中壓高強(qiáng)紫外線消毒系統(tǒng)在濟(jì)南市玉清水廠的工程應(yīng)用

楊曦凱 田海成 王 冠

(濟(jì)南市市政工程設(shè)計(jì)研究院(集團(tuán))有限責(zé)任公司，山東 濟(jì)南 250101)

濟(jì)南玉清水廠于2002年建成投產(chǎn)，設(shè)計(jì)規(guī)模40萬(wàn)m3/d，原水為引黃水庫(kù)水，水處理工藝為常規(guī)處理工藝。原水具有低溫低濁、季節(jié)性高藻的微污染特性，玉清水廠現(xiàn)有工藝凈化能力有限，水廠出水水質(zhì)難以達(dá)到最新水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)要求，因此，充分利用玉清水廠現(xiàn)有構(gòu)筑物，對(duì)一組工藝流程進(jìn)行改造，主體工藝采用強(qiáng)化混凝→沉浮池→活性炭濾池工藝，工程規(guī)模20萬(wàn)m3/d。

水廠原水中存在輪蟲(chóng)、枝角類等微型動(dòng)物，少量生物進(jìn)入深度處理階段后利用豐富的有機(jī)質(zhì)和微生物，大量繁殖，存在穿透活性炭濾池的風(fēng)險(xiǎn)[1]，常規(guī)消毒方式難以滅活，因此，本次技術(shù)改造在活性炭濾池與清水池之間增加紫外線消毒處理單元，消滅飲用水供水安全隱患。

1 紫外線消毒特點(diǎn)及影響因素

紫外消毒是一種物理消毒方法，與液氯、臭氧等化學(xué)消毒方法不同的是，在其消毒過(guò)程中，不使用任何化學(xué)消毒劑，也不會(huì)產(chǎn)生消毒副產(chǎn)物，并能有效殺滅強(qiáng)氧化劑類消毒劑難以滅活的微生物和細(xì)菌，如某些病毒和原生動(dòng)物。

1.1 紫外線消毒的特點(diǎn)

紫外線消毒和二氧化氯、臭氧等化學(xué)消毒相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)。①消毒速度快，效率高；②能去除其他消毒方式難以殺死的芽孢和病毒；③不影響水的物理性質(zhì)和化學(xué)成分，不會(huì)產(chǎn)生二次污染[2]；④占地面積小，消毒接觸時(shí)間短，操作簡(jiǎn)單，便于管理，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。

紫外線消毒的缺點(diǎn)是。①?zèng)]有持續(xù)殺菌能力，不能解決消毒后的再污染問(wèn)題；②電耗較大；③受水中懸浮雜質(zhì)影響大；④存在光復(fù)活、暗復(fù)活現(xiàn)象；⑤紫外燈管表面易結(jié)垢，造成紫外線穿透率下降，影響消毒效果。表1為工程實(shí)踐中，主要消毒方法的比較。

表1 主要消毒方法對(duì)比

1.2 紫外線消毒影響因素

紫外線劑量主要受紫外線強(qiáng)度和作用時(shí)間兩個(gè)因素的影響，表達(dá)公式為：紫外線劑量=紫外線強(qiáng)度×作用時(shí)間。在一定紫外線光照強(qiáng)度下，通過(guò)控制作用時(shí)間得到不同紫外線劑量，再測(cè)出相應(yīng)的存活微生物含量。

紫外線消毒效果的影響因素主要有以下幾點(diǎn)。

(1)紫外燈性能，包括紫外燈的類型、壽命、輸出功率、老化系數(shù)、套管結(jié)垢特性等。

紫外燈類型較多，目前可大致分為低壓燈、低壓高輸出燈和中壓燈[3]，三種紫外燈的物理參數(shù)對(duì)比如表2所示。中壓燈的復(fù)活率遠(yuǎn)低于低壓燈[4]，并且中壓燈單燈輸出功率較高，燈管數(shù)量少，占地面積小。在實(shí)際的工程應(yīng)用中，紫外燈管的老化性能和石英套管的結(jié)垢特性對(duì)紫外消毒系統(tǒng)的規(guī)模(燈管數(shù)量)往往產(chǎn)生較大影響，因此，在工程應(yīng)用中對(duì)水起到消毒作用的有效紫外劑量=紫外光強(qiáng)×曝光時(shí)間×燈管老化系數(shù)×結(jié)垢系數(shù)。

表2 主要紫外燈物理參數(shù)

