實際上，現代（dài）紫外線消毒理論和（hé）技（jì）術經過近40年的發展，已經成為一項全世界普遍認可、非常成熟和有效的（de）工程應用技術。對某紫外設備廠家生產的紫外設備現場應（yīng）用的統計分（fèn）析發現，在國內500多個安裝運行其設備的汙水廠現場（chǎng）中，曾經有50多個出現過大腸菌出水不合格的情況，其中由於紫外設備無法滿足（zú）進水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不（bú）當或者大腸菌檢測操作不規範（fàn）造成的。如果不加分析就簡（jiǎn）單地否定這一（yī）環境友好、低碳（tàn）環保的技術，進而因噎廢食，顯然不是科學的態度和方法，也不利於技術的進步。通過調研目前國內汙水處理中紫外線消毒（dú）技（jì）術的應用情況，總（zǒng）結該技術在汙水處理中得以有效應用的（de）製約因素主要包括以下方麵。

在紫外消毒設備不能滿足出水達標要求的（de）汙水廠中，一個重要的原（yuán）因就是（shì）紫（zǐ）外設備所能實現的紫外（wài）照射劑量偏低，不滿足消毒目標要求。導致這（zhè）個情況發生的原因是一些紫外設備廠家（jiā）不知道如何計算（suàn）設備（bèi）的紫外劑量，也不對所生產（chǎn）設備的紫外劑量進行檢測，或者出於降低設備造價的目的在設備劑量（liàng）上缺斤短兩。一般來說，在同等處理水量下，水質越差（chà）需要的紫外設備（bèi）規模越大，但一些設（shè）備廠家不了解水（shuǐ）質對紫外設備劑量與規模的影響（xiǎng），處理不同（tóng）水質時仍隻是按設備的處理流量來簡單放大或縮小設備規模，導致結果無法達標。另外，有些設（shè）備水位（wèi）控製器設計的問題造成明（míng）渠中水位不當導致消毒短路而無（wú）法達標。紫外消毒設備（bèi）的劑量多少與計算方法是紫外消毒的核心問題，因為劑量是判（pàn）斷紫外（wài）消毒設備及方案（àn）是否可以達標的唯一參數，同時它與紫外設備的規模及價格息息相關（guān）。

1.1.2 缺（quē）少可靠的清洗係（xì）統

另一常見的導致設備不達標的原因是紫外燈套管的清洗維護效果不好。由於汙水水質較（jiào）差，對紫外燈套管的清洗是確保紫（zǐ）外消毒設（shè）備達標的一個重要日常維護工作。盡管現在市場上的紫外消毒（dú）設備基本都帶有在線的自動清洗裝置，但清（qīng）洗效果從原理和實踐（jiàn）看存在（zài）差異。即便是使（shǐ）用高效的機械加化學在線自動清洗方式，若水廠操作人員忘記及時補充清洗液，也可能導致在線清洗係統不能正常發揮作用，套管結垢（gòu）從而影響消毒效果。當然也有些汙水（shuǐ）廠采用的紫外消毒（dú）設備的在（zài）線自動清洗裝置本身在原（yuán）理和（hé）實踐（jiàn）上就不可能高效清（qīng）洗套管表麵，清洗效果一般或者較差，最終導致設備（bèi）因難以維護和消毒達（dá）標而廢棄。

除此之外，有些汙水廠的紫外燈的技術選型上選用了錯誤的燈管類型，導（dǎo）致設備無法使用（yòng）和達標。比如中壓紫外燈技術由於單支燈管功率太高，燈管運行溫度較高，並不（bú）適（shì）合汙（wū）水應（yīng）用，容易使汙（wū）水中的一些成分在燈管套管表麵形成清洗液也難以及時去除的汙垢（gòu），從而影響設備達標和維護使用。

1.1.3 燈管達到壽命（mìng）仍在使用

紫外燈的壽命和日常照明燈具的壽命概念不同，日常照明燈具的使用壽命是以（yǐ）燈（dēng）具是否還可（kě）以點亮照（zhào）明來界定（dìng）的，而紫外燈的使用（yòng）壽命則是以設備廠（chǎng）家質保的燈管（guǎn）壽命終點時的紫外輸出能量（liàng）(即燈管老化係數)來界定。一些汙水廠為了節省運行費用，在紫外燈管壽命早（zǎo）已大大超出質保使用壽命時，即紫外燈的紫外輸出能量已經老（lǎo）化衰減到不能滿足（zú）消（xiāo）毒所需（xū）劑量的情況下仍不更換燈管，導致消毒不達標。也有（yǒu）用戶（hù）在燈（dēng）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，同樣（yàng）會造成設備消毒不達標。

