中壓紫外殺菌技術(shù)在電廠鍋爐補(bǔ)水系統(tǒng)中的應(yīng)用研究

張強(qiáng)，冀東，張黎光

（華潤(rùn)電力（滄州運(yùn)東）有限公司，河北 滄州 061723）

華潤(rùn)電力滄州運(yùn)東2×350MW熱電聯(lián)產(chǎn)工程于2015年12月獲得正式核準(zhǔn)。項(xiàng)目建成后，預(yù)計(jì)年發(fā)電量40億度，居民供熱面積1500萬(wàn)m2。生產(chǎn)用水主要水源為滄州運(yùn)東污水處理廠處理后的再生水，備用水源為運(yùn)西污水處理廠處理后的再生水。該系統(tǒng)采用UF+NF+RO+EDI的組合工藝，為滿(mǎn)足系統(tǒng)殺菌控制要求，公司投資安裝了一套中壓紫外殺菌裝置。傳統(tǒng)鍋爐補(bǔ)水系統(tǒng)的殺菌方式主要采用化學(xué)殺菌劑，雖有較好的殺菌效果，但持續(xù)使用，細(xì)菌會(huì)產(chǎn)生耐藥性，并存在化學(xué)殘余物質(zhì)，影響反滲透裝置正常運(yùn)行。而且氧化性殺菌劑的使用，需要投加大量還原劑來(lái)保證反滲透膜不會(huì)被氧化。在很多系統(tǒng)運(yùn)行案例中，都會(huì)出現(xiàn)還原劑投加不足導(dǎo)致反滲透膜被氧化的現(xiàn)象，造成嚴(yán)重后果。中壓紫外殺菌技術(shù)是一種物理方法，不需要向水中增加任何物質(zhì)，不產(chǎn)生化學(xué)殘余物，同時(shí)，可以減少殺菌劑和還原劑用量，而且其殺菌更為高效，經(jīng)濟(jì)效益更加明顯，殺菌效果更顯著，這是它相對(duì)傳統(tǒng)氯化消毒的優(yōu)勢(shì)所在。

1 殺菌原理及工藝流程

1.1 中、低壓紫外殺菌技術(shù)原理

中壓紫外殺菌技術(shù)原理是在現(xiàn)代防疫學(xué)和光動(dòng)力學(xué)的基礎(chǔ)上，利用專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)具有高強(qiáng)度、長(zhǎng)壽命的UVC波段過(guò)流式中壓紫外殺菌裝置處理流水，254nm的紫外光具有非常高的殺菌效率，能破壞水體中細(xì)菌對(duì)代謝/遺傳、變異等現(xiàn)象起決定性作用的核酸—脫氧核糖核酸（DNA）或核糖核酸（RNA），阻止細(xì)菌和微生物合成蛋白質(zhì)，抑制細(xì)胞分裂，達(dá)到殺菌目的。低壓紫外線只能滿(mǎn)足一般處理量的水處理要求，適用于頻繁的開(kāi)啟和關(guān)閉操作要求的系統(tǒng)、小流量的給水消毒等，中壓紫外殺菌可以發(fā)射出波長(zhǎng)范圍更廣的多波長(zhǎng)紫外線，更加有效破壞微生物有機(jī)體或防止有機(jī)體復(fù)制，適合大流量的給水殺菌，無(wú)二次污染，因此本次采用中壓紫外殺菌。

圖1 UV與可見(jiàn)光光譜

紫外殺菌效果是由細(xì)菌接受的照射劑量決定的，同時(shí)，也受到紫外線的輸出能量，與燈的類(lèi)型、光強(qiáng)和使用時(shí)間有關(guān)。中壓紫外燈管管內(nèi)氣壓為10～103kPa，其紫外燈管發(fā)出的是波長(zhǎng)為200～300nm多普連續(xù)紫外光。

照射劑量（J/m2）=照射時(shí)間（s）×UVC強(qiáng)度（W/m2）

由上述公式可知：照射劑量與照射時(shí)間和UVC強(qiáng)度有關(guān)，照射劑量越大，消毒效率越高。因此，為提高消毒效率，可通過(guò)延長(zhǎng)照射時(shí)間和提UVC強(qiáng)度實(shí)現(xiàn)。而影響細(xì)菌接收足夠紫外光照射劑量的主要因素是水體254nm處波長(zhǎng)紫外透光率，當(dāng)UVC輸出強(qiáng)度和照射時(shí)間一定時(shí)，透光率的變化將導(dǎo)致細(xì)菌實(shí)際接收劑量的變化。

