紫外線消毒技術(shù)在飲用水處理中的應(yīng)用

1、紫外線消毒技術(shù)在飲用水處理中的應(yīng)用 引言 一方面經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，人口密度的大幅增長(zhǎng)，導(dǎo)致局部地區(qū)水源短缺；另一方面伴隨著經(jīng)濟(jì)的迅猛增長(zhǎng)， 人們提高了的對(duì)生活品質(zhì)的要求，這樣一來(lái)，飲用水安全成了人們關(guān)注的重要問(wèn)題之一。為了保障飲水的 安全問(wèn)題，滿足人民不斷提高的生活需要， 2007年 7月 1日衛(wèi)生部和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)對(duì)原有的飲用 水標(biāo)準(zhǔn)（生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)（ GB5749 85）進(jìn)行了修訂，聯(lián)合發(fā)布新的強(qiáng)制性國(guó)家生活飲用水 衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。新標(biāo)準(zhǔn)加強(qiáng)了對(duì)水質(zhì)有機(jī)物、微生物和水質(zhì)消毒等方面的要求。其中微生物學(xué)指標(biāo)由兩項(xiàng)增 至6 項(xiàng)，增加了對(duì)藍(lán)氏賈第蟲、隱孢子蟲等易引起腹痛等腸道疾病、一般消毒方法很難

2、全部殺死的微生物 的檢測(cè)，特別對(duì)“兩蟲”有了明確的描述。 可見(jiàn)消毒環(huán)節(jié)的重要性和確保飲水安全的重要性。 早在 1910年， 法國(guó)巴黎就已開(kāi)始使用紫外線消毒器對(duì)飲用水進(jìn)行消毒了，50 年代以后紫外線消毒技術(shù)得到了空前的發(fā)展。 從 70 年代末期開(kāi)始， 紫外線消毒技術(shù)被廣泛的應(yīng)用于飲用水和市政污水的消毒工藝。常規(guī)的化學(xué)消毒劑會(huì) 在消毒的同時(shí)在一定程度上產(chǎn)生有害的消毒副產(chǎn)物，而成熟的紫外線消毒技術(shù)的特點(diǎn)在于可以有效的滅活 水中的有害微生物和病毒，并且不伴生消毒副產(chǎn)物，紫外線消毒產(chǎn)品在不斷進(jìn)步的同時(shí)也逐漸得到國(guó)內(nèi)設(shè) 計(jì)師和終端用戶的青睞。 紫外線消毒技術(shù)原理 紫外線光譜是介于可視光和 X 射線之間的廣

3、播，波長(zhǎng)范圍在 100nm 與 400nm 之間。根據(jù)波長(zhǎng)的不同，紫 外線被人們定義為紫外線 A、B、C 和真空紫外線。紫外線 C又被稱為短波紫外線，其波長(zhǎng)范圍為 200nm 至 280（ 315）nm ，是對(duì)液體消毒最為有效的光波。紫外線主要是通過(guò)破壞微生物的遺傳物質(zhì)，使之不能繼 續(xù)分裂和復(fù)制，以達(dá)到消毒的目的。同時(shí)，紫外線還可以對(duì)微生物的細(xì)胞質(zhì)和和細(xì)胞壁的產(chǎn)生一定的破壞 作用。失去分裂和復(fù)制能力的微生物不會(huì)對(duì)人體都成威脅，得當(dāng)?shù)淖贤饩€消毒技術(shù)和有效的紫外線劑量可 以確保飲用水安全。每天，全世界范圍內(nèi)有超過(guò)3000 萬(wàn)噸的飲用水是經(jīng)過(guò)紫外線消毒處理的。 圖一：紫外線光譜圖 對(duì)于隱孢子蟲的滅活

4、 隱孢子蟲屬于原生動(dòng)物， 寄生于動(dòng)物體中和人體中， 可引起隱孢子蟲病。 寄生于人體內(nèi)部的微小隱孢子蟲， 是機(jī)會(huì)治病原蟲，可以導(dǎo)致嚴(yán)重腹瀉的一種腹瀉病原，且具有感染性。在國(guó)外，由于隱孢子蟲而引起的大 面積腹瀉癥狀和致死報(bào)道和對(duì)其的研究，是隱孢子蟲越來(lái)越受到全世界的關(guān)注。1984 年隱孢子蟲病被證實(shí) 可經(jīng)水質(zhì)傳播， 英美歐等地區(qū)報(bào)道供水系統(tǒng)爆發(fā)隱孢子蟲病的問(wèn)題。 1987 年在美國(guó)的佐治亞州， 大約有 1.3 萬(wàn)居民同時(shí)發(fā)生了腸炎癥狀，在自來(lái)水中找到了隱孢子蟲的囊卵，這是歷史上第一次隱孢子蟲病通過(guò)市政 供水系統(tǒng)大規(guī)模爆發(fā)。 1993年，美國(guó)威斯康星州的市政供水系統(tǒng)又一次被隱孢子蟲污染，40 萬(wàn)人同

