引言 紫外線(xiàn) （UV） 技術(shù)最初是用來(lái)確保城鎮(zhèn)自來(lái)水的完全消毒。自40 多年前該技術(shù)推出以來(lái)，現(xiàn)在已經(jīng)應(yīng)用于全球范圍內(nèi)許多行業(yè)包括制藥企業(yè)的消毒、TOC（總有機(jī)碳的含量）降解、臭氧和氯胺分解以及生產(chǎn)工藝用水的余氯脫除。水是制藥過(guò)程中用量最大的物質(zhì)，在更多嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)的驅(qū)動(dòng)及日益復(fù)雜工藝要求下消毒技術(shù)已被采用。 藥品生產(chǎn)一般都是由幾個(gè)工藝段組成，在不同階段之間本身也可能遭至微生物污染，而紫外線(xiàn)消毒可以被用作為有效的保障，從而確保藥品在各個(gè)工藝段之間不會(huì)發(fā)生變質(zhì)。 紫外線(xiàn)安裝典型階段是在活性碳過(guò)濾器之后或 RO 之前，或者將紫外消毒及TOC 降解系統(tǒng)設(shè)置于精處理單元。活性碳過(guò)濾器后面加上合適紫外消毒系統(tǒng)或RO 處理單元之前裝一個(gè)合適紫外線(xiàn)消毒系統(tǒng)將殺滅進(jìn)水中 99.9% 的細(xì)菌。 紫外消毒技術(shù) 紫外線(xiàn)消毒系統(tǒng)通常分為兩種截然不同的類(lèi)型：低壓及中壓。低壓系統(tǒng)紫外線(xiàn)輸出單色光譜（254 納米波長(zhǎng)），而中壓系統(tǒng)輸出多色光譜紫外線(xiàn)（波長(zhǎng)介于 240 – 310 納米之間）。 紫外線(xiàn)通過(guò)打斷微生物脫氧核糖核酸 （DNA） 的腺嘌呤和硫胺分子，使其無(wú)法繼續(xù)繁殖。微生物因而可在不使用化學(xué)藥品的情況下被殺死。盡管 254 納米是有效消毒波長(zhǎng)，但脫氧核糖核酸能最有效地吸收的波長(zhǎng)為 265 納米的紫外線(xiàn)（見(jiàn)圖1）。了解這些不同波長(zhǎng)紫外線(xiàn)殺菌能力差異是設(shè)計(jì)具有殺菌效果好、效率高的紫外線(xiàn)消毒設(shè)備的基礎(chǔ)?？傮w來(lái)說(shuō)，低壓系統(tǒng)最好用于小流量、間歇性系統(tǒng)，而中壓技術(shù)則更適合高流速水體消毒。 紫外線(xiàn)系統(tǒng)的安裝 紫外設(shè)備可以安裝在超純水系統(tǒng)的各種位置（見(jiàn)圖2）。安裝或改造現(xiàn)有管道和容器相對(duì)簡(jiǎn)單，可實(shí)現(xiàn)最低程度的生產(chǎn)擾動(dòng)和最小的占地要求。根據(jù)使用目的不同，唯一需要進(jìn)行定期維護(hù)的工作是每 12 個(gè)月更換一次紫外燈管，可由現(xiàn)場(chǎng)工作人員進(jìn)行簡(jiǎn)單的操作即可完成。一旦安裝完畢，處理工廠(chǎng)就可以每天 24 小時(shí)運(yùn)作，無(wú)需停機(jī)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行日常衛(wèi)生維護(hù)和消毒。 有效驗(yàn)證 紫外線(xiàn)劑量可通過(guò) 3 個(gè)獨(dú)立的變量進(jìn)行計(jì)算： 紫外線(xiàn)劑量= 紫外線(xiàn)強(qiáng)度 X 停留時(shí)間X 水的透光率為確保紫外線(xiàn)劑量測(cè)量的準(zhǔn)確性，每個(gè)工藝參數(shù)都需要加以測(cè)量。許多紫外監(jiān)測(cè)器都有可調(diào)電位計(jì)，簡(jiǎn)單操作即可進(jìn)行的重新校準(zhǔn)。這使測(cè)量值即可以是相對(duì)值也可是絕對(duì)值。