当前位置:首页 >> 电力/水利 >>

污水紫外消毒装置设计及工艺参数优化研究


分类号:X703 3 密级;

单侍代码:10193 学

号:20∞110

吨敬蓬尊岩 凄
硕士学位论文

污水紫外消毒装置设计及工艺参数 优化研究
Research
on

the design of sewage ultraviolet dis

infection

equipment and optimization ofthe craft parameter

研 指 专 研 所 导 业 究 在



生;

壁送 麴攫


名 方 学

师:——赵瞳丝
称; 向: 院:

班撞工程——
盔盈塞撞剑 资滥皇坯蓝堂喧

2006年5,j_;j

独创性声明
本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知,除了文中特别加以标注和致谢的地方外,论文中不包含其他

人已经发表或撰写过的研究成果,也不包含为获得吉林农业大学或其它教育机构
的学位或证书而使用过的材料。与我-‘同工作的同志对本研究所做的任何贡献均 已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。

学位论文作者签名:彳第焉

签字日期:y,1年/月纾订

关于论文使用授权的说明
本人完全了解吉林农业大学有关保留、使用学位论文的规定,即:学校有权 保留送交论文的复印件和磁盘,允许论文被查阅和借阅,可以采用影印、缩印或 扫描等复制手段保存、汇编学位论文。同意吉林农业大学可以用不同方式在不同 媒体上发表、传播学位论文的全部或部分内容。

签字日期:p口∥年厂月11"

导师鹤:电蚴

签字目期:2∥多年多月『罗F1

吉林农业大学硕士学位论文

污水紫外消毒装置设计及X-艺参数优化研究





水是与人类关系最为密切的环境要素之。,对人类的生存、发展具有决定性意义。 在大部分国家水资源短缺已经成为制约社会经济发展的因素。随着经济的发展和城市 化进程的加快,城市污水排放量也显著增长,这将直接威胁到人类健康和生存环境质 量。污水处理回用是集开源、节流、治污于一体的解决水资源短缺的有效途径,在解 决水污染和水资源短缺问题上都具有十分重要的现实意义。 一些缺水国家把城市污水回用作为解决水资源短缺的重要战略之一。城市污水处 理后可用于农业灌溉、工业生产、城市景观、市政绿化、生活杂用、地下水回灌等方 面,即保护了水环境,又缓解了需水和供水之间的矛盾。目前,美国、以色列、澳大 利亚、俄罗斯等国早已开展了污水处理回用的工作,我国也有一大批城市正在实施或 计划实旌污水处理回用工程。 污水处理回用前要进行消毒,消毒方法分物理消毒和化学消毒两类,由于化学消 毒费用低而被普遍采用。近年来,随着化学消毒副产物报道的增多和人们对水质要求 的不断提高,物理消毒方法引起了高度重视和广泛的研究。紫外光消毒是一种物理消 毒方法,在国内外的污水处理中已经开始使用。与化学消毒相比,它具有消毒能力强、 消毒效果不受水体pH和温度影响、无二次污染的优点。当前普遍使用的紫外消毒装 置是将紫外光源套在石英套管中后放入水中进行消毒,这种装置有两个缺点:一是石 英套管阻挡降低了紫外光的利用率;二是光源产生的热量促使与水接触的石英套管表 面结垢,使紫外穿透率进一步降低,影响消毒效果。 本文在综合分析现有的紫外消毒设备工艺特点的基础上,提出明渠表面紫外消毒 装置设计方案,并自制了明渠紫外消毒器。该消毒器的紫外光源位于水面上,不与水 接触,消毒时不会产生灯管结垢现象。此消毒器结构简单,便于安装、管理和维护。

并且通过实验数据建立了明渠表面紫外消毒对污水大肠杆菌群灭活率影响模型和明 渠表面紫外消毒对污水生化需氧量(BOD,)影响模型,优化了污水流量、水层深度
与大肠杆菌群灭活率、生化需氧量(BOD5)的关系。 检验证明,明渠表面紫外消毒可以有效地杀灭水中的大肠杆菌,对污水BOD5有 降低作用,出水可阻满足农业、景观及绿化等用水对生物指标的要求。明渠表面紫外 消毒具有能耗及运行费用低、自动化程度高、维护简便的特点。

