簡介

           紫外線殺菌器具有無死角、光射條件好、能耗低、設(shè)備安裝拆卸靈活方便，無二次污染等特點，紫外線殺菌器相對氯氣殺菌，他具有不需要添加化學(xué)藥劑，無二次污染，無混合設(shè)備，大大減少設(shè)備運行成本，如果是飲用水，紫外線殺菌器安全，不會因為藥劑的過量而對人體產(chǎn)生不利的影響。紫外線殺菌器相對臭氧殺菌器，他具有能量消耗小，無大的混合器，無魚腥味等優(yōu)點，不僅感觀好，而且減小運行成本 [1]。

形式

           紫外線消毒器的結(jié)構(gòu)形式：UV消毒器按水流邊界的不同分為封閉式和敞開式。

封閉式系統(tǒng)

         封閉式UV消毒器屬承壓型，用金屬筒體和帶石英套管的紫外線燈把被消毒的水封閉起來。

          筒體常用不銹鋼或鋁合金制造，內(nèi)壁多作拋光處理以提高對紫外線的反射能力和增強輻射強度，還可根據(jù)處理水量的大小調(diào)整紫外燈的數(shù)量。有的消毒器在筒體內(nèi)壁加裝了螺旋形葉片以改變水流的運動狀態(tài)而避免出現(xiàn)死水和管道堵塞，所產(chǎn)生的紊流以及葉片鋒利的邊緣會打碎懸浮固體，使附著的微生物完全暴露于紫外線的輻射中，提高了消毒效率。

          封閉式也劃分為敞開式和浸沒式。敞開式消毒器適用于中、大水量處理，多用于污水處理廠。封閉式消毒器一般適用于中、小水量處理或有必要施加壓力且消毒器不能在明渠中使用的情況。

          各種系統(tǒng)中外罩密封石英套管的紫外線燈管都可以與水流方向垂直或平行布置。平行系統(tǒng)水力損失小、水流形式均勻，而垂直系統(tǒng)則可以使水流紊動，提高消毒效率。

敞開式系統(tǒng)

           在敞開式UV消毒器中被消毒的水在重力作用下流經(jīng)UV消毒器并滅活水中的微生物。敞開式系統(tǒng)又可分為浸沒式和水面式兩種。

           浸沒式又稱為水中照射法。將外加同心圓石英套管的紫外燈置入水中，水從石英套管的周圍流過，當燈管(組)需要更換時，使用提升設(shè)備將其抬高至工作面進行操作。該方式構(gòu)造比較復(fù)雜，但紫外輻射能的利用率高效果好且易于維修。

           水面式又稱為水面照射法，即將紫外燈置于水面之上，由平行電子管產(chǎn)生的平行紫外光對水體進行消毒。該方式較浸沒式簡單，但能量浪費較大、滅菌效果差，實際生產(chǎn)中很少應(yīng)用。

技術(shù)要求

            1）使用環(huán)境條件：消毒器應(yīng)能在下述條件下正常工作。

               （1）進水的水質(zhì)

                         a.色度≤15度

                         b.水溫≥5℃

                         c.總大腸菌群≤1000個/L

                         d.細菌總數(shù)≤2000個/mL

               （2）空氣環(huán)境

                        空氣中最大相對濕度≤90% (相當于空氣20℃±5℃)

                （3）電源

             2）基本技術(shù)要求

                               （1）消毒器的設(shè)計應(yīng)符合GB 8988《電網(wǎng)電源供電的家用和類似一般用途的電子及有關(guān)設(shè)備的安全要求》要求；

