摘 要：紫外线污水消毒技术在国外经过20多年的发展，已经成为成熟可靠、投资效益较高的绿色环保技术，在世界各地各类城市污水的消毒处理中得到日益广泛的应用，成为替代传统加氯消毒的主流工艺技术。在国内，自2005年为解决非典型性肺炎疫情期间的消毒问题，国家环境保护总局发布的紧急通知中将紫外线消毒作为除加氯和臭氧消毒外的另一种有效的消毒灭菌技术方法以来，紫外线消毒在也成为了国内主流的市政污水消毒技术。下面结合紫外线消毒在河南省某市污水处理厂的应用实例，介绍紫外线消毒在市政污水处理厂中的应用技术。
关键词： 紫外线 消毒 标准 清洗 应用 运行成本
一、紫外线消毒消毒技术概述
从1878年人们发现了自然界中太阳光中的紫外线具有杀菌消毒作用，直到在1901年和1906年先后发明了水银光弧这种人造紫外光源。后来在发现了石英材质灯管传递紫外光性良好后，法国马赛的一家自来水厂很快在1901年首次将紫外线消毒工艺使用在水的消毒上面。然而，真正引起水处理业内对紫外线消毒技术的浓厚兴趣则始于上世纪60年代中期，到了20世纪70年代至80年代初对紫外线消毒在城市水处理中的应用进行了大量的早期技术储备，这主要是由于当时人们已认识到被广泛使用的加氯消毒工艺中余氯的毒副作用，可导致对其受纳水体中大量鱼类等生物死亡，发现并确认了氯消毒等化学消毒方法会产生致癌、致畸、致基因突变的“三致”消毒副产物。这些促使人类寻求一种更安全的消毒方法——紫外线消毒法。到20世纪80时年代末，加拿大、美国首先应用，尤其是当科学家们证实了紫外线消毒技术是杀灭“两虫”最有效的手段后，紫外线消毒技术在90年代迅速发展并逐渐成熟。紫外线消毒技术成为安全可靠、经济高效、健康环保的水处理方式。
二、某市污水处理厂的紫外线消毒系统设计
河南省某市污水处理厂设计建设规模为5.0万吨/日，近期建设规模2.5万吨/日。考虑到厂区占地面积和自动化控制等因素，最终消毒系统采用了紫外线消毒技术。消毒系统土建设计一次建成，设备分期安装。通过竞标，最终采购了加拿大某品牌的紫外线消毒设备。在已知前期工艺处理可达到国家二级出水标准的前提下，根据最高流量为3.625万吨/日的处理规模，现场测定紫外线穿透率达到65%。依据3000PLuS的生物剂量实验的曲线(该曲线为TROJAN工程师依据多年的实验经验所得)，曲线的横坐标是每灯的水流量，纵坐标为某灭活率的紫外线剂量。这样紫外线消毒的产品就象水泵的工作曲线一样，选型简单可靠。以下是设计的基本参数表：
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设备选型 |
UV3000 PLUS TM |
备注 |
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灯管型号 |
低压高强紫外灯管 |
含石英套管 |
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灯管数量 |
40根 |
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运行成本 |
≤1分/吨 |
含电费和灯管更换费用 |
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灯管寿命 |
保证12000小时以上 |
可达18000小时以上 |
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清洗方式 |
在线机械加化学清洗 |
保证持续消毒 |
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总装机容量 |
12.7kVA |
平均运行功率6.1 kW |
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水渠结构 |
2条水渠，1个模块组 |
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每条水渠尺寸 |
长≥6000mm
宽=609.6mm
深= 1574.8mm |
