城市污水處理廠紫外消毒系統(tǒng)設(shè)計要點

1、城市污水處理廠紫外線消毒系統(tǒng)設(shè)計要點福祿克測試儀器(上海)有限公司200070馮愛山摘要:紫外線消毒技術(shù)是利用紫外光照射水川的微生物，通過紫外光對微生物的滅活對水進(jìn) 行消毒。本文詳細(xì)介紹了紫外線消毒原理、紫外線消毒系統(tǒng)的主要類型、紫外線消毒系統(tǒng)的 主要設(shè)計參數(shù)和選用依據(jù)。內(nèi)容涉及紫外線設(shè)備獨立第三方認(rèn)證、紫外生物驗定劑量、燈管 老化系數(shù)和套管結(jié)垢系數(shù)的概念介紹。并對紫外線技術(shù)在中國國內(nèi)的應(yīng)用前景作了介紹。關(guān)鍵詞：獨立第三方認(rèn)證；生物驗定劑量；老化系數(shù)；結(jié)垢系數(shù)。一、紫外線消毒原理：紫外線消毒是利用紫外線對微生物的 滅活機理來達(dá)到凈化水質(zhì)的目的。紫外線是 指波長為100納米到400納米之間的電磁

2、 波，紫外光為不可見光。根據(jù)波長不同，又 可細(xì)分為紫外a (315400nm).紫外b(280315nm).紫外 c (200280nm)和紫 外d (100200nm)o能夠高效率地毀壞生物 體dna結(jié)構(gòu),達(dá)到殺菌消毒效果的是紫外co 這是因為紫外c能被微生物的遺傳物質(zhì) dna> rna很好的吸收，當(dāng)微生物內(nèi)的dna 和rna吸收了足夠的紫外能量后，其內(nèi)部的 核酸鏈(喘呢)被打斷并重新排列形成胸腺 卩密i庭二聚體，阻止了 dna、rna的復(fù)制，而 使微生物失去活性無法進(jìn)行自身的復(fù)制再 生。這就是紫外線的消毒原理一滅活原理。在紫外線消毒過程屮不需要投加任何 化學(xué)藥劑，所以紫外線消毒是一種

3、高效的環(huán) 境友好型的消毒方式。隨著人們對化學(xué)消毒 副產(chǎn)物的認(rèn)知程度越來越高，以及對大規(guī)模 氯消毒危害的認(rèn)知血越來越廣泛，使紫外線 消毒技術(shù)越來越被人們所重視和推崇。該技 術(shù)在國外大規(guī)模的應(yīng)用的時間已有30多年 的歷史，目前全球止在使用紫外線消毒的市 政水處理廠的數(shù)量己經(jīng)超過了 9000家，同 吋，在國外的供水領(lǐng)域，紫外技術(shù)的應(yīng)用也越來越廣泛，目前全球最大的紫外線消 毒項目的日處理量已經(jīng)達(dá)到了 832萬噸。國 外紫外線技術(shù)在市政水消毒上的應(yīng)用已經(jīng) 非常成熟。從以上介紹可知，紫外線消毒技術(shù)是一 種環(huán)境友好型的消毒技術(shù)，在污水消毒過程 小無須投加化學(xué)藥劑即可達(dá)到理想的消毒 效杲，避免了化學(xué)消毒方法對

4、環(huán)境和人類的 危害。二、紫外污水消毒系統(tǒng)的主要類型：目前，根據(jù)紫外燈管的類型，可將紫外 污水消毒系統(tǒng)歸結(jié)為：低壓燈紫外系統(tǒng)、低 壓高強燈紫外系統(tǒng)和川壓燈紫外系統(tǒng)。低壓 燈紫外線消毒系統(tǒng)的單支燈管的功率和紫 外輸出能都很低，其單支燈管的功率一般小 于100瓦，單支燈管的紫外能輸出一般在 30-60瓦左右。因處理單位污水量所礙要的 紫外燈管數(shù)量多，所以該類系統(tǒng)適合用于小 型的污水處理廠。低壓高強燈紫外線消毒系統(tǒng)的單支燈 管的功率和紫外輸出能都較高，單支燈管功 率一般小于1000瓦，單支燈管的紫外能的輸出一般在100-500瓦左右，因處理單位污 水量所需要的紫外燈管數(shù)量較少，所以該類 系統(tǒng)適合用于中

