紫外线是指波长从10 ～400 nm的电磁波，在波谱中位于X射线与可见光之间。紫外线杀菌是通过紫外 线的照射，破坏及改变微生物遗传物质 DNA (脱氧核糖核酸)结构，使其失去繁殖能力进而对其灭活。真正具有杀菌作用的是 UVC 紫外线，特别是 253. 7 nm 左右的紫外线。紫外消毒近年来在国外得到快速的发展，在欧美先进国家，如芬兰、美国等，均得了很好的反响和效果。国内许多企业和高校也对紫外消毒进行了深入的研究与应用，保证出水达到了国标的要求。
1    常用的消毒技术
1. 1   氯消毒
氯的消毒作用是由它所生成的次氯酸实现的。
氯消毒的基本作用机理为氯溶于水后产生次氯酸。次氯酸体积小，易穿过细胞壁，同时它作为强氧化剂能 损害细胞膜，使蛋白质、RNA 和 DNA 等物质释出，然后破坏细菌的多种酶系统而导致细菌死亡。
氯消毒现阶段仍然是国内外给水处理和污水处理的主要手段，其优点主要有氧化能力高、价格便宜、使用 方便、容易储存运输等。然而，随着近年水体质量的不断下降，加氯量不断提高，氯消毒的缺点正凸显出来: 氯能与水体中很多有机物反应，生成不同种类的氯碳氢化合物(主要以氯仿为主和其他消毒副产物 DBPs) 。
1. 2   二氧化氯消毒
二氧化氯消毒剂是国际上公认的高效消毒灭菌剂。二氧化氯对细胞壁有较好的吸附性和渗透性，可 以穿过细胞壁与含锍基的酶反应，从而阻止细菌的合成代谢。二氧化氯还能与半胱氨酸、色氨酸和游离脂 肪酸反应，快速控制微生物蛋白质的合成。
二氧化氯消毒具有下列优点 :
1) 高效、强力。相同时间内起到同样杀菌效果所需的 ClO2  浓度最低，ClO2  对地表水中大肠杆菌杀灭效果比 Cl2  高 5 倍以上
2) 快速、持久。二氧化氯 溶于水后，基本不与水发生化学反应，也不以二聚或多聚状态存在，特别在低浓度时，扩散速度与渗透能 力都比氯快。
3) 不产生三卤甲烷和卤乙酸等副产物，不产生致突变物质。与氯消毒相比，二氧化氯能降低致突活性。二氧化氯与水中有机物的反应为氧化作用，而氯则以取代反应为主。
由于二氧化氯本身具有毒性，且会生成次氯酸盐和氯酸盐等消毒副产物。另外，二氧化氯消毒工艺复杂，操作不方便，二氧化氯储存和运输十分困难等缺陷严重制约了二氧化氯消毒的推行实现。
1. 3   臭氧消毒
臭氧产生的自由基［O］的活性是氯的 600 倍。臭氧消毒的机理主要包括直接氧化和自由基的间接氧化过程。
臭氧消毒的优点:不产生氯化的 DBPs ; 能同时控制水中铁、锰、色、味、嗅; 杀灭细菌繁殖体、 细菌芽孢、病毒等效果显著，而且灭活速度十分快，是氯消毒的 300～600 倍; 有效抑制菌落的再生。
然而，臭氧的不稳定性和强氧化性既是优点，也是缺点。 由于臭氧不稳定，容易分解，在水中保留时间非常短(小于 30 min) ，持续的消毒能力不强，现阶段主要采用氯、氯胺、二氧化氯等作为辅助消毒剂。另外，臭氧消毒需要一次性投资大型臭氧发生器，消毒成本更高，而且由于臭氧的强氧化性，对设备有腐蚀作用。尽管臭氧消毒不产生氯化的 DBPs ，但由于它具有强氧化性，会氧化水中大部分的有机物( 如蛋白质、氨基酸、腐殖酸、芳香烃等) ，形成小分子的有机物(如甲醛、丙酮酸、乙酸等) ，导致人体急性或慢性中毒。此外，当水中存在溴离子时，就有可能生成溴酸盐。溴 酸盐被国际癌症研究机构定为2B 级潜在致癌物。

