紫外线消毒

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紫外线消毒在上海临江水厂改扩建工程中的应用
陈艳丽王如华欧阳剑王健
(上海市政工程设计研究总院，上海200092)
摘要以上海临江水厂扩建及改造工程设计为背景，在简要介绍紫外线消毒特点及其在供水行业中应用情况的基础上，重点阐述了紫外线消毒工艺在60万m3／d临江水厂中的设计参数，以及紫外线消毒系统的清洗方式。
关键词紫外线(UV)消毒高效灭菌管式反应器低压紫外灯清洗剂
1工程设计概况
临江水厂位于浦东新区的南部，浦东三林塘出口、黄浦江畔，是浦东新区最大的水厂。水厂设计总规模60万m3／d，分两期实施：一期于1997年8月建成投产，设计规模40万m3／d，采用常规处理工艺，设有平流沉淀池2座、V型滤池2组、清水池2座、吸水井和送水泵房等。
二期包括扩建20万m3／d常规处理工艺和新建60万m3／d深度处理和排泥水处理系统。20万m3／d常规处理工艺扩建工程于2006年7月建成投产，设有高速ACTIFIO澄清池3座、TGV双层(锰砂及石英砂)滤料滤池1座、清水池1座，以及加药
系统、吸水井和送水泵房等。
为达到上海市2010年供水规划的水质目标和满足水体环保要求，于2005年启动全厂60万m3／d规模的净水深度处理和排泥水处理系统的工程设计：在净水系统中增设了预臭氧、中间提升、后臭氧、活性炭吸附和紫外线(UV)消毒等工艺设施；在排泥水处置系统中增设了排泥水收集、调节、浓缩和脱水等工艺设施。改扩建及新建后的全厂净水和排泥水处理工艺流程见图1。
2紫外线消毒特点及在供水行业中的应用
2．1紫外线消毒特点
紫外线消毒机理是利用波长为254 nm及其附近波长范围内的紫外线使微生物DNA的碱基对发生聚合、阻止蛋白质合成而使微生物不能繁殖，是纯物理作用。其特点如下：
(1)杀菌效率比化学消毒要高。对细菌、病毒
的杀菌作用一般在1 S以内。而氯气、二氧化氯或者臭氧等化学消毒要达到同样的杀菌效果，一般需要30 min甚至更长的接触时间。

