紫外线消毒在污水处理方面的应用

河北工业职业技术学院毕业论文目录一、引言（1级标题）………………1二、关于紫外线消毒的介绍…………1（一）紫外线消毒技术的发展（2级标题）………1（二）紫外线原理……………………1（三）紫外线杀菌原理………………2（四）紫外线消毒的优缺点…………2（五）消毒方法的比较………………3（六）影响紫外线杀菌效果的主要原因……………4三、安利斯WSH-S平流式UV消毒系统………………4（一）导流板…………5（二）紫外线消毒模块………………5（三）中央控制柜……………………7（四）单水渠控制柜…………………8（五）水位控制堰门…………………8四、WSH-S平流式UV消毒系统的杀菌特点…………9五、结论………………9参考文献……………10附录：毕业设计（论文）成绩评定表答辩记录及总评表WSH-S平流式UV消毒系统07机电一体化专业2班姓名朱学博学号17摘要：随着我国对环境保护的重视，一些无二次污染的环保产品得到了快速的发展。本文介绍了一种紫外线消毒设备：WSH-S平流式UV消毒系统。介绍了紫外线消毒的原理，并和其他消毒方法做了对比。后详细介绍了WSH-S平流式UV消毒系统各个部件的功能和技术特点，以及本系统的优缺点，可靠性。最后对本设备的杀菌特点及耗能方面做了介绍。关键词：紫外线消毒，污水处理，消毒系统，健康WSH-SUVdisinfectionsystemsforrectangularAbstract:WithregardtoenvironmentalprotectioninChina,somenosecondarypollution,environmentallyfriendlyproductshasbeenrapiddevelopment.ThisarticleintroducesaUVdisinfectionequipment:WSH-S-pulsatileUVdisinfectionsystems.ThisarticledescribestheprincipleofUVdisinfectionandsterilizationmethodsotherwascompared.DetailsaftertheWSH-SUVdisinfectionsystemRectangularfunctionofvariouscomponentsandtechnicalfeatures,andadvantagesanddisadvantagesofthesystemreliability.Finally,thisdevicefeaturesandenergy-consumingaspectsofsterilizationhavebeendescribed.Keywords:UVdisinfection,sewagetreatment,disinfectionsystems,health一、引言目前，给排水消毒方法可分为两大类，即化学消毒法和物理消毒法。可是，人们发现化学消毒法往往会产生一些消毒副产物，如使用氯消毒工艺中的余氯对受纳水体中的鱼类等生物有毒，而且还发现并确认了氯消毒等化学消毒方法会产生如三卤甲烷等致癌、致病基因和一些致畸变的副产物。这些发现促使人类寻求一种更好的消毒方法，不会产生副产物，也不会造成二次污染问题。于是，人类开始关注紫外线在消毒方面的应用。下面我通过本文给大家介绍一种紫外线消毒设备：WSH-S平流式UV消毒设备。希望通过本文，能让读者对紫外线消毒有一个更好的认识。介绍设备之前，先让读者们熟悉一下紫外线消毒的一些知识。二、关于紫外线消毒的介绍（一）紫外线消毒技术的发展紫外线消毒法最早应用于美国（1970年美国环保局完成了第一个污水紫外线消毒的示范工程），现已在美国和加拿大普遍应用。紫外线消毒技术为物理消毒方式的一种，具有广谱杀菌能力，无二次污染，经过30多年的发展，已经成为成熟可靠高效环保的消毒技术，在国外各个领域得到了广泛应用。