實際上，現代紫外線消毒理論和技術經（jīng）過近40年的發（fā）展，已經成為一項全（quán）世界普遍認可、非常成熟和有效的工程應用技術。對某紫外設備廠家生產的紫外設備現場應用的統（tǒng）計分析發現，在國內500多個安裝運行其設備（bèi）的汙水廠現場中，曾經有50多個出現過大（dà）腸菌（jun1）出水不合格的（de）情況，其中（zhōng）由於紫外設備無法滿足進水（shuǐ）水質消毒需求的情況隻有2個，而絕大部分的不合格都是設備使用維護（hù）不當或者大腸菌檢測操作不（bú）規（guī）範造成的。如果不加分析就簡單地否定這一環境友好、低碳環保的技術（shù），進而因噎廢食，顯然（rán）不是科學的態度和方（fāng）法，也（yě）不利於技術的進步。通過調研目前（qián）國內汙（wū）水處理中紫外線消（xiāo）毒技術的應用（yòng）情況，總結（jié）該技術在汙水處理中得以有效應用的製約因素（sù）主要包括以下方（fāng）麵。

在紫外消毒設備（bèi）不能滿足出水達標要求的汙水（shuǐ）廠中，一個重要的原因就是（shì）紫外設備所（suǒ）能實現的紫外照射劑量偏（piān）低，不滿（mǎn）足消毒目標要求。導致（zhì）這個情況發生的原因是一些紫外設備廠家不知道如何計算設備的紫外劑量，也不對所生產設備的紫外劑量進行檢測，或者出於降低設備造價的目的（de）在設（shè）備劑量上缺斤短兩。一般來說，在同等處理水量下，水質越差需要的紫外設備規模越大，但一些設備廠家不了解水質對（duì）紫外設備劑量與規模的影響，處理不同水質時仍隻是按設備（bèi）的（de）處理流量來簡單（dān）放大或縮小設備規模，導致結果無法達（dá）標。另外，有些設（shè）備水位控製器設計的問題造成明渠中水位不當導致消毒短路而（ér）無法達標。紫（zǐ）外（wài）消毒設備的劑量多少與計算方法是紫外消（xiāo）毒的核心問題，因為劑量是判斷紫（zǐ）外消毒設備及（jí）方案是否可以達標的唯一參數，同時它與紫外設備的規模（mó）及價格（gé）息息相關。

1.1.2 缺少（shǎo）可（kě）靠的清洗係統

另一常見的（de）導致設備不達標的（de）原（yuán）因是紫外燈套管的清洗維護效果不好。由於汙水水質較差，對紫外燈套管的清洗是確保紫（zǐ）外消毒設備達標的一個重要日常維護工作。盡管現（xiàn）在市場上的紫外消（xiāo）毒設備基本都帶有（yǒu）在線的自動清洗裝置，但清洗效果從原理和實踐看存在差異。即便是使用高效的機械加化學在線自（zì）動清洗方式，若水廠（chǎng）操作人員忘記及時補（bǔ）充清洗液，也可能導致在線清洗係統不能正常發揮作用，套管（guǎn）結垢從而影響消毒效果。當然（rán）也有些汙（wū）水廠采用（yòng）的紫外消毒設備的在線自動清洗裝置本身在原理和（hé）實踐上（shàng）就（jiù）不可能高效清洗套（tào）管表麵，清洗效果一般（bān）或者較差，最（zuì）終（zhōng）導致設備因難以維護和消毒達標而廢棄（qì）。

除此之外，有些汙水廠的紫外燈的技術選型上選用了（le）錯誤的燈管類型，導致設備無法使用和達標。比如中壓紫外（wài）燈技術由於單支（zhī）燈（dēng）管（guǎn）功（gōng）率太高，燈管運行溫度較高，並不適（shì）合汙水（shuǐ）應用（yòng），容易使汙（wū）水中的一些成分在燈管（guǎn）套管表麵形成清洗（xǐ）液也難（nán）以及時去除的汙垢，從而（ér）影（yǐng）響設備達標和維護（hù）使用。

