紫外線消毒原理

紫外線消毒原理第1頁/共37頁2023/4/222目標常見的消毒方法紫外線消毒的原理紫外線消毒的優(yōu)點國內外紫外線消毒系統的應用及比較第2頁/共37頁2023/4/223幾種常見的消毒方法消毒加氯消毒臭氧消毒紫外線消毒過醋酸(PAA)電子束照射優(yōu)點：無需化學藥品，無有害的副產物，接觸時間短，使比較大范圍的病原體失活，能穿透固體物含量高的污水。缺點：安全性差（X光），無應用實例，固定投資和運行維護費用高，處理流量低，前處理復雜。有限的實驗證明PAA為有效的消毒劑，但需進一步實驗。PAA極不穩(wěn)定，易分解。需在現場配置。優(yōu)點：氧化性強，能失活大部分細菌和病毒，無有害的副產物產生，增加污水中氧含量，增強污水的絮凝性，有助于去除鐵、錳，能除臭除味，接觸時間短。缺點：比傳統的加氯消毒貴，產生有腐蝕性的氣體（NO,HNO3），極不穩(wěn)定，必須在現場制備并現制備現使用，無應用實例。第3頁/共37頁2023/4/224加氯消毒的缺點余氯對下游水體中魚類及生命有害產生強致癌物造成二次污染(THM’s&HAA’s)儲存、運輸及使用中的安全隱患不少病毒及寄生蟲類微生物對通常劑量的氯有抗藥性-西方國家實施嚴格的安全條例和措施,增加了氯消毒成本費用。-荷蘭、德國、魁北克等已禁止使用加氯消毒-歐美等地有脫氯要求,美國有些州如加利福尼亞、佛羅里達等則要求零余氯,大大增加了氯消毒成本費用。第4頁/共37頁2023/4/225ClO2,PAA,UV消毒應用比較ClO2PAAUV穩(wěn)定性中低高余效性中無無是否產生副產物(THMs)是否否是否與氨反應否否否與pH值的關系中無無操作難易度中復雜簡單-復雜與溫度的關系中復雜簡單-復雜接觸時間中短短安全性差差好殺菌能力高高高殺病毒能力高高高病菌復活的可能性無無高第5頁/共37頁2023/4/226紫外線消毒的原理CA

TT=TT=DNADNA將水銀弧光燈的電磁能量轉移到生物的基因物質中(DNA,RNA)紫外線輻射穿透生物的細胞壁，破壞細胞的復制能力第6頁/共37頁2023/4/227紫外線消毒系統的影響因素污水的特性（如：膠體的濃度、顆粒物的組成等）紫外線光的強度微生物經紫外線的照射時間反應池的結構紫外燈陰影散射完全穿透屏蔽第7頁/共37頁2023/4/228紫外線消毒的優(yōu)缺點廣譜性，對絕大多數的細菌、孢子、和孢囊都有效；

是物理消毒的過程而非化學消毒，無需制備、處理、運輸或儲存有毒/危險或腐蝕性的化學物品；沒有對人類或水體有害的殘留物；便于操作；接觸時間短（如低壓燈只需20-30秒鐘）；與其他消毒方法相比占地少。優(yōu)點：缺點：在低劑量時，對某些細菌、孢子、和孢囊可能無效；

生物體可通過“修復機理”重新復活；必須采用預防措施以防止燈的結垢；濁度和TSS能使消毒失效；對于低壓燈，TSS大于30mg/L時,效果不好；不如加氯消毒經濟，但在考慮加氯和脫氯時和必須滿足消防要求時，價格是可比的。第8頁/共37頁2023/4/229紫外線消毒系統的組成水銀弧光燈消毒反應池鎮(zhèn)流器第9頁/共37頁2023/4/2210水銀弧光燈種類低壓高強燈253.7nm（>90%)

燈管運行溫度~100oC

單根燈管紫外能輸出:~100W

對常規(guī)二級污水消毒一般每根燈管處理流量:~330噸/天，適用于中型污水處理廠常規(guī)低壓燈253.7nm（>90%)