5、大型的污水處理廠。中壓燈紫外線消毒系統(tǒng)的單支燈管的 功率和紫外輸出能都很高，單支燈管的功率 一般都在1千瓦以上，有的甚至達(dá)到幾十個 千瓦。單支燈管的紫外能的輸出一般在400 瓦以上，因處理單位污水量所需要的紫外燈 管數(shù)量很少，且燈管輸出的紫外光強度很 大，所以該類系統(tǒng)適合用于超大型的污水處 理廠和低質(zhì)污水處理廠。三、市政污水紫外線消毒系統(tǒng)的組成：當(dāng)前，對于紫外污水消毒系統(tǒng)，明渠式 模塊化的設(shè)計指導(dǎo)理念已經(jīng)被國際工程界 廣泛認(rèn)可和采用。明渠式紫外線消毒系統(tǒng)是 將若干獨立的紫外模塊安置在開放式的明 渠中，水流靠重力流經(jīng)消毒裝置?？芍苯硬?入或取出紫外燈模塊進(jìn)行維護(hù)和檢修。對于 標(biāo)進(jìn)配置的市政污水紫

6、外線消毒系統(tǒng)，除昆 凝土渠道外一般包括以下組成部分：紫外線消毒模塊組、配電中心、系統(tǒng)控 制中心、清洗裝置、紫外光強探頭、低水位 探頭、水位控制裝置。1. 紫外線消毒模塊組紫外線消毒模塊組是紫外線消毒系統(tǒng) 的主要部分之一，它包括了紫外模塊和模塊 支架；紫外模塊又包括了紫外燈、燈管套管、 遮光板和鎮(zhèn)流器；2. 配電中心配電屮心是整個紫外線消毒系統(tǒng)的供 配電系統(tǒng)，從外部引進(jìn)的主供電電源，在這 里會被分配到各個不同的用電點，供整個紫 外線消毒系統(tǒng)的運行和監(jiān)測使用。3. 系統(tǒng)控制中心系統(tǒng)控制中心是整個紫外線消毒系統(tǒng) 的中樞控制系統(tǒng)，整個紫外系統(tǒng)的各項運行 參數(shù)都可通過系統(tǒng)控制中心傳輸?shù)綇S區(qū)控 制川心。系

7、統(tǒng)控制中心也可接受從污水廠的 scada傳輸來的指令，根據(jù)相應(yīng)指令的要求 調(diào)整紫外線消毒系統(tǒng)的運行狀態(tài)，包括系統(tǒng) 的啟閉。4. 套管清洗裝置套管清洗是保證持續(xù)消毒效果的重要元 素之一。套管清洗方式可分成三類：人工清 洗、在線純機械清洗和在線機械加化學(xué)清 洗。(1) 人工清洗就是將燈管模塊從渠道中取出，對燈管 進(jìn)行人工擦洗或非在線的機械加化學(xué)清洗；(2) 在線純機械清洗要定期進(jìn)行人工清洗;就是用清洗環(huán)來回刮擦套管表面， 刮除套管表面的污垢，處理效果不佳， 只能是延緩人工清洗的周期，最終仍需（3）在線機械加化學(xué)清洗（1）自動排水拍門:是一種全自動的在線機械清洗和化 學(xué)清洗同時進(jìn)行的清洗系統(tǒng)，在套管

8、清 洗過程中其真正免除了人工的參與，同 時也保證了污水中的微生物對穩(wěn)定的接 受到紫外能。清洗環(huán)密封專利技術(shù)的應(yīng) 用，使化學(xué)清洗劑的投加量減少到了 10 ?ml/l污水左右，避免了二次污染的 可能。在線清洗系統(tǒng)包括清洗驅(qū)動裝置 （液壓或氣壓）、模塊上的驅(qū)動裝置和清 洗裝置等部分。5. 紫外光強探頭用來監(jiān)測紫外模塊組內(nèi)的平均紫外光強 度。反映紫外燈模塊的工作狀態(tài)。6. 低水位探頭是用來保護(hù)紫外燈管，避免紫外燈管因 暴露在空氣屮干燒而損壞的裝置。當(dāng)渠道內(nèi) 的水位因某些原因低于設(shè)定水位時，低水位 探頭會發(fā)出控制信號，關(guān)閉所有的紫外燈管 避免其因干燒而損壞。7. 水位控制裝置是用來維持紫外線消毒渠道內(nèi)的