1.1.4 取樣和檢測不規範

大腸杆菌在室溫，特別是在較高室溫且見光環境下的增長繁殖是幾何級數級的。汙水廠出水中，微生物水（shuǐ）樣的取樣、保管、運輸及儲存分析需要遵（zūn）循一定的標準規範，比如從現場取得（dé）的水樣需要及時放（fàng）入裝（zhuāng）有冰袋的便攜（xié）式暗（àn）箱中保存並運輸到實驗室（shì）處置分析，如果實驗室不能及時處置分析水樣，則需要（yào）將水樣放入冰箱裏保鮮（xiān）等。一些（xiē）汙水廠內實驗室分析（xī）人員在大腸菌培養檢測過程中的不當操作也是誤判紫外消毒（dú）不達標的原因之一。個別地區也存在著（zhe）當地環保監管部門（mén）在（zài）對汙水廠（chǎng）取樣、保管以及後續處置分析過程中操作不規範（fàn）導致誤判的情況。以華南某城市的環保監管部門為例，曾發現該部門周五前往多個汙水廠采樣，但（dàn）樣品瓶（píng）隨意放置在敞（chǎng）開見光的收納籃中，且沒有冰袋等保鮮用品，回到實驗（yàn）室後水（shuǐ）樣放置在常溫（wēn）的室內環（huán）境中，直到周一才對這些水樣進行處置與分析，加大了大腸菌讀數不達標的可能。

現（xiàn）階段，我國城鎮汙水處理行業應提高對紫外消（xiāo）毒技術的正確認識（shí）和了解（jiě），用戶和設計單位應掌握如何判斷一（yī）個（gè）廠家所提（tí）供的紫外消毒設備及其設備方案的（de）消毒性能是否能夠滿足工程設計要求，從（cóng）而確保可以買到合格放心的（de）產品，保護（hù）自身利益和公眾（zhòng）安全。

1.2.1 生物驗定劑量

判斷一個設備廠家提供（gòng）的紫外消毒設備方案其消毒性能（néng）是否滿足工程的設（shè）計要求，關鍵是看其（qí）方案所能實現的（de）照射到微生物上紫（zǐ）外能量的多少，即紫外劑量是否滿足消毒目標（biāo）的設計（jì）要求（qiú）。紫外劑量的計算方法很多，其中唯一被世界各地包（bāo）括我國法規標準製定和執行部門認可與接受的就是生物驗定劑量方法。這個方法是在一定（dìng）測試條件(工況)下，通過對微生物（wù）進出（chū）紫外消毒設備前後存量濃度的變化（huà）反推,得到設備在該測試條件下能（néng）夠傳遞的有效紫外劑量（liàng）(即設備（bèi）的實際劑量)，然（rán）後改變測試（shì）條件(通常是設備處理的流量、水質)，即可得到該設備在不（bú）同工況下的紫外劑（jì）量曲線，如圖1所示（shì）。

圖1 紫外（wài）設（shè）備生物驗定劑量曲線

該（gāi）曲線的橫坐標一般為單台（tái）設備(常見於管道式紫外設備)或平均到（dào）每支燈管(常見於明（míng）渠式紫外設備)處理的流量，縱（zòng）坐（zuò）標是該（gāi）設備可以實現的有效紫外劑量，即生物驗定劑（jì）量，UVT為處理水體的紫外透光（guāng）率。設備製造（zào）商應該用這些設備曲線去計算（suàn）其設備方案的紫外劑量，最終體現為方（fāng）案中的設備規模(設備（bèi）台（tái）數、燈管數量，最（zuì）終為設備中燈（dēng）管的總裝機功率)，劑量越高（gāo），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（qǔ）線,就可以（yǐ）簡單快速（sù）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（ān）全，世界各（gè）地的法規和標準製定部門一般（bān）都要求設備（bèi）的生物驗定劑量測試（shì）應由行業內比較公認的有資（zī）質（zhì）或（huò）權威的（de）獨（dú）立第（dì）三方按行業相關標（biāo）準進行。世界範（fàn）圍內主要的驗證體係（xì）與規範包括美國環保署的飲用水紫外消毒設備（bèi）EPA驗證、德國DVGW的飲用水紫外（wài）消毒設備驗證、奧地利的ÖNORM飲用水紫外消（xiāo）毒設備驗證（zhèng）等，我國也發布了《紫外線水消毒（dú）設備 紫外線劑量測試方（fāng）法（fǎ）》國（guó）家標準（zhǔn），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（xiàng）關的檢測能力（lì），但不少紫外設備廠家都沒有做過相關測試。因此，用戶如果想買到合格的紫外消毒設（shè）備，就應該要（yào）求紫外設（shè）備廠家提供由有（yǒu）資（zī）質或經驗的獨立第三方用（yòng）這些廠家的消毒設備按照（zhào）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（méi）有報告的（de）設（shè）備廠家（jiā），其劑量難以得到保證。

