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环境科学导刊http://hjkxdk.yies.org.cn2013，32(4)CN53－1205/XISSN1673－9655城市生活污水处理中紫外线消毒工艺方案的设计与运用12刘云红，刘波(1.西南林业大学机械与交通学院，云南昆明650224;2.昆明市第四污水处理厂，云南昆明650231)摘要:城市生活污水处理中消毒工艺方案的确定是污水厂设计过程中需要考虑的重要问题，针对此问题从消毒方法的选用到出水消毒工艺的确定，设计出一套适合昆明市各污水处理厂的紫外线消毒技术方案。关键词:生活污水;污水处理;中水回用;紫外线消毒中图分类号:X703文献标识码:A文章编号:1673－9655(2013)04－0064－06昆明市是云南省的政治、经济、文化中心，是1000个/L。由此可见，污水处理厂的出水如果不著名的旅游城市，也是全国14个水资源严重短缺进行消毒而直接进行回用，无论是用于洗车、冲的城市之一。2009年以来的严重干旱灾害，使昆厕、绿化还是景观用水，甚至排入地表水体都有可明面临前所未有的严峻缺水局面:很多地区连居民能对公共卫生安全造成严重威胁。2003年初，香生活用水的供应都非常紧张，更别提绿化、景观等港一座住宅楼中的众多居民，由于使用公共下水道市政用水了。昆明市政府曾经发文，强制推行中水从而导致“非典”病毒在该住宅楼居民中传播和感回用(中水指污水经适当处理后，达到一定的水染，造成极大的社会恐慌。因此，对污水处理厂的质指标，满足某种使用要求，可以进行有益使用的出水进行消毒是非常必要的，消毒是中水回用的前［1］水)，这决定了城市污水处理厂的中水回用具有提条件，也是扩大中水回用率的保障。广阔的应用前景。在中水回用过程中，回用前的消2实验基地介绍毒问题必须考虑。本研究由西南林业大学面上科研2.1昆明市第四污水厂简介基金支持，以昆明市第四污水处理厂为实验基地，昆明市第四污水处理厂位于昆明市区北部、盘对城市生活污水处理厂处理工艺中的消毒环节进行龙江油管桥附近，于1996年开始运行，主要负责了方案设计与运用研究。处理市区北部的生活污水，设计处理能力为6万31中水消毒的必要性m/d，采用ICEAS污水处理工艺。ICEAS工艺其全城市生活污水处理的主要目的是去除有机物以称是:“间歇反应器体系的连续进水、周期排水、及氮磷，防止其排入水体导致水体富营养化，而对延时曝气好氧活性污泥工艺”，按脱氮除磷方式运于减少或消除致病生物仅是一个附带结果。已有的行。该工艺1986年被美国环保局正式列为革新代流行病学数据表明:当水体中粪大肠菌群数≥140用技术(I/A)，1996年被列为国家环保局最佳实个/L或大肠杆菌总数≥700个/L，就会引起贝类用技术，其主要特点是:占地面积小、构筑物为单所引起的疾病爆发;如果水上运动娱乐场所水体中一的池群、工艺流程短、自动化程度高、耐冲击能的粪大肠菌群数在2000个/L左右，人体接触后患力强、剩余污泥量少且稳定(去除1kgBOD5产泥病的概率就比较大了。根据昆明市环境监测中心对0.4～0.6kg)。各污水处理厂的进、出水水质的监督性监测结果，2.2执行的出水标准各污水处理厂未经消毒处理的出水中粪大肠菌群数昆明市第四污水处理厂排水执行GB18918—都≥24000个/L，远远超过国家标准要求的≤2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级A标准，并由昆明市环境监测中心对其进水和出水的收稿日期:2013－04－01水质进行监督性监测。监测项目分别为:pH值、基金项目:西南林业大学面上科研基金项目。化学需氧量、总磷、总氮、氨氮、悬浮物、生化需作者简介:刘云红(1969－)，女，副教授，昆明人。研究方向:工业设计。氧量、色度、动植物油、石油类、阴离子表面活性—64—\nhttp://hjkxdk.yies.org.cn城市生活污水处理中紫外线消毒工艺方案的设计与运用刘云红剂、粪大肠菌群数等12个项目，具体要求为:pH氧化氯等消毒剂进行消毒，虽然其消毒效果尚可，6～9、CODCr≤50mg/L、T－P≤1.0mg/L、T－N≤但都具有很明显的缺点。