給水廠紫外消毒工藝設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析

王紅禹

(博天環(huán)境集團(tuán)股份有限公司，上海 200120)

目前，紫外系統(tǒng)在我國(guó)市政污水的應(yīng)用已經(jīng)大規(guī)模展開(kāi)，設(shè)計(jì)人員對(duì)污水處理中采用的紫外系統(tǒng)的設(shè)計(jì)選型了解得比較深入，積累了很多寶貴的經(jīng)驗(yàn)［1，2］。然而，紫外系統(tǒng)在給水廠的應(yīng)用在國(guó)內(nèi)才剛剛起步，截止目前，國(guó)內(nèi)僅有少數(shù)市政水廠設(shè)置了紫外消毒工藝。

《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB 5749—2006)明確將兩蟲(chóng)(賈第鞭毛蟲(chóng)和隱孢子蟲(chóng))列入水處理消毒目標(biāo)微生物，而常規(guī)的化學(xué)消毒對(duì)其滅活效果十分有限，在這一點(diǎn)上，紫外技術(shù)的優(yōu)勢(shì)越來(lái)越明顯。隨著紫外消毒系統(tǒng)技術(shù)逐步成熟，更多的水廠在未來(lái)會(huì)逐步引用紫外技術(shù)與化學(xué)方式聯(lián)合進(jìn)行飲用水的消毒處理。

1 紫外消毒原理

紫外消毒是一種物理消毒工藝，利用253．7 nm波長(zhǎng)的紫外光對(duì)水中微生物中的遺傳物質(zhì)DNA，RNA的結(jié)構(gòu)破壞，導(dǎo)致微生物無(wú)法繁殖，從而喪失致病能力，實(shí)現(xiàn)對(duì)飲用水的消毒目的［3］。相比傳統(tǒng)的化學(xué)加藥消毒工藝，紫外系統(tǒng)不僅可以滅活細(xì)菌和病毒，而且對(duì)原生動(dòng)物(兩蟲(chóng))也有很好的消毒效果，同時(shí)不會(huì)產(chǎn)生消毒副產(chǎn)物。

2 設(shè)計(jì)依據(jù)

2．1 設(shè)計(jì)規(guī)范

關(guān)于紫外系統(tǒng)在飲用水處理上的應(yīng)用，國(guó)際上比較通用的設(shè)計(jì)規(guī)范有以下幾種:

(1)美國(guó)2006年EPA(美國(guó)環(huán)保署)，UVDGM(Ultraviolet Disinfection Guidance Manual)，《紫外消毒指導(dǎo)手冊(cè)》;

(2)德國(guó)2006年德國(guó)氣和水工程協(xié)會(huì)DVGW(Deutsche Vereinigung des Gas-und Wasserfaches);

(3)奧地利2001年和2003年?NORM，分別用于低壓和中壓紫外系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

不同紫外消毒設(shè)計(jì)方法的比較如表1所示。目前，歐洲的趨勢(shì)是根據(jù)處理規(guī)模和市場(chǎng)需求選擇不同的設(shè)計(jì)方法。如對(duì)于小型系統(tǒng)(500 m3/h以下)傾向于采用歐洲的設(shè)計(jì)方法，如DVGW;而對(duì)于大中型系統(tǒng)(500 m3/h以上)傾向于采用美國(guó)環(huán)保署的設(shè)計(jì)方式。

表1 不同紫外消毒設(shè)計(jì)方法的比較Tab．1 Comparison of Different UV Disinfection Design Method

中國(guó)對(duì)于紫外系統(tǒng)在飲用水方面的設(shè)計(jì)研究也在不斷發(fā)展，但由于實(shí)際工程實(shí)例較少，目前還沒(méi)有系統(tǒng)的設(shè)計(jì)指導(dǎo)手冊(cè)。2005年出版的《城市給排水紫外線消毒設(shè)備》要求生活飲用水消毒的紫外線有效劑量不應(yīng)低于40 mJ/cm2。

(4)能力復(fù)習(xí)目標(biāo)：提高學(xué)生閱讀和寫作等語(yǔ)言和學(xué)習(xí)能力，同時(shí)加強(qiáng)聽(tīng)說(shuō)能力的鍛煉；培養(yǎng)學(xué)生的英語(yǔ)思維能力，拓展學(xué)生的知識(shí)面，開(kāi)闊學(xué)生的視野，注意培養(yǎng)學(xué)生的文化品格和思維品質(zhì)。

2．2 設(shè)計(jì)參數(shù)

2．2．1 概述

紫外系統(tǒng)的消毒效果好壞主要受紫外消毒劑量的影響。紫外消毒劑量(mJ/cm2)=紫外強(qiáng)度(mW/cm2)×水力停留時(shí)間(s)。

因此，在紫外系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)時(shí)，需考慮所有可能影響紫外消毒劑量的因素。通常設(shè)計(jì)參數(shù)如表2所示。

表2 紫外消毒設(shè)計(jì)參數(shù)Tab．2 Design Parameters of UV Disinfection

續(xù) 表

2．2．2 紫外劑量

紫外劑量是指單位面積上接收到的紫外線能量。其大小直接關(guān)系到消毒效果的好壞。確定合理的紫外劑量是紫外系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。

目前，對(duì)于紫外劑量也有不同的衡量方式。包括采用點(diǎn)光源累加法，通過(guò)計(jì)算得出的紫外計(jì)算劑量以及通過(guò)平行光束試驗(yàn)并經(jīng)校核的生物驗(yàn)證劑量。如前所述，德國(guó)、美國(guó)及中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)紫外設(shè)計(jì)劑量的規(guī)定都是指生物驗(yàn)證劑量。而生物驗(yàn)證劑量通常都是通過(guò)一系列試驗(yàn)得出的，但在國(guó)外都是需要出具獨(dú)立的第三方認(rèn)證才被認(rèn)可。

