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紫外線消毒模塊工藝在給水處理中的應用

2019-06-27 12:36:43??????點擊:

摘要結合紫外線消毒模塊工藝在給水處理中應用的工程實例,通過調查研究,總結工程中存在的相關問題,提出合理化建議。

關鍵詞紫外線消毒余氯 多屏障組合式消毒 紫外線消毒模塊
自20世紀初發現氯可以滅活水中的致病微生物后,氯消毒在給水處理中得到廣泛應用,成為20世紀保護人類健康的重要技術進步之一。但是,隨著社會的發展,傳統的消毒方式面臨新的嚴峻挑戰。主要有幾方面的問題,一是飲用水中存在抗氯性致病微生物,最典型的就是隱孢子蟲和賈第鞭毛蟲(俗稱“兩蟲”),二是消毒副產物的問題,主要指三鹵甲烷(trihalomethanes,THMs)、鹵乙酸(haloacetic acids,HAAs)、溴酸鹽等,三是公共安全問題,主要指消毒用的液氯在生產、運輸、儲存和使用過程中都有泄漏的風險。 
2007年我國開始實施的《生活飲用水衛生標準(GB 5749-2006)》對消毒相關的水質指標提出了十分嚴格的要求,包括細菌學指標、“兩蟲”、消毒副產物和消毒劑余量。紫外線作為一種非化學性消毒技術,由于其消毒較好的廣譜性以及不產生消毒副產物,近十年來在歐洲,北美等發達國家得到快速應用。 
我國在2009年完成了國內第一座與凈水工藝同時設計和投入生產的飲用水紫外線消毒示范工程——天津開發區凈水廠三期工程(15萬m3/d),目前國內還有上海臨江水廠(60萬m3/d)、天津開發區凈水廠一二期工程(17.5萬m3/d)、濟南玉清自來水深度處理工程(21萬m3/d)以及大慶自來水項目(5萬m3/d)已經正式使用紫外線消毒模塊工藝。國外應用紫外線消毒的水廠有加拿大維多利亞水廠(58萬m3/d)、美國西雅圖水廠(68萬m3/d)、荷蘭PWN Andijk 水廠(10萬m3/d)、荷蘭Berenplaat水廠(47萬m3/d)、紐約Catskill/Delaware水庫(830萬m3/d)等均采用了紫外線消毒模塊工藝。 
國內飲用水源的不斷污染、惡化以及新的飲用水衛生標準的實施,也讓我們對當前飲用水的質量產生擔憂,由于任何一種消毒工藝都有其自身的局限性,下面就對各種消毒工藝做出比較,列舉部分已實施紫外線消毒模塊工藝的工程實例,并提出相關存在問題和建議。 
1目前常用的消毒方法 
1.1氯消毒和氯胺消毒 
氯消毒主要是通過次氯酸的氧化作用來殺滅細菌,對于水中的病毒、寄生蟲卵的殺滅效果較差,其主要問題就是活性氯與水中的有機物反應生成消毒副產物,如三鹵甲烷和鹵乙酸等,另外采用氯消毒的口感比采用其他消毒劑差。 
氯胺消毒機理一般認為與氯消毒相同,但其能夠減少消毒過程中的THMs的產生,且在管網中的持續時間更長,在控制管網中細菌的再次繁殖和生物膜也比氯更為有效。 
氯和氯胺消毒的共性是對水中的賈第鞭毛蟲和隱孢子蟲的去除效果非常差。 
1.2二氧化氯消毒 
二氧化氯是一種強氧化劑,對細菌的細胞壁有較好的吸附和穿透性能,可以有效地氧化細胞酶系統,快速控制細胞酶蛋白的合成,因此在同樣的條件下,對大多數細菌表現出比氯更高的去除效率。 
由于生產二氧化氯的工藝均會產生一定量的自由氯,故采用二氧化氯消毒仍然存在著產生含氯有機消毒副產物的可能,只是濃度比液氯低得多。二氧化氯消毒所產生的主要消毒副產物為亞氯酸鹽和氯酸鹽,它們對人體健康有潛在的危害。 
1.3臭氧消毒 