(2)有高效杀菌广谱性。紫外线能高效率杀灭大多数致病原生动物、细菌、病毒，特别是一些对人类危害较大且有抗氧化性的原生动物类，如隐孢子虫和贾第鞭毛虫等。自1993年美国MIWAUKEE市暴发隐孢子虫病并致57人死亡、5万多人住院以来，紫外线由于对隐孢子虫的特殊消毒效果而得以逐步推广。
(3)无二次污染。由于不加入任何化学药剂，因此不会对水体和周围环境产生二次污染。
(4)紫外线消毒不腐蚀设备，运行安全、可靠。
(5)运行维护简单、费用低。由于20世纪90年代以来，紫外线消毒核心技术日益完善，不仅消毒效率高，而且运行维护简单，成本低，其运行费用与氯消毒相当，比臭氧低。
(6)占地面积小。因紫外线消毒需要的接触时问很短，通常在5 s以内，因此占地面积很小。
2．2 紫外线消毒在供水行业的应用状况
紫外线消毒技术应用于供水行业是伴随着净水工艺的发展，并随着紫外线消毒设备的逐步完善而得以推广。在国外，已有较多大型给水厂采用紫外线消毒工艺，例如华盛顿西雅图市Cedar水厂——世界上已建成的最大的紫外线消毒系统，供水规模68万m3／d；维多利亚Japan Gulch水厂——加拿大最大的紫外线消毒系统，工程规模50万m3／d；欧洲最大的饮用水紫外线消毒系统——荷兰的鹿特丹水厂，规模为47．04万m3／d。在国内，紫外线消毒技术应用于给水厂的实例还不多，已建成的有大庆5万m3／d水厂；正在施工或设计中的有上海临江水厂(60万m3／d)、天津开发区水厂(三期)(15万m3／d)。
随着我国饮用水水质新标准的颁布和实施，紫外线消毒技术的研究和应用已越来越呈现m优越性。我国在紫外线消毒方面也有了相应的行业标准。
3紫外线(UV)消毒工艺在临江水厂中的应用
3．1 紫外线消毒工艺选用背景
依据丁程设计水质目标并结合上海浦东威立雅自来水有限公司几项要求更高的内控目标(如隐孢子虫为o)，对采用臭氧消毒和紫外线消毒在经济上作了比较(2003年12月进行的初步设计工程比较)，结果表明：两种消毒方式一次性投资基本相同，但臭氧消毒的年运行费约500万元，而紫外线消毒年运行费约130万元(含UV灯管更新)，因此设计以紫外线消毒作为首选工艺。
3．2临江水厂紫外线消毒系统设计
本工程设计中紫外灯采用低压灯，采用低压灯的优点主要如下：
(1)由于低压灯为单波长254 nm射线，安装功率仅为中压灯的1／3～1／2，效率比高压灯高约300％，节约电费。
(2)紫外线灯管利用与太阳光自然杀菌相同的原理，在数秒内可杀死微生物，不产生副产物和气味。
(3)低压灯寿命比中压灯长，工程中所选用的紫外线反应器能保证12 000 h的使用寿命，预计实际可达15 000 h。
(4)低压灯的水力要求没有中压灯敏感，适用过水流最范围55～6627m3／h，设计中在该水力反应器中放置了数量较多的灯管以避免水流短流。
(5)紫外线灯可以在相当大范围内(50％～100％)调节-照射强度以适应水量、水质的变化。
临江水厂T程设计参数：
工程设计规模60万m3／d，共分成4条生产线，每条生产线由DNl 200管道与进水总渠相连。设计考虑1条乍产线检修时另3条DNl 200管道可以正常运行，即每条DNl 200管式紫外线消毒反应器设计规模为20万m3／d。每台紫外线反应器共设5(7)组灯组，每组12根紫外线灯，共计60(84)根灯管，其中有2组可根据需要调节。
每台紫外线反应器的功率为22 kW，最大工作压力0．15 MPa。紫外线消毒剂量按40 mJ／cm2计算。
每台紫外线反应器内水流流速1．2--一2 m／s，过流时间2．2～3 s。
每台紫外线反应器其上、下游分别安装检修阀门(检修时关闭)，且直管段长度需要设备供货商确认，本工程上、下游直管段长度分别取4D和2．5D(D为管道公称直径)。
每台紫外线反应器及其管道材质采用SS304I，。紫外线消毒设备要求环境温度≤35℃，常年湿度≤65％。共设置了3台空调机、2台壁式风机，用以满足环境温度、湿度要求。


设置检修平台及检修吊车(或吊钩)用于紫外线消毒设备检修。
3．3 紫外线消毒系统的清洗方式及清洗剂嘲
临江水厂工程设计采用WEDECO公司的紫外线消毒反应器装置(成套引进)，其清洗方式及采用的清洗剂如下：
（1)清洗时机及方式。在UV强度因表面结垢下降达20％时进行清洗，将表面结垢和污物冲出发生器室，同时清洗UV模块和传感器窗。
(2)清洗剂。所用清洗剂为WEDECO公司推襻使用的QA32清洗剂，为磷酸基化合物，以浓缩物(>30％)的形式提供，浓缩液有效期最长为1年，使用前按l：2～1：5的比例行稀释。浸泡时所需的停留时间取决于清洁剂的浓度和pH及垢层的类型和程度，一般来说，浓缩液至少需要15 min，l：5的稀释液嚣要30 min。临江水厂工程采用的紫外线消毒系统设计平、剖面见图2和图3。
4结语
虽然营翦紫外线消毒t艺在国内酶波耀实例很少，但随着这项工艺在上海临江水厂工程中的大规模设计应用，其有别于其他传统消毒方式酌优点将隧工程的投产运行以展示，可为絷外线消毒技术在我国供水行业的逐步应用提供示范和借鉴。