5、時(shí)腹瀉。 1987 年在國(guó)內(nèi)也發(fā)現(xiàn)了人體隱孢子蟲病的病例， 隨后其他一些省市也相繼報(bào)到了一些病例， 在腹瀉患者中， 隱孢子蟲的檢出率達(dá) 13.3% 。在發(fā)生疫情的引用水處理系統(tǒng)中，消毒工藝均采用氯化消毒法(包括氯氣、 次氯酸鈉、二氧化氯和氯胺)，經(jīng)檢驗(yàn)氯化消毒系統(tǒng)運(yùn)行正常，并且保障足夠的余氯量和接觸時(shí)間。大量 事實(shí)和研究表明，傳統(tǒng)的氯化消毒方法不能提供足夠的劑量，在隱孢子蟲侵入時(shí)不足以確保飲用水的供水 安全。 紫外線消毒技術(shù)的不斷進(jìn)步和紫外線消毒反應(yīng)器的不斷完善，從 1993 年對(duì)隱孢子蟲 90%除率，達(dá) 到 1999 年 99.99%的去除率。紫外線技術(shù)已被認(rèn)可為適合殺滅隱孢子蟲 (Cryp

6、tosporidium ) 和賈第鞭毛蟲 (Giardia ) 消毒的技術(shù)，特別適用于地表水和其它易受感染水源。 紫外線消毒在飲用水系統(tǒng)中的應(yīng)用 紫外線殺菌與化學(xué)消毒劑殺菌不同， 屬于一種物理反應(yīng)， 紫外光子輻射導(dǎo)致的光化學(xué)反應(yīng)來(lái)完成消毒任務(wù)， 而不向水體內(nèi)投加任何的化學(xué)藥劑。如果水體能不受到外來(lái)污染物影響，經(jīng)中壓紫外線技術(shù)消毒后的水體 可以一直確保消毒效果，有效避免復(fù)活反應(yīng)發(fā)生。但是無(wú)論是飲用水或是污水，在消毒之后的都會(huì)在不同 程度上再次被污染，比如管線內(nèi)壁的污染物或是管線可能存在的滲漏點(diǎn)。因此建議將紫外線消毒工藝與其 他一種化學(xué)方法相結(jié)合(組合工藝)，將紫外線消毒系統(tǒng)置于過(guò)濾池和清水池之間

7、，保證組合消毒工藝更 加合理的同時(shí)，確?；瘜W(xué)消毒劑與水有充分的接觸和反應(yīng)時(shí)間。 歐洲一些國(guó)家比如荷蘭、德國(guó)、法國(guó)和北 歐(芬蘭、丹麥、瑞典和挪威)等國(guó)家采用紫外線單一消毒工藝，可以確保供水安全性。主要由于供水管 網(wǎng)相對(duì)較短，水源水質(zhì)比較好，并采用高壓供水方式可以有效的避免管網(wǎng)的二次污染。而對(duì)于管網(wǎng)長(zhǎng)，且 相對(duì)老舊的供水管網(wǎng)，自來(lái)水廠則采用紫外線再加氯的組合消毒工藝，以保證自來(lái)水在市政管網(wǎng)內(nèi)不受二 次污染，例如美國(guó)、西班牙和意大利。為了有效避免光復(fù)活現(xiàn)象和確保有效的紫外線劑量，紫外線消毒系 統(tǒng)也可以安裝在二次供水的水泵出口、貯水池、居住區(qū)高位水箱出水口或其它靠近用水點(diǎn)的管道上。 博 生紫外線消毒

8、系統(tǒng)的發(fā)展 博生 BersonInLine+ 反應(yīng)器，根據(jù)流體動(dòng)力學(xué)原理計(jì)算、建模型設(shè)計(jì)而成，因此其消毒效率得到了充分優(yōu) 化。獨(dú)立的生物鑒定證實(shí)了，改進(jìn)后的水力學(xué)設(shè)計(jì)能夠在消耗更少能源的同時(shí)達(dá)到更佳的消毒效果。該技 術(shù)不僅削減了系統(tǒng)的初次投資成本，而且降低了運(yùn)營(yíng)成本。 獨(dú)立的微生物研究也表明，博生 (Berson) 中 壓紫外線消毒系統(tǒng)所采用的管道式設(shè)計(jì)消除了光復(fù)活的可能。光復(fù)活是一種能使微生物(如大腸桿菌)修 復(fù)其受損 DNA 的生物現(xiàn)象。低壓燈發(fā)出的紫外線，特別是在開(kāi)放管道系統(tǒng)中，可能會(huì)發(fā)生光復(fù)活現(xiàn)象。 系統(tǒng)的紫外線感應(yīng)器能確保消毒效率，通過(guò)對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行狀況監(jiān)測(cè)的改造，從而提高系統(tǒng)的可靠性，

