一、引言

      随着工业化和城市化的快速发展，水污染问题日益严峻，对高效、可持续的水处理技术需求迫切。光催化水处理技术作为一种绿色、环保的高级氧化技术，能够利用光能激发催化剂产生强氧化性的自由基，实现对有机污染物的降解矿化，成为研究热点。在光催化反应体系中，光源是关键要素之一，均光汞灯光源凭借其独特的光谱特性和较高的光强输出，在光催化水处理领域展现出显著优势，近年来在规模化应用方面取得了一定进展。深入探讨其规模化应用的可行性及能效评估方法，对于推动光催化水处理技术的实际工程应用具有重要意义。

二、均光汞灯光源特性及光催化原理

（1）均光汞灯光源的结构与发光特性

均光汞灯通常由石英玻璃外壳、汞蒸气及电极等部分组成。在高频高压的激发下，汞原子被电离，产生弧光放电现象。其发射光谱涵盖了紫外光（UV）、可见光及部分红外光区域，尤其在紫外波段（254nm、365nm 等）具有较强的发射强度。通过特殊的光学设计，如采用大口径优质紫外石英透镜和背面光反射镜结构，均光汞灯能够将光线高效收集并均匀输出，形成类似太阳光模拟器的均匀光斑，保证光催化反应体系内各区域光照强度的一致性，有效避免局部光照不均导致的反应效率差异。

（2）光催化水处理的基本原理

光催化水处理以半导体催化剂（如 TiO₂、ZnO 等）为核心。当均光汞灯发射的光子能量大于半导体催化剂的禁带宽度时，催化剂吸收光子，产生电子 - 空穴对。光生电子具有较强的还原性，而空穴具有强氧化性，二者在催化剂表面与吸附的水分子、氧气等发生一系列氧化还原反应。其中，空穴与水反应生成羟基自由基（・OH），电子与氧气结合生成超氧自由基（・O₂⁻），这些自由基具有极高的氧化电位，能够无选择性地将水中各类有机污染物逐步氧化分解为小分子物质，最终矿化为 CO₂和 H₂O，从而实现水质净化。

三、规模化应用案例分析

（1）大规模工业废水处理项目

在某石化工业园区，针对高浓度、难降解的石化废水，构建了一套以均光汞灯光源为核心的光催化 - 生物联合处理系统。该系统中光催化反应单元采用多个大型均光汞灯阵列，配备 TiO₂负载型催化剂，对废水进行预处理。均光汞灯的均匀光照使得光催化反应能够在较大反应面积上高效进行，将石化废水中复杂的芳烃、卤代烃等难降解有机物分解为小分子有机酸，降低其生物毒性，提高废水的可生化性。后续与生物处理工艺协同作用，实现了对 COD（化学需氧量）去除率稳定在 90% 以上，出水水质满足国家排放标准。通过长期运行监测，该系统展现出良好的稳定性和适应性，即使面对废水水质和水量的波动，依然能够保持高效处理能力，证明了均光汞灯光源在大规模工业废水处理中的可行性。

（2）市政污水处理厂的升级改造

某市政污水处理厂为提升出水水质，在原有活性污泥处理工艺基础上，引入均光汞灯光源光催化深度处理单元。该单元主要针对二级处理后出水中残留的微量有机污染物和色度进行去除。均光汞灯与固定床式光催化剂相结合，在不占用大量额外空间的前提下，对污水进行进一步净化。实际运行数据表明，经过光催化深度处理后，污水色度去除率可达 95% 以上，部分持久性有机污染物浓度显著降低。同时，该升级改造方案在能耗和运行成本方面表现良好，相较于新建大型污水处理设施，具有投资少、见效快的优势，为市政污水处理厂的提质增效提供了一种可行的技术路径。

四、能效评估指标与方法

（1）主要能效评估指标

光能利用率：指光催化反应体系中被催化剂有效吸收并用于引发光催化反应的光能占均光汞灯输出总光能的比例。该指标直接反映了光源与催化剂之间的匹配效率以及光催化系统对光能的捕获能力。计算公式为：光能利用率 =（被催化剂吸收用于反应的光能 / 均光汞灯输出总光能）× 100%。

污染物降解速率常数：通过监测光催化反应过程中污染物浓度随时间的变化，利用动力学模型拟合得到的常数，用于衡量单位时间内污染物的降解程度。降解速率常数越大，表明光催化反应对该污染物的去除效率越高，均光汞灯光源在促进光催化反应方面的效能越强。

