污水处理厂紫外线消毒技术的应用

摘要

紫外线污水消毒技术在国外特别是欧洲和北美地区经过近30多年的发展已经成为成熟、可靠、投资效益高的绿色环保技术，在世界各地各类城市污水的消毒处理中得到日益广泛的应用，成为污水处理领域中取代传统加氯消毒的主流技术和工艺。在国内污水处理厂尾水消毒中也得到了广泛的应用，为了进一步的引导引导紫外线消毒技术的规范应用，国家标准化委员会在2005年专门颁布了《城市给排水紫外线消毒设备》（GB/T19837-2005）国家标准，规范了紫外线消毒技术的运用，本文结合笔者的一些实际经验和研究，对紫外线消毒技术在污水处理厂中尾水消毒工艺中的应用做阐述说明。

关键词 紫外线  消毒  标准   

1、城市污水消毒的必要性

为了保护人类的健康、生命以及水环境和水资源，世界许多国家和地区（北美、欧盟、日本、韩国、台湾等）都要求对城市污水在排放前进行消毒处理。污水消毒也是保护饮用水源的第一道防线。2002年11月，我国和许多国家及地区爆发了非典型性肺炎，这一疫情的元凶冠状病毒广泛的传播和性顽强存活能力使人们意识到消毒的重要性，尤其是对接纳病人排泄物的污水处理厂的尾水消毒成为防止疫情扩散的重要防线。我国国家环境保护总局和国家质量监督检验检疫总局于2002年12月24日颁布的《城镇污水处理厂污染物排放标准》GB18918-2002中首次将微生物指标列为基本控制指标，要求城市污水必须进行消毒处理，从而使污水处理的病理指标与国际接轨。

许多国家和地区在对城市污水要求消毒的同时,也制定了相应的消毒指标，相应的排放标准（部分国家和地区尾水消毒指标见表1），我国的《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）将粪大肠菌列为基本污染物控制指标。该标准规定执行二级标准和一级B类标准的污水处理厂排放要求是粪大肠菌群不超过10000个/L，执行一级A类标准的污水处理厂排放要求为不超过1000个/L。

表1   部分国家和地区尾水消毒指标

2、城市污水处理厂尾水不同消毒方法的比较

给排水消毒方法可分为两大类，即化学消毒方法，如：加氯消毒和臭氧消毒；和物理消毒方法，如：紫外线消毒。目前，国内污水处理厂尾水消毒主要有四种消毒方法，分别是氯气、二氧化氯、臭氧、紫外线，他们各有优缺点，各自有着不同的应用领域。整理见表2

表2不同消毒工艺的比较

3 紫外线污水消毒技术的研究

3．1紫外线消毒的原理

紫外线一般被分为三个不同波段：紫外C（200～280 nm）、紫外B（280～315 nm）和紫外A（315～400 nm），其中紫外C（UVC）的杀菌效果最好。

紫外线杀菌与化学消毒剂杀菌不同，它不是通过得失电子的氧化还原反应进行，而是通过由紫外光子辐射导致的光化学反应来进行。紫外灯在260nm附近杀菌效率最高，目前生产的紫外灯的最大紫外输出功率在波长为253.7nm处，该波长在世界顶级紫外灯中已占紫外能量的90%、总能量的30%以上，由于高强度、高效率的紫外C的存在，紫外技术克服了以往杀菌效率低、消毒水量小、成本高的缺点，已在水消毒领域具有相当的竞争力。

紫外线消毒是一种物理消毒方法，紫外线消毒并不是杀死微生物，而是去掉其繁殖能力进行灭活。紫外线消毒的原理主要是用紫外光摧毁微生物的遗传物质—核酸（DNA或RNA），使其不能分裂复制。除此之外，紫外线还可引起微生物其他结构的破坏。微生物在人体内不能复制繁殖，就会自然死亡或被人体免疫功能消灭，从而不会对人体造成危害。

紫外线是波长在200–400nm 的电磁波，它又分为4个波段，其中具有杀菌消毒功能的紫外波段为200–300nm，即紫外C和紫外B中的部分。通常人们较关注微生物对紫外线的吸收频谱，认为253.7nm是紫外消毒的最佳波段并把紫外消毒技术称为紫外C消毒，确切来说是不全面的，因为忽视了微生物对紫外线的反应频谱。

