劉文君副教授談紫外消毒技術(shù)
來源：中國水網(wǎng)()
世界范圍內(nèi)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(yīng)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(nèi)，一直占據(jù)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(shù)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(biāo)準(zhǔn)》的頒布，使得紫外消毒在污水領(lǐng)域開始有了進展。中國建設(shè)部于2005年11月通過《城市給排水紫外線消毒設(shè)備》標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)的頒布規(guī)范了紫外消毒設(shè)備，為將來打開紫外消毒市場奠定了基礎(chǔ)，新的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)即將出臺，新標(biāo)準(zhǔn)出臺能否促進促進紫外消毒設(shè)備在自來水廠的應(yīng)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(shè)備本身質(zhì)量如何？帶著這樣的疑問，中國水網(wǎng)采訪了紫外領(lǐng)域的專家——清華大學(xué)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(jīng)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(shù)（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(lǐng)域得到應(yīng)用，紫外線現(xiàn)在在自來水領(lǐng)域也有很多大規(guī)模的應(yīng)用，如規(guī)模為820萬m3／d的紐約自來水公司，因為水源水質(zhì)非常好，只簡單經(jīng)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(jīng)過經(jīng)濟對比，選擇了紫外消毒來應(yīng)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(fēng)水廠是我國國內(nèi)家應(yīng)用紫外線消毒技術(shù)的自來水廠。
當(dāng)問及幾種消毒方式的經(jīng)濟性時，劉老師說在幾種常見消毒方式中，和紫外比較經(jīng)濟，傳統(tǒng)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(shù)據(jù)，按照東莞的電價，采用紫外大腸桿菌和細(xì)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(xiàn)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(xiàn)成為紫外應(yīng)用的主要原因（紫外可以殺死隱孢子蟲）。盡管中國的飲水習(xí)慣保護了大眾的健康，但提高供水水質(zhì)提供直飲水將是一個趨勢，中國目前新的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)已將隱孢子蟲和甲滴蟲列入。
二、消毒副產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)生，今年1月4日美國新的消毒副產(chǎn)物法公布，對鹵乙酸、三鹵甲烷、溴酸鹽、亞氯酸鹽等指標(biāo)的目標(biāo)值和現(xiàn)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(chǎn)物在將來不能檢出。而事實上水中實際存在的消毒副產(chǎn)物比標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的副產(chǎn)物要多很多。
三、從安全上講，有一定風(fēng)險，在運輸、使用過程中都有泄漏的風(fēng)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(xué)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(shù)都有利弊，紫外消毒同樣有一定的缺點：
一、管網(wǎng)的持續(xù)消毒效果。中國的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定管網(wǎng)必須維持持續(xù)的消毒效果，這是大家比較關(guān)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(chǎn)物鏈很小，但是消毒效果比氯和紫外線差。國內(nèi)常用的是用氯+氯胺。二是在歐洲一些水質(zhì)較好的地方不加余氯。他們認(rèn)為加氯后會產(chǎn)生很多副產(chǎn)物。如aoc指標(biāo)低于10～20μg/l時，則不需要加氯；當(dāng)aoc指標(biāo)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(xiàn)，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(xiàn)狀而言（水質(zhì)的生物穩(wěn)定性很差，城市的管網(wǎng)很大，管網(wǎng)系統(tǒng)老化和管理不嚴(yán)格），不加氯不太現(xiàn)實，但將來在一些管網(wǎng)較短的小地方可以實現(xiàn)。
