紫外线应用

　　紫外线亦称“紫外光”、“紫外辐射”，其波长范围10～400nm，在电磁波谱中位于紫光和伦琴射线(X射线)之间，与其它波长的电磁波一样，具有其共性，都遵守电磁运动的基本规律。

　　紫外线不能引起视觉(即在可见光范围之外)。可见光能透过的物质，对于紫外线的某些波段却会强烈的吸收。地球大气中的氧和臭氧几乎全部吸收了太阳辐射中波长小于290nm的紫外线。

　　水银灯和电弧的光中有250～390nm之间的强紫外辐射，是常用的紫外线光源。紫外线通常用光电元件和感光乳胶来检测。紫外光谱是研究原子结构的重要手段，紫外线在工农业生产、生物学和医学以及人们日常生活等各方面都有重要应用价值。

紫外线在生物学上的应用

　　1、红斑形成作用

　　无色素沉着的动物皮肤，在紫外线作用下能出现特殊的红斑。这种红斑不是在紫外线照射后立即出现，一般是在照射后6～12h后出现，并能维持2～3d之久。出现红斑的同时出现局部的炎症症状(局部热，痛及轻度肿胀。经过4～5d坏死的表皮脱落，皮肤着色)。

　　紫外线照射皮肤后局部产生的红斑是由于细胞蛋白质与核酸吸收大量紫外线，使细胞核及蛋白质肿胀、变性及蛋白分解。由于蛋白分解，使组氨酸变成组织胺和类组织胺的特殊物质进入血液后，使血管扩张、渗透性增强、从而出现无菌性炎症。

　　因这种光化学反应要经过一定时间才完成，这是紫外线红斑在照射后须经6～12h潜伏期才出现的原因。而这种红斑的产生并不是一个单纯的血管反应，而是神经系统起主导作用。紫外线红斑疗法在兽医临床上应用广泛，具有XY、止痛、促进创口愈合和脱敏的作用。

　　2、色素形成作用

　　紫外线照射后可于皮肤内形成色素沉着，其原因是皮肤在紫外线照射后于皮内形成黑色素。

　　3、抗佝偻病作用

　　对佝偻病幼畜，紫外线照射能使磷酸离子含量，血浆中钙的含量增加，排出量减少，吸收增加。紫外线的这种作用是由于它能使维生素D元转变为抗佝偻病的VD2和VD3。紫外线中波长253～302nm，抗佝偻病的作用Z强。用紫外线照射过的亚麻油、橄榄油、人乳及牛乳均具有抗佝偻病作用。

　　4、杀菌作用

　　紫外线的杀菌作用是由于细菌细胞核化学结构变化，使菌体破坏致死。短波紫外线，其中波长257nm杀菌作用Z强，中波及长波紫外线杀菌作用不明显。

　　光线集中、直射、强光，杀菌作用强。细菌中结核杆菌、炭疽杆菌对紫外线抵抗力Z强：其次是大肠杆菌、葡萄球菌、霍乱杆菌和伤寒杆菌，而链球菌Z敏感。无芽孢的细菌比带芽孢的细菌敏感，球菌比杆菌敏感，革兰氏阳性菌比阴性菌敏感。介质温度高时杀菌作用强，位于表面的细菌容易杀死，在空气中杀菌作用比水中明显。

　　5、对神经系统的作用

　　红斑量紫外线照射可使感觉神经兴奋性降低;相反，小剂量照射则有兴奋作用，对交感神经有YZ作用，可使血管扩张血压下降。

　　6、对消化系统的作用

　　应用小剂量照射对胃液分泌有兴奋作用，大剂量则引起YZ。

　　7、对造血功能的影响

　　紫外线照射后可使红细胞、白细胞、血红蛋白、网状细胞增加，以小剂量或中等剂量照射急性出血后贫血的动物，可使血液迅速再生。

　　8、对新陈代谢的影响

　　紫外线照射血液内钙的含量降低于正常动物后，可使血钙含量增加，而排出减少，吸收增加。对钾则相反。小剂量照射氮有潴留，大剂量照射，尿内氮、磷、硫的含量增加。对碳水化合物的作用主要是使血糖下降，肝和肌糖含量增加，乳糖含量减少。

紫外线应用——紫外线消毒技术

　　一、紫外线消毒技术的原理

　　紫外线消毒水处理技术是一种基于现代光学、防疫学、生物学和物理化学的消毒技术。紫外线是指电池波谱中波长为100nm到400nm部分，包括真空紫外线UVD波，100-200nm;UVC波，200-280nm;UVB波，280-315nm;UVA波，315-400nm。