采用加氯消毒时，氯与水15mg/L、NH3－N≤5mg/L、SS≤10mg/L、BOD5≤中的有机物作用，发生一系列取代反应，产生10mg/L、色度≤30倍、动植物油≤1mg/L、石油类CHCl3、CHCl2Br、氯乙酸等50种以上有致癌、致≤1mg/L、阴离子表面活性剂≤0.5mg/L、粪大肠菌畸作用的有机氯衍生物，会严重影响人们的身体健［3］群数≤1000个/L。康。二氧化氯的消毒效果要好一些，但是其消毒副2.3出水水质情况产物氯酸盐和亚氯酸盐对人体健康的影响，受到人由于昆明市第四污水处理厂在设计建设时没有们的关注。同时消毒剂本身就是有毒的，其运输、设置消毒工序，在出水水质监测项目中，其余各出使用、储藏都有非常严格的规定，存在巨大的安全水指标均值均能达到国家标准的要求，唯有粪大肠隐患，稍有不慎发生泄露，将对周围环境和人体健菌群数(≥24000个/L)超标。康造成极其严重的影响。2004年4月，重庆市某3出水消毒方案的确定与设计企业发生氯气泄露，造成大量人员伤亡，大批人员3第四污水处理厂每天6万m的出水中，有被迫疏散，财产损失巨大。31.5万m泵至翠湖公园作为景观置换水，少量回不容忽视的是，氯化形成的余氯及某些化合物用，其余的全部排入流经昆明市主城区的盘龙江，对水生物有伤害。由于污水消毒剂的投加量远远比因此，该厂出水水质的好坏对昆明市城市面貌和景饮用水大，因此，采取加氯消毒的污水厂出水，将观以及公共安全有一定影响。从中水回用的范围对接纳水体中的水生物造成伤害，如不适用于绿看，目前仅限于厂区绿化、脱水机滤布冲洗、盘龙化、养殖、公园景观用水等，对排入的河流、湖泊江和翠湖公园景观用水这几方面。由于在建厂时没的生态也将造成破坏，这样必将影响中水的使用有设置污水处理消毒环节，存在一定的安全隐患，范围。出水还不能达到中水回用的各项要求。另外，加氯消毒的出水对污水厂处理工艺中3.1选用消毒方法的活性污泥系统也是有害的。根据所做的活性污泥3.1.1化学法消毒对消毒剂适应性的实验数据，可见消毒剂优氯净对化学法是利用在污水中加氯(次氯酸钠)、二活性污泥的影响(表1)。表1消毒剂优氯净对活性污泥影响实验数据菌胶团状况－1适用范围有效氯含量/mg·L消毒时间/min原生动物状况颜色状态饮用水消毒≥0.4正常棕褐色絮状≥1.05正常棕褐色絮状30正常棕褐色絮状40正常棕褐色絮状预防≥10015只有少量轮虫存活浅棕褐色半解絮30无原生动物存活浅黄色解絮、细颗粒状疫源地≥20015只有部分轮虫存活浅棕褐色半解絮30无原生动物存活浅黄色解絮、细颗粒状医疗场所≥40015无原生动物存活浅黄色解絮、细颗粒状备注:各适用范围所需有效氯含量的配比依据优氯净产品说明。从表1可以看出，将优氯净消毒液(速效强大一部分是从出水中抽取的，最后又返回处理系力泡腾消毒片)按预防的浓度加入活性污泥，二统，因此，加氯消毒后，出水消毒剂残余将对活性者在作用15min后，活性污泥中的原生动物就大部污泥系统造成较大的损害。分死亡，菌胶团半解絮;作用30min后，活性污泥如要考虑限制余氯就必须进行脱氯，需向水中中的原生动物全部死亡，菌胶团解絮，污水的二级加入二氧化硫。既要满足余氯限制要求又要达到适处理已无法进行。除此之外，污水厂的生产用水很当的粪大肠杆菌灭活值时，需要极高剂量的二氧化—65—\n环境科学导刊http://hjkxdk.yies.org.cn第32卷第4期2013年8月硫，从而导致运行费用过高及DO(溶解氧)水平法和化学法的优缺点，从污染最小的原则和工厂的［2］过低。这样一来就会增加一道处理工序导致成实际情况考虑，确定采用物理法即紫外线消毒法。本上升并产生了其它的化学物质———二氧化硫3.2设计方案(SO2)。美国环保署(EPA)早已将二氧化硫列入3.2.1设计参数极危险物质黑名单。(1)流量此外，影响化学消毒效果的因素还有很多，如平均流量≤6万t/d，峰值流量≤7.5万t/d，消毒剂的投加量、反应接触时间、水温、pH值、据此设计一个水渠，水渠水流量为3125t/h·污水出水水质、消毒剂与水的混合接触方式，而污渠道。水厂的出水水质中有机污染物的变化不是恒定的，(2)消毒工序的进、出水水质因此此方法在实际生产控制中较难掌握。消毒工序进水水质:除粪大肠菌群数≥240003.1.2物理法消毒个/L外，其余指标均值均能达到国家一级A标准物理消毒法，主要有加热、冷冻、辐照、紫外要求。