燈管運行溫度~40oC

單根燈管紫外能輸出:~30–50W

對常規(guī)二級污水消毒一般每根燈管處理流量:~150噸/天，適用于小型污水處理廠中壓(高強)燈200–300nm消毒波段

燈管運行溫度高、能耗大600–800oC

單根燈管紫外能輸出大、消毒快、穿透力強:~420W以上

對常規(guī)二級污水消毒一般每根燈管處理流量:~1500噸/天，適用于大型或低質污水處理廠第10頁/共37頁2023/4/2211紫外線消毒池的種類浸入式非浸入式按紫外燈與水是否接觸分：按紫外燈排列形式分：平行式垂直式或立式第11頁/共37頁2023/4/2212紫外線消毒設計關鍵因素消毒反應池的水力特性（設計人員及廠家）1.水流均勻；2.充足的軸向運動以保證最大程度接受紫外光照射；3.生物體在消毒池的運動軌跡將決定它接受照射的程度；4.無短流和死水區(qū)。紫外線照射強度（廠家）1.燈齡；2.燈的結垢；3.燈的排放形式。污水的特性（污水處理廠運營）1.流量；2.懸浮物和膠體；3.最初的細菌密度；4.其他物理化學性質。第12頁/共37頁2023/4/2213國外國內生產廠家廠家總部中國代理Trojan（特潔安）加拿大深圳海川環(huán)境工程公司WEDECO（威德高）德國重慶康達威德高水技術有限公司Sunlight美國上海博恩環(huán)保成套設備有限公司新大陸中國第13頁/共37頁2023/4/2214Trojan（特潔安）加拿大280美國1870墨西哥

22南美31歐洲135非洲3中東7俄羅斯1亞太115中國

7污水消毒安裝逾2600套(總處理量:逾5千萬噸/天)第14頁/共37頁2023/4/2215Trojan（特潔安）國際業(yè)績美國加州SantaRosa-25萬噸/天,世界上最大的廢水再生紫外消毒項目–1998美國阿拉巴馬州Jafferson縣污水處理廠（混合下水道溢流）136萬噸/天,世界上最大的污水紫外消毒項目–2001夏威夷SandIsland-56萬噸/天,一級處理排放，世界上最大的低質污水紫外消毒項目–2001美國加州Orange縣-49萬噸/天,深度氧化處理廢水再生回用,世界上最大的紫外深度氧化處理系統–2002美國西雅圖-68萬噸/天,世界上最大的采用紫外消毒的自來水廠–2002荷蘭鹿特丹–

47萬噸/天，歐洲最大的采用紫外消毒的自來水廠–2002美國ValleyCreek污水處理廠–

227萬噸/天，將成為世界最大的污水紫外消毒項目-2003第15頁/共37頁2023/4/2216上海長橋污水處理廠–

3.1萬噸/天-2002上海龍華污水處理廠–

13.7萬噸/天-2002江蘇無錫新城污水處理廠–

3.7萬噸/天-2002蘇州新區(qū)第二污水處理廠–

4萬噸/天-2002海安恒發(fā)污水處理廠–

2萬噸/天-2003深圳龍崗大工業(yè)區(qū)污水處理廠–

5.6萬噸/天-2001廣州西朗污水處理廠–

26萬噸/天-2002廣州佛山第二污水處理廠–

12萬噸/天–2002廣州瀝滘污水處理廠–

26萬噸/天–2003潮州第一污水處理廠–

10.4萬噸/天–2003杭州七格污水處理廠–

40萬噸/天–2004揚州榮旭污水處理廠–

6.5萬噸/天–2004蘇州高新白蕩污水處理廠–

6.7萬噸/天–2004南寧瑯東污水處理廠–

12萬噸/天–2004Trojan（特潔安）國內業(yè)績第16頁/共37頁2023/4/2217WEDECO（威德高）國際業(yè)績新西蘭Manaku污水處理廠-120萬噸/天

–1998韓國GoyangSTP-27萬噸/天–2002英國Howden污水處理廠-20萬噸/天

–2001美國猶他SouthValley污水處理廠-25萬噸/天-2001英國DublinBay污水處理廠-97萬噸/天–2001俄羅斯莫斯科ButowoSouth污水處理廠–

13萬噸/天–1997法國ElectricityDeCivaux–

8.6萬噸/天-1999第17頁/共37頁2023/4/2218成都三瓦窖污水處理廠–

13萬噸/天–2003成都沙河污水處理廠–

13萬噸/天–2003香港ShekKong污水處理廠–

1.2萬噸/天–2002重慶豐都污水處理廠–

3萬噸/天–2002重慶長壽污水處理廠–

4萬噸/天–2002重慶黔江污水處理廠–

4萬噸/天–2002香港Berthoud污水處理廠–

2.3萬噸/天–2003臺灣桃園污水處理廠–

5萬噸/天–2002上海松江污水處理廠–

5萬噸/天–2002重慶北碚污水處理廠–

5萬噸/天–2001香港西貢污水處理廠–

240噸/天–2001香港ShamTseng污水處理廠–

5萬噸/天–2001香港元朗污水處理廠–

0.9萬噸/天–2000香港大旺財污水處理廠–

900噸/天–2000臺灣臺南污水處理廠–

1.5萬噸/天–1998臺灣WuLauKann污水處理廠–

900噸/天–1998WEDECO（威德高）國內業(yè)績第18頁/共37頁2023/4/2219Sunlight國內外業(yè)績美國密直根Monroe污水處理廠立式

