劉文君副教授談紫外消毒技術
來源：中國水網()
世界范圍內家采用紫外消毒工藝處理飲用水的是法國馬賽的一家自來水廠，時間是1910年。之后，在供水行業(yè)以及污水行業(yè)紫外的應用一直沒有什么大的進展。長期以來在中國乃至世界范圍內，一直占據著大部分的消毒市場。相對而言歐洲采用紫外消毒的比重略高于其他國家及地區(qū)。自90年代開始，紫外線消毒技術得到了迅速的發(fā)展。爆發(fā)于2003年的非典以及2002年的《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》的頒布，使得紫外消毒在污水領域開始有了進展。中國建設部于2005年11月通過《城市給排水紫外線消毒設備》標準，該標準的頒布規(guī)范了紫外消毒設備，為將來打開紫外消毒市場奠定了基礎，新的水質標準即將出臺，新標準出臺能否促進促進紫外消毒設備在自來水廠的應用？紫外消毒本身是否還有一些亟待解決的問題，紫外消毒設備本身質量如何？帶著這樣的疑問，中國水網采訪了紫外領域的專家——清華大學環(huán)境系紫外消毒中心主任劉文君副教授。
紫外的優(yōu)缺點及經濟性
紫外開始的歷史很早，而60年代由于紫外燈管本身的技術（規(guī)模小、壽命短、穿透率低）限制了紫外線的發(fā)展。90年代后紫外才開始在污水領域得到應用，紫外線現在在自來水領域也有很多大規(guī)模的應用，如規(guī)模為820萬m3／d的紐約自來水公司，因為水源水質非常好，只簡單經過沉淀、消毒后就向用戶供水了。93年美國城市隱孢子蟲爆發(fā)，因為沒有過濾工藝，紐約自來水公司經過經濟對比，選擇了紫外消毒來應對隱孢子蟲。。
除了紐約，華盛頓特區(qū)還有一個規(guī)模為100萬m3／d的水廠采用了紫外消毒。大慶的東風水廠是我國國內家應用紫外線消毒技術的自來水廠。
當問及幾種消毒方式的經濟性時，劉老師說在幾種常見消毒方式中，和紫外比較經濟，傳統的氯消毒的成本一般是0.5～1分錢/噸水，而紫外的成本也就１分錢/噸水，有一定的可比性。以他們在廣州東莞的實際實驗數據，按照東莞的電價，采用紫外大腸桿菌和細菌的去除效果可以達到５log～6 log，即99.999%～99.9999%，電方面的成本是1.3分/噸水。隨著紫外燈管的壽命的延長，成本基本不再是困擾紫外消毒的問題了。
劉老師談到，紫外得到發(fā)展的誘因主要體現在以下三方面：
一、兩蟲（隱孢子蟲、賈第蟲）的問題。國外一般采用生飲水，水中隱孢子蟲的發(fā)現成為紫外應用的主要原因（紫外可以殺死隱孢子蟲）。盡管中國的飲水習慣保護了大眾的健康，但提高供水水質提供直飲水將是一個趨勢，中國目前新的水質標準已將隱孢子蟲和甲滴蟲列入。
二、消毒副產物的問題。中國目前各水源都受到不同程度的污染，消毒副產物是個比較普遍存在的問題，對人體的危害比較大，如三鹵甲烷、鹵乙酸等是致癌物。鹵乙酸由于沸點比較高在燒開后可能會濃縮。臭氧有溴酸鹽的產生，今年1月4日美國新的消毒副產物法公布，對鹵乙酸、三鹵甲烷、溴酸鹽、亞氯酸鹽等指標的目標值和現在值做了修訂，三鹵甲烷是80μg/l， 鹵乙酸是60μg/l ，溴酸鹽是10μg/l ，亞氯酸鹽是1.0mg/l，包括臭氧消毒或氧化的溴酸鹽等副產物在將來不能檢出。而事實上水中實際存在的消毒副產物比標準中規(guī)定的副產物要多很多。
三、從安全上講，有一定風險，在運輸、使用過程中都有泄漏的風險。劉老師笑談到恐怖活動利用的工具是。一個罐可以造成幾萬人的傷亡。
從這三方面講，紫外不需要投加化學試劑，消毒效果也不錯，有一定的優(yōu)勢。但是任何一種消毒技術都有利弊，紫外消毒同樣有一定的缺點：
一、管網的持續(xù)消毒效果。中國的水質標準中規(guī)定管網必須維持持續(xù)的消毒效果，這是大家比較關心的問題。劉老師講到可以采取以下幾種措施解決：一是用氯胺補充；氯胺的持續(xù)性比較長，消毒副產物鏈很小，但是消毒效果比氯和紫外線差。國內常用的是用氯+氯胺。二是在歐洲一些水質較好的地方不加余氯。他們認為加氯后會產生很多副產物。如aoc指標低于10～20μg/l時，則不需要加氯；當aoc指標在50～100μg/l時，才加氯。劉老師的課題組針對這方面做了大量研究工作。研究發(fā)現，盡管有足夠的余氯，仍然能檢測出大量的微生物。不過就中國目前的現狀而言（水質的生物穩(wěn)定性很差，城市的管網很大，管網系統老化和管理不嚴格），不加氯不太現實，但將來在一些管網較短的小地方可以實現。
