污水处理厂消毒系统选型及应用

襄樊市鱼梁洲污水处理厂采用的是a2o工艺，处理后，达到国家《城镇污水处理厂污染物排放标准》（gb18918-2002）规定的一级标准的b标准后排入汉江。考虑到污水处理分期实施的可行性，一期工程规模拟定为旱季污水量20万m3/d。
为了有效防止传染性病原菌对人们的危害，降低水体中的总大肠菌群数，对鱼梁州污水处理厂出水进行消毒处理。目前常用的消毒方法主要有液氯、二氧化氯、紫外线消毒。本工程拟对常用的三种消毒进行技术经济比较，着重就紫外消毒设备的选用进行说明。
1 液氯、二氧化氯、紫外消毒原理介绍
1.1 液氯消毒
在水溶液中，卤素（包括氯、溴及碘）是非常高效的消毒剂，其中，氯在污水消毒中应用得最为广泛。在标准状况下，氯是一种淡淡的黄绿色的气体，在-34.5℃，100kpa的情况下，氯以透明的琥珀色的液态形式存在。液氯通常装在钢制的氯瓶中贮存、运输。氯溶于水时，会生成次氯酸，次氯酸可以快速进入细胞膜，破坏细胞组织，从而起到杀菌消毒的作用。
cl2+h2o=hocl+hcl
hocl=h++ocl-
当ph值大于8.5时，次氯酸基本上全部离解成氢离子h+和次氯酸根离子ocl-，在ph值小于6.0时，则基本上以次氯酸hoc1形式存在，由于次氯酸根离子ocl-带有电荷，不易扩散进入细胞膜，因而相对于次氯酸hocl来说，杀菌能力较弱，仅为hocl的1/8左右。
1.2 二氧化氯消毒
二氧化氯在水处理中的应用始于1944年，当时美国的niagara falls水厂为控制水中藻类繁殖所产生的气味，率先使用二氧化氯获得成功。目前在欧美国家，二氯化氯在水厂中的使用已日趋普遍。二氧化氯（clo2，分子量67.47）是一种黄绿色气体，具有与氯相同的刺激性气味，其沸点为11℃，凝固点为-59℃。目前普遍选用盐酸和亚氯酸钠反应的纯化学法生成二氧化氯，选用此种方法，是因为这种方法二氧化氯转化率最高。反应式为：
4hcl+5naclo2=4clo2+5nacl+2h2o
二氧化氯的气体极不稳定，在空气中浓度为10%时就有可能发生爆炸，在45-50℃时会剧烈分解。二氧化氯的水溶液在较高温度与光照下会生成clo2与clo3，因此应在避光低温处存放。二氧化氯溶液浓度在10g/l以下时，基本没有爆炸的危险。因此不能象氯气那样装瓶运输，只能在使用现场临时制备。
1.3紫外线消毒
紫外线分为四个不同的波段：uva（400～315nm）、uvb（315～280nm）、uvc（280～200nm）和真空紫外线（200～100nm）。其中就杀菌速度而言，uvc处于微生物吸收峰范围之内（见图1），可在1s之内通过破坏微生物的dna结构杀死病毒和细菌，而uva和uvb由于处于微生物吸收峰范围之外，杀菌速度很慢，往往需要数小时才能起到杀菌作用，在实际工程的数秒钟水力停留（照射）时间内，该部分实际上属于无效紫外部分。因此，给排水工程中所说的紫外光消毒实际上就是指uvc消毒。
目前能够输出足够的uvc强度用于工程消毒的只有人工汞（合金）灯光源。汞灯根据点亮后的灯管内汞蒸气压的不同和uv输出强度的不同，分为三种：低压低强度汞灯、中压高强度汞灯和低压高强度汞灯。三种光源的波谱图见图2～图4。

杀菌效果是由微生物所接受的照射剂量决定的。
照射剂量（j／m2）＝照射时间（s）×uvc强度（w／m2）
照射剂量越大，消毒效率越高。由于设备尺寸要求，一般照射时间只有几秒，因此，灯管的uvc输出强度就成了衡量紫外光消毒设备性能最主要的参数。在城市污水消毒中，一般平均照射剂量在300 j／m2以上。低于此值，有可能出现光复活现象，即病菌不能被彻底杀死，当从渠道中流出接受可见光照射后，重新复活，降低了杀菌效果。杀菌效率要求越高，所需的照射剂量越大。影响微生物接受到足够紫外光照射剂量的主要因素是透光率（254 nm处），当uvc输出强度和照射时间一定时，透光率的变化将造成微生物实际接受剂量的变化。确定消毒器能力的核心问题是如何决定辐照剂量。表1列出了不同微生物达到不同杀灭率需要的辐照剂量值，试验水样染菌1×105cfu/l,水深2cm。
微生物 杀灭率
90% 99% 99.99% 100%
大肠杆菌
伤寒杆菌
枯草杆菌芽胞
金黄色葡萄球菌
白喉杆菌
结核杆菌
黑曲霉孢子
流感病毒
破伤风病毒
溶血性链球菌
大肠杆菌菌体

