紫外线消毒技术在给排水中的应用

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1、紫外线消毒技术在给排水中的应用陈健1，王长生2，张国占3，吴凡4，许春晖4(1.福建新大陆环保科技有限公司，福建福州350005；2.抚顺市排水公司，辽宁抚顺113006；3.保定市城市管理局，河北保定071051；4.海口市自来水公司，海南海口570208)　　摘　要：阐述了紫外线消毒的工作原理、技术特征及其应用成本，此外还分析了影响紫外线消毒效率的各种因素。国外实际应用的数据表明，紫外线消毒在灭菌效率、杀菌广谱性、消毒副产物、系统应用成本等方面均大大优于化学消毒，该技术在给排水方面的应用将大大提高用水安全性。　　关键词：用水安全性；紫外线消毒；水消毒　　中图分类号：TU99

2、1.25；X703.1　　文献标识码：B　　文章编号：1000-4602(2002)07-0029-03　　到目前为止，西方发达国家已在污水处理厂安装了近4000套大型紫外线消毒系统，应用该技术的厂家约占污水处理厂总数的10%。同时，至2001年底已有2000多家自来水厂采用了紫外消毒技术，占自来水厂总数的10%以上，并且大量的紫外消毒技术改造工程正在进行之中。　　紫外线一般被分为三个不同波段：紫外C(200～280nm)、紫外B(280～315nm)和紫外A(315～400nm)，其中紫外C(UVC)的杀菌效果最好。　　紫外线杀菌与化学消毒剂杀菌不同，它不是通过得失电子的氧化还原反应进行

3、，而是通过由紫外光子辐射导致的光化学反应来进行。紫外灯在260nm附近杀菌效率最高，目前生产的紫外灯的最大紫外输出功率在波长为253.7nm处，该波长在世界顶级紫外灯中已占紫外能量的90%、总能量的30%以上，由于高强度、高效率的紫外C的存在，紫外技术克服了以往杀菌效率低、消毒水量小、成本高的缺点，已在水消毒领域具有相当的竞争力。1技术特征1.1杀菌效果高效广谱　　当紫外强度为3×104μW/cm2时，紫外线杀灭病毒及细菌约需0.1～1s的接触时间、杀灭霉菌孢子需1～8s、杀灭藻类需5～40s，而氯消毒则需30～60min的接触时间，臭氧消毒需15～30min。现代的紫外线消毒装置可以很容

4、易达到(3～30)×104μW/cm2的光强度(甚至更高)，因此常见细菌、病毒、霉菌、藻类、孢子甚至原生动物都可以被有效杀灭。　　氯对常见细菌、病毒的杀菌具有很大的选择性,特别是对各种病毒。臭氧的杀菌选择性比氯好，但是化学消毒因受浓度控制而无法在水中提供可能的大剂量，故对孢子、藻类以及各种原生动物的杀灭效果较差。而紫外线消毒技术对采用化学消毒难以杀灭的病原体都能在几秒或几十秒内100%杀灭。1.2消毒副产物　　对饮用水的氯消毒会产生大量三卤甲烷(THMs)副产物，目前在美国EPA的饮用水标准中有20种以上卤代有机物的含量被严格控制。　　在污水消毒中采用氯技术产生的卤代副产物问题将更为严重

5、，以ClO2消毒虽可解决此问题，但消毒成本大增，故目前西方国家基本上不在市政污水消毒中使用ClO2。　　而紫外线消毒因无需添加化学药品而不存在外来化学药品与水中化合物相互作用的问题。根据目前的文献报道，还没有发现紫外线(特别是在253.7nm处)在消毒过程中会产生足够量的对人体有害的物质。1.3紫外杀菌动力学　　在一混合均匀、光程短(d≤1cm)的水消毒区内，杀菌速率可以用一级近似的光生化反应动力学方程式表示：　　　　　　dN／dt=-kIN　　　　（1)　　式中N——微生物活体浓度，个/L　　　　　t——杀菌照射时间，s　　　　　I——平均辐照强度，mW/cm2　　　　　

6、k——一级杀灭速率常数，cm2/(mW·s)　　对式(1)积分后并取对数得：　　　　　lg［N／N0］=-KIt　　　　(2)　　式中N0——照射前微生物活体浓度，个/L　　　　It——紫外C剂量，(mW·s)/cm2　　由式(2)可知，紫外线对微生物的杀灭效果与紫外C剂量呈指数关系。大量试验证实，一级反应公式对病毒杀灭率的适用性可达99.999%(也称5个lg)，对细菌杀灭率的适用性也可达到3个lg。必须注意，许多试验证实在一定条件下对细菌、病毒的杀灭并不与紫外剂量呈一级动力学关系，主要表现为在低剂量时杀灭率增加缓慢(滞后)，在过高剂量时也发生相同现象(拖尾)，因此有许多修正的

7、一级方程式或其他动力学方程出现。2成本核算2.1投资成本　　在北美对投资成本的核算主要是参考各种价格指数，但目前还没有一种价格指数完全适用于各种消毒设施。根据经验，在美国最适用于消毒设施的价格指数是ENRCC(EngineeringNewsRecordConstructionCost)价格指数,该指数每月更新一次，2001年美国20个城市的平均ENRCC指数为5820点，因此对文献报道的工程投资额可通过下式