污水處理中污水紫外線消毒器消毒技術(shù)的應(yīng)用

消毒是水處理中的重要工序，為保證公共衛(wèi)生安全，防治傳染性疾病傳播，城市污水處理設(shè)施應(yīng)設(shè)置消毒設(shè)施。因此污水處理中出水的紫外線消毒器等消毒技術(shù)不是可有可無的。由于污水中含有大量細(xì)菌及病毒，污水處理廠應(yīng)把好zui后一道關(guān)，盡可能殺滅致病菌。

1 消毒技術(shù)及發(fā)展 通常消毒方法可分為物理法和化學(xué)法。物理法 包括加熱、紫外線消毒器消毒法、射線照射、分子篩等；化學(xué)法主要采用強(qiáng)氧化劑如鑢氣、二氧化鑢、臭氧、高錳酸鉀、鑢胺、次鑢酸等化學(xué)藥劑。長期以來，由于化學(xué)法具有容易實(shí)現(xiàn)、成本低的優(yōu)點(diǎn)，所以使用較多，而液鑢作為廉價的消毒劑有著zui廣泛的應(yīng)用。從理論上分析，消毒劑消毒能力的大小取決于單位摩爾物質(zhì)得電子的能力。因此消毒能力依為：O3>CIO2>CIO->CI 2>鑢胺>KMnO4從實(shí)際使用成本分析由高到低為：KMnO4>CIO->O3>CIO2>鑢胺>CI2。在上述消毒劑中KMnO 4消毒能力差、價格高，工程中很少單獨(dú)使用；O3，CI2及CIO-都可以氧化有機(jī)物，但CIO2對氨氮無氧化作用。雖然液鑢使用zui多，但鑢氣是一種具有強(qiáng)烈刺激性的有毒氣體，在運(yùn)輸和使用過程中易發(fā)生泄漏和爆炸。由于鑢氧化性強(qiáng)，易與水中有機(jī)物發(fā)生反應(yīng)，對消毒產(chǎn)生干擾，另外其反應(yīng)產(chǎn)物鹵代烴、鑢仿、三鑢甲烷、多鑢聯(lián)苯等物質(zhì)對人畜有毒害，許多還是致癌、致畸、致突變的“三致"物質(zhì)。現(xiàn)在上許多國家和地方政府已限制鑢及其衍生物的使用。我國一些地方的環(huán)保部門和勞動保護(hù)部門也對液鑢的使用進(jìn)行了控制，在目前尚無更經(jīng)濟(jì)實(shí)用的方法推出前，許多污水廠出水都沒有正常的消毒，為此國內(nèi)二氧化鑢消毒技術(shù)迅速發(fā)展。二氧化鑢使用時要現(xiàn)場制備，而且僅有 20%二氧化鑢在消毒過程中有效。另外，二氧化鑢發(fā)生器規(guī)模較小，如何運(yùn)用于加鑢量較大的污水處理廠成為一個問題。基于上述原因，污水紫外線消毒器消毒技術(shù)在污水處理領(lǐng)域開始嶄露頭角。紫外線技術(shù)早在1900年便已存在，但現(xiàn)在的紫外線技術(shù)與過去已是不*相同了。據(jù)統(tǒng)計，過去飲用水紫外線消毒器被大量應(yīng)用，很少有紫外線消毒運(yùn)用于污水處理的實(shí)例，但到了1995 年紫外線消毒技術(shù)在美國污水處理中的應(yīng)用已達(dá)5%，并呈逐年上升趨勢。近來，由于采用紫外線消毒具有不需投加任何化學(xué)藥劑，不改變水的成分和結(jié)構(gòu)，消毒時間短，殺菌范圍寬效果好的優(yōu)點(diǎn)，上一些對細(xì)菌排放有嚴(yán)格要求的地區(qū)，大多采用了污水紫外線消毒器消毒。

