線輻照劑量來衡量，即254nm紫外線輻照強度×照射時間。輻照強度可以根據(jù)外套管離燈管表面距離來測試強度，處理時間要根據(jù)水流量、水壓力、進水管尺寸來定，也可實測。理論上，照射劑量要達到30000uw.s/cm2，劑量越高，對細菌殺滅率越高。
----實際上，照射劑量在系統(tǒng)工作時是很難測試的，主要是水體在設備中流過的時間往往難以估計和測試（這還和設備內(nèi)部結構設計有關），所以通常用水流量和紫外線燈功率的比例關系來衡量消毒效果。
----水流量一定，則需要一定總功率的紫外線燈，但總功率一定，還有多種選擇方案。如果選擇總功率600瓦的紫外線燈，可選擇30只20瓦的燈，也可選擇20只30瓦的燈，還可選擇6只100瓦的燈等。即使單只燈功率一定了，燈的長度還不一定?？蛇x擇較短的高強度燈，也可選擇較長的高效率燈。具體設計時，考慮設備的長度、體積，如果允許設備長，不能太大，則采用細長的燈，這樣支數(shù)相應減少，內(nèi)腔空腔可縮小。相反，設備設計不能長，可大的，則選用紫外線燈管時，宜采用較小功率，支數(shù)較多的。對于選擇支數(shù)較少紫外線燈時流過石英外套管的水層厚度要厚，紫外線在水中比在空氣中更容易衰減，它的衰減系數(shù)比可見光在水中的衰減要大得多。只能允許水層厚度在
2、 燈的選用
----在水處理中，尤其在廢水處理中，應用高強度的紫外線燈是很有必要的。因為如果使用較多數(shù)量的紫外線燈，那么鎮(zhèn)流器數(shù)量也多，線路更復雜，控制部分也更復雜，往往壞一只燈，就要停機更換，檢修。而燈和鎮(zhèn)流器使用數(shù)量越多，壞掉一只的概率也就越大。
----在傳統(tǒng)的紫外線燈中，功率一般只能做到幾十瓦，如傳統(tǒng)規(guī)格40瓦、30瓦。如果用到大流量水處理，總功率需幾千瓦，紫外線燈的數(shù)量要用到數(shù)十只到上百只，設備龐大，控制線路也很復雜。當用大功率的紫外線燈，如300瓦，那么，燈和鎮(zhèn)流器數(shù)量將會大大減少，可簡化設備。提高設備安全可靠性，降低設備的故障發(fā)生率。
----高強度的紫外線燈在水處理中使用，可分別選擇有臭氧和無臭氧燈。所謂有臭氧燈，指這種燈能透185nm譜線（汞的特征譜線），這種譜線在空氣中能電離空氣產(chǎn)生臭氧。據(jù)國外的試驗研究，185nm的紫外線在水中能產(chǎn)生光化反應，即電離H2O產(chǎn)生-OH（羥基），-OH有很強的氧化性，可礦化分解水中的有機物，降低TOC。但是一般的低壓汞燈，本身功率不大，185nm紫外線只占燈管所耗電能的20%，其效果不顯著，只有大功率的紫外線燈才能表現(xiàn)出一定效果。
----在水處理除了應用紫外線燈消毒殺菌之外，還可用到紫外線燈的另外的作用原理。這就是光催化反應。這種原理現(xiàn)已被成功用于空氣凈化。我們在市場上看到的光催化空氣凈化器就是用到該原理。在飲用水和廢水凈化方面，國內(nèi)目前有數(shù)十家大學和企業(yè)在研究，被認為是高效、最有前景的廢水、廢氣治理方法，是國內(nèi)外研究的熱點。
----目前，光催化活性較好的是TIO2。理論上，波長小于387nm的紫外線都能對TiO2激化而產(chǎn)生羥基而起到催化氧化的作用。市場上，我們可看到兩個波長的紫外線燈，一種是254nm，一種是365 nm的紫外線燈，這兩種燈現(xiàn)都已成功用于光催化反應的應用中， 254nm的紫外線燈也就是通常的殺菌燈，是由汞原子發(fā)出的譜線。365nm譜線的燈，通常見到的是采用專用的黑色的透紫外線玻璃；另一種是采用石英玻璃，涂覆365nm的紫光粉，采用石英材料的透光率要高，但其成本也相應增高。
----用在水處理，通常選用254nm的紫外線燈做光催化反應，這實際用到了254nm的雙從作用，一是直接殺菌，一是光催化產(chǎn)生羥基礦化降解和殺菌。
在空氣凈化方面，目前365nm的黑光管和254nm的石英燈都已有人成功運用，本公司已開發(fā)峰值波長為312nm的紫外線燈，該燈種光譜在UV-C、UV-B、UV-A等波段均有分布，可對光催化效率大大提高，是光催化應用首選燈種！
二、應用中的技術難點
1、 結構和控制
