介绍
紫外线消毒是一道使大量水生病原体灭活的有效屏障。在多屏障消毒工艺中，紫外线消毒可作为杀灭特殊病原体（如隐孢子虫和贾第鞭毛虫）的有效屏障，并有助于尽量降低消毒副产物。本指南应用于饮用水水源的消毒，包括过滤后的地表水、未经过滤的地表水和地下水。对于过滤后的地表水，紫外线消毒的前处理工艺包括颗粒或合成介质过滤、膜过滤（微滤、超滤、纳滤和反渗透）、硅藻土过滤或慢砂滤。
饮用水紫外线消毒指南的组成
饮用水紫外线消毒指南由以下部分组成：
（1）介绍；
（2）紫外线剂量；
（3）反应器设计；
（4）可靠性设计；
（5）监测和报警设计；
（6）现场试运行测试；
（7）性能检测；
（8）工程报告。
第（2）~（7）部分主要阐述紫外线消毒系统设计、运行和控制的主要影响因素，这些都必须记录在工程报告中（见1.7）。
1．1 紫外线剂量
从实用角度，紫外线剂量是紫外线强度，以毫瓦每平方厘米（mW/cm2）为单位，和要处理的流体或粒子在紫外线中的曝光时间，以秒（S）为单位的乘积。紫外线剂量的单位为毫焦耳每平方厘米（mJ/ cm2），相当于毫瓦·秒每平方厘米（mW·S/ cm2）。当前，只有在使用平行光束仪时，由于能够准确测定照射强度和照射时间，因此能够准确测量紫外线计量。连续流反应器中的非理想的水流分布和不均匀的光强分布导致剂量分布不均匀。
对于连续流反应器，此处和以后提到的有效剂量、设计剂量和运行剂量定义如下。
●有效剂量 验证设备的有效剂量是基于该设备的验证测定结果。它是等同于平行光束仪对目标微生物达到相同灭活率而需要的剂量。
●设计剂量 设计剂量是为达到目标微生物的特定灭活率所需的有效剂量。设计剂量用于设计消毒系统的大小。
●运行剂量 建立在设备的验证测定结果的基础上，紫外线运行剂量作为反应器的一个很有用的指标，可用于在维持设计剂量的情况下发挥消毒设备的最大效率（包括减少能耗、减少运行的反应器的个数）。
紫外线设计剂量由目标微生物和紫外线消毒前的进水水源水质决定。目标微生物和所需灭活率必须由法规部门确定。供水水源，如1.1节提到的,包括过滤后的地表水、未过滤的地表水和地下水。不同的原水水质对紫外线消毒设备验证要求如下。
1.1.1 过滤后的地表水和地下水
根据设备验证协议（见紫外线消毒验证协议）已验证过的反应器，可不需要进行额外的现场验证就能应用于所有的已过滤的地表水和地下水。
1.1.2 未过滤的地表水
为解决浊度和透光率的季节变化，用来消毒未过滤地表水的设备应该根据紫外线消毒验证协议所述的协议，用特定的水源进行验证。
基本原理
以任一特定微生物的灭活情况为依据，反应器的性能主要取决于紫外线剂量分布和微生物固有的灭活动力学（剂量响应）。虽然剂量响应可以通过平行光束仪和合适的微生物检测结果来进行评估，但是对紫外线剂量分布的特征和数量化并没有很好的确定。虽然可用数值方法预测紫外线剂量的分布，但是这种方法既不规范也没有在实践中得到广泛的应用。因此，本指南采用生物剂量验证的方法来检测和评价反应器的性能。
确定紫外线剂量包括在受控条件下测量受试微生物的紫外线灭活率。在验证紫外线设备的性能时推荐使用MS-2噬菌体。选择MS-2噬菌体具有很多优点：
（1）对紫外线的抵抗力高；
（2）消毒所有剂量范围内灭活动力学接近一级反应；
（3）培养和计数容易；
（4）验证结果具有稳定性和可重复性；
（5）对人体无害；
（6）无光复活能力。
为统一标准，紫外线有效剂量应定义为，在一个连续进水的反应器中达到与一个采用低压、无臭氧产生的汞灯进行平行光验证的相同的MS-2噬菌体灭活率时平行光束仪的紫外线剂量（详见紫外线消毒验证协议）。
对于过滤后地表水和地下水，颗粒物对紫外线消毒的影响非常小。对于这些水源，根据第3章的协议验证的紫外线设备，其紫外线有效剂量可用于紫外线消毒系统的设计。
未过滤的地表水中的颗粒物和透光率的变化能够不同程度地屏蔽紫外线，减少其对微生物的伤害。对于这些水源，推荐进行现场设备验证来估计水质变化带来的影响。
1.1.3 设计条件
紫外线在峰值流量和最小紫外线穿透率条件下，用于饮用水的紫外线消毒系统的设计剂量基于下列条件设计。
（1）紫外线灯管（在运行一段合适时间后）输出为新灯管的50%，除非制造商根据工程报告中的灯管更换时间建立灯管老化因子。灯管老化因子根据紫外线消毒验证协议来验证。
（2）不考虑石英套管本身的穿透性能，对于人工清洗系统，80%的光可以穿透石英套管。
（3）不考虑石英套管本身对穿透率的影响，对于自动机械或化学清洗系统，80%的光可以穿透石英套管，除非根据紫外线消毒验证协议的协议确定更高的系数。清洗频率参考生产商的建议。
（4）用于紫外线消毒系统设计的最低紫外线穿透率为基于至少12个月的实验数据的5%分布下限点（在运行期间相同间隔时间内取样，在取样天至少取3个样）。如果不能提供12个月的试验数据，则可以采用最低紫外线穿透率为80%。紫外线穿透率在波长为254nm下测量。
（5）灯管的保存期是指用于更换的灯管的储存时间，此储存时间应根据制造商的建议来定。
基本原理