1.1.3 燈管達到壽命仍在（zài）使用

紫外燈的壽命和日常照明燈具的壽命概（gài）念不同（tóng），日常照明燈具的（de）使用壽命（mìng）是以燈具是否還（hái）可以點亮照明來界定的，而紫外燈的使用壽命則是以設備廠家質保的燈管壽命終點時的紫外輸出能量(即燈管老化係數)來（lái）界定。一些汙水廠為了節省運（yùn）行費用，在紫（zǐ）外燈管壽命早已大大超出質保（bǎo）使用壽命時，即紫外燈的紫（zǐ）外輸出能量已經老化衰減到不能滿足消毒所（suǒ）需劑（jì）量（liàng）的（de）情況下仍不更換燈管，導（dǎo）致消毒不（bú）達標。也有用戶在燈管壽命到期更換新燈管時，為了節省成本隻更換部分舊燈管（guǎn），同樣會造（zào）成設備消毒不達標。

1.1.4 取樣（yàng）和檢測（cè）不規範

大腸杆菌在室溫，特（tè）別是在較高室溫且見光環境下（xià）的增長（zhǎng）繁殖是幾何級數（shù）級的。汙水廠出水（shuǐ）中，微生物水樣的取樣、保管、運輸及儲存分析需要遵循一定的標準規範（fàn），比如從現場取得的水樣需要及時放入裝有冰袋的便（biàn）攜式暗箱中保存（cún）並運輸到實驗室處置分析，如果（guǒ）實驗室（shì）不能及時處置分析水樣，則需要將水樣（yàng）放入冰箱裏（lǐ）保鮮等。一（yī）些汙水廠內實驗室分析（xī）人員（yuán）在（zài）大腸菌培養（yǎng）檢測過程中的不當操（cāo）作也是誤判紫（zǐ）外消毒不達標的原（yuán）因之一。個別地區也存在著當地環保監管部門（mén）在對汙水廠取樣、保管以及後續處置分（fèn）析過程中操作不規範導致（zhì）誤判的情況。以華南某城市的環保（bǎo）監管部門為例，曾（céng）發現該部（bù）門周（zhōu）五前往多個（gè）汙水廠采樣，但樣品瓶隨意放置在敞開見光的收納籃中（zhōng），且沒有冰袋等（děng）保鮮（xiān）用品，回到實驗室後水（shuǐ）樣放置（zhì）在常溫（wēn）的室內環境（jìng）中，直到周一才對這些水樣進行處置與分析，加大（dà）了大（dà）腸菌（jun1）讀數不（bú）達標的可能。

現階段，我國（guó）城鎮汙水處理行業應提高對紫外消毒技術的（de）正確認識和了解，用戶（hù）和設計單位應（yīng）掌握如何判斷一個廠家所提供的紫外消毒設（shè）備（bèi）及其設備方案的消毒性（xìng）能是（shì）否能夠滿（mǎn）足工程設計要求，從而確保（bǎo）可以買到合格放心的產品，保（bǎo）護自身利益和公眾安全。

1.2.1 生物驗定（dìng）劑（jì）量

判斷一（yī）個設備廠家提供的紫外消毒設備方案（àn）其消毒性能是否滿足工程的設計（jì）要求，關鍵（jiàn）是看其方案所能（néng）實現的（de）照射（shè）到（dào）微生物上紫外能量（liàng）的多少，即紫外（wài）劑量（liàng）是否（fǒu）滿足（zú）消毒目標的設計要求。紫外劑量的計算方法很多，其中唯一被世界各地包括我國法（fǎ）規標準製定和（hé）執行部門認可與（yǔ）接受的就是生物驗（yàn）定劑量方法。這個方法是在一定測試條件(工況)下（xià），通過對微生物進出紫外消毒設備前後存量濃（nóng）度的變化反推,得到設（shè）備（bèi）在該測試條件下能夠（gòu）傳遞的（de）有效紫外劑量(即（jí）設備（bèi）的實際劑量)，然後改變測試條件(通常是設備處（chù）理的流量、水質)，即可得到該設備在不同工況下的紫外劑量（liàng）曲線，如圖1所（suǒ）示（shì）。

