用紫外线消毒废水

发布时间：94年08月28日

Richard J. Fahey 编译郭春敏

随着对生活污水排水中氯化的有机物对承受水体的影响越来越关注，应用紫外线系统消毒废水的倾向正在扩展。

过去5年中，应用紫外线辐射作为废水排水的消毒手段明显增加，这是由几个因素引起而发展的：1. 处理废水所用的或引起的氯和氯的化合物对公共环境影响的关注增加；2. 紫外线系统设备制造工艺和灯的质量有所改进；3. 在生活污水排水中要求零值余氯的微量规定；4. 关于氯，尤其是气态氯贮存和处理的规定；5. 有关氯和除氯剂的安全操作。

零值余氯

1989年夏天，位于新泽西州威尔特威克西北贝根（Bergen）县通用局废水处理厂将加氯改成紫外线消毒系统。随后，新泽西环保部（NJDEP）在工厂修正“零值残余量”，出现这个转换，是为了适应国家的“毒性灾难防止法规”（TGPA）。

“毒性灾难防止法规”要求对100多种包括氯在内的化学药品的主要管理人付登记费，提出危险管理程序、事故相应程序和年度报告。

贝根县通用局寻求既能消毒又能满足修正的排水余氯限制，以避免执行“毒性灾难防止法规”时引起费用的提高。

通过选择紫外线消毒，贝根县通用局达到了所有目的。系统装在工厂现有的氯接触箱内，并且扩建了建筑物和机组，以便天气恶劣时维持运行。自1989年8月紫外线系统开始运行以来，以粪性大肠杆菌群含量水平表示的运行特性超过了加氯，并且已满足每100 mL中200个粪性大肠杆菌群的要求。

破坏性能量

紫外线系统由装在框架上的紫外线灯网络构成。与曰光灯管相似的灯泡装在密封的石英管内为防止水的影响。一般应用2537埃的波长，由标准灯（即用于产生紫外线射线的灯）产生大量的辐射。

加氯要求脱氯后再次曝气，而与加氯不一样的是，紫外线一般是处理的最后一道流程。微生物暴露于具有破坏能量级的紫外线灯下，此能量可以按照工厂的需要变化。射线毁坏了微生物细胞的脱氧核糖核酸（DNA），使得细胞不能再复制。在设计紫外线的系统中，还必须考虑光激活作用的现象，即在暴露灯光下，重新恢复的细胞。

紫外线剂量一般以“强度——整个灯管表面积与水的接触时间”表示，常规单位：μW-sec · /cm²。紫外线辐射的标准剂量由排水决定；未经过滤的排水需30000 μW-sec'/cm²的剂量；而经过滤的排水一般采用16000到20000 μW-sec · /cm²剂量，以达到消毒安全系数2.0。

紫外线剂量还取决于废水特性。悬浮物有保护细菌防止紫外线辐射的作用。因此，考虑有悬浮物时的紫外线强度，需乘上系数。

一般用透射率表示的对紫外线辐射的吸收在设计系统中也是关键的。某些化合物如酚和铁盐吸收紫外线的辐射。在实施可确定紫外线消毒系统前，测定紫外线透射率是重要的。由于灯的强度要衰减，在运行寿命将结束时，其强度只有原先的50%。因此，系统设计必须考虑到降低的强度。

为了保证所有的水接受到足够的紫外线辐射，灯的网络一般相当密，灯之间相距不大于7.5 cm，灯的方位可以与水流动方向平行，也可以垂直。槽或套管的长/宽比应足够高，以防止水流短路。为防止不规则的水流、可能的死点或经过装置时过分的分散，在紫外线装置上游的水流应是均匀的。单向活塞式湍流是最必要的条件。

要求处理的废水暴露在合适设计的紫外线系统，只需几秒钟就能将微生物降低到规定的大部分要求。短的暴露时间不需要大的接触箱，并且能在已有的氯接触箱内改进大部分紫外线系统。由于不产生余氯，因此下游的水生生物并不受到影响。

