论文部分内容阅读
摘要：为了有效保护水体，防止传染性病原菌对人们的危害，降低水源的总菌群数，对污水处理厂出水进行消毒是必要的，本文通过实例探讨了污水厂紫外线消毒系统的设计，提出对于污水处理厂出水消毒的建议。
关键词：污水处理；紫外线;二氧化氯;液氯;安全
Abstract: In order to effectively protect water, prevent the harm of infectious pathogenic bacteria on the people, reduce the total bacteria source group, disinfection of the sewage treatment plant effluent is necessary, this paper discusses the design of wastewater treatment plant of UV disinfection system through the example, the sewage treatment plant effluent disinfection advice.
Key words: sewage treatment; ultraviolet; chlorine dioxide; chlorine; safety
中图分类号：U664.9+2
0前言
城市污水处理厂二级处理出水对水体造成的影响，引起了人们对健康和安全关注。污水经过二级处理后，水质已经明显改善，细菌含量也大幅减少，但细菌的绝对数量仍很可观，并存有病原菌，这就要求对污水进行消毒处理，除掉这些微生物，才可以安全地排入水体或循环再用。
城市污水几种消毒方式
目前常见的消毒方式：液氯、二氧化氯、紫外线消毒等。加氯消毒工艺中的余氯对受纳水体中的鳍类等生物具有毒性，可导致其大量死亡，同时与水中有机物发生复杂反应会产生三卤甲烷等致癌、致基因畸变的消毒副产物。经过研究，特别是通过最近UV对贾第虫、隐孢子卵囊的灭活证明，紫外线是最环保、最安全的消毒技术。
表1-1 加氯消毒与紫外线消毒比较表
从上表可以看出，由于紫外线具有广谱灭菌、快速高效、安全又环保、且占地面积少等优点，越来越受到研究人员的重视，并广泛的应用到了处理污水当中。
紫外线消毒原理：
紫外线的四个不同波段：紫外A(uv—A 315--400nm)；紫外B(UV—B 275-315nm)；紫外C(UV—C 200一275nm)；紫外D(UV—D 10—200tml)。现代紫外线消毒技术主要采用的是紫外C(UV—C)消毒。紫外线消毒技术是水中的各种细菌、病毒、寄生虫、水藻以及其它病原体受到一定剂量的紫外C光辐射后，其细胞中的DNA结构遭到破坏，从而杀灭水中的细菌、病毒以及其它致病体，达到消毒和净化的目的,广泛应用于污水处理、净水等领域。
紫外线消毒系统构成
紫外线消毒设备一般由紫外线灯模块、模块支架、配电系统、系统控制中心、水位探测及控制装置等组成，设备的核心部件是紫外灯。目前，大部分污水厂紫外线消毒系统都采用模块化明渠工艺，它主要由紫外消毒模块组、控制系统以及自动清洗系统及供配电系统组成。紫外消毒模块组浸没在水中，污水流出时经紫外灯的辐射灭活污水中的微生物，达到消毒的目的。
工程实例
某污水处理厂总规模是6万m3/d，出水执行一级B标准，其处理后出水的粪大肠菌群必须达到10000个/L，其二级处理后的菌群需达105-109个/左右，所以需要对出水进行消毒处理。综合上表各消毒工艺的优缺点，采用了紫外线消毒处理方式。
紫外线消毒系统的设计
设计参数的确定
污水厂消毒处理设计规模为60000m3/d，K日=1.3 。平均流量：60000m3/d，高峰系数：1.3，峰值系数78000m3/d。TSS：20mg/L，BOD5=20mg/L，紫外透光率（UVT）：65%，平均悬浮颗粒尺寸：30μm，出水粪大肠菌群数：104个/L。
紫外线剂量的计算
三种方法：平均紫外线剂量法，水动力学模型法，紫外线生物验定剂量。本工程要求消毒指标为粪大肠菌群数不超过10000个/L，此时所需的紫外线剂量约为12Mws/cm2。另外，消毒器灯管老化系数和结垢系数使用规定的默认值0.5、0.8。
紫外线消毒灯管的选择
紫外灯管是紫外消毒系统的重要组件，除考虑供货商样本中所描述的参数外，还要计入灯管的老化系数。不同厂家的老化系数在50-80%，应由厂商通过国外独立第三方NWRI紫外验证协议认证。灯管的结垢系数与水质和清洗方式有关，本工程采用机械加化学清洗结垢系数1.0。
紫外线消毒系统尺寸确定
