紫外线杀菌灯在水处理中的运用

应用中的一般常识
1、 应用领域的分类
----紫外线杀菌灯在水处理领域有广泛的用途。
----水处理（water treatment）从处理对象分，它包括废水处理、城市供水处理、饮用水处理、纯净水处理、养殖场水处理；从原理上分，有消毒、杀菌、光分解降解及其它光化反应；从使用紫外线杀菌灯的方法来分，有直接把灯放入水中，称为浸没式；紫外线灯放入套管里使用，称为过流式。（目前主要采用的是过流式的方法。）
----紫外线杀菌灯在水处理主要应用它的杀菌功能，比如过流式的设备工作原理是这样的：经水泵产生压力的一定流速的水流流过能透紫外的石英套管外围，紫外线灯产生的254nm紫外线对水进行消毒、杀菌。其特点是水流流速很快，一般在石英外套流过的时间为不超过1秒，因此要求杀菌灯的紫外线强度是很高的，一般要求在表面强度超过30000uw/cm2。要产生如此高的紫外线强度，需选用高强度大功率的紫
外线杀菌灯。如果仍然想通过延长时间来提高消毒效果，那么一般选用较长的灯，做较长的设备，或在不锈钢外壁上处理成涡流旋转式结构，来延长水流过的时间。
----对于高档产品，过流式消毒方法不仅要配较复杂的结构；还有复杂的控制系统，如紫外线强度监测系统，水温监测系统，消毒时间累积，紫外线灯监控、故障报警、自动声光报警等系统。此外，过流式设备对环境与处理对象也有要求，如水的温度、水的透明度对消毒效果有很大的影响。紫外线杀菌灯工作时表面最佳温度为40℃，温度过高或过低都会影响紫外线输出效果；水的透明度越差，紫外线越易被
吸收，利用率就越低。
----与过流式相比，浸没式结构简单。紫外线杀菌灯直接放在水中，这种方法可用于流动的动态水，也可用于静态水。这种处理方法要注意灯管有可能由于意外情况发生破裂；长时间处理，灯管表面会被水中藻类等污染物覆盖，将严重影响紫外线透出。
　对不同对象的水体进行消毒，主要要了解水质变动情况和水对紫外线的透过率。
　在水处理，除消毒杀菌外，紫外线灯还用于光催化反应，但目前只停留在试验室研究阶段。
2、产品的一般设计
----对设备的设计，除了相关结构和电控部份设计之外，一项重要指标是消毒效果，消毒效果我们一般用紫外线辐照剂量来衡量，即254nm紫外线辐照强度×照射时间。辐照强度可以根据外套管离灯管表面距离来测试强度，处理时间要根据水流量、水压力、进水管尺寸来定，也可实测。理论上，照射剂量要达到30000uw.s/cm2，剂量越高，对细菌杀灭率越高。
----实际上，照射剂量在系统工作时是很难测试的，主要是水体在设备中流过的时间往往难以估计和测试（这还和设备内部结构设计有关），所以通常用水流量和紫外线灯功率的比例关系来衡量消毒效果。
----水流量一定，则需要一定总功率的紫外线灯，但总功率一定，还有多种选择方案。如果选择总功率600瓦的紫外线灯，可选择30只20瓦的灯，也可选择20只30瓦的灯，还可选择6只100瓦的灯等。即使单只灯功率一定了，灯的长度还不一定。可选择较短的高强度灯，也可选择较长的高效率灯。具体设计时，考虑设备的长度、体积，如果允许设备长，不能太大，则采用细长的灯，这样支数相应减少，内腔空腔可缩小。相反，设备设计不能长，可大的，则选用紫外线灯管时，宜采用较小功率，支数较多的。对于选择支数较少紫外线灯时流过石英外套管的水层厚度要厚，紫外线在水中比在空气中更容易衰减，它的衰减系数比可见光在水中的衰减要大得多。只能允许水层厚度在1cm左右，如果更厚，则需浪费更多的紫外线来达到相同的消毒效果。即紫外线灯应用效率会降低。

