紫外线消毒灯方案设计开发

一、紫外线的消毒原理

目前，消毒方法可分为两大类，即化学消毒法和物理消毒法。化学消毒法有加氯消毒和臭氧消毒等；物理消毒法有紫外线消毒等。紫外线杀菌消毒原理是利用适当波长的紫外线能够破坏微生物机体细胞中的DNA(脱氧核糖核酸)或RNA(核糖核酸)的分子结构，造成生长性细胞死亡和(或)再生性细胞死亡，达到杀菌消毒的效果。经试验，紫外线杀菌的有效波长范围可分为四个不同的波段：UVA(400—315nm)、UVB(315—280nm)、UVC(280—200nm)和真空紫外线(200—100nm)。其中能透过臭氧保护层和云层到达地球表面的只有UVA和UVB部分。就杀菌速度而言，UVC处于微生物吸收峰范围之内，可在1s之内通过破坏微生物的DNA结构杀死病毒和细菌，而UVA和UVB由于处于微生物吸收峰范围之外，杀菌速度很慢，往往需要数小时才能起到杀菌作用，在实际工程的数秒钟水力停留(照射)时间内，该部分实际上属于无效紫外部分。真空紫外光穿透能力极弱，灯管和套管需要采用极高透光率的石英，一般用半导体行业降解水中的TOC，不用于杀菌消毒。因此，给排水工程中所说的紫外光消毒实际上就是指UVC消毒。紫外光消毒技术是基于现代防疫学、医学和光动力学的基础上，利用特殊设计的高效率、高强度和长寿命的UVC波段紫外光照射流水，将水中各种细菌、病毒、寄生虫、水藻以及其他病原体直接杀死，达到消毒的目的。

研究表明，紫外线主要是通过对微生物(细菌、病毒、芽孢等病原体)的辐射损伤和破坏核酸的功能使微生物致死，从而达到消毒的目的。紫外线对核酸的作用可导致键和链的断裂、股间交联和形成光化产物等，从而改变了DNA的生物活性，使微生物自身不能复制，这种紫外线损伤也是致死性损伤。紫外线消毒是一种物理方法，它不向水中增加任何物质，没有副作用，这是它优于氯化消毒的地方，它通常与其它物质联合使用。

紫外线是一种肉眼看不见的光波，存在于光谱紫外线端的外侧，故称之为紫外线，依据不同的波长范围，被割分为A、B、C三种波段，其中的C波段紫外线波长在240—260nm之间，为最有效的杀菌波段。

现代紫外线消毒技术是基于现代防疫学、光学、生物学和物理化学的基础上，利用特殊设计的高效率，高强度和长寿命的C波段紫外光发生装置，产生的强紫外C光照射空气或物体表面，当空气或固体表面中的各种细菌、病毒、寄生虫、水藻以及其它病原体受到一定剂量的紫外C光辐射后，其细胞中的DNA结构受到破坏，从而在不使用任何化学药物的情况下杀灭细菌、病毒，以及其它致病体，达到消毒和净化的目的。它具有高效、广谱、价廉、长寿、操作简便、运行费用低、不产生任何二次污染的优点。

紫外线是一种比可见光波长还短的光线，它可以根据波长分为三种：A光：短期效应会造成晒红、晒黑、光敏感反应，长期则会产生皱纹、黑斑、皮肤老化。B光：短期效应是晒红、晒黑、晒伤，长期影响会长皱纹、黑斑、皮肤癌。C光：因臭氧层无法到达地表，短期看不出来，但长期会产生皮肤癌。

我们可以清楚了解，容易造成晒伤的是B光；也就是说，当你兴高采烈的到海滩去晒得又红又痛，还脱了一层皮回来，就是紫外线B光的短期作用。“室内紫外线晒黑法”就是利用“趋吉避凶”的原理，避开紫外线B光，只用紫外线A光，这样短期内就可以达到晒黑的效应，却没有晒伤的顾虑。也就是在装设有许多紫外线A光灯管的机器内，循序渐进的增加曝晒的时间，来达到逐渐变黑的目的。

二、紫外线消毒的优点

紫外线消毒无需化学药品，不会产生THMs类消毒副产物。杀菌作用快，效果好。无臭味，无噪声，不影响水的口感。容易操作，管理简单，运行和维修费用低。

大多数紫外线装置利用传统的低压紫外灯技术，也有一些大型水厂采用低压高强度紫外灯系统和中压高强度紫外灯系统，由于产生高强度的紫外线可能使灯管数量减少90％以上，从而缩小了占地面积，节约了安装和维修费用。

