紫外线消毒技术在饮用水处理中的应用电信器材

紫外线消毒技术在饮用水处理中的应用

紫外线消毒技术在饮用水处理中的应用 2011年12月03日 来源： 引言一方面经济飞速发展，人口密度的大幅增长，导致局部地区水源短缺；另一方面伴随着经济的迅猛增长，人们提高了的对生活品质的要求，这样一来，饮用水安全成了人们关注的重要问题之一。为了保障饮水的安全问题，满足人民不断提高的生活需要，2007年7月1日卫生部和国家标准化管理委员会对原有的饮用水标准（《生活饮用水卫生标准》（GB5749－85））进行了修订，联合发布新的强制性国家《生活饮用水卫生标准》。新标准加强了对水质有机物、微生物和水质消毒等方面的要求。其中微生物学指标由两项增至6项，增加了对蓝氏贾第虫、隐孢子虫等易引起腹痛等肠道疾病、一般消毒方法很难全部杀死的微生物的检测，特别对“两虫”有了明确的描述。可见消毒环节的重要性和确保饮水安全的重要性。 早在1910年，法国巴黎就已开始使用紫外线消毒器对饮用水进行消毒了，50年代以后紫外线消毒技术得到了空前的发展。从70年代末期开始，紫外线消毒技术被广泛的应用于饮用水和市政污水的消毒工艺。常规的化学消毒剂会在消毒的同时在一定程度上产生有害的消毒副产物，而成熟的紫外线消毒技术的特点在于可以有效的灭活水中的有害微生物和病毒，并且不伴生消毒副产物，紫外线消毒产品在不断进步的同时也逐渐得到国内设计师和终端用户的青睐。 紫外线消毒技术原理紫外线光谱是介于可视光和X射线之间的广播，波长范围在100nm与400nm之间。根据波长的不同，紫外线被人们定义为紫外线A、B、C和真空紫外线。紫外线C又被称为短波紫外线，其波长范围为200nm至280（315）nm，是对液体消毒最为有效的光波。紫外线主要是通过破坏微生物的遗传物质，使之不能继续分裂和复制，以达到消毒的目的。同时，紫外线还可以对微生物的细胞质和和细胞壁的产生一定的破坏作用。失去分裂和复制能力的微生物不会对人体都成威胁，得当的紫外线消毒技术和有效的紫外线剂量可以确保饮用水安全。每天，全世界范围内有超过3000万吨的饮用水是经过紫外线消毒处理的。

