紫外線消毒技術(shù)的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)探討

楊國(guó)坤 劉娣

摘要：隨著人們健康意識(shí)的不斷提高，消毒已經(jīng)成為家居日常工作之一，新型冠狀病毒的出現(xiàn)使各大公共場(chǎng)所的消毒工作也成為清潔工作中的日常內(nèi)容。傳統(tǒng)的消毒方式包括酒精消毒、消毒劑消毒等，但部分消毒工具具有刺激性，氣味較大，不利于全面推廣，紫外線消毒從眾多消毒方式中脫穎而出。本文從紫外線消毒研究的重要意義、紫外線消毒技術(shù)的研究現(xiàn)狀以及紫外線消毒技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)三方面對(duì)紫外線消毒進(jìn)行系統(tǒng)的研究與探討，明確紫外線消毒技術(shù)的發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：紫外線消毒技術(shù);消毒技術(shù)研究;紫外線技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

目前紫外線消毒技術(shù)已經(jīng)普遍被應(yīng)用于家居消毒、物品消毒以及水消毒中，不僅操作簡(jiǎn)單而且能夠重復(fù)使用，紫外線消毒主要是通過(guò)特定波長(zhǎng)下的紫外線破壞細(xì)菌病毒等微生物的脫氧核糖核算（DNA）以及核糖核酸（RNA）的分子結(jié)構(gòu)，造成微生物的死亡，并抑制微生物的復(fù)制再生。紫外線消毒技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)由來(lái)已久，現(xiàn)階段的紫外線技術(shù)發(fā)展在取得一定成果并得到普遍應(yīng)用的同時(shí)，需要進(jìn)一步進(jìn)行創(chuàng)新發(fā)展。目前，針對(duì)污水的紫外線消毒研究還較少，紫外線消毒的應(yīng)用還存在巨大的空間。要確保對(duì)紫外線消毒技術(shù)的充分應(yīng)用，還需要根據(jù)紫外線消毒技術(shù)的特性，對(duì)其進(jìn)行深入的研究與探索。

1紫外線消毒技術(shù)研究的重要意義

紫外線消毒技術(shù)是建立在現(xiàn)代防疫學(xué)基礎(chǔ)上，結(jié)合醫(yī)學(xué)以及光動(dòng)力學(xué)的一種現(xiàn)代化的先進(jìn)消毒技術(shù)，紫外線消毒不僅具有高效性，而且由于成本較低能夠得到普遍應(yīng)用。在傳統(tǒng)的物理消毒法中，高溫消毒法、煮沸消毒法等都對(duì)消毒環(huán)境要求較高，難以得到廣泛應(yīng)用，而化學(xué)消毒法存在的弊端較多，具有一定的副作用，容易造成二次污染。但是采用紫外線消毒法不僅對(duì)環(huán)境的影響較小，而且在對(duì)水進(jìn)行消毒時(shí)，不會(huì)增加水中雜質(zhì)，不會(huì)改變水的基本形狀。在對(duì)空氣進(jìn)行消毒時(shí)，沒(méi)有異味，強(qiáng)度極大，能夠殺滅的細(xì)菌病毒種類較多，屬于物理消毒的新方式。紫外線消毒技術(shù)不會(huì)造成二次污染，并且不存在抗藥性問(wèn)題，屬于完全環(huán)保的消毒方式[1]。

紫外線消毒的應(yīng)用成本較低，造價(jià)較低，使用壽命主要取決于紫外線設(shè)備。盡管紫外線消毒技術(shù)存在諸多優(yōu)勢(shì)，但是目前還沒(méi)有得到大范圍的應(yīng)用，通過(guò)紫外線技術(shù)的研究，能夠不斷擴(kuò)大紫外線消毒技術(shù)的應(yīng)用范圍，提高紫外線消毒水平，促進(jìn)消毒產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，目前LED紫外線燈的出現(xiàn)，就是紫外線消毒技術(shù)提升下的產(chǎn)物，不僅燈的壽命更長(zhǎng)，波長(zhǎng)更加多樣化，且與消毒效率更好，在工程運(yùn)用上的研究已經(jīng)展開(kāi)，紫外線消毒技術(shù)的研究前景一片大好。