                               （2）消毒器應(yīng)按技術(shù)管理規(guī)定程序批準的圖紙及技術(shù)文件制造；

                               （3）同一型號消毒器的零部件應(yīng)保證其互換性；

                               （4）消毒器受紫外線照射面應(yīng)做拋光處理；

                               （5）承壓筒體的工作壓力不應(yīng)小于0.60MPa，試驗壓力不應(yīng)小于0.90MPa；

                               （6）筒體或箱體內(nèi)宜設(shè)置導(dǎo)流板；

                               （7）直管形石英紫外線低壓汞燈及燈管的安裝要求應(yīng)符合YY/T0160《直管形石英紫外線低壓汞消毒燈》；

                               （8）在對環(huán)境有較高要求時，宜優(yōu)先選用低臭氧型燈管，以減少臭氧對環(huán)境的污染；

                               （9）燈管的布置應(yīng)使受紫外線照射面上的紫外線強度分布均勻；

                              （10）消毒器應(yīng)設(shè)有燈管點燃指示、點燃累計時間指示或紫外線輻照強度的相對指示；

                              （11）燈管應(yīng)用石英玻璃套管與水隔開，石英套管253.7mm紫外線的透過率應(yīng)大于85%；

                              （12）消毒器選用的低壓電器應(yīng)符合相應(yīng)產(chǎn)品的技術(shù)要求；

                              （13）消毒器上應(yīng)設(shè)有進出水管、泄水管、取樣管。在消毒器不便安放泄水管時，也可以在與消毒器等同處的連接管路上安裝　；

                              （14）消毒器的規(guī)格及進、出水管管徑宜按表選用；

                              （15）按本標準的檢驗要求，裝備新燈管的消毒器產(chǎn)品，測得的紫外線輻照劑量不得小于12000W·S/cm，（應(yīng)充水），正常工作的消毒器測得的紫外線輻照劑量不得小于9000W·S/cm；

                              （16）按本標準的使用條件，在額定消毒水量下工作，出水的細菌學(xué)指標應(yīng)符合GB5749《生活飲用水衛(wèi)生標準》要求；

                              （17）消毒器材料應(yīng)符合GB/T17219《生活飲用水輸配水設(shè)備及防護材料的安全性評價標準》要求。消毒器宜使用304L、316L不銹鋼；

                              （18）消毒器在額定消毒水量下工作的水頭損失應(yīng)小于0.005MPa。

            3）外觀要求

                                 （1）設(shè)備表面應(yīng)噴涂均勻，顏色一致，表面應(yīng)無流痕、起泡、漏漆、剝落現(xiàn)象。

                                 （2）設(shè)備外表整齊美觀，無明顯的錘痕和不平，盤面儀表、開關(guān)、指示燈、標牌應(yīng)安裝牢固端正。

                                 （3）設(shè)備外殼及骨架的焊接應(yīng)牢固，無明顯變形或燒穿缺陷。

            4）施工、安裝要點

                                   (1)不易將紫外線發(fā)生器安裝在緊靠水泵的出水管上，防止停泵水錘損壞石英玻管和燈管。

                                   (2)紫外線發(fā)生器應(yīng)嚴格按照進出水方向安裝。

                                   (3)紫外線發(fā)生器應(yīng)有高出建筑地面的基礎(chǔ)，基礎(chǔ)高出地面不應(yīng)小于100mm。

                                   (4)紫外線發(fā)生器及其連接管道和閥門應(yīng)穩(wěn)固固定，不得使紫外線發(fā)生器承擔(dān)管道及附件的重量。

                                   (5)紫外線發(fā)生器的安裝應(yīng)便于拆卸檢修和維護，所有管道連接處不得使用影響水質(zhì)衛(wèi)生的材料。

            5）執(zhí)行標準

              （1）產(chǎn)品標準

                 《紫外線消毒器》QB/T

                 《城市給排水紫外線消毒設(shè)備》GB/T

                 《生活飲用水紫外線消毒器》CJ/T

              （2）工程標準

                 《建筑給水排水設(shè)計規(guī)范》GB

                 《室外排水設(shè)計規(guī)范》GB

                 《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》GB

                 《城市污水再生利用 城市雜用水水質(zhì)》GB/T 18920-2002

                 《污水再生利用工程設(shè)計規(guī)范(附條文說明)》GB 50335-2002

                 《建筑給水排水及采暖工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》GB 50242-2002

               （3）相關(guān)標準

                   《二次供水消毒設(shè)備選用與安裝》02SS104

                     紫外線按其生物學(xué)作用的差異，紫外線可分為UV-A(320-400nm)、UV-B(275-320nm)、UV-C(200-275nm)和真空紫外線部分。水處理中實際上是使用紫外線的UV-C部分，在該波段中260nm 附近已被證實是殺菌效率最高的紫外線 [1]。

優(yōu)點

            1.高效率殺菌:紫外線對細菌、病毒的殺菌使用一般在一至二秒即可達到99%－99.9%的殺菌率。

            2.高效殺菌廣譜性:紫外線殺菌的廣譜性是最高的，它對幾乎所有的細菌、病毒都能高效率殺滅。

            3.無二次污染: 紫外線殺菌不加入任何化學(xué)藥劑，因此它不會對水體和周圍環(huán)境產(chǎn)生二次污染，不改變水中任何成分。

            4.運行安全、可靠: 傳統(tǒng)的消毒技術(shù)如采用氯化物或臭氧，其消毒劑本身就是屬于劇毒、易燃的物質(zhì)，而紫外線消毒系統(tǒng)不存在這樣的安全隱患。

