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重庆污水处理厂紫外线消毒器系统选型及应用
发布时间:2015-06-06   点击次数:1199次

    重庆某污水处理厂设计日处理污水量5m3/d,于200012月建成投入试运行,采用的是改良型氧化沟工艺。起初没有消毒工艺,后因重庆市水价上涨,为降低城市绿化用水成本和保护嘉陵江水质,污水处理厂增建了污水紫外线消毒器装置,于20023月安装调试完成,投入正运行。

  紫外光消毒技术是基于现代防疫学、医学和光动力学的基础上,利用特殊设计的率、高强度和长寿命的C波段紫外光照射流水,将水中各种细菌、病毒、寄生虫、水藻以及其他病原体直接杀死,达到消毒的目的。目前,世界上已经安装运行的大型污水处理厂污水紫外线消毒器消毒装置有4000多套,其中,zui大的是新西兰曼努高污水处理紫外光消毒装置,日处理能力为121万吨(20017月)。

  紫外线消毒器消毒原理

  紫外线分为四个不同的波段:UVA400315mm)、UVB315315mm)、UVC280200nm)和真空紫外线(200100nm)。其中能透过臭氧保护层和云层到达地球表面的只有UVAUVB部分。就杀菌速度而言,UVC处于微生物吸收峰范围之内,可在1s之内通过破坏微生物的DNA结构杀死病毒和细菌,而UVAUVB由于处于微生物吸收峰范围之外,杀菌速度很慢,往往需要数小时才能起到杀菌作用,在实际工程的数秒钟水力停留(照射)时间内,该部分实际上属于无效紫外部分。真空紫外光空透能力极弱,灯管和套管需要采用极高透光率的石英,一般用半导体行业降解水中的TOC,不用于杀菌消毒。因此,给排水工程中所说的紫外光消毒实际上就是指UVC消毒。

目前能够输出足够的UVC强度用于工程消毒的只有人工汞(合金)灯光源。汞灯根据点亮后的灯管内汞蒸气压的不同和UV输出强度的不同,分为三种:低压低强度汞灯、中压高强度汞灯和低压高强度汞灯,相对应的紫外线消毒器分别是低压紫外线消毒器和中压紫外线消毒器。

紫外线消毒器价格优势及其他优势:

1、低能耗,紫外线消毒器处理污水能耗为30-60瓦小时/立方米;处理地表水为15-50瓦小时/立方米;处理地下水为2-10瓦小时/立方米,也就是说仅是臭氧系统的总能耗的1/4 –1/8;从某种程度上可以说紫外线消毒器价格低;

2、在紧凑性方面紫外线消毒器比氯化系统及臭氧系统更强;也就是说紫外线消毒器整体成本紧凑,紫外线消毒器价格低;

3、对电器安全要求更低,紫外线消毒器一般采用110、220和380伏供电,而臭氧系统则用8-30千伏,前者对电器要求更低;安全性高,紫外线消毒器价格也低;

4、相对于氯化作用和臭氧作用,使用紫外线消毒不会改变水的氧化特性,可以提高管道和附属设备的寿命;整体就显示出紫外线消毒器价格优势了;

5、污水处理过程中使用紫外线消毒器不会产生危险的气体(或液体)工艺组分(氯、臭氧),可以保证系统具有大的安全系数和大的可靠性系数;

6、相对于氧化工艺污水处理,在照射剂量过大的情况下采用紫外线消毒技术不会产生任何副作用;

7、成本更低,当将紫外线消毒工艺运用于已存在的天然水和污水净化系统中时不要求对系统的子模块进行专门的搬动,不要求建立另外的通风系统和专门的保护设备,无高压工作下的专门要求(这些在具有开放式水面的房间中是特别困难的)。与臭氧作用相比,这里没有必要向工艺系统中引入另外的元件(如泵站、接触容器等);所以紫外线消毒器价格相对就会降低;

8、在污水处理中紫外线消毒系统可靠性更高,且运行简单。比采用氧化工艺(氯或臭氧)简单许多,可靠许多,便宜许多。

  紫外线消毒器的杀菌效果是由微生物所接受的照射剂量决定的。

  照射剂量(J/平方米)=照射时间(s)×UVC强度(W/平方米)

  照射剂量越大,消毒效率越高。由于污水紫外线杀菌器设备尺寸要求,一般照射时间只有几秒,因此灯管的UVC输出强度就成了衡量紫外光消毒设备性能zui主要的参数。在城市污水消毒中,一般平均照射剂量在300J/平方米以上。低于此值,有可能出现光复活现象,即病菌不能被彻底杀死,当从污水紫外线杀菌器渠道中流出接受可见光照射后,重新复活,降低了杀菌效果。杀菌效率要求越高,所需的照射剂量越大。影响微生物接受到足够紫外光照射量的主要因素是透光率(254nm处),当UVC输出强度和照射时间一定时,透光率的变化将造成微生物实际接受剂量的变化。