三、紫外线消毒适用范围及条件

（1）紫外线可以杀灭各种微生物，包括细菌繁殖体、芽胞、分支杆菌、病毒、真菌、立克次体和支原体等，凡被上述微生物污染的表面，水和空气均可采用紫外线消毒。

（2）紫外线辐照能量低，穿透力弱，仅能杀灭直接照射到的微生物，因此消毒时必须使消毒部位充分暴露于紫外线下。

（3）用紫外线消毒纸张、织物等粗糙表面时，要适当延长照射时间，且两面均应受到照射。

（4）紫外线消毒的最适宜温度范围是20一40℃，温度过高过低均会影响消毒效果，可适当延长消毒时间，用于空气消毒时，消毒环境的相对湿度低于80％为好，否则应适当延长照射时间。

（5）用紫外线杀灭被有机物保护的微生物时，应加大照射剂量。空气中的悬浮粒子也可影响消毒效果。

四、紫外线消毒灯使用方法

智能控制器预先设定组合密码，尽量简单工作人员易记，此时未输入密码，按开关键紫外线灯不通电，以防患者及家属误按开关误开。

照射时，各类人员离开消毒场所，关房门。输入预设组合密码，设定照射时间，开关闭合，计时器开始计时，紫外线消毒灯亮，屏幕显示照射时间，累计计时器启动开始工作。照射时间到，定时开关闭合。照射过程中，若推开门入室，紫外线开关将自动关闭消毒灯，并发出警报声。此时，先合上室门，后在面板上按LCD屏幕上的提示操作重新开启紫外线灯(按剩余时间继续消毒)或彻底关闭紫外线灯方能结束报警。

（1）对物品表面的消毒方法：照射方式最好使用便携式紫外线消毒器近距离移动照射，也可采取紫外灯悬吊式照射。对小件物品可放紫外线消毒箱内照射。

照射剂量和时间不同种类的微生物对紫外线的敏感性不同，用紫外线消毒时必须使用照射剂量达到杀灭目标微生物所需的照射剂量。杀灭一般细菌繁殖体时，应使照射剂量达到10000uW．s/em2；杀灭细菌芽胞时应达到100000uW．s/Cm；病毒对紫外线的抵抗力介于细菌繁殖体和芽胞之间；真菌孢子的抵抗力比细菌芽胞更强，有时需要照射到以对600000uW．s/Cm2；在消毒的目标微生物不详时，照射剂量不应低于100000uW．s/Cm2。辐照剂量是所用紫外线灯在照射物品表面处的辐照强度和照射时间的乘积。因此，根据紫外线光源的辐照强度，可以计算出需要照射的时间。例如，用辐照强度为70uW/Cm2的紫外线表面消毒器近距离照射物品表面；选择的辐照剂量是一100000uW．s/Cm；则需照射的时间是：100000uW．s/Cm2÷70uW/Cm2=24分钟。

（2）对室内空气的消毒方法：间接照射法首选高强度紫外线空气消毒器，不仅消毒效果可以，而且可在室内有人活动时使用，一般开机消毒．30rain即可达到消毒合格。直接照射法在室内无人条件下，可采取紫外线灯悬吊式或移动式直接照射。采用室内悬吊式紫外线消毒时，室内安装紫外线消毒灯(30W紫外线灯，在1．0米处的强度>70uW/Cm)的数量为平均每立方米不少于1．5W照射时间不少于30min。

五、使用紫外线消毒灯的注意事项

（1）在使用过程中，应保持紫外线灯表面的清洁，一般每一周用95％无水酒精棉球擦拭一次，发现灯管表面有灰尘、油污时，应随时擦拭。（2）用紫外线灯消毒室内空气时。房间内应保持清洁干燥，减少尘埃和水雾，温度低于2O℃或高于4O℃，相对湿度大于60％时应适当延长照射时间。（3）用紫外线消毒物品表面时，应使照射表面受到紫外线的直接照射，且应达到足够的照射剂量。不得使紫外线光源照射到人，以免引起损伤。

