深圳市光明污水廠污水紫外線消毒器設(shè)計說明

深圳市光明污水廠近期旱季設(shè)計規(guī)模為１５萬ｍ３／ｄ，高峰污水量１９．５萬ｍ３／ｄ；遠 期設(shè)計規(guī)模為２５萬ｍ３／ｄ。通過介紹紫外線消毒的技術(shù)原理、技術(shù)優(yōu)勢和系統(tǒng)構(gòu)成，結(jié)合光明污水廠污水紫外線消毒器消毒的工程實例，著重闡述了如何確定設(shè)計參數(shù)、計算紫外劑量、選擇污水紫外線消毒器、計算系統(tǒng)尺寸和設(shè)計紫外線殺菌器消毒渠道，并展望了該技術(shù)的應(yīng)用前景。

１工程概況

光明污水處理廠位于茅洲河以東、龍大路以西、別墅大道以南、雙明大道以北的地塊，南側(cè)緊臨民眾學(xué)校，規(guī)劃用地面積為１５．７公頃，實際用地面積約１４．４５公頃，近期用地面積約為8.１０公頃。污水 廠主要服務(wù)區(qū)域為光明街道和公明街道北部部分地區(qū)。光明污水處理廠近期旱季設(shè)計規(guī)模為１５萬ｍ３／ｄ，高峰污水量１９．５萬ｍ３／ｄ（２．２６ ｍ３／ｓ）；近期雨季考慮部分初雨截流，設(shè)計流量為３ ｍ３／ｓ。遠期設(shè)計規(guī)模為２５萬ｍ３／ｄ。

２紫外線殺菌器消毒技術(shù)簡介

２．１紫外線消毒技術(shù)原理 紫外線按照波長分為４個波段：紫外一Ａ（ＵＶ—Ａ，３２０—４００ ｎＩｎ），紫外一Ｂ（ｕＶ—Ｂ，２７５—３２０ ｎｍ），紫外一ｃ（Ｕｖ—Ｃ，２００—２７５ ｎｍ），真空紫外光（ｕＶ—Ｄ，１０—２００ ｒｉｍ）。其中具有消毒效果的主要 是Ｃ波段的紫外線，且在254nm附近的紫外光殺菌效率zui高。目前的絕大部分紫外燈的zui大紫外輸出功率的波長為２５３．７nm。紫外線消毒是一種純物理消毒方法，利用波長為２５４nm及其附近２００—３００nm范圍內(nèi)其它波長的紫外線，使微生物（細菌、病毒、芽孢等病原體）細胞的ＤＮＡ／ＲＮＡ的堿基對（胸腺嘧啶）發(fā)生光化學(xué)聚合或?qū)е陆Y(jié)構(gòu)鍵斷裂從而阻止蛋白質(zhì)和酶的合成，殺死微生物或使其不能復(fù)制繁殖 從而達到消毒的目的。

２ ２紫外線消毒器消毒技術(shù)優(yōu)勢

１）對致病微生物有廣譜消毒效果，消毒效率高，對大多數(shù)致病原生動物、細菌、病毒等都能滅活，尤其對氯有抗藥性的賈第鞭毛蟲、隱孢子蟲卵囊等頑固的原生生物有消毒作用。

２）與液鑢、二氧化氯和臭氧等化學(xué)消毒方法不同，紫外線是物理消毒方法，在整個消毒過程中不 產(chǎn)生生物可同化有機碳（ＡＯＣ）、可生物降解溶解性有機碳（ＢＤＯＣ）、三鹵代甲烷類副產(chǎn)物（ＴＨＭｓ）等損害管網(wǎng)永質(zhì)、生物穩(wěn)定性的有毒有害的消毒副產(chǎn)物。

３）消毒效果不受水溫、ｐＨ的影響。

４）由于紫外線殺菌器消毒不加任何化學(xué)藥劑，因此不會對水體和周圍環(huán)境，尤其是有特殊要求的受納承體，如特定的海域，養(yǎng)殖水體、下游杖用水源、澆灌回用水產(chǎn)生二次污染或不良影響。

