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深圳市光明污水厂污水紫外线消毒器设计说明
发布时间:2015-01-27   点击次数:1587次

深圳市光明污水厂近期旱季设计规模为15万m3/d,高峰污水量19.5万m3/d;远 期设计规模为25万m3/d。通过介绍紫外线消毒的技术原理、技术优势和系统构成,结合光明污水厂污水紫外线消毒器消毒的工程实例,着重阐述了如何确定设计参数、计算紫外剂量、选择污水紫外线消毒器、计算系统尺寸和设计紫外线杀菌器消毒渠道,并展望了该技术的应用前景。

1工程概况

光明污水处理厂位于茅洲河以东、龙大路以西、别墅大道以南、双明大道以北的地块,南侧紧临民众学校,规划用地面积为15.7公顷,实际用地面积约14.45公顷,近期用地面积约为8.10公顷。污水 厂主要服务区域为光明街道和公明街道北部部分地区。光明污水处理厂近期旱季设计规模为15万m3/d,高峰污水量19.5万m3/d(2.26 m3/s);近期雨季考虑部分初雨截流,设计流量为3 m3/s。远期设计规模为25万m3/d。

2紫外线杀菌器消毒技术简介

2.1紫外线消毒技术原理 紫外线按照波长分为4个波段: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波段的紫外线,且在254nm附近的紫外光杀菌效率zui高。目前的绝大部分紫外灯的zui大紫外输出功率的波长为253.7nm。紫外线消毒是一种纯物理消毒方法,利用波长为254nm及其附近200—300nm范围内其它波长的紫外线,使微生物(细菌、病毒、芽孢等病原体)细胞的DNA/RNA的碱基对(胸腺嘧啶)发生光化学聚合或导致结构键断裂从而阻止蛋白质和酶的合成,杀死微生物或使其不能复制繁殖 从而达到消毒的目的。

2 2紫外线消毒器消毒技术优势

1)对致病微生物有广谱消毒效果,消毒效率高,对大多数致病原生动物、细菌、病毒等都能灭活,尤其对氯有抗药性的贾第鞭毛虫、隐孢子虫卵囊等顽固的原生生物有消毒作用。

2)与液鑢、二氧化氯和臭氧等化学消毒方法不同,紫外线是物理消毒方法,在整个消毒过程中不 产生生物可同化有机碳(AOC)、可生物降解溶解性有机碳(BDOC)、三卤代甲烷类副产物(THMs)等损害管网永质、生物稳定性的有毒有害的消毒副产物。

3)消毒效果不受水温、pH的影响。

4)由于紫外线杀菌器消毒不加任何化学药剂,因此不会对水体和周围环境,尤其是有特殊要求的受纳承体,如特定的海域,养殖水体、下游杖用水源、浇灌回用水产生二次污染或不良影响。

5)运行维护安全可靠,无需储存、运输及使用任何有毒和有腐蚀性的危险化学物品。

6)占地面积小.土建投资较低。因为紫外线消毒接触时间很短,仅需1—2秒即可杀灭致病微生物,而氯消毒则需30~60分钟,臭氧消毒需15—30分钟。

7)设备运行厦维护简单、方便、安全,在所有的消毒方法中运行成本较低。

2 3污水紫外线消毒器消毒系统构成 污水紫外线消毒设备系统由紫外灯模块、模块支架、配电中心、系统控制中心、水位监测及控制系统等组成,设备的核心部件是紫外灯管。

目前,大部分城市污水厂尾水的污水紫外线消毒设备的系统都采用模块化明渠式,它主要由紫外线消毒模块组、控制系统清洗系统及供配电系统组成。紫外线消毒设备模块组浸没在水中,污水流经紫外线消毒设备时,其中的微生物经紫外灯的辐射被灭活。达到消毒的目的。

3紫外线消毒器消毒系统的设计

3.1污水紫外线消毒设备设计参数的确定 主要有以下几个设计参数需确定:

(1)进水流量(Flow) 进水流量是紫外线消毒系统设计的基本参数,根据紫外线消毒系统zui不利设计的原则,其设计流 量必须考虑峰值系数。特别是考虑整个工艺运行下的zui大小时流量,对于某些工艺,如间歇出水工艺 尤其如此。