六、紫外线消毒灯设计实现

紫外线消毒灯是国内许多医院进行空气消毒的常用工具，是最方便、经济的消毒方法，亦是控制医院感染的重要设施。紫外线可以杀灭各种微生物，包括细菌繁殖体、细菌芽孢、结核杆菌、真菌、病毒和立克次氏体等，在医院及其他公共场所，特别是基层医院被广泛应用。但紫外线有杀死正常细胞的不良反应，故人体不宜直接照紫外线灯。调查多家医院发现，紫外线灯开关与普通日光灯开关相同并相邻，患者或家属有误开误照紫外线灯致伤害人体事件发生。此外，护理人员使用紫外线灯消毒时要控制消毒时间，记录灯管累计照射时间等，针对以上情况，我们研制了紫外线消毒灯智能控制器，介绍如下。

紫外线消毒灯智能控制器设计功能为防误开、照射时入室报警并自动关闭、设定照射时间、记录灯管累计照射时间等。该开关面板设计大小与国标86型开关相同，采用单火线方式供电，可在普通开关上改装。开关面板上有LED灯和LCD屏幕。外观如图1所示，有以下几个功能:

(1)定时照射设计。设计计时开关，照射开始后半小时或一小时(可设置选择多个照射时间)，计时结束自动关闭;也可通过面板上的开关手动关闭。开关面板上有LED灯和LCD屏幕指示紫外线消毒灯的工作状态。

(2)自动记录紫外线灯管累计使用时间。紫外线灯点亮后将自动累计计时，关灯时停止计时，断电时原有计时数据不丢失，通电后在原有计时数据上继续计时;计时精度小于15min，计时范围为0～6000h(一般紫外线灯管使用寿命为4000h)，可设置清零(更换灯管);紫外线灯管的累计使用小时数(h)能实时显示在开关面板的LCD屏幕上。

(3)安全自动保护功能。在消毒室门上安装磁片和磁敏传感器以检测门的开关状态，防止紫外线灯消毒过程中，人员误入造成伤害。当门处于关闭状态下，才能通过紫外线开关(设计安装在消毒室外)打开室内的紫外线消毒灯。紫外线灯开启消毒过程中，若有人误开门，紫外线开关将自动关闭消毒灯，并发出警报声。此时，先合上室门，后在面板上按LCD屏幕上的提示操作重新开启紫外线灯(按剩余时间继续消毒)或彻底关闭紫外线灯方能结束报警。

(4)开关密码防误开功能。为防止平时非工作人员在室外误开消毒灯对室内患者造成伤害，设计开关具有开机密码功能。即打开开关电源后，需先输入预设的组合键，才能进入功能使用界面，使用开关功能。系统框架图如图2所示。

七、紫外消毒灯控制器优点

（1）防止患者及家属误开紫外线灯开关：传统紫外线消毒开关是置于室内的普通开关装置，易被患者或家属误操作而受伤害，紫外线对人体皮肤及眼睛均有伤害，可致皮肤烧伤、角膜发炎、皮肤癌等;紫外线产生的臭氧催人老化，其气味使人难以接受，吸入过多会使人中毒。臭氧进入血液与血红蛋白竞争氧气，故只能在无人的状态下进行空气消毒。

本装置开关具有开机密码功能，即打开开关电源后，需先输入预设的组合键，才能进入功能使用界面，使用开关功能。防止平时患者或家属在室外误开紫外线消毒灯对室内患者造成医源性和职业性伤害。

（2）自动保护人体免受紫外线照射：在门和门框的对应位置上安装磁片和磁敏传感器以检测门的开关状态。紫外线灯消毒过程中，如人员误入照射区，紫外线开关将自动关闭消毒灯，并发出警报声。合上室门，在面板上按LCD屏幕上的提示操作重新开启紫外线灯(按剩余时间继续消毒)或彻底关闭紫外线灯方能结束报警。

（3）自动定时和累时照射时间，确保消毒质量，方便工作人员记录：传统紫外线消毒模式为手控式开关，人工计时，从开灯－计时－关灯－记录，每根灯管逐日登记消毒时间、累计使用时间，增加护士工作量。这种完全人工机械操作的模式，不仅过程繁琐，而且护理人员要兼顾其他工作，开灯后常忘记计时致紫外线照射时间过长或过短，随意性大，影响消毒质量。安装智能控开关后，设置照射时间完成后自动关闭并自动累计，计时范围为0～6000h(一般紫外线灯管使用寿命为4000h)，更换灯管后可设置清零，重新计时。紫外线灯管的累计使用小时数(h)能实时显示在开关面板的LCD屏幕上，实现完全自动化。只需记录安装或更换紫外线灯管的时间设计定时开关。

总结

综上所述，本研究紫外线消毒灯智能控制器可提高紫外线灯消毒的安全性，减轻人的工作量，提供一种安全、有效、简便消毒工作方式。