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1、现代紫外线消毒技术在污水处理厂中的应用2000 年 6 月由建设部、国家环保总局、科技部联合发布的“关于印发城市污水处理及污染防止技术政策的通知(建城 2000124 号)”中规定“为保证公共卫生安全，防止传染性疾病传播，城市污水处理应设置消毒设施”。城镇污水处理厂污染的排放标准(GB189182002)的规定，污水处理厂出水必须进行消毒处理，并要求执行二级标准和一级B 标准的污水处理厂大肠菌群数的最高允许排放浓度不得超过 10000 个 L。因此，污水处理厂必须考虑和设置消毒设施。由于污水中含有大量细菌及病毒，污水处理厂应把好出水的最后一道关，特别是具有中水回用的污水处理厂，尽可能杀灭致病菌
2、，防止和避免引发公共卫生安全事件。由此可见，污水处理厂出水采用消毒工艺意义重大。现代紫外 C 消毒技术克服了现有传统消毒技术的缺点，在消毒过程中，不添加任何化学物质，也不产生或在水体中留下任何有害物质，运行安全、可靠，安装、维修简单，特别是投资及运行维修费用低以及具有极好的消毒效果。欧洲许多国家和北美的加拿大、美国已在9O 年代分别修改了环境立法，在废水处理后的消毒，以及饮用水的消毒上，推荐采用紫外C 消毒技术。1.目前污水处理常用的消毒方法介绍现就目前最常采用的污水消毒方法是液氯和臭氧简述如下：臭氧消毒法是利用组成臭氧的三个氧原子极其不稳定的特性，分解时放出新生态氧O3=O2+O 通过 O的
3、强氧化能力，对细菌和病毒产生强大的杀伤力，致使细菌和病毒死亡。虽然臭氧消灭具有消毒效率高，并能有效地降解污水中残留的有机物、色、味等，污水pH 值、温度对消毒效果影响很小，不产生难处理的或生物积累残余物等优点，但也存在投资大、运行成本名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 1 页，共 6 页 -高，设备管理复杂，当水量和水质发生变化时，调节臭氧投加量比较困难的问题。臭氧消毒主要适用于对出水水质较好，排入水体卫生条件要求高的污水处理设施。液氯消毒法是利用氯溶解于水生成次氯酸和次氯酸根：Cl2+H2O+HOCl+HC1 HOCl H+OC1 一氯消毒主要是通过次氯酸HOC1 扩散到带负电
4、的细菌表面，并通过细菌的细胞穿透到细胞内部。当 HOC1 分子到达细菌内时，能起氧化作用破坏细菌的酶系统而使细菌死亡。氯作为一种强氧化剂，由于其杀菌能力强，价格低廉，使用简单，消毒可靠又有成熟的经验，是目前应用最为广泛的消毒剂。但是近二十年来，人们对液氯进行大量的研究，发现使用氯化消毒存在以下一些缺点和不足。氯与污水中某些有机和无机成分反应，生成一系列稳定的含氯化合物，其大部分对人体健康有害，有些含氯化合物有致癌性。特别是高浓度的氯与污水较高浓度的有机污染物直接反应时，生成的氯化副产物浓度会更高。此外，氯与污水中的氨反应生成氯氨，从面降低消毒效力，而且氯氨排入水体后会对鱼类产生毒害。氯溶解于水
5、中生成次氯酸和次氯酸根，次氯酸根 OC1 一虽然亦是具有杀菌能力的有效氯，但是由于次氯酸根带负电，难于接近带负电的细菌表面，杀菌能力比次氯酸HOC1 差得多。根据次氯酸离解平衡常数计算可知，次氯酸 HOC1 与次氯酸根OC1 一的相对比例取决于温度和 pH 值。pH 值高时，次氯酸根ocx 一较多：pH 值低时，次氯酸HOC1 较多。由此可见在污水 pH 值较高时消毒效力大幅度下降。氯气是一种具有强烈刺激性的有毒气体，在运输和使用过程中易发生泄漏和爆炸，因此氯的运输、使用和贮藏必须严格遵守有关规定。氯气意外泄漏将会给环境和人员带来重大威胁，甚至是灾难，近年来氯气的泄漏事故经常发生，给人民的生命