关键词:生活污水,污水回用,紫外光,大肠杆菌



吉林农业大学硕士学位论文

污水紫外消毒装置设计及工艺参数优化研究

Abstract
The water is
one

of closest environment essential factors with the human,which has the decisive The short ofwater
resollrees areas

significance to human’s survival and the development

already became the world As the

restriction factor for social economy development in China and most

in the

development of economy and city overspread.the amount of sewage of the city increases quickly.,fhe disposal and recycle for sewage is
one

significmlt

way to the solution to the short ofwater which

cau

enhance the

use

ct弧ciency of the water and decrease the pollution to the environment.So the research

for recycle technique for sewage is developing more and more important role in the realistic life to solute the sewage pollution and the shortage ofWater
resource

In the world.some countries which face the problem ofthe water shortage take the recycle ofcity sewage
as oue

of important strategies.It is



long research and application history that the recycled

sewage has been used in agricultural irrigation the industrial production,the city"beautification,the plant cultivation,norlnal life use,the ground water returns and
so

on,which not only

Call

protect the

water environment,but also alleviates conflict between the water demand and the the

supply,the promote such
as

quality and

voluul@of the water recycle and reuse.At present,some

countries

U.S.A.,
our

Israel,Australia,Russia,ete.have already launched the work ofsewage recycling.most ofcities in

country

already implement the city sewage recycle

project

or

list in the pl甜.

Sterilize before recycling ofsewage disposal,sterilizing

method

has two kinds:physicist sterilizing

and chemistry sterilizing.generally adopt second because chemistry sterilizing is

expenses

low.In

recent years,sterilize by-product increase of report with chemistry and people constant to raise to

whom water quality require,it

causes

paying close attention to


and

extensive research the method of

physics sterilizing,Ultraviolet ray sterilize it is

physics that sterilize the situation

method,sewage
that chemistry

disposal at home has

and abroad already begin
sterilization ability

to

use

Compared with

sterilizing,it

of而de

tables,it is flee of water

bedy

pH and temperature to sterilize the result,not
source

polluted by twice.Use generally ultraviolet deeontanfinating to put ultraviolet light

suit into

water after being in quartz sleeve pipe outside at present,this kind ofdevice has two shortcomings:First, reduce ultra、dolet ray;Second, quartz sleeve pipe stop some ultraviola ray penetrate,utilization ratio to heat that the light som'ce produces impels the telescopic surface of quartz that is exposed to with the water to form the dirt,make purple outside penetrating rate further reduce,thus influence the result of sterilizing. Tllis paper sterilizes in comprehensive analysis existingly ultraviolet decontaminating foundation ofthe
on

the

er抓characteristic

ofthe apparatus outside,propose the opens type channel surface

ultraviolet disinfection design.has made the open type channel ultraviolet

equipment

by outset.This

disinfection equipment’s ultraviolet photosource lies surface of water,not keep in touch with water,
Call

produce

light in charge of.form dirt phenomenon.This sterilizer is of simple structure,easy to Through the empirical datum open wide type
to

install and mauaging aRd safeguarding

channel and

surface

ultraviolet disinfection and open wide type chmmel surface ultraviolet disinfection

the sewage has biochemical relations

established the influence model for colon bacillus elimination
oxygen demand(BODs)influence model which

rate

m the sewage

optimized

the sewage turbidity rate,the

重塑奎些查兰蔓圭兰堡堡主
(gODs)
Test proves.open wide type channel surfacc

望查整盐塑墨茎墼堡!!垒三堇查塾垡些至壅

between the water level depth and the colon bacillus elimination rate,the biochemical oxygen demand

ultraviolet

disinfection method

can

sterilize

bacteri啪to
can

bll water effectively,BOD5 in sewage have function of reducing

Water

after disinfection, Besides that this
1s

meet

a斫culture,view,water

ete requirement for biological index of afforesting cost

and the operating equipment has advantage that energy consumption high and the mainteaance is simple.