(2)污水紫外线穿透率(UVT) 紫外穿透率是测量污水传播紫外线能力的一个指标,也是设计紫外线设备的重要参数。污水紫外穿透率的下降只能通过增加灯管数量或光强进行补偿。也就相应升高了紫外线消毒器价格。

(3)悬浮物浓度及固体颗粒物尺寸(Ss和TsD) 悬浮物由各种带菌颗粒组成。这些颗粒使紫外线很难对高悬浮物浓度的污水进行消毒。另外,污水中铁离子的含量多会屏蔽紫外线。这些因素都会引起污水中“紫外线需求"的增加。也相应升高了紫外线消毒器价格。

(4)其他参数 如进水中工业废水成分、上游处理工艺、水头损失要求等也需要综合考虑,具体设计参数。深圳市光明污水厂污水紫外线消毒器系统设计参数 设计参数 平均流量 高峰系数 峰值流量TSS 参数值 15万m3/d1.3 19.5万m3/d10 mg/L ≥65% ≤30 ≤1 pan 紫外线@253.7 ntn穿透率 平均悬浮颗粒尺寸 出水粪大肠菌群数 环境温度100个/L 一15一40

3.2紫外线剂量的计算 紫外线剂量是影响消毒效果的直接因素,它等于紫外光强度与接触时间的乘积。在相同的紫外光强度条件下,接触时间决定紫外剂量。理论上来说,紫外剂量越大,消毒效果越好,然而紫外消毒有一限值,超过该限值却不能经济有效地灭活额外微生物。因此,紫外剂量应根据排放水体的卫生学指 标作经济合理地选择。紫外线剂量的计算有平均紫外线剂量法、水动力学模型法和紫外线生物验定剂量法。然而,灯管老化系数、套管结垢系数、紫外透光率、镇流器效率、灯管输出功率、光电转换效率、灯管间距、水动力学因素、水质因素及消毒器本身设计等诸多因素,都会影响紫外系统的实际消毒性能,因此决定紫外线消毒系统消毒性能的是紫外线消毒器所能实现的有效紫外剂量,而不是消毒器的理论计算剂量。有效紫外线剂量必须按照紫外线生物验定剂量法,在zui坏的工况下做实际测定。

污水流经污水紫外线消毒器渠道后,水中的微生物由于被紫外线照射受到损伤以至死亡,但在可见光和近紫外光(有效波长范围为330hill~480 nln)的作用下,微生物对紫外线损伤有一定的修复能力,此即光复活现象。也有研究表明,污水本身的环境不利于微生物损伤后的修复。但仍有必要进一步研究.

深圳市光明污水厂污水紫外线消毒器系统设计、光复活的原理和条件,确定避免光复活发生的zui小紫外线照射强度、时间或剂量,以合理确定设计参数。

3.3污水紫外线消毒器的选择

目前,用于城市污水处理的紫外线杀菌器消毒系统的紫外灯管主要有低压灯、低压高强灯、中压灯产品。在选择紫外线杀菌器消毒装置的时候,应充分考虑以下几方面因素:

1)应优先选择自动化程度高,以及有更好的环保性、安全性、经济性和社会效益的装置。

2)应优先选择低耗能、高性能、剂量同步控制、可变功率输出的装置。

3)应优先选择总装机容量小、运行成本低的装置。

4)应优先选择紫外有效剂量通过国内外独立第三方认证的装置。

5)为保证达到GBl8918中所要求的一级A标准,紫外线设备在峰值流量和紫外灯运行寿命终点 时,考虑紫外线灯套管结垢影响所能达到的紫外线有效剂量不应低于20 mJ/era2。

