紫外线诠释
紫外线消毒基础知识
众所周知，强烈的阳光可以杀死细菌，病毒，霉菌和孢子。 大约一个世纪以前，科学家们发现引起这种众所周知的效应的光谱部分主要是在UV-C光谱中。
什么是紫外线（UV）？
紫外线是太阳辐射的自然成分。 它是在可见光和X射线之间的波长范围在100nm – 400nm的电磁光谱。 UV可以进一步分为UV-A，UV-B，UV-C以及真空UV。
什么是UV-C？
波长在220nm和290nm之间的UVC被认为具有显著的“杀菌”特性。 UV-C光几乎完全被地球大气层过滤掉了，因此要利用其杀菌特性，我们必须在地球上使用商业生产的UV灯人工产生它。
UV-C如何消毒？
当紫外线照射微生物时，它会穿透其DNA，破坏腺嘌呤和胸腺嘧啶的结合，通过阻止细菌、病毒、孢子和霉菌的繁殖和感染，从而有效地灭活它们。
获取更多信息我们如何产生UVC光？
有两种主流的UVC灯管技术用于工业和市政领域:
- 汞齐灯可在254nm处提供单色（单波长）输出，并将30％以上的电能转换为UVC。 这种灯效率高，但能量密度低，这意味着它们的功率相对较低（100至800 W）且长度较长。 当效率是关键时可使用它们，但较大的多灯系统可能体积庞大且难以维护。
- 中压灯可在宽光谱范围内提供多普段光谱输出。这可以有助于匹配目标微生物的敏感性，但它们的能效较低（约15％）。 相反，它们功率高（1kw至24KW）且长度很短，这意味着您在较小的腔体中需要的灯较少。
这两种灯管技术提供了反应器设计的选择，使我们能为特定的应用权衡尺寸和效率的优缺点。 由于我们自主生产这两种类型的灯管，我们处于独特的位置，可以评估这些竞争的特征，从而获得“针对不同行业应用进行优化的紫外线系统”的解决方案。
低压
中压
中压vs低压：您可以根据自己的情况在高效率和紧凑型之间做出选择
1 支中压灯输出= 5支低压灯输出
获取更多信息使用低压灯或中压灯的好处：
| 低压 | 中压 | 理由 | |
| 低功率使用 | 低压灯效率更高，但功率较低 | ||
| 在大流量时效率更高 | 中压灯比低压灯具有更高的功率密度，因此一支中压灯可以比单支低压灯处理更大的流量。 | ||
| 空间限制 | 具有相同紫外线输出的中压灯管大约是低压灯长度的三分之一，因此中压系统要小得多 | ||
| 灯管寿命 | 低压灯管通常可持续9000至15000小时，而最新一代的中压灯管则可持续9000小时 | ||
| 节省维护成本和使用备件 | 在相同条件下，中压UV系统通常比低压系统占地更小，使用的灯管也更少 |
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| 杀菌效率 | 中压可产生更高的紫外线能量，不仅可以破坏微生物的DNA键，而且还会破坏细胞壁。一些微生物对由中压灯产生的多普段波长更敏感。 | ||
| 低运行温度 | 低压灯工作时表面温度约120°C，而中压灯则在600°C到800°C之间 | ||
| 高水温的影响 | 中压紫外线系统工作时几乎不受水温的影响，而低压只能在5-40°C之间运行 |
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| 在零流量的情况下，可以保持灯管较长时间开启 | 低压系统在零流量时可以比中压系统运行更长的时间 |
紫外线处理系统的主要特点
紫外线腔体：这是一个反应器，流体通过它流动并接受紫外线照射。它有一个入口和一个出口，可以连接到您的管路上，并且作为压力容器进行设计和测试。腔体可以是轴流，交叉流动或U形。
石英套管内的紫外线灯：紫外线灯被密封在石英套管内，以保护其免受水或液体侵蚀，同时允许UVC波长通过。可以通过调整石英纯度来控制通过的波长。石英套管通过灯管两端法兰或支撑框将其固定在适当的位置。
紫外线强度传感器：该仪器测量穿过水层并到达传感器的紫外线强度（W/cm2）。该强度用于计算正在传输的紫外线剂量(mJ/cm2)。
温度传感器：高温情况下硬接线跳闸可自动直接关闭系统，而内置热电偶可以让控制系统直接显示测量温度。
自动擦拭系统：就像汽车上的雨刷可以清洁挡风玻璃一样，自动擦拭系统可用于清洁石英套管，而无需中断水处理过程。擦拭系统用于水预处理和可能形成固体或水垢沉积物的污水系统。RO或去离子之后不需要自动清洗。在某些型号的设备上会提供化学品辅助擦拭系统。