圖1 紫外設備生物驗定（dìng）劑量曲（qǔ）線

該曲線的橫（héng）坐標一般為單台設（shè）備(常見於管道式（shì）紫外設備)或平均到每支燈管(常見於明渠式紫外（wài）設備)處理的流量，縱坐標是該設備可以實（shí）現的有效紫外劑量，即生物驗定劑量，UVT為處理水體的紫外透光率。設備製造商應該用這些設備曲（qǔ）線去計算其設備方案的紫外劑量，最終體現（xiàn）為方案中的設備規模(設備台數、燈管數量，最終為設備中燈管的總裝機功（gōng）率)，劑量越高，設備規模也越大。用戶和設計單位隻需讓廠家出具紫外消毒設備的生物驗定劑量報告和劑量曲線,就可以簡單快速地核算其所報設備方案的紫外劑量是否滿足消毒目標要求。為了保證公眾安全，世界（jiè）各地的法規和（hé）標準製定部門一般都要求設備的生物驗定劑量測試應由行業內比較公認的有資質或權威的獨立第三方按行業相關標準（zhǔn）進行（háng）。世界範圍（wéi）內主要的驗證體（tǐ）係（xì）與規範包括美國環保署的飲用水紫外消毒設備EPA驗證、德國DVGW的（de）飲用水紫（zǐ）外消毒設備驗證、奧地利的ÖNORM飲用水（shuǐ）紫外消毒設備驗證（zhèng）等，我（wǒ）國（guó）也發布了《紫外線水消毒設備 紫外線劑量測試方法》國家標準，清華蘇州環境創新研究院和山東省城市供排水水質監測中心已建立了相關的檢測能力，但不少紫外設（shè）備廠家都沒有做過相關測試。因此，用戶如果想（xiǎng）買到合格的紫外（wài）消毒設備，就應（yīng）該要求紫外設備廠家提供由有資質或經驗的獨立第三方用這些廠家的消毒設備按照行業規範檢測得到的設備生物驗定劑量報告和劑量曲線，沒有報告的設備廠家（jiā），其劑量難以得到保證。

1.2.2 總裝機功率和消（xiāo）毒達標擔保時效

紫外消毒設備能照射到微生物上的紫外劑量是衡量設備是否可以消毒達標的（de）唯（wéi）一參數，但在用戶（hù）和設計（jì）單位（wèi）對廠家（jiā）設備的生物驗定劑量報告的真實性和準確性不太確定（dìng）的情況下，也可以從（cóng）廠（chǎng）家的設備方案中燈管的總裝機（jī）功率上看出端倪。在燈管類型和消毒器形製相同的（de）條件（jiàn）下，各個廠家的紫外消毒設備（bèi）方案如果劑（jì）量相同或相近，其（qí）方案的燈管總功率不應該（gāi）相（xiàng）差太懸殊。如果某個廠家所報設（shè）備方案的燈管裝機功率與行業內最好的設備廠家設備方案的功率相比存在（zài）差（chà）異，甚至少20%以上，那基本可以認為該廠家的設備方案的消（xiāo）毒（dú）劑量無法達到要求。盡（jìn）管紫外消毒設備的（de）功率可以作為一定（dìng）程度的參考，但並不完全建議用它來衡量紫外消毒設備的消毒性能，其原因是每個廠家設備（bèi）的係統效率不同（tóng），有些技術較好（hǎo）的廠家其設備的係統效率較高，可以做到用較少的紫外燈裝機功（gōng）率與能（néng）耗達到相同的消毒效果。事（shì）實上，即使兩家紫（zǐ）外設備廠家用同樣的燈管，其設備的消（xiāo）毒效（xiào）果也完全可能是不一樣的，甚至相差較大。最可靠的判斷方法還是核算紫外設（shè）備廠（chǎng）家所（suǒ）報的消毒（dú）設備方案的有效紫外劑量，即生（shēng）物驗定劑量，在這一劑量相同的前提下，再去比較評估不同廠家設備的價格、運行成本(含電耗與燈管（guǎn）更換費用等)以及運維上的便利，才能確保用戶采購（gòu）到消毒性能可靠同時性（xìng）價（jià）比較高的紫外消毒設備。還（hái）有一些紫外消毒設備廠家的消毒達標（biāo）擔保是在設備調試驗（yàn）收結束後或者現場安裝後18個月失效，這也反映（yìng）了這些廠家的設備劑（jì）量計算（suàn）中存在著（zhe）問題，比（bǐ）如可能沒有充分考慮紫外燈管老化衰減對劑量的影響因素。從保護用戶利益來講，紫外消（xiāo）毒設備的消毒性能擔保應該（gāi）是設備使用壽命全周期內終身有效的，這也是用戶在選擇紫（zǐ）外設備廠家的設備時應該注意的。