1.2 鍋爐補(bǔ)給水處理系統(tǒng)紫外殺菌工藝流程

本工程生產(chǎn)水源為滄州市城市再生水，再生水經(jīng)石灰軟化處理后作為循環(huán)冷卻水補(bǔ)充水，循環(huán)冷卻水（循環(huán)冷卻水設(shè)計(jì)濃縮倍率為7～8）用雙堿法處理后用作鍋爐補(bǔ)給水水源。水質(zhì)見(jiàn)表1。原水懸浮物、濁度指標(biāo)較高，水質(zhì)成分較為復(fù)雜，經(jīng)過(guò)測(cè)試后水體透光率為75%，同時(shí)，水體細(xì)菌含量不符合鍋爐補(bǔ)水處理系統(tǒng)進(jìn)水細(xì)菌指標(biāo)要求。

表1 2017年9月運(yùn)東污水處理廠水質(zhì)分析表

根據(jù)水質(zhì)狀況和水體透光率分析結(jié)果，選用型號(hào)為RZB300-11中壓紫外殺菌設(shè)備，該中壓紫外殺菌設(shè)備運(yùn)行時(shí)紫外線有效劑量不低于40mJ/cm2，能起到良好的殺菌效果。工藝流程見(jiàn)圖2。

圖2 鍋爐補(bǔ)給水中壓紫外殺菌工藝流程

2 中壓紫外殺菌技術(shù)優(yōu)勢(shì)

本工程采用中壓紫外殺菌技術(shù)主要是由于該技術(shù)具有以下五種優(yōu)勢(shì)：（1）與常規(guī)的紫外線殺菌器所用的燈管相比，中壓紫外燈管輸出的波長(zhǎng)范圍更寬，能通過(guò)光的氧化作用有效促進(jìn)有機(jī)物的分解，來(lái)達(dá)到消毒殺菌的目的。（2）中壓紫外線在水中的穿透率可以高達(dá)97%以上，而常規(guī)的單一波長(zhǎng)紫外線穿透率只有75%，穿透率越高，對(duì)水的覆蓋就越廣，殺菌效果也就越好。（3）中壓紫外線殺菌器體積小，殺菌率可達(dá)99.9%以上，并且不會(huì)產(chǎn)生二次污染。（4）中壓紫外殺菌裝置有效紫外劑量高于低壓紫外殺菌裝置，殺菌效果更好。（5）中壓紫外燈管比低壓紫外燈管壽命更長(zhǎng)，且性能更加穩(wěn)定。

3 運(yùn)行效果及成本分析

3.1 殺菌效果

在系統(tǒng)處理量為150m3/h，水體透光率為73.3%的情況下，RZB300-11型中壓紫外殺菌設(shè)備有效紫外劑量仍達(dá)到44mJ/mc2，滿(mǎn)足指標(biāo)要求。于2020年4月13日對(duì)中壓紫外殺菌裝置出水取樣測(cè)試，效果見(jiàn)表2。

表2 中壓紫外殺菌裝置對(duì)指標(biāo)細(xì)菌的殺滅效果

從表中數(shù)據(jù)看到，細(xì)菌總數(shù)在中壓紫外殺菌裝置出口后已經(jīng)無(wú)法檢測(cè)出具體數(shù)值，細(xì)菌去除率達(dá)到99.9%，效果非常理想。而進(jìn)水軍團(tuán)菌數(shù)量已經(jīng)幾乎為零，故無(wú)法檢測(cè)。第三方檢測(cè)報(bào)告見(jiàn)表3。中壓紫外殺菌技術(shù)的殺菌效果與所應(yīng)用水質(zhì)密切相關(guān)，本文所應(yīng)用對(duì)象為中水，水質(zhì)成分復(fù)雜，且水體透光率低。若對(duì)象水質(zhì)透光率越高，則殺菌效果越好。

