紫外線殺菌

紫外線殺菌

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中文名；紫外線殺菌 作用最強；波長為253.7時的紫外線 紫外線波長；240~280nm 方式；破壞DNA或RNA

紫外線殺菌是紫外線波長在240~280nm範圍內最具殺破壞細菌病毒中的DNA（脫氧核糖核酸）或RNA（核糖核酸）的分子結構，造成生長性細胞死亡和（或）再生性細胞死亡，達到殺菌消毒的效果。尤其在波長為253.7時紫外線的殺菌作用最強。

目錄

含義

此波段與微生物細胞核中的脫氧核糖核酸的紫外線吸收和光化學敏感性範圍重合，如下圖。圖中顯示核糖核酸和脫氧核糖核酸的吸收光譜的範圍為240~280nm，吸收峰在260nm。通常認為紫外線能改變和破壞結構突變，改變了細胞的遺傳轉錄特性，使生物體喪失蛋白質的合成和複製繁殖能力，其他的蛋白質吸收（苯基丙氨酸、色氨酸和酪氨酸中的芳香環的吸收峰為280nm）也可能對紫外線的殺菌過程發揮作用。

一般日光穿透大氣層後達到地面的紫外線的波長為287~390nm，偏離紫外線的最佳殺菌波長範圍（約250~285nm）。主要是大氣臭氧層的吸收作用使日光光譜中低於290nm的紫外線強度速度減少，故日光的殺菌能力遜於專用的紫外線殺菌燈。

特點

紫外線殺菌作用較強，但對物體的穿透能力很弱。它適用於手術室、燒傷病房、傳染病房和無菌間的空間消毒及不耐熱物品和台面表面消毒。

能量效率

紫外線燈殺菌系統的總能量效率為下列各個效率的乘積。

1.電效率

紫外線燈發射的殺菌波段功率占燈管和鎮流器的總電耗的比例。

2.可殺菌光占殺菌波段功率的比例

本項專對反射式反應器而言。這是因為在光線穿過兩種不同的介質時會在介質的界面上產生反射。設計紫外線設備的時候應考慮到光線入射角度，儘量減少反射光的損失。

3.介質中的入射光中用於實際殺菌所占的比例

取決於介質的吸收性質、微生物的濃度、光程長度、輻射劑量和流動狀態。該值很低，故實用上常以宏觀的最低輻射劑量描述。

在設計紫外線殺菌裝置的時候，要注意根據實際殺菌所需的紫外線消毒波段的功率，選擇合適的紫外線燈管形式，並進行有關的技術經濟比較。目前對於各種燈殺菌效率的比較尚缺乏一種按輻射波長衡量的殺菌效果的權重分析方式，僅採用單位面積的輻射功衡量的輻射劑量指標是不完全的，必須結合輻射波長、水層厚度、水質和運行環境因素，考慮施工、經濟和維修條件進行燈具選型和反應器的設計。

紫外線燈壽命

燈管的老化將使燈失去30%~50%的發光強度，老化時短波段衰減最快。有時透光介質的老化可以用加熱法恢復（如可將老化的石英加熱到1000°C，維持數小時）。為了保證殺菌的效率，一般當燈管的實際使用時間達到標稱壽命的75%時就應該更換。測定老化程度比較可靠的方法是定期測量燈管的輸出光強，最好是測定其發射光譜。有人建議對於低壓紫外線燈消毒系統，當輻射強度低達25W/cm時就應予以更換燈管。早期國產低壓燈管的有效使用時間（定義為當發光效率下降到初始值的70%時的使用時間）一般為1000~3000h（國外為7500~14000h），目前已提高到8000~12000h左右。

紫外線燈啟動時對燈管的壽命影響較大。對於低壓燈管，一般每次啟動需要3~6min的穩定時間，通常按每啟動點燃一次燈管消耗3h有效使用時間計算；高壓燈管每次啟動的穩定時間約為5~10min，常按一次啟動相當於消耗5~10h有效使用時間計算。

微生物光復活

光復活是通過光修復過程完成的。大量研究表明，病毒本身沒有修復能力;有些細菌雖然具有修復能力，但是受到照射的紫外劑量越高，其修復能力就越低。微生物的修復可分為光修復和黑暗修復微生物在受到紫外線照射到遇見可見光的間隔時間越長，光修復能力越低。如果間隔時間超過2h，一些微生物會完全喪失光修復能力。