1.2.2 總裝機功率和消毒達標（biāo）擔保時（shí）效

紫外消（xiāo）毒設備能照射到微生物上的紫外劑量是衡量設備是否可（kě）以消毒達標的唯一參數，但在用戶和設計單位對廠家設備的生物驗定（dìng）劑量報告的真實性和準確性不太確定的情況下，也可（kě）以從廠家的（de）設備方案中燈管的總裝機功率上看出（chū）端倪。在燈管類型（xíng）和消毒器形製相（xiàng）同的條件下，各（gè）個廠家的紫外消毒（dú）設備方（fāng）案如果劑量相同（tóng）或相近，其方案的燈管總功率不（bú）應該相（xiàng）差太（tài）懸殊。如果某個廠家所報設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差（chà）異，甚至少20%以上，那基本可以（yǐ）認為該（gāi）廠家的設備方案的消毒劑量無法達到要求。盡管（guǎn）紫外消毒設備的功（gōng）率可以作為一定程度的參考，但並不完全建議用它來衡量紫外消毒設備的（de）消毒性能，其（qí）原因是每個廠家設備的係統效率不同，有些技術較好的廠（chǎng）家其設備的係統效率較高，可以（yǐ）做到（dào）用較少的紫外燈裝機功率與能耗達到相同的（de）消毒效果。事實上，即使兩家紫（zǐ）外設備廠家用同樣（yàng）的燈管，其設（shè）備的消毒效果也完全可能是（shì）不一樣的，甚至相差較大。最可靠的判（pàn）斷方（fāng）法還是核算紫外設（shè）備廠家所報的（de）消毒設備方案的有效紫外劑量（liàng），即生物驗定（dìng）劑量，在這一劑量相同的前提下，再（zài）去比較評估不同廠（chǎng）家設備的價（jià）格、運行成本(含電耗與燈管（guǎn）更換（huàn）費用等)以及運維上的便利，才能確保用戶采購到消毒性能可靠同時性價比較高的紫外消毒（dú）設備。還有一些（xiē）紫外消毒設備廠家的消毒達標擔保是在設備調試驗收結束後或者（zhě）現（xiàn）場安裝（zhuāng）後18個月失效，這也反映了這些廠家的設備劑量計算中存在（zài）著問題，比如可能沒有充分考慮紫外燈管老（lǎo）化衰減對劑量（liàng）的影（yǐng）響因素。從保護用戶（hù）利益來（lái）講，紫外消毒設備的消毒性能擔保應該是設備使用壽命全周期內終身有效的，這也是（shì）用戶在選擇紫外設備廠家的設備時應該注意的。

飲用水中可能存在著耐氯微生物。除了賈第鞭毛蟲、隱孢子蟲等人們熟知的耐氯微（wēi）生物外，研究（jiū）顯示，我國給水廠的出廠水和供水管網上普遍都發現了諸如鞘氨醇單胞菌、假（jiǎ）單胞菌、蠟（là）樣芽（yá）孢菌、溶（róng）血不動杆菌、紡錘芽孢杆菌（jun1）、蜂（fēng）房芽孢杆菌、軍團菌及噬硫菌等耐（nài）氯微生物，其中一些耐氯微生（shēng）物為（wéi）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（lǜ）消毒的不經濟性甚至工程上無法實施，而且（qiě）還會大大增加消毒（dú）副產物超（chāo）標（biāo）的風險。嚴（yán）格來說，傳（chuán）統的單（dān）一氯消毒單元（yuán）模式這（zhè）個屏障是（shì）存（cún）在安全漏洞的，而且一旦氯消毒（dú）單元出現問題，給水廠中就徹底失去了微生物安全（quán）屏障。因（yīn）此，從生物安全和化學安全上說，多屏障（zhàng）消毒策略和理念將成為提高供水安全的必由之路（lù）。這一理念現在已在北美和歐盟地區的城市給水廠中被廣泛接受和實踐，而（ér）紫外線消毒由於其既可滿（mǎn）足（zú）生物安全，又可（kě）滿足化學安全要求，成（chéng）為聯合消毒方式中不可或缺的一環，甚至是關鍵的一環（huán）。

