實際上，現代紫外線消毒理論和技術經過近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計分析發現，在國內500多個安裝運行其設備的污水廠現場中，曾經有50多個出現過大腸菌出水不合格的情況，其中由于紫外設備無法滿足進水水質消毒需求的情況只有2個，而絕大部分的不合格都是設備使用維護不當或者大腸菌檢測操作不規范造成的。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，進而因噎廢食，顯然不是科學的態度和方法，也不利于技術的進步。通過調研目前國內污水處理中紫外線消毒技術的應用情況，總結該技術在污水處理中得以有效應用的制約因素主要包括以下方面。

在紫外消毒設備不能滿足出水達標要求的污水廠中，一個重要的原因就是紫外設備所能實現的紫外照射劑量偏低，不滿足消毒目標要求。導致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，或者出于降低設備造價的目的在設備劑量上缺斤短兩。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紫外設備劑量與規模的影響，處理不同水質時仍只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，有些設備水位控制器設計的問題造成明渠中水位不當導致消毒短路而無法達標。紫外消毒設備的劑量多少與計算方法是紫外消毒的核心問題，因為劑量是判斷紫外消毒設備及方案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。

1.1.2 缺少可靠的清洗系統

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。由于污水水質較差，對紫外燈套管的清洗是確保紫外消毒設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設備基本都帶有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系統不能正常發揮作用，套管結垢從而影響消毒效果。當然也有些污水廠采用的紫外消毒設備的在線自動清洗裝置本身在原理和實踐上就不可能高效清洗套管表面，清洗效果一般或者較差，最終導致設備因難以維護和消毒達標而廢棄。

除此之外，有些污水廠的紫外燈的技術選型上選用了錯誤的燈管類型，導致設備無法使用和達標。比如中壓紫外燈技術由于單支燈管功率太高，燈管運行溫度較高，并不適合污水應用，容易使污水中的一些成分在燈管套管表面形成清洗液也難以及時去除的污垢，從而影響設備達標和維護使用。

1.1.3 燈管達到壽命仍在使用

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燈具是否還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(即燈管老化系數)來界定。一些污水廠為了節省運行費用，在紫外燈管壽命早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化衰減到不能滿足消毒所需劑量的情況下仍不更換燈管，導致消毒不達標。也有用戶在燈管壽命到期更換新燈管時，為了節省成本只更換部分舊燈管，同樣會造成設備消毒不達標。

1.1.4 取樣和檢測不規范

大腸桿菌在室溫，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。污水廠出水中，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范，比如從現場取得的水樣需要及時放入裝有冰袋的便攜式暗箱中保存并運輸到實驗室處置分析，如果實驗室不能及時處置分析水樣，則需要將水樣放入冰箱里保鮮等。一些污水廠內實驗室分析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不達標的原因之一。個別地區也存在著當地環保監管部門在對污水廠取樣、保管以及后續處置分析過程中操作不規范導致誤判的情況。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污水廠采樣，但樣品瓶隨意放置在敞開見光的收納籃中，且沒有冰袋等保鮮用品，回到實驗室后水樣放置在常溫的室內環境中，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。

現階段，我國城鎮污水處理行業應提高對紫外消毒技術的正確認識和了解，用戶和設計單位應掌握如何判斷一個廠家所提供的紫外消毒設備及其設備方案的消毒性能是否能夠滿足工程設計要求，從而確?？梢再I到合格放心的產品，保護自身利益和公眾安全。

1.2.1 生物驗定劑量

判斷一個設備廠家提供的紫外消毒設備方案其消毒性能是否滿足工程的設計要求，關鍵是看其方案所能實現的照射到微生物上紫外能量的多少，即紫外劑量是否滿足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規標準制定和執行部門認可與接受的就是生物驗定劑量方法。這個方法是在一定測試條件(工況)下，通過對微生物進出紫外消毒設備前后存量濃度的變化反推,得到設備在該測試條件下能夠傳遞的有效紫外劑量(即設備的實際劑量)，然后改變測試條件(通常是設備處理的流量、水質)，即可得到該設備在不同工況下的紫外劑量曲線，如圖1所示。

圖1 紫外設備生物驗定劑量曲線

該曲線的橫坐標一般為單臺設備(常見于管道式紫外設備)或平均到每支燈管(常見于明渠式紫外設備)處理的流量，縱坐標是該設備可以實現的有效紫外劑量，即生物驗定劑量，UVT為處理水體的紫外透光率。設備制造商應該用這些設備曲線去計算其設備方案的紫外劑量，最終體現為方案中的設備規模(設備臺數、燈管數量，最終為設備中燈管的總裝機功率)，劑量越高，設備規模也越大。用戶和設計單位只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，世界各地的法規和標準制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進行。世界范圍內主要的驗證體系與規范包括美國環保署的飲用水紫外消毒設備EPA驗證、德國DVGW的飲用水紫外消毒設備驗證、奧地利的?NORM飲用水紫外消毒設備驗證等，我國也發布了《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備，就應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范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，其劑量難以得到保證。