表3 中壓紫外殺菌裝置出水口水質(zhì)檢測(cè)報(bào)告

3.2 運(yùn)行效果

2019年7 月中，壓紫外殺菌裝置安裝投產(chǎn)后，評(píng)估工作隨后開(kāi)展，主要是對(duì)殺菌裝置安裝后連續(xù)6個(gè)月的鍋爐補(bǔ)水水處理系統(tǒng)反滲透裝置和超濾裝置運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

（1）超濾裝置產(chǎn)水濁度數(shù)據(jù)分析，數(shù)據(jù)見(jiàn)表4。

表4 超濾裝置產(chǎn)水濁度月平均數(shù)據(jù)記錄

從表4超濾裝置產(chǎn)水濁度月平均數(shù)據(jù)記錄可以看出，連續(xù)6個(gè)月內(nèi)，超濾裝置產(chǎn)水濁度低于0.05NTU，符合反滲透裝置進(jìn)水濁度要求。反滲透保安過(guò)濾器及反滲透濾芯出現(xiàn)污泥顆粒堵塞的情況較少。

（2）一級(jí)反滲透保安過(guò)濾器壓差數(shù)據(jù)分析，數(shù)據(jù)見(jiàn)表5。

表5 一級(jí)反滲透保安過(guò)濾器壓差月平均數(shù)據(jù)記錄

從表5一級(jí)反滲透保安過(guò)濾器壓差月平均數(shù)據(jù)記錄可以看出，保安過(guò)濾器連續(xù)6個(gè)月內(nèi)運(yùn)行壓差沒(méi)有異常變化。而影響保安過(guò)濾器運(yùn)行壓差異常變化的主要因素是污泥顆粒堵塞和微生物污染，可見(jiàn)水體內(nèi)細(xì)菌和懸浮物兩項(xiàng)指標(biāo)含量均符合過(guò)濾器進(jìn)水水質(zhì)要求。由此證明中壓紫外殺菌設(shè)備殺菌效果良好，符合要求。

（3）一級(jí)反滲透產(chǎn)水率數(shù)據(jù)分析，數(shù)據(jù)見(jiàn)表6。

表6 一級(jí)反滲透產(chǎn)水率月平均數(shù)據(jù)記錄

從表6一級(jí)反滲透產(chǎn)水率月平均數(shù)據(jù)記錄可以看出，反滲透裝置連續(xù)6個(gè)月內(nèi)產(chǎn)水率均在75%以上，且均未出現(xiàn)微生物污染現(xiàn)象。因此可以證明中壓紫外殺菌設(shè)備殺菌效果良好。

3.3 直接運(yùn)行成本分析

（1）年耗電費(fèi)用。中壓紫外殺菌裝置主要耗電元件為燈管：2支×4.2kW·h/支×24h×365天×0.5元=3.68萬(wàn)元。

（2）中壓紫外燈管耗材費(fèi)用。中壓紫外燈管每一年半需要更換一次，燈管單價(jià)為2萬(wàn)元，則年燈管耗材費(fèi)用為：2萬(wàn)元×2支×2/3=2.67萬(wàn)元。

（3）直接運(yùn)行成本。以每小時(shí)處理量200m3計(jì)算：

根據(jù)以上計(jì)算得出，噸水直接運(yùn)行成本為0.036元，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于化學(xué)藥劑殺菌費(fèi)用。

4 結(jié)語(yǔ)

（1）在電廠鍋爐補(bǔ)給水水處理系統(tǒng)中采用中壓紫外殺菌技術(shù)，對(duì)細(xì)菌總數(shù)有很好的殺滅效果，殺菌率高達(dá)99%以上。（2）中水采用中壓紫外殺菌技術(shù)殺菌處理后，水質(zhì)可達(dá)到鍋爐補(bǔ)給水水處理系統(tǒng)進(jìn)水細(xì)菌指標(biāo)要求。（3）中壓紫外殺菌技術(shù)不需要向水體內(nèi)添加任何物質(zhì)，因此，水體內(nèi)無(wú)任何化學(xué)殘余物質(zhì)。（4）中壓紫外殺菌裝置在本文工程條件下應(yīng)用，處理費(fèi)用為0.036元/m3，遠(yuǎn)低于化學(xué)藥劑滅菌費(fèi)用，因此具有較好的經(jīng)濟(jì)實(shí)用性。