紫外线消毒原理

紫外线消毒原理第1页/共37页2023/4/222目标常见的消毒方法紫外线消毒的原理紫外线消毒的优点国内外紫外线消毒系统的应用及比较第2页/共37页2023/4/223几种常见的消毒方法消毒加氯消毒臭氧消毒紫外线消毒过醋酸(PAA)电子束照射优点：无需化学药品，无有害的副产物，接触时间短，使比较大范围的病原体失活，能穿透固体物含量高的污水。缺点：安全性差（X光），无应用实例，固定投资和运行维护费用高，处理流量低，前处理复杂。有限的实验证明PAA为有效的消毒剂，但需进一步实验。PAA极不稳定，易分解。需在现场配置。优点：氧化性强，能失活大部分细菌和病毒，无有害的副产物产生，增加污水中氧含量，增强污水的絮凝性，有助于去除铁、锰，能除臭除味，接触时间短。缺点：比传统的加氯消毒贵，产生有腐蚀性的气体（NO,HNO3），极不稳定，必须在现场制备并现制备现使用，无应用实例。第3页/共37页2023/4/224加氯消毒的缺点余氯对下游水体中鱼类及生命有害产生强致癌物造成二次污染(THM’s&HAA’s)储存、运输及使用中的安全隐患不少病毒及寄生虫类微生物对通常剂量的氯有抗药性-西方国家实施严格的安全条例和措施,增加了氯消毒成本费用。-荷兰、德国、魁北克等已禁止使用加氯消毒-欧美等地有脱氯要求,美国有些州如加利福尼亚、佛罗里达等则要求零余氯,大大增加了氯消毒成本费用。第4页/共37页2023/4/225ClO2,PAA,UV消毒应用比较ClO2PAAUV稳定性中低高余效性中无无是否产生副产物(THMs)是否否是否与氨反应否否否与pH值的关系中无无操作难易度中复杂简单-复杂与温度的关系中复杂简单-复杂接触时间中短短安全性差差好杀菌能力高高高杀病毒能力高高高病菌复活的可能性无无高第5页/共37页2023/4/226紫外线消毒的原理CA

TT=TT=DNADNA将水银弧光灯的电磁能量转移到生物的基因物质中(DNA,RNA)紫外线辐射穿透生物的细胞壁，破坏细胞的复制能力第6页/共37页2023/4/227紫外线消毒系统的影响因素污水的特性（如：胶体的浓度、颗粒物的组成等）紫外线光的强度微生物经紫外线的照射时间反应池的结构紫外灯阴影散射完全穿透屏蔽第7页/共37页2023/4/228紫外线消毒的优缺点广谱性，对绝大多数的细菌、孢子、和孢囊都有效；

是物理消毒的过程而非化学消毒，无需制备、处理、运输或储存有毒/危险或腐蚀性的化学物品；没有对人类或水体有害的残留物；便于操作；接触时间短（如低压灯只需20-30秒钟）；与其他消毒方法相比占地少。优点：缺点：在低剂量时，对某些细菌、孢子、和孢囊可能无效；

生物体可通过“修复机理”重新复活；必须采用预防措施以防止灯的结垢；浊度和TSS能使消毒失效；对于低压灯，TSS大于30mg/L时,效果不好；不如加氯消毒经济，但在考虑加氯和脱氯时和必须满足消防要求时，价格是可比的。第8页/共37页2023/4/229紫外线消毒系统的组成水银弧光灯消毒反应池镇流器第9页/共37页2023/4/2210水银弧光灯种类低压高强灯253.7nm（>90%)

灯管运行温度~100oC

单根灯管紫外能输出:~100W

对常规二级污水消毒一般每根灯管处理流量:~330吨/天，适用于中型污水处理厂常规低压灯253.7nm（>90%)

