游离氯消毒是最为传统的饮用水消毒方法，由于其具有较强的杀菌能力，被广泛应用于各饮用水消毒工艺^〔1〕。然而，游离氯消毒会产生三卤甲烷和其他致癌卤化副产物^〔2〕。为了减少消毒副产物的生成，紫外线等替代消毒方法应运而生，但是，紫外线消毒法不能提供剩余消毒能力，并且存在光复活现象^〔3〕。为完善紫外线消毒技术，提高其饮用水消毒效果，本文对紫外线消毒效果的主要影响因素和可与紫外线联合的消毒工艺等研究进展综述如下。

紫外线是光谱中介于可见光的紫色光和X射线之间波段范围内的光波，其波长范围在100～400 nm，可分为长波紫外线(315～400 nm)、中波紫外线(280～315 nm)、短波紫外线(200～280 nm)和真空紫外线(100～200 nm)4个波段^〔4〕。紫外线灭菌的原理主要是基于核酸对紫外线的吸收。一方面，当微生物受到紫外线照射时，生物细胞内脱氧核糖核酸(deoxyribonucleic acid，DNA)会吸收240～280 nm范围内光波的能量，从而阻止DNA的复制，其中最常见的2种损伤形式为环丁烷嘧啶二聚体和嘧啶-嘧啶酮光产物^〔5〕。另一方面，在紫外线的照射下可以产生自由基，引起光电离，从而使微生物不能复制繁殖。

目前，常用的紫外固化光源主要包括汞蒸气灯、金属卤化物灯、无极灯和氙灯等。汞蒸气灯是最常用的紫外线光源，可分为低压汞灯、中压汞灯和高压汞灯3种。Lawrence^〔6〕和Zuzana等^〔7〕研究表明，中压汞灯对大肠杆菌以及MS2、 T₄和T₇噬菌体的灭活效果较低压汞灯强。为提高灭菌效率，近年来不少学者将注意力转向脉冲光源(氙灯)。Zuzana等^〔7〕研究表明，使用3 mJ/cm²的低压紫外线、中压紫外线和脉冲紫外线对10⁶ cfu/mL大肠杆菌、 T₄和T₇噬菌体进行灭活，其灭活率分别为大肠杆菌(1.75 log10、 1.80 log10、4.26 log10)、 T₄(2.55 log10、 2.67 log10、 4.29 log10)和T₇(1.05 log10、 1.52 log10、 2.72 log10)。由此可以看出，脉冲紫外线的灭活效果远高于低压和中压紫外线;对于大肠杆菌和T₄噬菌体而言，低压和中压紫外线的灭菌效果无明显差别，而对于T₇噬菌体而言，灭活效果较明显，增加了0.47 log10。综上所述，光源对紫外线的灭菌效果起着较大的作用，总体上看，脉冲紫外线的灭菌效果较好，其次为中压紫外线，而低压紫外线灭活效果较差。

有机物对紫外线消毒同样具有一定的影响。饶林等^〔8〕使用紫外线对滴度为106.17 T CID50的脊髓灰质炎病毒进行灭活，当病毒悬液中含体积分数为10%的小牛血清时，紫外线照射剂量达480 000 μWs/cm²才能将脊髓灰质炎病毒全部灭活，而不含小牛血清者仅需剂量为240 000μWs/cm2即可。此外，腐殖酸也具有相同的影响效果。郭美婷等^〔9〕研究表明，当腐殖酸浓度＜ 10 mg/L时，对紫外线消毒效果可忽略不计;当腐殖酸浓度升高时，10 mJ/cm²的辐射剂量对大肠杆菌的灭活率从5 log10降至2 log10。这是因为，腐殖酸是紫外线的吸收体，会降低紫外线的穿透率。但当紫外线照射剂量由低到高逐渐增加时，不同浓度的腐植酸对紫外线灭活大肠杆菌去除率的降低程度也逐渐减少，当辐射剂量为100 mJ/cm²时，去除率与不添加腐殖酸的去除率几乎相等^〔9〕。可以认为，较高的紫外线剂量仍可以在水样紫外线穿透率低的情况下达到较高的去除率。由此可见，有机物在紫外消毒过程中主要起吸收紫外线的作用，但一些颗粒较大的有机物对微生物有一定的庇护作用，因此，一般情况下，随着有机物浓度的增加，紫外线的消毒效果会变差。

