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          紫外线消毒杀菌设备的简介              (Introducing UV disinfection)

 一、紫外线消毒杀菌的原理 ：

       缘起，消毒杀菌顾名思义将环境中的微生物细菌或病毒减量或去除以致不会使水环境含有病原菌或对生态环境造成危害、臭味等破坏水质情形发生，同时不会造成环境的二次危害的方法。     
      传统的消毒方式分别为加氯，臭氧氧化。前者为最普遍采用的方式，但近年来的研究报告指出，如水中氯与有机物混合后易生成对人体有害的致癌物质，余氯对机械设备器械表面易造成腐蚀性损坏的影响。然臭氧亦属强氧化物质且臭氧设备因其所须储存保护设计较复杂致设备费用昂贵。臭氧的氧化能力比较强，因此其残留物将使水中的化性因此而改变，或许会造成对生物不良物质。

   基于上述理由寻求安全可靠的消毒杀菌方式，成为今日人们追求的目标这也就是紫外线消毒杀菌方式，重新再被人们肯定的原因。

原理：紫外线消毒杀菌得最早应用，如晒衣服、被单，它为什么具有消毒杀菌能力先从抑制细菌病毒生长的原理说起由于细菌及病毒等微生物其基本生物组成为DNA及RNA，占它们身体干重的5~15%，它们功用产生微生物的酵素

图1 光化学损害DNA图例

产生及合成，一旦DNA及RNA遭受破坏，微生物将无法生存。由于DNA及RNA对光线有强烈吸收能力，由其是紫外线经不断实验证明紫外线不同的波长对微生物都会有作用，其中以260nm左右之波长对微生物具有强烈的吸收效果。此波长能量会被核甘酸所吸收，导致这部份光化学损害、请参考图1，

深入探讨因为DNA中的基因码主要由G,A,T,C构造成对的双罗旋外观若有一条螺旋基因码损坏时可藉另一条复制而恢复，同样的微生物在生成生命营养物质时也藉由此方式执行，若基因码中的主要组成被破坏，将无法再生时营养源无法制造于是生物将无法生存。UV对C.、T.(由其是T)的效果最大，因此紫外线对微生物具有很大影响。

二、紫外线消毒杀菌设备的设计考虑因素

紫外线杀菌会受下述几项因素的影响

1、 紫外线杀菌灯的照射强度

 由于目前紫外线灯的制造均采用低压汞蒸气的填充再加上电弧照射而激发产生260nm左右的波长作杀菌用紫外线、请参考图2，因此紫外线灯照射强度依照其放射能量其灯管长度而变化 如要取得较大紫外灯能最好的方式采用紫外灯长度

  图2、不同的紫外线波长其杀菌效果

2、套管的材质

   由于紫外灯照射无法与处理水直接接触因此需透过某些隔离装置将处理水和紫外灯 (目前采取的方式设置一石英套管罩在紫外灯外 或是将处理水设置在一铁弗龙管流动而管外环绕紫外灯照射 请参考图图4 )  紫外灯经由套管照设处理水其杀菌能量会产生衰减的现象请参考图5，若衰 减的愈多则杀菌效果愈差因此穿透能力愈好则是最佳的采用材质。 至于石英套管或铁弗龙管谁优谁劣，我们可以参考图5,6

 图4、管外环绕紫外灯照射

  图5、石英套管与紫外线穿透能力关系图

  图6、铁弗龙管与紫外线穿透能力关系图

注 图5,6所示之吸收系数与穿透所代表的意义相反

由上述若穿透力不同的套管若要达到相同的杀伤力那么较弱的穿透力的套管需采用较多的紫外线杀菌灯，相对的设备成本费用愈高。因此采用石英套管罩在紫外灯外是最常采用的方式。

3、紫外灯管的照射范围及配置

4、处理水质情况

 紫外线照射能量会与处理水的水质息息相关，其中受影响的最大的因素分别如下:

 水温:水温会和紫外线处理能力成反比
 浊度、悬浮颗粒的含量：浊度愈高紫外线处理能力愈差
 欲去除微生物的类别因为一般检验水质微生物的排放标准大都以E.Coli为依据因此去除微生物的对象以E.Coli作为标准
 

          图3、温度与紫外线能量关系
 

 图4、紫外线能量穿透效率与水质关系

5、反应容器的停留时间

反应容器的设计应能达到无死角及短流的情形发生处理水需能一直保持在含盖整体紫外线杀菌灯且能达到PLUG Flow 的情形发生

三、设备设计的研选

   紫外线消毒杀菌设备的功能受到上述总总因素的影响下面为一设计范例做为想要处理水质情形设计理想中的设备

以下内容系以本公司所推广之管道式(CHAMBER type)及渠道式依前述条件所采用设计范例和整体设备的规范以为 贵单位选择紫外线消毒杀菌设备的参考。

四 结论

    直到最近才有科学家开始完整地去了解UV对生命型式的影响以及UVC对微生物的影响。UV的应用可缩短时效性。因此可以不必借着加药、煮熟来达到杀死有害的有机物。水果和蔬菜工厂是首先用这种方法的而目前很多其它种类的食品工厂也陆续使用这种处理程序。

UV可以杀死或抑制很多有害有机物质的生命, 有如E. Coli, 肺结核, 及退伍军人症。当没有直接接触时, 波型是无害于人体的, 而相对于制造费用, 它的费用也是很便宜的。安装此设备将显著地减低或消除存在的有机物。这个包含了一般家庭及任何型式的工作场所。或更可推展到水处理, 污水处理, 废弃物及垃圾处理, 以及 感染性废弃物处理,其应用的项目与日俱增。

UV的使用价值和其对人类的贡献是可想而知的。早期因缺乏可采信的信息 , 但经百年的研究和应用及己存在几百万年的情况下 , UV的价值已经证实是保护环境之最佳利器。
------------------  By Kevin Chen

                                                                                              -------- 04/10/2003

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