2紫外線消毒技術(shù)的研究現(xiàn)狀

2.1 傳統(tǒng)紫外線消毒

在早期的紫外線消毒中，由于紫外線輻射的過(guò)程中可能產(chǎn)生臭氧會(huì)對(duì)人體造成傷害，進(jìn)而造成早期的紫外線消毒技術(shù)中意外事故的發(fā)生率較高[2]。紫外線能夠穿透皮膚破壞人體的DNA，進(jìn)而引發(fā)細(xì)胞癌，而由于紫外線具有無(wú)色無(wú)味的特點(diǎn)，在進(jìn)行紫外線照射時(shí)不容易引起人的察覺(jué)，易造成意外風(fēng)險(xiǎn)的發(fā)生。而傳統(tǒng)的紫外線消毒主要方式靠人工進(jìn)行，不僅操作方式繁瑣，且在操作過(guò)程中很可能造成遺漏，消毒效果缺少保障，由于缺少相應(yīng)的檢測(cè)管理，造成紫外線的消毒情況難以掌握。

2.2 低壓汞燈消毒

2.2.1 低壓汞燈消毒的特點(diǎn)

低壓汞燈消毒是紫外線消毒中的一種，這種燈管光強(qiáng)較低，存在光固化速度較慢的情況，但是由于發(fā)熱量較小，無(wú)需進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的冷卻，因此因公范圍也比較廣泛，尤其在印刷制版上。主要工作原理是汞蒸氣壓為1.3～13 Pa時(shí)，汞燈波長(zhǎng)為253.7 nm，在紫外線的波長(zhǎng)區(qū)域內(nèi)，運(yùn)用紫外線技術(shù)可進(jìn)行殺毒。汞燈主要應(yīng)用范圍按照消毒對(duì)象性質(zhì)劃分主要包括表面消毒、水消毒、空氣消毒燈，在表面消毒中，運(yùn)用低壓汞燈可以在一秒鐘內(nèi)將照射范圍內(nèi)的細(xì)菌全部滅火，但是消毒范圍主要為不耐熱物體，包括兒童玩具、不耐熱工藝品、部分電子元件等，低壓汞燈消毒成本較低，能夠得到普遍應(yīng)用，在肉食品以及果蔬消毒中也可以使用[3]。

在空氣消毒方面，紫外線消毒技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)具有較長(zhǎng)歷史，在醫(yī)療場(chǎng)所懸掛紫外線消毒燈已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用。在醫(yī)院之后，視頻加工無(wú)菌車間等相繼采用紫外線消毒技術(shù)，采用消毒盒或消毒機(jī)的方式進(jìn)行消毒。但是低壓汞燈消毒存在一定的缺點(diǎn)，汞燈材質(zhì)較為脆弱，一旦破碎釋放出汞蒸氣，將造成嚴(yán)重影響，因此應(yīng)用低壓汞燈進(jìn)行消毒對(duì)于環(huán)境有一定的要求。汞燈波長(zhǎng)較為固定，而微生物之間對(duì)紫外線的抵抗能力不同，難以達(dá)到對(duì)不同微生物的統(tǒng)一滅絕。

2.2.2 低壓汞燈在水消毒方面與氯消毒的對(duì)比

在水消毒方面，與傳統(tǒng)的氯消毒相比，二者都不會(huì)對(duì)水的性狀產(chǎn)生影響，但是在具體運(yùn)用上，低壓汞燈消毒具備一定的優(yōu)勢(shì)。在傳統(tǒng)的氯消毒中，氯消毒在一定程度上能夠引發(fā)二次污染，并且對(duì)于賈第鞭毛蟲(chóng)燈具有耐氯性質(zhì)的微生物消毒效果不佳，并且氯消毒具有一定的毒副作用，容易引起部分人群的過(guò)敏。而低壓汞燈消毒應(yīng)用紫外線消毒技術(shù)，通過(guò)破壞微生物的脫氧核糖核酸（DNA）以及核糖核酸（RNA），能夠有效實(shí)現(xiàn)無(wú)差別滅菌，不會(huì)引發(fā)二次污染。并且在運(yùn)用成本上遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于氯消毒。在水消毒上紫外線消毒技術(shù)已經(jīng)得到正式應(yīng)用，其效果得到業(yè)界廣泛好評(píng)。

2.3 LED紫外線消毒燈

2.3.1 LED紫外線消毒燈的特點(diǎn)

與傳統(tǒng)的紫外線消毒燈相比，LED紫外線消毒燈更加節(jié)能環(huán)保，體積較小，壽命更長(zhǎng)，并且現(xiàn)階段的LED紫外線消毒燈的波長(zhǎng)可以進(jìn)行調(diào)整，進(jìn)而充分應(yīng)對(duì)微生物對(duì)不同波長(zhǎng)的抵抗能力。有研究表明，在通量效率為265 nm時(shí)對(duì)大腸桿菌的消毒效果最佳。在空氣消毒方面，LED紫外線消毒燈的消毒效果對(duì)于真菌細(xì)菌較強(qiáng)，對(duì)病毒次之。LED 在外線消毒燈由于體積較小，具有智能操作功能，能夠定時(shí)進(jìn)行消毒，遙控進(jìn)行消毒，在家居消毒、母嬰用品消毒方面得到了普遍應(yīng)用，但是在大規(guī)模應(yīng)用方面還在進(jìn)一步進(jìn)行研究[3]。