灯管运行温度~40oC

单根灯管紫外能输出:~30–50W

对常规二级污水消毒一般每根灯管处理流量:~150吨/天，适用于小型污水处理厂中压(高强)灯200–300nm消毒波段

灯管运行温度高、能耗大600–800oC

单根灯管紫外能输出大、消毒快、穿透力强:~420W以上

对常规二级污水消毒一般每根灯管处理流量:~1500吨/天，适用于大型或低质污水处理厂第10页/共37页2023/4/2211紫外线消毒池的种类浸入式非浸入式按紫外灯与水是否接触分：按紫外灯排列形式分：平行式垂直式或立式第11页/共37页2023/4/2212紫外线消毒设计关键因素消毒反应池的水力特性（设计人员及厂家）1.水流均匀；2.充足的轴向运动以保证最大程度接受紫外光照射；3.生物体在消毒池的运动轨迹将决定它接受照射的程度；4.无短流和死水区。紫外线照射强度（厂家）1.灯龄；2.灯的结垢；3.灯的排放形式。污水的特性（污水处理厂运营）1.流量；2.悬浮物和胶体；3.最初的细菌密度；4.其他物理化学性质。第12页/共37页2023/4/2213国外国内生产厂家厂家总部中国代理Trojan（特洁安）加拿大深圳海川环境工程公司WEDECO（威德高）德国重庆康达威德高水技术有限公司Sunlight美国上海博恩环保成套设备有限公司新大陆中国第13页/共37页2023/4/2214Trojan（特洁安）加拿大280美国1870墨西哥

22南美31欧洲135非洲3中东7俄罗斯1亚太115中国

7污水消毒安装逾2600套(总处理量:逾5千万吨/天)第14页/共37页2023/4/2215Trojan（特洁安）国际业绩美国加州SantaRosa-25万吨/天,世界上最大的废水再生紫外消毒项目–1998美国阿拉巴马州Jafferson县污水处理厂（混合下水道溢流）136万吨/天,世界上最大的污水紫外消毒项目–2001夏威夷SandIsland-56万吨/天,一级处理排放，世界上最大的低质污水紫外消毒项目–2001美国加州Orange县-49万吨/天,深度氧化处理废水再生回用,世界上最大的紫外深度氧化处理系统–2002美国西雅图-68万吨/天,世界上最大的采用紫外消毒的自来水厂–2002荷兰鹿特丹–

47万吨/天，欧洲最大的采用紫外消毒的自来水厂–2002美国ValleyCreek污水处理厂–

227万吨/天，将成为世界最大的污水紫外消毒项目-2003第15页/共37页2023/4/2216上海长桥污水处理厂–

3.1万吨/天-2002上海龙华污水处理厂–

13.7万吨/天-2002江苏无锡新城污水处理厂–

3.7万吨/天-2002苏州新区第二污水处理厂–

4万吨/天-2002海安恒发污水处理厂–

2万吨/天-2003深圳龙岗大工业区污水处理厂–

5.6万吨/天-2001广州西朗污水处理厂–

26万吨/天-2002广州佛山第二污水处理厂–

12万吨/天–2002广州沥滘污水处理厂–

26万吨/天–2003潮州第一污水处理厂–

10.4万吨/天–2003杭州七格污水处理厂–

40万吨/天–2004扬州荣旭污水处理厂–

6.5万吨/天–2004苏州高新白荡污水处理厂–

6.7万吨/天–2004南宁琅东污水处理厂–

12万吨/天–2004Trojan（特洁安）国内业绩第16页/共37页2023/4/2217WEDECO（威德高）国际业绩新西兰Manaku污水处理厂-120万吨/天

–1998韩国GoyangSTP-27万吨/天–2002英国Howden污水处理厂-20万吨/天

–2001美国犹他SouthValley污水处理厂-25万吨/天-2001英国DublinBay污水处理厂-97万吨/天–2001俄罗斯莫斯科ButowoSouth污水处理厂–

13万吨/天–1997法国ElectricityDeCivaux–

8.6万吨/天-1999第17页/共37页2023/4/2218成都三瓦窖污水处理厂–

13万吨/天–2003成都沙河污水处理厂–

13万吨/天–2003香港ShekKong污水处理厂–

1.2万吨/天–2002重庆丰都污水处理厂–

3万吨/天–2002重庆长寿污水处理厂–

4万吨/天–2002重庆黔江污水处理厂–

4万吨/天–2002香港Berthoud污水处理厂–

2.3万吨/天–2003台湾桃园污水处理厂–

5万吨/天–2002上海松江污水处理厂–

5万吨/天–2002重庆北碚污水处理厂–

5万吨/天–2001香港西贡污水处理厂–

240吨/天–2001香港ShamTseng污水处理厂–

5万吨/天–2001香港元朗污水处理厂–

0.9万吨/天–2000香港大旺财污水处理厂–

900吨/天–2000台湾台南污水处理厂–

1.5万吨/天–1998台湾WuLauKann污水处理厂–

900吨/天–1998WEDECO（威德高）国内业绩第18页/共37页2023/4/2219Sunlight国内外业绩美国密直根Monroe污水处理厂立式

34万吨/天美国亚马逊BullHeadCity污水处理厂

立式

14万吨/天韩国Geomcheon,STP水平12万吨/天美国乔治亚州CauleyCreek立式10万吨/天意大利安装Biotec-1污水处理厂40万吨/天韩国Wonju污水处理厂12万吨/天中国HualinAirport污水处理1万吨/天中国LidoBeach(丽都湾)污水厂15万吨/天中国ShamTsenVillage(深井村)污水5万吨/天第19页/共37页2023/4/2220新大陆国内外业绩美国密直根Monroe污水处理厂立式