基于灯管的测试数据，与在空气中的测试结果相比，再生水的紫外线消毒系统的操作工况可加速灯管光强的降低。用于饮用水消毒的紫外线灯管的光强变化情况与再生水类似。低压灯使用一年后的老化系数为0.5。另外，储存时间过长也会导致灯管输出强度降低。所有的灯管系数都推荐使用此数值。除非按照紫外线消毒验证协议的协议规定可以提供其他的数值。对于多频谱灯管，由于灯管使用时间和清洁程度对输出强度的影响和不同波长的发射功率都不清楚，所以，除非能够提供充分的数据，否则多频谱灯管采用与单波长灯管同样的老化系数。
1.2 反应器设计
由于可以提供多种系统构造（如明娶式、闭渠式和不同灯管安装方向等），因此紫外线设备可以具有不同的规模、布局和备用要求。本节常用词汇如下：
●模块 紫外线消毒系统的基本单元，由单个或多个紫外线灯管及配套其他电气设备组成。
●模块组 由单个或多个模块组成，某一给定的反应器的所有水流必须通过该模块组。
●反应器 由单个或多个模块组组成的独立的体系，同时包括共同的故障模式（例如电源、冷却系统和清洗系统等）。
●多级反应器 多个反应器串联组成，包括进口、出口和水位控制装置（可选）。
●紫外线消毒系统 由多级反应器加上辅助控制设备组成。
多级反应器设计要考虑到渠道和进出口条件，以便促进受紫外线辐射区域内产生活塞流（最少的纵向混合、有效的横向混合）。多级反应器系统中应该有可靠的流量分布，分布要与反应器过滤能力成比例。进水渠道应该足够长以使水流至第一个反应器之前形成稳定流，除非按紫外线消毒验证协议替换流速区域可以进行测量和能够提供满意的运行；出水渠道应该确保最后一个反应器的水力学特性不受到任何出水水位控制装置的反作用影响。不管个装置的使用情况如何，1.3节中描述的备用设备和安全设施都必须整合在消毒设备的设计中。
1.2.1 水力限制
多级反应器的进出口设计由紫外线设备生产商负责，且用速率图表示。速度分布的水力学测试必须包括在紫外线消毒系统性能验证协议内。在验证后的紫外线设备的实际安装中必须维持进出口流速分布。如果进出口状况与验证后的系统相同，便不再需要速率图。在任何情况下，多级反应器都必须在与设备严整的相同速度范围内运行。
在饮用水中应用的紫外线消毒系统，不允许把小规模设备放大来用。只能使用根据紫外线消毒验证协议的实际反应器。验证后反应器模块排列能在实际应用中使用。
在紫外线消毒系统的布置中，必须考虑下列水力学因素（基于设备的性能验证结果）：
（1）第一个反应器前所需渠道长度和状况；
（2）在水位控制设备或其他管路设施（如阀门和弯头）和最后一个反应器之间的出流长度；
（3）多级紫外线反应器的间距：除了满足水力条件外，还必须留出维修通道；
（4）可以使用任何反应器原附部件来实现或提高设备的流体速率均一性；
（5）需有清洗设备/机制的存在和运行。
基本原理
基于现有的可以获得的信息，紫外线照射区内的水流过量的纵向混合导致某些部分照射不充分，类似的，不充分的横向混合也可能导致同的情况出现。合理的进口结构和渠道设计可以保证多级反应器的第一个反应器中的流速均匀。同样，合理的出口和管道系统设计也能确保出口状况不会对最后一个反应器的水力状态产生不利影响。一般都希望有均匀的流速分布，但是这并不能保证紫外线照射区域有良好的水力条件。当进出口条件不一致，例如几何形状、扩散器或流体控制器的位置，需要测量流速分布。
1.2.2 多级反应器布局的限制
紫外线消毒系统的多级反映器的数目必须考虑水力条件限制和系统的老化率。多级反应器需要满足从较低流量到峰值流量的条件范围。多级反应器的尺寸和布置要确保其流速在设备验证的流速范围内。关键的设计参数包括：
反应器壁要与制造商的建议一致；
每个反应器可单独进行维护；
紫外线反应器中所有与水接触部分的构件和涂层都必须符合NSF（国家卫生基金会）61国际标准中关于饮用水系统部件的规定，主要是关于对人体健康的影响部分和其他相关条款，所有处于照射范围内的材料都必须防紫外线辐射；
用于套管清洗的化学物品都必须符合NSF60国际标准中关于饮用水处理用化合物的规定，主要是对人体健康影响；
反应器的进出口部分和反应器之间的连接部分必须隔绝水和光（如加盖），防止紫外线外泄和其他物质进入反应器。
基本原理
当出现极端流量（如最小流量和峰值流量）时，可能会超出单个反应器允许的流量范围，此情况可通过使用多级反应器得到缓解。维修时可能会打破灯管，故多级反应器中各个模块能单独拆卸有助于防止在维护时造成水污染。反应器器壁的变化能产生低紫外线强度区域，可能会造成部分水流未充分消毒。微生物的滋生会影响消毒效果，而混凝土渠道的衬里有助于防止微生物在渠道的裂缝里滋生。（多级）反应器要密封或加盖以防止藻类生长，以及保护操作人员的健康。
1.2.3 清洗系统限制
作为紫外线消毒系统的一部分，清洗系统必须有效处理对现场水质产生影响的物质（如铁、钙、铝、锰等离子和其他无机物、有机物造成沉淀和污垢）。当铁、钙、铝、锰和镁等离子有相对于饱和值的较高浓度时，建议进行现场验证。所有的清洗装置验证都应在能包括商业清洗装置的最小模块内进行。