6、和财产造成重大损失。因此，寻找液氯消毒剂的替代品，减少二次污染，已成为目前污水消毒的必然趋势。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 2 页，共 6 页 -2.紫外线(UV)消毒20 世纪 7O 年代以后，人们发现传统的氯消毒会产生致畸、致癌、致基因突变的卤代烷等副产品，而紫外线消毒法则具有不投加化学药剂、不增加水的嗅和味、不产生有毒有害的副产物、不受水温和pH 值影响、占地极小、消毒速度快、效率高、设备操作简单、便于运行管理和实现自动化等特点，近2O 年来逐渐得到广泛应用。自从最早紫外线法消毒应用于美国，现已在美国和加拿大普遍应用，已在西方发达国家成为一种主流消毒手段。国内近年来也
7、逐渐开始普及。紫外线一般根据生物效应的不同，可将紫外线分为四个不同波段：紫外A(uV A)，又称为黑斑效应紫外线(315400nm)；紫外B(UV B)，又称为红斑效应紫外线(275315nm)；紫外 C(UV C)，又称为灭菌紫外线(200275nm)；紫外 D(UV D)，又称为真空紫外线(10 200nm)。现代紫外线消毒技术主要采用的是紫外C(UV C)消毒。现代紫外线消毒技术是基于现代防疫学、光学、生物学、化学、机械学、电子学、流体力学及空气动力学的基础上，利用特殊设计的高效率、高强度和长寿命的 C 波段(275200nm)紫外光发生装置产生的强紫外 C 光照射流水，当水中的各种细菌
8、、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，其细胞中的核酸(DNA 或 RNA)结构遭到破坏(键断裂或光化学反应，使其失去复制能力或失去活性)，从而在不使用任何化学药物的情况下杀灭水中的细菌、病毒以及其它致病体，达到消毒和净化的目的。它具有不产生任何二次污染，以其高效率、广谱性、低成本、长寿命、适用大小水量等其它消毒手段无法比拟的优点，广泛应用于污水处理、净水等领域。3.紫外 C 水消毒技术特征及与几种传统消毒技术的比较现代紫外C 水消毒技术就是采用发生C 波段紫外线的紫外光灯做为消毒光源，由于在效能和强度两个方面取得了最佳的平衡，已成为目前市场上最有效、经济和安全的消毒
9、方法，紫名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 3 页，共 6 页 -外 C 水消毒技术对细菌、病毒及其它致病体的消毒效果已得到全世界的公认。紫外C 水消毒技术具有下列明显的优点：(1)高效性和广谱性紫外 c 消毒技术具有其它技术无可比拟的杀菌效率。当紫外强度为3 X 10 W cm 时，紫外 C 对细菌、病毒的杀菌作用一般在一秒以内。而对传统紫外、氯气及臭氧方法来说，一般需要 206O 分钟的时间才能达到紫外C 的效果。此外，紫外C 技术在目前所有的消毒技术中，杀菌的广谱性是最高的。它对几乎所有的细菌、病毒都能高效率杀灭。并且对一些对人类危害极大的，而氯气以至臭氧无法或不能有效杀灭
10、的寄生虫类(例如：隐性包囊虫cryptosporidium，贾第鞭毛虫giardia 等)都能有效杀灭。(2)无二次污染由于紫外 C 消毒技术不加入任何化学药剂，因此它不会对水体和周围环境产生二次污染，不会改变水中任何成分。不会产生任何对人类及水中生物毒害的副产物，对保护环境和保护工作人员的身体健康有着积极的意义。(3)运行安全、可靠传统的氯化物、臭氧消毒技术，其消毒剂本身就属于剧毒、易燃、易爆的物质。这些物质的使用对操作人员以及周围环境和居民的安全产生潜在的威胁，需要特别小心。而现代紫外线消毒系统不存在这样的安全隐患，是一种对周边环境及操作人员相对安全可靠的消毒技术。(4)运行维护费用低由于