飲用（yòng）水中（zhōng）可能存在著耐氯微生物。除了賈第鞭毛蟲（chóng）、隱孢子（zǐ）蟲等人們熟知的耐氯微生物外，研究顯示，我國給水廠（chǎng）的出廠水和供水管網上普遍都發現（xiàn）了（le）諸如鞘（qiào）氨醇單胞菌、假單胞菌、蠟樣芽孢菌、溶血不動杆菌、紡錘芽孢杆菌、蜂（fēng）房芽孢杆菌、軍（jun1）團菌及噬硫菌（jun1）等耐氯微生物（wù），其中一些耐氯微（wēi）生物為條件致病菌。如果要對上述耐氯微生物進行有效滅活，需要大大增加氯的CT值，導致氯消毒的不經濟性甚至工程上無法實施，而且還會大大增加消（xiāo）毒副產物（wù）超標（biāo）的風險。嚴格（gé）來說，傳統的單一氯消（xiāo）毒單元模式這個屏（píng）障是存在安全（quán）漏洞的，而且一旦氯（lǜ）消（xiāo）毒單元出現問題，給水（shuǐ）廠中就徹底失去了微（wēi）生物安全（quán）屏障。因（yīn）此（cǐ），從生物安全和化學安全（quán）上說，多屏障消毒策略和（hé）理念將成為提高供水安全的必由之路。這一理念現在已在北美和（hé）歐盟地區的城（chéng）市給水廠中被廣泛接受和實踐（jiàn），而紫外（wài）線消毒由於其既可滿（mǎn）足生物安全，又可滿足化學安全要求，成為聯（lián）合消毒方式中不可或缺的一環，甚至是關鍵的一環。

近年來，多屏障消毒理念和紫外線消毒技（jì）術逐（zhú）漸得（dé）到了我國給水（shuǐ）領域的認可和推動（dòng），在（zài）我國城市給水廠中得到了初步的應用。據不完全統計，目前國內（nèi）已（yǐ）經有60多家大型給水廠采用了紫外線消毒工藝，處理（lǐ）規模達到1 000萬m3/d。其中，2009年建成的（de）天津（jīn）泰達自（zì）來水廠三期工程和上（shàng）海（hǎi）臨江（jiāng）水廠紫外線消毒工藝成為我國最早運行紫外線主消毒工藝的自來水廠，2014年建成通水的（de）北京郭公莊水廠的紫外氯（lǜ）聯合消毒工藝成為“十二五”國家重大專項的示範工程，2017年建成（chéng）的（de）拉薩（sà）納金水廠采用的紫外線消毒工藝是國產設備應用（yòng）規模最大的工程。

