污水處理廠紫外線消毒技術的應用

摘要

紫外線污水消毒技術在國外特別是歐洲和北美地區經過近30多年的發展已經成為成熟、可靠、投資效益高的綠色環保技術，在世界各地各類城市污水的消毒處理中得到日益廣泛的應用，成為污水處理領域中取代傳統加氯消毒的主流技術和工藝。在國內污水處理廠尾水消毒中也得到了廣泛的應用，為了進一步的引導引導紫外線消毒技術的規范應用，國家標準化委員會在2005年專門頒布了《城市給排水紫外線消毒設備》（GB/T19837-2005）國家標準，規范了紫外線消毒技術的運用，本文結合筆者的一些實際經驗和研究，對紫外線消毒技術在污水處理廠中尾水消毒工藝中的應用做闡述說明。

關鍵詞 紫外線  消毒  標準   

1、城市污水消毒的必要性

為了保護人類的健康、生命以及水環境和水資源，世界許多國家和地區（北美、歐盟、日本、韓國、中國臺灣等）都要求對城市污水在排放前進行消毒處理。污水消毒也是保護飲用水源的*道防線。2002年11月，我國和許多國家及地區爆發了非典型性肺炎，這一疫情的元兇冠狀病毒廣泛的傳播和性頑強存活能力使人們意識到消毒的重要性，尤其是對接納病人排泄物的污水處理廠的尾水消毒成為防止疫情擴散的重要防線。我國國家環境保護總局和國家質量監督檢驗檢疫總局于2002年12月24日頒布的《城鎮污水處理廠污染物排放標準》GB18918-2002中將微生物指標列為基本控制指標，要求城市污水必須進行消毒處理，從而使污水處理的病理指標與接軌。

許多國家和地區在對城市污水要求消毒的同時,也制定了相應的消毒指標，相應的排放標準（部分國家和地區尾水消毒指標見表1），我國的《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB18918-2002）將糞大腸菌列為基本污染物控制指標。該標準規定執行二級標準和一級B類標準的污水處理廠排放要求是糞大腸菌群不超過10000個/L，執行一級A類標準的污水處理廠排放要求為不超過1000個/L。

表1   部分國家和地區尾水消毒指標

2、城市污水處理廠尾水不同消毒方法的比較

給排水消毒方法可分為兩大類，即化學消毒方法，如：加氯消毒和臭氧消毒；和物理消毒方法，如：紫外線消毒。目前，國內污水處理廠尾水消毒主要有四種消毒方法，分別是氯氣、二氧化氯、臭氧、紫外線，他們各有優缺點，各自有著不同的應用領域。整理見表2

表2不同消毒工藝的比較

3 紫外線污水消毒技術的研究

3．1紫外線消毒的原理

紫外線一般被分為三個不同波段：紫外C（200～280 nm）、紫外B（280～315 nm）和紫外A（315～400 nm），其中紫外C（UVC）的殺菌效果。

紫外線殺菌與化學消毒劑殺菌不同，它不是通過得失電子的氧化還原反應進行，而是通過由紫外光子輻射導致的光化學反應來進行。紫外燈在260nm附近殺菌效率zui高，目前的紫外燈的zui大紫外輸出功率在波長為253.7nm處，該波長在世界*紫外燈中已占紫外能量的90%、總能量的30%以上，由于高強度、率的紫外C的存在，紫外技術克服了以往殺菌效率低、消毒水量小、成本高的缺點，已在水消毒領域具有相當的競爭力。

紫外線消毒是一種物理消毒方法，紫外線消毒并不是殺死微生物，而是去掉其繁殖能力進行滅活。紫外線消毒的原理主要是用紫外光摧毀微生物的遺傳物質—核酸（DNA或RNA），使其不能分裂復制。除此之外，紫外線還可引起微生物其他結構的破壞。微生物在人體內不能復制繁殖，就會自然死亡或被人體免疫功能消滅，從而不會對人體造成危害。

紫外線是波長在200–400nm 的電磁波，它又分為4個波段，其中具有殺菌消毒功能的紫外波段為200–300nm，即紫外C和紫外B中的部分。通常人們較關注微生物對紫外線的吸收頻譜，認為253.7nm是紫外消毒的*波段并把紫外消毒技術稱為紫外C消毒，確切來說是不全面的，因為忽視了微生物對紫外線的反應頻譜。