----在水處理主要用到紫外線燈的消毒殺菌功能，這種基本原理和方法在數(shù)十年就已被人發(fā)現(xiàn)。在歐美，紫外線消毒技術已是一種普及的技術。在我國，九十年代開始引進該技術。十年來，這種技術做為一種"高科技產(chǎn)品"被努力地推向市場。然而，到目前為止，紫外線消毒產(chǎn)品還遠未在水處理應用中普及。
----沒有普及化的重要原因之一，國內(nèi)生產(chǎn)的紫外線殺菌燈質(zhì)量（主要是壽命）不過關。在水處理行業(yè)。由于設備一般都是24小時運轉，燈的壽命要求高。而國內(nèi)生產(chǎn)的紫外線燈一般也就是1000-2000小時，而且可靠性不高，易出故障。如果用于空氣消毒，壞一只燈可隨時更換；而在水處理設備里，如果壞一只燈，要影響到整個設備、系統(tǒng)，還可能影響其他供水系統(tǒng)和用戶。可以說是安全質(zhì)量事故。因此，紫外線殺菌燈的壽命和可靠性尤其重要。
----第二個原因是產(chǎn)品的結構和控制系統(tǒng)的設計不過關。以家用飲水機為例。據(jù)衛(wèi)生部門的檢測，通過飲水機放出的水，大多數(shù)都是細菌嚴重超標，一些名牌廠家的都是如此。細菌產(chǎn)生的主要原因就是飲水機內(nèi)部長期不清洗而滋養(yǎng)了細菌。數(shù)年前，有人想把紫外線燈用到飲水機上，對系統(tǒng)環(huán)境和水進行消毒和保潔?？傻浆F(xiàn)在，市場上也沒看到飲水機用上紫外線燈。
----造成這種現(xiàn)象主要是遇到結構設計上的難題。紫外線在水中的穿透力很差，一般僅適合于
----有人想到，飲水機主要存在的是二次污染，不是桶裝水帶入的細菌，只要讓內(nèi)膽中的水不受二次污染就可以保持清潔。沒有必要達到紫外線消毒殺菌的劑量。但是，桶裝水不合格的報道我們經(jīng)常見到。顯然，僅僅是對內(nèi)腔進行消毒顯然是不夠的！
2、 光催化反應
----光催化氧化反應機理很復雜。一些納米材料如TiO2粉體復合光催化劑，被紫外線照射后，會產(chǎn)生"電子-空穴"對?？昭ㄓ泻軓姷膿浍@電子的能力，遇到水分子后，水分子被奪去電子形成羥基（-OH），羥基有很強的化學活性，它能破壞有機物的化學鍵，達到曠化分解有機污染物的目的。
----與其他的新技術、新方法一樣，光催化有他的新穎、實用的一面，也有其局限性的一面。從目前的國內(nèi)外的研究和一般客戶的應用情況看，光催化有其以下的局限性：
----1、光催化不管用在空氣還是用在水里，其"光解"的作用效率是"有限的"。不能夸大他的作用。它只能處理雜質(zhì)含量很低的空氣和溶液，而且處理時間較長。比如空氣凈化，只能用于污染氣體（如家居室內(nèi)）較輕的環(huán)境，而不能用于如廢氣、廢水等的凈化。
----2、光催化作用只能局限于光觸媒表面附近。也就是說，雜質(zhì)分子或離子只能經(jīng)過光觸媒表面才能被降解。因為光催化產(chǎn)生的活性離子羥基（-OH）從產(chǎn)生到消亡的時間非常短，（小于10-6秒），他既不能在水中"游泳"，也不能在空中"飛舞"。而象紫外線可以穿透一定水層（盡管它在水中衰減嚴重），臭氧、氯氣可以溶解在水里，隨水漂流，作用時間可達數(shù)十分鐘。
----3、光催化活性易受外界因素影響。如水中某些離子對光催化分解有促進作用，也有些離子或分子對光催化有"中毒"作用?？諝庵械臐穸葘獯呋Ч灿杏绊?。還有一點：必需有水分子光催化才能進行。在儀器設備工作過程中，光催化實際效果往往難以實測和加以判斷。消費者難以通過"感性認識"來感觸高科技的魅力！
----4、無法測定"光解因子"。以消毒殺菌為例，《消毒技術規(guī)范》介紹有生物滅菌試驗方法。（這種試驗方法程序復雜，成本較高，一般只有市級防疫部門試驗室才有條件做。）通常情況，我們可測試消毒因子。如紫外線消毒，我們可測試254nm紫外線強度，化學消毒可測試化學因子如環(huán)氧乙烷、臭氧的濃度，而光催化反應，目前無法測試所謂"因子"，如羥基（-OH）濃度就無法測試，原因是一其存在時間很
短，二也無恰當方法測試。是"摸不著、看不見"的東西。
----正視其局限性，才能有針對性的進行相關試驗，實施技術突破。我們在這方面研究取得了相應成果。