能耗比：即去除单位质量污染物所消耗的电能，综合考虑了均光汞灯的功耗以及整个光催化水处理系统的辅助设备能耗。能耗比越低，说明系统在处理污染物时的能源利用效率越高，经济性越好。能耗比 =（光催化系统总能耗 / 污染物去除量）。

（2）实验测定与数据分析方法

实验装置搭建：构建模拟实际工况的光催化水处理实验装置，包含均光汞灯光源、光催化反应器、催化剂装填系统、水质监测仪器等。精确控制反应温度、pH 值、废水流量等实验条件，确保实验数据的准确性和可比性。

光能测定：采用光功率计等专业仪器测量均光汞灯在不同工作条件下的输出光功率，并利用光谱分析仪分析其光谱分布，确定各波段光能占比，为计算光能利用率提供数据基础。

污染物浓度监测：运用高效液相色谱（HPLC）、气相色谱 - 质谱联用仪（GC - MS）等先进分析仪器，实时监测光催化反应过程中目标污染物浓度的变化，绘制浓度 - 时间曲线，进而通过动力学方程拟合得到降解速率常数。

能耗监测：在光催化系统的供电线路上安装高精度电表，记录均光汞灯及辅助设备（如循环泵、搅拌器等）在运行过程中的实时耗电量，结合污染物去除量计算能耗比。

五、提升均光汞灯光源能效的策略

（1）光源与催化剂的协同优化

匹配适宜的催化剂：根据均光汞灯的光谱特性，筛选或研发对其发射光具有高吸收效率的催化剂。例如，对于在 365nm 处发射较强的汞灯，可选用对该波长光响应良好的掺杂改性 TiO₂催化剂，通过元素掺杂（如 N、S 等）拓展催化剂的光吸收范围，增强对汞灯光能的利用。

优化催化剂负载方式：采用先进的负载技术，如溶胶 - 凝胶法、化学气相沉积法等，将催化剂均匀负载在载体表面，提高催化剂的分散度，增大其与光和污染物的接触面积，促进光生载流子的分离与传输，从而提升光催化反应效率，间接提高均光汞灯的能效。

（2）光催化反应器的设计改进

优化反应器结构：设计具有良好光反射和光传输性能的反应器结构，如采用抛物面反射器、多层级联式反应器等，使均光汞灯发出的光线在反应器内多次反射、散射，延长光程，增加光能与催化剂及污染物的作用时间，提高光能利用率。

强化传质过程：通过在反应器内设置搅拌装置、优化水流分布等方式，增强污染物向催化剂表面的传质速率，减少扩散阻力，使光催化反应能够在更有利的物质传递条件下进行，充分发挥均光汞灯的光催化效能，提升整体处理效率。

六、结论与展望

      均光汞灯光源凭借其独特的均光特性和丰富的光谱输出，在光催化水处理的规模化应用中已取得一定成效，为解决各类水污染问题提供了有效的技术手段。通过实际应用案例分析和能效评估可知，其在大规模工业废水处理和市政污水深度处理等领域展现出良好的处理效果和一定的能源利用效率。然而，为进一步推动均光汞灯光源在光催化水处理中的广泛应用，仍需在提升能效方面持续探索。未来，应加强光源与催化剂协同作用机制的基础研究，开发更加高效匹配的光催化体系；同时，不断创新光催化反应器设计，结合先进的过程控制技术，实现均光汞灯光源光催化水处理系统的智能化、高效化运行。随着相关技术的不断进步与完善，均光汞灯光源有望在光催化水处理领域发挥更大的作用，为水资源的可持续利用和生态环境的保护提供有力支撑。

产品展示

       SSC-HM500-M23均光汞灯光源是专门针对紫外区的催化实验、光刻蚀、光催化、光降解、化学合成的研究级汞灯光源；光源内部安装500W 高压短弧球形汞灯，在高频高压激发下形成弧光放电，辐射出强而稳定的紫外区强烈光谱，能量密度高，输出稳定，适用于紫外区的光化学研究和光电的各种实验，特别适用于强光催化（如光降解及其他光催化研究）。

      光源可兼容多种规格、品牌、进口及国产滤光片及透镜（25.4mm，50.8mm，,M52，M62等），常用滤光片规格(紫外带通滤光片）：254nm，313nm，334nm，350nm，365nm，380nm，400nm，405nm。鑫视科可以提供各种规格石英滤光片、反光片、K9光学滤光片等。