引言 在過(guò)去的20中，紫外消毒行業(yè)經(jīng)歷了快速的增長(zhǎng)階段。在這段時(shí)期，紫外線技術(shù)的發(fā)展成為了產(chǎn)業(yè)投資滿足市場(chǎng)需求（對(duì)高效、低成本和對(duì)環(huán)境無(wú)害消毒技術(shù)的需求）的完美案例。隨著紫外消毒技術(shù)在水廠中的應(yīng)用，全世界每天超過(guò)三十億升水的處理量，證明了紫外線技術(shù)已經(jīng)不再是一種“新興”技術(shù)，而是一項(xiàng)被工程師廣泛采用的用于保護(hù)人類健康的技術(shù)。紫外線技術(shù)仍然在改變、成長(zhǎng)，新產(chǎn)品和新的應(yīng)用也在不斷的被發(fā)現(xiàn)。本文簡(jiǎn)要介紹了紫外線技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。 行業(yè)成熟度 幾乎所有紫外線技術(shù)領(lǐng)軍企業(yè)，如博生 （Berson） ，海諾威 （Hanovia） ，特潔安 （Trojan） 和威德高（Wedeco） ，他們都隸屬于一些綜合性的產(chǎn)業(yè)、財(cái)務(wù)集團(tuán)，例如豪邁 （Halma） ，丹納赫 （Danaher） 和飛力（ITT）。這些集團(tuán)在穩(wěn)定市場(chǎng)的同時(shí)，能提供專業(yè)的產(chǎn)品系列，這就意味著這些子公司必須產(chǎn)生或保持利潤(rùn)，由此證實(shí)前期并購(gòu)?fù)顿Y的正確性。相應(yīng)的紫外線標(biāo)準(zhǔn)的制定和新型紫外線反應(yīng)器設(shè)計(jì)的認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)都表明該技術(shù)將轉(zhuǎn)變?yōu)橹髁鲬?yīng)用技術(shù)。在過(guò)去 20 年，紫外線消毒設(shè)備實(shí)現(xiàn)了兩位數(shù)的銷售增長(zhǎng)，全世界紫外線消毒產(chǎn)品總年銷售額很快將超過(guò) 40 億人民幣（約 5.5 億美元）。 新技術(shù) 利用流體力學(xué)軟件建模的方法，大大提高了制造商對(duì)自身產(chǎn)品處理程度和能力的預(yù)測(cè)力，使他們對(duì)自己的產(chǎn)品更有信心。系統(tǒng)的選型也不再是魔術(shù)，因?yàn)橹圃焐棠芘c設(shè)計(jì)工程師共同合作，最終更加精確的預(yù)計(jì)在不同水質(zhì)和流速條件下的處理級(jí)別和能力。紫外線設(shè)備制造商們很快就能利用該工具來(lái)優(yōu)化反應(yīng)器內(nèi)的紫外線劑量，和減小能耗。在制造商開(kāi)發(fā)和改良反應(yīng)器之后，他們采用一系列的認(rèn)證協(xié)議來(lái)驗(yàn)證設(shè)計(jì)，如歐洲的 DVGW 和 ?NORM 認(rèn)證（飲用水），以及 NWRI 認(rèn)證（廢水），美國(guó)的 USEPA 認(rèn)證。在今后幾年內(nèi)，更為優(yōu)化的反應(yīng)器會(huì)隨即被生產(chǎn)和推廣。 傳統(tǒng)紫外線技術(shù)也會(huì)得到進(jìn)一步的改進(jìn)。中壓燈會(huì)在能量效率，壽命和功率密度方面得到提高，與石英套管的有機(jī)結(jié)合可是燈管壽命超過(guò) 12,000 小時(shí)。這種技術(shù)結(jié)構(gòu)緊湊、占地面積小，特別是在需要改建翻新或要求對(duì)適應(yīng)套管能夠自動(dòng)清洗時(shí)，會(huì)受到設(shè)計(jì)師和使用者們的更多青睞。低壓高強(qiáng)燈管的輸出功率也會(huì)進(jìn)一步提高，也許能達(dá)到 1kW ，這樣會(huì)大大降低系統(tǒng)的占地面積和簡(jiǎn)化維護(hù)工作。對(duì)于低壓紫外線設(shè)備而言，燈管的布置也是一個(gè)相當(dāng)重要的問(wèn)題，因?yàn)橐惶椎蛪鹤贤饩€設(shè)備需要使用上千根的低壓紫外線燈管。 新的紫外線光源，如發(fā)光二極管 （LED） 被稱為未來(lái)技術(shù)。