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)在我國市政污水的應(yīng)用已經(jīng)大規(guī)模展開，設(shè)計人員對污水處理中采用的紫外系統(tǒng)的設(shè)計選型了解得比較深入，積累了很多寶貴的經(jīng)驗［1，2］。然而，紫外系統(tǒng)在給水廠的應(yīng)用在國內(nèi)才剛剛起步，截止目前，國內(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(賈第鞭毛蟲和隱孢子蟲)列入水處理消毒目標(biāo)微生物，而常規(guī)的化學(xué)消毒對其滅活效果十分有限，在這一點上，紫外技術(shù)的優(yōu)勢越來越明顯。隨著紫外消毒系統(tǒng)技術(shù)逐步成熟，更多的水廠在未來會逐步引用紫外技術(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波長的紫外光對水中微生物中的遺傳物質(zhì)DNA，RNA的結(jié)構(gòu)破壞，導(dǎo)致微生物無法繁殖，從而喪失致病能力，實現(xiàn)對飲用水的消毒目的［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，而且對原生動物(兩蟲)也有很好的消毒效果，同時不會產(chǎn)生消毒副產(chǎn)物。

2 設(shè)計依據(jù)

2．1 設(shè)計規(guī)范

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

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

(2)德國2006年德國氣和水工程協(xié)會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。

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

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

中國對于紫外系統(tǒng)在飲用水方面的設(shè)計研究也在不斷發(fā)展，但由于實際工程實例較少，目前還沒有系統(tǒng)的設(shè)計指導(dǎo)手冊。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)生閱讀和寫作等語言和學(xué)習(xí)能力，同時加強聽說能力的鍛煉；培養(yǎng)學(xué)生的英語思維能力，拓展學(xué)生的知識面，開闊學(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)=紫外強度(mW/cm2)×水力停留時間(s)。

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

表2 紫外消毒設(shè)計參數(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)計的關(guān)鍵。

目前，對于紫外劑量也有不同的衡量方式。包括采用點光源累加法，通過計算得出的紫外計算劑量以及通過平行光束試驗并經(jīng)校核的生物驗證劑量。如前所述，德國、美國及中國標(biāo)準(zhǔn)對紫外設(shè)計劑量的規(guī)定都是指生物驗證劑量。而生物驗證劑量通常都是通過一系列試驗得出的，但在國外都是需要出具獨立的第三方認(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254 nm的紫外線通過1 cm比色皿水樣下測定的透光率，紫外透光率可用分光光度計測量計算獲得。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，其實際照射到微生物的紫外光強度就越大，紫外劑量越高。UVT254的微弱變化，如±1%的偏差，都會對選型造成很大的影響。例如，某水廠紫外系統(tǒng)選型，采用3臺紫外發(fā)生器，在UVT254=90%時，3臺全部運行才能達(dá)到設(shè)計劑量要求;若UVT254=93%，則僅需2臺紫外發(fā)生器即可達(dá)到同樣的劑量，實現(xiàn)2用1備的運行。

3 設(shè)計中的常見問題

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，由于中壓燈單根燈管的輸出功率大，因此燈管數(shù)相對較少，易于維護(hù)。但由于中壓燈燈管壽命相對較短，燈管的更換頻率會較高。同時，中壓燈的電光效率僅為低壓燈管的1/3～1/2，因此運行時電費的成本較高。因此在具體選擇時，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，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。

不同類型的燈管對于清洗有不同的要求。

對于中壓燈管，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)計通常采用自動清洗系統(tǒng)。

對于低壓燈管，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，可以每個季度或半年清洗一次，通過UVT監(jiān)測儀表進(jìn)行判斷，可以手動進(jìn)行清洗。

4 國內(nèi)部分應(yīng)用實例

4．1 上海臨江自來水廠

臨江水廠位于浦東新區(qū)的南部。水廠設(shè)計總規(guī)模60萬t/d。紫外系統(tǒng)自2009年11月開始投入運行［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60(84)根燈管。

4．2 天津開發(fā)區(qū)凈水廠三期工程

天津開發(fā)區(qū)凈水廠地處天津濱海新區(qū)。三期設(shè)計產(chǎn)生能力為15萬t/d。紫外系統(tǒng)自2009年7月投入運行。

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．