摘要：結(jié)合B市M單位自備井微生物污染事件及應(yīng)對過程，以小規(guī)模供水單元突發(fā)性微生物污染為背景，將飲用水紫外線消毒器作為應(yīng)對手段，考察了紫外強(qiáng)度、紫外線穿透率對紫外線消毒效果的影響，并研究了大腸桿菌可見光復(fù)活。結(jié)果表明：較大劑量時，紫外強(qiáng)度對消毒效果的影響會減弱甚至不產(chǎn)生影響；在相同紫外強(qiáng)度條件下，紫外線穿透率對紫外線消毒效果的影響顯著；可見光復(fù)活會明顯降低紫外線消毒效果，影響程度與投加劑量有關(guān)。M單位處理效果證明飲用水紫外線消毒器在應(yīng)對小規(guī)模供水單元突發(fā)性微生物污染方面具備安裝簡便、快速、處理效果好等特點。

關(guān)鍵詞 ：紫外線消毒 紫外線穿透率 可見光復(fù)活 應(yīng)急消毒技術(shù)

紫外線消毒作為消毒技術(shù)，目前的運用越來越廣泛，尤其是在歐美等發(fā)達(dá)國家的水廠和污水處理廠，為了控制“兩蟲"大量使用飲用水紫外線消毒器和污水紫外線消毒器消毒技術(shù)。紫外線殺菌器消毒的原理是紫外線對微生物的遺傳物質(zhì)(脫氧核糖核酸DNA或核糖核酸RNA)有破壞作用，使得微生物在吸收了一定劑量的紫外線后，DNA的結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞，細(xì)胞失去活性，無法繁殖，細(xì)菌數(shù)量大幅度減少，從而達(dá)到滅菌的目的。

目前，水污染事件在我國發(fā)生的頻率越來越大，從松花江的硝基苯污染到太湖藻類大爆發(fā)，再到赤峰的飲用水污染導(dǎo)致多人腹瀉事件，這些事件的教訓(xùn)要求我們要快速提高應(yīng)付水污 染事件的應(yīng)急技術(shù)及能力。同時要注意推進(jìn)污水紫外線消毒器在污水處理中的應(yīng)用。

紫外線消毒器價格成本低廉，紫外線殺菌器具有安裝簡便快速、占地小、殺菌廣譜等優(yōu)點，適合應(yīng)用于小規(guī)模供水單元的消毒。本文以B城 市 M區(qū)域的垃圾滲濾液流入飲用水水源井造成的大腸桿菌污染事件為例，介紹利用紫外線消毒器價格優(yōu)勢和消毒技術(shù)來解決小規(guī)模供水單元突發(fā)性微生物污染事件。

1案例分析

1．1水污染突發(fā)事件介紹

B市M區(qū)域有水源井兩口，主要給附近居民提供生活用水。水源井出水經(jīng)二氧化氯消毒后供給居民，平時出水水質(zhì)符合國家生活飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。2009年7月，水質(zhì)檢測報告顯示，大腸桿菌10 個／lOOml，嚴(yán)重超標(biāo)。據(jù)調(diào)查，造成水污染的原因為水源井西側(cè)的垃圾填埋場滲濾液匯入。

1．2應(yīng)急處理方案

在水源井與二氧化氯消毒之間的管段做一旁通，在應(yīng)急處理期間以前的管段閥門關(guān)閉，水流先經(jīng)過紫外線消毒設(shè)備再進(jìn)行二氧化氯消毒，安裝簡單操作方便，可以滿足應(yīng)急處理的要 求。

1．3紫外線消毒器系統(tǒng) 紫外線消毒設(shè)備為管道式，在管道內(nèi)豎向排列六根紫外燈管，紫外燈為低壓高強(qiáng)燈，每根燈管的功率為300W 。紫外線消毒設(shè)備設(shè)置進(jìn)水口和出水口，在外壁上設(shè)置強(qiáng)度監(jiān)測探頭。