實踐表（biǎo）明，紫外線消毒作為主消毒工藝可以提高水質的微生物安全性（xìng），可以（yǐ）適當降（jiàng）低後續氯（lǜ）消毒工藝的CT值，在一定程（chéng）度上降低消（xiāo）毒副產物的生成量和水的毒性效應，為保障供水的水質安全發揮積極作用。也有相關研究表明，紫外線聯合氯消毒相比較（jiào）傳統的紫外線（xiàn）消毒，管網水質安全性有所提升。

實際應用中，相比汙水廠用（yòng）戶，給水廠用戶更重視紫外（wài）消毒設備的消毒性能和品質，這也是保證供（gòng）水安全的需要。在紫外消（xiāo）毒設備的選型采購方麵，除了必須經過行（háng）業的標準生物驗（yàn）定（dìng）劑量驗證外，我國的涉水批件也是一個需要考慮的重要的（de）認證要求，在一些城市，當地的衛生檢疫部（bù）門明確要求給水廠使用的涉水設備（bèi）和材料具備國內的涉水批件才能投產供（gòng）水。我（wǒ）國新修訂（dìng）的《室外給水設計標（biāo）準》(GB 50013—2018)中（zhōng）也（yě）與時俱進地增加了紫外消毒工藝的有關內容，這對紫外線消毒技術在我國城市給水廠中的應用提供了積（jī）極的指導和推動作用。據了解，目前越來越多的（de）城市正在考慮或設計飲用水紫外消毒工藝，可以預見紫外線消毒將會在提高我（wǒ）國城市供水水（shuǐ）質安全方麵發揮更重要的作用。

紫外線除了可以對水進行消（xiāo）毒處理，也可以通過光解與過（guò）氧化氫或其他氧化（huà）劑聯用產生羥基自由基，對水體中的微量有機汙染物進行高級氧化處理。羥基自由（yóu）基是強（qiáng）氧化劑，而且沒（méi）有選擇性，與臭氧相比對（duì）化學汙染物處理具有較好的廣譜性，產生溴酸鹽等副產物的風險低，因此（cǐ），可以對水體中更多種類的有機汙染物進行有效降解，其中包括在給水領域內引起廣泛關注和討論的（de）N-亞硝基二甲胺(NDMA)。NDMA是國外給（gěi）水處理和再生水處理相關（guān）標準中（zhōng）常見的一種目標汙（wū）染物，紫外線高級氧（yǎng）化技術目（mù）前被認為是處理NDMA最為經濟有效的技術和工程手段。此外，紫外線高級氧化技術（shù）對水中（zhōng）的2-甲基異莰醇(2-MIB)和（hé）土臭素去除率高（gāo）達90%，同時可以對水（shuǐ）體中多（duō）種藻毒（dú）素實現99%以上的去除，因此，被認為是飲用水中嗅味和與之（zhī）相關的藻毒素控製的有效技術選擇，特別是其針對季節性的間歇運行模式。

在國外飲用水和與飲用相關的再生水處（chù）理中，紫（zǐ）外線高級氧化（huà）技術已經有很多（duō）成功的工程案例，在我國的應（yīng）用尚處（chù）於萌芽階段，2020年（nián）建成的山東（dōng）德州的慶雲水廠紫外線高級氧化工藝是我國第一個在給水廠應（yīng）用（yòng）的（de）案例。隨著對水體（tǐ）中新興汙染物的認識和關注度的提高（gāo），隨（suí）著我國城鎮給水汙染物處理（lǐ）向（xiàng）著微量與痕（hén）量的趨勢發（fā）展，紫外線高（gāo）級氧化技術將會在我國城市飲用水，特別是高品質飲用水的（de）處理中發揮重要作用。

