重慶北碚污水處理廠設(shè)計(jì)日處理污水量5萬m³／d，于2000年12月建成投入試運(yùn)行，采用的是改良型氧化溝工藝。起初沒有消毒工藝，后因重慶市水價(jià)上漲，為降低城市綠化用水成本和保護(hù)嘉陵江水質(zhì)，污水處理廠增建了紫外光消毒裝置，于2002年3月安裝調(diào)試完成，投入正式運(yùn)行。
　  紫外光消毒技術(shù)是基于現(xiàn)代防疫學(xué)、醫(yī)學(xué)和光動(dòng)力學(xué)的基礎(chǔ)上，利用特殊設(shè)計(jì)的高效率、高強(qiáng)度和長壽命的C波段紫外光照射流水，將水中各種細(xì)菌、病毒、寄生蟲、水藻以及其他病原體直接殺死，達(dá)到消毒的目的。目前，世界上已經(jīng)安裝運(yùn)行的大型污水處理廠紫外光消毒裝置有4000多套，其中，最大的是新西蘭曼努高污水處理紫外光消毒裝置，日處理能力為121萬噸（2001年7月）。

1　系統(tǒng)介紹 

1.1消毒原理

　　紫外線分為四個(gè)不同的波段：UVA（400～315nm）、UVB （315～280nm）、UVC（280～200nm）和真空紫外線（200～100nm）。其中能透過臭氧保護(hù)層和云層到達(dá)地球表面的只有UVA和 UVB部分。就殺菌速度而言，UVC處于微生物吸收峰范圍之內(nèi)（見圖1），可在1s之內(nèi)通過破壞微生物的DNA結(jié)構(gòu)殺死病毒和細(xì)菌，而UVA和UVB由于 處于微生物吸收峰范圍之外，殺菌速度很慢，往往需要數(shù)小時(shí)才能起到殺菌作用，在實(shí)際工程的數(shù)秒鐘水力停留（照射）時(shí)間內(nèi)，該部分實(shí)際上屬于無效紫外部分。真空紫外光穿透能力極弱，燈管和套管需要采用極高透光率的石英，一般用半導(dǎo)體行業(yè)降解水中的TOC，不用于殺菌消毒。因此，給排水工程中所說的紫外光消毒實(shí)際上就是指UVC消毒。
　　目前能夠輸出足夠的UVC強(qiáng)度用于工程消毒的只有人工汞（合金）燈光源。汞燈根據(jù)點(diǎn)亮后的燈管內(nèi)汞蒸氣壓的不同和UV輸出強(qiáng)度的不同，分為三種：低壓低強(qiáng)度汞燈、中壓高強(qiáng)度汞燈和低壓高強(qiáng)度汞燈。三種光源的波譜圖見圖2～圖4。

　　殺菌效果是由微生物所接受的照射劑量決定的。
　　照射劑量（J／m²）＝照射時(shí)間（s）×UVC強(qiáng)度（W／m²）
　　照射劑量越大，消毒效率越高。由于設(shè)備尺寸要求，一般照射時(shí)間只有幾秒，因此，燈管的UVC輸出強(qiáng)度就成了衡量紫外光消毒設(shè)備性能最主要的參數(shù)。在城市污水消毒中，一般平均照射劑量在300 J／m²以 上。低于此值，有可能出現(xiàn)光復(fù)活現(xiàn)象，即病菌不能被徹底殺死，當(dāng)從渠道中流出接受可見光照射后，重新復(fù)活，降低了殺菌效果。殺菌效率要求越高，所需的照射劑量越大。影響微生物接受到足夠紫外光照射劑量的主要因素是透光率（254 nm處），當(dāng)UVC輸出強(qiáng)度和照射時(shí)間一定時(shí)，透光率的變化將造成微生物實(shí)際接受劑量的變化。

1.2　系統(tǒng)構(gòu)成
　　污水處理廠使用的紫外光消毒系統(tǒng)主要包括：（1）紫外燈及鎮(zhèn)流器構(gòu)成的消毒系統(tǒng)、（2）傳感器與PLC構(gòu)成的實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)、（3）自動(dòng)清洗系統(tǒng)和（4）供配電系統(tǒng)。 