在我国由于对其技术的了解有一定的局限性，在污水处理中的应用不多。上海市政工程设计研究院在这方面开展了许多研究，并将在上海竹园建造大型污水处理厂，每天可处理污水2210000吨。近年来，随着我国对污水消毒的日益重视和运行经验的积累，紫外线消毒技术将得到推广，预计今后有条件的污水处理厂中80%将会采用紫外线消毒，并成为取代传统化学消毒方法的主流技术。（二）紫外线原理紫外线是电磁波的一种，原子中的电子从高能阶跃迁到低能阶时，会把多余能量以电磁波释放。电磁波的能量越强，则频率越高，波长越短。人类肉眼能看见的可见光的波长为400nm-700nm，对肉眼来说400nm的电磁波显示成蓝色、紫色，780nm的电磁波显示成橙色、红色。紫外线是指波长比400nm还短的波，因其光谱在紫色区之外，故名为紫外线（UltraViolet，简称UV）。紫外线通指是波长在100nm-400nm的电磁波，人的眼睛看不到紫外线。100nm-400nm波长的紫外线，按其对人体的影响及功能，分为UV-A、UV-B、UV-C和V-UV。UV-A是指波长在315nm-400nm的紫外线，UV-A能使人的皮肤产生黑色素，使皮肤变黑。UV-B是指波长在280nm-315nm的紫外线，UV-B能致癌，令皮肤起皱纹、老化。UV-C是指波长在200nm-280nm的紫外线，其中254nm波段的紫外线有杀菌、消毒效能.波长在240nm-270nm之间的UV-C,能直接破坏细胞、病毒的DNA和RNA，使微生物迅速死亡。波长在100nm-200nm之间的V-UV185nm能产生臭氧，而在空气中或溶解在水中的臭氧，能把微生物的细胞壁以氧化形式破坏，使微生物立刻死亡。（三）紫外线杀菌原理在地球上所有已知的生命形式，都是以DNA和RNA作为繁殖、遗存的基础。DNA和RNA都以四种化学物单元组成Adenine腺嘌呤T—Thymine胸腺嘧啶C—Cytosine胞核嘧啶G—Guanine鸟嘌呤细胞繁殖时DNA中的长链打开，打开后每条长链上的A单元会寻找Ｔ单元结合，每条长链都可复制出与刚分离的另一条长链同样的链条，恢复原来分裂前的完整DNA，成为新生细胞的基础。波长在240nm~270nm的紫外线能打破DNA产生蛋白质及复制的能力。细胞或病毒的DNA、RNA受破坏后其生产蛋白质的能力和繁殖能力均已丧失，因细菌、病毒一般生命周期很短，不能繁殖的细菌、病毒就会迅速死亡。（四）紫外线消毒的优缺点1、紫外线消毒的优点①、紫外线消毒无需化学药品，不会产生THMs类消毒副产物。②、杀菌作用快，效果好。③、无臭味，无噪声，不影响水的口感。④、容易操作，管理简单，运行和维修费用低。2、存在问题①、紫外线消毒法不能提供剩余的消毒能力，当处理水离开反应器之后，一些被紫外线杀伤的微生物在光复活机制下会修复损伤的DNA分子，使细菌再生。因此，要进一步研究光复活的原理和条件，确定避免光复活发生的最小紫外线照射强度、时间或剂量。②、石英套管外壁的清洗工作是运行和维修的关键。当污水流经紫外线消毒器时，其中有许多无机杂质会沉淀、粘附在套管外壁上。尤其当污水中有机物含量较高时更容易形成污垢膜，而且微生物容易生长形成生物膜，这些都会抑制紫外线的透射，影响消毒效果。因此，必须根据不同的水质采用合理的防结垢措施和清洗装置，开发研制具有自动清洗功能的紫外线消毒器。③、目前国产紫外灯执行直管型石英紫外线低压汞消毒灯的国家行业标准，灯的最大功率为4W，且有效寿命一般为1000～3000h，而进口低压灯管的有效运行时间可达8000～12000h，中压灯管也可达5000～6000h。相比之下，使用国产灯管会增加维修费用，因此，研制生产寿命长的紫外灯或直接引进国外先进的紫外灯生产技术是目前亟待解决的问题。④、在我国目前污水厂紫外消毒系统招标中，有些污水厂由于大量工业污水的导入，使得排放的污水色度加深，但招标文件中的污水紫外透射率参数仍采用国外提供的数值，造成与国内污水实际情况差别很大，为将来紫外设备的运行达到消毒要求，留下了难以克服的障碍。