　　其中杀毒能力Z强的紫外波段是200-280nm，即紫外C波段。紫外线消毒原理是利用特殊设计的紫外发生装置产生UVC照射流水，当水中的各种细菌、病毒、寄生虫、水藻以及其它病原体受到一定剂量的UVC辐射后，其细胞中的脱氧核糖核酸或核糖核酸结构受到破坏，使其丧失复制和繁殖能力。

　　同时，紫外线还可以对微生物的细胞质和细胞壁产生一定的破坏作用因细菌、病毒的生命周期一般较短，不能繁殖的细菌、病毒就会迅速死亡，从而在不使用任何化学药物的情况下达到消毒和净化的目的。

　　二、紫外线消毒技术的发展

　　人类得知太阳光中的紫外线具有消毒杀菌作用这一伟大发现是在1878年，人造紫外光源与石英材质灯管Z早出现于1901年与1906年，紫外线消毒技术Z早于1910年被用于法国马赛一家自来水床。

　　直至20世纪60年代中叶紫外线消毒技术才在城市污水处理中被首次应用，在人类意识到加氯消毒工艺遗留的余氯对水体中鱼类产生毒性，进一步认识到氯消毒会产生具有致癌作用的三卤甲烷(THMs)的推动之下，在20世纪70年代～80年代人们开始对紫外线消毒技术在城市污水处理应用中的作用进行早期研究。

　　紫外线消毒技术对城市污水处理与受纳水体影响的研究与评估Z早由加拿大安大略省水资源委员会在1965年与1969年提出。

　　大量先驱性研究工作包括紫外线消毒效果、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、加氯消毒技术经济比较等先驱性研究工作在其他加拿大研究人员的组织下圆满完成。该项研究结果都证实了紫外线消毒技术在污水处理中具有可行性，杀菌消毒效果与加氯处理效果近似，受纳水体生物并不会受到毒副干扰且无消毒副产物。以上研究成为推动紫外线消毒技术在城市污水处理中应用的中坚力量。

　　世界上diyi套明渠式安装的紫外线消毒系统2000于1982年在加拿大某家公司诞生，由若干独立紫外灯模块组成，依靠重力流动的水流，无需泵、管道、阀门的紫外线消毒系统概念首次被成功引进。世界范围内的3000套紫外线污水消毒系统中明渠式模块化紫外线系统占95%，小规模消毒系统每天污水处理量达几千立方米，大系统每天工作效率可达上百万立方米。

　　三、紫外线消毒技术的优缺点及其改进

　　1、紫外线消毒技术的优点

　　紫外线消毒技术的优点很多，主要有：

　　①消毒效果好：紫外线消毒技术对抗氯性的两虫(隐孢子虫和贾第鞭毛虫)有较好的灭活作用。主要是破坏微生物的DNA使其丧失复制和繁殖的能力，也能破坏微生物的细胞质和细胞壁，此外紫外线对病毒也有较好的消毒效果。紫外线照射几十秒后，大肠杆菌杀灭率可达98%，细菌总数的平均去除率达96%;

　　②没有二次污染：传统的自来水消毒技术像ye氯和二氧化氯会产生含氯的消毒副产物，如三卤甲烷、卤乙酸、卤代酚、MX、卤代酮、卤代醛、卤代硝基甲烷等有毒或致癌有机物，而用臭氧消毒时如果水中存在溴离子也会产生一种致癌的溴化物。用紫外线杀毒技术完全不会产生有害物质，也不会像氯气那样产生味道，水的口感好;

　　③安全：用ye氯消毒有一定的风险，在生产、运输、储存和使用过程中都有泄露的风险。很多大城市都用次氯酸钠代替ye氯。美国曾报道ye氯是恐怖分子Z容易获得的危险品，一个ye氯灌可以造成几万人的丧亡，而紫外线消毒系统则很安全，对公共安全构不成潜在威胁;

　　④处理速度快：足够量紫外线可以在一秒内杀死绝大部分细菌和病毒，对城镇污水处理厂污染物排放标准中列为标定物的大肠杆菌，用紫外C消毒技术只需0.36秒就可杀灭。而对传统氯气以及臭氧等消毒方法来说，达到现代紫外C消毒技术的杀菌效果一般需要20分钟至1个小时的时间;