2　設(shè)備選擇 
　　由于目前國內(nèi)安裝的UVC污水處理消毒裝置較少，許多用戶和設(shè)計(jì)人員缺乏設(shè)備比選的經(jīng)驗(yàn)。我們通過北碚污水處理廠UVC消毒裝置的選擇以及隨后的應(yīng)用研究，積累了一定的經(jīng)驗(yàn)，認(rèn)為應(yīng)該重點(diǎn)注意以下4個(gè)方面。

2.1　燈管的選擇
　　分 兩個(gè)方面。一是單支燈管的UVC輸出強(qiáng)度越高，所需要的燈管數(shù)量越少，投資和運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用越低。從圖2～圖4可以看出，高強(qiáng)度汞燈的輸出強(qiáng)度高，優(yōu)于低強(qiáng) 度汞燈。二是UVC電光轉(zhuǎn)換效率（253.7 nm），這又分兩個(gè)層次。一是燈管消耗的電能轉(zhuǎn)換為光能的效率，二是光能中253.7 nm波長（即UVC）部分所占的比例。從圖2～圖4可以看出，低壓汞燈的紫外輸出主要集中在253.7 nm，而中壓汞燈的紫外輸出主要集中在366 nm，且中壓汞燈發(fā)熱量很大，進(jìn)一步造成能量浪費(fèi)，因此，低壓高強(qiáng)度汞燈的電光轉(zhuǎn)換效率高于中壓高強(qiáng)汞燈。北碚UVC消毒系統(tǒng)的電光轉(zhuǎn)化效率高達(dá)42％。 此外，應(yīng)選擇質(zhì)保壽命較長的燈管。

2.2　傳感器及實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的選擇
　　污水處理廠水量、水質(zhì)波動(dòng)較大， 因此進(jìn)行UVC輸出強(qiáng)度的實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)對節(jié)約電耗和延長燈管壽命意義重大。這主要通過燈管的可變輸出和傳感器的真實(shí)反饋來實(shí)現(xiàn)。就傳感器進(jìn)行真實(shí)反饋而言，其位置和波長的選擇性極為重要。有些產(chǎn)品的傳感器放在紫外燈管和石英套管之間，反饋的信號沒有包含被消毒水的透光率變化情況。此外，一些傳感器的波長選擇性 不強(qiáng)，測出的紫外光強(qiáng)度還包含了除253.7nm之外的其他波長的紫外光。能真實(shí)反應(yīng)微生物實(shí)際接受的UVC照射強(qiáng)度的傳感器應(yīng)是放置在水中（與微生物處于同一位置），并且只監(jiān)測253.7nm波長強(qiáng)度。北碚污水處理廠即采用的這種傳感器，其低壓高強(qiáng)度汞燈在50～100％的范圍內(nèi)可以實(shí)現(xiàn)電耗與UVC輸出的線性自動(dòng)調(diào)整。

2.3　自動(dòng)清洗系統(tǒng)的選擇
　　污 水處理廠紫外光消毒系統(tǒng)的清洗系統(tǒng)有人工清洗、自動(dòng)機(jī)械清洗和自動(dòng)化學(xué)清洗三種。由于人工清洗要中斷消毒、工作量大、操作時(shí)易損傷燈管，且間隔時(shí)間長（自動(dòng)清洗一般1～2次／小時(shí)），無法保證石英套管所必需的最低綜合透光率，因此，除極個(gè)別特殊情況外，極少使用。自動(dòng)清洗系統(tǒng)的選擇與所使用的燈管有關(guān)。對于中壓高強(qiáng)度燈管，溫度在600～900℃之間，結(jié)垢嚴(yán)重，必須采用機(jī)械化學(xué)清洗。對于低壓高強(qiáng)度燈管，溫度低于110℃，結(jié)垢量和速度都遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于中壓高 強(qiáng)燈管，在1～2次／h的清洗頻率內(nèi)，不會(huì)形成結(jié)垢。北碚連續(xù)10個(gè)月的實(shí)際運(yùn)行結(jié)果也證明了這一點(diǎn)。

