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1、城市污水处理厂紫外线消毒系统设计要点福禄克测试仪器上海 202370 冯爱山摘要:紫外线消毒技术是利用紫外光照耀水中的微生物，通过紫外光对微生物的灭活对水进展消毒。本文具体介绍了紫外线消毒原理、紫外线消毒系统的主要类型、紫外线消毒系统的主要设计参数和选用依据。内容涉及紫外线设备独立第三方认证、紫外生物验定剂量、灯管老化系数和套管结垢系数的概念介绍。并对紫外线技术在中国国内的应用前景作了介绍。关键词：独立第三方认证；生物验定剂量；老化系数；结垢系数。1 / 6一、紫外线消毒原理：紫外线消毒是利用紫外线对微生物的 灭活机理来到达净化水质的目的。紫外线 是指波长为 100 纳 M 到 400 纳 M
2、 之间的电磁波，紫外光为不行见光。依据波长不同，又可细分为紫外 A315400nm、紫外 B280315nm、紫外 C200280nm 和紫外 D100200nm。能够高效率地毁坏生物体 DNA 构造，到达杀菌消毒效果的是紫外C。这是由于紫外C 能被微生物的遗传物质 DNA、RNA 很好的吸取，当微生物内的 DNA 和 RNA 吸取了足够的紫外能量后， 其内部的核酸链嘧啶被打断并重排列形成胸腺嘧啶二聚体，阻挡了 DNA、RNA 的复制，而使微生物失去活性无法进展自身 的复制再生。这就是紫外线的消毒原理 灭活原理。在紫外线消毒过程中不需要投加任何化学药剂，所以紫外线消毒是一种高效的环境友好型的消
3、毒方式。随着人们对化学消毒副产物的认知程度越来越高，以及对大规模氯消毒危害的认知面越来越广泛， 使紫外线消毒技术越来越被人们所重视和推崇。该技术在国外大规模的应用的时间已有 30 多年的历史,目前全球正在使用紫外线消毒的市政水处理厂的数量已经超过 了 9000 家，同时，在国外的供水领域，紫外技术的应用也越来越广泛，目前全球最大的紫外线 消毒工程的日处理量已经到达了832 万吨。国外紫外线技术在市政水消毒上的应 用已经格外成熟。从以上介绍可知，紫外线消毒技术是一种环境友好型的消毒技术，在污水消毒过程中无须投加化学药剂即可到达抱负的消毒效果，避开了化学消毒方法对环境和人类的危害。二、紫外污水消毒
4、系统的主要类型：目前，依据紫外灯管的类型，可将紫外污水消毒系统归结为：低压灯紫外系 统、低压高强灯紫外系统和中压灯紫外系统。低压灯紫外线消毒系统的单支灯管的功率和紫外输出能都很低，其单支灯管的功率一般小于 100 瓦，单支灯管的紫外能输出一般在 30-60 瓦左右。因处理单位污水量所需要的紫外灯管数量多，所以该类系统适合用于小型的污水处理厂。低压高强灯紫外线消毒系统的单支灯 管的功率和紫外输出能都较高，单支灯管 功率一般小于 1000 瓦，单支灯管的紫外能的输出一般在 100-500 瓦左右，因处理单位污水量所需要的紫外灯管数量较少，所以该类系统适合用于中大型的污水处理厂。中压灯紫外线消毒系统
5、的单支灯管的功率和紫外输出能都很高，单支灯管的功率一般都在 1 千瓦以上，有的甚至到达几十个千瓦。单支灯管的紫外能的输出一般在 400 瓦以上，因处理单位污水量所需要的紫外灯管数量很少，且灯管输出的紫外光强度很大，所以该类系统适合用于超大型的污水处理厂和低质污水处理厂。三、市政污水紫外线消毒系统的组成：当前，对于紫外污水消毒系统，明渠式模块化的设计指导理念已经被国际工程界广泛认可和承受。明渠式紫外线消毒系统是将假设干独立的紫外模块安置在开放式的明渠中，水流靠重力流经消毒装置。可直接插入或取出紫外灯模块进展维护和检修。对于标准配置的市政污水紫外线消毒系统，除混凝土渠道外一般包括以下组成局部：紫外
6、线消毒模块组、配电中心、系统把握中心、清洗装置、紫外光强探头、低水位探头、水位把握装置。的主要局部之一，它包括了紫外模块和模块支架；紫外模块又包括了紫外灯、灯管套管、遮光板和镇流器；2. 配电中心配电中心是整个紫外线消毒系统的供配电系统，从外部引进的主供电电源，在这里会被安排到各个不同的用电点，供整个紫外线消毒系统的运行和监测使用。3. 系统把握中心系统把握中心是整个紫外线消毒系统的中枢把握系统，整个紫外系统的各项运行参数都可通过系统把握中心传输到厂区把握中心。系统把握中心也可承受从污水厂的 SCADA 传输来的指令，依据相应指令的要求调整紫外线消毒系统的运行状态， 包括系统的启闭。4. 套管
