污水处理紫外线消毒工艺存在的问题及如何有效应对

崔 来

（厦门水怡宝环保科技有限公司， 福建 厦门 361026）

0 引言

在我国大力推进现代化发展的过程中，平衡经济发展与生态保护是当下发展的重要内容，在此背景下需要关注污水厂工作情况，我国相关部门对污水厂微生物指标排放标准提出了新的要求，因此国内大部分污水厂为了让污水处理工作达到微生物指标排放标准，均已采用紫外线污水消毒工艺，以下将围绕污水处理紫外线消毒工艺进行论述。

1 紫外线消毒原理及影响

1.1 紫外线的原理

紫外线消毒为物理消毒方法，通过紫外线照射水体完成消毒工作，紫外线消毒属于光化学过程，紫外线C 为紫外线波长中杀菌作业效果最为优异的波长区域，另外杀菌消毒与紫外线的剂量有极大的联系，紫外线剂量需要关注紫外线照射时间与紫外线C 强度两个参数，紫外线剂量公式为1-1。

在公式中，D 为紫外线剂量，I 为紫外线强度，S 为照射时间。

紫外线杀毒从宏观角度是通过紫外线照射水体，微观层面是利用紫外线光子破坏水体中细菌、病毒、其它致病体的分子结构，一旦水体中细菌、病毒、其它致病体分子结构破损便会失去复制繁殖的能力，从而达到消毒的目的。

1.2 影响消毒因素

紫外线消毒利用紫外线照射水体，从而破坏水体内部细菌等物质的分子结构，达到抑制细菌分裂繁殖的目的，应用紫外线消毒技术可以在杀死病毒、细菌以及其他具有传质特性污染物质同时，还不会产生副产物，在当下已经成为众多污水处理厂频繁使用的消毒工艺技术。但是应用紫外线消毒技术必须了解影响消毒效果的因素，紫外线的照射剂量、处理水的特性、紫外线穿透率、紫外线发生系统以及其他影响因素会导致紫外线消毒技术应用于不同项目后，工作效果存在较大的差异。表1 为紫外线消毒效果与SS 值、水流量的关系。

表2 紫外线消毒效果与SS 值、水流量的关系

紫外线照射剂量为单位面积接受紫外线能量的大小，紫外线照度与曝光时间有非常密切的联系，保证紫外线剂量充裕是获得良好消毒杀菌效果的重要保障，但是从研究结果中发现紫外线照射剂量并不是越大越好，在实际应用期间还需要从成本方面考虑，将紫外线用量控制在合理范畴内。

污水的特性参数也会在一定程度上影响到紫外线消毒效果，处理水内污染物质的颗粒物密度会影响紫外线消毒效果，因为悬浮颗粒会在一定程度上吸收或分散紫外线的能量。另外，水体内部的微生物如果藏匿在悬浮颗粒附近便可以躲避紫外线能量，避免其结构被紫外线能量破坏，因此如果待处理的污水内部悬浮颗粒含量较高，必须考虑到体内部悬浮颗粒对其造成的影响，需要增大紫外线的照射剂量，从而才可以杀死水体中的病毒、细菌以及其他有害物质[1]。

应用紫外线完成污水杀菌处理期间，必须考虑污水中可能存在反射紫外线或吸收紫外线能量物质的存在，为了保证紫外线其穿透率不会被此类物质影响，在应用紫外线技术同时，需要对待处理的污水进行全面的检测，了解到处理水体的色度、浊度，这些参数均会影响到紫外线的穿透率，在此基础上还需要分析紫外线消毒系统处理污水的作用效果，应该保障待处理的污水其色度在15NTU 以下，浊度在5NTU 以下。

影响紫外线杀菌灭菌作业效果的因素，与紫外线灯套管结垢、紫外线灯的老化程度有关这两方面参数均会在一定程度上影响到紫外线的剂量，因此需要在应用紫外线发生系统前，应该检查紫外线灯套管以及灯的老化程度，确保紫外线剂量不会受到紫外线灯套管结垢以及紫外线灯老化等因素的影响。

紫外线消毒技术在应用期间会受到待处理污水上游处理工艺的影响，上游处理工艺会决定待处理污水的性质，因此在当下应用紫外线处理技术过程中，必须考虑待处理水上游处理工艺，还需要关注紫外线消毒系统的水力学特性，根据掌握的参数，意识到紫外线消毒技术其消毒效率可能受到外界因素干扰的实际情况，因此当下需要适当的增加紫外线剂量，从而才可以保证消毒工作可以达到预期设想的效果。

2 设计应注意的问题

2.1 参数设计困难

使用紫外线消毒技术处理污水时，必须考虑到污水中NH3-N、BOD、TSS对紫外线透光率形成的影响，同时掌握污水内悬浮固体颗粒的粒径大小，掌握此类参数后便可以在后期设计过程中，分析污水处理厂的工作数据，通过数据比对设计紫外线消毒系统，但是当下由于可供设计人员参考的工作数据较少，同时我国不同的污水处理厂其运营情况存在不同程度的差异，这些因素均会在一定程度上影响到紫外线消毒系统的运行效果。

2.2 计量计算方法

污水处理厂使用紫外线消毒技术时，计算紫外线照射剂量常用紫外线生物检定剂量法、平均紫外线剂量法、水动力学模型法。平均紫外线剂量法在应用期间，基于消毒器模型理论计算紫外线照射剂量，在实际应用期间发现其计算得出的数值常高于消毒器实际剂量，因此在当下必须进一步扩大计算参考数据，同时还应该根据消毒器系统修改紫外线剂量，但是在实际工作中发现紫外线剂量控制难度较大不易操作。在使用紫外线消毒技术过程中，水动力学模型又会受到消毒器构造以及水利特征等因素的影响，同时在计算过程中需要参考的边界条件较多，如果考虑的参数不足会对计算结果造成较大的影响，导致理论计算值与实际相差较大，所以在实际应用期间水动力学模型法应用较少。生物鉴定法在当前与平均紫外线剂量法、水动力学模型法相比，其可操作性较强，在待处理污水经过紫外线照射后，结合检测标准确定微生物灭活作业需要的紫外线剂量，完成紫外线消菌杀毒工作。

