zui近幾年紫外線消毒器的應用的越來越廣，從飲用水紫外線消毒器到污水紫外線消毒器都有用到。紫外線消毒器廠家石家莊凌卓環保設備有限公司希望通過以下發達國家紫外線消毒器的使用情況和其規劃分析、設計使用情況來幫助我們做紫外線殺菌消毒的同行，以次達到借鑒和參考的作用。

紫外線消毒器的歷史

    紫外線消毒器殺菌消毒的歷史要早于氯殺菌消毒，但是因為紫外線燈管的技術落后，燈管的有效使用時間短，輻照量小，使用成本高等原因而沒有得到市場的認可，但是其殺菌消毒的效果和殺菌消毒后沒有二次污染的優點使人們一直記在心里。隨著技術的發展，紫外殺菌燈管的有效使用壽命已經能夠達到12000小時以上，輻照強度也達到了所需要的要求，zui主要的是殺菌消毒的成本變的比氯殺菌消毒的成本還要低，這又使人們重新審視紫外線消毒器和氯消毒的優缺點了。

    通過分析以前的歷史然后借鑒，經過紫外線消毒器廠家石家莊凌卓環保設備有限公司的實際案例和研究分析，從而得到更適合中國的紫外線消毒器和了解紫外線消毒器未來的發展方向。

1、紫外線消毒器系統的規劃分析

在美國，由于“第二階段長期強化地表水處理法規"在2012年以前將全面生效，很多市政給水廠都正在升級改造，紫外線消毒技術作為控制“兩蟲"有效的方法，成為主流的消毒工藝。對于不同的水廠，由于原水水質和處理工藝的不同，紫外線消毒系統的設置也不盡相同，需要進行相應的紫外消毒系統規劃分析，確定消毒目標和所需劑量，為后續的設計參數擬定提供依據。 

首先，要對水源水中的病原體進行監測和分析，然后根據原水中的濃度和前處理單元的處理情況來確定消毒目標。美國EPA對帶有過濾單元時不同原水隱孢子蟲濃度提出了相應的去除率要求(見表1)。另外，由于有些地區的水源保護得很好，一些水廠沒有設計過濾單元，對此種情況美國EPA也給出了消滅“兩蟲"所需的紫外線劑量(見表2)。

表1美國EPA要求的原水中隱孢子蟲濃度相對應的去除率(有過濾系統) 

 表2滅活“兩蟲"所需的紫外線劑量 

在確定了消毒目標及所需劑量后，還需要考慮如何將紫外線消毒系統綜合到整個水廠的處理系統中。由于紫外線消毒不具有持續抑制病原體的能力，在使用紫外線的同時需要投加對病原體有持續抑制能力的消毒劑(如氯或氯胺)以保證管網的生物穩定性，因此設置紫外線消毒系統時還必須考慮對其他消毒劑的影響。由于紫外線會對氯有光分解作用，通常要將加氯點放在紫外線消毒之后，也就是說將紫外線消毒系統置于濾池或者澄清池之后、氯消毒池之前。另外，也要考慮上游處理工藝對紫外線消毒的影響，良好的前處理(如預氧化、強化絮凝和沉淀)對可溶解性顆粒物的去除可提高紫外線穿透率，進而降低紫外線消毒系統的成本。 

2初步設計  

2.1確定主要設計參數 

紫外線消毒的主要設計參數包括紫外線穿透率(UVT)、設計流量、燈管老化和結垢系數等。 

①紫外線穿透率(UVT) 

紫外線穿透率(UVT)是消毒系統的重要設計參數之一。對于低壓燈紫外線消毒器系統來說，只需測量水中254nm的UV穿透率。但是對于中壓燈紫外線消毒器系統，200～300nm之間的UVT值也是很有必要的，因為中壓燈所發出的光譜中包括了這個有效消毒的波長范圍。對于一個UVT值很穩定的水廠，只需監測1～2個月就足夠了。如果水源的水質會隨著季節的變化而變化，則需要更長時間的測量(6～12個月或更長)。然后根據測量的數據來作一個累計的UVT頻率百分比曲線。由于流量zui大和UVTzui小的情況很少同時出現，故在選擇UVT作為設計參數時一般是用P=95%累計頻率的數值作為設計值。UVT值的設定對紫外線消毒系統的規模是有很大影響的，如對某種型號的反應器，UVT值從85%提高到90%，同樣達到40mJ/cm2的劑量，它的處理能力可以提高40%。 