2   紫外消毒技术的优缺点分析
尽管氯消毒技术仍然是我国应用最广泛的一种方法，但自从发现氯消毒的水中残留有三卤甲烷等“三 致物质”( 致癌、致畸、致突变)后，对氯消毒技术的质疑越来越多。紫外消毒由于其高效、低成本，而且对环境无害，不会产生二次污染而被广泛关注。
2. 1   紫外消毒技术的原理
以 TiO2   催化剂为例，阐述 UV / TiO2   光催化杀菌 机制 ，如图 1 。

图 1   UV /TiO2  光催化反应示意图

当 TiO2  受到光子能量大于其禁带宽度的紫外光照射时，其价带电子受到激发，跃迁到导带，产生光生 电子－空穴对。在电场作用下， 电子和空穴有效分离并迁移到 TiO2  颗粒表面的不同位置。光生空穴和光生 电子分别具有极强的氧化性和还原性，能在 TiO2  颗粒表面与水及水中的物质进行一系列光催化氧化还原反 应。光催化反应产生的活性基团 · OH 、O2   ·  、HO2   ·  等能与细菌细胞的不同成分反应，破坏细胞结构和其 功能而导致细菌死亡。
2. 2    国内外紫外消毒技术的研究现状
国外方面，采用物理性辐射线测定水 中的枯草芽孢 (Bacillus subtilis spores) 和鼠伤寒沙门杆菌( Salmonella typhimurium LT2 )的辐射度，从而建立两者灭活的动力学模型。结果表明，枯草芽孢十分容易分解，DNA 完全破坏，而沙门杆菌在波长 λ >  240 nm 时，其 DNA 结构仍能保持完整，而且保有良好的光复活特性。更可利用一种改性的 TiO2   催化剂，大大抑制了细菌的光致复活作用( photoreacti- vation)和 DNA 的暗修复作用(dark repair) 。
国内方面 采用超滤、颗粒活性炭、紫外线消毒组合工艺对自来水进行深度处理。试验表明，对水中浊度、CODMn 、UV254 、细菌总数的平均去除率分别为 89. 8% 、90. 7% 、96. 2% 、94. 5% ，达到了现行的《生活饮用水卫生标准》 。
2. 3   紫外消毒技术存在的问题与改进方法
2. 3. 1    紫外消毒技术存在的问题
1) 光复活现象。经过 UV 照射后，微生物的 UV 损伤能被可见光所逆转，称为光复活现象。研究与实际应用中均指出，应尽可能采取较大的剂量和强度以减少光复活带来的负面影响。
2) 无持续能力。 由于紫外消毒是物理消毒形式，所以污染源再次出现，将会重新受到污染，但如果持续地保持紫外消毒，成本上会偏高。
3) 穿透力低下。紫外线辐照能力低，穿透力弱，仅能杀灭直接照射到的微生物。水的色度、浊度、有机物和氨氮等都会严重影响紫外线的消毒效果，所以在设计紫外线消毒工艺时，应尽可能把此工艺放在处理末端，并通过改变流速，优化灯管布置等来提高水与紫外线的接触面积和时间，使得被消毒物质充分暴露于紫外线中，以保证消毒效果。
2. 3. 2    改进工艺
紫外消毒技术现阶段的改进方法主要是与其它化学消毒工艺联合消毒。运用最广泛，技术最成熟的就是紫外联用高级氧化一体化。采用紫外线与氯联合消毒工艺对北江水域常规处理后的滤后水进行消毒。结果表明，紫外线消毒持续时间约为 6h ，并且持续时间 随环境后期改变的影响较大，但在紫外和氯消毒工艺联合使用时，其氯的投氯量比单独氯消毒工艺至少要节省6% 以上。对紫外线单独消毒与紫外线次氯酸钠联合消毒工艺进行比较，发现含氯消毒剂的存在，会使生化需氧量数据表现有更大程度的干扰影响。
现阶段，国内外的学者与工程师对紫外消毒在给水中的应用已有一定的研究和工程实例。我国在这一领域与其它消毒技术的成熟程度相比，尚有一定的距离。对于紫外消毒的研究，应该从与其它消毒技术联用工艺的作用机制、影响因素中进行考虑，为工程应用提供强有力的理论依据。在很多的研究与工程实例中，紫外消毒已被认为是给水处理终端处理的有效手段。