2.3 消毒装置选择

在紫外线系统设计阶段，需要关注紫外线灯管，这是紫外线消毒器非常重要的构成部件，在设计期间应该了解紫外线灯管光电转换效率、结垢系数、老化系数、能量输出等方面的参数，但是由于当下不同污水处理厂给出的紫外线灯管参数存在较大的出入，因此无法在设计过程中无法合理应用污水处理厂给出的紫外线灯管作业参数，完成污水杀菌工作,在紫外线系统设计阶段，虽然收集了我国一部分污水处理厂其在紫外线系统应用期间的工作参数，但是因为紫外线灯管结垢系数、光电转换效率、老化系数、能量输出等参数差异过大，所以这些参数并不具备参考价值[2]。

2.4 流量调节问题

在市政污水处于过程中市政污水并不均衡，尤其是规模污水处理厂规模较小，在污水来水方面不均衡表现更为突出，在设计期间如果无法考虑到紫外线消菌杀毒工作相关影响参数，比如曝光时间、水力负荷等参数，便难以确定紫外线照射剂量，从而无法保证紫外线污水处理工作可以完成工作任务。

3 设计存在问题的应对

3.1 重视参数选择

污水处理厂设计紫外线消毒系统的过程中，需要根据紫外线消毒系统自身具备的适应性特征，在系统设计阶段根据项目实际情况进行实验，以污水杀菌效果作为参数选择的依据，选择系统运行参数，当系统参数选择完成后还应该进行试验，记录多组试验数据，并分析紫外线系统是否具有良好的工作效果，系统参数还需要根据试验效果进行适当的修改，为了提升紫外线系统参数选取的合理性，设计人员需要在系统设计期间考虑全面，在此基础上可以提升系统参数选择的精度。

3.2 单元操作设置

紫外线消毒器适用于水质水量稳定、色度与浊度较低、出水TSS 含量少的污水处理工艺中，在系统方案设计阶段还应该考虑到上游水处理单元的操作情况，上游系统水力停留时间长、水处理规模大、耐负荷冲击优异将会提升紫外线污水消毒作业效果，因此应该参考多方面因素完成二级生化处理工艺，在紫外线消毒器设计过程中还需要考虑污水内微生物光复活的情况，综合多方面因素完成单元操作设计[3]。

3.3 灯管模块选择

低压灯、中压灯、低压高强灯饰紫外线灯管的三种类型，选择灯管需要考虑污水处理效果，还应该了解工程经济情况，在保证紫外线灯管具备长寿、高效的前提下选择灯管，还需要尽可能选择可以机械化清洗的模块，从而可以在一定程度上提升紫外线污水杀毒效率。

3.4 照射剂量计算

当下紫外线照射剂量计算工作需要考虑到第三方认证结构不健全的实际状况，应该将关注点放在供货商方面，在计算紫外线照射剂量阶段，需要掌握方案的相关技术指标，同时还应该确定紫外线消毒器在高峰阶段水质水量的消毒要求，同时需要对设备供货商提出的方案进行细致校对，并在有利条件下选择紫外线生物检定剂量法确定紫外线消毒器的照射剂量。

4 污水处理紫外线消毒工艺未来发展需要关注的事项

目前，虽然我国紫外线消毒设备制造厂商数量激增，通过市场调查发现市面上的紫外线消毒设备其质量良莠不齐，制造厂商其资质是否获得相关部门的验证，已达到设计生产紫外线消毒设备的标准仍无法确定，同时制造商企业内部设备设计人员以及管理层在紫外线消毒设备方面存在认知缺失的情况，紫外线设备厂商其设计人员对于设备所需的技术门槛认知不足，认为只要选择质量达标的紫外线灯管并做好外形设计，便能够满足正常需要，导致设备最终的性能并不理想。我国大部分紫外线消毒设备厂商其技术人才稀缺，设计人员并没有较高的专业能力，从整体考量并不具备紫外线消毒设备的研发能力，对于此类制造商其不仅研发能力缺失，在设计能力以及理论计算方面水平低下，通过外购元器件拼装的方式，通过控制设备研发设计方面的投入经费，并以低价参与市场竞争，对此类问题应该做好防范。

当时为了有效地解决紫外线消毒设备质量低下的问题，需要考虑到生产紫外线消毒设备工艺不达标的实际情况，在招标环节做好设备厂商的监管，查看厂商相关资质，同时规范行业规则，建立权威的第三方认定机构，核查紫外线消毒设备的结垢系数、平均剂量、灯管寿命等参数，确保市面贩售的消毒设备其性能达到使用要求。

5 结语

目前，虽然我国应用紫外线污水消毒工艺的时间尚短，但是其在国外已经经过二十多年的发展，紫外线污水消毒工艺结构臻于完善，我国污水处理厂可以学习外国相关企业应用紫外线污水消毒技术的案例，结合自身发展情况以及工作任务，完成城市污水处理工作，由于紫外线污水消毒技术属于可靠、成熟、投资回报大的绿色环保技术，所以被大部分污水处理厂应用于污水处理领域中，同时成功取代了加氯消毒在污水处理工艺中的核心地位，成为当下污水处理厂开展污水处理工作的主流手段。