污水處理紫外線消毒工藝存在的問題及如何有效應(yīng)對(duì)

崔 來

（廈門水怡寶環(huán)?？萍加邢薰?， 福建 廈門 361026）

0 引言

在我國大力推進(jìn)現(xiàn)代化發(fā)展的過程中，平衡經(jīng)濟(jì)發(fā)展與生態(tài)保護(hù)是當(dāng)下發(fā)展的重要內(nèi)容，在此背景下需要關(guān)注污水廠工作情況，我國相關(guān)部門對(duì)污水廠微生物指標(biāo)排放標(biāo)準(zhǔn)提出了新的要求，因此國內(nèi)大部分污水廠為了讓污水處理工作達(dá)到微生物指標(biāo)排放標(biāo)準(zhǔn)，均已采用紫外線污水消毒工藝，以下將圍繞污水處理紫外線消毒工藝進(jìn)行論述。

1 紫外線消毒原理及影響

1.1 紫外線的原理

紫外線消毒為物理消毒方法，通過紫外線照射水體完成消毒工作，紫外線消毒屬于光化學(xué)過程，紫外線C 為紫外線波長中殺菌作業(yè)效果最為優(yōu)異的波長區(qū)域，另外殺菌消毒與紫外線的劑量有極大的聯(lián)系，紫外線劑量需要關(guān)注紫外線照射時(shí)間與紫外線C 強(qiáng)度兩個(gè)參數(shù)，紫外線劑量公式為1-1。

在公式中，D 為紫外線劑量，I 為紫外線強(qiáng)度，S 為照射時(shí)間。

紫外線殺毒從宏觀角度是通過紫外線照射水體，微觀層面是利用紫外線光子破壞水體中細(xì)菌、病毒、其它致病體的分子結(jié)構(gòu)，一旦水體中細(xì)菌、病毒、其它致病體分子結(jié)構(gòu)破損便會(huì)失去復(fù)制繁殖的能力，從而達(dá)到消毒的目的。

1.2 影響消毒因素

紫外線消毒利用紫外線照射水體，從而破壞水體內(nèi)部細(xì)菌等物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)，達(dá)到抑制細(xì)菌分裂繁殖的目的，應(yīng)用紫外線消毒技術(shù)可以在殺死病毒、細(xì)菌以及其他具有傳質(zhì)特性污染物質(zhì)同時(shí)，還不會(huì)產(chǎn)生副產(chǎn)物，在當(dāng)下已經(jīng)成為眾多污水處理廠頻繁使用的消毒工藝技術(shù)。但是應(yīng)用紫外線消毒技術(shù)必須了解影響消毒效果的因素，紫外線的照射劑量、處理水的特性、紫外線穿透率、紫外線發(fā)生系統(tǒng)以及其他影響因素會(huì)導(dǎo)致紫外線消毒技術(shù)應(yīng)用于不同項(xiàng)目后，工作效果存在較大的差異。表1 為紫外線消毒效果與SS 值、水流量的關(guān)系。

表2 紫外線消毒效果與SS 值、水流量的關(guān)系

紫外線照射劑量為單位面積接受紫外線能量的大小，紫外線照度與曝光時(shí)間有非常密切的聯(lián)系，保證紫外線劑量充裕是獲得良好消毒殺菌效果的重要保障，但是從研究結(jié)果中發(fā)現(xiàn)紫外線照射劑量并不是越大越好，在實(shí)際應(yīng)用期間還需要從成本方面考慮，將紫外線用量控制在合理范疇內(nèi)。

污水的特性參數(shù)也會(huì)在一定程度上影響到紫外線消毒效果，處理水內(nèi)污染物質(zhì)的顆粒物密度會(huì)影響紫外線消毒效果，因?yàn)閼腋☆w粒會(huì)在一定程度上吸收或分散紫外線的能量。另外，水體內(nèi)部的微生物如果藏匿在懸浮顆粒附近便可以躲避紫外線能量，避免其結(jié)構(gòu)被紫外線能量破壞，因此如果待處理的污水內(nèi)部懸浮顆粒含量較高，必須考慮到體內(nèi)部懸浮顆粒對(duì)其造成的影響，需要增大紫外線的照射劑量，從而才可以殺死水體中的病毒、細(xì)菌以及其他有害物質(zhì)[1]。

