UV消毒法以其對廣譜細(xì)菌的殺傷力強(qiáng)、設(shè)備簡單和不產(chǎn)生有害副產(chǎn)物等特點(diǎn),具有取代傳統(tǒng)加氯消毒法的吸引力。廢水處理工藝中應(yīng)用UV的國家,最先是美國,迄今已有20多年的商業(yè)運(yùn)行歷史。最近,美國又在實(shí)驗(yàn)論證亞利桑娜生物圈實(shí)驗(yàn)室和航天飛行廢水回收工藝中,應(yīng)用UV消毒法的可行性。英國倫敦的飲用水UV消毒預(yù)處理裝置,處理能力約達(dá)66000 m³/d,是目前世界上最大的UV消毒裝置。英格蘭東部的?？怂诡D和多弗供水公司經(jīng)營的Drellingore泵站,率先安裝由微機(jī)控制的井水UV消素系統(tǒng),以24 000 m3/d的最大處理能力,為5萬用戶供水。蘇格蘭研制成獲準(zhǔn)應(yīng)用的隱孢子卵囊UV殺滅器(CryptokillerWR5000型),用于飲用水或井水管網(wǎng)的在線消毒。

        目前,美國和加拿大的城市廢水UV消毒工藝處于世界前列,北美地區(qū)現(xiàn)有的廢水UV清毒裝置已達(dá)300多座。愛爾蘭的Jersey廢水UV消毒裝置,處理Bellozarme全島的污水,出水的糞便大腸桿菌數(shù)為44個/100 mL,現(xiàn)已成功運(yùn)行4年多。英國南部水業(yè)公司(Souther Water)和安吉利娜水業(yè)公司(Anglina Water)于1992年安裝了按浴池水質(zhì)管理標(biāo)準(zhǔn)(EC BWQDS,1976)運(yùn)行的廢水UV消毒裝置,后者的處理能力達(dá)10萬人口當(dāng)量。其他地區(qū)和國家,正在加快水處理工藝中應(yīng)用UV消毒法的步伐。

1　UV消毒法在水處理工藝中方興未艾的原因

1.1　UV燈技術(shù)的發(fā)展

        老式的兩種UV燈均有不足之處:低壓型的效率雖高,而功率低(一般為6~40 W),僅適用于小流量水處理;中壓型的功率較高,但效率低。

        新研制的中壓型UV燈,UV發(fā)射率高,UV波長范圍較寬,既能引起氧化反應(yīng)、又能破壞有機(jī)物。據(jù)測算,1根新式中壓燈的殺菌效率與40多根老式低壓燈的相當(dāng)。美國新研制的中壓型脈沖光放電管(Pulsed light discharge),除產(chǎn)生高強(qiáng)度的UV輻射外,還有可見光區(qū)的輻射。據(jù)稱這種脈沖式輻射的殺菌效率較之穩(wěn)定的純UV輻射更高。但中壓燈的技術(shù)復(fù)雜些,所構(gòu)造的消毒裝置,價(jià)格昂貴。

        低壓UV燈,產(chǎn)生的幾乎是純254 nm波長的短波UV輻射(常稱之為UV-C),其殺菌力最強(qiáng)。最新研制的長壽命、超高強(qiáng)度的低壓UV燈,被廣泛用于緊湊的多燈UV消毒裝置設(shè)計(jì)。

1.2　低壓多燈UV消毒裝置設(shè)計(jì)的優(yōu)勢

        同中壓UV消毒裝置相比較,低壓多燈UV消毒裝置設(shè)計(jì)有諸多優(yōu)點(diǎn): 

        a•多燈設(shè)計(jì)的UV輻射強(qiáng)度分布比中央單燈的勻稱。典型情況下,多燈裝置消毒室中任何一點(diǎn)的最低UV輻射強(qiáng)度均在平均強(qiáng)度的60%以上。因此,室壁近處幾乎不會出現(xiàn)消毒盲區(qū),而且層流效應(yīng)最小(而中壓燈的短室沒計(jì),容易發(fā)生層流效應(yīng))。目前,投影面積(footprint)為1600 mm×550mm的低壓多燈UV消毒裝置的處理能力可達(dá)600m³/h。

        b•多燈設(shè)計(jì)的消毒作用可靠性強(qiáng),不需要昂貴的備用系統(tǒng)。低壓多燈設(shè)計(jì)的消毒室,其中每盞燈的故障以及UV輻射的平均強(qiáng)度都能以相應(yīng)的裝置監(jiān)視和監(jiān)測,加上燈的壽命長(平均1萬h),所以燈的故障率低。即使某盞燈出了故障,短波UV輻射的劑量降低較小(約10%),對殺菌率影響很小。

        c•低壓燈的總運(yùn)行費(fèi)用最小。在短波UV發(fā)射率相同的條件下,低壓燈的能量效率約達(dá)40%(按電功率計(jì)),這比中壓燈高得多。

        d•低壓燈是冷運(yùn)行,燈套管表面沒有高強(qiáng)度UV輻射的烘烤;而中壓燈相反,使燈套管表面易結(jié)垢,需要長期、經(jīng)常性的清垢維護(hù)操作。因此,消毒處理污穢水或污水,用低壓燈比用中壓燈有利。

        e•低壓燈的電源為市電,用起來像普通照明燈一樣可靠、方便和經(jīng)濟(jì)。由于不需要中、高壓電路和相應(yīng)的元器件,就格外安全、保險(xiǎn)。

