水處理

從處理對(duì)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(yīng);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。（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(yīng)用它的殺菌功能，比如過流式的設(shè)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(duì)水進(jìn)行消毒、殺菌。其特點(diǎn)是水流流速很快，一般在石英外套流過的時(shí)間為不超過1秒，因此要求殺菌燈的紫外線強(qiáng)度是很高的，一般要求在表面強(qiáng)度超過30000uw/cm2。要產(chǎn)生如此高的紫外線強(qiáng)度，需選用高強(qiáng)度大功率的紫外線殺菌燈。如果仍然想通過延長時(shí)間來提高消毒效果，那么一般選用較長的燈，做較長的設(shè)備，或在不銹鋼外壁上處理成渦流旋轉(zhuǎn)式結(jié)構(gòu)，來延長水流過的時(shí)間。

----對(duì)于高檔產(chǎn)品，過流式消毒方法不僅要配較復(fù)雜的結(jié)構(gòu);還有復(fù)雜的控制系統(tǒng)，如紫外線強(qiáng)度監(jiān)測系統(tǒng)，水溫監(jiān)測系統(tǒng)，消毒時(shí)間累積，紫外線燈監(jiān)控、故障報(bào)警、自動(dòng)聲光報(bào)警等系統(tǒng)。此外，過流式設(shè)備對(duì)環(huán)境與處理對(duì)象也有要求，如水的溫度、水的透明度對(duì)消毒效果有很大的影響。紫外線殺菌燈工作時(shí)表面最佳溫度為40℃，溫度過高或過低都會(huì)影響紫外線輸出效果;水的透明度越差，紫外線越易被吸收，利用率就越低。

----與過流式相比，浸沒式結(jié)構(gòu)簡單。紫外線殺菌燈直接放在水中，這種方法可用于流動(dòng)的動(dòng)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(shí)間處理，燈管表面會(huì)被水中藻類等污染物覆蓋，將嚴(yán)重影響紫外線透出。

對(duì)不同對(duì)象的水體進(jìn)行消毒，主要要了解水質(zhì)變動(dòng)情況和水對(duì)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(yīng)，但只停留在試驗(yàn)室研究階段。

一般設(shè)計(jì)

----對(duì)設(shè)備的設(shè)計(jì)，除了相關(guān)結(jié)構(gòu)和電控部份設(shè)計(jì)之外，一項(xiàng)重要指標(biāo)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(qiáng)度×照射時(shí)間。輻照強(qiáng)度可以根據(jù)外套管離燈管表面距離來測試強(qiáng)度，處理時(shí)間要根據(jù)水流量、水壓力、進(jìn)水管尺寸來定，也可實(shí)測。理論上，照射劑量要達(dá)到30000uw.s/cm2，劑量越高，對(duì)細(xì)菌殺滅率越高。

----實(shí)際上，照射劑量在系統(tǒng)工作時(shí)是很難測試的，主要是水體在設(shè)備中流過的時(shí)間往往難以估計(jì)和測試（這還和設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有關(guān)），所以通常用水流量和紫外線燈功率的比例關(guān)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(qiáng)度燈，也可選擇較長的高效率燈。具體設(shè)計(jì)時(shí)，考慮設(shè)備的長度、體積，如果允許設(shè)備長，不能太大，則采用細(xì)長的燈，這樣支數(shù)相應(yīng)減少，內(nèi)腔空腔可縮小。相反，設(shè)備設(shè)計(jì)不能長，可大的，則選用紫外線燈管時(shí)，宜采用較小功率，支數(shù)較多的。對(duì)于選擇支數(shù)較少紫外線燈時(shí)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1cm左右，如果更厚，則需浪費(fèi)更多的紫外線來達(dá)到相同的消毒效果。即紫外線燈應(yīng)用效率會(huì)降低。

