紫外線消毒技術在污水再生中的應用

【資料簡介】

導言

      紫外線消毒業在過去20年中取得了巨大的發展——特別是在歐洲、美國和東南亞。在這一時期，新紫外線技術的開發是產業投資滿足市場需求的一個典型例子，這個例子表明市場需要一種有效、低成本且環保的消毒方式實現廢水利用。

      在污水處理過程中，紫外線消毒的日處理量可達四百萬立方米，證明了紫外線不再是一種“新興”的技術，而是一種被工程師接受并廣泛應用的技術，它可以保障人類健康，減輕環境壓力。

      再生水的回用已有幾十年的歷史，且應用形式多種多樣，在再生水的回用領域美國處于較為的地位。目前在南美、南歐、中東、澳大利亞和許多亞洲國家都存在嚴重缺水的問題，這也迫使他們在再生水回用方面加大投資。

新技術

      計算機流體力學模擬軟件（CFD）的使用大大提高了紫外線設備生產商的生產力，同時使消毒的效果更加有保障。生產商通過他們的工具，一方面對紫外線反應器進行優化，另一方面大大降低了能源成本。另外，隨著生產商對優化的紫外線反應器的研發與優化，他們夠通過各種認證來證明他們的設計。隨著中壓燈在能效、燈管使用壽命、強度方面的不斷改進，傳統的紫外線消毒技術也將不斷的被更新。目前石英鍍膜技術已經將燈管的使用壽命延長到了12,000小時。

焦點問題

      細菌和病菌的再生成為紫外線消毒技術的個焦點問題——微生物對由紫外線造成的DNA損壞有很強的修復能力，這就為它們的繁殖提供了條件。DNA修復可以在密閉（黑暗修復）的系統中進行，但在有陽光直射（光復活作用）的開放系統中進行更加劇烈。紫外線的劑量和燈管的類型對再生的程度有極大的影響，低壓（單波長）紫外線燈比中壓（中波長）燈更容易受光復活作用的影響（見參考文獻*條）。我們需要在接下來的五年中對光復合作用方面進行更廣泛更深入的研究。大量的研究都針對紫外線消毒副產品展開，特別是對于zui普通的水結構，比如氯、溴化物、硝酸鹽、臭氧、自然有機物、鐵。事實證明，一般的紫外線消毒劑量，不會生成消毒副產品。

紫外線給廢水利用市場帶來的益處

      廢水消毒再利用zui普遍采用的方法是加氯消毒法。拋開加氯消毒法的失敗的案例不談，大量的消毒副產品以及近來事實證明對病原體失效等等，都在推動著氯消毒法向其他方法轉變，比如紫外線就是其中一種，而且它不會產生任何的消毒副產品。

      密閉紫外線系統在管道里面更易安裝，占地面積小，對現場操作極低。晝夜操作很簡單，現場的工作人員只需對紫外線燈管和清洗環進行定時的更換，便可以保證日常操作和維護。

      根據美國國家水研究所（NWRI）頒布的條例，用于再生水回用的紫外線系統對于飲用水系統也同樣有效，盡管飲用水系統要求更高的紫外線劑量。應用于飲用水制備的紫外線消毒系統，更加需要經過嚴格的認證，這也將成為飲用水評估的主要依據，光復活反應和黑暗修復也將成為關注點。

再生水的利用

      再生水的潛在應用范圍很廣，農業灌溉zui為常見，美國的加利福尼亞和佛羅里達，以及澳大利亞的許多洲在這方面都在快速發展。再生水還可應用于環境美化和娛樂設施的建設，還有高爾夫球場、公園、草坪灌溉等等。再生水還可以用來補充地下水，比如補充蓄水層的儲藏量和幫助其恢復，或者防止鹽水侵蝕到沿海的蓄水層等等。衛生間的沖洗，消防方面的應用，以及建筑工業和人工造雪，再生水的回用大大減輕了飲用水資源的負擔。

案例學習

美國亞利桑那

      位于亞利桑那的Anthem的兩個高爾夫球場正在使用經紫外線處理的廢水進行灌溉。Anthem是一個歷史不足十年的小鎮，位于鳳凰的北部，現有超過四萬人。三臺博生（Berson UV-techniek）中壓管道式紫外線消毒系統，應用于再生水的消毒工藝。這樣，不僅達到了州排放標準，還滿足了小鎮日益增長的水和廢水處理需求。Anthem的技術人員Jeff Marlow 說，“廢水通過三臺博生（Berson UV-techniek）消毒系統進行處理，每天的合并流量有三百萬加侖，與微孔過濾和硝化/反硝化作用聯合工作。經過博生（Berson UV-techniek）消毒系統處理后,能夠滿足亞利桑那污染物排放排除系統許可項目的要求。”兩個高爾夫球使用的是紫外線處理的再生水和河水的混合水，但是隨著人口的增加，預計這兩個球場很快將全部使用再生水進行灌溉。自動清潔裝置使得石英套管免受結構影響，每一個紫外線反應器都配有紫外線強度感應器，以測量實際的紫外線劑量，并加以記錄。還可以通過紫外線強度的監控系統，根據運行中的紫外線穿透率對紫外線現實劑量進行自動調節。

澳大利亞維多利亞

      大都市，當地水政府通過替代循環水儲存了一千六百萬加侖（607兆升）飲用水。當地政府通過對在廢水處理站的83%的水進行循環而實現了這一驕人目標。這些廢水的用途為：68%—農業，環境凈化—23%，城鎮工業—8%，現場處理流程—1%。博生（Berson UV-techniek）消毒系統在日處理量和*方面都占有著的優勢。

結論

      紫外線工業經過十余年的發展，已經頗為成熟，并被世界上工程技術公司所應用。紫外線技術已經通過現場測試，并有大量的應用數據。技術和工程的不確定性已經大大減少，在未來二十年，紫外線將發展的更加迅猛。CFD在很大程度上拯救了傳統的紫外線設計，并將成為今后設計的日常校準工具。再生水市場也正處于快速增長的階段，很多國家的水資源緊張，加上人口的增加，將給水資源的短缺帶來了更大的壓力。限制污染排放，促進技術的發展將會在未來起到極為重要的作用。