表1
从表1中可以看出，杀灭不同微生物需要不同的辐照剂量，而存在于水中的微生物是多种多样的,选定的辐照剂量过高会浪费不必要的能量，过低又达不到水消毒的目的。一般认为在紫外线消毒的实际应用中，考虑到消毒器的构造结构、水流分布、灯管使用过程中强度的变化、进水水质、电源特性、环境条件，以及必要的安全系数，消毒器同最初的紫外线辐照剂量应留有余量。紫外线消毒器所能提供的辐照剂量最低不小于9000uw/(cm2.s),产品出厂时应大于12000u w/(cm2)。
1.4 消毒方法特点分析
1.4.1 氯作为一种强氧化性消毒剂，由于其杀菌能力强，价格低廉，使用简单，是目前污水消毒中应用最广泛的消毒剂，已经积累了大量的实践经验。氯气消毒自1908年问世以来，随着水质分析技术的不断发展和完善，科学家们对液氯消毒在水处理上的应用重新进行了评估和研究，发现氯气消毒具有以下缺点：①氯会与水中腐殖酸类物质反应形成致癌的卤代烃（thms）；②氯会与酚类反应形成有怪味的氯酚；③氯与水中的氨反应形成消毒效力低的氯胺，而且排入水体后对鱼类有危害；④氯在ph值较高时消毒效力大幅度下降；⑥氯长期使用会引起某些微生物的抗曲线性。
1.4.2 二氧化氯对大肠杆菌、脊椎灰质炎病毒、甲肝病毒、兰泊氏贾第虫胞囊、尖刺贾第虫胞囊等均有很好的杀灭作用，效果优于自由氯。与氯不同，二氧化氯的一个重要特点是在碱性条件下仍具有很好的杀菌能力。由于二氧化氯不会与氨反应，因此在高ph 值的含氨的系统中可发挥极好的杀菌作用，而且二氧化氯对藻类也具有很好的杀灭作用。
但应用二氧化氯消毒也存在一些问题，加入到水中的二氧化氯有50%～70%转变为clo2、clo3 。很多试验表明clo2、clo3，对红血细胞有损害，对碘的吸收代谢有888真人 888zr237.com干扰，还会使血液胆固醇升高：使用二氧化氯消毒，水有特殊的气味，据调查，这是由于从水中溢出的二氧化氯与空气中的有机物反应所致：使用二氧化氯消毒会使污水处理成本升高。
1.4.3 紫外消毒具有消毒效果好，无二次污染的特点，但由于紫外线的穿透能力较低，所以对水的色度、浊度、含铁量等有一定要求。一般，色度应小于15度，浊度应小于5度，总铁含量应小于0.3mg/l。灯管周围介质温度也会影响紫外线灯的辐射强度。紫外灯管与被照射点之间的距离对紫外线强度也有影响，强度系数随距离的增加而减小。通过以上分析可知，紫外线应用于污水消毒会受到出水色度、浊度、温度、距离、使用时间等的影响而降低杀菌效果。

1.5 消毒方法选择
考虑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，危险性小，无二次污染，不需建造较大的接触池，占地面积和土建费用大大减少。因此本工程最终选用紫外消毒方法。
2 紫外消毒系统设备选择
由于目前国内大型污水处理厂中已经运行的的紫外消毒装置不多，许多用户和设计人员缺乏设备比选的经验。我们通过襄樊富春污水处理厂紫外消毒装置的博狗 bg237.com选择以及随后的应用研究，积累了一定的经验，认为应该重点注意以下4个方面。
灯管的选择
分两个方面。一是单支灯管的uvc输出强度越高，所需要的灯管数量越少，投资和运行维护费用越低。从图2～图4可以看出，高强度汞灯的输出强度高，优于低强度汞灯。二是uvc电光转换效率（253.7 nm），这又分两个层次。一是灯管消耗的电能转换为光能的效率，二是光能中253.7 nm波长（即uvc）部分所占的比例。从图2～图4可以看出，低压汞灯的紫外输出主要集中在253.7 nm，而中压汞灯的紫外输出主要集中在366 nm，且中压汞灯发热量很大，进一步造成能量浪费，因此，低压高强度汞灯的电光转换效率高于中58娱乐城 58ylc237.com压高强汞灯。襄樊鱼梁州uvc消毒系统的电光转化效率高达42％。
2.2传感器及实时调节系统的选择
污水处理厂水量、水质波动较大，因此进行uvc输出强度的实时调节对节约电耗和延长灯管寿命意义重大。这主要通过灯管的可变输出和传感器的真实反馈来实现。就传感器进行真实反馈而言，其位置和波长的选择性极为重要。有些产品的传感器放在紫外灯管和石英套管之间，反馈的信号没有包含被消毒水的透光率变化情况。此外，一些传感器的波长选择性不强，测出的紫外光强度还包含了除253.7nm之外的其他波长的紫外光。能真实反应微生物实际接受的uvc照射强度的传感器应是放置在水中（与微生物处于同一位置），并且只监测253.7nm波长强度。襄樊鱼梁州污水处理厂即采用的这种传感器，其低压高强度汞灯在50～100％的范围内可以实现电耗与uvc输出的线性自动调整。