9、水位相 對恒定的排水裝置，渠道內(nèi)液位的穩(wěn)定是保 證紫外線消毒效果的重要因素之一。目前在 紫外線消毒系統(tǒng)上常用的有三種水位控制 裝置：該自動排水拍門為重力平衡預(yù)感應(yīng) 式，下出水，可很好的控制渠道內(nèi)的消 毒水位，避免因流量波動產(chǎn)生的液位的 過低或過高，造成燈管的損壞或影響消 毒效果。應(yīng)用廣泛。（2）溢流堰：為上部溢流排水，占地面積大，容 易在渠道底部造成沉積，影響消毒效果。 使其應(yīng)用范圍受到限制。（3）馬達(dá)堰門：為滯后型控制方式，當(dāng)水位產(chǎn)生波 動后，馬達(dá)堰門才會根據(jù)水位探頭監(jiān)測 到的信號進(jìn)行開啟角度的調(diào)整，容易影 響消毒效果。且馬達(dá)堰門的電控接點多, 致使設(shè)備潛在的故障點增多。所以應(yīng)用 不廣泛。四

10、、紫外線消毒系統(tǒng)的設(shè)計紫外線消毒系統(tǒng)的設(shè)計可分三個步驟 進(jìn)行，確定設(shè)計參數(shù)、確定紫外線消毒劑量 和紫外線消毒設(shè)備的選?。?、設(shè)計參數(shù)的確定影響紫外線消毒效果、規(guī)模和運行費用的 水質(zhì)參數(shù)主要有：(1) 峰值處理流量是指設(shè)計的紫外線消毒系統(tǒng)，在其它各 項設(shè)計參數(shù)都c確定后，所能處理的最大水 量。這是確定紫外設(shè)備規(guī)模的重要的參數(shù)之4 0(2) 平均處理流量是指污水處理廠每tl平均的處理水量， 這一參數(shù)是核算紫外運行費用的重要參數(shù) 之一。(3) 處理水所含工業(yè)廢水的比例和成分工業(yè)廢水中的有些成份對紫外線在水 中的傳播冇很大的影響，這也是影響紫外設(shè) 備規(guī)模的重要參數(shù)之一。(4) 污水中的懸浮物(tss)

11、污水中懸浮物的多少和顆粒直徑的大 小，直接決定了處理水所能達(dá)到的消毒指標(biāo) 極限。這是因為污水屮的懸浮物會對微生物 起到保護(hù)和屏蔽的作用，使紫外光無法有效 的照射到微生物上，從而影響消毒效果。這 也是一個影響紫外設(shè)備規(guī)模的參數(shù)。(5) 污水紫外透光率253. 7nm (uvt)紫外透光率是指波反為253. 7nm的紫外 線在通過lcm比色皿水樣后，未被吸收的紫 外線與輸出總紫外線z比。用百分?jǐn)?shù)表示。 紫外穿透率的高低直接決定了紫外能在污 水中傳播的效率。這也是一個影響紫外設(shè)備 規(guī)模的重要參數(shù)。(6) 出水消毒指標(biāo)是為控制水污染物的排放，防治水質(zhì)污 染，保護(hù)水資源的合理利用，rti國家或各地 方政

12、府根據(jù)國家和地方相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)而制定的 污水排放的生物學(xué)限值，一般以糞大腸菌群 數(shù)或總大腸菌群數(shù)表示。(7) 允許水頭損失是指整個紫外線消毒系統(tǒng)正常運行所 需要消耗的水頭損失。2. 紫外線消毒劑量的確定(1) 消毒目標(biāo)劑量的確定紫外線劑量是指單位面積上所接收到的 紫外線的能量，它是紫外光強和接觸吋間的 乘積，常用單位為町/cml公式為：紫外劑量(mj/cm2)二紫外光強(mw/cm2) x停留時間(sec)要想達(dá)到理想的消毒效果，就必須根據(jù) 要達(dá)到的消毒標(biāo)準(zhǔn)，確定所需要的紫外劑 量，我們又叫它目標(biāo)劑量。在屮華人民共和 國國家標(biāo)準(zhǔn)城市給排水紫外線消毒設(shè)備 (gb/t-19837-2005)中已明確規(guī)定

13、了污水 處理廠的各消毒標(biāo)準(zhǔn)所對應(yīng)的有效紫外線 消毒劑量需求，具體如下：為保證達(dá)到gb18918-2002中所要求的 衛(wèi)生學(xué)指標(biāo)的二級標(biāo)準(zhǔn)和一級標(biāo)準(zhǔn)的b標(biāo) 準(zhǔn)，紫外線的有效劑量一即目標(biāo)劑量應(yīng)不低 于 15mj/cmj：為保證達(dá)到gb18918-2002中所要求的 衛(wèi)生學(xué)指標(biāo)的一級標(biāo)準(zhǔn)的a標(biāo)準(zhǔn)，紫外線的 有效劑量一即冃標(biāo)劑量應(yīng)不低于20mj/cm2：(2) 紫外線消毒修正劑量一設(shè)備生物驗 定劑量在確定了紫外線消毒所需要的目標(biāo)劑量 后，我們在選擇紫外設(shè)備進(jìn)行工程化應(yīng)用 時，還要考慮兩個影響因素，燈管老化和套 管結(jié)垢對設(shè)備紫外輸出劑暈的影響。這是因 為這兩個因素直接影響了紫外光的輸出和 傳播，這就讓我