應(yīng)用紫外線完成污水殺菌處理期間，必須考慮污水中可能存在反射紫外線或吸收紫外線能量物質(zhì)的存在，為了保證紫外線其穿透率不會(huì)被此類物質(zhì)影響，在應(yīng)用紫外線技術(shù)同時(shí)，需要對(duì)待處理的污水進(jìn)行全面的檢測，了解到處理水體的色度、濁度，這些參數(shù)均會(huì)影響到紫外線的穿透率，在此基礎(chǔ)上還需要分析紫外線消毒系統(tǒng)處理污水的作用效果，應(yīng)該保障待處理的污水其色度在15NTU 以下，濁度在5NTU 以下。

影響紫外線殺菌滅菌作業(yè)效果的因素，與紫外線燈套管結(jié)垢、紫外線燈的老化程度有關(guān)這兩方面參數(shù)均會(huì)在一定程度上影響到紫外線的劑量，因此需要在應(yīng)用紫外線發(fā)生系統(tǒng)前，應(yīng)該檢查紫外線燈套管以及燈的老化程度，確保紫外線劑量不會(huì)受到紫外線燈套管結(jié)垢以及紫外線燈老化等因素的影響。

紫外線消毒技術(shù)在應(yīng)用期間會(huì)受到待處理污水上游處理工藝的影響，上游處理工藝會(huì)決定待處理污水的性質(zhì)，因此在當(dāng)下應(yīng)用紫外線處理技術(shù)過程中，必須考慮待處理水上游處理工藝，還需要關(guān)注紫外線消毒系統(tǒng)的水力學(xué)特性，根據(jù)掌握的參數(shù)，意識(shí)到紫外線消毒技術(shù)其消毒效率可能受到外界因素干擾的實(shí)際情況，因此當(dāng)下需要適當(dāng)?shù)脑黾幼贤饩€劑量，從而才可以保證消毒工作可以達(dá)到預(yù)期設(shè)想的效果。

2 設(shè)計(jì)應(yīng)注意的問題

2.1 參數(shù)設(shè)計(jì)困難

使用紫外線消毒技術(shù)處理污水時(shí)，必須考慮到污水中NH3-N、BOD、TSS對(duì)紫外線透光率形成的影響，同時(shí)掌握污水內(nèi)懸浮固體顆粒的粒徑大小，掌握此類參數(shù)后便可以在后期設(shè)計(jì)過程中，分析污水處理廠的工作數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)比對(duì)設(shè)計(jì)紫外線消毒系統(tǒng)，但是當(dāng)下由于可供設(shè)計(jì)人員參考的工作數(shù)據(jù)較少，同時(shí)我國不同的污水處理廠其運(yùn)營情況存在不同程度的差異，這些因素均會(huì)在一定程度上影響到紫外線消毒系統(tǒng)的運(yùn)行效果。

2.2 計(jì)量計(jì)算方法

污水處理廠使用紫外線消毒技術(shù)時(shí)，計(jì)算紫外線照射劑量常用紫外線生物檢定劑量法、平均紫外線劑量法、水動(dòng)力學(xué)模型法。平均紫外線劑量法在應(yīng)用期間，基于消毒器模型理論計(jì)算紫外線照射劑量，在實(shí)際應(yīng)用期間發(fā)現(xiàn)其計(jì)算得出的數(shù)值常高于消毒器實(shí)際劑量，因此在當(dāng)下必須進(jìn)一步擴(kuò)大計(jì)算參考數(shù)據(jù)，同時(shí)還應(yīng)該根據(jù)消毒器系統(tǒng)修改紫外線劑量，但是在實(shí)際工作中發(fā)現(xiàn)紫外線劑量控制難度較大不易操作。在使用紫外線消毒技術(shù)過程中，水動(dòng)力學(xué)模型又會(huì)受到消毒器構(gòu)造以及水利特征等因素的影響，同時(shí)在計(jì)算過程中需要參考的邊界條件較多，如果考慮的參數(shù)不足會(huì)對(duì)計(jì)算結(jié)果造成較大的影響，導(dǎo)致理論計(jì)算值與實(shí)際相差較大，所以在實(shí)際應(yīng)用期間水動(dòng)力學(xué)模型法應(yīng)用較少。生物鑒定法在當(dāng)前與平均紫外線劑量法、水動(dòng)力學(xué)模型法相比，其可操作性較強(qiáng)，在待處理污水經(jīng)過紫外線照射后，結(jié)合檢測標(biāo)準(zhǔn)確定微生物滅活作業(yè)需要的紫外線劑量，完成紫外線消菌殺毒工作。