監(jiān)測(cè)器的探頭應(yīng)密封，并根據(jù)已有的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行校準(zhǔn)。每只燈管和監(jiān)測(cè)器都應(yīng)該有提供檢測(cè)數(shù)據(jù)的能力，以確保殺菌紫外線(xiàn)燈光輸出（以 watts/cm-2 為單位進(jìn)行測(cè)量）的測(cè)量，而不是通過(guò)估算。對(duì)于監(jiān)控器（以 mw/cm-2 進(jìn)行測(cè)量）同樣如此。通常監(jiān)控?cái)z像頭可能無(wú)法進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)節(jié)，那么這些攝像頭應(yīng)該交還給制造商，由其根據(jù)檢測(cè)要求進(jìn)行重新校準(zhǔn)。 每個(gè)燈泡應(yīng)該有唯一的序列號(hào)及光譜合格證書(shū)。這種標(biāo)準(zhǔn)做法是為了能夠進(jìn)行測(cè)量而不是根據(jù)推斷，紫外線(xiàn)劑量以 mj/cm-2 表示，每個(gè)燈泡都配有專(zhuān)用監(jiān)控?cái)z像頭。只有那些采用優(yōu)良生產(chǎn)工藝制造出的產(chǎn)品，才能記錄水體所 接受紫外線(xiàn)的劑量，并且監(jiān)測(cè)驗(yàn)證過(guò)程中能包括任何紫外線(xiàn)故障的記錄，同時(shí)顯示日期和時(shí)間，并可對(duì)故障記錄進(jìn)行永久性的保存。 TOC降解 最近的研究表明，短波紫外線(xiàn)（200 納米以下）分解水中有機(jī)分子的效率很高，特別是低分子量的污染物。海諾威 （Hanovia） 用 PFW（純凈水）回路進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)表明，200nm 以下波長(zhǎng)的紫外線(xiàn)通過(guò)兩種方式降解TOC：一種方法是通過(guò)直接的光解作用，即由紫外線(xiàn)能量破壞有機(jī)物內(nèi)的化學(xué)鍵；第二種方法是通過(guò)光解水分子，產(chǎn)生帶電荷的 OH- 自由基，由這些自由基來(lái)攻擊有機(jī)化合物。 脫氯 許多制藥工廠(chǎng)的供水都來(lái)自城市供水，游離氯已被廣泛用來(lái)保持水體的持續(xù)消毒能力，這一做法已有 50 多年的歷史了。當(dāng)氯投入到水中后，就會(huì)與天然水體中的腐殖酸、棕黃酸和其它有機(jī)物質(zhì)，形成三鹵甲烷 （THM） 化合物。由于部分 THM 已被證實(shí)在相對(duì)較低的濃度下會(huì)導(dǎo)致動(dòng)物患上癌癥，因此監(jiān)管機(jī)構(gòu)，如美國(guó)環(huán)境保護(hù)局 （USEPA） ，已設(shè)定飲用水最高污染物的含量標(biāo)準(zhǔn)（自 1979 年以來(lái)美國(guó)環(huán)境保護(hù)局的規(guī)定，最高含量為 100 單位每 10 億 （ppb） ）。 此外，由于氯氣的特性，可能損害精密的工藝設(shè)備，如反滲透 （RO） 膜和離子交換 （DI） 樹(shù)脂，因此一旦氯氣消毒功能實(shí)現(xiàn) 后必須將其消除。 至目前為止，脫氯最常用的兩個(gè)方法為顆?；钚蕴窟^(guò)濾器或另加中和化學(xué)物質(zhì)，如亞硫酸氫鈉和焦亞硫酸鈉。這兩種方法各有其優(yōu)點(diǎn)，但也存在一些嚴(yán)重的缺陷。GAC 過(guò)濾器，因?yàn)槎嗫捉Y(jié)構(gòu)和豐富營(yíng)養(yǎng)環(huán)境，很容易成為細(xì)菌的滋生場(chǎng)所。