2．2．3 紫外透光率

254 nm下的紫外透光率通常用UVT254表示，指波長(zhǎng)254 nm的紫外線通過(guò)1 cm比色皿水樣下測(cè)定的透光率，紫外透光率可用分光光度計(jì)測(cè)量計(jì)算獲得。水樣的紫外透光率大小是直接影響紫外系統(tǒng)選型的重要參數(shù)。透光率越大，其實(shí)際照射到微生物的紫外光強(qiáng)度就越大，紫外劑量越高。UVT254的微弱變化，如±1%的偏差，都會(huì)對(duì)選型造成很大的影響。例如，某水廠紫外系統(tǒng)選型，采用3臺(tái)紫外發(fā)生器，在UVT254=90%時(shí)，3臺(tái)全部運(yùn)行才能達(dá)到設(shè)計(jì)劑量要求;若UVT254=93%，則僅需2臺(tái)紫外發(fā)生器即可達(dá)到同樣的劑量，實(shí)現(xiàn)2用1備的運(yùn)行。

3 設(shè)計(jì)中的常見(jiàn)問(wèn)題

3．1 紫外燈的選擇

目前用于飲用水消毒常用的紫外燈有兩類，分別是中壓燈管和低壓高強(qiáng)燈管。兩者的主要區(qū)別如表3所示。

表3 中壓紫外燈與低壓高強(qiáng)紫外燈的比較Tab．3 Comparison of Medium-Pressure UV Lamp and Low-Pressure High-Strength UV Lamp

續(xù) 表

由表3可見(jiàn)，由于中壓燈單根燈管的輸出功率大，因此燈管數(shù)相對(duì)較少，易于維護(hù)。但由于中壓燈燈管壽命相對(duì)較短，燈管的更換頻率會(huì)較高。同時(shí)，中壓燈的電光效率僅為低壓燈管的1/3～1/2，因此運(yùn)行時(shí)電費(fèi)的成本較高。因此在具體選擇時(shí)，應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)氐那闆r分析決定。

3．2 清洗方式的選擇

紫外燈在工程應(yīng)用時(shí)，是安裝在石英套管內(nèi)，并不直接與水接觸。而石英套管的紫外透光率也是影響紫外系統(tǒng)消毒效果的重要一環(huán)。因此需要定期對(duì)其進(jìn)行清洗，避免套管表面結(jié)垢造成套管透光率的下降。

不同類型的燈管對(duì)于清洗有不同的要求。

對(duì)于中壓燈管，由于其燈管表面溫度在600～900℃，非常容易結(jié)垢，必須高頻率清洗，否則UVT254下降很快。因此工程設(shè)計(jì)通常采用自動(dòng)清洗系統(tǒng)。

對(duì)于低壓燈管，表面溫度在100℃左右，在飲用水的應(yīng)用上，根據(jù)水質(zhì)情況，可以每個(gè)季度或半年清洗一次，通過(guò)UVT監(jiān)測(cè)儀表進(jìn)行判斷，可以手動(dòng)進(jìn)行清洗。

4 國(guó)內(nèi)部分應(yīng)用實(shí)例

4．1 上海臨江自來(lái)水廠

臨江水廠位于浦東新區(qū)的南部。水廠設(shè)計(jì)總規(guī)模60萬(wàn)t/d。紫外系統(tǒng)自2009年11月開(kāi)始投入運(yùn)行［4］。

水廠的主要工藝包括:預(yù)臭氧+常規(guī)工藝+臭氧活性炭+紫外線聯(lián)合氯胺消毒。共采用了4臺(tái)DN1200的管道式紫外消毒反應(yīng)器，3用1備。

主要技術(shù)參數(shù):

UVT254=96%;最低紫外劑量:40 mJ/cm2;燈管數(shù)量:共設(shè)5(7)組燈組，每組12根紫外線燈，共計(jì)60(84)根燈管。

4．2 天津開(kāi)發(fā)區(qū)凈水廠三期工程

天津開(kāi)發(fā)區(qū)凈水廠地處天津?yàn)I海新區(qū)。三期設(shè)計(jì)產(chǎn)生能力為15萬(wàn)t/d。紫外系統(tǒng)自2009年7月投入運(yùn)行。

水廠的主要工藝包括:預(yù)臭氧+機(jī)械混合+上向流炭吸附反應(yīng)脈沖沉淀池+V型濾池+紫外線聯(lián)合氯消毒工藝。共采用了4臺(tái)DN800的管道式紫外消毒反應(yīng)器，3用1備。

主要技術(shù)參數(shù):

UVT254=90%;最低紫外劑量:40 mJ/cm2;燈管數(shù)量:每臺(tái)發(fā)生器6根燈管。

［1］周偉良．紫外線在飲用水生產(chǎn)中的應(yīng)用［J］．凈水技術(shù)，2002，21(1):38-40．

［2］劉文君．給水處理消毒技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)展望［J］．給水排水，2004，30(1):2-5．

［3］郄燕秋，朱曉輝，呂東明，等．飲用水紫外線消毒——實(shí)施安全消毒的重要技術(shù)選擇［J］．給水排水，2008，34(6):9-13．

［4］陳艷麗，王如華，歐陽(yáng)劍，等．紫外線消毒在上海臨江水廠改擴(kuò)建工程中的應(yīng)用［J］．給水排水，2009，35(1):9-11．