2、 灯的选用
----在水处理中，尤其在废水处理中，应用高强度的紫外线灯是很有必要的。因为如果使用较多数量的紫外线灯，那么镇流器数量也多，线路更复杂，控制部分也更复杂，往往坏一只灯，就要停机更换，检修。而灯和镇流器使用数量越多，坏掉一只的概率也就越大。
----在传统的紫外线灯中，功率一般只能做到几十瓦，如传统规格40瓦、30瓦。如果用到大流量水处理，总功率需几千瓦，紫外线灯的数量要用到数十只到上百只，设备庞大，控制线路也很复杂。当用大功率的紫外线灯，如300瓦，那么，灯和镇流器数量将会大大减少，可简化设备。提高设备安全可靠性，降低设备的故障发生率。
----高强度的紫外线灯在水处理中使用，可分别选择有臭氧和无臭氧灯。所谓有臭氧灯，指这种灯能透185nm谱线（汞的特征谱线），这种谱线在空气中能电离空气产生臭氧。据国外的试验研究，185nm的紫外线在水中能产生光化反应，即电离H2O产生-OH（羟基），-OH有很强的氧化性，可矿化分解水中的有机物，降低TOC。但是一般的低压汞灯，本身功率不大，185nm紫外线只占灯管所耗电能的20%，其效果不显著，只有大功率的紫外线灯才能表现出一定效果。
----在水处理除了应用紫外线灯消毒杀菌之外，还可用到紫外线灯的另外的作用原理。这就是光催化反应。这种原理现已被成功用于空气净化。我们在市场上看到的光催化空气净化器就是用到该原理。在饮用水和废水净化方面，国内目前有数十家大学和企业在研究，被认为是高效、最有前景的废水、废气治理方法，是国内外研究的热点。
----目前，光催化活性较好的是TIO2。理论上，波长小于387nm的紫外线都能对TiO2激化而产生羟基而起到催化氧化的作用。市场上，我们可看到两个波长的紫外线灯，一种是254nm，一种是365 nm的紫外线灯，这两种灯现都已成功用于光催化反应的应用中， 254nm的紫外线灯也就是通常的杀菌灯，是由汞原子发出的谱线。365nm谱线的灯，通常见到的是采用专用的黑色的透紫外线玻璃；另一种是采用石英玻璃，涂覆365nm的紫光粉，采用石英材料的透光率要高，但其成本也相应增高。
----用在水处理，通常选用254nm的紫外线灯做光催化反应，这实际用到了254nm的双从作用，一是直接杀菌，一是光催化产生羟基矿化降解和杀菌。
在空气净化方面，目前365nm的黑光管和254nm的石英灯都已有人成功运用，本公司已开发峰值波长为312nm的紫外线灯，该灯种光谱在UV-C、UV-B、UV-A等波段均有分布，可对光催化效率大大提高，是光催化应用首选灯种！