②設計流量紫外線消毒器系統設計流量中必須有平均流量、zui大流量和zui小流量。對于單個濾池就可以按照單個濾池的出水流量來考慮;對于幾個濾池的聯合出水情況，應按照所有濾池的處理流量來考慮(但不包括備用濾池的流量);對于在清水池后紫外線消毒器的系統，設計流量可按照送水泵站的流量來選擇。美國EPA規定紫外線消毒器反應器不能在高于驗證的流量下運行，因此需要以設計zui高流量來確定反應器的數量。另外，反應器數量除了滿足zui高流量的運行要求外，還必須保證至少有一臺備用。設計zui小流量主要考慮運行時可以關閉部分反應器來提率，同時節能和降低運行費用。 

③燈管老化和結垢系數紫外線燈需要石英套管來保護，套管在水中結垢會影響紫外線的傳播。影響套管結垢的主要因素有:燈管的運行溫度和水中的一些化學成分。一般來說，燈管運行溫度高的結垢速度較快，水中鈣、鐵、鋁、錳和碳酸根等離子含量高的結垢速度也會較快。另外，與套管的結垢系數和清洗系統也有關系。燈管在使用過程中會老化，因此要考慮到燈管在使用壽命期內的老化系數。套管的結垢系數和老化系數需要通過驗證來確定，根據美國國家水研究院NWRI(2003)的報告，結垢系數和老化系數的乘積一般在0．4～0．9之間，這個系數可以用來計算經過驗證的反應器劑量是否高于設計劑量。

2.2紫外線消毒器系統驗證 

美國在LT2ESWTR法規中規定對于每個自來水紫外線消毒項目，必須要對紫外線消毒器的反應器進行驗證以滿足特定水廠的水質情況和設計劑量要求，并且在實際運行時不能超過驗證的范圍。現在被認可的驗證方法主要是用生物劑量測試，紫外線消毒器的反應器可以在現場和在第三方專門的驗證設施進行驗證，但是必須要求獨立的和專業的第三方進行全過程的參與或見證。如果在第三方的設施進行驗證，實際反應器安裝水力學條件必須要與驗證時的實際情況一致或更好。 

紫外線的生物驗證劑量計算見下式:

Dval=REDcal/BRED×(1+Uval)         (1)

式中Dval———經過驗證的劑量  

REDcal———經過計算且與平行光試驗對比的微生物滅活等效劑量 

BRED———目標病原體與驗證用微生物對紫外線滅活易感性的偏差系數。 

如果驗證用微生物比目標病原體更加易感，BRED可以取值為1;如果相反，該值就大于1，具體見UVDGM附錄表格G－1到G－17。如采用多波長的中壓汞燈，還需考慮多波長的因素，具體詳見UVDGM附錄D的D4．3部分 

Uval———驗證試驗不確定性系數。 

與測試時的QA/QC和反應器劑量的監控方法有關，另外，由于生物驗證的一些缺點(如耗時、費用高和QA、QC要求高等)，在USEPA的UVDGM中也提出了隨著研究的深入將來可以用熒光微粒的光化學方法或計算流體動力學(CFD)仿真模擬的方法來進行驗證〔3〕。 

3.詳細(施工圖)設計 

3.1紫外線消毒器系統的水力設計 

根據初步設計的結果確定紫外線消毒的位置和設備，需要更詳細地對系統的水力條件進行評估。在多數的情況下，系統會設計成多個并行且有同樣處理能力的紫外線反應器組。每個反應器組包括進出水管段、進水閘閥、流量計、紫外線反應器、排氣閥、出水閘閥或流量控制閥、下游水位控制等。反應器組通常由配水、集水主管道或渠道組成，設計時需要根據上下游的自由液面計算現有上下游的水力高程，同時確定紫外線消毒系統的水頭損失(通常需要2．5～15kPa)。如果水頭足夠，就可以直接安裝;如果不夠，可通過增大管徑、改變管道走向、改變濾池或清水池的運行方式或者增設加壓泵(一般選用低水頭大流量泵)來滿足系統的水頭要求。 