11、上世纪9O 年代对紫外C 核心技术的完善，紫外 C 消毒技术不仅消毒效率是所有消毒手段中最高的，而且消毒运行维护最简单，运行成本最低，因此，其性价比是所有消毒技术中最高的。它既具有其它消毒技术无法比拟的高效率，又具有成本和运行费用低的优点。(5)可连续、大水量消毒名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 4 页，共 6 页 -紫外 C 消毒技术的另一个特点是可连续消毒，一年 365 天，一天 24 小时连续运行，除定期需一、二小时以内的例行保养外。此外，现代紫外消毒除了可以消毒小水量，也可以消毒大水量。目前紫外技术在实际应用中最大已达到每小时处理6 万吨水量。4.紫外消毒系统构成及运行
12、方式目前大部分的紫外线污水消毒系统都是采用模块化明渠式工艺。它由明渠(消毒池)、紫外消毒模块系统、控制系统、自动清洗系统和供配电系统组成。明渠由配水渠、消毒渠和出水渠组成，出水渠设有出水堰门用于调节明渠水位；紫外消毒模块主要由紫外灯管、石英套管、紫外强度传感器、支架、自动清洗环及其传动机构组成；控制系统由水位、紫外强度传感器和PLC 组成。紫外消毒系统可根据实时检测到的uVC 剂量，在 50100范围内对紫外灯管的输出强度进行自动调整，以节约运行费用。同时，自动控制系统可根据污水流量的变化在最高水位与最低水位之间自动调节堰门，以保证消毒效果的稳定。自动清洗系统可根据设定的清洗频率进行自动清洗，
13、在自动清洗过程中，系统正常运转，消毒效果可不受影响。此外，当污水处理厂在扩建或改造时，只需适当增加紫外灯模块，无需新添整套系统，可以节省设备投资，使用非常灵活。5.紫外消毒系统设计应考虑的因素目前紫外消毒灯有低压低强灯、低压高强灯和中压高强灯 3 种。在设计时应考虑紫外灯光强、穿透力、光电转换率、基建费用、灯具使用寿命等因素，根据实际情况进行技术经济比较。目前，在污水处理厂紫外消毒工艺上采用低压高强灯和中压高强灯较多。紫外剂量是根据微生物的灭活速率与紫外剂量的关系确定的，是确定紫外消毒系统紫外灯数量的参数。由于污水中的悬浮固体、紫外透射率、紫外灯老化系数以及与清除石英套管结垢有关的清洗方式等因
14、素对紫外消毒存在影响，为保证达到污水消毒标准，在确定紫外线剂量时应对这些因素加名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 5 页，共 6 页 -以考虑。紫外剂量为紫外平均强度与紫外光照时间的乘积，紫外光照射时间是紫外消毒的重要参数。在设计时应依据在设计强度下灭活不同种类的微生物所需的光照时间来确定消毒的紫外光照时间，保证达到污水消毒标准。为保证污水消毒的效果，紫外消毒系统是按最大流量设计的，但污水处理厂处理的污水量是随时间变化的，日夜流量不均匀，当流量小时，有可能使石英套管周围的污水升温在套管上产生沉积结垢，影响紫外透射率，降低消毒效果。因此，在设计时应确定污水最大流量和最小流量，根据流
15、量的变化合理的确定明渠渠道数，在污水流量发生大小变化时，调节运行的渠道数，从而避免因污水流量小时产生的灯管结垢现象。6.影响紫外杀菌效果的因素紫外消毒法属物理消毒法，没有向水中添加任何化学药剂，不能提供剩余的消毒能力，当处理水离开消毒池之后，一些被紫外线杀伤的微生物在光复活机制下会修复损伤的DNA，使细菌再生。因此，要进一步研究光复活的原理和条件，确定避免光复活发生的最小照射强度、时间或紫外剂量。处理的污水中的悬浮物、溶解性有机物和无机物以及其造成的灯管结垢，都会抑制紫外线的透射，影响消毒效果。因此，必须确保出水悬浮物控制在30mgL 以下，并且通过定时清洗除去灯管上的结垢，以保证杀菌消毒的效果。7.结语紫外消毒技术具有高效的消毒能力和可靠的操作安全性，以及投资运营成本低廉、操作管理简便、不会对水体造成污染等优点。随着目前紫外线消毒技术日趋完善，在西方发达国家，广泛应用在水处理方面，近年来紫外消毒技术在我国也逐步应用在污水处理方面，它将会成为替代目前的氯化消毒技术的主流技术。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 6 页，共 6 页 -