臭氧消毒工藝的優點比較明顯,對致病菌尤其是耐氯的隱孢子蟲和賈第鞭毛蟲在低投加量的情況下就能夠達到很好的殺滅效果,消毒后水的口感明顯好于氯消毒水。臭氧消毒所要解決的主要問題是消毒副產物(甲醛和溴酸根離子)的控制問題,另外臭氧的生產設備龐大、造價高、流程復雜,需要較高的運行管理水平,同時臭氧易分解,單獨采用臭氧消毒難以保證持續的殺菌效果,容易產生細菌的增值問題。 
1.4膜消毒 
膜消毒是將細菌從水中隔離出來,從而可以有效防止水中的死細菌再次成為熱源。其優越性主要有:處理后的水質優良,不需要消耗化學藥劑或僅需要少量的化學藥劑,低能耗,低運行費用,消毒效果不受原水水質影響,出水水質穩定等等。膜消毒存在的主要問題是膜的堵塞問題,膜的完整性破壞后濾后水質變壞問題等。 
1.5紫外線消毒 
利用波長為250~270nm電磁波,改變兩種重要的遺傳物質DNA和RNA內含氮的雜環物質,在相鄰的核苷之間產生新建,形成二聚物,這種作用導致微生物不能進行自我復制,從而達到消毒的目的。 
紫外線消毒技術的優點比較明顯,在很低的消毒劑量和很短的停留時間的條件下,就能夠有效殺滅致病菌,消毒后的水中不會產生消毒副產物。 
紫外線消毒所面臨的主要問題就是消毒后的水中無余氯作用,在管網內細菌容易重新繁殖,從而造成二次污染。 
2采用紫外線消毒模塊工藝的工程實例 
2.1 加拿大維多利亞Japan Gulch水廠 
維多利亞是加拿大省會城市,也是北美著名旅游勝地,位于風景秀麗、氣候溫和的溫哥華島上。Japan Gulch水廠處理規模約58萬m3/d,是BC省第二大市政水廠,服務人口約為32萬。該水廠原水水質很好(濁度小于1 NTU),只有消毒工藝,水廠改造前采用氯胺消毒,消毒目標為病毒99.99%的去除率,運行中出廠水總余氯維持為1mg/L。1994年10月至1995年5月間,溫哥華島上報告了100多起因飲用水中的弓形蟲引起的寄生蟲傳播急性病例,并大約有2900 – 7000居民受到感染。政府于1995年時開始考慮對Japan Gulch水廠實施更為嚴格的消毒標準以提高水安全性,要求水廠對病毒、賈第鞭毛蟲、隱孢子蟲的去除率分別達到99.99%、99.9%、99%,原有工藝不能滿足新的消毒目標,因此提出三級多屏障組合式消毒工藝:第一級為紫外線,主要用于控制寄生蟲,第二級為氯,主要用于控制細菌和病毒,第三級為氯胺,主要用于保證管網余氯,通過多屏障消毒策略來提高微生物消毒的廣譜性,從而保證供水的安全性。 
該水廠設計峰值流量為58萬m3/d,水體最低紫外透光率為85%;紫外劑量>40mJ/cm2。 
2.2美國西雅圖Cedar水廠 
Cedar水廠是西雅圖市兩座水廠之一,由西雅圖公用事業局管理,處理規模為68萬m3/d。1992年,西雅圖市嚴重缺水,Cedar廠原水水質的11項指標中大腸菌群超標,為使 Cedar水廠實現隱孢子蟲99.9%的去除率、賈第鞭毛蟲99.99%的去除率和病毒99.999%的去除率,最終選擇臭氧和紫外線多屏障組合式消毒工藝,其中臭氧分工用來去除99.99%的賈第鞭毛蟲,99.999%的病毒,同時用來解決由于藻類引起的季節性嗅味問題;紫外分工用來去除99.9%的隱孢子蟲,并對細菌和病毒控制,提供2級消毒屏障。臭氧與紫外的投加量或劑量根據這一分工原則制定,紫外消毒工藝劑量定為40mJ/cm2,水體紫外透光率為90%。 


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