3.2運行方法的選擇 

紫外線反應器的運行是根據劑量監控方式并基于驗證報告的數據進行的。紫外線監測主要有兩種方法:紫外線強度設置和計算劑量方法。采用后者可以做到流量同步和劑量同步，節約電能和費用，這種控制方法需要測量流量、UVT和紫外線的強度，因此需要比較好的配水設計、流量測量和強度測量。大多數廠家的設備都有相似的監控手段和報警條件，設計人員需要知道紫外線消毒控制系統各個單元必要的補充控制方法和在各種報警條件下所采取的措施。 

3.3供電系統的配置和備用電源 

由于不同的紫外設備需要不同的電源條件，設計供電電壓和容量時必須要和紫外線設備的商溝通。由于紫外線反應器在運行過程中的變化會導致運行的功率、電流和電壓諧波失真，從而影響其他電器和電子系統(如變頻器和PLC等)，需要采取措施把紫外線反應器的供電系統和水廠其他供電系統相隔離。紫外線反應器的連續運行很大程度上取決于電源的質量，在外網供電質量不能夠滿足消毒連續性運行的要求時，需要設置備用電源或電源調節設備。 

3.4紫外消毒間的布置 

由于此階段已經大體確定了可能的紫外線設備供貨商，將會比初步設計階段獲得更加詳細的紫外消毒設備信息，施工圖設計時需對空間限制和特殊的安裝條件進行考慮，包括管道、閥門和流量計的布置，如:在流量計前后所需要的直線管段;電源柜和控制柜與反應器間需有足夠的空間以保證開啟柜子時安裝和維護人員無障礙操作，同時還要考慮電源配線的長度不能超過廠家規定的長度(一般要小于7．5m);對于一些需要進行非在線化學清洗等維護的紫外線反應器，還要考慮清洗系統所需的空間;紫外線反應器的前后取樣口和紫外線UVT分析儀等也需要考慮。 

4案例分析 

佐治亞州Clayton郡水務局的Freeman水廠供水規模是1200×104加侖(4．5×104m3/d)，凈水工藝為常規處理工藝，改造前采用二氧化氯預氧化方式去除嗅味和色度，采用游離氯消毒。該水廠于2002年進行了包括紫外線消毒系統在內的升級改造，紫外線消毒器作為多級消毒屏障中的一級，消毒的目標是2．5-lg隱孢子蟲滅活率。 

在選擇紫外線消毒器廠家時，中壓燈和汞齊燈系統商均參加了投標。采用全壽命期費用(包括建設費用和運行維護費用)的分析方法，zui終選擇采用某紫外線消毒器廠家的汞齊燈反應器。主要設計參數如表3所示。 

表3Freeman水廠紫外線消毒器系統設計參數

由于從濾池出水堰到清水池之間的水頭可以滿足紫外線消毒器系統的水頭損失要求，所以整個水廠的水力高程保持不變。在每個反應器的上游各裝一個電磁流量計來監測流量，安裝在線UVT分析儀和紫外線強度傳感器來計算紫外線劑量。雖然該水廠在此之前沒有出現過停電事故，為保證水廠紫外線消毒系統的安全穩定運行，也設計安裝了一個不間斷電源(UPS)。整個Freeman水廠紫外線消毒器系統的造價約為217萬美元，包括了構筑物、紫外線反應器、管道、閥門、電源系統、儀器儀表、控制系統和其他輔助設備。 

結語

在紫外線消毒器系統的設計中要根據原水水質和凈水工藝擬定消毒目標，并通過驗證確定紫外線消毒器反應器的設計有效劑量及其他關鍵參數。選擇紫外線消毒器系統的安裝位置時，要根據水廠的實際情況做詳細的水力學條件和費用分析，同時提供不低于紫外線消毒器反應器驗證時的水力學條件