LED 的優(yōu)點(diǎn)在于它們能將所有的電能集中到 260nm－262nm 之間這樣一個(gè)狹窄的波長(zhǎng)范圍，并且具有很高的功效和很長(zhǎng)的使用壽命（據(jù)報(bào)道超過(guò) 100,000 小時(shí)），因?yàn)樽陨淼狞c(diǎn)光源，所以它們不會(huì)受到傳統(tǒng)圓柱形設(shè)計(jì)的局限。這項(xiàng)頗具前景的技術(shù)也存在著在燈管功率驅(qū)動(dòng)上的缺陷，因此這項(xiàng)技術(shù)還停留于概念階段。其它燈管類型中，例如激態(tài)分子燈，它的優(yōu)點(diǎn)在于無(wú)汞，不需要預(yù)熱，但目前此項(xiàng)技術(shù)仍受到功效低和整流器成本高的限制。而且，激態(tài)分子燈常常比它們要替代的產(chǎn)品更具毒性。 紫外線強(qiáng)度感應(yīng)器也在過(guò)去的十年中得到了很大提升，現(xiàn)在已經(jīng)有了穩(wěn)定，可靠及精確的殺菌感應(yīng)器以及一個(gè)制定完善的認(rèn)證體系。另外，感應(yīng)器、流量表和其它監(jiān)控設(shè)備的數(shù)據(jù)可以幫助制造商改善控制系統(tǒng)和優(yōu)化設(shè)備的性能。他們也可以通過(guò)操作平臺(tái)與控制中心的操作人員進(jìn)行聯(lián)系。 越來(lái)越多的微生物D10 值＊被人們所了解，并且這個(gè)列表隨時(shí)都在被更新。最顯著的是，研究已確認(rèn)了只要很低劑量的紫外線就能消滅隱孢子蟲(chóng) （Cryptosporidium） 和賈第鞭毛蟲(chóng) （Giardia），但是也發(fā)現(xiàn)了幾種具有極高 D10 值的病毒。隨著紫外線技術(shù)應(yīng)用的更新，會(huì)有更多的微生物被加進(jìn)到現(xiàn)有的 D10 值列表中。 復(fù)活反應(yīng)是紫外線技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的一個(gè)重要關(guān)注點(diǎn) —— 一些微生物在其 DNA 受紫外線照射后，顯著特點(diǎn)在微生物可以做用于受損部分并完成修復(fù)過(guò)程。DNA 的修復(fù)過(guò)程可能發(fā)生在封閉（暗）的系統(tǒng)中，也可能發(fā)生在有光的開(kāi)放系統(tǒng)中（光復(fù)活反應(yīng)）。紫外線劑量和紫外線燈的類型能決定復(fù)活反應(yīng)是否能進(jìn)行，低壓（單一波長(zhǎng)）紫外線燈會(huì)比中壓（多波長(zhǎng)）紫外線燈更易產(chǎn)生光復(fù)活。在光復(fù)活領(lǐng)域需要進(jìn)行更多的研究努力，在今后 5 年中很可能會(huì)有新的進(jìn)展。 還有大量關(guān)于紫外線消毒的研究正在進(jìn)行中，尤其是如何去除水中以下常見(jiàn)的物質(zhì)，比如氯，溴化物，硝酸鹽，臭氧，NOM＊＊ 和鐵。普通的紫外線消毒劑量不能明顯去除以上物質(zhì)。對(duì)更多的水中外來(lái)元素的研究也在進(jìn)行中。 新興市場(chǎng) 紫外線消毒技術(shù)最大的潛在市場(chǎng)是在飲用水領(lǐng)域。紫外線技術(shù)已被認(rèn)可為適合殺滅隱孢子蟲(chóng) （Cryptosporidium） 和賈第鞭毛蟲(chóng) （Giardia） 消毒的技術(shù)，特別適用于地表水和其它易受感染水源。自 1997 年至今，由于以下幾個(gè)因素市場(chǎng)增長(zhǎng)速度略有減緩，其中包括隱孢子蟲(chóng) （Cryptosporidium） 和賈第鞭毛蟲(chóng) （Giardia）對(duì)紫外線敏感度的不確定，紫外線消毒技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)框架的缺乏，指南和指導(dǎo)的缺乏，紫外線消毒在飲用水廠中的應(yīng)用案例和工程知識(shí)的缺乏，水工業(yè)總體的保守，以及使用紫外線殺滅隱孢子蟲(chóng) （Cryptosporidium） 和賈第鞭毛蟲(chóng) （Giardia）專利技術(shù)的幾項(xiàng)訴訟案件的結(jié)果還不確定。