            5.運行維護費用低：紫外線殺菌設(shè)備占地小，構(gòu)筑物要求簡單，因此總投資較少，在運行方面成本也較低，在千噸水處理量水平，它的成本只是氯消毒的1/2。

設(shè)計特點

          1.模塊化設(shè)計

           （1）具有快接頭電纜的預(yù)組裝模塊組件，便于安裝及維護防水等級復(fù)合IP68等級標準，適用于要求嚴格的場合；

           （2）更小的水阻、更高的可靠性，靈活的模塊式組合設(shè)計。

          2.紫外燈技術(shù)-自動清潔系統(tǒng)

           （1）國際最先進的美國、歐洲原裝進口紫外線燈管 采用壓縮空氣驅(qū)動的機械自動清洗裝置；

           （2）提供低壓高強燈、汞齊燈、中壓燈可選 清洗裝置與紫外線光強檢測儀聯(lián)動；

           （3）燈管壽命12000-18000小時及更低的燈管更換成本 具有手動或自動工作狀態(tài)可選。

          3.水位控制裝置-紫外線強度感應(yīng)器；

          （1）無動力出水水位控制，無需外加動力，操作簡單 在線實時監(jiān)測紫外線消毒系統(tǒng)的輸出強度；

          （2）平穩(wěn)自動調(diào)節(jié)水位，水位調(diào)節(jié)能力強；

          （3）制造、安裝、操作簡單。

          4.先進的控制系統(tǒng)-鎮(zhèn)流器技術(shù)

           （1）具有實時紫外線劑量調(diào)控功能 紫外線燈管專用型電子鎮(zhèn)流器；

           （2）內(nèi)置式自診斷，故障自動報警及停機 帶有燈管啟動保護功能，提供燈管狀態(tài)報警；

           （3）信號現(xiàn)場或遠程輸出 可按用戶要求提供原裝進口或國內(nèi)生產(chǎn)的產(chǎn)品；

           （4）可按用戶項目要求進行專門化的設(shè)計 靈活的模塊化設(shè)計易于安裝及維修；

           （5）以滿足不同的應(yīng)用場合；

           （6）國際一流的光強傳感器；

           （7）提供報警功能：當光強降低高用戶設(shè)定值時發(fā)報警信號以便用戶及時處理 [1]。

應(yīng)用

           紫外線消毒器應(yīng)用廣泛，在水處理中價值極高，它是通過紫外光線的照射，破壞及改變微生物的DNA結(jié)構(gòu)，使細菌當即死亡或不能繁殖后代，以達到殺菌的目的。真正具有殺菌作用的是ZXB紫外線，因為C波段紫外線很易被生物體的DNA吸收，尤以253.7nm左右的紫外線最佳。紫外線消毒器屬于純物理消毒方法，具有簡單便捷、廣譜高效、無二次污染、便于管理和實現(xiàn)自動化等優(yōu)點，隨著各種新型設(shè)計的紫外線燈管的推出，紫外線殺菌的應(yīng)用范圍也不斷在擴大。

成功案例

              歐洲是飲用水紫外線消毒技術(shù)的發(fā)源地。1906～1909年，法國馬賽200m3/d的水廠應(yīng)用紫外線技術(shù)進行飲用水處理。此后，紫外線技術(shù)在歐洲迅速普及。