二、復活的問題。當就大家普遍關心的采取紫外消毒細菌是否會復活的問題問劉老師時，他說紫外消毒的原理只是多聚化，破壞遺傳能力讓dna不能復制，在一定的光照的條件下也會發(fā)生解聚，而管網的水基本在封閉的狀態(tài)，復活的問題不用那么擔心。他還談到即使是加氯也可能由于微生物的自我修復功能而復活。因此關鍵的問題是將有機物降低。
三、紫外與氯消毒的趨勢相反。氯消毒的優(yōu)先性依次是病毒>細菌>原蟲，而紫外則正好相反：原蟲>細菌>病毒。即紫外對病毒的去除效果差。尤其是腺病毒和輪狀病毒：當200mj/cm2 時，才只有4 log的腺病毒的去除。*飲用水的紫外線消毒標準的劑量只有40mj/cm2。因此的辦法是氯消毒與紫外相結合，這樣也符合水質安全保障中的多級屏障的概念。
紫外在應用上也有很多限制因素，如怎樣保證劑量合適、怎樣保證系統的穩(wěn)定性、怎樣保證正確的清洗都是一些關鍵的因素。這些研究國內相對做得較少。劉老師他們正在做這方面的工作，希望用數據為大家提供一些實際的經驗。
至于究竟采用什么工藝，講到水廠設計原則時，劉老師用了三句話簡而概之： “水質安全優(yōu)先；工藝單元互補；經濟成本合理?！?br>紫外的第三方驗證
劉老師一直希望清華大學的紫外研究中心能成為中國的紫外消毒設備第三方驗證中心。他說理論上紫外線反應器的計量都是不可靠的，必須采用生物驗證實驗計量反應關系。紫外線是比較新的技術，在短短的5年時間內就用于飲用水行業(yè)。作為相對保守的飲用水行業(yè)，這是以前從未有過的，而由于微生物的實驗又比較專業(yè)，目前沒有一個專門的機構來檢測。這就需要獨立的第三方驗證。飲用水關系到人類的健康，紫外消毒的劑量不象余氯那樣可以實時檢測，因此必須保證系統的穩(wěn)定性、設計的合理性來減少風險。而由于知識的缺陷。有些公司由于設計不合理達不到要求，給雙方帶來損失，因此必須有專門的有這個資質的機構來進行驗證，減少風險。從未來講，需要的機構來承擔這個工作，但是目前在中國只有一些研究機構具備這個能力。
因此，在美國環(huán)保署的標準中和國內的紫外標準中明確規(guī)定有第三方驗證。第三方驗證的需求也是非常大的。目前美國有2家第三方驗證中心，hydroqual機構是其中之一，規(guī)模是20萬m3/d。
關于《城鎮(zhèn)給水和污水紫外線消毒設備》標準
中國建設部于2005年11月通過《城市給排水紫外線消毒設備》標準，該標準的頒布一度引起了一些爭議，該標準是由一家生產和銷售紫外消毒設備的公司參與制定的，很多人認為不應該只是由一家公司來制定，其中的很多地方會出于該公司的利益而有失公允。
實際上，當時該標準的制定有一定的歷史原因。在標準發(fā)布后，06年的2月份，建設部曾組織專家討論過該問題，后達成一致意見。專家們認為標準的主體是好的，關鍵的四個劑量很合適，只有個別術語是否嚴格有待斟酌，這就需要在以后的修訂版中進一步完善。此外，一個標準重要的評價是是否有利于保護行業(yè)的健康發(fā)展，該標準90%以上是合適的，其對推動行業(yè)發(fā)展起了很大的積極作用。
據聞，環(huán)?？偩忠舱谥贫P于污廢水紫外線光氧化消毒的一個標準，至于兩個標準是否會有沖突還不得而知。在中國沒有一個機構來統一制定標準，這就需要協調。
劉老師提到，國外做標準時，會提出限值、目標值以及采用的方法。而國內的標準則只有限值，在制定標準時是否有依據，是否符合國情都是我們應該考慮的，國外制定標準的方式無疑會給我們很好的參考。
此外，劉老師補充講了講紫外線高級氧化的效果。紫外線與過氧化氫或是臭氧聯合的效果非常好，他們從荷蘭pwn水廠處理飲用水中微量農藥的工程實例考察回來，其采用紫外線+過氧化氫處理效果非常好。2005年年底發(fā)生在哈爾濱的松花江水污染事件，終通過投加活性炭得以解決，但是活性炭只是將污染物從水相轉移到固相，并沒有根本去除硝基苯，還必須進一步對活性炭進行適當處理，實驗室研究表明，紫外線為基礎的高級氧化技術對硝基苯有十分好的分解效果，因此從長期效果看，紫外線＋過氧化氫無疑是一種可以考慮的技術。
劉老師后說，在中國紫外線的使用仍然缺少經驗，有很多的問題需要解決，目前他所在的紫外消毒中心正在進行深入的研究，不久的將來紫外會有比較好的應用，其前景是光明的。
（中國水網 史瑛、謝曉慧）