污水紫外線消毒器的選型及消毒劑量和燈管支數的計算

無論飲用水紫外線消毒器、污水紫外線消毒器選型，還是回用水紫外線消毒器選型，紫外線消毒器的選型首先選擇紫外線消毒器功率，就是選擇紫外線殺菌燈的功率，選擇紫外線殺菌燈的功率首先要進行紫外線劑量的計算。UV劑量的計算通常采用理論計算劑量法和生物驗證劑量法，在實際應用中，需將兩種方法聯合使用，無論飲用水紫外線消毒器、污水紫外線消毒器，還是回用水紫外線消毒器都必須同時達到理論計算劑量法和生物驗證劑量法聯合使用的標準要求。
1.生物驗證劑量法。這種方法是利用生物驗證劑量確定燈管數量，步驟為：
（1）根據排放標準要求計算微生物滅活率；
（2）查“微生物滅活率——UV劑量”曲線確定所需要的UV劑量；
（3）查“消毒反應器流量——UV劑量”曲線確定每支紫外燈管的處理水量；
（4）UV消毒系統總處理能力除以每支紫外燈管的處理水量得到整個系統需要的zui少的紫外燈管數量；
（5）根據模塊化的要求，對燈管數量向上取整。
2.理論計算劑量。美國環保署在其1986年發布的《城市污水消毒設計手冊》中較詳細地敘述了污水紫外線消毒器系統的設計，目前實際使用較廣的是1992年發布的配套軟件UVDIS 3.1版。利用該軟件可以非常方便的計算出明渠式污水紫外線消毒器系統整個反應器內的平均紫外光強度，然后乘以污水接受的照射時間，即得到消毒反應器的理論計算劑量。 
該方法在計算紫外線消毒器反應器的UV平均強度時，需輸入如下參數：燈管的UVC輸出強度；燈管排列方式；燈管電弧長；石英套管外徑；燈管軸線間距；石英套管透光率；石英套管結垢系數；污水透光率；燈管老化系數和。任何一個參數的變化都會改變平均強度值。
在污水紫外線消毒器設備設計時，按以下步驟確定燈管數量：
（1）根據消毒系統進口微生物濃度和排放標準要求計算微生物滅活率；
（2）查“微生物滅活率——UV理論計算劑量”曲線確定所需要的zui低UV理論劑量；
（3）采用以上技術參數和計算過程，改變燈管數量，驗算UV理論計算劑量，直至滿足zui低UV理論計算劑量的要求。
關于紫外線消毒器燈管支數的計算可以參考以下案例：
通過一些固定參數可以理論計算確定理論計算確定紫外線殺菌燈數量，對于不同領域來說通過以下舉例作為參考就可以計算出來了。
1.污水紫外線消毒器的設計要求及相關參數
日污水流量:1166m3/h
高峰期污水流量:?
CODCr:<60 mg/L
BOD5<20 mg/L
總固體懸浮物(TSS):<20mg/L
污水254透過率(T254):>65%
消毒前糞大腸菌數:<1×107個/L
消毒后糞大腸菌數:1×104個/L
2.計算糞大腸菌殘留量公式
N= N0exp{ux[1-(1+4kE/u2)1/2)]/2E}-Np
其中:N=消毒后糞大腸菌殘留濃度(個/L)
N0=消毒前糞大腸菌濃度(個/L)
x=燈長度 (cm)
u=污水流速 (cm/s)
    由 u=x/(Vv/Q)計算
Vv=紫外輻射區
Q=總流量
E=分散系數(cm2/s)
k=糞大腸菌失活速率(/s)
Np=被懸浮固體包裹的糞大腸菌濃度
其中:k=aIavgb
Np=c(SS)m
a=1.45×10-5
b=1.3
c=0.26
m=1.96    由實驗等得出
設計選260W 紫外燈
1.參數及基本情況
燈型號:
功率:260W, 紫外zui大輸出:100W
燈長:157.5cm, 弧長:151.7cm
外層石英套管直徑:4.0cm，紫外透過率=90%
紫外燈以矩陣方式順水流方向排列
燈心距:7.5cm×7.5cm
能量損失因子采用一般貫例，Fp(燈管老化因子)0.7，Ft(石英套管因透射率等在計算中造成的誤差)0.7
2.污水紫外線消毒器的設計過程
(1) 系統紫外密度D
平均每支燈在污水中的輻射體積
Vv/燈=(S2z)-(πdq2/4z)
S=7.5cm
z=157cm
dq=4cm
Vv/燈=6859cm3(6.86 L)
紫外密度D
D=(紫外功率/燈)/(Vv/燈)
D=100*0.9/6.86=13.1 W/L
2) 平均紫外強度Iavg
平均紫外強度Iavg與紫外密度D關系
修正后平均紫外強度Iavg 
Iavg=額定IavgFpFt
Iavg=額定Iavg×0.7×0.7
調整后的Iavg見表1
流量(m3)        T254 (%)        額定Iavg (mw/cm2)        調整后Iavg (&#61549;w/cm2)
1166        65        23.5                   11.5
(3) 失活速率k
由k=aIavgb估算
k=1.45*10-5*115001.3=2.75
(4) 流速確定
N/N0=exp{[ux(1-(1+4kE/u2)1/2)]/2E}-Np
Np=0.26*201.96=92
其中:N=10000個/L, N0=107個/L, Np=92個/L, k=2.75 (/s), x=157(cm), E=100 cm2/ss
或-3=u*157/[2*100]*[(1-(1+4*2.75*100/u2))1/2]
即u[1-(1+1100/u2)1/2]=-3.82
因此u=150 cm/s
停留時間:t=x/u=157/150=1(s)，考慮到反應器水力特性和液齡分布函數，取t=2 s
(5) 確定燈數
紫外消毒區的體積:V=1166/3600*2=0.65 m3
過水斷面面積:A=0.65/1.57=0.4 m2
燈管數:A/S=0.4/0.0752=71(根)
       根據以上分析計算可算出結果，這個污水紫外線消毒器所需要的紫外線消毒燈管數不應低于71支。通過以上示例就能正確的進行污水紫外線消毒器選型及消毒劑量和燈管支數的計算了。