  污水处理厂使用的污水紫外线消毒器消毒系统主要包括:(1)紫外灯及镇流器构成的消毒系统,(2)传感器与PLC构成的实时调节系统,(3)自动清洗系统,(4)供配电系统。

  紫外线消毒器设备选择

  由于目前国内安装的污水紫外线杀菌器污水处理消毒装置较少,许多用户和设计人员缺乏设备比选的经验。我们通过某污水处理厂UVC消毒装置的选择以及随后的应用研究,积累了一定的经验,认为应该重点注重以下4个方面。

  紫外线消毒器杀菌灯管的选择

  分两个方面。一是单支灯管的UVC输出强度越高,所需要的灯管数量越少,投资和运行维护费用越低。高强度汞灯的输出强度高,优于低强度汞灯。二是UVC电光砖换效率((253.7nm),这又分两个层次。一是灯管消耗的电能转换为光能的效率,二是光能为253.7nm波长(UVC)部分所占的比例,低压汞灯的紫外输出主要集中在253.7nm,而中压汞灯的紫外输出主要集中在366nm,且中压汞灯发热量很大,进一步造成能量浪费,因此,低压高强度汞灯的电光转换效率高于中压高强汞灯。污水紫外线杀菌器消毒系统的电光转化效率高达42%。此外,应选择质保寿命较长的灯管。

  紫外线消毒器传感器及实时调节系统的选择

  污水处理厂水量、水质波动较大,因此进行UVC输出强度的实时调节对节约电耗和延长灯管寿命意义重大。这主要通过灯管的可变输出和传感器的真实反馈来实现。就传感器进行真实反馈而言,其位置和波长的选择性极为重要。有些产品的传感器放在紫外灯管和石英套管之间,反馈的信号没有包含被消毒水的透光率变化情况。此外,一些传感器的波长选择性不强,测出的紫外光强度还包含了除253.7nm之外的其他波长的紫外光。能真实反应微生物实际接受的UVC照射强度的传感器应是放置在水中(与微生物处于同一位置),并且只监测253.7nm波长强度。某污水处理厂即采用的这种传感器,其低压高强度汞灯在50100%的范围内可以实现电耗与UVC输出的线性自动调整。

  紫外线消毒器自动清洗系统的选择

  污水处理厂污水紫外线消毒器消毒系统的清洗系统有人工清洗、自动机械清洗和自动化学清洗三种。由于人工清洗要中断消毒、工作量大、操作时易损伤灯管,且间隔时间长(自动清洗一般12/小时),无法保证石英套管所必需的zui低综合透光率,因此,除极个别特殊情况外,极少使用。污水紫外线杀菌器自动清洗系统的选择与所使用的灯管有关。对于中压高强度灯管,温度在600900℃之间,结垢严重,必须采用机械化学清洗。对于低压高强度灯管,温度低于110℃,结垢量和速度都远远低于中压高强灯管,在12/h的清洗频率内,不会形成结垢。某连续10个月的实际运行结果也证明了这一点。

  二次污染及事故污染

  正常运行时的二次污染来自化学清洗系统中的清洗剂。事故情况下的二次污染发生的灯管破损时汞进入水中,以及液压驱动的自动清洗系统发生泄漏。某污水处理厂选用的汞灯使用的是固态汞合金,因定粘附在灯管两端的突起点,灯管破损时不会象液态汞那样流到水中,将粘附着汞合金的石英碎片打捞出来即可。而且研究表明该汞合金在污水中长期浸泡后水中汞的本底浓度未见升高。此外,该系统采用压缩空气为动力的自动机械清洗系统,不存在运行期间和事故泄漏造成二次污染的问题。

  紫外线消毒器消毒的局限性

  与饮用水UVC消毒(目前世界上zui大的UVC饮用水紫外线消毒器消毒系统安装在芬兰的赫尔辛基,18.8万立方米/d)不同的是,污水中由于SS包裹细菌的影响,很难在投资允许的范围内达到非常严格的消毒标准。目前,只有一家紫外光消毒设备商的产品得到了美国加州污水回用标准Title22 of the California Code of Regulations的认可,该标准要求总大肠菌值小于2.2TC/100mL。某污水处理厂进、出水设计粪大肠菌值分别为106108FC/100mL200FC/100mL,重庆环境监测站的实测平均值小于20FC/100mL。氧化沟二沉池出水透光率(254nm)70%,高于设计值。SS小于200mg/L,消毒满足设计要求。

  运行成本

  重庆污水处理厂污水紫外线消毒器消毒系统总装机容量为47.3KW。单方水实际能耗0.02KKWh/m3,该厂缴纳的综合电价为0.49/KWh,即单方水电费为0.0098/立方米。灯管、擦洗环等消耗品的更换费用合0.0086/立方米,总运行费用合计0.918/立方米。

  结论

  重庆污水处理厂污水紫外线消毒器消毒系统的应用表明,我国现行的主流二级城市污水处理工艺出水的指标满足UVC消毒设备对进水水质的要求,消毒效果可以达到景观用水标准要求。

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