34万吨/天美国亚马逊BullHeadCity污水处理厂

立式

14万吨/天韩国Geomcheon,STP水平12万吨/天美国乔治亚州CauleyCreek立式10万吨/天意大利安装Biotec-1污水处理厂40万吨/天第20页/共37页2023/4/2221中国市场总结厂家进入中国市场的时间主打产品完成项目项目区域规模特洁安1999UV3000+水平式低压高强度14上海、广州北方尚无应用26万吨/天威德高2002TAK55水平式低压高强度7（香港、台湾除外）上海、重庆北方尚无应用13万吨/天Sunlight2004WTV-40000-HO-6立式低压高强度3-15万吨/天新大陆2000明渠式低压高强紫外C消毒系统（NLQ-60K/140）系列>100全国20万吨/天第21页/共37页2023/4/2222技术规格比较–灯管特洁安威德高Sunlight新大陆灯管输出106.5-116.5w169.3w170w90w强度调解范围50-100%无级线性调节60-100%非无级线性调节50-100%50-100%镇流器与灯架一体专门电控柜内专门电控柜任选平均能耗225w/支360w/支350w/支286w/支转换效率48.8%47%31-35%34.6%石英套管透光率>92%89-90%92-94%90%寿命（小时）12000-1800012000-150001200012000老化系数>80%>80%80-83%75%UV传感器置于套管内置于污水中、无衰老有有第22页/共37页2023/4/2223技术规格比较–清洗技术特洁安威德高Sunlight新大陆灯管结垢系数10.80.03-0.050.8清洗方式机械+化学机械+定期化学自动机械机械、化学均可清洗频率1次/天1-2次/小时以实际情况可调可调清洗头寿命5-7年-1-3年使用50000次3年驱动方式

压缩空气液压压缩空气压缩空气第23页/共37页2023/4/2224技术规格比较–其它特洁安威德高Sunlight新大陆水位控制方式拍门下部出水顶部溢流式自动液位堰流板溢流堰日常维护项目灯管、电费灯管、电费、镇流器更换、清洗头更换清洗环的状态以及系统状态普通检查灯管、电费设备保修终身免费维修灯管8760小时免费更换灯管1000小时免费更换有不详终身免费维修进水要求无SS≤20mg/LBOD≤20mg/LCOD≤60mg/LBOD<30mg/LTSS<30mg/LSS≤20mg/LBOD≤20mg/LCOD≤60mg/L

出水检测要求无消毒后1米内国家要求≤104

类大肠菌群数

消毒效率70-90%-UVT=60-65%辅助构筑物无需需要不详无需第24页/共37页2023/4/2225经济比较地点项目日期特洁安威德高Sunlight新大陆沥滘污水处理厂(20万吨/天)广州2002410万(20元/吨)590万(29元/吨)-450万(22.5元/吨)长桥污水处理厂(3.1万吨/天)上海2002131万(42元/吨)---七格污水处理厂(40万吨/天)杭州20041400万(35元/吨)-？--同方福州大学城(5万吨/天)福州2004---69万(13.8元/吨)苏州高新许东(5.6万吨/天)苏州2004-133.6万(23.8元/吨)--日常维护费用(元/吨.天)0.01元--0.0067元第25页/共37页2023/4/2226中国水工业网络版设计手册紫外线消毒栏目

编辑工作组情况组长：陈健（福建新大陆环保公司总经理，博士）副组长：杭世君（北京院副总工程师）成员：张辰（上海院总工程师）刘文君（清华大学）周彤（东北院副总工程师）孙家珍（上海城建设计院主任高级工程师）毛惟德（上海排水协会秘书长）黄谨（上海城建院高级工程师）王洪臣（北京排水集团总工程师）李兴海（北京中铁工设计院高级工程师）赵齐宏（伊世特有限公司，博士）责任编辑：李英（清华大学博士）第26页/共37页2023/4/2227中国水工业网络版设计手册紫外线消毒栏目