５）運行維護安全可靠，無需儲存、運輸及使用任何有毒和有腐蝕性的危險化學(xué)物品。

６）占地面積小．土建投資較低。因為紫外線消毒接觸時間很短，僅需１—２秒即可殺滅致病微生物，而氯消毒則需３０～６０分鐘，臭氧消毒需１５—３０分鐘。

７）設(shè)備運行廈維護簡單、方便、安全，在所有的消毒方法中運行成本較低。

２ ３污水紫外線消毒器消毒系統(tǒng)構(gòu)成 污水紫外線消毒設(shè)備系統(tǒng)由紫外燈模塊、模塊支架、配電中心、系統(tǒng)控制中心、水位監(jiān)測及控制系統(tǒng)等組成，設(shè)備的核心部件是紫外燈管。

目前，大部分城市污水廠尾水的污水紫外線消毒設(shè)備的系統(tǒng)都采用模塊化明渠式，它主要由紫外線消毒模塊組、控制系統(tǒng)清洗系統(tǒng)及供配電系統(tǒng)組成。紫外線消毒設(shè)備模塊組浸沒在水中，污水流經(jīng)紫外線消毒設(shè)備時，其中的微生物經(jīng)紫外燈的輻射被滅活。達到消毒的目的。

３紫外線消毒器消毒系統(tǒng)的設(shè)計

３．１污水紫外線消毒設(shè)備設(shè)計參數(shù)的確定 主要有以下幾個設(shè)計參數(shù)需確定：

（１）進水流量（Ｆｌｏｗ） 進水流量是紫外線消毒系統(tǒng)設(shè)計的基本參數(shù)，根據(jù)紫外線消毒系統(tǒng)zui不利設(shè)計的原則，其設(shè)計流 量必須考慮峰值系數(shù)。特別是考慮整個工藝運行下的zui大小時流量，對于某些工藝，如間歇出水工藝 尤其如此。

（２）污水紫外線穿透率（ＵＶＴ） 紫外穿透率是測量污水傳播紫外線能力的一個指標，也是設(shè)計紫外線設(shè)備的重要參數(shù)。污水紫外穿透率的下降只能通過增加燈管數(shù)量或光強進行補償。也就相應(yīng)升高了紫外線消毒器價格。

（３）懸浮物濃度及固體顆粒物尺寸（Ｓｓ和ＴｓＤ） 懸浮物由各種帶菌顆粒組成。這些顆粒使紫外線很難對高懸浮物濃度的污水進行消毒。另外，污水中鐵離子的含量多會屏蔽紫外線。這些因素都會引起污水中“紫外線需求"的增加。也相應(yīng)升高了紫外線消毒器價格。

（４）其他參數(shù) 如進水中工業(yè)廢水成分、上游處理工藝、水頭損失要求等也需要綜合考慮，具體設(shè)計參數(shù)。深圳市光明污水廠污水紫外線消毒器系統(tǒng)設(shè)計參數(shù) 設(shè)計參數(shù) 平均流量 高峰系數(shù) 峰值流量ＴＳＳ 參數(shù)值 １５萬ｍ３／ｄ１．３ １９．５萬ｍ３／ｄ１０ ｍｇ／Ｌ ≥６５％ ≤３０ ≤１ ｐａｎ 紫外線＠２５３．７ ｎｔｎ穿透率 平均懸浮顆粒尺寸 出水糞大腸菌群數(shù) 環(huán)境溫度１００個／Ｌ 一１５℃一４０℃

３．２紫外線劑量的計算 紫外線劑量是影響消毒效果的直接因素，它等于紫外光強度與接觸時間的乘積。在相同的紫外光強度條件下，接觸時間決定紫外劑量。理論上來說，紫外劑量越大，消毒效果越好，然而紫外消毒有一限值，超過該限值卻不能經(jīng)濟有效地滅活額外微生物。因此，紫外劑量應(yīng)根據(jù)排放水體的衛(wèi)生學(xué)指 標作經(jīng)濟合理地選擇。紫外線劑量的計算有平均紫外線劑量法、水動力學(xué)模型法和紫外線生物驗定劑量法。然而，燈管老化系數(shù)、套管結(jié)垢系數(shù)、紫外透光率、鎮(zhèn)流器效率、燈管輸出功率、光電轉(zhuǎn)換效率、燈管間距、水動力學(xué)因素、水質(zhì)因素及消毒器本身設(shè)計等諸多因素，都會影響紫外系統(tǒng)的實際消毒性能，因此決定紫外線消毒系統(tǒng)消毒性能的是紫外線消毒器所能實現(xiàn)的有效紫外劑量，而不是消毒器的理論計算劑量。有效紫外線劑量必須按照紫外線生物驗定劑量法，在zui壞的工況下做實際測定。