二、应用中的技术难点
1、 结构和控制
----在水处理主要用到紫外线灯的消毒杀菌功能，这种基本原理和方法在数十年就已被人发现。在欧美，紫外线消毒技术已是一种普及的技术。在我国，九十年代开始引进该技术。十年来，这种技术做为一种"高科技产品"被努力地推向市场。然而，到目前为止，紫外线消毒产品还远未在水处理应用中普及。
----没有普及化的重要原因之一，国内生产的紫外线杀菌灯质量（主要是寿命）不过关。在水处理行业。由于设备一般都是24小时运转，灯的寿命要求高。而国内生产的紫外线灯一般也就是1000-2000小时，而且可靠性不高，易出故障。如果用于空气消毒，坏一只灯可随时更换；而在水处理设备里，如果坏一只灯，要影响到整个设备、系统，还可能影响其他供水系统和用户。可以说是安全质量事故。因此，紫外线杀菌灯的寿命和可靠性尤其重要。
----第二个原因是产品的结构和控制系统的设计不过关。以家用饮水机为例。据卫生部门的检测，通过饮水机放出的水，大多数都是细菌严重超标，一些名牌厂家的都是如此。细菌产生的主要原因就是饮水机内部长期不清洗而滋养了细菌。数年前，有人想把紫外线灯用到饮水机上，对系统环境和水进行消毒和保洁。可到现在，市场上也没看到饮水机用上紫外线灯。
----造成这种现象主要是遇到结构设计上的难题。紫外线在水中的穿透力很差，一般仅适合于10cm以内厚度的静态水层，随水层厚度增加，紫外线强度将大幅度衰减。因此紫外线对水消毒最适合薄层动态水。而普通的桶装饮水机中的水流入到内胆中是静态，而且储存时间无法确定，有可能只停留几秒种（连续接水饮用），也有可能停留较长时间。这就在时间控制上也增加了难度。
----有人想到，饮水机主要存在的是二次污染，不是桶装水带入的细菌，只要让内胆中的水不受二次污染就可以保持清洁。没有必要达到紫外线消毒杀菌的剂量。但是，桶装水不合格的报道我们经常见到。显然，仅仅是对内腔进行消毒显然是不够的！

2、 光催化反应
----光催化氧化反应机理很复杂。一些纳米材料如TiO2粉体复合光催化剂，被紫外线照射后，会产生"电子-空穴"对。空穴有很强的扑获电子的能力，遇到水分子后，水分子被夺去电子形成羟基（-OH），羟基有很强的化学活性，它能破坏有机物的化学键，达到旷化分解有机污染物的目的。
----与其他的新技术、新方法一样，光催化有他的新颖、实用的一面，也有其局限性的一面。从目前的国内外的研究和一般客户的应用情况看，光催化有其以下的局限性：
----1、光催化不管用在空气还是用在水里，其"光解"的作用效率是"有限的"。不能夸大他的作用。它只能处理杂质含量很低的空气和溶液，而且处理时间较长。比如空气净化，只能用于污染气体（如家居室内）较轻的环境，而不能用于如废气、废水等的净化。
----2、光催化作用只能局限于光触媒表面附近。也就是说，杂质分子或离子只能经过光触媒表面才能被降解。因为光催化产生的活性离子羟基（-OH）从产生到消亡的时间非常短，（小于10-6秒），他既不能在水中"游泳"，也不能在空中"飞舞"。而象紫外线可以穿透一定水层（尽管它在水中衰减严重），臭氧、氯气可以溶解在水里，随水漂流，作用时间可达数十分钟。
----3、光催化活性易受外界因素影响。如水中某些离子对光催化分解有促进作用，也有些离子或分子对光催化有"中毒"作用。空气中的湿度对光催化效果也有影响。还有一点：必需有水分子光催化才能进行。在仪器设备工作过程中，光催化实际效果往往难以实测和加以判断。消费者难以通过"感性认识"来感触高科技的魅力！
----4、无法测定"光解因子"。以消毒杀菌为例，《消毒技术规范》介绍有生物灭菌试验方法。（这种试验方法程序复杂，成本较高，一般只有市级防疫部门试验室才有条件做。）通常情况，我们可测试消毒因子。如紫外线消毒，我们可测试254nm紫外线强度，化学消毒可测试化学因子如环氧乙烷、臭氧的浓度，而光催化反应，目前无法测试所谓"因子"，如羟基（-OH）浓度就无法测试，原因是一其存在时间很
短，二也无恰当方法测试。是"摸不着、看不见"的东西。
----正视其局限性，才能有针对性的进行相关试验，实施技术突破。我们在这方面研究取得了相应成果。
----我公司通过大量试验，掌握了光催化反应的基本试验数据，研究成果正在推向产业化。我公司和一些企业合作已把光催化用于空气、水的净化，还成功把其他催化反应和光催化结合用于实践。在光触媒的选用、涂覆，提高反应效率，反应器结构的制造，紫外线灯规格选用有较丰富的经验。我们充分发挥了光催化的优越性，突破了其局限性，是光催化产业化应用的典范。
----我公司把取得的成果愿意与广大想利用光催化反应制造各种产品的厂家共同分享--其实我们早已这样做。我们不仅为你提供优质、合适的紫外线灯产品，提供可靠的试验数据，也为你的结构设计出谋划策，直到产品成功！

