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TECHNICAL INSIGHTS

UV紫外線殺菌原理與保養:劑量、燈管更換、前處理

作者:Ken Huang 發布:

UV 紫外線殺菌是讓水流經低壓汞燈,以 254 nm 的 UV-C 光破壞細菌、病毒與原蟲的 DNA,使其無法繁殖(不活化)。它不添加藥劑,不會改變水的味道、氣味、pH 或導電度,但水離開燈管後就沒有持續消毒的效果,所以要裝在處理流程的最後一段。要殺菌有效,必須同時做到三件事:水夠清澈(UVT > 75%,先處理鐵、錳、硬度、濁度)、照射劑量足夠(依實際流量選機型)、燈管每年更換。

 

UV 紫外線殺菌原理

什麼是 UV 紫外線?

紫外線是電磁波譜中肉眼看不見的一段。水處理使用的是 UV-C,波長 254 nm,這個波長最容易被微生物的 DNA 吸收。

UV 是殺死細菌,還是讓細菌失去活性?

UV 不像氯那樣直接殺死微生物,而是破壞它們的 DNA,讓它們無法繁殖,這稱為「不活化」。無法繁殖的微生物不會造成感染,最後也會自然死亡。

什麼是 log 不活化?

微生物的減少量以對數(log)表示:1 log = 減少 90%、2 log = 99%、3 log = 99.9%、4 log = 99.99%。

UV 劑量怎麼計算?

UV 劑量 = UV 強度 × 照射時間,單位為 mJ/cm²。業界常用的標準是燈管到壽命末期(約一年)仍能提供 30 mJ/cm²,但各認證規範不同。

流量會直接影響劑量:額定 5 GPM(約 19 L/min)的機型用在 10 GPM(約 38 L/min)的水量,劑量只剩一半;額定 12 GPM(約 45 L/min)的機型用在 6 GPM(約 23 L/min),劑量則加倍。因此一定要依實際最大流量選擇機型。

 

哪些水需要 UV 殺菌?

自來水需要裝 UV 嗎?

自來水在淨水場已經消毒,但要經過很長的管線才送到用戶端,途中仍可能受到細菌污染。UV 是成本不高的額外一道防線。

地下水、山泉水需要裝 UV 嗎?

建議加裝。未經處理的水源水質難以預測,不能假設是安全的,即使看起來清澈也一樣(延伸閱讀:「看起來很清澈」的地下水,其實最讓人不放心)。

UV 對隱孢子蟲、梨形鞭毛蟲有效嗎?

有效。隱孢子蟲(Cryptosporidium)與梨形鞭毛蟲(Giardia)是寄生原蟲,對氯消毒有很強的抵抗力。1993 年美國密爾瓦基(Milwaukee)的地表水源受到隱孢子蟲污染,約 40.3 萬人感染、至少 69 人死亡,是美國有紀錄以來最大的飲用水傳染事件。UV 對這兩種原蟲效果很好,不到 10 mJ/cm² 即可減少 99.9%。

大腸桿菌需要多少劑量?

大腸桿菌(E. coli)約需 6–10 mJ/cm² 即可達到 4 log(99.99%)不活化。

病毒需要多少劑量?

病毒所需劑量取決於水質、流量與反應器設計,歡迎聯絡我們協助計算。

UV 能保證去除所有微生物嗎?

要達到 4 log 不活化,必須使用通過 4 log 認證的設備,且設備的額定條件要符合實際流量與水質。若水中細菌數超過 1,000 CFU/10 mL,應先找出污染來源,並改用更大型的 UV 機型。

 

安裝前的水質條件與前處理

UV 光必須穿透水才能照到微生物。水中的鐵、錳、硬度、濁度與色度會遮擋紫外線,或在石英套管上結垢,降低殺菌效果。ATS 建議的進水水質條件如下:

項目 建議值
硬度 < 7 gpg(約 120 mg/L,以 CaCO₃ 計)
鐵 < 0.3 ppm
錳 < 0.05 ppm
濁度 < 1 NTU
UVT(紫外線穿透率) > 75%
單寧 < 0.1 ppm

安裝前建議先做水質檢驗,並在 UV 前加裝 5 微米前置過濾。硬度偏高可先以離子交換軟化處理,鐵、錳超標可使用 Zeomangan 錳砂去除。

什麼是 UVT?

UVT 是 254 nm 紫外線穿過 1 cm 水樣的比例,以分光光度計測量。色度與單寧會降低 UVT;如果紫外線無法穿透水,殺菌就沒有效果。

水有顏色、UVT 偏低怎麼辦?

水帶顏色多半是單寧造成的。單寧是帶負電的膠體,很難用過濾去除,可以使用陰離子交換樹脂系統處理,原理和軟水機類似,只是交換的是氯離子而不是鈉離子。

安裝前需要先消毒管路嗎?

需要。將家用漂白水(含氯 5.25%)倒入濾殼,打開水龍頭讓水流動,直到每個出水口都能聞到氯味,靜置至少 1 小時後再完全沖淨。

 

安裝位置、流量與壓損

  • 安裝位置:UV 必須是整個處理流程中的最後一道設備。
  • 流量與接口:ATS 機型的接口尺寸與額定流量相匹配,例如 8 GPM(約 30 L/min)機型為 3/4″ 接口。市面上一般 UV 設備的壓損平均約 2–3 psi(約 14–21 kPa)。
  • 電磁閥:可加裝電磁閥,當 UV 強度低於建議值時自動關閉水流,避免未消毒的水流出。電磁閥可直接連接 ATS 系統,或透過乾接點連接。

 

保養:燈管、石英套管與 O 環

燈管多久換一次?

UV 燈管是低壓汞燈,輸出每年衰減約 20%,建議每年更換一次。燈管發出的藍光並不是殺菌用的紫外線,燈還會亮不代表還有足夠的殺菌力。

沒有用水時可以關機嗎?

建議保持開機。燈管不論有沒有用水都會老化,關機省不到燈管壽命,反而可能讓細菌在停機期間滋生。

石英套管怎麼清潔?

取出石英套管,外側用除垢劑(例如 Lime-Away、CLR)清除鈣、鎂水垢,內側必須完全乾燥後再組回。水質乾淨(不含鐵與硬度)時,每次換燈管順便清潔即可;水質較差時則需定期更換套管。有 UV 強度感應器(電眼)的機型,感應器也要一起清潔。每次重新組裝都要換上新的 O 環。

保養時要注意什麼安全事項?

不要讓皮膚或眼睛直接暴露在 UV 燈下,保養時請配戴護目鏡。也不要徒手觸碰燈管,皮膚油脂會阻擋紫外線。

 

常見問題

UV 會改變水的味道嗎?

不會。UV 是物理程序,不會改變水的味道、氣味、pH 或導電度。相較之下,氯會影響口感,並可能產生三鹵甲烷(THMs)、鹵乙酸(HAAs)等消毒副產物,長期大量攝取可能有健康疑慮。

為什麼出水有時候是溫的?

長時間沒有用水(例如過夜)時,反應器裡的水會被燈管加熱,所以剛開始出的水可能是溫的。

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