水悟堂|紫外线是如何实现杀菌消毒的？
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紫外的消毒机理
紫外线具有杀菌作用主要是因为紫外线对微生物的核酸可以产生光化学危害的结果。微生物细胞核当中的核酸可以分为核糖核酸（RNA）和脱氧核糖核酸（DNA）两大类，其共同点是由磷酸二脂键按嘌呤和嘧啶碱基配对原则而连接起来的多核苷酸链。细胞核中的这两种核酸能够吸收高能量的短波紫外辐射。对紫外光能的这种吸收可以使相邻的核苷酸之间产生新的键，从而形成双分子或二聚物，如图1所示。相邻嘧啶分子，尤其是胸腺嘧啶的二聚作用是紫外线引起的最普遍的光化学损害。细菌和病毒DNA中众多的胸腺嘧啶形成二聚物阻止了DNA的复制及蛋白质的合成, 从而使细胞死亡。
图1 紫外杀菌原理图
紫外消毒效果
随着对紫外作用机理和应用效果的不断深入，越来越的研究被用于判断紫外杀灭微生物的效果。
紫外线的杀菌效果取决于紫外线的辐射强度和照射时间的乘积，即辐照剂量，单位是mJ/cm2。紫外线对大多数细菌、病毒和原生动物都具有良好的灭活效果。对于水体中常见的大多数微生物以及抗氯的隐抱子虫和贾第虫，紫外线对其4 1og灭活的剂量都在10 mJ/cm2以内。但是，个别的病毒对紫外线有较强的抗性，例如，腺病毒达到4 1og灭活率需要160 mJ/cm2以上的剂量。但是，有研究表明中压紫外和脉冲紫外可以更有效地灭活腺病毒。另外，关于紫外线对藻的灭活研究较少，且硅藻、蓝藻、绿藻的l log灭活率所需的紫外线剂量均在300 mJ/cm2以上。
多年来，人们对紫外线灭活水中的病原微生物进行了多次研究。但是由于实验条件不同，缺少规范的紫外剂量确定方法，研究者往往得不出确切的结论。比如要达到5 log大肠杆菌的灭活，需35 mJ/cm2紫外剂量，但有的人的结果是15 mJ/cm2。40 mJ/cm2的紫外剂量可以对MS2有2 1og的灭活，但也有结果是18.4 mJ/cm2，还有结果表明25 mJ/cm2的剂量只能灭活1 log的MS2。这些差别不能只归结为是由培养方法和检测手段的不同引起的，不同的水质条件也会导致实验结果的偏差。另外，在进行紫外线测量时，需要同时考虑容器、照射水深、光的反射折射作用、受试菌的初始浓度、水的透光率、照射时间及检测方法等因素，这样才能使所测定的结果真实有效。
总体上，紫外线对原生动物和细菌的灭活效果最好，而个别病毒对紫外线有较强的抗性，其中在部分水体中检测到的腺病毒的紫外线敏感性问题最受关注。从另一个角度，由于目前市政饮用水比较经济的消毒紫外剂量一般控制在40 mJ/cm2，也可参考上表，以40为界限，简单判断紫外的有效性。因此，多种消毒方式的结合使用会显著地提高消毒安全性。
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Lillian
致谢
【本科普内容受“上海市科协科普项目（项目编号：18dz2306700）”和上海市水务海洋局“水务科普年度活动”资助】