(2)處理水水質(zhì)，主要包括紫外透光率、SS濃度、固體顆粒尺寸及顆粒分布等因素。

由表2可知：當(dāng)懸浮物含量較高時(shí)，影響了紫外透光率，只有提高紫外劑量才能達(dá)到理想的消毒效果。而對(duì)于固定的懸浮物含量，存在一個(gè)相應(yīng)的消毒極限，當(dāng)趨于消毒極限時(shí)，即使大幅度增加紫外劑量也很難再進(jìn)一步降低水體中微生物的含量。因此，提高紫外線消毒效果，應(yīng)嚴(yán)格控制進(jìn)水的懸浮物濃度。

(3)水流流速及水力情況，包括是否短流、層流和紊流等流態(tài)情況。這一因素主要通過(guò)影響紫外線的作用時(shí)間，從而影響消毒效果。

2 工藝設(shè)計(jì)

在玉清水廠技術(shù)改造工程中，將紫外消毒系統(tǒng)設(shè)置于活性炭濾池之后并且保留原有加氯消毒工藝，既減小了紫外消毒系統(tǒng)進(jìn)水的懸浮物濃度，又保證了水廠瞬時(shí)及持久性消毒效果。但是將紫外線消毒系統(tǒng)置于濾池及清水池之間，存在水力差小和占地有限的問(wèn)題。因此，設(shè)計(jì)應(yīng)著力從這兩方面入手。

2.1 消毒系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本工程將濾池DN1800出水干管分設(shè)4根DN900支管，其上各設(shè)1 臺(tái)紫外消毒裝置，并聯(lián)布置，前后設(shè)置閥門(mén)，置于紫外消毒間內(nèi)。紫外線消毒間為半地下式，平面尺寸為6.98m×11.58m，整流柜和控制柜置于濾池管廊之上。

紫外線消毒系統(tǒng)配備中壓高強(qiáng)紫外燈，燈管的安裝方式是垂直于水流方向，設(shè)備布局緊湊，水頭損失??；系統(tǒng)的設(shè)計(jì)峰值流量為20萬(wàn)m3/d，紫外穿透率≥90%，在計(jì)入燈管符合行業(yè)規(guī)范的老化系數(shù)和套管結(jié)垢系數(shù)修正后的紫外消毒劑量不小于40 mJ/cm2。

2.2 設(shè)計(jì)特點(diǎn)

玉清水廠紫外線消毒系統(tǒng)設(shè)計(jì)具有以下特點(diǎn)。

(1)系統(tǒng)采用管道式中壓高強(qiáng)紫外線消毒設(shè)備，單燈紫外輸出功率高，燈管數(shù)量?jī)H6支，設(shè)備小巧緊湊、占地少、安裝靈活、維護(hù)簡(jiǎn)單，并且配置在線自動(dòng)清洗系統(tǒng)，保證了系統(tǒng)的消毒效果和工作效率。

(2)系統(tǒng)水頭損失較小，理論水頭損失為0.473m，克服了水力條件的限制，從而在最小水頭損失的情況下提供了最大的紫外劑量輸出。

(3)設(shè)備自動(dòng)化程度高，每個(gè)紫外反應(yīng)器配備一個(gè)控制柜來(lái)完成設(shè)備運(yùn)行的監(jiān)控和故障報(bào)警，可與中控室通訊，實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守運(yùn)行。

(4)紫外線消毒間設(shè)計(jì)為半地下式，空間上分為三層，底層為管道設(shè)備層，中層為參觀控制平臺(tái)，上層為地上建筑?？臻g布局緊湊合理，室內(nèi)采光通風(fēng)良好。不僅能滿足設(shè)備正常的安裝維護(hù)檢修需要，還能滿足人員參觀的便利性、舒適性要求。

3 結(jié) 論

雖然目前紫外線消毒工藝在國(guó)內(nèi)大規(guī)模給水處理中的應(yīng)用實(shí)例較少，中壓高強(qiáng)紫外線消毒工藝在濟(jì)南玉清水廠技術(shù)改造中的應(yīng)用為我們提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。下一步，我們將從中總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，分析解決存在的問(wèn)題，在水廠實(shí)際生產(chǎn)中對(duì)設(shè)備性能、微生物去除效果及運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用作進(jìn)一步的分析和研究，為紫外線消毒技術(shù)在我國(guó)供水行業(yè)的逐步應(yīng)用提供示范和借鑒。