微生物的光復活作用主要是通過光裂解酶在特定波長的光作用下來實現的，反應過程遵循酶催化動力學原理。光強度增大，微生物的光復活作用則增強影響微生物光復活的因素主要是紫外線消毒設備、照射劑量、復活光源、溫度。當溫度從5℃升至30℃時，光復活速率常數增大。

應用

消除臭氧

在工業生產中，臭氧常被用於消毒和淨化水體。但是，由於臭氧有極強的氧化能力，水中剩餘的臭氧如果不被去除會有可能對下一流程有所影響，因此，通常臭氧處理過的水在進入主要的工藝流程之前必須將水中剩餘臭氧去除掉。254納米波長的紫外線對於破壞剩餘臭氧非常有效，它可以把臭氧分解成氧氣。儘管不同的系統所需要的規模不同，但通常來講，一個典型的臭氧消除系統所需的紫外線放射量是一個傳統的滅菌消毒系統的三倍左右。

降低總有機碳量

在很多高技術和實驗室裝置中，有機物會妨礙高純度水的生產。有很多方法可以把有機物從水中清除掉，較常用的方法包括使用活性炭和反滲透。波長較短的紫外線(185納米)也可以有效地降低總有機碳量(值的一提的是這些放射器也產生254納米波長的紫外線，因此可以同時進行消毒)。波長較短的紫外線具有更多的能量，因此能夠分解有機物。紫外線氧化有機的反應過程雖然非常複雜，其主要原理是通過產生氧化能力很強的自由氫氧，將有機物氧化成水和二氧化碳。和臭氧清除系統一樣，這種降解有機碳的紫外線系統的紫外線放射量是傳統消毒系統的三到四倍。

液體糖消毒

大多數食品和飲料廠家都大量地使用液體糖。由於糖是很容易被細菌所利用的食物，因此很容易促成細菌繁殖。另外，液體糖是不透明的，所以很難進行徹底消毒。254納米波長的紫外線可以用來對液體糖產品進行消毒。為了彌補液體的黏稠度和顏色造成的能量損耗，很多紫外線發射器需要被緊緊地排列起來組成所謂的 「薄膜」 反應器。這种放射器的緊密組合可以提供所要求的非常高的紫外線放射量，從而可以對液體糖進行有效的消毒。它的紫外線的能量輸出大約是傳統消毒系統的7到10倍。

降解余氯

在市政水處理和供水系統， 加氯消毒是非常必要的。但在工業生產過程中，為了避免對產品產生不良影響，去除水中的余氯卻經常是必要的前處理。消除余氯的基本方法有活性炭床和化學處理。活性碳處理的缺點在於它需要不斷再生，而且經常遇到細菌滋生的問題。185納米和254納米波長的紫外線都被證實可以有效地破壞余氯和氯氨的化學鍵。雖然需要巨大的紫外線能量才能發揮作用，但它的優點在於此方法不需向水中添加任何藥物，不需要儲存化學物質，容易維修，而且同時還有殺菌和去除有機物的作用。

表面和空氣消毒

用紫外線進行空氣消毒和紫外線用於水消毒一樣有很久的歷史。空氣消毒設備用於醫院、診所和淨化房間已行之有年。現在，工廠、辦公室和家庭也開始使用空氣消毒設備。

空氣消毒的原理和水消毒一樣。通常，紫外線燈可安裝在空氣管道里，位於盤管的前端，或裝在固定於牆上的架子上。當空氣經過時，空氣中的微生物就被殺死而變得無害了。表面消毒的原理也是這樣。在食品和飲料生產業中，傳送帶上的產品就是由表面消毒設備進行消毒的。

冷卻塔消毒

為了降低殺生劑的費用以及化學處理對健康的危害，紫外線系統可以安裝在冷卻塔的水循環系統中以起到殺菌的作用。如果和過濾器一併使用，紫外線可以有效的控制微生物在冷卻塔中的生長。雖然冷卻塔中仍然需要保留一定的殺生劑濃度，應用紫外線可以大大降低其使用量。

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紫外線殺菌原理