6)应选择灯管使用寿命长的紫外线消毒设备,一般灯管寿命应≥12000h以后,紫外线的输出功率不低于80%。

7)应设置UV传感器,监视石英套管结垢后的水质变化状况和紫外线的放射剂量。

8)须设置无动力水位控制系统,自动控制渠道水位,使渠道水位达到有效杀菌的高度。

3.4紫外线杀菌器消毒方案的设计 光明污水厂按峰值流量19.5万m3/d设计。根据本工程处理出水水质要求、设计平均流量、水流 高程(较富余)以及用地条件,选用低压灯和低压高强灯较合适。为减少投资,节省日常运行更换灯管 费用,本工程选用312根低压高强灯管,单根灯管紫外输入功率为250 W,单根灯管水力负荷625m3/ 000 h,并保证在使用12 000 h d,经修正后有效紫外剂量约为25.7 mJ/era2。消毒系统采用开放明渠式结构,灯管为顺流式平行排 布。 在确定紫外线灯管数量后,并组成合理的模块组,进而确定渠道尺寸。

(1)模块数量及渠道宽度. 本工程设计3条渠道,采用模块化结构,沿水流方向每条渠道各安装一个模块组,每个模块组若干个模块,每个模块上灯管不宜过多,以免模块提起维护时,所对应的消毒盲区过大。本工程宜采用 每个模块8根灯管,每个模块组13个模块,共39个模块。模块横向间距各为101.6 mm,则每条渠道宽度为101.6×13=1320.8mm。

(2)渠道长度 为保证进入模块组前水流平稳,在紫外线消毒系统前加设整流板,整流板和模块之间的直流段长 度不小于2倍的水深,模块后到渠道出水喇叭口前段的直流段长度不小于500 mm,出水喇叭口角度 小于18。,系统下游设有自动水位控制堰门,其安装长度要求不小于l250 320 mm。 mm。故渠道长度为:500(整 流板前)+l 640(整流板到模块)+2 490(模块长度)+500+l 620(喇叭口长度)+l 250(自动水位控 制堰长度)=8000 mm。

(3)有效水深 根据设备厂家所提供的模块上灯管布置间距,灯管竖向排列间距101.6 mm,故模块zui上面套管 距池底的高度为775mm,该高度也是自动水位控制堰门的控制水位,经过模块的水头损失为25 因此有效水深为0.775+0.025=0.80m。

(4)过流面积 每条渠道:渠宽1320 mm,有效水深800 nun,过流面积为1.056m2。

(5)平均曝光时间 单渠过流面积为1.056 m2,灯套管所占面积0.064 m2,单渠平均过流量为50 为502.53 000÷24÷38。 000 m3/d,平均流速 600÷(1.056—0.064)=0.583 m/s,灯管有效弧长约1.475 m,则平均曝光时间为150秒。

(6)系统水头损失计算 紫外系统总水头损失包括自动水位控制堰门自身水头损失和模块水头损失,本工程自动水位控 制堰门自身水头损失为475 mm,过模块水头损失为25 mm,因此系统总水头损失为500mm。

4消毒效果的检测待工程建成投产后,需对污水处理厂紫外线消毒系统出水粪大肠菌群进行采样、检测、分析、统计并作曲线图,以核实并确保消毒效果达标,应注意:

1)应在实际工况条件下,连续运行24小时,检测紫外线的泄漏量为0。

2)按GBl8918—2002地面水环境质量标准,对处理出水进行水样检测。

3)水质检测点应布设于消毒渠出水处。

4)粪大肠菌群检测分析的方法应以GB5750—85多管发酵法或滤膜法为准。

5结语

紫外线消毒器消毒技术为物理消毒方式,无需化学药品,无二次污染,不产生消毒副产物,也不像液鑢在运输存储中存在安全隐患;紫外线消毒具有广谱杀菌能力,杀菌效率高;土建规模比传统液鑢消毒低,占地省,基建投资、能耗以及运行费用低,自动化程度高,维护简便。

随着我国政府环保部门和民众对污水处理厂尾水消毒的日益重视,近年来污水紫外线消毒器消毒已在城市污水处理系统中逐渐普及,紫外线消毒技术日趋完善,也累积了一定的运行经验。紫外线消毒器价格低、安全、和稳定性,有望经逐步改进或与其他消毒方式相结合而形成组合式消毒工艺后,被更多的应用到水处理行业甚至是净水处理流程中,进而成为取代传统化学消毒方法的主流技术。

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