2.3 消毒裝置選擇

在紫外線系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段，需要關(guān)注紫外線燈管，這是紫外線消毒器非常重要的構(gòu)成部件，在設(shè)計(jì)期間應(yīng)該了解紫外線燈管光電轉(zhuǎn)換效率、結(jié)垢系數(shù)、老化系數(shù)、能量輸出等方面的參數(shù)，但是由于當(dāng)下不同污水處理廠給出的紫外線燈管參數(shù)存在較大的出入，因此無法在設(shè)計(jì)過程中無法合理應(yīng)用污水處理廠給出的紫外線燈管作業(yè)參數(shù)，完成污水殺菌工作,在紫外線系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段，雖然收集了我國一部分污水處理廠其在紫外線系統(tǒng)應(yīng)用期間的工作參數(shù)，但是因?yàn)樽贤饩€燈管結(jié)垢系數(shù)、光電轉(zhuǎn)換效率、老化系數(shù)、能量輸出等參數(shù)差異過大，所以這些參數(shù)并不具備參考價(jià)值[2]。

2.4 流量調(diào)節(jié)問題

在市政污水處于過程中市政污水并不均衡，尤其是規(guī)模污水處理廠規(guī)模較小，在污水來水方面不均衡表現(xiàn)更為突出，在設(shè)計(jì)期間如果無法考慮到紫外線消菌殺毒工作相關(guān)影響參數(shù)，比如曝光時(shí)間、水力負(fù)荷等參數(shù)，便難以確定紫外線照射劑量，從而無法保證紫外線污水處理工作可以完成工作任務(wù)。

3 設(shè)計(jì)存在問題的應(yīng)對(duì)

3.1 重視參數(shù)選擇

污水處理廠設(shè)計(jì)紫外線消毒系統(tǒng)的過程中，需要根據(jù)紫外線消毒系統(tǒng)自身具備的適應(yīng)性特征，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際情況進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，以污水殺菌效果作為參數(shù)選擇的依據(jù)，選擇系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)，當(dāng)系統(tǒng)參數(shù)選擇完成后還應(yīng)該進(jìn)行試驗(yàn)，記錄多組試驗(yàn)數(shù)據(jù)，并分析紫外線系統(tǒng)是否具有良好的工作效果，系統(tǒng)參數(shù)還需要根據(jù)試驗(yàn)效果進(jìn)行適當(dāng)?shù)男薷模瑸榱颂嵘贤饩€系統(tǒng)參數(shù)選取的合理性，設(shè)計(jì)人員需要在系統(tǒng)設(shè)計(jì)期間考慮全面，在此基礎(chǔ)上可以提升系統(tǒng)參數(shù)選擇的精度。

3.2 單元操作設(shè)置

紫外線消毒器適用于水質(zhì)水量穩(wěn)定、色度與濁度較低、出水TSS 含量少的污水處理工藝中，在系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)階段還應(yīng)該考慮到上游水處理單元的操作情況，上游系統(tǒng)水力停留時(shí)間長、水處理規(guī)模大、耐負(fù)荷沖擊優(yōu)異將會(huì)提升紫外線污水消毒作業(yè)效果，因此應(yīng)該參考多方面因素完成二級(jí)生化處理工藝，在紫外線消毒器設(shè)計(jì)過程中還需要考慮污水內(nèi)微生物光復(fù)活的情況，綜合多方面因素完成單元操作設(shè)計(jì)[3]。

3.3 燈管模塊選擇

低壓燈、中壓燈、低壓高強(qiáng)燈飾紫外線燈管的三種類型，選擇燈管需要考慮污水處理效果，還應(yīng)該了解工程經(jīng)濟(jì)情況，在保證紫外線燈管具備長壽、高效的前提下選擇燈管，還需要盡可能選擇可以機(jī)械化清洗的模塊，從而可以在一定程度上提升紫外線污水殺毒效率。