开口或封闭

紫外线消毒系统可按两种方式设计：开口的槽或封闭的系统，在每种系统内，紫外线灯和石英管跟水流成垂直或水平位置。对于垂直布置的灯管，水流方向垂直于管子；对于水平布置的灯管，水流方向与其平行。两种设计都适于装入现有典型的接触箱内。两种系统的运行均能满足要求，平行于水流的消毒系统的压头损失可能更小、水流形式更均匀，并且整个管子和灯都浸在水中，比处于垂直方位的系统更能均匀地冷却。

开口槽系统比封闭系统更容易监测和维护。工作人员可拆除一个灯或一套灯而不需停止槽或系统的运行，开口槽系统比封闭系统更易于进入，并且对水流的阻力小。

在贝根县通用局废水处理厂的开口槽由4组灯组成，每个槽中有2组灯，槽按并联运行，每组灯由30套架子组成，每套架子装有8个灯，每套架子能用手方便地拆除，不干扰其他装置。在正常流水时，运行一半灯（2组）；或者通过一个槽内2组灯运行或应用2个槽以及每个槽内2组灯中的一组灯运行。在低于正常水流量一半时，仅需要运行一组灯；当流量达到顶峰负荷一半或更多时，投入所有的4组灯。

在开口槽系统中，维持恒定的水位是紫外线系统运行的关键。若水位太高，部分排水流过灯泡顶部没有得到足够的辐射；若水位太低，上部排灯将暴露于大气，引起灯泡过热并在保护管上生成膜，该膜将抑制紫外线辐射的通过，用水位控制门维持水位，该门基本上是一个可调的平衡锤式的铰链闸门。当流量增加时，闸门受到平衡锤的限止，慢慢地摆动打开，它允许较高流量流过，但不升高或降低闸门上游的水位。反之，当流量降低时，闸门部分关下，防止水位下降。在起动时，特别需要注意闸门的操作准确，一般通过调节平衡锤来解决。

紫外线灯泡

在两种设计系统中，连续监督灯泡是关键，随着灯泡的老化，它将丧失30~40%的强度。紫外线消毒系统维修的较多费用在于更换灯泡，每个灯泡的标准价格为50~60美元。使用寿命至少为一年。

管子必须定期清洗，因为经常与废水接触，其表面会生成一层薄膜。该膜吸收紫外线灯光并降低了照射废水的强度。在贝根县通用局废水处理厂，只是一个月不多于一次的偶然清洗。在某些工厂，为防止膜的积聚，要求多次的清洗，直到一个月2次，对大部分的生活污水，清洗不是一个严重的问题。

对操作和维修紫外线系统人员的要求比较加氯系统要低得多。在贝根县通用局废水处理厂，每个月需要7.5天的人员时间，而加氯系统要12.5天，若考虑增加脱氯来代替紫外线系统，以加氯为基础的消毒系统对人员的要求将很高。

倾向于转换

随着对潜在有害的化学药品（如氯和广泛用作脱S剂的二氧化硫）和在排水中氯化的有机物对于水生生物和水体影响的关注，加氯系统转换成紫外线系统的倾向将继续下去。

逐步严格的处理要求，使得安全可靠的紫外线消毒系统作为初级消毒方法更具吸引力。紫外线消毒系统在发展中的唯一缺点是它的功率和灯泡消耗大。系统运行后初始数据支持了紫外线消毒系统节约费用的观点。

在环保方面紫外线消毒的安全和容易操作的优点远远地补偿了它的缺点。在过去5年中，应用紫外线系统的设施或转换成紫外线系统的迅速增加就是证明。由于公众增加了对环保的关心和对于化学药品消毒的敏感性，该倾向在今后的10年内将继续下去。

附表：紫外线消毒的优点

安全因素

1. 没有明显的化学处理工作；

2. 取消了氯气的贮存和运输工作。