　　⑤运行费用低：采用紫外线消毒技术，1吨污水的杀菌消毒成本仅需0.004元，甚至更低。在千吨水处理量水平，紫外消毒技术的成本只是氯消毒的1/2，氯加脱氯消毒成本的2/5，臭氧消毒成本的1/9。在10万吨水处理量水平，紫外消毒技术的投资及运行成本也比其他技术低很多。此外，紫外消毒技术还有运行安全可靠，安装维修简便，占地面积小，可以实现自动控制等特点。

　　2、紫外线消毒技术的缺点

　　自来水厂采用紫外线消毒的不足有：

　　①无持续杀毒能力，消毒后水遇到新的污染源会再次被污染，不能维持供水管网持续消毒效果也就是后续杀毒能力较弱，因此需要与氯或者氯胺配合使用;

　　②水质要求高，对于悬浮固体很多、水质较差的水，由于悬浮固体可以庇护微生物使其免遭伤害，消毒效果很难保证;

　　③消毒后微生物复活问题，紫外线消毒只是让DNA不能复制而破坏微生物的遗传能力，在一定条件下微生物可以复活，不能完全将微生物杀死。

　　④紫外灯套管容易结垢，影响紫外光的透出和杀菌效果，国产的紫外灯寿命短导致更换费用高。

　　⑤设备复杂费用高，前期投入费用较高，紫外线因透射较弱要求照射面大水层薄，致使消毒流程设备复杂。

　　3、紫外线消毒技术的技术改进

　　目前针对紫外线无持续杀毒能力等缺点，主要是将紫外线消毒工艺和氯消毒工艺联合起来消毒。对紫外线技术本身主要是改进紫外灯的寿命。此外还可将紫外线消毒工艺和光催化氧化消毒工艺或者高级氧化技术结合，这样不仅能除去微生物还能除去部分天然有机物。

　　四、紫外线消毒技术的展望

　　紫外线消毒由于不投加化学药剂，不产生有害物质，安全可靠。

　　紫外线消毒具有广谱性，能快速GX地杀死包括细菌、结核菌、病毒、芽抱和真菌等在内的所有微生物，尤其是对水中贾第鞭毛虫和隐抱子虫具有良好的灭活效果。因此，紫外线消毒技术在水和污水处理领域得到了广泛应用。但是，在实际应用中需要考虑YZ消除微生物的复活再生和持续杀菌以及克服紫外线穿透力低的问题。

　　紫外线消毒技术的研发与应用的主要方向包括紫外线消毒后的细菌复活研究、流体力学模拟软件的应用、和紫外线消毒GX低能耗光源的开发等。这些方面的研究与开发为未来技术的革新提供了极大的空间。在不久的将来，紫外线消毒技术在水和污水处理领域的应用将更加普及。

紫外线应用——食品杀菌

　　各种灭菌技术的灭菌效果都会受到食物理化性质的影响。比如加热或者高压灭菌，温度、酸碱度和压力都会有很大影响。而在紫外灭菌中，这些因素就不那么重要。紫外杀菌的关键是紫外线能够达到细菌，所以穿透性是关键。

　　诸如食品的组成、固体含量、颜色等因素会影响紫外线的吸收，从而影响它穿透的厚度，也就对杀菌效果有很大的影响。如果食品均一、透明，紫外线的穿透性好，灭菌效果就会好;反之，如果食品浑浊，那么紫外线就会被散射，能量在穿透中降低，灭菌效果就会比较差。

　　总的来说，紫外线的穿透能力比较差，通常也就能穿透2-3cm的厚度。要让固体食物均匀地以薄层去接收紫外照射，还是一件很有挑战性的事情。这一先天的缺陷大大限制了它的应用范围。

　　目前，紫外线灭菌在食品工业上的应用主要有三类：

　　①食品加工设备的消毒。对于设备来说，微生物总是只停留在表面，而紫外线穿透能力差的弱点也就无关紧要，而不加热、不引入其他物质(包括水)的优势则得到了充分的发挥。

　　②食品加工用水的预处理。为了减少生产过程中可能引入的微生物，对于加工用水进行灭菌预处理是事半功倍的措施。相对于加氯或者氯化物这些“化学手段”，不引入化学物质的紫外杀菌可以避免灭菌副产物带来的风险，也避免了杀菌剂带来的异味。

　　③目前，直接食用的食物中采用紫外灭菌的主要是果汁。果汁的风味很容易被加热改变，所以“非热加工”在果汁生产中很有吸引力。杀菌剂光是名字就让消费者喜欢不起来，所以不改变风味、不引入“化学成分”的紫外灭菌，也就有了很大的用武之地。