污水流經(jīng)污水紫外線消毒器渠道后，水中的微生物由于被紫外線照射受到損傷以至死亡，但在可見光和近紫外光（有效波長范圍為３３０ｈｉｌｌ～４８０ ｎｌｎ）的作用下，微生物對紫外線損傷有一定的修復(fù)能力，此即光復(fù)活現(xiàn)象。也有研究表明，污水本身的環(huán)境不利于微生物損傷后的修復(fù)。但仍有必要進一步研究．

深圳市光明污水廠污水紫外線消毒器系統(tǒng)設(shè)計、光復(fù)活的原理和條件，確定避免光復(fù)活發(fā)生的zui小紫外線照射強度、時間或劑量，以合理確定設(shè)計參數(shù)。

３．３污水紫外線消毒器的選擇

目前，用于城市污水處理的紫外線殺菌器消毒系統(tǒng)的紫外燈管主要有低壓燈、低壓高強燈、中壓燈產(chǎn)品。在選擇紫外線殺菌器消毒裝置的時候，應(yīng)充分考慮以下幾方面因素：

１）應(yīng)優(yōu)先選擇自動化程度高，以及有更好的環(huán)保性、安全性、經(jīng)濟性和社會效益的裝置。

２）應(yīng)優(yōu)先選擇低耗能、高性能、劑量同步控制、可變功率輸出的裝置。

３）應(yīng)優(yōu)先選擇總裝機容量小、運行成本低的裝置。

４）應(yīng)優(yōu)先選擇紫外有效劑量通過國內(nèi)外獨立第三方認證的裝置。

５）為保證達到ＧＢｌ８９１８中所要求的一級Ａ標準，紫外線設(shè)備在峰值流量和紫外燈運行壽命終點 時，考慮紫外線燈套管結(jié)垢影響所能達到的紫外線有效劑量不應(yīng)低于２０ ｍＪ／ｅｒａ２。

６）應(yīng)選擇燈管使用壽命長的紫外線消毒設(shè)備，一般燈管壽命應(yīng)≥12000h以后，紫外線的輸出功率不低于８０％。

７）應(yīng)設(shè)置UV傳感器，監(jiān)視石英套管結(jié)垢后的水質(zhì)變化狀況和紫外線的放射劑量。

８）須設(shè)置無動力水位控制系統(tǒng)，自動控制渠道水位，使渠道水位達到有效殺菌的高度。

３．４紫外線殺菌器消毒方案的設(shè)計 光明污水廠按峰值流量１９．５萬ｍ３／ｄ設(shè)計。根據(jù)本工程處理出水水質(zhì)要求、設(shè)計平均流量、水流 高程（較富余）以及用地條件，選用低壓燈和低壓高強燈較合適。為減少投資，節(jié)省日常運行更換燈管 費用，本工程選用３１２根低壓高強燈管，單根燈管紫外輸入功率為２５０ Ｗ，單根燈管水力負荷６２５ｍ３／ ０００ ｈ，并保證在使用１２ ０００ ｈ ｄ，經(jīng)修正后有效紫外劑量約為２５．７ ｍＪ／ｅｒａ２。消毒系統(tǒng)采用開放明渠式結(jié)構(gòu)，燈管為順流式平行排 布。 在確定紫外線燈管數(shù)量后，并組成合理的模塊組，進而確定渠道尺寸。

（１）模塊數(shù)量及渠道寬度． 本工程設(shè)計３條渠道，采用模塊化結(jié)構(gòu)，沿水流方向每條渠道各安裝一個模塊組，每個模塊組若干個模塊，每個模塊上燈管不宜過多，以免模塊提起維護時，所對應(yīng)的消毒盲區(qū)過大。本工程宜采用 每個模塊８根燈管，每個模塊組１３個模塊，共３９個模塊。模塊橫向間距各為１０１．６ ｍｍ，則每條渠道寬度為１０１．６×１３＝1320.8mm。