2.3.2 脈沖LED紫外線消毒技術(shù)

在紫外線消毒中，脈沖紫外線技術(shù)應(yīng)用較廣，脈沖紫外線技術(shù)主要應(yīng)用于氙燈消毒上，通過(guò)脈沖進(jìn)行消毒能夠有效提升消毒效率，但是脈沖氙燈存在明顯的缺陷，即消毒燈體積較大，且耐用性差、壽命較短，LED紫外線消毒技術(shù)由于LED燈于氙燈體積結(jié)構(gòu)燈都具有較大的差異性，因此在脈沖消毒效果上也存在一定的差異性。通過(guò)光化學(xué)法對(duì)LED紫外線燈進(jìn)行連續(xù)消毒與脈沖消毒效果測(cè)試，發(fā)現(xiàn)二者之間的差異性較小，通過(guò)對(duì)示波器觀察能夠發(fā)現(xiàn)，紫外線脈沖消毒中，在消毒過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)尖峰脈沖效果，這一現(xiàn)象能夠解釋二者之間通過(guò)光化學(xué)法進(jìn)行比對(duì)存差異較小的原因，即在占比計(jì)算中，紫外線計(jì)量引發(fā)的二者在光化學(xué)法對(duì)比下差距較小，但是按照占比計(jì)算，LED的脈沖消毒方式能夠有效降低熱量釋放，電池消耗，并延長(zhǎng)使用壽命[4]。脈沖技術(shù)的進(jìn)一步研究對(duì)于LED消毒技術(shù)的發(fā)展具有重要意義。

2.3.3 LED紫外線消毒技術(shù)對(duì)波長(zhǎng)的研究

在波長(zhǎng)研究方面，以往單一波長(zhǎng)照射存在一定的弊端，多波長(zhǎng)同時(shí)照射成為紫外線技術(shù)研究的重點(diǎn)之一。通過(guò)多波長(zhǎng)同時(shí)照射，不僅能夠提升照射效率，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同細(xì)菌病毒的同時(shí)消殺，而且能夠節(jié)省時(shí)間、減少能耗。經(jīng)過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，采用不同波長(zhǎng)協(xié)同照射的方式與單一照射相比能夠發(fā)揮出更好的效果，通過(guò)破壞細(xì)菌以及微生物的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，以及酶結(jié)構(gòu)等，能夠有效抑制細(xì)菌脫氧核糖核酸（DNA）的修復(fù)。在針對(duì)污水的消殺實(shí)驗(yàn)研究中，對(duì)于組合波長(zhǎng)的效果研究已經(jīng)取得一定的成功，如波長(zhǎng)280 nm與365 nm的組合能夠有效實(shí)現(xiàn)對(duì)嗜溫細(xì)菌的消殺，采用265 nm與365 nm的組合能夠有效實(shí)現(xiàn)對(duì)大腸桿菌MS2的消殺。組合消殺也成為紫外線殺毒的重要研究方向之一。

2.4 長(zhǎng)紫外線研究

在傳統(tǒng)的紫外線消毒技術(shù)中，最大的應(yīng)用弊端即紫外線消毒對(duì)于人體存在危害，如何實(shí)現(xiàn)在不傷害人體的情況下對(duì)病毒的消殺成為紫外線消毒技術(shù)的重要研究課題之一[4]。經(jīng)過(guò)一系列的研究，部分遠(yuǎn)紫外線能夠達(dá)到在不穿透人體角質(zhì)層以及皮膚的情況下，實(shí)現(xiàn)對(duì)病毒的滅火。有研究以小白鼠為實(shí)驗(yàn)，在222 nm的波長(zhǎng)下對(duì)小白鼠進(jìn)行照射，小白鼠皮膚及視網(wǎng)膜燈未發(fā)現(xiàn)損傷，對(duì)長(zhǎng)紫外線不會(huì)穿透人體皮膚及視網(wǎng)膜進(jìn)行了佐證。這一實(shí)驗(yàn)及技術(shù)得到廣泛關(guān)注，如能進(jìn)行有效應(yīng)用，則可以在人的皮膚燈發(fā)生破損時(shí)，在微生物進(jìn)入傷口前對(duì)傷口進(jìn)行滅活消毒，有效降低感染發(fā)生率，且可以在公共場(chǎng)合進(jìn)行大范圍應(yīng)用，有效降低由于人群密集造成細(xì)菌及病毒交叉感染發(fā)生率。