3.4 照射劑量計(jì)算

當(dāng)下紫外線照射劑量計(jì)算工作需要考慮到第三方認(rèn)證結(jié)構(gòu)不健全的實(shí)際狀況，應(yīng)該將關(guān)注點(diǎn)放在供貨商方面，在計(jì)算紫外線照射劑量階段，需要掌握方案的相關(guān)技術(shù)指標(biāo)，同時(shí)還應(yīng)該確定紫外線消毒器在高峰階段水質(zhì)水量的消毒要求，同時(shí)需要對(duì)設(shè)備供貨商提出的方案進(jìn)行細(xì)致校對(duì)，并在有利條件下選擇紫外線生物檢定劑量法確定紫外線消毒器的照射劑量。

4 污水處理紫外線消毒工藝未來發(fā)展需要關(guān)注的事項(xiàng)

目前，雖然我國紫外線消毒設(shè)備制造廠商數(shù)量激增，通過市場調(diào)查發(fā)現(xiàn)市面上的紫外線消毒設(shè)備其質(zhì)量良莠不齊，制造廠商其資質(zhì)是否獲得相關(guān)部門的驗(yàn)證，已達(dá)到設(shè)計(jì)生產(chǎn)紫外線消毒設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)仍無法確定，同時(shí)制造商企業(yè)內(nèi)部設(shè)備設(shè)計(jì)人員以及管理層在紫外線消毒設(shè)備方面存在認(rèn)知缺失的情況，紫外線設(shè)備廠商其設(shè)計(jì)人員對(duì)于設(shè)備所需的技術(shù)門檻認(rèn)知不足，認(rèn)為只要選擇質(zhì)量達(dá)標(biāo)的紫外線燈管并做好外形設(shè)計(jì)，便能夠滿足正常需要，導(dǎo)致設(shè)備最終的性能并不理想。我國大部分紫外線消毒設(shè)備廠商其技術(shù)人才稀缺，設(shè)計(jì)人員并沒有較高的專業(yè)能力，從整體考量并不具備紫外線消毒設(shè)備的研發(fā)能力，對(duì)于此類制造商其不僅研發(fā)能力缺失，在設(shè)計(jì)能力以及理論計(jì)算方面水平低下，通過外購元器件拼裝的方式，通過控制設(shè)備研發(fā)設(shè)計(jì)方面的投入經(jīng)費(fèi)，并以低價(jià)參與市場競爭，對(duì)此類問題應(yīng)該做好防范。

當(dāng)時(shí)為了有效地解決紫外線消毒設(shè)備質(zhì)量低下的問題，需要考慮到生產(chǎn)紫外線消毒設(shè)備工藝不達(dá)標(biāo)的實(shí)際情況，在招標(biāo)環(huán)節(jié)做好設(shè)備廠商的監(jiān)管，查看廠商相關(guān)資質(zhì)，同時(shí)規(guī)范行業(yè)規(guī)則，建立權(quán)威的第三方認(rèn)定機(jī)構(gòu)，核查紫外線消毒設(shè)備的結(jié)垢系數(shù)、平均劑量、燈管壽命等參數(shù)，確保市面販?zhǔn)鄣南驹O(shè)備其性能達(dá)到使用要求。

5 結(jié)語

目前，雖然我國應(yīng)用紫外線污水消毒工藝的時(shí)間尚短，但是其在國外已經(jīng)經(jīng)過二十多年的發(fā)展，紫外線污水消毒工藝結(jié)構(gòu)臻于完善，我國污水處理廠可以學(xué)習(xí)外國相關(guān)企業(yè)應(yīng)用紫外線污水消毒技術(shù)的案例，結(jié)合自身發(fā)展情況以及工作任務(wù)，完成城市污水處理工作，由于紫外線污水消毒技術(shù)屬于可靠、成熟、投資回報(bào)大的綠色環(huán)保技術(shù)，所以被大部分污水處理廠應(yīng)用于污水處理領(lǐng)域中，同時(shí)成功取代了加氯消毒在污水處理工藝中的核心地位，成為當(dāng)下污水處理廠開展污水處理工作的主流手段。