燈的選用

----在水處理中，尤其在廢水處理中，應(yīng)用高強(qiáng)度的紫外線燈是很有必要的。因?yàn)槿绻褂幂^多數(shù)量的紫外線燈，那么鎮(zhèn)流器數(shù)量也多，線路更復(fù)雜，控制部分也更復(fù)雜，往往壞一只燈，就要停機(jī)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(shè)備龐大，控制線路也很復(fù)雜。當(dāng)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(huì)大大減少，可簡化設(shè)備。提高設(shè)備安全可靠性，降低設(shè)備的故障發(fā)生率。

----高強(qiáng)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(yàn)研究，185nm的紫外線在水中能產(chǎn)生光化反應(yīng)，即電離H2O產(chǎn)生-OH（羥基），-OH有很強(qiáng)的氧化性，可礦化分解水中的有機(jī)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(yīng)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(yīng)。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)有數(shù)十家大學(xué)和企業(yè)在研究，被認(rèn)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(diǎn)。

----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(duì)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(gè)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(yīng)的應(yīng)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(yīng)增高。

----用在水處理，通常選用254nm的紫外線燈做光催化反應(yīng)，這實(shí)際用到了254nm的雙重作用，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，365nm的黑光管和254nm的石英燈都已有人成功運(yùn)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(duì)光催化效率大大提高，是光催化應(yīng)用燈種!

技術(shù)難點(diǎn)

結(jié)構(gòu)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(shù)已是一種普及的技術(shù)。在我國，九十年代開始引進(jìn)該技術(shù)。十年來，這種技術(shù)做為一種"高科技產(chǎn)品"被努力地推向市場。然而，紫外線消毒產(chǎn)品還遠(yuǎn)未在水處理應(yīng)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(guān)。在水處理行業(yè)。由于設(shè)備一般都是24小時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)，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(shí)，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(shí)更換;而在水處理設(shè)備里，如果壞一只燈，要影響到整個(gè)設(shè)備、系統(tǒng)，還可能影響其他供水系統(tǒng)和用戶?？梢哉f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(gè)原因是產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)不過關(guān)。以家用飲水機(jī)為例。據(jù)衛(wèi)生部門的檢測，通過飲水機(jī)放出的水，大多數(shù)都是細(xì)菌嚴(yán)重超標(biāo)，一些廠家的都是如此。細(xì)菌產(chǎn)生的主要原因就是飲水機(jī)內(nèi)部長期不清洗而滋養(yǎng)了細(xì)菌。數(shù)年前，有人想把紫外線燈用到飲水機(jī)上，對(duì)系統(tǒng)環(huán)境和水進(jìn)行消毒和保潔?？墒袌錾弦矝]看到飲水機(jī)用上紫外線燈。

----造成這種現(xiàn)象主要是遇到結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上的難題。紫外線在水中的穿透力很差，一般僅適合于10cm以內(nèi)厚度的靜態(tài)水層，隨水層厚度增加，紫外線強(qiáng)度將大幅度衰減。因此紫外線對(duì)水消毒適合薄層動(dòng)態(tài)水。而普通的桶裝飲水機(jī)中的水流入到內(nèi)膽中是靜態(tài)，而且儲(chǔ)存時(shí)間無法確定，有可能只停留幾秒種（連續(xù)接水飲用），也有可能停留較長時(shí)間。這就在時(shí)間控制上也增加了難度。

----有人想到，飲水機(jī)主要存在的是二次污染，不是桶裝水帶入的細(xì)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(dá)到紫外線消毒殺菌的劑量。但是，桶裝水不合格的報(bào)道我們經(jīng)常見到。主要原因是桶裝水在使用的過程中，空氣會(huì)攜帶灰塵和細(xì)菌進(jìn)入桶內(nèi)，細(xì)菌在水中會(huì)很迅速地進(jìn)行繁殖，所以僅僅是對(duì)內(nèi)腔進(jìn)行消毒顯然是不夠的!