近（jìn）年來，多屏障消（xiāo）毒理念和紫外線消毒（dú）技術（shù）逐漸得到了我國給水領域（yù）的認可和（hé）推動，在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）已經（jīng）有（yǒu）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年建成的天津（jīn）泰達自來水（shuǐ）廠三（sān）期工程和上海臨江水廠紫外線消（xiāo）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（guō）公莊水廠的紫外氯聯合消毒工藝成為“十二五”國家重大專項的示範工程，2017年建成的拉薩納金水廠采用的紫外線消毒工藝是國產設備應用規模最大的工程。

實踐表明，紫外線消毒作（zuò）為主消毒工（gōng）藝可以（yǐ）提高水（shuǐ）質的微生物安（ān）全性，可以適當降低後續氯消毒工藝的CT值，在一定程度上降低（dī）消毒副產物的生（shēng）成（chéng）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（lǜ）消（xiāo）毒相比較傳統的紫（zǐ）外線消毒，管網水質安全性有所提升。

實際應用中（zhōng），相（xiàng）比汙水廠用戶，給水廠用戶更重視紫外消毒設備的消毒性能和品質（zhì），這也是（shì）保證供水安全的需要。在紫（zǐ）外消毒設備的選型采購方麵，除了必須經過行業的標準生物驗定（dìng）劑量驗證（zhèng）外，我（wǒ）國的涉水批件也是一（yī）個（gè）需要考（kǎo）慮的重要的認證要求，在一些城市，當地的衛生檢疫部門明確要（yào）求給（gěi）水廠使用的涉（shè）水設備和材料具備國內的涉水批件才（cái）能投產（chǎn）供水。我（wǒ）國新修訂的《室外給水設計標準》(GB 50013—2018)中也與時俱（jù）進地增加了紫外消毒工藝的有關內容，這對紫外（wài）線消毒（dú）技術在我國（guó）城市（shì）給水廠中的應用提供了積極的指導和（hé）推動作用。據（jù）了解，目前越來越多的城市（shì）正在考慮或設計飲用水（shuǐ）紫（zǐ）外消毒工藝，可以預見紫外線消毒將會在提高我國城市供水水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毒處理，也可以通過光解與過氧化氫或其他氧化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（gāo）級氧化處理（lǐ）。羥基自由基是強氧化劑，而且沒有（yǒu）選擇性，與臭氧相比對（duì）化學汙染物處理具（jù）有較好的（de）廣譜（pǔ）性，產生溴酸鹽等副產物的（de）風險低，因此，可以對水體中更多種類的有（yǒu）機汙染物（wù）進行（háng）有效（xiào）降解，其中包括在給水領域（yù）內引起廣泛關注和討論的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標（biāo）準中常（cháng）見的一種目標（biāo）汙染物，紫外（wài）線高級氧化技術目前被認為是處理NDMA最為經濟有效的技術和工程手段。此外，紫外線高級（jí）氧化技術對水中的2-甲（jiǎ）基異莰醇(2-MIB)和土臭素去除率高達90%，同時可以對水體中多種藻毒素實現99%以上的去除，因此，被認為是飲用水（shuǐ）中嗅味和與之（zhī）相關的藻毒素控製的有效技術選擇（zé），特別是其針對季節（jiē）性的間（jiān）歇運行模式。

在國外飲用水和與飲用相關的（de）再生（shēng）水處理中，紫外線高級（jí）氧（yǎng）化技術已（yǐ）經有很多成功的工程案例，在我國的應用尚處於萌芽階段，2020年建成的（de）山東德州的慶雲水廠紫外線高級（jí）氧化工藝是我國第一個在給水廠應用的案例。隨（suí）著對水體中新興汙染物的（de）認識和關（guān）注度的提高，隨（suí）著我國城（chéng）鎮（zhèn）給（gěi）水汙染物處理向著微量與痕（hén）量（liàng）的趨勢發展，紫外線高級氧化技術將會在我國城市飲用（yòng）水，特別是（shì）高品質飲用水的處理（lǐ）中（zhōng）發揮（huī）重（chóng）要作用。

