污水處理廠紫外線消毒技術(shù)的應(yīng)用

摘要

紫外線污水消毒技術(shù)在國(guó)外特別是歐洲和北美地區(qū)經(jīng)過(guò)近30多年的發(fā)展已經(jīng)成為成熟、可靠、投資效益高的綠色環(huán)保技術(shù)，在世界各地各類城市污水的消毒處理中得到日益廣泛的應(yīng)用，成為污水處理領(lǐng)域中取代傳統(tǒng)加氯消毒的主流技術(shù)和工藝。在國(guó)內(nèi)污水處理廠尾水消毒中也得到了廣泛的應(yīng)用，為了進(jìn)一步的引導(dǎo)引導(dǎo)紫外線消毒技術(shù)的規(guī)范應(yīng)用，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)在2005年專門(mén)頒布了《城市給排水紫外線消毒設(shè)備》（GB/T19837-2005）國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范了紫外線消毒技術(shù)的運(yùn)用，本文結(jié)合筆者的一些實(shí)際經(jīng)驗(yàn)和研究，對(duì)紫外線消毒技術(shù)在污水處理廠中尾水消毒工藝中的應(yīng)用做闡述說(shuō)明。

關(guān)鍵詞 紫外線  消毒  標(biāo)準(zhǔn)   

1、城市污水消毒的必要性

為了保護(hù)人類的健康、生命以及水環(huán)境和水資源，世界許多國(guó)家和地區(qū)（北美、歐盟、日本、韓國(guó)、中國(guó)臺(tái)灣等）都要求對(duì)城市污水在排放前進(jìn)行消毒處理。污水消毒也是保護(hù)飲用水源的*道防線。2002年11月，我國(guó)和許多國(guó)家及地區(qū)爆發(fā)了非典型性肺炎，這一疫情的元兇冠狀病毒廣泛的傳播和性頑強(qiáng)存活能力使人們意識(shí)到消毒的重要性，尤其是對(duì)接納病人排泄物的污水處理廠的尾水消毒成為防止疫情擴(kuò)散的重要防線。我國(guó)國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局和國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局于2002年12月24日頒布的《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》GB18918-2002中將微生物指標(biāo)列為基本控制指標(biāo)，要求城市污水必須進(jìn)行消毒處理，從而使污水處理的病理指標(biāo)與接軌。

許多國(guó)家和地區(qū)在對(duì)城市污水要求消毒的同時(shí),也制定了相應(yīng)的消毒指標(biāo)，相應(yīng)的排放標(biāo)準(zhǔn)（部分國(guó)家和地區(qū)尾水消毒指標(biāo)見(jiàn)表1），我國(guó)的《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918-2002）將糞大腸菌列為基本污染物控制指標(biāo)。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定執(zhí)行二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)和一級(jí)B類標(biāo)準(zhǔn)的污水處理廠排放要求是糞大腸菌群不超過(guò)10000個(gè)/L，執(zhí)行一級(jí)A類標(biāo)準(zhǔn)的污水處理廠排放要求為不超過(guò)1000個(gè)/L。

表1   部分國(guó)家和地區(qū)尾水消毒指標(biāo)

2、城市污水處理廠尾水不同消毒方法的比較

給排水消毒方法可分為兩大類，即化學(xué)消毒方法，如：加氯消毒和臭氧消毒；和物理消毒方法，如：紫外線消毒。目前，國(guó)內(nèi)污水處理廠尾水消毒主要有四種消毒方法，分別是氯氣、二氧化氯、臭氧、紫外線，他們各有優(yōu)缺點(diǎn)，各自有著不同的應(yīng)用領(lǐng)域。整理見(jiàn)表2

表2不同消毒工藝的比較

3 紫外線污水消毒技術(shù)的研究

3．1紫外線消毒的原理

紫外線一般被分為三個(gè)不同波段：紫外C（200～280 nm）、紫外B（280～315 nm）和紫外A（315～400 nm），其中紫外C（UVC）的殺菌效果。