3．2微生物受到紫外照射后的修復

如果微生物沒有接受到足夠的紫外照射劑量，有些微生物可以修復其受到的損傷。大量的研究表明：病毒本身沒有修復能力，有些細菌具有修復能力，但受到的紫外照射劑量越高，其修復能力越低，只要劑量設計適當，可*去除或有效地抑制這些微生物的修復能力。

微生物的修復可分為光修復和黑暗修復，光修復需要可見光的存在，而且微生物在受到紫外線照射后到見到可見光之間的間隔時間越長，微生物見到可見光后光修復的能力越低，如果時間間隔超過2小時以上，一些微生物會*喪失光修復能力，污水廠在設計時可利用這一特點通過增加消毒后污水不見光的時間來進一步抑制微生物的修復。

研究證明只要設計合理，微生物的修復在實際污水處理和回用水處理系統中并不重要，另外污水本身的特性也被認為不利于微生物受傷后的修復。有些研究還顯示中壓紫外燈發射的某些紫外波長可能可以抑制或破壞微生物的修復能力。世界上使用紫外消毒工藝的3000多家污水處理廠的實際運行表明微生物的修復并不是實際問題，現在這一問題在國外已不再是紫外污水消毒處理應用中人們擔心的問題。
3. 3消毒系統的關鍵技術

除了水質參數外，紫外消毒系統自身也有很多因素會影響或決定其消毒性能，系統本身的影響因素主要如下：

1）消毒器的結構設計和劑量計算

消毒器的結構設計是紫外消毒系統設計的關鍵、即如何通過消毒器的流體動力學設計以及燈管的優化布局等來提高消毒器利用紫外燈管發射出的殺菌紫外能量的效率，從而使其更接近于理想消毒器；同時盡可能減少水頭損失。通常用消毒器效率來判斷一個紫外消毒系統的優劣.

2）紫外燈管性能

紫外燈管是紫外消毒系統的重要組件。其性能不僅僅是新燈管的殺菌紫外能的能量輸出、光電轉換效率還包括燈管的老化特性。新燈管的紫外輸出（單位：W）指的是一根新燈管在經過100小時運行磨合期時的紫外能輸出功率。燈管在使用過程中會逐漸老化，紫外能輸出會隨時間而衰減。燈管老化系數定義為燈管在壽命周期終點時的紫外輸出與新燈管紫外能輸出之比。

在劑量計算時必須計入燈管老化系數，而不能單考慮廠家對紫外燈管的保證壽命，目前市場上大多數紫外燈管的老化系數在50%左右，個別廠家燈管的老化系數可達80%左右。NWRI紫外系統協議規定紫外消毒系統燈管老化系數為0.5。

3）燈管表面結垢

城市污水中的復雜成分會使燈管的石英表面結垢，影響系統的消毒性能。為了保證系統消毒性能不受結垢的影響，必須在系統劑量計算中計入燈管的結垢系數。結垢系數一般與燈管的清洗方式有關。NWRI紫外系統協議規定紫外消毒系統與清洗方式相關的結垢系數為0.8。

4 紫外線污水消毒技術的經濟性研究

2003年~2008年間，國內陸續有近300家污水廠采用紫外線作為污水廠尾水消毒工藝，如深圳市濱河污水處理廠（35.0萬m3/d）、重慶北碚城市污水處理廠（5萬m3/d）、成都*污水處理廠（30萬m3/d）,廣東潮州*污水廠（10萬m3/d），上海白龍港污水處理廠（160萬m3/d）等等近300家污水廠的紫外線消毒設備正在運行，本文結合這些污水廠尾水消毒工程實例就紫外線消毒技術和液氯消毒應用的技術經濟分析如下：

5 結束語

紫外消毒技術為物理消毒方式，具廣譜性殺菌能力，無二次污染。經過20多年的發展已經成為比較成熟可靠的環保型消毒技術，在國內污水廠得到廣泛的運用。，隨著《城市給排水紫外線消毒設備》（GB/T19837-2005）國家標準的出臺，紫外線消毒技術必將得到廣泛的推廣，紫外線消毒是通過紫外線的能量去掉微生物的繁殖能力而進行滅活，因此，在設計一套紫外線消毒裝置時，必須了解污水成分、穿透率、TSS濃度，掌握關鍵技術，確定合理的紫外劑量和光照時間，減少投資，節約運行成本，取得良好的消毒效果。同時研究大型紫外線消毒設備及工程系統并應用于中水回用、污水排放以及自來水等領域，將對提高我國的用水安全性具有重大意義。

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