紫外線消毒技術(shù)在污水再生中的應(yīng)用

【資料簡介】

導(dǎo)言

      紫外線消毒業(yè)在過去20年中取得了巨大的發(fā)展——特別是在歐洲、美國和東南亞。在這一時期，新紫外線技術(shù)的開發(fā)是產(chǎn)業(yè)投資滿足市場需求的一個典型例子，這個例子表明市場需要一種有效、低成本且環(huán)保的消毒方式實現(xiàn)廢水利用。

      在污水處理過程中，紫外線消毒的日處理量可達四百萬立方米，證明了紫外線不再是一種“新興”的技術(shù)，而是一種被工程師接受并廣泛應(yīng)用的技術(shù)，它可以保障人類健康，減輕環(huán)境壓力。

      再生水的回用已有幾十年的歷史，且應(yīng)用形式多種多樣，在再生水的回用領(lǐng)域美國處于較為的地位。目前在南美、南歐、中東、澳大利亞和許多亞洲國家都存在嚴重缺水的問題，這也迫使他們在再生水回用方面加大投資。

新技術(shù)

      計算機流體力學模擬軟件（CFD）的使用大大提高了紫外線設(shè)備生產(chǎn)商的生產(chǎn)力，同時使消毒的效果更加有保障。生產(chǎn)商通過他們的工具，一方面對紫外線反應(yīng)器進行優(yōu)化，另一方面大大降低了能源成本。另外，隨著生產(chǎn)商對優(yōu)化的紫外線反應(yīng)器的研發(fā)與優(yōu)化，他們夠通過各種認證來證明他們的設(shè)計。隨著中壓燈在能效、燈管使用壽命、強度方面的不斷改進，傳統(tǒng)的紫外線消毒技術(shù)也將不斷的被更新。目前石英鍍膜技術(shù)已經(jīng)將燈管的使用壽命延長到了12,000小時。

焦點問題

      細菌和病菌的再生成為紫外線消毒技術(shù)的個焦點問題——微生物對由紫外線造成的DNA損壞有很強的修復(fù)能力，這就為它們的繁殖提供了條件。DNA修復(fù)可以在密閉（黑暗修復(fù)）的系統(tǒng)中進行，但在有陽光直射（光復(fù)活作用）的開放系統(tǒng)中進行更加劇烈。紫外線的劑量和燈管的類型對再生的程度有極大的影響，低壓（單波長）紫外線燈比中壓（中波長）燈更容易受光復(fù)活作用的影響（見參考文獻*條）。我們需要在接下來的五年中對光復(fù)合作用方面進行更廣泛更深入的研究。大量的研究都針對紫外線消毒副產(chǎn)品展開，特別是對于zui普通的水結(jié)構(gòu)，比如氯、溴化物、硝酸鹽、臭氧、自然有機物、鐵。事實證明，一般的紫外線消毒劑量，不會生成消毒副產(chǎn)品。

紫外線給廢水利用市場帶來的益處

      廢水消毒再利用zui普遍采用的方法是加氯消毒法。拋開加氯消毒法的失敗的案例不談，大量的消毒副產(chǎn)品以及近來事實證明對病原體失效等等，都在推動著氯消毒法向其他方法轉(zhuǎn)變，比如紫外線就是其中一種，而且它不會產(chǎn)生任何的消毒副產(chǎn)品。

      密閉紫外線系統(tǒng)在管道里面更易安裝，占地面積小，對現(xiàn)場操作極低。晝夜操作很簡單，現(xiàn)場的工作人員只需對紫外線燈管和清洗環(huán)進行定時的更換，便可以保證日常操作和維護。

      根據(jù)美國國家水研究所（NWRI）頒布的條例，用于再生水回用的紫外線系統(tǒng)對于飲用水系統(tǒng)也同樣有效，盡管飲用水系統(tǒng)要求更高的紫外線劑量。應(yīng)用于飲用水制備的紫外線消毒系統(tǒng)，更加需要經(jīng)過嚴格的認證，這也將成為飲用水評估的主要依據(jù)，光復(fù)活反應(yīng)和黑暗修復(fù)也將成為關(guān)注點。