所有這些問(wèn)題或者已經(jīng)被解決了或者正在解決中，這些努力都將為這個(gè)市場(chǎng)的快速增長(zhǎng)鋪平道路。 對(duì)于紫外線技術(shù)而言另外一頗具潛力的市場(chǎng)，是應(yīng)用于灌溉的再生水和灰水。污水回用技術(shù)在美國(guó)西南部和其他淡水急劇短缺的地區(qū)已經(jīng)很常見(jiàn)，比如中國(guó)北部，歐洲南部，中東和北非。針對(duì)這個(gè)市場(chǎng)，只要使用比飲用水系統(tǒng)更大的紫外線劑量，紫外線技術(shù)被證實(shí)有效。與飲用水標(biāo)準(zhǔn)類似的嚴(yán)格的伴生標(biāo)準(zhǔn)，將成為評(píng)估這些關(guān)鍵應(yīng)用的重要方法。防止光復(fù)活反應(yīng)，也將會(huì)成為處理和評(píng)估的關(guān)鍵因素。 紫外線技術(shù)的另一新興市場(chǎng)是經(jīng)紫外線消毒后的水可以應(yīng)用于含水層的恢復(fù)和地下水的儲(chǔ)存。這種應(yīng)用包括將深度處理過(guò)的廢水注入蓄水層來(lái)補(bǔ)充飲用水供應(yīng)。美國(guó)的加利福尼亞，德克薩斯和佛羅里達(dá)三個(gè)州都開(kāi)始考慮使用此種技術(shù)，而且在世界上的其它地區(qū)對(duì)此種應(yīng)用的興趣也在不斷提升。 紫外線技術(shù)還可以起到氧化作用，單獨(dú)使用紫外線技術(shù)，或?qū)⒆贤饩€技術(shù)與氫氧根自由基相結(jié)合，可以破壞水中的污染物。這種技術(shù)已成功應(yīng)用在地下水補(bǔ)充，工業(yè)廢水處理和飲用水處理中。值得一提的是，美國(guó)幾項(xiàng)大型的強(qiáng)氧化項(xiàng)目已經(jīng)采用了紫外線技術(shù)，用來(lái)氧化處理 NDMA＊＊＊ ，MTBE＊＊＊＊ ，殺蟲(chóng)劑，異嗅異味復(fù)合物和氯化溶劑等。 總結(jié) 紫外線技術(shù)產(chǎn)業(yè)在過(guò)去十年來(lái)已經(jīng)相當(dāng)成熟，而今正由主流水處理公司進(jìn)行著標(biāo)準(zhǔn)化的使用和推廣。傳統(tǒng)的紫外線技術(shù)經(jīng)過(guò)實(shí)地測(cè)試，如今在廣泛的應(yīng)用中取得了相當(dāng)優(yōu)異的成績(jī)。隨著標(biāo)準(zhǔn)、版稅、工藝和工程等一些列不確定性的降低，在今后 20 年中，預(yù)計(jì)紫外線技術(shù)的認(rèn)可度將會(huì)迅速提高。 傳統(tǒng)的紫外線產(chǎn)品的設(shè)計(jì)很大程度上依賴于流體力學(xué)軟件（CFD） ，但是在將來(lái)的設(shè)計(jì)中它將被作為一種常規(guī)的校準(zhǔn)工具。在今后十年中，對(duì)傳統(tǒng)燈管，紫外線強(qiáng)度感應(yīng)器和控制器的改進(jìn)將不會(huì)間斷。例如LED 燈和微波燈這樣的新技術(shù)，在效率，占地面積和能耗上的優(yōu)勢(shì)，都會(huì)給未來(lái)技術(shù)的革新提供了極大的空間。 現(xiàn)階段，特別是在新技術(shù)能帶來(lái)更高效率和更低能耗的情況下，飲用水市場(chǎng)需求將會(huì)快速的增長(zhǎng)，。而其它應(yīng)用，例如廢水再利用及含水層儲(chǔ)存和補(bǔ)充的市場(chǎng)相比飲用水要小一些，增長(zhǎng)速率相對(duì)緩慢，但仍具吸引力。紫外線技術(shù)應(yīng)用在強(qiáng)氧化項(xiàng)目仍在處于啟蒙階段，很大程度上受到能耗的制約。如果新型的、更高能量效率的技術(shù)出現(xiàn)，此領(lǐng)域?qū)?huì)迎來(lái)飛速的增長(zhǎng)。 微生物的 D10 值＊: 微生物在經(jīng)過(guò)處理后，該生物群體數(shù)量降低至 99％ 所需的紫外線劑量。紫外線劑量與殺死率呈對(duì)數(shù)關(guān)系。例如，如果對(duì)一種特定的微生物需要?dú)⑺缆蕿? 99.99％ ，則所需的劑量為 D10 值乘以 4 。 NOM＊＊ : 自然有機(jī)物 NDMA＊＊＊ : 亞硝基二甲胺 MTBE＊＊＊＊ : 甲基叔丁基醚