 三、华星光电紫外线灯产品和企业优势

1、 产品技术优势
----A、 大功率高强度
----前面我们已经讲到，在水处理，由于他的使用特点要求紫外线有很高的寿命和可靠性。
- ----对于低压汞灯，如荧光灯，功率一般只有几十瓦，如果把功率做到上百瓦，就被认为"有很高的技术含量"。因为功率做大，灯管的管壁负载就会增加，这样往往会缩短寿命，或者大大降低光的输出效率。
----大功率紫外线灯我们现已可做到300瓦以上。这种灯的管流超过1A，功率密度要比普通灯显著大，达到1．2瓦/cm。300瓦紫外线灯在1．0米处254nm紫外线强度达到1200uw/cm2，相当于10只40瓦灯的紫外线强度，表面紫外线强度更是高达70000 uw/cm2（在此强度下消毒时间不超过0．5秒）。在高功率密度情况下，仍有较高的紫外线输出效率，而且可在较高管壁温度（超过100℃）条件下工作。使用漏磁变压器点灯，有很高的可靠性，灯管寿命达到5000小时以上。
----更大功率的紫外线杀菌灯我们正在研制，灯管电流超过2A，有更大的功率密度。
B、 高可靠性
----国产石英紫外线灯的突出问题是可靠性差，易出现的问题是慢性漏气，这是石英紫外线灯的"超级杀手"。也是水处理行业领域最可怕的敌人。不难想象，当整个系统（比如：过滤、沉淀、离子交换、消毒杀菌、嚗气、絮凝等设备）运转时，突然一只或几只紫外线灯熄灭，那么意味着，如不及时更换，消毒杀菌的效果要受到严重影响。另一方面，频繁更换，也会增加成本。为防止此类现象发生，还要增加监
视和报警系统。
----我们在生产工艺和设备上有较高的保障能力，确保产品的一致性；另一反面，我们特为水处理用的紫外线灯生产、检验、测试、库存制定一套"特殊程序"，即使有可能紫外线灯有质量问题，我们也可通过"特殊程序"来发现，而做到出厂的灯合格率几乎接近100%，这就是我们对水处理的重视和承诺！

2、 技术服务
----紫外线灯的应用很专业，在水处理的运用更专业。我们不仅可提供紫外线灯产品，还可提供相关技术服务。
----我公司技术发展中心既承担新产品开发，也负责对客户的技术咨询和服务等工作。我们有来源广泛的信息资源，有多学科的研究开发队伍。有专业知识扎实的专材，也有掌握多门专业知识的广材。我们还有全国闻名的资深望重的专家、顾问队伍，这些都为我们技术设计和技术服务提供可靠的保障。
----紫外线灯在各行业领域的应用正处在开发初期。在水处理领域，既有广泛的商机，也有很多的挑战。
----我们在过去几年，我们甚至没花一分钱的广告，之所以迅速占领市场，除了我们的灯做得好，另一个重要原因就是有强大的技术服务能力。只要客户真心需要，有机会与我们交流，我们合作的机会就很大。我们的技术有一半做产品，有一半提供给我们的客户，帮助客户发展。这种合作关系能为我们开发不断提出新问题，指引发展方向；也能为客户新产品开发少走弯路，提高成功机会。
----与我们成功合作的"样板工程"有如下企业和产品：
·台湾某科技企业 家用净水机
·顺德某著名饮水机企业 家用饮水机
·上海某科技公司 光催化空气净化机
·顺德某电器公司 　消毒柜
顺德某空调设备公司　　家用空调
----以上企业都是从产品的研发初期找到了我们。我们从产品的结构设计，工作原理，选用紫外线灯的规格，市场情况，都给予了他们很大的支持。目前我们这些客户的产品均已批量上市。