脫氯化學(xué)品，如亞硫酸氫鈉，通常僅僅在反滲透膜前加注，也會(huì)成為細(xì)菌的孵化器，造成膜的生物污染。此外，處理這些化學(xué)品時(shí)存在的危險(xiǎn)，并且由于人為錯(cuò)誤所致過(guò)量或不足都會(huì)存在危險(xiǎn)。 現(xiàn)在，紫外線(xiàn)作為一種有效的脫氯替代方法越來(lái)越普及。它沒(méi)有 GAC 或中和化學(xué)物質(zhì)的弊端，同時(shí)能有效地減少游離氯和氯化合物（氯胺），所形成的副產(chǎn)品也容易被驅(qū)除。 波長(zhǎng)在 180 納米至 400 納米之間的紫外光會(huì)產(chǎn)生光化學(xué)反應(yīng)，分解游離氯，使其形成鹽酸。分解游離氯的峰值波長(zhǎng)范圍介于 180 到 200 納米，而分解的氯化合物（單、雙和三氯胺）峰值波長(zhǎng)范圍為 245 納米至 365 納米。單獨(dú)通過(guò)紫外系統(tǒng)就能成功地分解達(dá) 5ppm 的氯胺和脫除達(dá) 15ppm 的游離氯。 脫氯所需的紫外線(xiàn)劑量取決于氯的總含量、游離氯與化合氯的比例、有機(jī)物的含量和目標(biāo)濃度。去除游離氯常用劑量要高于一般消毒劑量 30,000 微瓦-秒每平方厘米 （mw-s/cm2） 15 至 30 倍。采用紫外線(xiàn)脫氯另一個(gè)重要的好處是可實(shí)現(xiàn)高效紫外線(xiàn)消毒，TOC 降解并可提高整體水質(zhì)。 最近寶潔公司 （Procter & Gamble） 在美國(guó)北卡羅萊納州的制造廠(chǎng)安裝 Hanovia 公司的紫外線(xiàn)脫氯設(shè)備。在此之前采用的是亞硫酸氫鈉脫氯。紫外線(xiàn)設(shè)備安裝在兩層反滲透膜前，并且該系統(tǒng)在安裝后不久就進(jìn)行了試運(yùn)行，數(shù)據(jù)顯示反滲透膜的清洗頻率劇減 —— 從平均每月八次到每月只需兩次 —— 每年可節(jié)省 70,000 美元。反滲透膜的停機(jī)維護(hù)次數(shù)也大大減少。 “我們很高興采用了海諾威 （Hanovia）紫外系統(tǒng)，”該公司的一位工藝工程師評(píng)論說(shuō)?！白詮陌惭b紫外線(xiàn)系統(tǒng)后，我們不僅節(jié)省了成本，而且工廠(chǎng)由于反滲透膜污染而停產(chǎn)所造成的停產(chǎn)情況，也大為減少。紫外線(xiàn)提供了高標(biāo)準(zhǔn)的脫氯效果，而且避免了所有化學(xué)物質(zhì)或顆粒活性炭過(guò)濾器的缺點(diǎn)。” 結(jié)論 紫外線(xiàn)系統(tǒng)是一種重要的工藝工具，可以確保純凈水回路在最高微生物污染標(biāo)準(zhǔn)下運(yùn)行。其好處是多方面的安裝容易，占地面積??；維修簡(jiǎn)便，可由現(xiàn)場(chǎng)工作人員進(jìn)行；作為一種非化學(xué)處理方法，不會(huì)對(duì)產(chǎn)品的穩(wěn)定性造成影響，且產(chǎn)品不會(huì)有意外的殘留物、顏色和氣味。 由于具備獨(dú)立的跟蹤監(jiān)測(cè)能力，現(xiàn)在根據(jù)絕對(duì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行強(qiáng)度校準(zhǔn)后，便可對(duì)紫外線(xiàn)劑量進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量，而不是根據(jù)計(jì)算推斷。此外，數(shù)據(jù)記錄確保了操作結(jié)果的可測(cè)量和證明，而不是簡(jiǎn)單臆測(cè)。它也被一些世界頂級(jí)制藥廠(chǎng)商成功地運(yùn)用于TOC 降解、余氯和氯胺脫除.