城市污水處理廠紫外消毒系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1、城市污水處理廠紫外線消毒系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)福祿克測(cè)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(duì)微生物的滅活對(duì)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(jì)參數(shù)和選用依據(jù)。內(nèi)容涉及紫外線設(shè)備獨(dú)立第三方認(rèn)證、紫外生物驗(yàn)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(duì)紫外線技術(shù)在中國(guó)國(guó)內(nèi)的應(yīng)用前景作了介紹。關(guān)鍵詞：獨(dú)立第三方認(rèn)證；生物驗(yàn)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(duì)微生物的 滅活機(jī)理來(lái)達(dá)到凈化水質(zhì)的目的。紫外線是 指波長(zhǎng)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(zhǎng)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?yàn)樽贤鈉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(wú)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(duì)化學(xué)消毒 副產(chǎn)物的認(rèn)知程度越來(lái)越高，以及對(duì)大規(guī)模 氯消毒危害的認(rèn)知血越來(lái)越廣泛，使紫外線 消毒技術(shù)越來(lái)越被人們所重視和推崇。該技 術(shù)在國(guó)外大規(guī)模的應(yīng)用的時(shí)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(guó)外的供水領(lǐng)域，紫外技術(shù)的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛，目前全球最大的紫外線消 毒項(xiàng)目的日處理量已經(jīng)達(dá)到了 832萬(wàn)噸。國(guó) 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(wú)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(duì)

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(qiáng)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(qiáng)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(gè) 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(qiáng)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(duì)于紫外污水消毒系統(tǒng)，明渠式 模塊化的設(shè)計(jì)指導(dǎo)理念已經(jīng)被國(guó)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(dú)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(duì)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(qiáng)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(gè)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(huì)被分配到各個(gè)不同的用電點(diǎn)，供整個(gè)紫 外線消毒系統(tǒng)的運(yùn)行和監(jiān)測(cè)使用。3. 系統(tǒng)控制中心系統(tǒng)控制中心是整個(gè)紫外線消毒系統(tǒng) 的中樞控制系統(tǒng)，整個(gè)紫外系統(tǒng)的各項(xiàng)運(yùn)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(lái)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(yùn)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(jī)械清洗和在線機(jī)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(duì)燈管 進(jìn)行人工擦洗或非在線的機(jī)械加化學(xué)清洗；(2) 在線純機(jī)械清洗要定期進(jìn)行人工清洗;就是用清洗環(huán)來(lái)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(jī)械加化學(xué)清洗（1）自動(dòng)排水拍門:是一種全自動(dòng)的在線機(jī)械清洗和化 學(xué)清洗同時(shí)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(shí)也保證了污水中的微生物對(duì)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(dòng)裝置 （液壓或氣壓）、模塊上的驅(qū)動(dòng)裝置和清 洗裝置等部分。5. 紫外光強(qiáng)探頭用來(lái)監(jiān)測(cè)紫外模塊組內(nèi)的平均紫外光強(qiáng) 度。反映紫外燈模塊的工作狀態(tài)。6. 低水位探頭是用來(lái)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(shí)，低水位 探頭會(huì)發(fā)出控制信號(hào)，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(lái)維持紫外線消毒渠道內(nèi)的

9、水位相 對(duì)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(dòng)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(dòng)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(dòng)后，馬達(dá)堰門才會(huì)根據(jù)水位探頭監(jiān)測(cè) 到的信號(hào)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(diǎn)多, 致使設(shè)備潛在的故障點(diǎn)增多。所以應(yīng)用 不廣泛。四

10、、紫外線消毒系統(tǒng)的設(shè)計(jì)紫外線消毒系統(tǒng)的設(shè)計(jì)可分三個(gè)步驟 進(jìn)行，確定設(shè)計(jì)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(jì)參數(shù)的確定影響紫外線消毒效果、規(guī)模和運(yùn)行費(fèi)用的 水質(zhì)參數(shù)主要有：(1) 峰值處理流量是指設(shè)計(jì)的紫外線消毒系統(tǒng)，在其它各 項(xiàng)設(shè)計(jì)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(yùn)行費(fèi)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(duì)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?yàn)槲鬯膽腋∥飼?huì)對(duì)微生物 起到保護(hù)和屏蔽的作用，使紫外光無(wú)法有效 的照射到微生物上，從而影響消毒效果。這 也是一個(gè)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(gè)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(guó)家或各地 方政

12、府根據(jù)國(guó)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(gè)紫外線消毒系統(tǒng)正常運(yùn)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(qiáng)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(qiáng)(mw/cm2) x停留時(shí)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(guó)國(guó)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(duì)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(jí)標(biāo)準(zhǔn)和一級(jí)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(jí)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(yàn) 定劑量在確定了紫外線消毒所需要的目標(biāo)劑量 后，我們?cè)谶x擇紫外設(shè)備進(jìn)行工程化應(yīng)用 時(shí)，還要考慮兩個(gè)影響因素，燈管老化和套 管結(jié)垢對(duì)設(shè)備紫外輸出劑暈的影響。這是因 為這兩個(gè)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(gè)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(yùn)行到壽 命終點(diǎn)時(shí)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(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定， 如廠家無(wú)獨(dú)立笫三方權(quán)威機(jī)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(dú)立第 三方權(quán)威機(jī)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(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，如廠家無(wú)獨(dú)立 第三方權(quán)威機(jī)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(dú)立笫三方權(quán)威機(jī)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(xiàng)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(yàn)泄劑量生物驗(yàn)定劑量；是指該型號(hào)的紫外線消 毒系統(tǒng)在各種實(shí)際運(yùn)行條件下，通過實(shí)驗(yàn)的 方法，獲得實(shí)驗(yàn)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(lái)指導(dǎo)該型紫外設(shè)備的 設(shè)計(jì)。因整個(gè)測(cè)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(jī)構(gòu)執(zhí)行和出具的， 所以我們又叫它權(quán)威獨(dú)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(jiǎn)化了設(shè)計(jì)過程，確保了消毒性能，保障了 公眾安全。生物驗(yàn)定劑暈驗(yàn)證法c經(jīng)成為美國(guó)環(huán)保 署、nwri及dvgw等國(guó)際權(quán)威機(jī)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(dòng)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(guó)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(dòng)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(lái)水廠大規(guī)模應(yīng)用 奠定了基礎(chǔ)。而隨著人們對(duì)飲用水的水質(zhì)安 全要求越來(lái)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(jí)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(jì)，應(yīng)是依據(jù)生物驗(yàn)定劑