（五）消毒方法的比较需考虑的因素液氯消毒二氧化氯臭氧消毒UV消毒需要的处理时间30min≤30min5-10min30s-60s投加量（mg/l）2-205-101-330b-40b对细菌的灭活效率高高高高对病毒的灭活效率中等偏下中等高高水质影响因素受PH、温度影响大受PH、温度影响大受PH影响大、温度影响小受PH、温度影响小技术的复杂程度简单到中等中等复杂简单经济性运行费用中等偏下中等中等偏上中等偏下投资（小规模）中等中等高中等偏下投资（大规模）中等偏下中等偏下高中等偏上占地面积大较小小小维护工作量大较小大小不利影响不利影响运输过程中的安全有有无无现场的安全相当大中等中等较小对鱼类等的毒害有毒有毒无无是否存在有毒副产品有可能存在少量有无清洗产物的处置无无无有是否增加溶解性固体的含量是是否否有无腐蚀性有有有无高能量消耗无无有有（六）影响紫外线杀菌效果的主要因素1、紫外线的穿透率（UVT）影响紫外线杀菌效果的重要因素为杀菌介质（水）的紫外透过率或介质吸收率。紫外线的透过率与介质的吸收率受水中溶解的有机物、无机物及未溶解的悬浮物等因素的影响。2、总悬浮颗粒物（SS）悬浮颗粒物对紫外线杀菌效果的影响也十分明显，悬浮颗粒能吸收与反射紫外线，从而阻止紫外线照射到细菌与病毒的DNA和RNA上。另外悬浮颗粒也会加速石英套管的结垢及污染，从而影响杀菌效果。3、颗粒物尺寸水中颗粒物尺寸的大小对紫外线杀菌效果的影响较大，因为大的悬浮颗粒物会形成对细菌与病毒保护的阴影与死角。通常二沉池的出水对紫外线的杀菌更有利，并且水中悬浮颗粒物平均尺寸应小于30μm。4、曝光时间曝光时间与流量有关。紫外线系统设计时一般按照峰值流量进行设计，流量越小，曝光时间越长，系统具备更大的有效剂量。三、安利斯WSH-S平流式UV消毒系统WSH-S平流式UV消毒系统是在安利斯公司及其成熟的WSH平流式UV消毒系统的平台上根据中国用户的实际特点及客户需求，结合公司在系统设计、结构设计、自动清洗系统、控制系统等方面多年研发与工程实践经验不断改进和开发而成。WSH-S平流式UV消毒系统集中体现的安利斯在紫外消毒领域的最新研究成果，该系统已申报国家专利10项。WSH-S平流式UV消毒系统由导流板、紫外线消毒模块、中央控制柜、单水渠控制柜、水位传感器、自动清洗控制柜、水位控制堰门组成（如图一），通过各部分的链子和控制来达到对废水消毒的目的。（一）导流板导流板是一张用不锈钢做成的网状部件，在不同的水渠中要根据水压和水的流速等因素设计成不同的形状，WSH-S平流式UV消毒设备平时是在污水处理厂的水渠中工作，而导流板被安装在整个设备的最上游，所以，水渠中的水流经紫外线消毒模块时，必须先经过导流板，在这里导流板一方面会缓解水的冲击力，还会把水流分成许多小股，从而使水流更好地与紫外线消毒模块接触，达到更好的消毒效果。（二）紫外线消毒模块紫外线消毒模块是WSH-S平流式UV消毒系统中的重要部件，整个消毒系统就是靠紫外线消毒模块在水中发出紫外光来杀菌的。紫外线消毒模块包括模块支架、紫外灯、镇流器、清洗系统等（如图二）。1、模块支架模块支架是紫外线消毒模块的骨架，紫外灯、镇流器和清洗系统等都安装在模块支架上。模块支架的金属材料部分全部采用不锈钢（水面以上为304不锈钢、水面以下为316不锈钢）。非金属材料（如密封圈，清洗环等）采用耐紫外、防水的高性能高分子材料。2、紫外灯紫外线消毒模块是靠紫外灯发出的紫外光来杀毒的。可见紫外灯的重要性。而本消毒系统所用紫外灯全部选用低压高强度和超高强度紫外灯，其产生的紫外光90%以上为具有高效杀菌效能的253.7nm紫外光。根据污水处理厂规模，紫外灯设计了155瓦低压高能和320瓦低压超高能紫外灯技术。紫外灯安装在模块上的石英套管中，与水流方向垂直或平行，灯管的质保寿命不低于12000小时，有效工作寿命不低于12000小时。