34萬噸/天美國亞馬遜BullHeadCity污水處理廠

立式

14萬噸/天韓國Geomcheon,STP水平12萬噸/天美國喬治亞州CauleyCreek立式10萬噸/天意大利安裝Biotec-1污水處理廠40萬噸/天韓國Wonju污水處理廠12萬噸/天中國HualinAirport污水處理1萬噸/天中國LidoBeach(麗都灣)污水廠15萬噸/天中國ShamTsenVillage(深井村)污水5萬噸/天第19頁/共37頁2023/4/2220新大陸國內外業(yè)績美國密直根Monroe污水處理廠立式

34萬噸/天美國亞馬遜BullHeadCity污水處理廠

立式

14萬噸/天韓國Geomcheon,STP水平12萬噸/天美國喬治亞州CauleyCreek立式10萬噸/天意大利安裝Biotec-1污水處理廠40萬噸/天第20頁/共37頁2023/4/2221中國市場總結廠家進入中國市場的時間主打產品完成項目項目區(qū)域規(guī)模特潔安1999UV3000+水平式低壓高強度14上海、廣州北方尚無應用26萬噸/天威德高2002TAK55水平式低壓高強度7（香港、臺灣除外）上海、重慶北方尚無應用13萬噸/天Sunlight2004WTV-40000-HO-6立式低壓高強度3-15萬噸/天新大陸2000明渠式低壓高強紫外C消毒系統（NLQ-60K/140）系列>100全國20萬噸/天第21頁/共37頁2023/4/2222技術規(guī)格比較–燈管特潔安威德高Sunlight新大陸燈管輸出106.5-116.5w169.3w170w90w強度調解范圍50-100%無級線性調節(jié)60-100%非無級線性調節(jié)50-100%50-100%鎮(zhèn)流器與燈架一體專門電控柜內專門電控柜任選平均能耗225w/支360w/支350w/支286w/支轉換效率48.8%47%31-35%34.6%石英套管透光率>92%89-90%92-94%90%壽命（小時）12000-1800012000-150001200012000老化系數>80%>80%80-83%75%UV傳感器置于套管內置于污水中、無衰老有有第22頁/共37頁2023/4/2223技術規(guī)格比較–清洗技術特潔安威德高Sunlight新大陸燈管結垢系數10.80.03-0.050.8清洗方式機械+化學機械+定期化學自動機械機械、化學均可清洗頻率1次/天1-2次/小時以實際情況可調可調清洗頭壽命5-7年-1-3年使用50000次3年驅動方式

壓縮空氣液壓壓縮空氣壓縮空氣第23頁/共37頁2023/4/2224技術規(guī)格比較–其它特潔安威德高Sunlight新大陸水位控制方式拍門下部出水頂部溢流式自動液位堰流板溢流堰日常維護項目燈管、電費燈管、電費、鎮(zhèn)流器更換、清洗頭更換清洗環(huán)的狀態(tài)以及系統狀態(tài)普通檢查燈管、電費設備保修終身免費維修燈管8760小時免費更換燈管1000小時免費更換有不詳終身免費維修進水要求無SS≤20mg/LBOD≤20mg/LCOD≤60mg/LBOD<30mg/LTSS<30mg/LSS≤20mg/LBOD≤20mg/LCOD≤60mg/L

出水檢測要求無消毒后1米內國家要求≤104

類大腸菌群數

消毒效率70-90%-UVT=60-65%輔助構筑物無需需要不詳無需第24頁/共37頁2023/4/2225經濟比較地點項目日期特潔安威德高Sunlight新大陸瀝滘污水處理廠(20萬噸/天)廣州2002410萬(20元/噸)590萬(29元/噸)-450萬(22.5元/噸)長橋污水處理廠(3.1萬噸/天)上海2002131萬(42元/噸)---七格污水處理廠(40萬噸/天)杭州20041400萬(35元/噸)-？--同方福州大學城(5萬噸/天)福州2004---69萬(13.8元/噸)蘇州高新許東(5.6萬噸/天)蘇州2004-133.6萬(23.8元/噸)--日常維護費用(元/噸.天)0.01元--0.0067元第25頁/共37頁2023/4/2226中國水工業(yè)網絡版設計手冊紫外線消毒欄目