3紫外線消毒技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

3.1 紫外線消毒技術(shù)的智能化、高端化

e消毒是時(shí)代背景下的智能化紫外線消毒方式，通過(guò)紫外線消毒的智能化，采用物聯(lián)網(wǎng)芯片技術(shù)，建立消毒管控系統(tǒng)，通過(guò)智能管控方式，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)紫外線消毒設(shè)備的操作，如遙控操作。采用人體感應(yīng)機(jī)制，當(dāng)消毒范圍內(nèi)有人出現(xiàn)時(shí)智能關(guān)閉消毒狀態(tài)。并且可以定時(shí)進(jìn)行自動(dòng)消毒。有效解決了消毒需要滿足一定條件、需要防治意外傷害等一系列問(wèn)題。并且能夠隨著信息技術(shù)的不斷更新，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的升級(jí)。

e消毒還具有語(yǔ)音播報(bào)功能，能夠?qū)诹钪甘緹糇龀龇答仯褂梅绞礁颖憬菰谙痉秶?，e消毒相較于傳統(tǒng)紫外線消毒范圍更廣，能夠應(yīng)用到公共場(chǎng)合，通過(guò)智能控制，在確定消毒范圍內(nèi)無(wú)人時(shí)自動(dòng)進(jìn)行消毒。e消毒可通過(guò)執(zhí)行檢測(cè)功能在智能屏幕直觀反應(yīng)出消毒情況，確保消毒工作的全面覆蓋，并且能耗較小。e消毒只是紫外線消毒技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)的一個(gè)縮影，是紫外線消毒技術(shù)多元化發(fā)展的標(biāo)志，在未來(lái)紫外線消毒技術(shù)將更加智能、更加高端[5]。

3.2 紫外線消毒技術(shù)的規(guī)模化

現(xiàn)階段的紫外線消毒設(shè)備普遍覆蓋范圍較小，應(yīng)用具有一定的局限性。但是針對(duì)紫外線消毒技術(shù)的大規(guī)模應(yīng)用研究已經(jīng)得到具體展開(kāi)，并得到一定程度的應(yīng)用。在城市污水處理中，通過(guò)建設(shè)與污水處理渠道相適應(yīng)的污水處理系統(tǒng)，對(duì)污水進(jìn)行消殺，在紫外線線消毒系統(tǒng)中，通過(guò)控制系統(tǒng)設(shè)置消毒系統(tǒng)的參數(shù)，確保消毒系統(tǒng)的順利運(yùn)行，將相關(guān)數(shù)據(jù)反饋到總控制中心，對(duì)消殺狀況進(jìn)行調(diào)控。通過(guò)設(shè)置紫外光強(qiáng)探頭對(duì)紫外光計(jì)量進(jìn)行掌控，判斷消殺效果是否符合要求。但是現(xiàn)階段的紫外線消毒設(shè)備在大規(guī)模應(yīng)用上，設(shè)備維護(hù)費(fèi)用較高，部分原件損耗較大，存在一定缺陷，還需要進(jìn)一步進(jìn)行研究與改進(jìn)。

以汞蒸汽燈為例，汞蒸氣燈是現(xiàn)階段城市污水處理常用的紫外線消毒工具，汞蒸氣燈在應(yīng)用中有可能發(fā)生汞泄露，對(duì)人體造成危險(xiǎn)。近年來(lái)，尋找替代汞蒸氣燈的研究不斷進(jìn)行，紫外發(fā)光二極管（UV-LEDs）逐漸走入研究人員視野，UV-LEDs不僅覆蓋范圍更廣，而且能有有效避免汞泄露情況的發(fā)生。體積更加小巧，不需要進(jìn)行預(yù)熱，在使用壽命也相較于供氣燈更長(zhǎng)，但是UV-LEDs的研究還處于初級(jí)階段，要實(shí)現(xiàn)普遍應(yīng)用還需要一定時(shí)間。

4結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)明確紫外線消毒技術(shù)研究的重要意義，了解紫外線消毒技術(shù)的現(xiàn)狀，了解紫外線消毒的原理，明確紫外線消毒對(duì)于當(dāng)今社會(huì)的重要意義，能夠有效把握紫外線消毒技術(shù)的發(fā)展方向，并對(duì)紫外線消毒技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)測(cè)，紫外線消毒技術(shù)的應(yīng)用將全面實(shí)現(xiàn)智能化、高端化、規(guī)?；M(jìn)而為創(chuàng)造出更加安全、健康、美好的生活環(huán)境貢獻(xiàn)力量。

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