（２）渠道長度 為保證進入模塊組前水流平穩(wěn)，在紫外線消毒系統(tǒng)前加設(shè)整流板，整流板和模塊之間的直流段長 度不小于２倍的水深，模塊后到渠道出水喇叭口前段的直流段長度不小于５００ ｍｍ，出水喇叭口角度 小于１８。，系統(tǒng)下游設(shè)有自動水位控制堰門，其安裝長度要求不小于ｌ２５０ ３２０ ｍｍ。 ｍｍ。故渠道長度為：５００（整 流板前）＋ｌ ６４０（整流板到模塊）＋２ ４９０（模塊長度）＋５００＋ｌ ６２０（喇叭口長度）＋ｌ ２５０（自動水位控 制堰長度）＝８０００ ｍｍ。

（３）有效水深 根據(jù)設(shè)備廠家所提供的模塊上燈管布置間距，燈管豎向排列間距１０１．６ ｍｍ，故模塊zui上面套管 距池底的高度為７７５ｍｍ，該高度也是自動水位控制堰門的控制水位，經(jīng)過模塊的水頭損失為２５ 因此有效水深為０．７７５＋０．０２５＝０．８０ｍ。

（４）過流面積 每條渠道：渠寬１３２０ ｍｍ，有效水深８００ ｎｕｎ，過流面積為１．０５６ｍ２。

（５）平均曝光時間 單渠過流面積為１．０５６ ｍ２，燈套管所占面積０．０６４ ｍ２，單渠平均過流量為５０ 為５０２．５３ ０００÷２４÷３８。 ０００ ｍ３／ｄ，平均流速 ６００÷（１．０５６—０．０６４）＝０．５８３ ｍ／ｓ，燈管有效弧長約１．４７５ ｍ，則平均曝光時間為150秒。

（６）系統(tǒng)水頭損失計算 紫外系統(tǒng)總水頭損失包括自動水位控制堰門自身水頭損失和模塊水頭損失，本工程自動水位控 制堰門自身水頭損失為４７５ ｍｍ，過模塊水頭損失為２５ ｍｍ，因此系統(tǒng)總水頭損失為５００ｍｍ。

４消毒效果的檢測待工程建成投產(chǎn)后，需對污水處理廠紫外線消毒系統(tǒng)出水糞大腸菌群進行采樣、檢測、分析、統(tǒng)計并作曲線圖，以核實并確保消毒效果達標，應(yīng)注意：

１）應(yīng)在實際工況條件下，連續(xù)運行２４小時，檢測紫外線的泄漏量為０。

２）按ＧＢｌ８９１８—２００２地面水環(huán)境質(zhì)量標準，對處理出水進行水樣檢測。

３）水質(zhì)檢測點應(yīng)布設(shè)于消毒渠出水處。

４）糞大腸菌群檢測分析的方法應(yīng)以ＧＢ５７５０—８５多管發(fā)酵法或濾膜法為準。

５結(jié)語

紫外線消毒器消毒技術(shù)為物理消毒方式，無需化學(xué)藥品，無二次污染，不產(chǎn)生消毒副產(chǎn)物，也不像液鑢在運輸存儲中存在安全隱患；紫外線消毒具有廣譜殺菌能力，殺菌效率高；土建規(guī)模比傳統(tǒng)液鑢消毒低，占地省，基建投資、能耗以及運行費用低，自動化程度高，維護簡便。

隨著我國政府環(huán)保部門和民眾對污水處理廠尾水消毒的日益重視，近年來污水紫外線消毒器消毒已在城市污水處理系統(tǒng)中逐漸普及，紫外線消毒技術(shù)日趨完善，也累積了一定的運行經(jīng)驗。紫外線消毒器價格低、安全、和穩(wěn)定性，有望經(jīng)逐步改進或與其他消毒方式相結(jié)合而形成組合式消毒工藝后，被更多的應(yīng)用到水處理行業(yè)甚至是凈水處理流程中，進而成為取代傳統(tǒng)化學(xué)消毒方法的主流技術(shù)。