is low and automattzatlon

bacillus Key word:Life sewage,Sewage recycling,Ultraviolet ray,colon



吉林农业大学硕士学位论文

污水紫外消毒装置设计及工艺参数优化研究

1前言
1.1研究背景
地球有“水的星球”之称,是与人类关系最为密切的环境要素之“,对人类的生存、 发展具有决定性意义,而人类活动对水的状态也产生了重要的影响。人与水的这种关 系主要集中三个方面,即:水资源、水灾害和水污染。水资源关系到人类的生存:水 灾害威胁到人类和环境的安全,而水污染则直接危害到人类的健康和环境的质量。因 此,调控人和水的关系,达到人与水的和谐,是实现人类社会、经济、环境可持续发 展的重要内容。 水资源短缺在中国_和世界大部分地区已经成为社会经济发展的制约因素,部分地 区已经形成或正在趋向于水资源危机。1977年2月,联合国在阿根廷马德普拉塔召开 的世界水资源大会上,曾向全世界发出警告:“淡水危机将成为继石油危机之后,另 一个更为严重的全球性危机”。全世界,特别是亚洲和非洲的许多国家,正面临着一 场严重的淡水危机。水源短缺成为许多国家制约国民经济和社会发展的主要因素。 1997年,联合国开发计划署在《世界水资源综合评估报告》中指出:“发展中国家约 有lo多亿人无法获得安全饮用水。有20多亿人面临水资源严重短缺的威胁,城市缺水 问题尤为突出,已经严重地阻碍了城市经济发展,限制了城市化进程,造成了巨大的 经济损失”。解决水资源短缺问题,是国际社会共同关注的焦点,已经纳入世界有关 组织和各国政府的重点议程;并且成为水资源及其相关领域的重要攻关课题,投入大 量的人力、物力和财力,研究、开发和寻求有效的对策和措施,并取得了较大的成效 和进展。 国内外大量研究结果和工程实践表睨,城市污水水量稳定、供给可靠是一种潜在 水资源,污水处理回用是集开源、节流、治污于一体的解决水资源短缺重要途径;是 水资源可持续利用的重要组成部分(”。排入城市污水收集系统的生活和工业污水(域 市污水)在经过处理达到排放标准的基础上再经过进一步净化后,可作为工业、农业、 市政和环境用水等多种用途的水源重新回用,将污承资源化。即减轻水体污染程度、 又改善生态环境、解决城市的缺水问题。 我国是一个水资源贫乏的国家,水资源总量将近3万亿矗,居世界第6位,但人均 水资源量为2340 m3,仅为世界平均水平的四分之~,我国己被列为世界13个贫水国 之一I”。从20世纪80年代初开始,我国社会经济一宜处于快速发展状态,城市化进程 加快,人民生活水平不断提高,用水总量明显增加,资源型缺水日益突出。以全国城

吉林农业大学硕士学位论文

污水紫外消毒装置设计及工艺参数优化研究

市生活用水为例,从1980年到1999年用水量增长_『4倍,为同期城市人口增长率的两 倍。在全国600多个城市中,有400多个城市缺水,严重缺水的城市有108个,以北方 城市最为严重,就人均水资源拥有量而言,北京不足300m3、山东380 m3、河jt330 m3、 天津仅为150 n13,成为世界上最缺水的地区之一。正常年份城市缺水60亿m3,同缺水 量达1600万m3。2000年北方地区百年不遇的大早,使许多水库河流出现从来没有过的 断流和枯干,城市供水出现了前所未有的紧张局面,天津、长春、烟台、威海等城市 用水告急。具有关研究报告,到21世纪中叶,我国人口总量将达到15~1647,,人均水 资源量将减少至1J1760m3,接近联合国规定的人均用水警告线,我国将进入严重缺水期, 2030年缺水量将达N400~500亿m3【31。 在资源型缺水问题目益突出的同时,水质型缺水又成为更加棘手的问题。由于尚 未完全摆脱资源粗放利用的生产模式,水资源综合管理水平较低,污染控制相对滞后, 不仅直接造成水资源的浪费,而且导致水资源可利用性明显降低,江苏、广东、上海

