中壓高強紫外線消毒系統在濟南市玉清水廠的工程應用

楊曦凱 田海成 王 冠

(濟南市市政工程設計研究院(集團)有限責任公司，山東 濟南 250101)

濟南玉清水廠于2002年建成投產，設計規模40萬m3/d，原水為引黃水庫水，水處理工藝為常規處理工藝。原水具有低溫低濁、季節性高藻的微污染特性，玉清水廠現有工藝凈化能力有限，水廠出水水質難以達到最新水質標準要求，因此，充分利用玉清水廠現有構筑物，對一組工藝流程進行改造，主體工藝采用強化混凝→沉浮池→活性炭濾池工藝，工程規模20萬m3/d。

水廠原水中存在輪蟲、枝角類等微型動物，少量生物進入深度處理階段后利用豐富的有機質和微生物，大量繁殖，存在穿透活性炭濾池的風險[1]，常規消毒方式難以滅活，因此，本次技術改造在活性炭濾池與清水池之間增加紫外線消毒處理單元，消滅飲用水供水安全隱患。

1 紫外線消毒特點及影響因素

紫外消毒是一種物理消毒方法，與液氯、臭氧等化學消毒方法不同的是，在其消毒過程中，不使用任何化學消毒劑，也不會產生消毒副產物，并能有效殺滅強氧化劑類消毒劑難以滅活的微生物和細菌，如某些病毒和原生動物。

1.1 紫外線消毒的特點

紫外線消毒和二氧化氯、臭氧等化學消毒相比，具有如下優點。①消毒速度快，效率高；②能去除其他消毒方式難以殺死的芽孢和病毒；③不影響水的物理性質和化學成分，不會產生二次污染[2]；④占地面積小，消毒接觸時間短，操作簡單，便于管理，易于實現自動化。

紫外線消毒的缺點是。①沒有持續殺菌能力，不能解決消毒后的再污染問題；②電耗較大；③受水中懸浮雜質影響大；④存在光復活、暗復活現象；⑤紫外燈管表面易結垢，造成紫外線穿透率下降，影響消毒效果。表1為工程實踐中，主要消毒方法的比較。

表1 主要消毒方法對比

1.2 紫外線消毒影響因素

紫外線劑量主要受紫外線強度和作用時間兩個因素的影響，表達公式為：紫外線劑量=紫外線強度×作用時間。在一定紫外線光照強度下，通過控制作用時間得到不同紫外線劑量，再測出相應的存活微生物含量。

紫外線消毒效果的影響因素主要有以下幾點。

(1)紫外燈性能，包括紫外燈的類型、壽命、輸出功率、老化系數、套管結垢特性等。

紫外燈類型較多，目前可大致分為低壓燈、低壓高輸出燈和中壓燈[3]，三種紫外燈的物理參數對比如表2所示。中壓燈的復活率遠低于低壓燈[4]，并且中壓燈單燈輸出功率較高，燈管數量少，占地面積小。在實際的工程應用中，紫外燈管的老化性能和石英套管的結垢特性對紫外消毒系統的規模(燈管數量)往往產生較大影響，因此，在工程應用中對水起到消毒作用的有效紫外劑量=紫外光強×曝光時間×燈管老化系數×結垢系數。

表2 主要紫外燈物理參數

(2)處理水水質，主要包括紫外透光率、SS濃度、固體顆粒尺寸及顆粒分布等因素。

由表2可知：當懸浮物含量較高時，影響了紫外透光率，只有提高紫外劑量才能達到理想的消毒效果。而對于固定的懸浮物含量，存在一個相應的消毒極限，當趨于消毒極限時，即使大幅度增加紫外劑量也很難再進一步降低水體中微生物的含量。因此，提高紫外線消毒效果，應嚴格控制進水的懸浮物濃度。

(3)水流流速及水力情況，包括是否短流、層流和紊流等流態情況。這一因素主要通過影響紫外線的作用時間，從而影響消毒效果。

2 工藝設計

在玉清水廠技術改造工程中，將紫外消毒系統設置于活性炭濾池之后并且保留原有加氯消毒工藝，既減小了紫外消毒系統進水的懸浮物濃度，又保證了水廠瞬時及持久性消毒效果。但是將紫外線消毒系統置于濾池及清水池之間，存在水力差小和占地有限的問題。因此，設計應著力從這兩方面入手。

2.1 消毒系統設計

本工程將濾池DN1800出水干管分設4根DN900支管，其上各設1 臺紫外消毒裝置，并聯布置，前后設置閥門，置于紫外消毒間內。紫外線消毒間為半地下式，平面尺寸為6.98m×11.58m，整流柜和控制柜置于濾池管廊之上。

紫外線消毒系統配備中壓高強紫外燈，燈管的安裝方式是垂直于水流方向，設備布局緊湊，水頭損失小；系統的設計峰值流量為20萬m3/d，紫外穿透率≥90%，在計入燈管符合行業規范的老化系數和套管結垢系數修正后的紫外消毒劑量不小于40 mJ/cm2。

2.2 設計特點

玉清水廠紫外線消毒系統設計具有以下特點。

(1)系統采用管道式中壓高強紫外線消毒設備，單燈紫外輸出功率高，燈管數量僅6支，設備小巧緊湊、占地少、安裝靈活、維護簡單，并且配置在線自動清洗系統，保證了系統的消毒效果和工作效率。

(2)系統水頭損失較小，理論水頭損失為0.473m，克服了水力條件的限制，從而在最小水頭損失的情況下提供了最大的紫外劑量輸出。

(3)設備自動化程度高，每個紫外反應器配備一個控制柜來完成設備運行的監控和故障報警，可與中控室通訊，實現無人值守運行。

(4)紫外線消毒間設計為半地下式，空間上分為三層，底層為管道設備層，中層為參觀控制平臺，上層為地上建筑。空間布局緊湊合理，室內采光通風良好。不僅能滿足設備正常的安裝維護檢修需要，還能滿足人員參觀的便利性、舒適性要求。

3 結 論

雖然目前紫外線消毒工藝在國內大規模給水處理中的應用實例較少，中壓高強紫外線消毒工藝在濟南玉清水廠技術改造中的應用為我們提供了寶貴的經驗。下一步，我們將從中總結經驗，分析解決存在的問題，在水廠實際生產中對設備性能、微生物去除效果及運行維護費用作進一步的分析和研究，為紫外線消毒技術在我國供水行業的逐步應用提供示范和借鑒。