引言：为了能够做好水处理工作，文章分析了低压高强紫外线灯温度特性应用原理与建议，要确保消毒效果，投入较少消毒设备成本，需高度关注低压高强紫外线灯紫外辐射强度随温度变化的特性，选择包括水温特性在内的各项参数符合要求的高品质低压高强紫外线灯，才能保证在正常水处理使用环境条件下达到良好的消毒效果。
1.原理分析
紫外线杀菌就是通过紫外线的照射，破坏及改变微生物的DNA（脱氧核糖核酸）结构，使细菌当即死亡或不能繁殖后代，达到杀菌的目的。真正具有杀菌作用的是UVC紫外线，因为，C波段紫外线很易被生物体的DNA吸收，尤以253.7nm左右的紫外线最佳。紫外线杀菌灯的发光谱线主要有254nm和185nm两条。254nm紫外线通过照射微生物的DNA来杀灭细菌，185nm紫外线可将空气中的O2变成O3(臭氧)，臭氧具有强氧化作用，可有效地杀灭细菌，臭氧的弥散性恰好可弥补由于紫外线只沿直线传播、消毒有死角的缺点。
紫外线杀菌属于纯物理消毒方法，具有简单便捷、广谱高效、无二次污染、便于管理和实现自动化等优点，随着各种新型设计的紫外线灯管的推出，紫外线杀菌的应用范围也不断在扩大。
低压紫外线灯内汞蒸气压PHg与汞原子浓度成正比。PHg升高，汞原子浓度升高，与电子碰撞的机会增多，253.7nm的辐射效率ηUV就逐渐提高。但原子发射出的253.7nm辐射效率照射到邻近的基态汞原子上，可能被原子吸收而产生共振吸收。当汞蒸气压很低时，共振吸收不会造成明显的紫外辐射损失，当汞蒸气压上升到较高值时，共振吸收的影响就不可忽略。1个原子发射的253.7nm的光子从灯中辐射出来，平均要经过102-103次的吸收和重新发射过程，由于此过程非常频繁，吸收光子的原子还来不及产生辐射就和电子或其他原子发生碰撞，这个原子就可能被激发到更高的能级，辐射出可见光来，或者这个原子的能量因碰撞而损耗掉，从而导致253.7nm紫外转换效率ηUV降低。
低压紫外线灯内存在1个最佳汞蒸气压（以P0表示）。当灯内汞蒸气压为P0时，253.7nm紫外转换效率最高，当灯内实际汞蒸气压偏离P0时，253.7nm紫外转换效率较低。图1所示为液汞T4（12mm）、T2（8mm）紫外灯紫外相对光输出随液汞温度变化特性。从图2中可以看出，汞齐温度在105℃时，汞蒸气压下降到最小值，相对光输出只有75%，随着灯的燃点，汞齐温度在107℃时，汞蒸气压进一步下降，此时的相对光输出小于45%。可见，汞蒸气压的变化将大幅影响紫外输出。
图1.使用液汞的T2和T4紫外灯温度特性曲线
图2.T4紫外灯采用Bi-ln-4.5和Bi-ln-1.5汞齐时温度特性曲线
2.紫外线灯温度特性及其在水处理中的应用
几种典型紫外线灯的初始紫外线辐射照度随水温变化特性如图3所示。其中，图3(d)的紫外线辐射照度值大，而且随水温的波动小。
图3.使用不同汞齐的紫外灯的水温特性曲线：
被测的灯管长均为1554mm，均使用320W/2.1A的镇流器进行测试[1]。
目前，紫外剂量的计算、设计没有充分结合灯的温度特性，通常采用供应商给出的紫外输出值（常用最大值）乘以给定的老化系数（制造商通常给定的老化系数为0.8）来计算紫外剂量。通过实际调查发现，采用最大值乘以老化系数得到的紫外输出比实际中的紫外输出要大，以此设计必然导致灯在某个寿命期间、在某些水温条件下紫外输出剂量不足，从而达不到良好的杀菌消毒效果。
作为水消毒，必须确保在整个寿命期间、在正常使用温度环境下达到消毒效果，既要考察灯初始紫外线辐射照度随水温变化特性，也要考察后期紫外线辐射照度随水温变化特性，应该以寿命期内各种工作温度下的最小紫外照度值来计算紫外剂量。紫外线辐射照度在实际工作温度范围内要做到紫外线辐射照度值大，而且波动小[2]
结论：
通过对紫外线灯工作原理的分析，结合对不同生产厂家制造的紫外灯在不同温度条件下紫外输出的测试结果，探讨了目前紫外剂量计算中的缺点和不足。指出在水处理应用中，必须高度关注低压高强紫外线灯紫外辐射强度随温度变化的特性，在计算紫外剂量的过程中应充分考虑紫外灯在整个寿命期间及正常使用温度区间内的输出特性变化，确保紫外线灯在水处理应用中具有良好的消毒效果。
参考文献：
[1]何志明，晏波元，何志平.带罩节能灯用固汞的选择及应用[J].中国照明电器，2019（1）：22-26.
[2]晏波元，何维，何志明，等.两类固汞在荧光灯中的应用[J].中国照明电器，2020（1）：20-25.
