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污水处理厂二级出水紫外线消毒器消毒效能研究
发布时间:2015-08-26   点击次数:1140次

紫外线消毒器消毒工艺,由于不投加化学药剂、消毒时间短以及不产生有毒害副产物而日益受到关注,目前不仅新建污水处理厂大都采用污水紫外线消毒器消毒工艺,一些已建有加鑢消毒工艺的污水厂为了满足出水生物毒性指标也陆续改造为污水紫外线消毒器消毒工艺。紫外线消毒器厂家和紫外线消毒器研究人员针对目前国内外二级出水紫外消毒工艺存在的问题,采用小试和中试试验重点考察了影响二级出水污水紫外线消毒器消毒效率的因素以及二级出水紫外消毒后水质变化,研究了强化紫外消毒工艺抗水质冲击负荷的措施,并对二级出水紫外工艺消毒效率模型及紫外装置水力流态进行了分析。

从消毒副产物生成、二级出水生物毒性变化、二级出水中粪大肠菌群(Faecal Coliform, F.C.)光照增殖现象等方面对紫外消毒工艺对二级出水水质的影响进行了考察,并与目前普遍采用的加鑢消毒工艺进行对比。结果表明:二级出水紫外线消毒器消毒工艺不生成三卤甲烷(Trihalomethanes, THMs)和卤乙酸(Haloacetic acid, HAAs),加鑢消毒工艺THMs、二鑢乙酸生成量随加鑢剂量增大而增大,但均远小于国家标准;而紫外消毒工艺会生成较低量的甲醛,当紫外照射剂量在0~120mJ/cm2范围内时甲醛平均浓度为0.17mg/L。紫外消毒工艺几乎不影响二级出水生物毒性,而加鑢工艺会导致水样生物毒性增强。在光照情况下,紫外消毒、加鑢消毒后二级出水中均存在一定程度的F.C.数量增长现象,本文在给水紫外消毒光复活公式的基础上,针对二级出水紫外线消毒器消毒后仍残余大量F.C.的特殊性,提出了二级出水紫外线消毒器消毒的细菌复活率概念,并建立了二级出水紫外线消毒器消毒的光增值现象的预测模型。

选取滨河污水厂A/O工艺二级出水作为试验用水,考察了颗粒数量、颗粒尺寸以及起始紫外强度对紫外消毒效率的影响,采用连续过滤法将水中不同粒径颗粒分离后用无菌水稀释,紫外平行光仪照射结果表明:较大尺寸颗粒(D≥10μm)内F.C.的消毒效率低于较小颗粒(D5~10μmD2~5μm),三者消毒效率分别为1.302.844.10LogLog=Log(N0/Nt),其中N0为灭菌前水样中的F.C.数目,Nt为灭菌后水样中的F.C.数目),虽然消毒前D≥10μm颗粒吸附F.C.数目为1.7×104MPN/L,仅为二级出水内总F.C.数目的0.5%,但消毒后D≥10μm颗粒吸附F.C.数目约占消毒后残余F.C.总数的65.4%。试验也考察了颗粒对加鑢消毒工艺效率的影响,加鑢后颗粒数量减少,体积较大颗粒比体积较小颗粒数目下降更为明显。

考察了对二级出水中pH值、色度、氨氮、有机物、水温、铁锰等水质参数对紫外线消毒器消毒工艺效率的影响,结果表明,与加鑢消毒工艺相比,紫外消毒工艺可以有效抵御pH值、氨氮、有机物、水温等冲击负荷;而水样色度对紫外消毒工艺效率产生了较为明显影响。二级出水中Fe2+Mn2+含量对两组消毒工艺效率影响的考察结果表明,通常的二级出水紫外线消毒器消毒工艺中,不必担心Fe2+Mn2+含量对吸光度和灭菌效率的影响。

从生物处理工艺的选择、增设预过滤工艺以及采用预加鑢工艺三个方面探讨了强化二级出水紫外消毒工艺抗颗粒冲击负荷能力的措施,三种强化方法均取得了较好的抗颗粒冲击负荷能力,但选择稳定、可靠的生物处理工艺是保证紫外消毒效率的基础。

针对现有紫外消毒模型WERF存在的问题进行了修正,并在试验数据基础上,建立了关于悬浮颗粒浓度(Suspended Solid, SS)的残余F.C.数目和紫外剂量的模型1;对Scheible模型进行修正,将二级出水中颗粒态和附着态F.C.分离,分别考察其消毒效果,建立了模型2。将模型12分别用于预测紫外消毒效果,结果表明,两组模型均可较好地预测二级出水紫外消毒工艺的拖尾现象,但模型2在紫外剂量较小时,预测效果优于模型1。将模型2的预测方法应用于加鑢消毒工艺,同样较好地模拟了消毒效果。

建立了单根紫外灯管周围任一点紫外照射强度I的计算公式及计算程序,结果表明紫外灯管周围任一点I是该点与灯管轴线垂直距离R、该点在x轴方向的坐标h、污水的吸光系数ξw的函数。h对紫外强度影响较小(除h<5h>195cm外),而RI影响很大,R1cm增大至6cm时,h5~195cm之间的I平均值即下降了94.88%。对距离灯管中心距离R的圆柱面的强度值IRR的曲线拟和结果表明,IRR较好地符合IR=65.182×R?1.8415的幂值分布。在假定紫外灯管间距为12cm的基础上,采用4组紫外灯管,模拟了紫外渠道内垂直于灯管截面上I,结果表明,垂直于紫外灯管截面上I分布极不均匀,渠道内zui高I52.19mw/cm2(石英套管表面处),渠道内zui低I<1mw/cm2I>10mw/cm2分布在距离灯管表面1.767cm之内,仅占渠道总截面积的16.15%,渠道内约有25%区域I2~3mw/cm2之间,约14%区域I<2mw/cm2。根据紫外照射强度计算结果设计了紫外中试装置。

利用计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics, CFD)技术对紫外装置内水力流态进行了预测,计算得到渠道内的平均流速为0.521m/s,zui大流速为0.788m/s,zui小流速为0.287m/s;装置内水流基本为层流状态,靠近渠道下 - II -部和两侧的水流出现了明显短流现象,流速较大,消毒效率难以保证。为此,采用在紫外渠道中心区设置不锈钢填充柱,在渠道下部和两侧每间隔50cm设置不锈钢挡板的方法改进渠道结构,计算得到渠道内的平均流速为0.398m/s,zui大流速为0.884m/s,zui小流速为0.004m/s。改进后,渠道内水流紊流强度增强,尤其是中心区和渠道两侧,且多数区域出现了流线交叉现象。采用CFD软件对渠道出口处残余F.C.数目进行了预测,预测得到的平均值为425MPN/L,而实际检测值为750MPN/L,较为接近。

二级出水紫外线消毒器与加鑢消毒工艺经济分析表明,在同等处理规模(5×104m3/d)情况下,紫外消毒工艺运行成本为0.013/m3,而加鑢消毒工艺运行成本为0.020/m3,紫外消毒工艺低于加鑢工艺。此外,紫外消毒工艺施工工程量小、占地面积小、操作管理要求低、对环境及水质毒性指标的影响小,因此比加鑢工艺更有优势。二级出水紫外线消毒器装置消毒效率预测模型、流态分析方法的完善必将推动二级出水紫外消毒技术的推广。

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