对于紫外线消毒而言，水中存在的颗粒物可以使紫外光发生折射和反射，影响其到达微生物表面的光强度，进而影响紫外线对微生物的灭活效果。张永吉等^〔10〕研究表明，当紫外剂量为3～10 mJ/cm²，浊度＜ 4 NTU时，对大肠杆菌的灭活效果影响较小;当浊度＞ 4 NTU后，浊度对灭活效果的影响较为明显;如浊度为9.5 NTU时，3、 5和10 mJ/cm²的紫外剂量对大肠杆菌的灭活率分别为0.68log10、 2.4 log10和4.3 log10，相对于浊度为0 NTU时灭活率分别降低了1.45 log10，0.83 log10和0.36 log10。这可能是因为，大肠杆菌会与较大的颗粒物结合，而颗粒物可对大肠杆菌起到保护作用，使紫外线对大肠杆菌的灭活效率降低;但随着紫外线剂量的增加，浊度对大肠杆菌灭活效果的影响越小，因此，在浊度较高时，可通过增加紫外线的照射剂量来提高其对微生物的灭活效果。此外，水中颗粒物粒径大小对紫外线消毒也有一定影响。在紫外线剂量为5 mJ/cm²，颗粒物粒径＞ 5 μm的条件下，浊度为3.55 NTU时的灭活率比浊度为0NTU时降低了0.42 log10;当浊度从3.55 NTU增加至12.0NTU，灭活率降低了1.12 log10;而当粒径＜ 5 μm时，浊度即使增加到12.0 NTU，紫外线对大肠杆菌的灭活效果也未降低^〔10〕。与大肠杆菌的消毒不同，浊度对紫外线灭活MS2噬菌体的影响与颗粒物的种类有关。当颗粒物为高岭土时，MS2噬菌体以游离态存在于水中，不会吸附在颗粒物表面，从而对消毒效果无影响。但Templeton等^〔11〕研究表明，当无机颗粒物为氧化铁(铁)颗粒时，MS2噬菌体会与氧化铁颗粒物相结合，从而降低紫外线的灭活效果;当颗粒物的浊度为2.7 NTU时，结合率较高。综上所述，无机颗粒物对灭菌效果的影响主要与微生物和颗粒物是否相结合有关，若微生物与颗粒物相结合，则颗粒物对微生物起到庇护作用，消毒效果减弱。Templeton等^〔11〕研究表明，大肠杆菌能与大部分颗粒物结合，MS2噬菌体和大部分病毒能与自然水体和污水中的颗粒物相结合。

一些离子的存在会对紫外线消毒产生一定的协同或拮抗作用。例如，银离子对紫外线消毒有协同作用。Kim等^〔12〕在pH 7.1时使用54 mW/cm²的紫外线-A(300～400 nm)辐射剂量对10⁵ cfu(pfu)/mL的大肠杆菌与MS2进行灭活，结果表明，仅用紫外线照射30 min对大肠杆菌和MS2的灭活率为0.1 log10和0.4 log10，但加入0.65mg/L的银离子后，对大肠杆菌和MS2的灭活率分别达4.5log10和5 log10。铁离子对紫外线消毒具有拮抗作用，是紫外线的强吸收体，会降低紫外线的穿透力。郭美婷等^〔9〕实验结果表明，对于10 mJ/cm²、 30 mJ/cm²和100 mJ/cm² 3种辐射剂量，铁离子浓度在0～3 mg/L时，对于大肠杆菌的去除率降低较多，但在增加至50 mg/L时，去除率却变化幅度不大。另外，紫外线剂量越高，受铁离子的影响越小。Bolton等^〔13〕研究表明，0.057 mg/L的铁离子即可对紫外线灭菌产生影响。

紫外灯管的使用时间对紫外线灭菌效果存在影响。试验结果表明，紫外线灯管的功率随着使用时间的增加，其辐射能量随之降低，杀菌效果下降，灯管使用时间到2 000 h，辐射强度会下降25%左右，使用时间为10 000 h，辐射强度只有额定的55%左右^〔14〕。因此，为保证紫外线消毒效果，紫外灯管使用到1 000 h后应及时调换新灯管。此外，容器、照射水深、穿透率、照射时间及检测方法等均会对紫外线消毒具有一定的影响。Sommer ^〔15〕研究表明，在测定紫外线强度时，需同时考虑到水的穿透率及光的反射、折射作用，这样才能使所测定的结果真实有效。