2 紫外線消毒技術(shù)的原理 紫外線是一種肉眼不可見的光線，通常我們將波長在200nm以上的光都稱為紫外線，根據(jù)不同的波長還可細(xì)分為UVA（315 ~ 400 nm），UVB（280 ~ 315 nm），UVC（200 ~ 280 nm）。過量的UVA會導(dǎo)致色素沉積，UVB是色斑和維生素D綜合癥的致病原因，而UVCzui易被 DNA（核糖核酸）吸收。紫外線消毒使用的就是UVC。當(dāng)病毒細(xì)胞經(jīng)紫外線照射后，波長254 nm 的紫外線被DNA吸收。細(xì)胞在DNA 鏈上的相鄰的胸腺嘧啶將相互糾纏，新的二聚物會阻礙RNA（核糖核酸）鏈上正確的DNA 遺傳代碼復(fù)制，RNA是信息的傳遞者，其功能是傳遞DNA碼至細(xì)胞的不同部分。由于RNA 傳遞功能喪失，zui終導(dǎo)致細(xì)胞功能衰退而死亡，從而達(dá)到消毒殺菌的目的。紫外線消毒燈管類型可分成低壓、中壓、高壓3 種，但是常用的是低壓紫外線消毒器和中壓紫外線消毒器系統(tǒng)。低壓汞燈內(nèi)為負(fù)壓，汞呈蒸氣狀，中壓汞燈內(nèi)為常壓。低壓燈按輸出能量的不同分為高強(qiáng)度和低強(qiáng)度兩類。低強(qiáng)度燈類似于普通的熒光燈，在內(nèi)部鏡頭上沒有磷涂層。鏡頭由特殊玻璃制成，因此可以保持較高的紫外線轉(zhuǎn)輸率，防止鏡頭被紫外線曬黑。 低壓高強(qiáng)度燈是近來用于污水處理中較多的產(chǎn)品，其紫外線轉(zhuǎn)換率比低壓低強(qiáng)度燈高4倍。單根功率也達(dá)到100 W以上。中壓系統(tǒng)每根燈能耗zui高可達(dá)5 000 W，而低壓系統(tǒng)每根燈管能耗為 65 ~ 1 500 W。處理同樣的水量，中壓紫外線消毒器系統(tǒng)與低壓紫外線消毒器系統(tǒng)相比，則需要較少的燈管，水流通過時的水頭損失也較小，燈管自清潔系統(tǒng)的費(fèi)用也較少。但由于中、高壓系統(tǒng)發(fā)出的波長范圍寬，而能被有效利用的只有一小部分，所以能量轉(zhuǎn)換率低（通常只是低壓系統(tǒng)的1 / 2 ~ 1 / 3）能耗大，因此一般只在大型水處理廠中使用。紫外線消毒效果的好壞與紫外線燈源發(fā)出有效波長的能量轉(zhuǎn)換率、紫外線弧長有關(guān)，還與燈管和水的透射率以及照射時間有關(guān)。現(xiàn)在的燈源可發(fā)出40%以上的有效光譜，石英燈管的透射率也在90%以上。因此，與傳統(tǒng)意義上的紫外線燈已不能相提并論。目前，世界上*技術(shù)的燈管壽命已達(dá)15000 h以上，但價格卻降低了不少，從而大大降低了紫外線消毒器價格、投資及運(yùn)行成本。  

3污水紫外線消毒器系統(tǒng)的計算 紫外線消毒系統(tǒng)設(shè)計主要考慮以下因素：水質(zhì)、透射率、水量、峰值系數(shù)、殺滅率、照射強(qiáng)度、照射時間。 通常先取得需要消毒的水樣，測出其水質(zhì)，包括細(xì)菌數(shù)、種類、水樣透射率等。其次可采用靜態(tài)或動態(tài)的試驗得到在設(shè)計殺滅率時的紫外線劑量。

紫外線劑量可用下式表示：紫外線劑量= 紫外線密度X照射時間。紫外線劑量單位為J/ m2 ，紫外線密度單位為W/m2，照射時間單位為S。 在過去，常用理論紫外劑量測算，理論紫外劑量是假定在理想系統(tǒng)中，所有微生物都能接受到同樣的紫外線輻射，這時需要的劑量即稱為紫外劑量。由于紫外線消毒器系統(tǒng)設(shè)計中常常偏離理想條件，按理論紫外劑量設(shè)計的消毒器往往不能保證設(shè)計殺滅率。因 此，現(xiàn)在常以生物驗定劑量（即紫外線消毒器實(shí)際能達(dá)到的有效紫外線劑量）為設(shè)計參數(shù)。 加拿大的一個二級污水處理廠出水水樣的紫外劑量試驗表明：當(dāng)紫外線劑量在0 ~15mWS/cm2 時，已有微生物功能衰退現(xiàn)象出現(xiàn)，當(dāng)紫外線劑量> 30 mWS/cm2 時，殺菌效果無法進(jìn)一步提高。這主要是因為污水中大量懸浮固體顆粒的存在屏蔽了紫外線，使與懸浮顆粒結(jié)合的微生物得以存活。這是污水處理與給水處理不同的特點(diǎn)。因此，設(shè)計的紫外劑量通常< 30mWS/cm 2。