再生水的利用

      再生水的潛在應(yīng)用范圍很廣，農(nóng)業(yè)灌溉zui為常見，美國的加利福尼亞和佛羅里達，以及澳大利亞的許多洲在這方面都在快速發(fā)展。再生水還可應(yīng)用于環(huán)境美化和娛樂設(shè)施的建設(shè)，還有高爾夫球場、公園、草坪灌溉等等。再生水還可以用來補充地下水，比如補充蓄水層的儲藏量和幫助其恢復(fù)，或者防止鹽水侵蝕到沿海的蓄水層等等。衛(wèi)生間的沖洗，消防方面的應(yīng)用，以及建筑工業(yè)和人工造雪，再生水的回用大大減輕了飲用水資源的負擔。

案例學習

美國亞利桑那

      位于亞利桑那的Anthem的兩個高爾夫球場正在使用經(jīng)紫外線處理的廢水進行灌溉。Anthem是一個歷史不足十年的小鎮(zhèn)，位于鳳凰的北部，現(xiàn)有超過四萬人。三臺博生（Berson UV-techniek）中壓管道式紫外線消毒系統(tǒng)，應(yīng)用于再生水的消毒工藝。這樣，不僅達到了州排放標準，還滿足了小鎮(zhèn)日益增長的水和廢水處理需求。Anthem的技術(shù)人員Jeff Marlow 說，“廢水通過三臺博生（Berson UV-techniek）消毒系統(tǒng)進行處理，每天的合并流量有三百萬加侖，與微孔過濾和硝化/反硝化作用聯(lián)合工作。經(jīng)過博生（Berson UV-techniek）消毒系統(tǒng)處理后,能夠滿足亞利桑那污染物排放排除系統(tǒng)許可項目的要求。”兩個高爾夫球使用的是紫外線處理的再生水和河水的混合水，但是隨著人口的增加，預(yù)計這兩個球場很快將全部使用再生水進行灌溉。自動清潔裝置使得石英套管免受結(jié)構(gòu)影響，每一個紫外線反應(yīng)器都配有紫外線強度感應(yīng)器，以測量實際的紫外線劑量，并加以記錄。還可以通過紫外線強度的監(jiān)控系統(tǒng)，根據(jù)運行中的紫外線穿透率對紫外線現(xiàn)實劑量進行自動調(diào)節(jié)。

澳大利亞維多利亞

      大都市，當?shù)厮ㄟ^替代循環(huán)水儲存了一千六百萬加侖（607兆升）飲用水。當?shù)卣ㄟ^對在廢水處理站的83%的水進行循環(huán)而實現(xiàn)了這一驕人目標。這些廢水的用途為：68%—農(nóng)業(yè)，環(huán)境凈化—23%，城鎮(zhèn)工業(yè)—8%，現(xiàn)場處理流程—1%。博生（Berson UV-techniek）消毒系統(tǒng)在日處理量和*方面都占有著的優(yōu)勢。

結(jié)論

      紫外線工業(yè)經(jīng)過十余年的發(fā)展，已經(jīng)頗為成熟，并被世界上工程技術(shù)公司所應(yīng)用。紫外線技術(shù)已經(jīng)通過現(xiàn)場測試，并有大量的應(yīng)用數(shù)據(jù)。技術(shù)和工程的不確定性已經(jīng)大大減少，在未來二十年，紫外線將發(fā)展的更加迅猛。CFD在很大程度上拯救了傳統(tǒng)的紫外線設(shè)計，并將成為今后設(shè)計的日常校準工具。再生水市場也正處于快速增長的階段，很多國家的水資源緊張，加上人口的增加，將給水資源的短缺帶來了更大的壓力。限制污染排放，促進技術(shù)的發(fā)展將會在未來起到極為重要的作用。