总占地面积约：20m2 |
该厂考虑到二期扩建，预留一条渠道，除土建渠道外，无需其他附属构筑物。电子镇流器由于本身发热量小，安装在模块上方，采取对流传热的方式保护电子镇流器。用作市政污水的紫外灯管主要有三种，并按照单根灯管紫外能输出分为低压灯(30–50 W)、低压高强灯(100 W以上)和中压灯( 420 W以上)。由于中压灯光电转化效率为15%左右，低压灯输出功率较低，权衡考虑成本和维护等方面的因素，选择UV3000PLUS低压高强紫外线灯管。
三、紫外线消毒技术的清洗系统选型
该厂紫外线消毒设备设计采用全自动在线机械加化学清洗，使得设备维护简单方便。全自动机械加化学清洗方式是该加拿大紫外线消毒产品的专利技术，由于污水中不可避免的会有导致灯管在运行过程中表面结垢的有机物和Ca2+，Mg2+等。所以持续有效的清洗方式是保证紫外线消毒持续达标的保证，从下图中我们可以看到完全不清洗、在线纯机械清洗、在线自动机械加化学清洗方式对紫外线消毒灯管的影响——而这是决定消毒达标的关键因素。
(A) 清洗部分 (B) 无自动清洗 (C) 纯机械自动清洗 (D) 机械加化学自动清洗
机械加化学式自动清洗系统主要由液压系统中心和的清洗头组成。其工作原理是：安装在水中的紫外线强度监视仪将上述信息传递给系统控制中心，系统控制中心会发出清洗指令，开启液压中心的液压泵，通过液压驱动套管上清洗头，在机械刮擦套管表面的同时，清洗头内的清洗液释放到套管上，有效去掉难以通过刮擦有效去除的污垢。当污垢被逐渐清洗，水体中的紫外能量逐渐提高，紫外线强度监视仪将恢复后的紫外线强度反馈给系统控制中心，系统控制中心发出指令停止清洗，液压泵停止工作，清洗完毕。此清洗方式免除了将灯管拿出消毒统或渠道外人工清洗的需要，套管清洗时灯管在消毒系统中正常运行，使紫外系统运行操作更为简捷，大大减少人工维护操作需要及时间和强度。由于释放到处理水体中的清洗液含量小于10-7ml/L，这一数值在接受水体中被进一步稀释，因此不会造成二次污染。带有机械加化学自动清洗装置的紫外消毒系统已被广泛使用在排放标准很高的北美和欧洲的废水再生、中水回用处理应用中。
四、紫外线消毒剂量调节
另外在紫外线消毒中，由于污水处理厂现场水质波动变化，让灯管输出紫外线的剂量按照水质同步调节对节省电耗和减弱灯管的损耗从而增加灯管的使用寿命就显得格外重要。紫外线消毒设备实现这一关键过程的是依赖高效节能的电子镇流器。从下图中我们可以清楚了解到系统控制中心如何充分利用电子镇流器、流量计、紫外线光强探头、UVT(污水紫外穿透率)来采集和反馈信息从而让灯管始终按照最经济有效的方式运行，以达到环保节能。系统控制中心实时监控所有灯管和电子镇流器的运行情况，并对设备运行全过程记录保留，以及时处理报警信息等。
系统控制原理图如下：
有了上述保障，紫外线消毒灯管就能够依照水质同步调节以经济的达到消毒标准。同时，采取自动水位控制器，由于对水位足够敏感，水位控制器可以维持水位在1cm以内变化。由于水流从水位控制器底部流出，所以不存在底部水质的消毒死角。
四、结论
河南省某污水处理厂自2006从运行至今，紫外线消毒系统运行情况良好，出水水质及消毒指标达到了国家二级标准排放标准。紫外线消毒以其高效的杀菌广谱性和比传统液氯等消毒方式更经济的土建投资和运行成本，无二次污染等优势在国内已经有1000多万吨/日的污水处理规模。在我国，紫外线消毒已经得到了广泛的应用，甚至在自来水行业，紫外线消毒也渐渐占据部分市场(国外纽约正在建设一个830万吨/天的超大型紫外线消毒设备)，有理由相信紫外线消毒技术必将得到越来越广泛的应用。
作者简介：王太豪(1977-)，男，河南宝丰县人，工程师，主要从事市政环境工程设计。
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[8]城市给排水紫外线消毒设备国家标准 2006-01-01 中国国家标准化委员会
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紫外线消毒技术在河南省某市污水处理厂中的应
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