图一：紫外线光谱图

对于隐孢子虫的灭活隐孢子虫属于原生动物，寄生于动物体中和人体中，可引起隐孢子虫病。寄生于人体内部的微小隐孢子虫，是机会治病原虫，可以导致严重腹泻的一种腹泻病原，且具有感染性。在国外，由于隐孢子虫而引起的大面积腹泻症状和致死报道和对其的研究，是隐孢子虫越来越受到全世界的关注。1984年隐孢子虫病被证实可经水质传播，英美欧等地区报道供水系统爆发隐孢子虫病的问题。1987年在美国的佐治亚州，大约有1.3万居民同时发生了肠炎症状，在自来水中找到了隐孢子虫的囊卵，这是历史上第一次隐孢子虫病通过市政供水系统大规模爆发。1993年，美国威斯康星州的市政供水系统又一次被隐孢子虫污染，40万人同时腹泻。1987年在国内也发现了人体隐孢子虫病的病例，随后其他一些省市也相继报到了一些病例，在腹泻患者中，隐孢子虫的检出率达13.3%。在发生疫情的引用水处理系统中，消毒工艺均采用氯化消毒法（包括氯气、次氯酸钠、二氧化氯和氯胺），经检验氯化消毒系统运行正常，并且保障足够的余氯量和接触时间。大量事实和研究表明，传统的氯化消毒方法不能提供足够的剂量，在隐孢子虫侵入时不足以确保饮用水的供水安全。 紫外线消毒技术的不断进步和紫外线消毒反应器的不断完善，从1993年对隐孢子虫90%除率，达到1999年99.99%的去除率。紫外线技术已被认可为适合杀灭隐孢子虫 (Cryptosporidium) 和贾第鞭毛虫 (Giardia) 消毒的技术，特别适用于地表水和其它易受感染水源。 紫外线消毒在饮用水系统中的应用紫外线杀菌与化学消毒剂杀菌不同，属于一种物理反应，紫外光子辐射导致的光化学反应来完成消毒任务，而不向水体内投加任何的化学药剂。如果水体能不受到外来污染物影响，经中压紫外线技术消毒后的水体可以一直确保消毒效果，有效避免复活反应发生。但是无论是饮用水或是污水，在消毒之后的都会在不同程度上再次被污染，比如管线内壁的污染物或是管线可能存在的渗漏点。因此建议将紫外线消毒工艺与其他一种化学方法相结合（组合工艺），将紫外线消毒系统置于过滤池和清水池之间，保证组合消毒工艺更加合理的同时，确保化学消毒剂与水有充分的接触和反应时间。 欧洲一些国家比如荷兰、德国、法国和北欧（芬兰、丹麦、瑞典和挪威）等国家采用紫外线单一消毒工艺，可以确保供水安全性。主要由于供水管网相对较短，水源水质比较好，并采用高压供水方式可以有效的避免管网的二次污染。而对于管网长，且相对老旧的供水管网，自来水厂则采用紫外线再加氯的组合消毒工艺，以保证自来水在市政管网内不受二次污染，例如美国、西班牙和意大利。为了有效避免光复活现象和确保有效的紫外线剂量，紫外线消毒系统也可以安装在二次供水的水泵出口、贮水池、居住区高位水箱出水口或其它靠近用水点的管道上。 博生紫外线消毒系统的发展博生BersonInLine+ 反应器，根据流体动力学原理计算、建模型设计而成，因此其消毒效率得到了充分优化。独立的生物鉴定证实了，改进后的水力学设计能够在消耗更少能源的同时达到更佳的消毒效果。该技术不仅削减了系统的初次投资成本，而且降低了运营成本。 独立的微生物研究也表明，博生 (Berson) 中压紫外线消毒系统所采用的管道式设计消除了光复活的可能。光复活是一种能使微生物（如大肠杆菌）修复其受损DNA的生物现象。低压灯发出的紫外线，特别是在开放管道系统中，可能会发生光复活现象。 系统的紫外线感应器能确保消毒效率，通过对系统运行状况监测的改造，从而提高系统的可靠性，同时降低了工厂校准的频率。博生BersonInLine+ 的一大特点就是采用了博生 (Berson) 最新的 UVtronic 控制系统，该控制系统操作简便并能记录运行数据，以供存档和分析。故障警告也能帮助操作人员分析运行问题。此外，此控制系统还能使博生 (Berson) 的技术人员在荷兰总部对系统进行远程的系统维修，从而将因维修造成的停产损失降到最少，并降低了维修成本。 该系统的自动清洁部分也得到了进一步的改善，在减少维护量的同时增加了运行的可靠性。对于附着污垢极厚的污水管道，可以采用化学辅助清洁，同时有助于清除石英管套和紫外线感应器探头表面的顽垢。和博生 (Berson) 公司的所有闭管中压紫外线消毒系统一样，博生BersonInLine+ 系统紧凑的设计降低了对安装空间的要求。 紫外线消毒系统是一个综合的系统，可能受到很多因素的影响，这些影响可能导致系统设计的不合理，造成能量或资金的浪费，有甚者不能达到预期的消毒效果。因此，一套合理的与紫外线消毒系统相关的法规和标准的设定至关重要。在欧洲，只有拥有独立第三方认证的紫外线消毒系统才允许在市场中销售，特别是在严谨的德国，德国水气技术协会针对紫外线消毒系统特别制定了一个名为德国DVGW的标准。只有拥有同类认证的技术和产品才才能确保设计的合理性和消毒效果的稳定性。博生BersonInLine+ 符合众多严格的国际标准，包括德国 DVGW（德国水气技术协会）标准，W294（部分 1，2 和 3）中有关饮用水的标准，以及美国 NWRI（国家水研究学会）为污水再利用制定的标准。 工程案例分享荷兰鹿特丹自来水厂位于荷兰西部的鹿特丹市拥有荷兰现存最早的紫外线消毒系统，系统从1983年开始运行，至今每天仍然为当地居民供应5万立方米的饮用水。系统采用单一紫外线消毒工艺，末端与活性炭相结合。整套系统由四台小型反应器组合而成，每一个反应器均配有手动清洗装置，防止消毒效果受到石英套管结垢的干扰。经过博生紫外线消毒系统处理的自来水厂，可以达到直饮水标准，为当地居民每天都在使用。