紫外線殺菌與化學(xué)消毒劑殺菌不同，它不是通過(guò)得失電子的氧化還原反應(yīng)進(jìn)行，而是通過(guò)由紫外光子輻射導(dǎo)致的光化學(xué)反應(yīng)來(lái)進(jìn)行。紫外燈在260nm附近殺菌效率zui高，目前的紫外燈的zui大紫外輸出功率在波長(zhǎng)為253.7nm處，該波長(zhǎng)在世界*紫外燈中已占紫外能量的90%、總能量的30%以上，由于高強(qiáng)度、率的紫外C的存在，紫外技術(shù)克服了以往殺菌效率低、消毒水量小、成本高的缺點(diǎn)，已在水消毒領(lǐng)域具有相當(dāng)?shù)母?jìng)爭(zhēng)力。

紫外線消毒是一種物理消毒方法，紫外線消毒并不是殺死微生物，而是去掉其繁殖能力進(jìn)行滅活。紫外線消毒的原理主要是用紫外光摧毀微生物的遺傳物質(zhì)—核酸（DNA或RNA），使其不能分裂復(fù)制。除此之外，紫外線還可引起微生物其他結(jié)構(gòu)的破壞。微生物在人體內(nèi)不能復(fù)制繁殖，就會(huì)自然死亡或被人體免疫功能消滅，從而不會(huì)對(duì)人體造成危害。

紫外線是波長(zhǎng)在200–400nm 的電磁波，它又分為4個(gè)波段，其中具有殺菌消毒功能的紫外波段為200–300nm，即紫外C和紫外B中的部分。通常人們較關(guān)注微生物對(duì)紫外線的吸收頻譜，認(rèn)為253.7nm是紫外消毒的*波段并把紫外消毒技術(shù)稱為紫外C消毒，確切來(lái)說(shuō)是不全面的，因?yàn)楹鲆暳宋⑸飳?duì)紫外線的反應(yīng)頻譜。

3．2微生物受到紫外照射后的修復(fù)

如果微生物沒(méi)有接受到足夠的紫外照射劑量，有些微生物可以修復(fù)其受到的損傷。大量的研究表明：病毒本身沒(méi)有修復(fù)能力，有些細(xì)菌具有修復(fù)能力，但受到的紫外照射劑量越高，其修復(fù)能力越低，只要?jiǎng)┝吭O(shè)計(jì)適當(dāng)，可*去除或有效地抑制這些微生物的修復(fù)能力。

微生物的修復(fù)可分為光修復(fù)和黑暗修復(fù)，光修復(fù)需要可見(jiàn)光的存在，而且微生物在受到紫外線照射后到見(jiàn)到可見(jiàn)光之間的間隔時(shí)間越長(zhǎng)，微生物見(jiàn)到可見(jiàn)光后光修復(fù)的能力越低，如果時(shí)間間隔超過(guò)2小時(shí)以上，一些微生物會(huì)*喪失光修復(fù)能力，污水廠在設(shè)計(jì)時(shí)可利用這一特點(diǎn)通過(guò)增加消毒后污水不見(jiàn)光的時(shí)間來(lái)進(jìn)一步抑制微生物的修復(fù)。

研究證明只要設(shè)計(jì)合理，微生物的修復(fù)在實(shí)際污水處理和回用水處理系統(tǒng)中并不重要，另外污水本身的特性也被認(rèn)為不利于微生物受傷后的修復(fù)。有些研究還顯示中壓紫外燈發(fā)射的某些紫外波長(zhǎng)可能可以抑制或破壞微生物的修復(fù)能力。世界上使用紫外消毒工藝的3000多家污水處理廠的實(shí)際運(yùn)行表明微生物的修復(fù)并不是實(shí)際問(wèn)題，現(xiàn)在這一問(wèn)題在國(guó)外已不再是紫外污水消毒處理應(yīng)用中人們擔(dān)心的問(wèn)題。
3. 3消毒系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)

除了水質(zhì)參數(shù)外，紫外消毒系統(tǒng)自身也有很多因素會(huì)影響或決定其消毒性能，系統(tǒng)本身的影響因素主要如下：

1）消毒器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和劑量計(jì)算

消毒器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是紫外消毒系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵、即如何通過(guò)消毒器的流體動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)以及燈管的優(yōu)化布局等來(lái)提高消毒器利用紫外燈管發(fā)射出的殺菌紫外能量的效率，從而使其更接近于理想消毒器；同時(shí)盡可能減少水頭損失。通常用消毒器效率來(lái)判斷一個(gè)紫外消毒系統(tǒng)的優(yōu)劣.