7、清洗装置套管清洗是保证持续消毒效果的重要元素之一。套管清洗方式可分成三类：人工 清洗、在线纯机械清洗和在线机械加化学 清洗。1人工清洗就是将灯管模块从渠道中取出，对灯管进展人工擦洗或非在线的机械加化学清洗；1紫外线消毒模块组紫外线消毒模块组是紫外线消毒系统2在线纯机械清洗就是用清洗环来回刮擦套管外表，刮除套管外表的污垢，处理效果 不佳，只能是延缓人工清洗的周期， 最终仍需要定期进展人工清洗；3在线机械加化学清洗是一种全自动的在线机械清洗和化学清洗同时进展的清洗系统，在套管清洗过程中其真正免除了人工的参与，同时也保证了污水中的微生物可稳定的承受到紫外能。清洗环密封专利技术的应用，使化学清洗剂的投
8、加量削减到了 10-7ml/L 污水左右，避开了二次污染的可能。在线清洗系统包括清洗驱动装置液压或气压、模块上的驱动装置和清洗装置等局部。7水位把握装置是用来维持紫外线消毒渠道内的水位相对恒定的排水装置，渠道内液位的稳定是 保证紫外线消毒效果的重要因素之一。目 前在紫外线消毒系统上常用的有三种水位 把握装置：1自动排水拍门：该自动排水拍门为重力平衡预感应式，下出水，可很好的把握渠道内的消毒水位，避开因流量波动产生的液位的过低或过高，造成灯管的损坏或影响消毒效果。应用广泛。2溢流堰：为上部溢流排水，占地面积大， 简洁在渠道底部造成沉积，影响消毒效果。使其应用范围受到限制。5. 紫外光强探头用来监
9、测紫外模块组内的平均紫外光强度。反映紫外灯模块的工作状态。6. 低水位探头是用来保护紫外灯管，避开紫外灯管因暴露在空气中干烧而损坏的装置。当渠道 内的水位因某些缘由低于设定水位时，低 水位探头会发出把握信号，关闭全部的紫 外灯管避开其因干烧而损坏。3马达堰门：为滞后型把握方式，当水位产生波动后，马达堰门才会依据水位探头监测到的信号进开放启角度的调整， 简洁影响消毒效果。且马达堰门的电控接点多，致使设备潜在的故障点增多。所以应用不广泛。四、紫外线消毒系统的设计紫外线消毒系统的设计可分三个步骤进展，确定设计参数、确定紫外线消毒剂量和紫外线消毒设备的选取：1、设计参数确实定影响紫外线消毒效果、规模和
10、运行费用的水质参数主要有： 峰值处理流量是指设计的紫外线消毒系统，在其它各项设计参数都已确定后，所能处理的最大水量。这是确定紫外设备规模的重要的参数之一。2平均处理流量是指污水处理厂每日平均 的处理水量，这一参数是核算紫外运行费用的重要 参数之一。处理水所含工业废水的比例和成分 工业废水中的有些成份对紫外线在水中的传播有很大的影响，这也是影响紫外设备规模的重要参数之一。4污水中的悬浮物TSS污水中悬浮物的多少和颗粒直径的大小，直接打算了处理水所能到达的消毒指标极限。这是由于污水中的悬浮物会对微生物起到保护和屏蔽的作用，使紫外光无法有效的照耀到微生物上，从而影响消毒效果。这也是一个影响紫外设备规
11、模的参数。 污水紫外透光率253.7nm UVT紫外透光率是指波长为 253.7nm 的紫外线在通过 1cm 比色皿水样后,未被吸取的紫外线与输出总紫外线之比。用百分数表 示。紫外穿透率的凹凸直接打算了紫外能 在污水中传播的效率。这也是一个影响紫 外设备规模的重要参数。 出水消毒指标是为把握水污染物的排放，防治水质污染，保护水资源的合理利用，由国家或各地方政府依据国家和地方相关标准而制定的污水排放的生物学限值，一般以粪大肠菌群数或总大肠菌群数表示。7允许水头损失是指整个紫外线消毒系统正常运行所需要消耗的水头损失。2. 紫外线消毒剂量确实定1消毒目标剂量确实定紫外线剂量是指单位面积上所接收到的紫