图二：荷兰鹿特丹自来水厂紫外线消毒系统（1983）

德国Essen自来水厂位于德国中部的Essen自来水厂，日处理量20万立方米。系统采用单一紫外线消毒工艺，整套系统由四台大管径反应器并联组合而成，由于水源水质较高，整套设备没有配套石英套管的清洗系统。经过博生紫外线消毒系统处理的自来水厂，可以达到直饮水标准，并满足当地DVGW认证标准。

图三：德国Essen自来水厂紫外线消毒系统

法国巴黎自来水厂法国首都的巴黎自来水厂，日处理量18万立方米。系统采用单一紫外线消毒工艺，整套系统由五台反应器并联组合而成，水源水质硬度较高，整套设备配套自动清洗系统，石英套管的清洗系统，防止消毒效果受到石英套管结垢的干扰。经过博生紫外线消毒系统处理的自来水厂，可以达到直饮水标准。

图四：法国巴黎自来水厂紫外线消毒系统

小结紫外线消毒技术开始逐渐的取代或半取代传统的化学消毒方法，除了投资和运行成本上占优势外，还有以下的特点：（1）属于物理消毒方法，在确保消毒效果的同时，不伴生有毒有害的消毒副产物；（2）对于一些化学消毒方法无效的微生物，紫外线具有高效的杀菌效率；（3）占地面积小，系统结构紧凑，潜在风险小，确保操作人员安全。随着人们生活水水平的进一步提高，健康意识的加强，紫外线消毒技术在饮用水中的应用会越来越普遍，这同时也能促进紫外线技术的进一步发展和产品的革新。 参考文献 1. Hu J. Y., Chu, S. N., Quek, P. H., Feng, Y. Y., and Tan, X. L. (2005). Repair and re-growth of Escherichia coli after low- and medium-pressure ultraviolet disinfection. Water Science and Technology: Water Supply, Vol. 5, No. 5, 101-108.2. Oguma, K., Katayama, H., and Ohgaki, S. (2005). Spectral impact of inactivating light on photo-reactivation of Escherichia coli. Journal of Environmental Engineering and Science, Suppl. 1: S1-S6.3. Zimmer, J. L. & Slawson, R. M. (2002). Potential repair of Escherichia coli DNA following exposure to UV radiation from both medium- and low-pressure UV sources used in drinking water treatment. Applied & Environmental Microbiology, Vol. 68, No. 7, 3293-3299.4. Huffman D.E., Gennaccaro. A. (2001)., Low and medium pressure UV inactivation of microsporidia Encephalitozoon intestinalis, Water research.5. 杨辉，饮用水紫外线消毒研究与应用的进展，沈阳建筑工程学院学报，2002.6. 李伟英，日本最新饮用水水质标准及相关管理，中国给水排水，2004 Vol.20.7. 金云霄，饮用水中隐孢子虫的紫外线灭活，洛阳大学学报，2004 Jun.8. 周伟良，紫外线在饮用水生产中的应用，2001.9. 张辰，紫外线消毒的理论研究，给水排水，2004 Vol.30.

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