             1.發(fā)達國家的紫外線消毒器使用情況

                        歐洲有超過3000多個飲用水設(shè)施使用紫外線消毒，規(guī)模比較大的有荷蘭的鹿特丹水廠（47萬m3/d），俄羅斯的圣彼得堡水廠（86萬m3/d），德國的Styrum-Ost水廠（19.2萬m3/d）。在北美，由于新的飲用水標準對隱孢子蟲、賈第鞭毛蟲和消毒副產(chǎn)物的嚴格規(guī)定，紫外線技術(shù)得到了前所未有的重視。美國環(huán)保局（EPA）在研究證明了紫外線是控制隱孢子蟲和賈第鞭毛蟲最有效可行的技術(shù)后，迅速建立了紫外線技術(shù)在飲用水處理中的應(yīng)用標準。美國2006年公布的第二階段強化地表水處理法規(guī)（LT2ESWTR）中規(guī)定，飲用水處理過程中必須去除或滅活310g的賈第鞭毛蟲，410g的病毒，410g的隱孢子蟲。由于氯消毒對隱孢子蟲幾乎沒有效果，LT2ESWTR要求現(xiàn)有水廠使用過濾加紫外線或臭氧的消毒工藝，而新水廠則需使用過濾和多級組合式消毒工藝。北美地區(qū)采用紫外線消毒的較大規(guī)模給水廠有美國芝加哥中湖水廠（18萬m3/d）、西雅圖水廠（68萬m3/d）、溫哥華Victorial水廠（51萬m3/d），加拿大蒙特利爾水廠（300萬m3/d）等。前文提到的加拿大安大略省Walkerton水廠在2000年發(fā)生致病微生物感染事件后也采用了紫外線消毒技術(shù)。在建的美國紐約自來水紫外線消毒系統(tǒng)處理能力為836萬m3/d，是世界上規(guī)模最大的飲用水紫外線消毒工程。據(jù)統(tǒng)計，2000年美國大中型自來水廠沒有采用紫外線消毒系統(tǒng)案例，但到2006年采用紫外線消毒的大中型自來水廠比例已經(jīng)上升到10%。有更多的紫外線工程在建設(shè)中或已投入使用。紫外線技術(shù)應(yīng)用于飲用水消毒工藝代表了國際上消毒技術(shù)的發(fā)展趨勢。

             2.我國紫外線消毒器的使用情況

                        我國第一個采用紫外線消毒的市政供水水廠是大慶東風(fēng)水廠（5萬m3/d），該系統(tǒng)原采用二氧化氯消毒，為減少運行費采用了國產(chǎn)紫外線消毒系統(tǒng)。但該系統(tǒng)缺少前期工藝可行性和后續(xù)的應(yīng)用研究，因此未能提供有價值的數(shù)據(jù)。自2004年以來清華大學(xué)及合作團隊系統(tǒng)開展了飲用水紫外線消毒技術(shù)的研究，并于2005年在廣東東莞建立了紫外線消毒中試系統(tǒng)（500～600 m3/d），一直運行。2007～2010年在北京第九水廠進行了100m3/d的中試研究。在充分研究的基礎(chǔ)上，2009年7月建成了天津開發(fā)區(qū)凈水廠三期紫外線消毒工程（15萬m3/d）。該水廠是紫外線消毒與主體工藝同時設(shè)計、同時投入運行的凈水廠。同時，為保障世博會供水安全，上海臨江水廠改造過程中也增加了紫外線消毒系統(tǒng)（60萬m3/d） [1]。

使用特點

            各地區(qū)情況不同其應(yīng)用紫外線殺菌組合方式也不同，紫外線消毒工藝工藝在具有諸多優(yōu)勢的同時也有缺點，最主要的缺點是沒有維持管網(wǎng)持續(xù)消毒的能力。歐洲和北美使用紫外線消毒技術(shù)存在一定的差別。在歐洲的荷蘭、奧地利和德國等地的一些水廠，飲用水經(jīng)紫外線消毒后直接進入供水管網(wǎng)，據(jù)統(tǒng)計，荷蘭大部分水廠單獨使用紫外線消毒，且管網(wǎng)末梢沒有余氯。究其原因，歐洲的管網(wǎng)狀況較好，管網(wǎng)系統(tǒng)相對較小，水中可生物同化有機碳較低，為了避免余氯在管網(wǎng)中產(chǎn)生消毒副產(chǎn)物，常單獨采用紫外線消毒。另外一個原因是這些歐洲國家通常在緯度較高地區(qū)，水溫常年較低，管網(wǎng)中微生物再生長能力弱。而北美的飲用水相關(guān)法規(guī)規(guī)定在自來水中必須存在一定量的余氯，用來控制管網(wǎng)的二次污染問題。我國的情況與美國更相似。在生物可同化有機碳（AOC）低于20μg/L時紫外線后可以不加氯，AOC在50μg/L以上時需維持余氯在0．3mg/L以上。國內(nèi)采用地表水源的市政供水系統(tǒng)由于水中有機物含量比較高，因此紫外線需要與氯和氯胺組合使用以保證管網(wǎng)水質(zhì)的微生物安全性。但采用地下水的村鎮(zhèn)小規(guī)模供水系統(tǒng)則完全可能只采用紫外線消毒，特別是北方水溫較低地區(qū)，前提是設(shè)計和設(shè)備一定要合格。十一五科技支撐計劃的研究成果也完全證明了這一點 [1]。