二、復(fù)活的問題。當(dāng)就大家普遍關(guān)心的采取紫外消毒細(xì)菌是否會復(fù)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(fù)制，在一定的光照的條件下也會發(fā)生解聚，而管網(wǎng)的水基本在封閉的狀態(tài)，復(fù)活的問題不用那么擔(dān)心。他還談到即使是加氯也可能由于微生物的自我修復(fù)功能而復(fù)活。因此關(guān)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(xì)菌>原蟲，而紫外則正好相反：原蟲>細(xì)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(dāng)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(biāo)準(zhǔn)的劑量只有40mj/cm2。因此的辦法是氯消毒與紫外相結(jié)合，這樣也符合水質(zhì)安全保障中的多級屏障的概念。
紫外在應(yīng)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(tǒng)的穩(wěn)定性、怎樣保證正確的清洗都是一些關(guān)鍵的因素。這些研究國內(nèi)相對做得較少。劉老師他們正在做這方面的工作，希望用數(shù)據(jù)為大家提供一些實際的經(jīng)驗。
至于究竟采用什么工藝，講到水廠設(shè)計原則時，劉老師用了三句話簡而概之： “水質(zhì)安全優(yōu)先；工藝單元互補；經(jīng)濟成本合理。”
紫外的第三方驗證
劉老師一直希望清華大學(xué)的紫外研究中心能成為中國的紫外消毒設(shè)備第三方驗證中心。他說理論上紫外線反應(yīng)器的計量都是不可靠的，必須采用生物驗證實驗計量反應(yīng)關(guān)系。紫外線是比較新的技術(shù)，在短短的5年時間內(nèi)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(gòu)來檢測。這就需要獨立的第三方驗證。飲用水關(guān)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(tǒng)的穩(wěn)定性、設(shè)計的合理性來減少風(fēng)險。而由于知識的缺陷。有些公司由于設(shè)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(zhì)的機構(gòu)來進行驗證，減少風(fēng)險。從未來講，需要的機構(gòu)來承擔(dān)這個工作，但是目前在中國只有一些研究機構(gòu)具備這個能力。
因此，在美國環(huán)保署的標(biāo)準(zhǔn)中和國內(nèi)的紫外標(biāo)準(zhǔn)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(gòu)是其中之一，規(guī)模是20萬m3/d。
關(guān)于《城鎮(zhèn)給水和污水紫外線消毒設(shè)備》標(biāo)準(zhǔn)
中國建設(shè)部于2005年11月通過《城市給排水紫外線消毒設(shè)備》標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)的頒布一度引起了一些爭議，該標(biāo)準(zhǔn)是由一家生產(chǎn)和銷售紫外消毒設(shè)備的公司參與制定的，很多人認(rèn)為不應(yīng)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(dāng)時該標(biāo)準(zhǔn)的制定有一定的歷史原因。在標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布后，06年的2月份，建設(shè)部曾組織專家討論過該問題，后達成一致意見。專家們認(rèn)為標(biāo)準(zhǔn)的主體是好的，關(guān)鍵的四個劑量很合適，只有個別術(shù)語是否嚴(yán)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(biāo)準(zhǔn)重要的評價是是否有利于保護行業(yè)的健康發(fā)展，該標(biāo)準(zhǔn)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(jù)聞，環(huán)?？偩忠舱谥贫P(guān)于污廢水紫外線光氧化消毒的一個標(biāo)準(zhǔn)，至于兩個標(biāo)準(zhǔn)是否會有沖突還不得而知。在中國沒有一個機構(gòu)來統(tǒng)一制定標(biāo)準(zhǔn)，這就需要協(xié)調(diào)。
劉老師提到，國外做標(biāo)準(zhǔn)時，會提出限值、目標(biāo)值以及采用的方法。而國內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)則只有限值，在制定標(biāo)準(zhǔn)時是否有依據(jù)，是否符合國情都是我們應(yīng)該考慮的，國外制定標(biāo)準(zhǔn)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(lián)合的效果非常好，他們從荷蘭pwn水廠處理飲用水中微量農(nóng)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(zhuǎn)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(dāng)處理，實驗室研究表明，紫外線為基礎(chǔ)的高級氧化技術(shù)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(shù)。
劉老師后說，在中國紫外線的使用仍然缺少經(jīng)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(yīng)用，其前景是光明的。
（中國水網(wǎng) 史瑛、謝曉慧）