1.2.2 總裝機功率和消毒達標擔保時效

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唯一參數，但在用戶和設計單位對廠家設備的生物驗定劑量報告的真實性和準確性不太確定的情況下，也可以從廠家的設備方案中燈管的總裝機功率上看出端倪。在燈管類型和消毒器形制相同的條件下，各個廠家的紫外消毒設備方案如果劑量相同或相近，其方案的燈管總功率不應該相差太懸殊。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異，甚至少20%以上，那基本可以認為該廠家的設備方案的消毒劑量無法達到要求。盡管紫外消毒設備的功率可以作為一定程度的參考，但并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的系統效率不同，有些技術較好的廠家其設備的系統效率較高，可以做到用較少的紫外燈裝機功率與能耗達到相同的消毒效果。事實上，即使兩家紫外設備廠家用同樣的燈管，其設備的消毒效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備廠家所報的消毒設備方案的有效紫外劑量，即生物驗定劑量，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(含電耗與燈管更換費用等)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設備。還有一些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后或者現場安裝后18個月失效，這也反映了這些廠家的設備劑量計算中存在著問題，比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生物外，研究顯示，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、假單胞菌、蠟樣芽孢菌、溶血不動桿菌、紡錘芽孢桿菌、蜂房芽孢桿菌、軍團菌及噬硫菌等耐氯微生物，其中一些耐氯微生物為條件致病菌。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毒副產物超標的風險。嚴格來說，傳統的單一氯消毒單元模式這個屏障是存在安全漏洞的，而且一旦氯消毒單元出現問題，給水廠中就徹底失去了微生物安全屏障。因此，從生物安全和化學安全上說，多屏障消毒策略和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歐盟地區的城市給水廠中被廣泛接受和實踐，而紫外線消毒由于其既可滿足生物安全，又可滿足化學安全要求，成為聯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術逐漸得到了我國給水領域的認可和推動，在我國城市給水廠中得到了初步的應用。據不完全統計，目前國內已經有60多家大型給水廠采用了紫外線消毒工藝，處理規模達到1 000萬m3/d。其中，2009年建成的天津泰達自來水廠三期工程和上海臨江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年建成通水的北京郭公莊水廠的紫外氯聯合消毒工藝成為“十二五”國家重大專項的示范工程，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，紫外線消毒作為主消毒工藝可以提高水質的微生物安全性，可以適當降低后續氯消毒工藝的CT值，在一定程度上降低消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傳統的紫外線消毒，管網水質安全性有所提升。

實際應用中，相比污水廠用戶，給水廠用戶更重視紫外消毒設備的消毒性能和品質，這也是保證供水安全的需要。在紫外消毒設備的選型采購方面，除了必須經過行業的標準生物驗定劑量驗證外，我國的涉水批件也是一個需要考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求給水廠使用的涉水設備和材料具備國內的涉水批件才能投產供水。我國新修訂的《室外給水設計標準》(GB 50013—2018)中也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極的指導和推動作用。據了解，目前越來越多的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國城市供水水質安全方面發揮更重要的作用。

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污染物進行高級氧化處理。羥基自由基是強氧化劑，而且沒有選擇性，與臭氧相比對化學污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，可以對水體中更多種類的有機污染物進行有效降解，其中包括在給水領域內引起廣泛關注和討論的N-亞硝基二甲胺(NDMA)。NDMA是國外給水處理和再生水處理相關標準中常見的一種目標污染物，紫外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，紫外線高級氧化技術對水中的2-甲基異莰醇(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，被認為是飲用水中嗅味和與之相關的藻毒素控制的有效技術選擇，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理中，紫外線高級氧化技術已經有很多成功的工程案例，在我國的應用尚處于萌芽階段，2020年建成的山東德州的慶云水廠紫外線高級氧化工藝是我國第一個在給水廠應用的案例。隨著對水體中新興污染物的認識和關注度的提高，隨著我國城鎮給水污染物處理向著微量與痕量的趨勢發展，紫外線高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處理中發揮重要作用。

中國知網上有關紫外消毒主題的國內文獻發表數量變化趨勢，可以看到每年發表的紫外文獻數量大概從1999年起有顯著的躍升，這和紫外線消毒技術在國內城鎮污水處理中的應用推廣的開始時間基本吻合。2002年—2003年，有關紫外消毒技術的文獻數量有了較大的飛躍，既為2003年非典疫情期間和后疫情時期紫外消毒技術在我國城鎮污水廠中的應用做了技術鋪墊，也同時支撐了其應用的發展。經過對國內紫外線消毒技術文獻的分析發現，這些文獻內容涵蓋了從紫外消毒的滅活機理、殺菌有效性，到紫外消毒反應器設計、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效果與成本分析等，為廣大用戶與設計單位認識和了解紫外線水處理技術提供了支撐。但我國紫外線水處理技術的研究存在“單打獨斗”的現狀，相互之間缺乏充分的同行交流，這可能與國內暫時缺少該專業領域交流平臺有關。對此，清華大學牽頭成立了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、組織紫外線技術國際研討會等活動，增加行業的國內和國際交流，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。

從研究方向方面，新的紫外線高級氧化技術體系、紫外發光二極管(UVLED)和準分子燈等新紫外線光源的應用原理等主題將是研究熱點，行業內也非?？释乱淮腔刍?、節能高效的紫外線水處理系統在實際工程中應用的研究，這符合國家的“雙碳”戰略目標的基本方向。

紫外線水處理技術是一項對環境、生態和人類友好的技術，與化學消毒方法相比，它也更為低碳，對人類社會的可持續發展具有重要價值。這項技術在我國城鎮污水處理中已得到了廣泛的應用，未來在提升我國供水水質安全上也將會有一席之地。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地了解紫外線水處理設備性能的設計計算依據和設備運行中應主要注意的問題，從而確保工程上使用的相關設備可以滿足工程設計和生產要求。

從行業發展的角度：一是期待所有的設備制造廠家通過自律來保證用戶利益和公眾安全；二是需要用戶和設計單位借助第三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；三是科研機構繼續加強對紫外高級氧化技術體系、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，讓紫外線技術為保護我國的環境、生態和人類健康發揮其應有的作用。

本文來源于《凈水技術》2023年第3期“大家之言”，原標題為《紫外線技術在我國城鎮給排水處理中應用的挑戰和趨勢》，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.中國環保機械行業協會紫外線專委會，北京 100825)。