页面结构方案紫外线消毒技术简述特点工作原理主要组成部分安装要求（对土建的要求）消毒效果比较（各种消毒方式比较）处理能力的确定，选型方法应用案例（不同情况的应用情况）紫外线消毒设备生产厂家数据库相关资料：标准等第27页/共37页2023/4/2228紫外线消毒技术简述水的紫外线消毒，是通过紫外线对水的照射进行的。紫外线按波长范围分为A、B、C（有称为消毒紫外线）、D（又称真空紫外线）四个波段，A波段320nm～400nm，B波段275nm～320nm，C波段200nm～275nm，真空紫外线100nm～200nm。水消毒用的是Ｃ波段紫外线。光量子理论认为，光是物质运动的一种特殊形式，是一粒粒不连接的粒子流。每一粒波长253.7nm的紫外线光子具有4.9eV的能量。当紫外线照射到微生物时，便发生能量的传递和积累，积累结果造成微生物的灭活，从而达到消毒的目的。核酸是一切生命体的基本物质和生命基础。核酸分为核糖核酸（RNA）和脱氧核糖核酸（DNA）两大类，其共同点是由磷酸二脂键按嘌呤与嘧啶碱基配对的原则而连接起来的多核苷酸链。图1是DNA和RNA的紫外线吸收光谱图，吸收光谱的范围在240nm～280nm，对波长260nm的紫外线有最大吸收。紫外线照射微生物，被核酸吸收，然后会使核酸发生变化。紫外线一方面可使核酸突变、阻碍其复制、转录封锁及蛋白质的合成；另一方面，产生自由基可引起光电离，从而导致细胞的死亡。通常，水消毒用的紫外线灯的中心辐射波长是253.7nm。紫外线的杀菌效果取决于紫外线的辐射强度和的乘积，即辐照剂量。辐照剂量＝辐射强度×照射时间

第28页/共37页2023/4/2229紫外线水消毒特点

紫外线用于饮用水消毒，具有消毒快捷，不污染水质等优点。紫外线杀菌有高效、广谱、无二次污染、运行安全可靠、占地面积小、初投资小，能够实现连续大水量消毒。UVC消毒技术有较高的杀菌效率，当紫外线辐射强度为3000μW/cm2，对细菌病毒的杀菌作用一般都在1s之内，UVC消毒系统特征就是大水量消毒、连续运行。影响UVC杀菌效果的主要因素有紫外线的波长、照射强度及时间，并与水的深度、色度、浊度、微生物的类型和数量有关。第29页/共37页2023/4/2230工作原理紫外线杀菌的原理是利用紫外线化学效应的性质而实现杀菌的目的。当生物细胞内的吸收紫外光波后，使DNA的结构键发生断裂或发生光化学聚合反应，从而实现杀死病菌或使其丧失复制繁殖能力。第30页/共37页2023/4/2231主要组成部分

ＵＶ消毒器按水流边界的不同分为敞开式和封闭式。在敞开式ＵＶ消毒器中被消毒的水在重力作用下流经ＵＶ消毒器并灭活水中的微生物。敞开式系统又可分为浸没式和水面式两种。浸没式又称为水中照射法，其典型构造如图1所示[3]。将外加同心圆石英套管的紫外灯置入水中，水从石英套管的周围流过，当灯管(组)需要更换时，使用提升设备将其抬高至工作面进行操作。该方式构造比较复杂，但紫外辐射能的利用率高、灭菌效果好且易于维修。

图2敞开式ＵＶ消毒器构造图水面式又称为水面照射法，即将紫外灯置于水面之上，由平行电子管产生的平行紫外光对水体进行消毒。该方式较浸没式简单,但能量浪费较大、灭菌效果差,实际生产中很少应用。封闭式ＵＶ消毒器属承压型，用金属筒体和带石英套管的紫外线灯把被消毒的水封闭起来，结构形式如图3所示。

图3封闭式ＵＶ消毒器构造图筒体常用不锈钢或铝合金制造，内壁多作抛光处理以提高对紫外线的反射能力和增强辐射强度，还可根据处理水量的大小调整紫外灯的数量。有的消毒器在筒体内壁加装了螺旋形叶片以改变水流的运动状态而避免出现死水和管道堵塞，所产生的紊流以及叶片锋利的边缘会打碎悬浮固体，使附着的微生物完全暴露于紫外线的辐射中，提高了消毒效率。封闭式也划分为敞开式和浸没式。敞开式消毒器适用于中、大水量处理，多用于污水处理厂。封