編輯工作組情況組長：陳健（福建新大陸環(huán)保公司總經理，博士）副組長：杭世君（北京院副總工程師）成員：張辰（上海院總工程師）劉文君（清華大學）周彤（東北院副總工程師）孫家珍（上海城建設計院主任高級工程師）毛惟德（上海排水協會秘書長）黃謹（上海城建院高級工程師）王洪臣（北京排水集團總工程師）李興海（北京中鐵工設計院高級工程師）趙齊宏（伊世特有限公司，博士）責任編輯：李英（清華大學博士）第26頁/共37頁2023/4/2227中國水工業(yè)網絡版設計手冊紫外線消毒欄目

頁面結構方案紫外線消毒技術簡述特點工作原理主要組成部分安裝要求（對土建的要求）消毒效果比較（各種消毒方式比較）處理能力的確定，選型方法應用案例（不同情況的應用情況）紫外線消毒設備生產廠家數據庫相關資料：標準等第27頁/共37頁2023/4/2228紫外線消毒技術簡述水的紫外線消毒，是通過紫外線對水的照射進行的。紫外線按波長范圍分為A、B、C（有稱為消毒紫外線）、D（又稱真空紫外線）四個波段，A波段320nm～400nm，B波段275nm～320nm，C波段200nm～275nm，真空紫外線100nm～200nm。水消毒用的是Ｃ波段紫外線。光量子理論認為，光是物質運動的一種特殊形式，是一粒粒不連接的粒子流。每一粒波長253.7nm的紫外線光子具有4.9eV的能量。當紫外線照射到微生物時，便發(fā)生能量的傳遞和積累，積累結果造成微生物的滅活，從而達到消毒的目的。核酸是一切生命體的基本物質和生命基礎。核酸分為核糖核酸（RNA）和脫氧核糖核酸（DNA）兩大類，其共同點是由磷酸二脂鍵按嘌呤與嘧啶堿基配對的原則而連接起來的多核苷酸鏈。圖1是DNA和RNA的紫外線吸收光譜圖，吸收光譜的范圍在240nm～280nm，對波長260nm的紫外線有最大吸收。紫外線照射微生物，被核酸吸收，然后會使核酸發(fā)生變化。紫外線一方面可使核酸突變、阻礙其復制、轉錄封鎖及蛋白質的合成；另一方面，產生自由基可引起光電離，從而導致細胞的死亡。通常，水消毒用的紫外線燈的中心輻射波長是253.7nm。紫外線的殺菌效果取決于紫外線的輻射強度和的乘積，即輻照劑量。輻照劑量＝輻射強度×照射時間

第28頁/共37頁2023/4/2229紫外線水消毒特點

紫外線用于飲用水消毒，具有消毒快捷，不污染水質等優(yōu)點。紫外線殺菌有高效、廣譜、無二次污染、運行安全可靠、占地面積小、初投資小，能夠實現連續(xù)大水量消毒。UVC消毒技術有較高的殺菌效率，當紫外線輻射強度為3000μW/cm2，對細菌病毒的殺菌作用一般都在1s之內，UVC消毒系統特征就是大水量消毒、連續(xù)運行。影響UVC殺菌效果的主要因素有紫外線的波長、照射強度及時間，并與水的深度、色度、濁度、微生物的類型和數量有關。第29頁/共37頁2023/4/2230工作原理紫外線殺菌的原理是利用紫外線化學效應的性質而實現殺菌的目的。當生物細胞內的吸收紫外光波后，使DNA的結構鍵發(fā)生斷裂或發(fā)生光化學聚合反應，從而實現殺死病菌或使其喪失復制繁殖能力。第30頁/共37頁2023/4/2231主要組成部分

ＵＶ消毒器按水流邊界的不同分為敞開式和封閉式。在敞開式ＵＶ消毒器中被消毒的水在重力作用下流經ＵＶ消毒器并滅活水中的微生物。敞開式系統又可分為浸沒式和水面式兩種。浸沒式又稱為水中照射法，其典型構造如圖1所示[3]。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，使用提升設備將其抬高至工作面進行操作。該方式構造比較復雜，但紫外輻射能的利用率高、滅菌效果好且易于維修。

圖2敞開式ＵＶ消毒器構造圖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,實際生產中很少應用。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，結構形式如圖3所示。

圖3封閉式ＵＶ消毒器構造圖筒體常用不銹鋼或鋁合金制造，內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，還可根據處理水量的大小調整紫外燈的數量。有的消毒器在筒體內壁加裝了螺旋形葉片以改變水流的運動狀態(tài)而避免出現死水和管道堵塞，所產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