经过消毒工序后，出水中的粪大肠菌群数达线和微波消毒等方法。由于加热、冷冻、辐照、微到标准要求，其余各项指标不会受到影响。各项波等方法明显不适合工厂实际，故不详细阐述，只进、出水设计指标值如表2所示。重点介绍紫外线消毒法。表2进、出水设计指标值紫外光(UV)是电磁波谱的一部分，其波长指标项目设计进水指标值设计出水指标值为100～400nm。根据生物效应的不同，将紫外线1．TSS＜10mg/L＜10mg/L按照波长划分为四个部分:A波段(UV－A)为2．平均粒果尺寸＜0.3mm＜0.3mm黑斑效应紫外线(400～320nm);B波段(UV－3．BOD5＜10mg/L＜10mg/LB)为红斑效应紫外线(320～275nm);C波段4．COD＜50mg/L＜50mg/L(UV－C)为灭菌紫外线(275～200nm);D波段(UV－D)为真空紫外线(200～100nm)。水消毒5．UV－C透光率＞65%＞65%主要采用的是C波段紫外线［4］。6．水温5～50℃5～50℃研究表明，紫外线主要是通过对微生物的辐射≥2400MPN/100ml＜100MPN/100ml7．粪大肠菌群数［按30d几何平均值］［按30d几何平均值］损伤和破坏核酸的功能使微生物致死，从而达到消毒的目的。紫外线对核酸的作用可导致键和链的断裂、股间交联和形成光化产物，改变DNA的生物(3)安装［5］活性，使微生物自身不能复制，这种紫外线损伤也紫外线消毒系统设计安装在明渠内，采用［3］模块化设置。是致死性损伤。紫外线消毒是在沟渠和腔体内照射，不添加任何化学药品，对水体及周围的环境(4)紫外线灯不产生二次污染及刺激性气体，不影响接受水体中使用240W［UV－C＞84W］低压超高能铟/的生物种群。灭菌效率高，杀菌时间短，几秒既可汞合金紫外线灯:寿命10000～15000h，平均寿命完成杀菌过程，杀菌广谱性高，对细菌、病毒、原10000h(80%原强度);15000h(70%原强度)。生动物有效，不受水温、pH值的影响。具有较好(5)254nm紫外线剂量2的性价比，设备体积小，占地省，不产生噪音，对254nm紫外线剂量＞15000μW．s/cm。剂量现有土建设施不需作大规模的改动等。其缺点是:按美国EPA标准设计，UV－C剂量为15000μW·［4］S/cm2以上。254nm紫外线剂量是系统在灯源服务无残余消毒作用。现代紫外消毒技术是国际上20世纪90年代末寿命完结前，强度只有原来的70%，在峰值流量3兴起的新一代消毒技术，随着紫外线技术的不断发(3125m/h)时的剂量，此剂量可保证水含菌量低展和完善，近年来在美国、加拿大等西方国家的运于1000个/L。用迅速增加，有望成为代替传统氯化消毒的主要方3.2.2平面示意图法之一。紫外线消毒设计方案平面示意图如图1所示。3.1.3确定消毒方法紫外线消毒系统安装在明渠内，长7m，宽1.4m，经过分析研究现行技术和实验数据，对比物理尺寸如表3所示。—66—\nhttp://hjkxdk.yies.org.cn城市生活污水处理中紫外线消毒工艺方案的设计与运用刘云红表3消毒模块具体尺寸和组成表4主要工艺设备名称长度7000mm设备名称数量宽度1400mm1．UV－C紫外线杀菌模块个/模块总数深度［水下］1536mm(1)低压超高能铟/汞合金紫外线灯45135深度［水上］150mm(2)镇流器451353流速＜0.5m/s;＜75，000m/d(3)20mmID*23mmOD石英管451351200mm长/1000mm宽/(4)紫外线控测头13跌井深度［水下］2736mm(5)机械清洗装置13(6)不锈钢外、支架13UV－C杀菌模块3个模块2．配电系统1套240W低压超高能铟/3．电脑主控系统1套3x45支汞合金紫外线灯4．水位控制系统1套5．模块吊装设备1套6．块吊装设备1套出水经过消毒渠消毒后成为可再利用的中水，重新汇入出水渠流入盘龙江。3.3紫外消毒系统工艺布置图工艺设备简要说明:(1)紫外线杀菌模块组件(UNLIGHTSYS-紫外线消毒系统工艺布置如图2所示。3.4主要工艺设备及其说明TEMSWTV－40000系列紫外线杀菌模块)紫外线杀菌模块组件由框架、灯管及置于框架主要工艺设备如表4所示。顶部的镇流器密封箱体组成。