2）紫外燈管性能

紫外燈管是紫外消毒系統(tǒng)的重要組件。其性能不僅僅是新燈管的殺菌紫外能的能量輸出、光電轉(zhuǎn)換效率還包括燈管的老化特性。新燈管的紫外輸出（單位：W）指的是一根新燈管在經(jīng)過(guò)100小時(shí)運(yùn)行磨合期時(shí)的紫外能輸出功率。燈管在使用過(guò)程中會(huì)逐漸老化，紫外能輸出會(huì)隨時(shí)間而衰減。燈管老化系數(shù)定義為燈管在壽命周期終點(diǎn)時(shí)的紫外輸出與新燈管紫外能輸出之比。

在劑量計(jì)算時(shí)必須計(jì)入燈管老化系數(shù)，而不能單考慮廠家對(duì)紫外燈管的保證壽命，目前市場(chǎng)上大多數(shù)紫外燈管的老化系數(shù)在50%左右，個(gè)別廠家燈管的老化系數(shù)可達(dá)80%左右。NWRI紫外系統(tǒng)協(xié)議規(guī)定紫外消毒系統(tǒng)燈管老化系數(shù)為0.5。

3）燈管表面結(jié)垢

城市污水中的復(fù)雜成分會(huì)使燈管的石英表面結(jié)垢，影響系統(tǒng)的消毒性能。為了保證系統(tǒng)消毒性能不受結(jié)垢的影響，必須在系統(tǒng)劑量計(jì)算中計(jì)入燈管的結(jié)垢系數(shù)。結(jié)垢系數(shù)一般與燈管的清洗方式有關(guān)。NWRI紫外系統(tǒng)協(xié)議規(guī)定紫外消毒系統(tǒng)與清洗方式相關(guān)的結(jié)垢系數(shù)為0.8。

4 紫外線污水消毒技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性研究

2003年~2008年間，國(guó)內(nèi)陸續(xù)有近300家污水廠采用紫外線作為污水廠尾水消毒工藝，如深圳市濱河污水處理廠（35.0萬(wàn)m3/d）、重慶北碚城市污水處理廠（5萬(wàn)m3/d）、成都*污水處理廠（30萬(wàn)m3/d）,廣東潮州*污水廠（10萬(wàn)m3/d），上海白龍港污水處理廠（160萬(wàn)m3/d）等等近300家污水廠的紫外線消毒設(shè)備正在運(yùn)行，本文結(jié)合這些污水廠尾水消毒工程實(shí)例就紫外線消毒技術(shù)和液氯消毒應(yīng)用的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析如下：

5 結(jié)束語(yǔ)

紫外消毒技術(shù)為物理消毒方式，具廣譜性殺菌能力，無(wú)二次污染。經(jīng)過(guò)20多年的發(fā)展已經(jīng)成為比較成熟可靠的環(huán)保型消毒技術(shù)，在國(guó)內(nèi)污水廠得到廣泛的運(yùn)用。，隨著《城市給排水紫外線消毒設(shè)備》（GB/T19837-2005）國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的出臺(tái)，紫外線消毒技術(shù)必將得到廣泛的推廣，紫外線消毒是通過(guò)紫外線的能量去掉微生物的繁殖能力而進(jìn)行滅活，因此，在設(shè)計(jì)一套紫外線消毒裝置時(shí)，必須了解污水成分、穿透率、TSS濃度，掌握關(guān)鍵技術(shù)，確定合理的紫外劑量和光照時(shí)間，減少投資，節(jié)約運(yùn)行成本，取得良好的消毒效果。同時(shí)研究大型紫外線消毒設(shè)備及工程系統(tǒng)并應(yīng)用于中水回用、污水排放以及自來(lái)水等領(lǐng)域，將對(duì)提高我國(guó)的用水安全性具有重大意義。

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