14、們引入了兩個修正系數(shù)，燈 管的老化系數(shù)和套管的結(jié)垢系數(shù)。所謂燈管老化系數(shù)是指紫外燈運行到壽 命終點時的紫外線輸出功率與新紫外燈的 紫外線輸出功率之比。根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定， 如廠家無獨立笫三方權(quán)威機構(gòu)的認(rèn)證，該系 數(shù)應(yīng)采用0. 5做為默認(rèn)修正值，如有獨立第 三方權(quán)威機構(gòu)的認(rèn)證，則使用認(rèn)證值。所謂套管結(jié)垢系數(shù)是指使用小的紫外燈 套管的紫外穿透率與潔凈套管的紫外穿透 率之比。根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，如廠家無獨立 第三方權(quán)威機構(gòu)的認(rèn)證，該系數(shù)應(yīng)采用0.8 做為默認(rèn)修正值，如有獨立笫三方權(quán)威機構(gòu) 的認(rèn)證，則使用認(rèn)證值。劑量修正公式如下：紫外系統(tǒng)需要輸出的有效紫外劑暈=消毒fi標(biāo)劑量f燈管老化系數(shù) 一燈管結(jié)垢系數(shù)

15、從以上燈管老化系數(shù)和套管結(jié)垢系數(shù)的 定義我們可知，燈管老化系數(shù)和結(jié)垢系數(shù)肯 定是小于1的。所以我們所要選擇的紫外系 統(tǒng)輸岀的紫外劑量肯定要比目標(biāo)劑量要高， 才能保證持續(xù)、穩(wěn)定的消毒效果。3. 紫外線消毒設(shè)備的選取在各項水質(zhì)參數(shù)確定后，我們就可根據(jù) 出水消毒指標(biāo)要求確定目標(biāo)消毒劑量，然后 再用老化系數(shù)和結(jié)垢系數(shù)進(jìn)行修正，修正后 的劑量就是我們要選擇的紫外設(shè)備需要輸 出的有效劑量一生物驗泄劑量生物驗定劑量；是指該型號的紫外線消 毒系統(tǒng)在各種實際運行條件下，通過實驗的 方法，獲得實驗數(shù)據(jù)，依據(jù)這些數(shù)據(jù)繪制出 該設(shè)備的性能曲線，來指導(dǎo)該型紫外設(shè)備的 設(shè)計。因整個測試過程和設(shè)備性能曲線都是 由紫外行業(yè)的

16、權(quán)威認(rèn)證機構(gòu)執(zhí)行和出具的， 所以我們又叫它權(quán)威獨立第三方認(rèn)證。根據(jù)這一認(rèn)證，我們可以非常方便的從 系統(tǒng)性能曲線上查出蠱要選用的紫外線消 毒系統(tǒng)在相應(yīng)參數(shù)下所能輸出的紫外劑量， 簡化了設(shè)計過程，確保了消毒性能，保障了 公眾安全。生物驗定劑暈驗證法c經(jīng)成為美國環(huán)保 署、nwri及dvgw等國際權(quán)威機構(gòu)的指定紫 外設(shè)備認(rèn)證方法。五、紫外技術(shù)的應(yīng)用前景紫外線消毒工藝以其高效，環(huán)保和廣普 的殺菌特性而備受工程界的矚目。而化學(xué)消 毒副產(chǎn)物的不斷被發(fā)現(xiàn)，特別是在飲用水處 理上被廣泛使用的氯消毒劑的毒副產(chǎn)物的 發(fā)現(xiàn)，大大推動了紫外水處理技術(shù)在飲用水 處理領(lǐng)域的研究，1998年在美國有研究表 明-紫外線可有效控制抗氯性的隱抱子 蟲等原生動物污染飲用水，這一發(fā)現(xiàn)，使紫 外線消毒技術(shù)在市政自來水廠大規(guī)模應(yīng)用 奠定了基礎(chǔ)。而隨著人們對飲用水的水質(zhì)安 全要求越來越高，水體內(nèi)那些難以被生物降 解的微量污染物的處理開始受到人們的關(guān) 注，紫外線的高級氧化技術(shù)為這一領(lǐng)域的應(yīng) 用提供了廣闊的想象空間。結(jié)論總z, 套性能可靠的紫外線消毒系統(tǒng)的設(shè) 計，應(yīng)是依據(jù)生物驗定劑