每一组紫外线杀菌模—67—\n环境科学导刊http://hjkxdk.yies.org.cn第32卷第4期2013年8月块所有与污水接触的焊接金属元件均采用304不锈灭紫外灯管。钢制造，外线灯管、石英套管、机械自动清洗、(9)电源分配系统UV检测探头固定安装在框架模块里，连接紫外灯①电源分配箱与镇流器的电缆密封在紫外灯模块组件内，不会暴电源分配箱为适合室外使用的密封配电箱。配露在污水中。电箱经防水电缆连接每一灯源模块，每一灯源模块(2)紫外线灯管排列方式有漏电保护装置，其电源为50Hz/220－240V/单紫外线灯管相互平行且错开排列，与水流方向相。每组模块配电箱可独立启动、操作、更换、维垂直。每根灯管安装在一根单独的石英套管内，管修，配电箱的密封要求达到IP56标准。的一端为闭口端，另一端由灯管橡胶密封结构密②电源配置封。石英管的闭口端通过O型圈固定在框架上，输入电源为380V、3相4线，每组模块电源使得石英套管不与框架上任何钢体相接触。为220V、2相2线，每组监控系统电源为220V、2石英套管的两端不超出紫外灯模块框架两边不相2线，每个镇流器驱动一根灯管。紫外线杀菌系锈钢结构部分。连接灯管的电缆终节置于模块框架统最大功率消耗不超过35kW。顶部的电子镇流器箱体内，外灯模块组件已达到(10)监控系统UL4X密封等级，电子镇流器与外界密封隔离。每组模块顶端都有监控显示箱，内有UV监示(3)紫外线灯管器，LED灯泡开/关显示灯，累积运行时间显示，低压超高能铟/汞合金紫外线灯，单根灯管功电子起辉器及模块开关。UV监察仪有模拟显示。显示灯源相对于起始最高光度(100%)的光度，率240W，UV－C功率不低于84W，灯管经过预热低比例表示灯源超过服务寿命、石英管表面有污处理以提高其寿命。灯管、灯丝采用夹式设计，曲垢、污水透光率太低或系统有其他故障。当紫外线式可以防震。电路联接部分在灯管的一端，每个连强度低于设定值时，发出声/光警号，开动机械清接处都有4个插点。灯管为产生零臭氧类灯管，灯洁装置清洁石英管外壁60s;如紫外线强度还是低管由电子镇流器操作控制。于设定值时，发出另一种声/光警号，通知操作(4)灯管端部密封和灯座人员。石英套管开口端由304不锈钢套管螺帽、套和(11)清洁系统紧压式O型圈组成密封。石英套管螺帽具有滚花每组模块都有气动机械清洁装置，以清洁石英面以供紧固时手握，管螺帽卸下时不需任何工具。管外壁，气源由空气压缩机提供，清洁装置由不锈在石英套管发生破裂时，灯座上的双层密封能阻止钢及硅胶圈组成，由气动臂推动，自动在线清洗，水气进入灯管模块框架和侵袭与其它灯管的线路连无需停机。接，灯管具备防紫外的PVC铸模垫避免石英套管4结论与钢套接触。采用紫外线消毒工艺后，出水可达到《城镇(5)紫外线石英套管污水处理厂污染物排放标准》(GB18918－2002)石英套管紫外透光率不低于88%，石英套管中对粪大肠菌群指标的要求，弥补了原有工艺的不壁厚度为1.5mm，石英套管一端为圆顶形密封口。足之处;该设计方案除适用于昆明市各个污水处理(6)紫外灯模块组件支架厂外，也可用于学校、机关和企事业单位水循环利整个模块支架为304不锈钢，悬空在明渠中污用前的消毒，保证回用的安全，更有效地节约宝贵水上方，用来固定所有紫外模块，整个模块支架及的水资源;同时，该设计方案还可以作为紧急抵御遮光盖板设计能防止紫外线辐射到明渠外。如“非典”等传染病的应急出水消毒方案，防止(7)水位控制器(自动水位控制门)病菌对水体造成污染导致病源大面积扩散。安放在水渠末端的排水口处，保证在最低水位本设计方案对提高昆明市中水回用率、节约宝时紫外灯管能被水全部淹没。采用304或316不锈贵的水资源以及保护水资源的安全性具有重大意钢，无需动力控制。义，同时对学校、机关、企事业单位的水循环再利(8)低水位传感器用亦有很好的借鉴作用。明渠内设置一个低水位传感器。当水渠中的水参考文献:位低于正常水位时，能自动关闭系统和报警，并熄［1］宋学周．废水废气固体废物专项治理与综合利用实务全书—68—\nhttp://hjkxdk.yies.org.cn城市生活污水处理中紫外线消毒工艺方案的设计与运用刘云红［M］．北京:中国科学技术出版社，1999．水，2002，18(2):38－40．［2］TROJANUV．紫外消毒技术产品手册(污水处理部分)［Z］．［5］于尔捷，张杰．