3．2微生物受到紫外照射后的修复

如果微生物没有接受到足够的紫外照射剂量，有些微生物可以修复其受到的损伤。大量的研究表明：病毒本身没有修复能力，有些细菌具有修复能力，但受到的紫外照射剂量越高，其修复能力越低，只要剂量设计适当，可完全去除或有效地抑制这些微生物的修复能力。

微生物的修复可分为光修复和黑暗修复，光修复需要可见光的存在，而且微生物在受到紫外线照射后到见到可见光之间的间隔时间越长，微生物见到可见光后光修复的能力越低，如果时间间隔超过2小时以上，一些微生物会完全丧失光修复能力，污水厂在设计时可利用这一特点通过增加消毒后污水不见光的时间来进一步抑制微生物的修复。

研究证明只要设计合理，微生物的修复在实际污水处理和回用水处理系统中并不重要，另外污水本身的特性也被认为不利于微生物受伤后的修复。有些研究还显示中压紫外灯发射的某些紫外波长可能可以抑制或破坏微生物的修复能力。世界上使用紫外消毒工艺的3000多家污水处理厂的实际运行表明微生物的修复并不是实际问题，现在这一问题在国外已不再是紫外污水消毒处理应用中人们担心的问题。
3. 3消毒系统的关键技术

除了水质参数外，紫外消毒系统自身也有很多因素会影响或决定其消毒性能，系统本身的影响因素主要如下：

1）消毒器的结构设计和剂量计算

消毒器的结构设计是紫外消毒系统设计的关键、即如何通过消毒器的流体动力学设计以及灯管的优化布局等来提高消毒器利用紫外灯管发射出的杀菌紫外能量的效率，从而使其更接近于理想消毒器；同时尽可能减少水头损失。通常用消毒器效率来判断一个紫外消毒系统的优劣.

2）紫外灯管性能

紫外灯管是紫外消毒系统的重要组件。其性能不仅仅是新灯管的杀菌紫外能的能量输出、光电转换效率还包括灯管的老化特性。新灯管的紫外输出（单位：W）指的是一根新灯管在经过100小时运行磨合期时的紫外能输出功率。灯管在使用过程中会逐渐老化，紫外能输出会随时间而衰减。灯管老化系数定义为灯管在寿命周期终点时的紫外输出与新灯管紫外能输出之比。

在剂量计算时必须计入灯管老化系数，而不能单考虑厂家对紫外灯管的保证寿命，目前市场上大多数紫外灯管的老化系数在50%左右，个别厂家灯管的老化系数可达80%左右。NWRI紫外系统协议规定紫外消毒系统灯管老化系数为0.5。

3）灯管表面结垢

城市污水中的复杂成分会使灯管的石英表面结垢，影响系统的消毒性能。为了保证系统消毒性能不受结垢的影响，必须在系统剂量计算中计入灯管的结垢系数。结垢系数一般与灯管的清洗方式有关。NWRI紫外系统协议规定紫外消毒系统与清洗方式相关的结垢系数为0.8。

4 紫外线污水消毒技术的经济性研究

2003年~2008年间，国内陆续有近300家污水厂采用紫外线作为污水厂尾水消毒工艺，如深圳市滨河污水处理厂（35.0万m3/d）、重庆北碚城市污水处理厂（5万m3/d）、成都第一污水处理厂（30万m3/d）,广东潮州第一污水厂（10万m3/d），上海白龙港污水处理厂（160万m3/d）等等近300家污水厂的紫外线消毒设备正在运行，本文结合这些污水厂尾水消毒工程实例就紫外线消毒技术和液氯消毒应用的技术经济分析如下：

5 结束语

紫外消毒技术为物理消毒方式，具广谱性杀菌能力，无二次污染。经过20多年的发展已经成为比较成熟可靠的高效环保型消毒技术，在国内污水厂得到广泛的运用。，随着《城市给排水紫外线消毒设备》（GB/T19837-2005）国家标准的出台，紫外线消毒技术必将得到广泛的推广，紫外线消毒是通过紫外线的能量去掉微生物的繁殖能力而进行灭活，因此，在设计一套紫外线消毒装置时，必须了解污水成分、穿透率、TSS浓度，掌握关键技术，确定合理的紫外剂量和光照时间，减少投资，节约运行成本，取得良好的消毒效果。同时研究大型紫外线消毒设备及工程系统并应用于中水回用、污水排放以及自来水等领域，将对提高我国的用水安全性具有重大意义。

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