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Info Center Last Updated 2003/04/16 PM 05:21:04 Virtual Community
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紫外線消毒殺菌簡介 (Introducing UV disinfection)

一、紫外線消毒殺菌的原理：

緣起，消毒殺菌顧名思義將環境中的微生物細菌或病毒減量或去除以致不會使水環境含有病原菌或對生態環境造成危害、臭味等破壞水質情形發生，同時不會造成環境的二次危害的方法。

傳統的消毒方式分別為加氯，臭氧氧化。前者為最普遍採用的方式，但近年來的研究報告指出，如水中氯與有機物混合後易生成對人體有害的致癌物質，餘氯對機械設備器械表面易造成腐蝕性損壞的影響。然臭氧亦屬強氧化物質且臭氧設備因其所須儲存保護設計較複雜致設備費用昂貴。臭氧的氧化能力比較強，因此其殘留物將使水中的化性因此而改變，或許會造成對生物不良物質。

基於上述理由尋求安全可靠的消毒殺菌方式，成為今日人們追求的目標這也就是紫外線消毒殺菌方式，重新再被人們肯定的原因。

原理：紫外線消毒殺菌得最早應用，如晒衣服、被單，它為什麼具有消毒殺菌能力先從抑制細菌病毒生長的原理說起由於細菌及病毒等微生物其基本生物組成為DNA及RNA，佔它們身體乾重的5~15%，它們功用產生微生物的酵素

圖1 光化學損壞DNA圖式

產生及合成，一旦DNA及RNA遭受破壞，微生物將無法生存。由於DNA及RNA對光線有強烈吸收能力，由其是紫外線經不斷實驗證明紫外線不同的波長對微生物都會有作用，其中以260nm左右之波長對微生物具有強烈的吸收效果。此波長能量會被核甘酸所吸收，導致這部份光化學損害、請參考圖1，

深入探討因為DNA中的基因碼主要由G,A,T,C構造成對的雙羅旋外觀若有一條螺旋基因碼損壞時可藉另一條複製而恢復，同樣的微生物在生成生命營養物質時也藉由此方式執行，若基因碼中的主要組成被破壞，將無法再生時營養源無法製造於是生物將無法生存。UV對C.、T.(由其是T)的效果最大，因此紫外線對微生物具有很大影響。

二、紫外線消毒殺菌設備的設計考慮因素

紫外線殺菌會受下述幾項因素的影響

1、紫外線殺菌燈的照射強度

由於目前紫外線燈的製造均採用低壓汞蒸氣的填充再加上電弧照射而激發產生260nm左右的波長作殺菌用紫外線、請參考圖2，因此紫外線燈照射強度依照其放射能量其燈管長度而變化如要取得較大紫外燈能最好的方式採用紫外燈長度

圖2、不同的紫外線波長其殺菌效果

2、套管的材質

由於紫外燈照射無法與處理水直接接觸因此需透過某些隔離裝置將處理水和紫外燈 (目前採取的方式設置一石英套管罩在紫外燈外或是將處理水設置在一鐵弗龍管流動而管外環繞紫外燈照射請參考圖4 紫外燈經由套管照設處理水其殺菌能量會產生衰減的現象請參考圖5，若衰減的愈多則殺菌效果愈差因此穿透能力愈好則是最佳的採用材質。至於石英套管或鐵弗龍管誰優誰劣，我們可以參考圖5,6

圖4、管外環繞紫外燈照射

圖5、石英套管與紫外線穿透能力關係圖

圖6、鐵弗龍管與紫外線穿透能力關係圖

註圖5,6所示之吸收係數與穿透所代表的意義相反

由上述若穿透力不同的套管若要達到相同的殺傷力那麼較弱的穿透力的套管需採用較多的紫外線殺菌燈，相對的設備成本費用愈高。因此採用石英套管罩在紫外燈外是最常採用的方式。

3、紫外燈管的照射範圍及配置

紫外線照射能量與紫外燈距離的平方成反比於是處理水流經紫外燈的環繞深度是有限

4、處理水質情況

紫外線照射能量會與處理水的水質息息相關，其中受影響的最大的因素分別如下
水溫:水溫會和紫外線處理能力成反比
濁度、懸浮顆粒的含量：濁度愈高紫外線處理能力愈差
欲去除微生物的類別因為一般檢驗水質微生物的排放標準大都以E.Coli為
依據因此去除微生物的對象以E.Coli作為標準

圖3、溫度與紫外線能量關係

圖4、紫外線能量穿透效率與水質關係

5、反應容器的停留時間

反應容器的設計應能達到無死角及短流的情形發生處理水需能一直保持在含蓋整體紫外線殺菌燈且能達到PLUG Flow 的情形發生

三、設備設計的研選

紫外線消毒殺菌設備的功能受到上述總總因素的影響,想要處理水質,設計理想中的設備係以管道式(CHAMBER type)及渠道式依前述條件所採用設計範例和整體設備的規範,選擇紫外線消毒殺菌設備的參考。

四結論

直到最近才有科學家開始完整地去了解UV對生命型式的影響以及UVC對微生物的影響。UV的應用可縮短時效性。因此可以不必藉著加藥、煮熟來達到殺死有害的有機物。水果和蔬菜工廠是首先用這種方法的而目前很多其他種類的食品工廠也陸續使用這種處理程序。

UV可以殺死或抑制很多有害有機物質的生命, 有如E. Coli, 肺結核, 及退伍軍人症。當沒有直接接觸時, 波型是無害於人體的, 而相對於製造費用, 它的費用也是很便宜的。安裝此設備將顯著地減低或消除存在的有機物。這個包含了一般家庭及任何型式的工作場所。或更可推展到水處理, 污水處理, 廢棄物及垃圾處理, 以及感染性廢棄物處理,其應用的項目與日俱增。

UV的使用價值和其對人類的貢獻是可想而知的。早期因缺乏可採信的資訊 , 但經百年的研究和應用及己存在幾百萬年的情況下 , UV的價值已經證實是保護環境之最佳利器。
------------------ By Kevin Chen

-------- 11/16/2000

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