电源和控制柜：为用户提供有关UV系统性能的信息，并控制灯管的电源。
UVT仪表：一些系统需要一个传感器来测量进水紫外线透光率（UVT）的变化。这将反馈到系统控制器，使其调节功率以确保维持所需的剂量不变。我们的PQ EO，PQ AF和PQ AL系列内置了UVT校正功能来验证算法，不需要单独的UVT仪器。
流量计：如果流量发生变化，您想优化能源消耗，则需要向UV发出流量信号，以便可以调节功率匹配流量。
获取更多信息紫外线设备如何选型？
为紫外线设备选型时，需要考虑三个关键参数：
- 水质
- 水流量
- 需要灭活的目标病原体
要充分理解UV系统选型的原理，需要更详细地检查每个参数。
紫外线穿透率（UVT）
需要消毒的水的水质至关重要，在所有水质参数中，紫外线穿透率（UVT）是最重要的。 UVT决定了UV-C光穿透水到微生物体的难易程度。
UVT的测量方法是通过在石英比色皿中采集水样，并在254nm时通过样品进行紫外线检测。穿透该样品的紫外线的百分比称为样品的“UVT”。 最典型的情况是，所使用的比色皿的厚度为10mm，在这种情况下，UVT读数称为“ T10”值。 其他参数，例如生物需氧量（BOD），化学需氧量（COD），浊度和总溶解固体（TSS）可能是水质和预计的UVT范围的指标，但这些参数与UVT之间没有相关性，要知道UVT只能靠直接测量。
如果水质随时间变化，则单点取样可能不可靠，因此应在具有代表性时间段内进行采样。 然后，确保您选择的紫外线系统有能力提供这些条件下所需的剂量。
TSS会导致一种被称为“屏蔽”的现象，即悬浮在水中的微粒会屏蔽病原体，使其不受UV-C光的照射。 TDS /盐度也很重要，因为在非常高的水平，就必须要注意紫外线系统的制造材料，以避免其被腐蚀。
流量和停留时间
紫外线灭活是一个非常快速的过程，仅需几秒钟，这意味着与其他消毒技术相比，紫外线处理可以提供非常紧凑和快速的处理。
但是，如果将剂量定义为强度乘以停留时间，那么对于任何给定的腔体体积，水通过其中的流速越慢，紫外线暴露时间就越长，反之亦然。因此，水的最大和最小流量是关键的性能参数。这就是为什么许多紫外线系统现在能够根据水流量的变化来调节灯的输出功率。这样，当水流量低于峰值流量时，就可以节约能量。
在确定最大和最小流量时，确定瞬时流速非常重要，因为这决定了瞬时最小和最大紫外线照射时间。在这方面，日流量和每小时流量通常会误导人，因为它们会掩盖瞬时流量中的重要“波峰和波谷”，导致对真实紫外线照射量的计算不稳定。在湍流条件下，微生物体的停留时间不同，因此每个微生物体接受到的剂量也不同。任何给定的腔体都有一个典型的高斯剂量分布，所以在关键的消毒过程中要小心使用平均剂量计算，因为这些是粗略的简化，可能会给人以错误的安全感。
获取更多信息需要灭活的目标病原体
不同的病原体对紫外线的抵抗力也不同。有些比其他的更易受影响，因此需要不同剂量的UV-C照射来灭活。甚至可能会有不同的光谱响应，即所需的剂量可能取决于应用UVC的波长。为了正确选型，必须确定哪些病原体需要被灭活以及紫外线有什么反应特征。
灭活的真正含义是什么？这是否意味着所有通过紫外线系统的病原体都会被灭活？实际上，这是不可能的，无菌在经济上是无法实现的。事实上，无论使用哪种消毒方法，无论是紫外线，氯气还是其它任何消毒方式，都是如此。有可能的是将病原体的数量减少到一个可预测的数量。 这个可预测的量被称为对数杀菌效率。1个log代表90%的杀菌率，2个log代表99%的杀菌率，3个log代表99.9%的杀菌率，以此类推。科学家通过不同的对数杀菌效率已经计算出了灭活各种不同病原体所需的紫外线照射量，示例如下表所示。
紫外线剂量
紫外线应用要求指定的紫外线剂量才能达到所需的杀菌水平。 紫外线剂量是照射在单位面积上的紫外线能量。 计算公式为：
剂量=强度x时间（mJ /cm²）*
*强度取决于灯管的功率和紫外线照射时间。 考虑到灯管的老化和液体穿透率，目标微生物体和所需的对数杀菌率，我们将为每种应用推荐合适的紫外线剂量。 在UV反应腔体的湍流条件下，并非每个水或微生物都有相同的停留时间，这意味着性能评估要么是使用计算机流体动力学（CFD）建模的统计计算，要么是使用生物验定法直接经验测量。