中國知網（wǎng）上有（yǒu）關紫外消毒主題的國（guó）內文（wén）獻發（fā）表數量（liàng）變化趨勢，可以看到每年發表的紫外（wài）文（wén）獻（xiàn）數量大概從（cóng）1999年（nián）起有顯（xiǎn）著的躍升（shēng），這和紫外線消毒技術在國內城鎮汙（wū）水處理中的應（yīng）用推（tuī）廣的開始時間基本（běn）吻（wěn）合。2002年—2003年，有（yǒu）關紫外（wài）消毒技術的（de）文獻數量有了（le）較大的飛躍，既為2003年非（fēi）典疫情期間和後疫情時（shí）期紫（zǐ）外消毒技術在我（wǒ）國城鎮汙水廠中（zhōng）的應用做了技術鋪墊，也（yě）同時支撐了其應（yīng）用的發展。經（jīng）過對（duì）國（guó）內紫外線消毒技術文獻的分析（xī）發現，這些（xiē）文獻內容涵蓋了從（cóng）紫外消毒的滅活機（jī）理、殺菌有效性，到紫外消毒（dú）反應器設（shè）計、劑量驗證、紫外（wài）光強監測、工程（chéng）應用（yòng）和對工程（chéng）使用的紫外（wài）消毒（dú）設備（bèi）進（jìn）行運行效果與成本分析等，為廣大用戶與設計（jì）單位（wèi）認識和了解紫外線水處理技術提供了支撐。但我國（guó）紫外線水處理技術的研究存在“單（dān）打獨鬥”的現（xiàn）狀，相（xiàng）互之間缺乏充分的同行交流，這可能與國內暫時缺（quē）少該專（zhuān）業領域交流平台有關。對此，清華（huá）大學牽頭成立了中（zhōng）國環保機（jī）械行業協會紫外線專委會，通過（guò）與IUVA簽訂合作備忘錄、組織紫外線技術（shù）國際研討會等活動，增加行業的國內（nèi）和國際交流，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（jiū）方向方麵，新的紫外線高級氧化技術體係、紫外發光二極管(UVLED)和準分子燈等新紫外線光源的應（yīng）用原（yuán）理等主題將是研究熱點，行業內（nèi）也非常渴望新（xīn）一代智慧化、節能高（gāo）效的紫外線水處理係統在實際工程（chéng）中應（yīng）用的研究，這符合國家的“雙（shuāng）碳”戰略目標的基本方向。

紫外線水處（chù）理技術是一項對環境（jìng）、生態和人類友好的（de）技術，與化學消毒方法相比，它也更為低碳，對人類社會的可（kě）持續發展具有重要價值。這項技術在我國城鎮汙水處理中已得到了廣泛的應用（yòng），未來在提升我國供水水（shuǐ）質安全上也（yě）將會有一席之地。但我國對紫外線技術及應用的認識和掌握（wò）水平還需要（yào）提（tí）高，特別是廣大用戶和設計單位需要更為充分地了解紫外線水處（chù）理設備性能的設計計算依據和設備運行中應主要（yào）注意的（de）問題，從而確保工程上使用的相（xiàng）關設備可以滿足工程設計和（hé）生產要求。

從行業發展的角度：一是期待所有的設備（bèi）製（zhì）造廠家通過自律來保證用（yòng）戶利益和公眾安全；二是需要用戶和設計（jì）單位借助第（dì）三方檢測評價的手段提升自己對紫外（wài）線產品的了解和判（pàn）斷能力；三是科研機構繼續加強對紫外高級（jí）氧化技術體係、UVLED和準分子燈等新紫外線光源的應用原理等熱點領域的研究（jiū），讓紫外線技術為保（bǎo）護（hù）我國的環（huán）境、生態和人類健（jiàn）康發揮其應有的作用。

本（běn）文來源於《淨水技術》2023年（nián）第3期“大家之言”，原標題為《紫外線技（jì）術在我國城鎮給排水處理中應用的挑（tiāo）戰和趨勢》，作者（zhě）為孫文俊1,2,*，呂東明2(1.清華大學環境學院，北京 100084；2.中國環保機械行業協會紫外線專委（wěi）會，北京 100825)。