给水排水工程快速设计手册［M］．北京:中［3］GB18918－2002，城镇污水处理厂污染物排放标准［S］．国建筑工业出版社，1999．［4］张立成，傅金祥．紫外线消毒工艺与应用概况［J］．给水排TheDesignandApplicationofUVDisinfectionProcessinMunicipalSewageTreatment12LIUYun-hong，LIUBo(1.MechanicsandTransportCollageofSouthwestForestryUniversity，KunmingYunnan650224China)Abstract:Thedisinfectionisanecessaryprocessforthemunicipalsewagetreatment．ThispaperpresentsasetofUVdisinfectionprocesssuitableforthewastewatertreatmentplantsinKunming．Keywords:domesticwastewater;wastewatertreatment;waterrecycling;ultra－violetdisinfection櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅(上接第42页)AnalysisofCurrentWaterQualityofRuiliRiverandItsPollutionPreventionandControlCountermeasuresXUYong-gang(RuiliMunicipalEnvironmentalMonitoringStation，RuiliYunnan678600China)Abstract:ThestatisticalanalysisofthewatermonitoringdataoftheJiegaocross-sectionofRuiliRiverfrom2008～2011showsthatthewaterismainlypollutedbythebiologicalandorganicpollutants．Thepollutionoftheinorganicpollutantsandtheheavymetalscomesnext．Thewaterqualityisclearlydegradingingeneral．Thepollutionpreven-tionandcontrolmeasuresareproposedbasedonthecauseanalysis．Keywords:waterquality;currentsituation;characteristics;cause;countermeasure;RuiliRiver櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅(上接第63页)WaterQualityChangeandItsInfluencingFactorsofNanpanRiverinQujingMunicipalityZHANGHong(QujingMunicipalEnvironmentalMonitoringStation，QujingYunnan655000China)Abstract:BasedonthewatermonitoringdataofNanpanRiverinQujingMunicipalityfrom2006to2012atthestate－andprovinciallycontrolledsections，thewaterpollutionanditsspatialandtemporaldistributionhavebeenanalyzed，aswellasthewaterqualitychangeanditsinfluencingfactors．Theresultsshowthattheriverwaterquali-tyisclearlyimproving．Keywords:waterquality;pollutioncharacteristics;change;cause;NapanRiver;Qujing—69—