光催化反應(yīng)

----光催化氧化反應(yīng)機(jī)理很復(fù)雜。一些納米材料如TiO2粉體復(fù)合光催化劑，被紫外線照射后，會(huì)產(chǎn)生"電子-空穴"對(duì)。空穴有很強(qiáng)的撲獲電子的能力，遇到水分子后，水分子被奪去電子形成羥基（-OH），羥基有很強(qiáng)的化學(xué)活性，它能破壞有機(jī)物的化學(xué)鍵，達(dá)到曠化分解有機(jī)污染物的目的。

----與其他的新技術(shù)、新方法一樣，光催化有他的新穎、實(shí)用的一面，也有其局限性的一面。從國內(nèi)外的研究和一般客戶的應(yīng)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(shí)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?yàn)楣獯呋a(chǎn)生的活性離子羥基（-OH）從產(chǎn)生到消亡的時(shí)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(yán)重），臭氧、氯氣可以溶解在水里，隨水漂流，作用時(shí)間可達(dá)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(duì)光催化分解有促進(jìn)作用，也有些離子或分子對(duì)光催化有"中毒"作用?？諝庵械臐穸葘?duì)光催化效果也有影響。還有一點(diǎn):必需有水分子光催化才能進(jìn)行。在儀器設(shè)備工作過程中，光催化實(shí)際效果往往難以實(shí)測和加以判斷。消費(fèi)者難以通過"感性認(rèn)識(shí)"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(shù)規(guī)范》介紹有生物滅菌試驗(yàn)方法。（這種試驗(yàn)方法程序復(fù)雜，成本較高，一般只有市級(jí)防疫部門試驗(yàn)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(qiáng)度，化學(xué)消毒可測試化學(xué)因子如環(huán)氧乙烷、臭氧的濃度，而光催化反應(yīng)，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(shí)間很短，二也無恰當(dāng)方法測試。是"摸不著、看不見"的東西。

產(chǎn)品技術(shù)優(yōu)勢

大功率高強(qiáng)度

----前面我們已經(jīng)講到，在水處理，由于他的使用特點(diǎn)要求紫外線有很高的壽命和可靠性。

- ----對(duì)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(rèn)為"有很高的技術(shù)含量"。因?yàn)楣β首龃?，燈管的管壁?fù)載就會(huì)增加，這樣往往會(huì)縮短壽命，或者大大降低光的輸出效率。

----大功率紫外線燈管我們現(xiàn)已可做到300瓦以上。這種燈的管流超過1A，功率密度要比普通燈顯著大，達(dá)到1.2瓦/cm。300瓦紫外線燈在1.0米處254nm紫外線強(qiáng)度達(dá)到1200uw/cm2，相當(dāng)于10只40瓦燈的紫外線強(qiáng)度，表面紫外線強(qiáng)度更是高達(dá)70000 uw/cm2（在此強(qiáng)度下消毒時(shí)間不超過0.5秒）。在高功率密度情況下，仍有較高的紫外線輸出效率，而且可在較高管壁溫度（超過100℃）條件下工作。使用漏磁變壓器點(diǎn)燈，有很高的可靠性，燈管壽命達(dá)到5000小時(shí)以上。

----更大功率的紫外線殺菌燈我們正在研制，燈管電流超過2A，有更大的功率密度。

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(jí)殺手"。也是水處理行業(yè)領(lǐng)域最可怕的敵人。不難想象，當(dāng)整個(gè)系統(tǒng)（比如:過濾、沉淀、離子交換、消毒殺菌、嚗氣、絮凝等設(shè)備）運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，突然一只或幾只紫外線燈熄滅，那么意味著，如不及時(shí)更換，消毒殺菌的效果要受到嚴(yán)重影響。另一方面，頻繁更換，也會(huì)增加成本。為防止此類現(xiàn)象發(fā)生，還要增加監(jiān)視和報(bào)警系統(tǒng)。