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污水处理中污水紫外线消毒器消毒技术的应用
发布时间:2015-07-19   点击次数:1118次

消毒是水处理中的重要工序,为保证公共卫生安全,防治传染性疾病传播,城市污水处理设施应设置消毒设施。因此污水处理中出水的紫外线消毒器等消毒技术不是可有可无的。由于污水中含有大量细菌及病毒,污水处理厂应把好zui后一道关,尽可能杀灭致病菌。

1 消毒技术及发展 通常消毒方法可分为物理法和化学法。物理法 包括加热、紫外线消毒器消毒法、射线照射、分子筛等;化学法主要采用强氧化剂如鑢气、二氧化鑢、臭氧、高锰酸钾、鑢胺、次鑢酸等化学药剂。长期以来,由于化学法具有容易实现、成本低的优点,所以使用较多,而液鑢作为廉价的消毒剂有着zui广泛的应用。从理论上分析,消毒剂消毒能力的大小取决于单位摩尔物质得电子的能力。因此消毒能力依为:O3>CIO2>CIO->CI 2>鑢胺>KMnO4从实际使用成本分析由高到低为:KMnO4>CIO->O3>CIO2>鑢胺>CI2。在上述消毒剂中KMnO 4消毒能力差、价格高,工程中很少单独使用;O3CI2CIO-都可以氧化有机物,但CIO2对氨氮无氧化作用。虽然液鑢使用zui多,但鑢气是一种具有强烈刺激性的有毒气体,在运输和使用过程中易发生泄漏和爆炸。由于鑢氧化性强,易与水中有机物发生反应,对消毒产生干扰,另外其反应产物卤代烃、鑢仿、三鑢甲烷、多鑢联苯等物质对人畜有毒害,许多还是致癌、致畸、致突变的“三致"物质。现在国际上许多国家和地方政府已限制鑢及其衍生物的使用。我国一些地方的环保部门和劳动保护部门也对液鑢的使用进行了控制,在目前尚无更经济实用的方法推出前,许多污水厂出水都没有正常的消毒,为此国内二氧化鑢消毒技术迅速发展。二氧化鑢使用时要现场制备,而且仅有 20%二氧化鑢在消毒过程中有效。另外,二氧化鑢发生器规模较小,如何运用于加鑢量较大的污水处理厂成为一个问题。基于上述原因,污水紫外线消毒器消毒技术在污水处理领域开始崭露头角。紫外线技术早在1900年便已存在,但现在的紫外线技术与过去已是不完全相同了。据统计,过去饮用水紫外线消毒器被大量应用,很少有紫外线消毒运用于污水处理的实例,但到了1995 年紫外线消毒技术在美国污水处理中的应用已达5%,并呈逐年上升趋势。近来,由于采用紫外线消毒具有不需投加任何化学药剂,不改变水的成分和结构,消毒时间短,杀菌范围宽效果好的优点,国际上一些对细菌排放有严格要求的地区,大多采用了污水紫外线消毒器消毒。

2 紫外线消毒技术的原理 紫外线是一种肉眼不可见的光线,通常我们将波长在200nm以上的光都称为紫外线,根据不同的波长还可细分为UVA315 ~ 400 nm),UVB280 ~ 315 nm),UVC200 ~ 280 nm)。过量的UVA会导致色素沉积,UVB是色斑和维生素D综合症的致病原因,而UVCzui易被 DNA(核糖核酸)吸收。紫外线消毒使用的就是UVC。当病毒细胞经紫外线照射后,波长254 nm 的紫外线被DNA吸收。细胞在DNA 链上的相邻的胸腺嘧啶将相互纠缠,新的二聚物会阻碍RNA(核糖核酸)链上正确的DNA 遗传代码复制,RNA是信息的传递者,其功能是传递DNA码至细胞的不同部分。由于RNA 传递功能丧失,zui终导致细胞功能衰退而死亡,从而达到消毒杀菌的目的。紫外线消毒灯管类型可分成低压、中压、高压3 种,但是常用的是低压紫外线消毒器和中压紫外线消毒器系统。低压汞灯内为负压,汞呈蒸气状,中压汞灯内为常压。低压灯按输出能量的不同分为高强度和低强度两类。低强度灯类似于普通的荧光灯,在内部镜头上没有磷涂层。镜头由特殊玻璃制成,因此可以保持较高的紫外线转输率,防止镜头被紫外线晒黑。 低压高强度灯是近来用于污水处理中较多的产品,其紫外线转换率比低压低强度灯高4倍。单根功率也达到100 W以上。中压系统每根灯能耗zui高可达5 000 W,而低压系统每根灯管能耗为 65 ~ 1 500 W。处理同样的水量,中压紫外线消毒器系统与低压紫外线消毒器系统相比,则需要较少的灯管,水流通过时的水头损失也较小,灯管自清洁系统的费用也较少。但由于中、高压系统发出的波长范围宽,而能被有效利用的只有一小部分,所以能量转换率低(通常只是低压系统的1 / 2 ~ 1 / 3)能耗大,因此一般只在大型水处理厂中使用。紫外线消毒效果的好坏与紫外线灯源发出有效波长的能量转换率、紫外线弧长有关,还与灯管和水的透射率以及照射时间有关。现在的灯源可发出40%以上的有效光谱,石英灯管的透射率也在90%以上。因此,与传统意义上的紫外线灯已不能相提并论。目前,世界上先进技术的灯管寿命已达15000 h以上,但价格却降低了不少,从而大大降低了紫外线消毒器价格、投资及运行成本。  

3污水紫外线消毒器系统的计算 紫外线消毒系统设计主要考虑以下因素:水质、透射率、水量、峰值系数、杀灭率、照射强度、照射时间。 通常先取得需要消毒的水样,测出其水质,包括细菌数、种类、水样透射率等。其次可采用静态或动态的试验得到在设计杀灭率时的紫外线剂量。

紫外线剂量可用下式表示:紫外线剂量= 紫外线密度X照射时间。紫外线剂量单位为J/ m2 ,紫外线密度单位为W/m2,照射时间单位为S 在过去,常用理论紫外剂量测算,理论紫外剂量是假定在理想系统中,所有微生物都能接受到同样的紫外线辐射,这时需要的剂量即称为紫外剂量。由于紫外线消毒器系统设计中常常偏离理想条件,按理论紫外剂量设计的消毒器往往不能保证设计杀灭率。因 此,现在常以生物验定剂量(即紫外线消毒器实际能达到的有效紫外线剂量)为设计参数。 加拿大的一个二级污水处理厂出水水样的紫外剂量试验表明:当紫外线剂量在0 ~15mWS/cm2 时,已有微生物功能衰退现象出现,当紫外线剂量> 30 mWS/cm2 时,杀菌效果无法进一步提高。这主要是因为污水中大量悬浮固体颗粒的存在屏蔽了紫外线,使与悬浮颗粒结合的微生物得以存活。这是污水处理与给水处理不同的特点。因此,设计的紫外剂量通常< 30mWS/cm 2

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