9、同時(shí)降 低了工廠校準(zhǔn)的頻率。博生 BersonInLine+ 的一大特點(diǎn)就是采用了博生 (Berson) 最新的 UVtronic 控制系 統(tǒng)，該控制系統(tǒng)操作簡(jiǎn)便并能記錄運(yùn)行數(shù)據(jù)， 以供存檔和分析。 故障警告也能幫助操作人員分析運(yùn)行問(wèn)題。 此外， 此控制系統(tǒng)還能使博生 (Berson) 的技術(shù)人員在荷蘭總部對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程的系統(tǒng)維修， 從而將因維修 造成的停產(chǎn)損失降到最少，并降低了維修成本。 該系統(tǒng)的自動(dòng)清潔部分也得到了進(jìn)一步的改善，在減少維 護(hù)量的同時(shí)增加了運(yùn)行的可靠性。對(duì)于附著污垢極厚的污水管道，可以采用化學(xué)輔助清潔，同時(shí)有助于清 除石英管套和紫外線感應(yīng)器探頭表面的頑垢。和博生 （Berso

10、n） 公司的所有閉管中壓紫外線消毒系統(tǒng)一樣， 博生 BersonInLine+ 系統(tǒng)緊湊的設(shè)計(jì)降低了對(duì)安裝空間的要求。 紫外線消毒系統(tǒng)是一個(gè)綜合的系統(tǒng)，可能 受到很多因素的影響，這些影響可能導(dǎo)致系統(tǒng)設(shè)計(jì)的不合理，造成能量或資金的浪費(fèi)，有甚者不能達(dá)到預(yù) 期的消毒效果。因此，一套合理的與紫外線消毒系統(tǒng)相關(guān)的法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)定至關(guān)重要。在歐洲，只有擁 有獨(dú)立第三方認(rèn)證的紫外線消毒系統(tǒng)才允許在市場(chǎng)中銷售，特別是在嚴(yán)謹(jǐn)?shù)牡聡?guó)，德國(guó)水氣技術(shù)協(xié)會(huì)針對(duì) 紫外線消毒系統(tǒng)特別制定了一個(gè)名為德國(guó) DVGW 的標(biāo)準(zhǔn)。只有擁有同類認(rèn)證的技術(shù)和產(chǎn)品才才能確保設(shè)計(jì) 的合理性和消毒效果的穩(wěn)定性。博生 BersonInLine+

11、 符合眾多嚴(yán)格的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，包括德國(guó)DVGW （德國(guó)水 氣技術(shù)協(xié)會(huì)）標(biāo)準(zhǔn)， W294 （部分 1，2 和 3）中有關(guān)飲用水的標(biāo)準(zhǔn)，以及美國(guó)NWRI （國(guó)家水研究學(xué)會(huì)） 為污水再利用制定的標(biāo)準(zhǔn)。 工程案例分享 荷蘭鹿特丹自來(lái)水廠 位于荷蘭西部的鹿特丹市擁有荷蘭現(xiàn)存最早的紫外線消毒系統(tǒng)，系統(tǒng)從 1983 年開(kāi)始運(yùn)行，至今每天仍然 為當(dāng)?shù)鼐用窆?yīng) 5 萬(wàn)立方米的飲用水。系統(tǒng)采用單一紫外線消毒工藝，末端與活性炭相結(jié)合。整套系統(tǒng)由 四臺(tái)小型反應(yīng)器組合而成，每一個(gè)反應(yīng)器均配有手動(dòng)清洗裝置，防止消毒效果受到石英套管結(jié)垢的干擾。 經(jīng)過(guò)博生紫外線消毒系統(tǒng)處理的自來(lái)水廠，可以達(dá)到直飲水標(biāo)準(zhǔn)，為當(dāng)?shù)鼐用衩刻於荚谑褂谩?/p>

12、 圖二：荷蘭鹿特丹自來(lái)水廠紫外線消毒系統(tǒng)（ 1983） 德國(guó) Essen 自來(lái)水廠 位于德國(guó)中部的 Essen 自來(lái)水廠，日處理量 20 萬(wàn)立方米。系統(tǒng)采用單一紫外線消毒工藝，整套系統(tǒng)由四 臺(tái)大管徑反應(yīng)器并聯(lián)組合而成，由于水源水質(zhì)較高，整套設(shè)備沒(méi)有配套石英套管的清洗系統(tǒng)。經(jīng)過(guò)博生紫 外線消毒系統(tǒng)處理的自來(lái)水廠，可以達(dá)到直飲水標(biāo)準(zhǔn)，并滿足當(dāng)?shù)?DVGW 認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)。 圖三：德國(guó) Essen自來(lái)水廠紫外線消毒系統(tǒng) 法國(guó)首都的巴黎自來(lái)水廠，日處理量 18 萬(wàn)立方米。系統(tǒng)采用單一紫外線消毒工藝，整套系統(tǒng)由五臺(tái)反應(yīng) 器并聯(lián)組合而成，水源水質(zhì)硬度較高，整套設(shè)備配套自動(dòng)清洗系統(tǒng)，石英套管的清洗系統(tǒng)，防止消毒效果 受到石英套管結(jié)垢的干擾。經(jīng)過(guò)博生紫外線消毒系統(tǒng)處理的自來(lái)水廠，可以達(dá)到直飲水標(biāo)準(zhǔn)。圖四：法國(guó) 巴黎自來(lái)水廠紫外線消毒系 小結(jié) 紫外線消毒技術(shù)開(kāi)始逐漸的取代或半取代傳統(tǒng)的化學(xué)消毒方法，除了投資和運(yùn)