2.4　二次污染及事故污染
　　正 常運(yùn)行時(shí)的二次污染來自化學(xué)清洗系統(tǒng)中的清洗劑。事故情況下的二次污染發(fā)生在燈管破損時(shí)汞進(jìn)入水中，以及液壓驅(qū)動(dòng)的自動(dòng)清洗系統(tǒng)發(fā)生泄漏。北碚污水處理廠選用的汞燈使用的是固態(tài)汞合金，固定粘附在燈管兩端的突起點(diǎn)，燈管破損時(shí)不會(huì)象液態(tài)汞那樣流到水中，將粘附著汞合金的石英碎片打撈出來即可。而且研究表明 該汞合金在污水中長期浸泡后水中汞的本底濃度未見升高。此外，該系統(tǒng)采用壓縮空氣為動(dòng)力的自動(dòng)機(jī)械清洗系統(tǒng)，不存在運(yùn)行期間和事故泄漏造成二次污染的問題。
 
3　紫外光消毒的局限性

　　與飲用水UVC消毒（目前世界上最大的UVC飲用水消毒系統(tǒng)安裝在芬蘭的赫爾辛基，18.8萬m³／d）不同的是，污水中由于SS包裹細(xì)菌的影響，很難在投資允許的范圍內(nèi)達(dá)到非常嚴(yán)格的消毒標(biāo)準(zhǔn)。目前，只有一家紫外光消毒設(shè)備制造商的產(chǎn)品得到了的美國加州污水回用標(biāo)準(zhǔn)Title22 of the California Code of Regulations的認(rèn)可，該標(biāo)準(zhǔn)要求總大腸菌值小于2.2TC／100mL。


4　監(jiān)測結(jié)果

　　北碚污水處理廠進(jìn)、出水設(shè)計(jì)糞大腸菌值為10⁶～10⁸FC／100 mL，實(shí)測幾何平均值小于20FC／100mL（見表1）。監(jiān)測方法采用多管發(fā)酵法。

表1 北碚污水處理廠紫外光消毒系統(tǒng)監(jiān)測結(jié)果

5　運(yùn)行成本

　　裝置總裝機(jī)容量：47.3KW。
　　運(yùn)行費(fèi)用合計(jì)：0.018元／m³，其中：
　　能源消耗費(fèi)： 0.0098元／m³燈管更換費(fèi)用：0.0086元／m³（實(shí)際能耗：0.02kWh／m³綜合電價(jià)：0.49元／kWh ） 

6　結(jié)論

（1）紫外光用于城市污水二級處理出水的消毒可以滿足目前國內(nèi)景觀及綠化用水要求。
　　（2）該技術(shù)具有無二次污染的特點(diǎn)，應(yīng)用前景廣闊。
　�。�3）能耗低、運(yùn)行費(fèi)用低；自動(dòng)化程度高；維護(hù)簡便。
　　（4）在設(shè)備選用方面，低壓高強(qiáng)度紫外燈的綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)優(yōu)于中壓高強(qiáng)度紫外燈。

參考文獻(xiàn)：
　　[1] Liberti L, Lopez A, Notarnicola M, et at. Comparision of advanced disinfection methods for municipal wastewater resue in agriculture[J]. Water Sci. Technol, 2000, 42(1-2): 215-220
　　[2] Lindenauer K G, Darby J L. Ultraviolet disinfection of wastewater: Effect of dose on subsequent photoreactivation[J]. Water Res, 1994, 28,: 805-807
　　[3] Log F J, Darby J L, Tchobanoglous G, et al. Ultraviolet disinfection for wastewater resue[M]. Lancaster, Pa.: Technomic Publishing Co. Inc., 1998
　　[4] 陳建, 萬長生, 張國占, 吳凡, 許春暉. 紫外光消毒技術(shù)在給排水中的應(yīng)用. 中國給水排水. 2002. 18.(7): 29-31

  使用微信“掃一掃”功能添加“谷騰環(huán)保網(wǎng)”