紫外线剂量要求–毫焦耳/平方厘米(mj/cm2)1
| 目标致病菌 | 对数灭活率 | |||||||
| 0.5 | 1.0 | 1.5 | 2.0 | 2.5 | 3.0 | 3.5 | 4.0 | |
| 隐孢子虫 | 1.6 | 2.5 | 3.9 | 5.8 | 8.5 | 12 | 15 | 22 |
| 贾第鞭毛虫 | 1.5 | 2.1 | 3.0 | 5.2 | 7.7 | 11 | 15 | 22 |
| 病毒 | 39 | 58 | 79 | 100 | 121 | 143 | 163 | 186 |
1 40 CFR 141.720 (d)(1)
用来灭活病原体的UV-C的量被称为“紫外线照射量”。事实上，这种照射的正确术语是“紫外线剂量”或“紫外线强度”。如上表所示，紫外线强度与对数杀菌率的关系被描述为病原体的“剂量响应曲线”。 由于紫外线剂量是紫外线照射最常用的术语，因此从这里开始将使用这个术语。
紫外线剂量反应曲线很少是呈线性的。一个常见的错误是获取达到1个log所需的紫外线剂量，然后简单地将其乘以计算更高的对数杀菌率。只有一种非常常见的病原体大肠杆菌的剂量反应曲线几乎是线性的，其他大多数不是。
获取更多信息病原体屏障或卫生维护–您需要什么？
对于诸如饮用水之类的规范应用，答案很简单，您已经确定了目标病原体，必须实现给定的对数杀菌率，而且通常会制定验证协议。 （请参阅验证）
在工业领域的应用，您的选择范围更广。您是想要：
- 进水处的病原体初级屏障
- 出水口的病原体的最终屏障
- 减少处理设备的生物负荷
- 对已经制备的高质量水保持卫生
这些考虑将帮助您选择剂量水平，以及您的紫外线是否需要验证或是否需要卫生级设计。
在知晓您的水处理需求后，我们会基于优化的设计理念给您推荐最优化的方案。在工艺流程开始时，就考虑病原体屏障，以确保它们不会在下游设备中扩散，然后使用卫生维护理念来控制处理后以及分配和存储中的二次污染。如果您的工艺流程涉及到关键消毒，我们建议使用生物验定验证的病原体屏障作为性能证明。请参阅我们的PQ系统。
卫生设计的系统将有助于保持较低的细菌数量。即，卫生设计就是流体保持在20℃以下，以大于1m / s的速度从无死角，无裂缝且高度抛光的系统中连续循环，另外还需要常规CIP以确保不会形成生物膜，但是良好的紫外线会延长CIP间隔时间，从而减少停机时间和运行成本。
获取更多信息验证和生物验定
行独立的第三方评估。这使您可以放心，产品将按预期方式运行，并为买卖双方提供一个公平的环境来评估竞争产品的优点。通过参考内置于控制器中的第三方算法，我们的生物验定PQ产品将直接告诉您是否已达到设计剂量。
设计用于饮用水等管制环境中的验证时要考虑到安全性，和处理现实环境中不确定性的常规方法，例如仪器读数的准确性或采样的统计变化或微生物敏感性。因此，将验证因子添加到生物验定结果之上，以应对不确定性
因此，经过验证的系统通常比未经验证的价格更高。不仅是因为执行验证的成本很高，而且还因为要确保覆盖不确定性所需的附加功能。
验证协议：
该验证基于美国环保署的《紫外线设计指南》。它旨在用于饮用水应用，但由于它是可用的较全面的验证之一，因此经常也被用于其他应用。它提供了针对各种微生物（包括隐孢子虫和贾第鞭毛虫）等耐氯生物的性能鉴定，还可以减少病毒。该验证协议还提供了一种方法来控制灭活给定的目标微生物所需的紫外线剂量。
DVGW的验证是一个更严格的“认证”，它规定了紫外线将提供40 MJ枯草芽孢杆菌剂量的条件。当剂量设定点低于40 MJ时，系统将发出警报。这是一种稳妥简单的方法，但提供的灵活性较小，无法针对不同目标微生物优化设计。
NWRI是一种针对污水和回用水的验证，在污水经过不同程度的预处理(如砂滤和膜)后，会对其进行紫外线测试。它旨在保护饮用水集水区，含水层和敏感的灌溉工程，例如高尔夫球场。
挪威兽医研究所负责管理挪威和其他联盟国家鱼类养殖业使用的紫外线系统。它根据生物验定法评估紫外线对鱼类疾病微生物的作用，并根据扩展的实际现场试验发布认证。
NSF 61证明紫外线系统制造材质适合与水接触。
NSF 50证明紫外线适用于我们的娱乐用水设施，例如游泳池和跳水池。我们还将证明该产品符合MAHC（美国水生健康标准）的要求。
沪公网安备 31011202013557号