----我公司通過大量試驗，掌握了光催化反應的基本試驗數(shù)據(jù)，研究成果正在推向產(chǎn)業(yè)化。我公司和一些企業(yè)合作已把光催化用于空氣、水的凈化，還成功把其他催化反應和光催化結合用于實踐。在光觸媒的選用、涂覆，提高反應效率，反應器結構的制造，紫外線燈規(guī)格選用有較豐富的經(jīng)驗。我們充分發(fā)揮了光催化的優(yōu)越性，突破了其局限性，是光催化產(chǎn)業(yè)化應用的典范。
----我公司把取得的成果愿意與廣大想利用光催化反應制造各種產(chǎn)品的廠家共同分享--其實我們早已這樣做。我們不僅為你提供優(yōu)質(zhì)、合適的紫外線燈產(chǎn)品，提供可靠的試驗數(shù)據(jù)，也為你的結構設計出謀劃策，直到產(chǎn)品成功！
三、華星光電紫外線燈產(chǎn)品和企業(yè)優(yōu)勢
1、 產(chǎn)品技術優(yōu)勢
----A、 大功率高強度
----前面我們已經(jīng)講到，在水處理，由于他的使用特點要求紫外線有很高的壽命和可靠性。
- ----對于低壓汞燈，如熒光燈，功率一般只有幾十瓦，如果把功率做到上百瓦，就被認為"有很高的技術含量"。因為功率做大，燈管的管壁負載就會增加，這樣往往會縮短壽命，或者大大降低光的輸出效率。
----大功率紫外線燈我們現(xiàn)已可做到300瓦以上。這種燈的管流超過
----更大功率的紫外線殺菌燈我們正在研制，燈管電流超過
B、 高可靠性
----國產(chǎn)石英紫外線燈的突出問題是可靠性差，易出現(xiàn)的問題是慢性漏氣，這是石英紫外線燈的"超級殺手"。也是水處理行業(yè)領域最可怕的敵人。不難想象，當整個系統(tǒng)（比如：過濾、沉淀、離子交換、消毒殺菌、嚗氣、絮凝等設備）運轉時，突然一只或幾只紫外線燈熄滅，那么意味著，如不及時更換，消毒殺菌的效果要受到嚴重影響。另一方面，頻繁更換，也會增加成本。為防止此類現(xiàn)象發(fā)生，還要增加監(jiān)
視和報警系統(tǒng)。
----我們在生產(chǎn)工藝和設備上有較高的保障能力，確保產(chǎn)品的一致性；另一反面，我們特為水處理用的紫外線燈生產(chǎn)、檢驗、測試、庫存制定一套"特殊程序"，即使有可能紫外線燈有質(zhì)量問題，我們也可通過"特殊程序"來發(fā)現(xiàn)，而做到出廠的燈合格率幾乎接近100%，這就是我們對水處理的重視和承諾！
2、 技術服務
----紫外線燈的應用很專業(yè)，在水處理的運用更專業(yè)。我們不僅可提供紫外線燈產(chǎn)品，還可提供相關技術服務。
----我公司技術發(fā)展中心既承擔新產(chǎn)品開發(fā)，也負責對客戶的技術咨詢和服務等工作。我們有來源廣泛的信息資源，有多學科的研究開發(fā)隊伍。有專業(yè)知識扎實的專材，也有掌握多門專業(yè)知識的廣材。我們還有全國聞名的資深望重的專家、顧問隊伍，這些都為我們技術設計和技術服務提供可靠的保障。
----紫外線燈在各行業(yè)領域的應用正處在開發(fā)初期。在水處理領域，既有廣泛的商機，也有很多的挑戰(zhàn)。
----我們在過去幾年，我們甚至沒花一分錢的廣告，之所以迅速占領市場，除了我們的燈做得好，另一個重要原因就是有強大的技術服務能力。只要客戶真心需要，有機會與我們交流，我們合作的機會就很大。我們的技術有一半做產(chǎn)品，有一半提供給我們的客戶，幫助客戶發(fā)展。這種合作關系能為我們開發(fā)不斷提出新問題，指引發(fā)展方向；也能為客戶新產(chǎn)品開發(fā)少走彎路，提高成功機會。
----與我們成功合作的"樣板工程"有如下企業(yè)和產(chǎn)品：
·臺灣某科技企業(yè) 家用凈水機
·順德某著名飲水機企業(yè) 家用飲水機
·上海某科技公司 光催化空氣凈化機
·順德某電器公司 消毒柜
順德某空調(diào)設備公司 家用空調(diào)
----以上企業(yè)都是從產(chǎn)品的研發(fā)初期找到了我們。我們從產(chǎn)品的結構設計，工作原理，選用紫外線燈的規(guī)格，市場情況，都給予了他們很大的支持。目前我們這些客戶的產(chǎn)品均已批量上市。