2影響因素分析

為了更好的發(fā)揮紫外線消毒設(shè)備應(yīng)對突發(fā)微生物污染的效能，避免出現(xiàn)紫外滅活效率低下的現(xiàn)象，本文分析了紫外強(qiáng)度、紫外透光率以及可見光復(fù)活幾種因素對大腸桿菌的滅活效果的影響。

2．1實驗 裝置及方法

紫外照射采用內(nèi)置紫外燈管的準(zhǔn)平行光束儀，紫外照射后，檢測水樣中的大腸桿菌數(shù)量。平行光束儀由紫外燈、紫外燈校平管、水樣照射平臺組成，裝置如圖4所示。紫外線燈管的安裝要求確保輻射光垂直樣品表面，水樣照射平臺可以放置磁力攪拌器及盛水容器，照射平臺可以上下調(diào)節(jié)，通過改變與燈管之間的距離可以得到不同的照射光強(qiáng)。使用磁力攪拌器和細(xì)小的磁力轉(zhuǎn)子，以確保水樣充分混合，使水樣得到均勻照射。本次實驗所用平行光束儀燈管為低壓燈，輸出波長254nm。

根據(jù)紫外協(xié)會推薦方法得到平均紫外強(qiáng)度，通過劑量公式得到紫外線消毒劑量。D = I-t

式中，D——紫外線劑量 (mJ／cm )；，——平均紫外強(qiáng)度 (mW／cm2)；一 照射時間 (S)。利用對數(shù)滅活率評價消毒效果，rl=lg(NoIN)式中，q——對數(shù)滅活率；N0_一紫外線照射前水樣中的菌數(shù)；N——紫外線照射后水樣中的菌數(shù)。

2．2NgI-~．度對大腸桿菌滅活效果的影響

紫外線殺菌器的紫外線劑量是紫外線消毒的重要指標(biāo)，劑量的大小決定了對微生物的殺滅效果，劑量用光強(qiáng) 與照射時間乘積來表示。但是同一劑量條件下，不同的光強(qiáng)和照射時間組合可能對紫外滅活效果產(chǎn)生影響。本次試驗研究了相同劑量條件，不同光強(qiáng)對滅活效果的影響，光強(qiáng)分別取0.007，0.054，0.084 mW／cm。隨著紫外劑量的增加，滅活率相應(yīng)增大，這符合常規(guī)。另外，相同紫外劑量情況下，各紫外光強(qiáng)度對應(yīng)的滅活率不同，尤其是在劑量0～10mJ／cm 區(qū)間 ，紫外光強(qiáng)為0.007mW／cm的曲線比光強(qiáng)為0.054~H0.084 mW／cm 的曲線明顯偏低，這與清華大學(xué)張永吉的研究結(jié)果一致口。這種現(xiàn)象說明滅活率不只是由劑量決定，紫外光強(qiáng)度的大小對滅活率也有一定的影響。從曲線還可以看出，當(dāng)劑量較大時，強(qiáng)度對滅活的影響會減弱甚至不產(chǎn)生影響，即在大劑量條件下，可以不用考慮強(qiáng)度的影響。

對于現(xiàn)場紫外線消毒設(shè)備而言，要避免出現(xiàn)紫外強(qiáng)度較小的區(qū)域，這就要求紫外燈之間的間距或紫外燈與管壁間距合理設(shè)計，使進(jìn)水得到紫外燈均勻照射。另外要設(shè)計足夠的紫外劑量，因為在大劑量條件下，強(qiáng)度的影響可以忽略。上述工程實例中的紫外線消毒器，在紫外強(qiáng)度較小的管壁處安裝了強(qiáng)度測定探頭，可隨時監(jiān)測管壁處的光強(qiáng)。運行一段時間后，紫外燈管會出現(xiàn)結(jié)垢，光強(qiáng)降低，為了避免光強(qiáng)對滅活的影響，需對燈管進(jìn)行清洗。