12、外线的能量，它是紫外光强和接触时间 的乘积，常用单位为mJ/cm2. 公式为：紫外剂量=紫外光强(mw/cm2停留时间要想到达抱负的消毒效果，就必需依据要到达的消毒标准，确定所需要的紫外剂 量，我们又叫它目标剂量。在中华人民共 和国国家标准城市给排水紫外线消毒设 备GB/T-19837-2023中已明确规定了污水处理厂的各消毒标准所对应的有效紫 外线消毒剂量需求，具体如下：为保证到达 GB18918-2023 中所要求的卫生学指标的二级标准和一级标准的 B 标准，紫外线的有效剂量即目标剂量应不 低于 15mJ/cm2：为保证到达 GB18918-2023 中所要求的卫生学指标的一级标准的 A
13、标准，紫外线的 有 效 剂 量 即 目 标 剂 量 应 不 低 于20mJ/cm2：2紫外线消毒修正剂量设备生物验定剂量在确定了紫外线消毒所需要的目标剂量后，我们在选择紫外设备进展工程化应用 时，还要考虑两个影响因素，灯管老化和 套管结垢对设备紫外输出剂量的影响。这 是由于这两个因素直接影响了紫外光的输 出和传播，这就让我们引入了两个修正系 数，灯管的老化系数和套管的结垢系数。所谓灯管老化系数是指紫外灯运行到寿命终点时的紫外线输出功率与紫外灯的 紫外线输出功率之比。依据国家标准规定，如厂家无独立第三方权威机构的认证，该系数应承受 0.5 做为默认修正值,如有独立第三方权威机构的认证,则使用认证
14、值。所谓套管结垢系数是指使用中的紫外灯套管的紫外穿透率与干净套管的紫外穿透 率之比。依据国家标准规定，如厂家无独 立第三方权威机构的认证，该系数应承受0.8 做为默认修正值,如有独立第三方权威机构的认证,则使用认证值。剂量修正公式如下：紫外系统需要输出的有效紫外剂量= 消毒目标剂量灯管老化系数 灯管结垢系数从以上灯管老化系数和套管结垢系数的定义我们可知，灯管老化系数和结垢系数 确定是小于 1 的。所以我们所要选择的紫外系统输出的紫外剂量确定要比目标剂量 要高，才能保证持续、稳定的消毒效果。3. 紫外线消毒设备的选取在各项水质参数确定后，我们就可根据出水消毒指标要求确定目标消毒剂量， 然后再用老
15、化系数和结垢系数进展修正， 修正后的剂量就是我们要选择的紫外设备需要输出的有效剂量生物验定剂量生物验定剂量；是指该型号的紫外线消毒系统在各种实际运行条件下，通过试验 的方法，获得试验数据，依据这些数据绘 制出该设备的性能曲线，来指导该型紫外 设备的设计。因整个测试过程和设备性能 曲线都是由紫外行业的权威认证机构执行 和出具的，所以我们又叫它权威独立第三 方认证。依据这一认证，我们可以格外便利的从系统性能曲线上查出需要选用的紫外线消 毒系统在相应参数下所能输出的紫外剂量，简化了设计过程，确保了消毒性能， 保障了公众安全。生物验定剂量验证法已经成为美国环保署、NWRI 及 DVGW 等国际权威机构
16、的指定紫外设备认证方法。五、紫外技术的应用前景紫外线消毒工艺以其高效，环保和广 普的杀菌特性而备受工程界的瞩目。而化 学消毒副产物的不断被觉察，特别是在饮 用水处理上被广泛使用的氯消毒剂的毒副 产物的觉察，大大推动了紫外水处理技术 在饮用水处理领域的争论， 1998 年在美国有争论说明 紫外线可有效把握抗氯性的隐孢子虫等原生动物污染饮用水，这一 觉察，使紫外线消毒技术在市政自来水厂 大规模应用奠定了根底。而随着人们对饮 用水的水质安全要求越来越高，水体内那些难以被生物降解的微量污染物的处理开头受到人们的关注，紫外线的高级氧化技术为这一领域的应用供给了宽阔的想象空间。结论总之，一套性能牢靠的紫外线消毒系统的设计，应是依据生物验定剂量验证的方法完成的。要保持紫外线消毒系统能持续稳定的到达消毒标准，必需要选用经过权威机构认证的老化系数和结垢系数或默认值对设备的紫外输出剂量进展修正。在保证消毒效果的同时还应当关注紫外线消毒系统的优化设计，即紫外线消毒系统的效 率。一套既能保证消毒效果，又治理方 便、运行费用低的紫外线消毒设备才是一套真正有用的设备。参考文献1. 城市给排水紫外线消毒设备GB/T 19837-20232. 张辰，张欣，吕东明，肖卫星。紫外线消毒系统的设计。第一届水和废水紫外线消毒技术国际研讨会，2023，150154。6 / 6