中國知（zhī）網上有關紫外消毒主題的國內文獻發（fā）表數量變化趨勢，可以看到每年發表（biǎo）的（de）紫外文獻數量大概從1999年起有顯著的躍升，這和紫外（wài）線消毒技（jì）術在國內城鎮汙水處理中的應用推廣的開始時間基本（běn）吻合。2002年—2003年，有關紫外消毒（dú）技術的文獻數量有了較大的飛（fēi）躍，既為2003年非典疫情期間和後疫情（qíng）時期紫外消毒（dú）技術在我國城鎮汙水廠中的應用做了技術鋪墊，也同（tóng）時支撐了其應用的發展。經過對國內紫外線消毒（dú）技術文獻的分析發現，這些文獻內容涵蓋了從紫外消（xiāo）毒的滅活機理、殺菌（jun1）有效性，到紫外消毒反（fǎn）應器設（shè）計、劑量驗證、紫外光強監測、工程應用和對工程使用的紫外消毒設備進行運行（háng）效果與成本分析等，為（wéi）廣大用戶與設（shè）計單位認識和了解紫外線水處理技術提（tí）供了（le）支撐。但我國紫外線（xiàn）水處理技術的研究存（cún）在“單打獨鬥”的現狀，相互之間缺乏充（chōng）分（fèn）的同（tóng）行交流，這可能與國（guó）內暫時缺少該專業領域交流平台有關。對（duì）此，清華大學（xué）牽頭成立了（le）中國環保機械行業協會紫外線專委會，通過與IUVA簽訂合作備忘錄、組織紫外線（xiàn）技術國際研討會等活動，增加行業的國內和國（guó）際交流，對提升我國的紫外線水處理技術水平和影響力會大有裨益。

從研究方向（xiàng）方麵，新的紫外線高級氧化技術體係、紫外發光二極管(UVLED)和準分子（zǐ）燈等新紫外線光源（yuán）的應用原理等主題將是研究熱點，行業內也非常渴（kě）望新一代（dài）智慧（huì）化、節能（néng）高效的紫外線水處理係統（tǒng）在實際工程中應用的研究，這（zhè）符合國家（jiā）的“雙碳”戰（zhàn）略目標的基本方向（xiàng）。

紫外線水處理技術是一項對環境（jìng）、生態和人類友好的技術，與化（huà）學（xué）消毒方法相比，它也更為（wéi）低（dī）碳，對人類社會的可持續發展具有重（chóng）要價值。這（zhè）項技術在我國城鎮汙水處理中已得到了廣泛的應用，未來在（zài）提升我國供水水質安全上（shàng）也將會有一（yī）席之地（dì）。但我國對紫外線技（jì）術及應用的認識和掌握水平還需要提高，特別是廣大用戶和設計單位需要更為充分（fèn）地（dì）了解紫外線水處理設（shè）備性能的設計計算依據（jù）和設備運行中應主（zhǔ）要注意的（de）問題，從而確保工（gōng）程上使用的相關（guān）設備可（kě）以滿足工程設計和生（shēng）產要求。

從行業發展（zhǎn）的角度：一是期待所有（yǒu）的設備製造廠家通過自律來保證用（yòng）戶利（lì）益和公眾安全；二是需要用戶和設計單（dān）位借助（zhù）第三（sān）方檢測評價的手段提升自己對紫外線產品的了解和判斷能力；三是（shì）科研（yán）機構繼續加強對紫外高級氧化技術體係、UVLED和準分子燈等新紫外（wài）線光源的應用原理等（děng）熱點領域的研究，讓紫外線技術為保護我國的環境、生態和（hé）人類健康發揮其應有的作用。

本文來源於《淨水技術》2023年第3期“大家（jiā）之言”，原標題為《紫外線技術在我國城鎮給排水處理中應（yīng）用的挑戰和趨勢》，作者為孫文俊1,2,*，呂東明2(1.清華大學環境學院，北京 100084；2.中國環保機（jī）械行（háng）業協會紫外線專委（wěi）會，北京 100825)。