2．3紫外線穿透率對大腸桿菌滅活效果的影響

在紫外線殺菌器消毒中，一般用紫外線穿透率來描述吸光物質(zhì)對紫外線透射的影響。不同水質(zhì)條件的水樣具有不同的透光率，對紫外線消毒效果的影響則不同。本次試驗研究光強(qiáng)、時間恒定條件下，紫外線穿透率對滅活率的影響效果。

紫外穿透率

紫外穿透率與大腸桿菌紫外滅活率關(guān)系曲線

可以看出，在本次實驗條件下，隨著紫外穿透率的增加，大腸桿菌的滅活率增大，紫外穿透率為60％、90％所對應(yīng)的大腸桿菌滅活率分別為1.43 和3.37 ，差值接近21g，這表明紫外穿透率對大腸桿菌的滅活率影響顯著。

在紫外線消毒設(shè)備工藝設(shè)計上一定要考慮水的紫外穿透率，要盡量降低水的紫外穿透率 ，這樣可以在較小的強(qiáng)度條件下達(dá)到較大的紫外滅活效果，節(jié)省運行成本。地下水一般情況下，濁度色度較低，吸光物質(zhì)較少，紫外線穿透率較大，有利于紫外線對微生物的滅活。但是 ，地下水中容易帶有沙粒，鐵錳含量較高或遭受有機(jī)物污染的地下水色度較大，這都會降低紫外穿透率，從而降低滅活率。基于上述因素，現(xiàn)場紫外線消毒器的光強(qiáng)除了滿足消毒要求之外，要留有一定的余量 ，保證地下水紫外透光率降低所帶來的影響。

2．4可見光復(fù)活對大腸桿菌滅活效果的影響

很多種微生物被紫外線殺菌器的紫外線照射后，可以在可見光照射下修復(fù)紫外線造成的DNA損傷，重新獲得活性，從而削弱消毒效果，威脅消毒出水的安全性。這種依靠可見光修復(fù)DNA損傷的現(xiàn)象叫做光復(fù)活。本次試驗的目的是了解微生物經(jīng)紫外照射，再經(jīng)可見光照射，其可見光復(fù)活情況，從而得到光復(fù)活對紫外滅活的影響效果。可見光照射試驗光源為太陽光，照射時間段為7月中旬11點至13點，可見光照射時間段分別為0.5、1、2h，用復(fù)活百分比和復(fù)活速率來表征可見光復(fù)活程度，復(fù)活百分比為復(fù)活菌數(shù)與可見光照射前滅活菌數(shù)的比值；復(fù)活速率為復(fù)活菌數(shù)與復(fù)活時間的比值。

可以看出，紫外照射前、紫外照射后及光復(fù)活后，大腸桿菌的數(shù)量變化情況。紫外照射后，大腸桿菌數(shù)量減少，可見光照射后，大腸桿菌部分復(fù)活，數(shù)量增多。實驗中三種劑量條件下結(jié)果對比發(fā)現(xiàn)，紫外照射后，劑量分別為 l、3、5mJ／cm 所對應(yīng)的大腸桿菌數(shù)量遞減，經(jīng)可見光照射后，三種劑量對應(yīng)的菌數(shù)量也依次遞減。劑量1、3、5 mJ／cm 所對應(yīng)的復(fù)活百分比為35.1％、12.2％,no．8％。這說 明大劑量不但可以提高大腸桿菌的滅活率，同時可以控制大腸桿菌的復(fù)活數(shù)量。

這說明經(jīng)可見光照射，被紫外滅活的大腸桿菌可部分復(fù)活。紫外劑量為1 mJ／cm ，可見光照射0.5h，復(fù)活基本穩(wěn)定，紫外劑量為3、5 mJ／cm ，可見光照射1h，復(fù)活基本穩(wěn)定。紫外劑量為 1、3、5時 ，可見光照射復(fù)活速率分別為5．20×10~／h、 1．21×106／h~H8．36×10 ／h。以上數(shù)據(jù)可知，實驗給定的小劑量紫外照射復(fù)活較快。