本工程属中小污水处理厂，宜选用低压灯和低压高强灯较合适。根据最大负荷计算最少需要灯管数为78000÷500=156根。若用低压灯则数量增一倍。本工程采用Torjan公司的3000PlusTM低压高强灯，单根灯管紫外输出功率为250W，石英套管壁厚1.5mm，此外透光率91%，经修正后有效紫外剂量不低于13Ws/cm2，
单根灯管水力负荷500m3/d根左右。采用机械加化学自动清洗方式，消毒系统采用開放明渠，灯管排布为顺流式排布。
紫外线渠设计
灯管数量=60000÷500=120根（平均流量6万m3/d，每根灯管水力负荷500m3/d）
有效水深：本工程采用每个模块8根灯管（模块本身高度不超过于750mm）共计120÷8=15模块组，有效水深应大于89×8=712mm,但不能淹没模块上部的镇流器，故取有效水深0.82m。
渠道宽度=89×15=1335mm(15个模块，间距89mm)
渠道长度=2630+900+2000=5730mm，取5500mm。（紫外线消毒系统固定安装支架中心间距为2630mm，调流板整流长度约900mm，为避免调节水位时产生紊流，也应留有约2000mm,故渠道长度取5500mm）。
过流面积：渠宽1335mm，有效水深820mm，过流面积为1.095m2
平均曝光时间：过流面积为1.095m2，平均过流量为60000m3/d，水平流速为
60000÷24÷3600÷1.095=0.634m/s，灯管长约2m，则平均曝光时间为3.15s。
系统水头损失估算为0.35m
6、影响紫外杀菌效果的因素
紫外消毒法属物理消毒法，没有向水中添加任何化学药剂，不能提供剩余的消毒能力，当自处理水离开消毒池之后，一些被紫外线杀伤的微生物在光复活机制下会修复损伤的DNA，使细菌再生。考虑到安全措施，要进一步研究光复活的原理和条件，确定避免光复活发生的最小照射强度、时间或紫外剂量。处理的污水中的悬浮物、溶解性有机物和无机物以及其造成的灯管结垢，都会抑制紫外线的透射，影响消毒效果。因此，必须确保出水悬浮物控制在30mg／L以下，并且通过定时清洗除去灯管上的结垢，以保证杀菌消毒的效果。
7、总结
紫外线消毒技术具有高效的消毒能力和可靠的操作安全性，以及投资运营成本低廉、不会对水体造成污染，土建规模比传统的液氯和二氧化氯消毒低，占地省，自动化程度高。随着紫外线消毒技术的不断完善，其在城市污水处理系统中必将发挥更大的作用。
参考资料：
[1]李绍秀，彭勃明渠水下照射式紫外线消毒系统的设计[J]，中国给水排水，2005，21(4)：65—67
[2]李表，张春敏北倍污水处理Y-f0紫外线消毒系统[J]，中国给水排水，2003．19(6)：68—69
关键词：污水处理；紫外线;二氧化氯;液氯;安全
Abstract: In order to effectively protect water, prevent the harm of infectious pathogenic bacteria on the people, reduce the total bacteria source group, disinfection of the sewage treatment plant effluent is necessary, this paper discusses the design of wastewater treatment plant of UV disinfection system through the example, the sewage treatment plant effluent disinfection advice.
Key words: sewage treatment; ultraviolet; chlorine dioxide; chlorine; safety
中图分类号：U664.9+2
0前言
城市污水处理厂二级处理出水对水体造成的影响，引起了人们对健康和安全关注。污水经过二级处理后，水质已经明显改善，细菌含量也大幅减少，但细菌的绝对数量仍很可观，并存有病原菌，这就要求对污水进行消毒处理，除掉这些微生物，才可以安全地排入水体或循环再用。
城市污水几种消毒方式
目前常见的消毒方式：液氯、二氧化氯、紫外线消毒等。加氯消毒工艺中的余氯对受纳水体中的鳍类等生物具有毒性，可导致其大量死亡，同时与水中有机物发生复杂反应会产生三卤甲烷等致癌、致基因畸变的消毒副产物。经过研究，特别是通过最近UV对贾第虫、隐孢子卵囊的灭活证明，紫外线是最环保、最安全的消毒技术。
表1-1 加氯消毒与紫外线消毒比较表
从上表可以看出，由于紫外线具有广谱灭菌、快速高效、安全又环保、且占地面积少等优点，越来越受到研究人员的重视，并广泛的应用到了处理污水当中。
紫外线消毒原理：