        最后一點(diǎn),也是最突出的優(yōu)點(diǎn),通過對消毒室?guī)缀涡螤詈蜔魯?shù)的計(jì)算機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì),能滿足用戶對多燈UV消毒裝置的特定要求。

1.3　UV消毒裝置產(chǎn)品的商業(yè)化

        目前,設(shè)計(jì)制造UV燈元器件和裝置的專業(yè)廠商很多僅英國就有多家。它們不僅能設(shè)計(jì)制造通用的標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品,還可按用戶的需求和水質(zhì)管理標(biāo)準(zhǔn),通過計(jì)算機(jī)的優(yōu)化設(shè)計(jì)為用戶定制不同規(guī)格型號的UV消毒裝置及其輔助系統(tǒng)。英國有兩家著名的公司:紫外裝置公司(UV System Ltd)是有30多年歷史、設(shè)計(jì)制造低壓多燈UV消毒裝置的骨干公司,其產(chǎn)品齊全,小型的用于家庭,大型的用于市政水處理工程;另一家創(chuàng)建于1989年的Triogen公司,瞄準(zhǔn)水處理工業(yè)的廣闊市場需要,設(shè)計(jì)制造各種規(guī)格型號的低壓和中壓UV消毒裝置。

2　UV消毒法面臨的問題

        UV消毒法在水處理工業(yè)中的應(yīng)用推廣,除了要考慮工程經(jīng)濟(jì)學(xué)問題外,還有如下值得研究和探討的問題。

2.1　短波UV輻射消毒功效的評價(jià)方法

       UV輻射消毒功效的正確評價(jià),是決定UV消毒法可否廣泛應(yīng)用推廣的關(guān)鍵。美國推薦過幾種評價(jià)方法,其中有NSF55法(全國科學(xué)基金會的方法)。歐洲國家則考慮用ONORM法(奧地利標(biāo)準(zhǔn)委員會的方法)。迄今還沒有各國一致認(rèn)可的評價(jià)方法。

2.2　短波UV輻射殺菌的致死劑量

        目前,短波UV輻射致死劑量的許多數(shù)據(jù)均是由實(shí)驗(yàn)室菌株試驗(yàn)結(jié)果外推薦求出的,而野生菌株的生活環(huán)境和攝食相關(guān)性值得進(jìn)一步探討。事實(shí)上,自然狀態(tài)下結(jié)塊叢生或吸著于固體顆粒物表面的野生菌株,其致死劑量遠(yuǎn)高于實(shí)驗(yàn)室狀態(tài)下菌株的致死劑量?；瘜W(xué)藥劑消毒過程證實(shí),其致死劑量高出100倍。即使將致死劑量加大100倍,甚至也不能殺死全部的野生菌株。美國自1985年以來,一直在尋求解決這個問題的方法。愛爾蘭的Russell采用超聲波預(yù)處理的方法,據(jù)說能使結(jié)塊叢生或形成生物膜的菌株的殺死效率增大3至16倍。

2.3　影響短波UV輻射消毒功效的因素

        研究表明,低壓燈的短波UV輻射消毒功效與燈的工作溫度、水的透明度、UV光的行程和輻射時(shí)間,以及水中雜質(zhì)種類、含量等因素有關(guān)。在控制的水流量和最佳工作溫度(20~40℃)下,低壓燈最適用于澄清水的消毒處理。因此,在水處理工藝中應(yīng)用UV消毒法,應(yīng)著重考慮原水的透光率和固體懸浮物的含量,必要時(shí)應(yīng)采取有效的澄清或過濾處理措施。

2.4　飲用水UV消毒裝置的小型化

        UV消毒法的不足之處,是不像加氯法那樣能提供剩余的消毒效力,以便防止供水管網(wǎng)內(nèi)發(fā)生細(xì)菌再生或再污染的問題。倘若能提供價(jià)格低廉、性能可靠和易于安裝維修的小型化UV消毒裝置,就可在供水管網(wǎng)末端或用戶家中,對飲用水進(jìn)行再消毒處理。

        綜上所述,隨著對UV消毒機(jī)理的深入揭示、UV發(fā)射技術(shù)的發(fā)展和UV消毒裝置設(shè)計(jì)的臻善,在水處理工藝中,有望以UV消毒法代替?zhèn)鹘y(tǒng)的加氯消毒法。
 

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