由于可見光復(fù)活對紫外滅活效果有影響，大劑量可以控制可見光復(fù)活，所以現(xiàn)場紫外線消毒設(shè)備的紫外劑量除了滿足滅活要求之外，盡量要留有控制光復(fù)活的余量。為了控制大腸桿菌的可見光復(fù)活，工程中現(xiàn)場消毒工藝為紫外線消毒器與二氧化氯聯(lián)合消毒。

3工程參數(shù)確定及處理效果

3．1紫外線消毒劑量及紫外線殺菌器設(shè)備處理流量

工程參數(shù)設(shè)計考慮紫外強(qiáng)度、紫外線穿透率以及可見光復(fù)活的影響。現(xiàn)場參數(shù)確定考慮不利因素為zui小紫外線穿透率為60％，可見光照射為1小時，經(jīng)現(xiàn)場試驗，當(dāng)單根燈管處理流量為50m/h時，出水大腸桿菌*滅活，且經(jīng)可見光照射后，大腸桿菌未見復(fù)活，經(jīng)平行光束儀試驗得知，有效劑量達(dá)~1]20mJ／cm 。考慮紫外燈老化以及燈管結(jié)垢的影響，zui終選擇單根紫外燈處理流量為20m／h，紫外線消毒器處理流量為120m／h。

3．2處理效果

本工程主要工作為管線的改造與安裝，在原有的供水管上做一三通，連接飲用水紫外線消毒器，購買管材、布設(shè)管線、設(shè)備安裝調(diào)試總用時為兩天。被垃圾滲濾液污染的井水，經(jīng)紫外線消毒設(shè)備處理后，再經(jīng)二氧化氯消毒，出水大腸桿菌沒有檢出。紫外線消毒設(shè)備在運行期間運行狀況良好，均未發(fā)現(xiàn)大腸桿菌超標(biāo)現(xiàn)象。

4結(jié)論

4．1 紫外光強(qiáng)為0．007mW／cm 的滅活率比光強(qiáng)為0.054~1.084mW／cm 的滅活率偏小，說明相同劑量下，低強(qiáng)度的紫外線滅活效果要差于高強(qiáng)度紫外線。另外，劑量較大時，強(qiáng)度對滅活的影響會減弱甚至不產(chǎn)生影響。

4．2紫外線穿透率對大腸桿菌的滅活效果影響顯著。表面光強(qiáng)、照射時間恒定條件下，紫外線穿透率為60％、90％所對應(yīng)的大腸桿菌滅活率差值達(dá)21g左右 。

4．3 劑量分別為 1、3、5 mJ／cm 照射 后 ，菌數(shù)量遞減 ，經(jīng)可見光照射后，菌數(shù)量也依次遞減。說明大劑量不但可以提高大腸桿菌的滅活率，同時可以控制大腸桿菌的復(fù)活數(shù)量。紫外劑量為1、3、5N，可見光照射復(fù)活速率分別為5.20×10106h、1.21×10。／h 和8.36×10／h。說 明小 劑量 紫外 照射 后 可見 光復(fù) 活 較快。現(xiàn)場消毒工藝為紫外線與二氧化氯聯(lián)合消毒，可控制大腸桿菌的可見光復(fù)活。
4．4 現(xiàn)場試驗單根紫外燈處理流量為50m／h，出水大腸桿菌*滅活，有效劑量達(dá)~U20mJ／cm ，考慮紫外燈老化以及燈管結(jié)垢的影響，選擇單根紫外燈處理流量為20m ／h，紫外消毒設(shè)備處理流量120 T／h。紫外消毒設(shè)備運行期間，處理效果較好，大腸桿菌均未檢出。 4．5本工程表明紫外線消毒設(shè)備對水源井突發(fā)性微生物污染處理*，紫外線消毒器設(shè)備安裝容易、用時短、操作方便，可以滿足應(yīng)急需求。