紫外线的四个不同波段：紫外A(uv—A 315--400nm)；紫外B(UV—B 275-315nm)；紫外C(UV—C 200一275nm)；紫外D(UV—D 10—200tml)。现代紫外线消毒技术主要采用的是紫外C(UV—C)消毒。紫外线消毒技术是水中的各种细菌、病毒、寄生虫、水藻以及其它病原体受到一定剂量的紫外C光辐射后，其细胞中的DNA结构遭到破坏，从而杀灭水中的细菌、病毒以及其它致病体，达到消毒和净化的目的,广泛应用于污水处理、净水等领域。
紫外线消毒系统构成
紫外线消毒设备一般由紫外线灯模块、模块支架、配电系统、系统控制中心、水位探测及控制装置等组成，设备的核心部件是紫外灯。目前，大部分污水厂紫外线消毒系统都采用模块化明渠工艺，它主要由紫外消毒模块组、控制系统以及自动清洗系统及供配电系统组成。紫外消毒模块组浸没在水中，污水流出时经紫外灯的辐射灭活污水中的微生物，达到消毒的目的。
工程实例
某污水处理厂总规模是6万m3/d，出水执行一级B标准，其处理后出水的粪大肠菌群必须达到10000个/L，其二级处理后的菌群需达105-109个/左右，所以需要对出水进行消毒处理。综合上表各消毒工艺的优缺点，采用了紫外线消毒处理方式。
紫外线消毒系统的设计
设计参数的确定
污水厂消毒处理设计规模为60000m3/d，K日=1.3 。平均流量：60000m3/d，高峰系数：1.3，峰值系数78000m3/d。TSS：20mg/L，BOD5=20mg/L，紫外透光率（UVT）：65%，平均悬浮颗粒尺寸：30μm，出水粪大肠菌群数：104个/L。
紫外线剂量的计算
三种方法：平均紫外线剂量法，水动力学模型法，紫外线生物验定剂量。本工程要求消毒指标为粪大肠菌群数不超过10000个/L，此时所需的紫外线剂量约为12Mws/cm2。另外，消毒器灯管老化系数和结垢系数使用规定的默认值0.5、0.8。
紫外线消毒灯管的选择
紫外灯管是紫外消毒系统的重要组件，除考虑供货商样本中所描述的参数外，还要计入灯管的老化系数。不同厂家的老化系数在50-80%，应由厂商通过国外独立第三方NWRI紫外验证协议认证。灯管的结垢系数与水质和清洗方式有关，本工程采用机械加化学清洗结垢系数1.0。
紫外线消毒系统尺寸确定
本工程属中小污水处理厂，宜选用低压灯和低压高强灯较合适。根据最大负荷计算最少需要灯管数为78000÷500=156根。若用低压灯则数量增一倍。本工程采用Torjan公司的3000PlusTM低压高强灯，单根灯管紫外输出功率为250W，石英套管壁厚1.5mm，此外透光率91%，经修正后有效紫外剂量不低于13Ws/cm2，
单根灯管水力负荷500m3/d根左右。采用机械加化学自动清洗方式，消毒系统采用開放明渠，灯管排布为顺流式排布。
紫外线渠设计
灯管数量=60000÷500=120根（平均流量6万m3/d，每根灯管水力负荷500m3/d）
有效水深：本工程采用每个模块8根灯管（模块本身高度不超过于750mm）共计120÷8=15模块组，有效水深应大于89×8=712mm,但不能淹没模块上部的镇流器，故取有效水深0.82m。
渠道宽度=89×15=1335mm(15个模块，间距89mm)
渠道长度=2630+900+2000=5730mm，取5500mm。（紫外线消毒系统固定安装支架中心间距为2630mm，调流板整流长度约900mm，为避免调节水位时产生紊流，也应留有约2000mm,故渠道长度取5500mm）。
过流面积：渠宽1335mm，有效水深820mm，过流面积为1.095m2
平均曝光时间：过流面积为1.095m2，平均过流量为60000m3/d，水平流速为
60000÷24÷3600÷1.095=0.634m/s，灯管长约2m，则平均曝光时间为3.15s。
系统水头损失估算为0.35m
6、影响紫外杀菌效果的因素
紫外消毒法属物理消毒法，没有向水中添加任何化学药剂，不能提供剩余的消毒能力，当自处理水离开消毒池之后，一些被紫外线杀伤的微生物在光复活机制下会修复损伤的DNA，使细菌再生。考虑到安全措施，要进一步研究光复活的原理和条件，确定避免光复活发生的最小照射强度、时间或紫外剂量。处理的污水中的悬浮物、溶解性有机物和无机物以及其造成的灯管结垢，都会抑制紫外线的透射，影响消毒效果。因此，必须确保出水悬浮物控制在30mg／L以下，并且通过定时清洗除去灯管上的结垢，以保证杀菌消毒的效果。
7、总结
紫外线消毒技术具有高效的消毒能力和可靠的操作安全性，以及投资运营成本低廉、不会对水体造成污染，土建规模比传统的液氯和二氧化氯消毒低，占地省，自动化程度高。随着紫外线消毒技术的不断完善，其在城市污水处理系统中必将发挥更大的作用。
参考资料：
[1]李绍秀，彭勃明渠水下照射式紫外线消毒系统的设计[J]，中国给水排水，2005，21(4)：65—67
[2]李表，张春敏北倍污水处理Y-f0紫外线消毒系统[J]，中国给水排水，2003．19(6)：68—69