紫外灯内层的特殊加膜工艺比普通未加膜工艺的灯管寿命延长15%。在压紧的等死设计中加入一根钼制的内导线，大大改善灯的抗震荡、防冲击性。高强度紫外线灯与标准型紫外线灯相比，其紫外线输出要高出35%~80%。国际先进的紫外灯技术UVC光中转化率≥40%3、镇流器紫外灯通过镇流器的作用才能亮起来，还要通过镇流器来反映紫外灯的亮度、是否达到正常标准等许多问题。由安利斯公司专利技术构造设计的水冷式电子高频镇流器，省去了散热所需的排风系统（空调制冷），与模块的一体化设计，浸没在水中，即简化了系统的构成，又能够利用污水流过杀菌模块时自然冷却镇流器。镇流器采用四芯插头的连接便于拆装更换，现场安装仅仅是系统各部件的连接，安装及维护十分简单便捷。IP68的密封等级保证镇流器在水下的长时间工作。可调光控制，输出功率可调节范围为50%--100%，采用0-10VDC标准隔离控制信号，控制功耗低于0.1W。输出高功率因数，采用有源功率因数校正技术，确保产品的PF>0.99。该镇流器输入工作电压适用范围宽，适用于90-264V的通用电压标准。4、清洗系统在紫外线消毒模块上的清洗系统主要功能是清洗紫外灯套管上的污垢，只有套管保持干净，才能保证良好的杀菌效果。本清洗系统的清洗方式为在线自动机械加化学组合清洗方式（配置化学清洗槽或清洗车）。针对石英套管的不同污染物能进行有针对性的清洗。无需适时投药，运行成本低，对水体不产生二次污染。（三）中央控制柜中央控制柜由304号不锈钢制成，做为WSH-S平流式UV消毒系统的中央控制中心，是WSH-S平流式UV消毒系统中最重要的部分，只有确保中央控制柜中的所有电路正常而安全地运行，才能保证消毒系统的正常运行。中央控制柜的输入/输出设备为安装在柜体内部的一个触摸屏，当单水渠控制柜选择按钮选择“自动”选项时，通过中央控制柜的触摸屏就可控制单水渠控制柜的运行，控制紫外灯的通断，接受UV探头反馈回来的信息并作出处理。中央控制柜能自动控制模块的清洗，控制堰门的开关，控制水位的高低。还能根据温度控制中央控制柜和单水渠控制柜中风扇的转速。中央控制器的核心部件为一块单片机。次单片机在专业部门被叫做紫外消毒控制器。安利斯公司根据紫外线消毒设备的运行特点，开发了专业的紫外消毒控制器。该控制器控制简便、系统简单、部件少、易于维护，具有标准通讯协议，通讯系统网络方便。主要优点是：通讯上预留有标准的通讯接口（RS485、以太网、Profibus-DP等通讯接口）。在满足使用要求的情况下，对系统进行了优化，增加了系统运行的稳定性、减少了故障点。在UV系统扩充时不需修改控制系统的软、硬件，直接从软件中配置组态即可，便于系统维护。（四）单水渠控制柜单水渠控制柜采用304不锈钢材质，防护等级IP65。当单水渠控制柜选择按钮选择“自动”选项时，其由中央控制器控制。通过单水渠控制柜将紫外消毒模块内光强探头检测信号传输至中央控制柜。通过航空插头与模块连接。其内部装有漏水报警器，当模块在水下遭受某种原因的破坏（如水中有坚硬的物体砸坏套管）而进水时，漏水报警器便会报警，同时切断电源，使紫外线消毒模块停止工作。（五）水位控制堰门安利斯生产的水位控制堰门有两种：全自动无动力水位控制堰门和蛇形溢流堰。1、全自动无动力水位控制堰门利用水的浮力来改变闸门的大小，不需要任何动力。适用于氧化沟、A2O等无零流量的处理工艺，具有以下优点①不需要任何外部能源和动力②不需要任何手动操作③与下游水位的高低无关④水头损失小⑤简单、准确、快速、可靠⑥当出现特大流量时，其能自动全面打开堰门，以保证水不溢流出水渠适用于费零流量水渠的水位控制。2、蛇形溢流堰适用于SBR、曝气生物滤池等有零流量的处理工艺，具有以下优点：①比常规的溢流堰占地面积小，安装更简单②采用上部溢流方式控制水位，系统水头损失较小③当出现零流量时，系统设计的最低水位将保证灯管全部浸没④系统运行可靠，投资少，可选用玻璃钢或不锈钢