用紫外線對污水消毒
摘要：提出在污水、污泥消毒環節上，用紫外線消毒取代氯消毒，具有不對水體產生污染、操作系統安全、投資運行成本低以及殺菌效率高等優點，能有效地降低污水中細菌。
古交給排水公司污水處理廠是承擔古交市部分工業污水和全部生活污水的企業，日處理污水2萬噸，1990年建廠以來，共處理污水6000多萬噸。隨著古交電廠的上馬，對水質要求越來越高，如何提供質量上乘的中水成為擺在我廠面前的頭等大事。
污水處理后，必須進行殺菌消毒處理，殺滅殘留的細菌、病毒等微生物。我廠采用傳統的氯消毒工藝，其缺點是運行費用高，且對人體有毒，所以至今使用次數很少。由于傳統的氯消毒會產生副產物，20世紀70年代，隨著對氯消毒產生的副產物的分析研究，發現氯與水中某些有機物如腐植酸、富里酸等反應，會產生大量的鹵代烷和氯化有機物，使得處理后的污水中各類氯化有機物有不同程度的提高，氯氣和氯的衍生物消毒的副作用越來越引起人們的重視，積極尋找替代氯的更安全更優越的新型消毒劑，已成為今后污水處理領域的一個發展方向。
我廠自1999年污泥系統投入使用后，每年產生大量的污泥，由于細菌含量高，嚴重影響農作物正常生長、發育，致使污泥農用受到限制，銷路不好，用紫外線消毒可很好地解決這一問題。
1. 現代紫外線消毒技術簡介
紫外線一般被分為三個不同波段：紫外A（315nm～400nm）、紫外B（280nm～315nm）和紫外C（100nm～280nm）。紫外燈的殺菌能力取決其發射光譜中紫外C的含量，紫外C是殺菌效果最好的紫外波長范圍。在該波段中260nm附近已被證實是殺菌效率最高的，目前生產的紫外燈的最大功率輸出在253.7nm波長。該波長輸出在目前世界頂極紫外燈中已占到紫外能量的90%，總能量的30%，由于高強度、高效率的紫外C存在，紫外技術已成為水消毒領域一個具有相當競爭力的技術。
紫外消毒的殺菌原理是利用紫外線光子的能量破壞水體中各種病毒、細菌以及其它致病體的DNA結構，使各種病毒、細菌以及其它致病體喪失復制繁殖能力，達到滅菌的效果。
紫外C殺菌的效果取決于紫外線的劑量，紫外線劑量取決于紫外C強度和照射的時間，即D=I×S，其中D為劑量，I為強度，S為照射時間。
2. 現代紫外線消毒技術的優勢
（1）高效率殺菌
具有較高的殺菌效率，紫外C對細菌、病毒的殺滅作用一般在1秒以內，傳統的氯氣以及臭氧方法，達到紫外C的殺菌效果一般需要20分鐘至1小時。
（2）高效殺菌廣譜性
紫外C技術在目前的消毒技術中，殺菌的廣譜性相當高，它對幾乎所有的細菌和病毒都能高效率殺滅，并且對一些危害較大，而氯氣和臭氧在水消毒可能的濃度內很難有效殺滅的原生動物都能有效殺滅。
（3）無二次污染
由于紫外C技術不加入任何化學藥劑，因此它不會對水體和周圍環境產生二次污染，不改變水中任何成分。而對氯消毒來說，如果水中含有大量的有機物，其產生的有機氯對人體有致癌作用，并且水中含有的氯化合物在某些場合下，對水中生物、植物以及水環境產生危害。
（4）運行安全可靠
傳統的消毒技術如采用氯化合物或臭氧，其消毒劑屬于劇毒、易燃、易爆腐蝕性物質，這些物質的使用必須特別小心，現代紫外C水消毒系統是一種對周圍環境以及操作人員相對安全可靠的技術。
3. 成本核算
（1）投資成本
表1為1993年美國污水廠紫外線消毒與氯消毒投資成本比較。
表1 紫外線消毒與氯消毒投資成本比較表
|
消毒水量 (m3/d) |
紫外線（A） |
氯消毒（B） |
投資成本比 （A : B） |
|
總投資 投資成本 (美元) 美元/m3） |
總投資 投資成本 (美元) （美元/m3） |
||
|
3800 38000 380000 |
115000 30.26 836000 22 6048000 15.92 |
127000 296.58 3137000 82.55 14340000 37.74 |
1 : 9.8 1 : 3.75 1 : 2.37 |
由表1可見，采用紫外線消毒的投資遠比氯消毒低得多，表1中的投資成本與近幾年的價格相比高了一些，與我國相比則更高。
紫外線消毒投資比氯消毒低的主要原因之一是土建投資低。氯消毒需要有0.5h的接觸時間，其大面積的接觸池需要大量征地及土建，如規模為5×104m3/d的污水廠需要一個尺寸為130×3×3m的接觸池，約需征地667m2，土建投資約為300萬元，而采用紫外消毒最多只需征地100m2，土建投資只需40萬元。
（2）運行、維修成本
紫外線消毒的運行費用主要為電費，維修費用包括更換燈管、鎮流器、燈套管的費用及清洗液費用、人工費等。
表2為1993年美國污水廠紫外線消毒系統與氯消毒系統的平均年費用、維護費用比較。
表2 紫外線消毒與氯消毒系統的運行、維護費用比較
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消毒水量 (m3/d) |
紫外線（A） |
氯消毒（B） |
投資成本比 （A : B） |
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總投資 投資成本 (美元) 美元/m3） |
總投資 投資成本 (美元) （美元/m3） |
||
|
3785 37850 378500 |
7900 0.0057 67800 0.0049 516400 0.0037 |
49300 0.036 158200 0.011 660000 0.0048 |
1 : 6.3 1 : 2.2 1 : 1.3 |
由表2可見，污水紫外線消毒的運行、維護成本要比氯消毒低。
4. 影響紫外線消毒的因素
水中的各種懸浮物及溶解性有機物和無機物都會造成燈管表面結垢。燈管表面結垢會極大地影響紫外線消毒效果。燈管表面結垢可以通過定期清洗來解決。最常見的是人工清洗，清洗時需要關燈、停機；另外還有機械或其它在線清洗，不需要關燈、停機。這兩種方法都需要定期使用酸性藥品。
5. 結論
紫外線消毒技術由于具有不對水體產生污染、操作系統安全、投資成本低以及殺菌效率高等優點，在西方國家已成為給排水領域的主要消毒技術，我國在該項目上落后于國外。將紫外線消毒設備應用于我廠污水消毒能提高古交電廠的的用水安全性。污泥消毒后，污泥農用有了保證，打開了銷路，能為我廠創造一定的經濟效益。
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