在饮用水处理中，使用氯和氯胺消毒是较为常见的消毒工艺，且与紫外线消毒具有协同作用，因此紫外线与氯和氯胺消毒工艺相结合，对饮用水处理具有重要的现实意义。Shang等^〔16〕研究表明，仅使用7 mg/L氯胺在2.5 min内不能对MS2进行灭活，仅适用中压紫外线在剂量为17和51 mJ/cm²时的灭活率为1.2 log10和3.1 log10，而将两者联合使用时，相同时间和剂量的灭活率分别提高了0.5 log10和0.7 log10。但Rand等^〔17〕研究表明，氯或氯胺与紫外线联合消毒时，紫外线照射会导致氯和氯胺浓度的降低，且氯和氯胺对紫外辐射有一定的吸收作用，从而影响消毒效果。Murphy等^〔18〕在管网试验也发现，使用0.2 mg/L的氯气和紫外线处理的大肠杆菌仅降低了0.5 log10，而不经过紫外线处理的灭活率则达3.31 log10，氯、氯胺与紫外线消毒联用会导致大肠杆菌灭活率降低。这可能是因为，经过紫外线处理后，进入管网中的大肠杆菌虽然总数上降低了，但残留的大肠杆菌的适用性较强，繁殖更快。综上所述，氯、氯胺和紫外线联用对微生物具有较高的灭活能力，但是，对于某些微生物如大肠杆菌来说，如果不能完全灭活，其复活率则较高。

紫外线与催化剂(TiO₂、 ZnO、 ZrO2、CeO₂、 Fe₂O₃和WO₃等)联用即光催化技术是基于紫外线与半导体材料的相互作用，通过产生羟基自由基(HO·)达到杀菌目的。但HO·的寿命短，且不能通过细胞膜，由其直接攻击并破坏细胞结构比较困难。因此，光催化杀菌应是HO·和其他活性氧类物质(O₂、· OOH、 H₂O₂)共同作用的结果。Sjogren等^〔19〕以波长为365 nm的紫外线对6×10⁴ pfu/mLMS2噬菌体进行灭活，结果表明，加入1 g/L TiO₂可使灭活率上升2 log10，提示催化剂与紫外线消毒具有协同性，且灭菌效果较好。然而，不同学者对光催化消毒机制的研究得出不同的结论。Matsunaga等^〔20〕在粉末TiO2光催化杀灭酵母菌和大肠杆菌的试验中发现，随着光照时间延长，细胞内辅酶A浓度逐渐减小，而二聚体辅酶A(CoA)的浓度逐渐增加，导致细胞有氧呼吸作用衰退而死亡。Dunford等^〔21〕在细胞内溶物中加入1% TiO₂，用波长355 nm光照60 min后发现，DNA双链由卷曲结构变为松散结构并最终完全变为直线形，认为HO·可引起DNA的破坏。Huang等^〔22〕以0 NPG(O-硝基酚、 PD吡喃乳糖苷)为探针物质，以大肠杆菌为试验菌，用TiO₂和紫外线照射大肠杆菌，发现细胞能使小分子渗透进入，并能使大分子半乳糖泄漏，细胞壁的破坏发生在反应开始后20 min内，此后，细胞质膜和细胞内成分相继发生变化最终导致细胞死亡。综上所述，光催化消毒主要通过破坏细胞代谢、破坏遗传物质和破坏细胞壁(膜)结构等3种灭菌机理达到灭活微生物的效果。其作用机理是首先破坏细胞壁，而后造成细胞膜及胞内代谢物质及遗传物质的氧化破坏，最终导致细胞死亡。

此外，还有紫外线与过氧化氢、臭氧联用工艺的研究，但是由于紫外线和过氧化氢联合工艺对消毒效果无明显改进，臭氧和紫外线联合消毒的成本较高，且检测手段复杂，因此现阶段还较难得到实际应用。总体而言，紫外线和催化剂联合消毒工艺具有较强的杀菌能力，能大大降低紫外线消毒的成本，是目前较有前景的消毒工艺。

综上所述，在饮用水消毒过程中，由于有机物和无机颗粒物的浓度较小，对紫外线消毒的影响也较小，但水体中的离子和紫外灯强度等因素对紫外线消毒的影响较大。目前，国内外对与紫外线在饮用水消毒工艺中的应用研究较多，对于紫外线消毒机理、影响因素以及联合工艺有较为深入的研究，并且也有一些应用实例。但是，在中国的紫外线消毒技术还主要停留在理论研究阶段，实际应用方面的研究较少，且针对病毒指标的体系尚未成熟。因此，中国可以借鉴国外的先进经验，加强对水中病毒消毒技术的研究，逐步实现饮用水标准及其处理工艺的完善，以最大限度地降低饮用水中病毒的健康风险，保障居民的饮用水安全。