水悟堂|简说紫外技术在水处理领域的发展历史

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其实，紫外线很早就在水处理领域开始应用。今天，小编就带着大家一起来扒一扒紫外技术的发展历史吧！在此之前，让我们正式地来认识一下紫外线！

紫外线

紫外线是指电磁波谱中波长从 10nm～400nm 辐射的总称，不能引起人们的视觉。1801 年德国物理学家里特发现在日光光谱的紫端外侧一段能够使含有溴化银的照相底片感光，因而发现了紫外线的存在。紫外位于X射线和可见光之间，可分为UV-A（波长315～400 nm，长波）、UV-B（波长280～315 nm，中波）、UVC（波长200～280 nm，短波）和真空紫外（200~100 nm）。

进一步根据波长细分，可进一步细分为近紫外（NUV）、中紫外（MUV）、远紫外（FUV）、真空紫外（VUV）、浅紫外（LUV）、超紫外（SUV）和极紫外（EUV）等。

短波UV-C

短波紫外线简称UV-C，是波长200～280 nm的紫外光线。短波紫外线在经过地球表面同温层时被臭氧层吸收，不能到达地球表面。短波紫外线对人体可产生重要作用，因此，对短波紫外线应引起足够的重视。

中波UV-B

中波紫外线简称UV-B，是波长280～320 nm的紫外线。中波紫外线对人体皮肤有一定的生理作用。此类紫外线的极大部分被皮肤表皮所吸收，不能渗入皮肤内部。但由于其阶能较高，对皮肤可产生强烈的光损伤，被照射部位真皮血管扩张，皮肤可出现红肿、水泡等症状。长久照射皮肤会出现红斑、炎症、皮肤老化，严重者可引起皮肤癌。由此中波紫外线又被称作紫外线的晒伤（红）段，是应重点预防的紫外线波段。

长波UV-A

长波紫外简称UV-A，是波长 315~400 nm 的紫外线。长波紫外线对衣物和人体皮肤的穿透性远比中波紫外线要强，可达到真皮深处，并可对表皮部位的黑色素起作用，从而引起皮肤黑色素沉着，使皮肤变黑，起到了防御紫外线，保护皮肤的作用。因而长波紫外线也被称做“晒黑段”。长波紫外线虽不会引起皮肤急性炎症，但对皮肤的作用缓慢，可长期积累，是导致皮肤老化和严重损害的原因之一。

紫外在自来水处理领域应用的发展历史

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早在1878年人类就发现了太阳光中的紫外线具有杀菌消毒作用。1901年和 1906年人类先后发明了水银光弧这一人造紫外光源和传递紫外光性能较好的石英材质灯管，法国马赛一家200 m³/d的自来水厂很快在1910年首次使用紫外线消毒工艺，此后，紫外线技术在欧洲迅速普及。

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在北美，由于新的饮用水标准对隐孢子虫、贾第鞭毛虫和消毒副产物的严格规定，紫外线杀菌技术得到了前所未有的重视。美国环保局（EPA）在研究证明了紫外线是控制隐孢子虫和贾第鞭毛虫最有效可行的技术后，迅速建立了紫外线技术在饮用水处理中的应用标准。

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美国2006年公布的第二阶段强化地表水处理法（LT2ESWTR）中规定，饮用水处理过程中必须去除或灭活3 log的贾第鞭毛虫，4log的病毒，4log的隐孢子虫。由于氯消毒对隐孢子虫几乎没有效果，LT2ESWTR要求现有水厂使用过滤加紫外线或臭氧的消毒工艺，而新水厂则需使用过滤和多级组合式消毒工艺。

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北美地区采用紫外线消毒的较大规模给水厂有美国芝加哥中湖水厂（18万m³/d）、西雅图水厂（68万m³/d）、温哥华Victorial水厂（51万m³/d），加拿大蒙特利尔水厂（300万m³/d）等。加拿大安大略省Walkerton水厂在2000年发生致病微生物感染事件后也采用了紫外线消毒技术。

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美国纽约自来水紫外线消毒系统处理能力为836万m³/d，是目前世界上规模最大的饮用水紫外线消毒工程。据统计，2000年美国大中型自来水厂没有采用紫外线消毒系统案例，但到2006年采用紫外线消毒的大中型自来水厂比例已经上升到10%。近几年有更多的紫外线工程在建设中或已投入使用。紫外线技术应用于饮用水消毒工艺代表了国际上消毒技术的发展趋势。

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我国第一个采用紫外线消毒的市政供水水厂是大庆东风水厂（5万m³/d），该系统原采用二氧化氯消毒，为减少运行费采用了国产紫外线消毒系统。但该系统缺少前期工艺可行性和后续的应用研究，因此未能提供有价值的数据。

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自2004年以来清华大学及合作团队系统开展了饮用水紫外线消毒技术的研究，并于2005年在广东东莞建立了紫外线消毒中试系统（500～600 m³/d），一直运行至今。2007~2010年在北京第九水厂进行了100 m³/d的中试研究。在充分研究的基础上，2009年7月建成了天津开发区净水厂三期紫外线消毒工程（15万m³/d）。该水厂是国内首家紫外线消毒与主体工艺同时设计、同时投入运行的净水厂。同时，为保障世博会供水安全，上海临江水厂改造过程中也增加了紫外线消毒系统（60万m³/d）。

紫外在污水处理领域应用的发展历史

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人类对紫外线消毒技术在城市污水处理中的应用则始于20世纪60年代中叶，并于70年代~80年代初对紫外线消毒在城市污水处理中的应用进行了大量早期的研究，这主要是由于当时人们已认识到被广泛使用的加氯消毒工艺中的余氯对受纳水体中的鱼类等生物有毒，而且发现并确认了氯消毒等化学消毒方法会产生如三卤甲烷（THMs）等致癌、致基因畸变的副产物。

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加拿大安大略省水资源委员会于1965年和1969年对紫外线消毒技术应用于城市污水处理以及对受纳水体的影响进行了研究和评估。其他加拿大研究人员对紫外线消毒的效果、技术可行性、影响效果的水质因素、对受纳水体中鱼类的影响、消毒副产物以及与加氯消毒技术经济比较进行了大量先驱性的研究工作。这些研究结果表明，紫外线污水消毒技术可行，可达到和加氯相同甚至更好的消毒效果。对受纳水体中生物无毒副作用，不产生消毒副产物。

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1982年加拿大某公司发明了世界上第一套明渠式安装的紫外线消毒系统，并引进了模块化紫外线消毒系统概念，即紫外线系统可由若干独立的紫外灯模块组成，且水流靠重力流动，不需要泵、管道以及阀门。

本文编辑

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】