等一大批省市己经面临日益严重的‘冰质污染型”缺水,如太湖流域3000多万入守着
2300km2的太湖出现了“水多用难”的尴尬局面,广东省的珠江三角洲地区形成了“经济

发展~水体污染一水质下降”的恶性循环【41。
随着经济建设的发展,城市人口数量的增加,城市用水量急剧增长,城市的供水、 节水和水污染防治工作己面临十分严峻的形势。2000年国务院召开了全国城市供水、 节水和水污染防治工作会议,会议指出要从全局和战略的高度,充分认识我国水资源 问题的极端重要性和紧迫性,提出了”必须坚持开源节流并重、节流优先、治污为本、 科学开源、综合利用”的原则。这是对过去几十年城市节约用水工作的总结,也是我 们今后发展城市供水,继续做好城市节约用水工作,治理城市水污染所必需遵循的重 要原则。在这一战略的实施过程中,具有节水和治污双重功能的城市污水处理回用工 程将得到曰益广泛的关注。 长春是我国主要缺水城市之一,市区年生活污水排放量22320万m3。污水再利用 是集开源节流、减轻水体污染、改善生态环境、解决水资源匮乏的有效途径之一。污 水再利用不仅技术可行,而且经济合理,污水回用本身蕴含着合理性和必然性,其实 质是天然水再生循环过程的模拟与强化。在中水回用过程中,消毒处理是保证回用水 卫生安全的关键技术之一,本试验拟采用紫外光技术对中水进行消毒处理,自行设计 紫外消毒装置,对工艺参数进行优化并对其消毒效果进行验证。研究成果对扩展中水

回范围和提高污水回用率,推动污水处理技术进步,促进环境和经济协调发展具有十
分重要的意义,为指导长春市污水处理与利用提供科学依据。

吉林农业大学硕士学位论文

污水紫外消毒装置设计及工艺参数优化研究

1.2文献综述
1.2.1国内外污水现状
1 2



1城市污水的产生量

城市污水是指纳入或将纳入城市污水收集系统的生活污水和工业废水之混合污 水。污水处理,实质上是采用各种技术与方法,将污水中的污染物分离出来,或将其

转化为无害的物质,使污水得到净化。城市是工业、人El、能源和物流高度密集的地
方,随着经济发展,排放的工业废水、生活污水及其他污染物逐年增加。

我国自改革开放以来,城市污水中生活污水所占比例呈逐年上升趋势。近年来,
国务院相继制订了淮河、辽河、海河、太湖、滇池、巢湖等流域的水污染控制总体规

划,各省市也制订了相应的水污染治理规划,其中城市污水处理设施的建设与运营是
重要的组成部分。强调“治污为本”是保护水质、改善水环境的必然要求,也是实现城 市水资源与水环境协调发展的根本出路。长期以来,在增加城市供水能力的同时,未 能及时注意水污染防治,许多城市至今尚无污永处理设施【鄂。大量废水、污水的排放 造成了城市水体的严重污染,直接影响人民健康和工农业生产【“。据预测,如果要在 2010年以前基本遏制城市水污染的发展趋势,保护城市供水永源,并在2030年以前使 水环境有明显改善,2010年¥口2030年城市污水的有效处理率必须达到50%和80%以 上。否则,我国的水污染不仅不能得到控制,甚至还会进一步恶化。因此,必须加大 污染防治力度,扩大城市污水处理设旌建设规模,提高城市污水处理率,有效修复受 污染的城市水环境。根据中国统计年鉴统计,我国1987~2000年排放污水情况如表l 所示。从表1可以看出,1987—2000年平均污水排放增长率为1%,其中工业废水占60%, 呈下降趋势,年平均下降2%,生活污水约占40%上升趋势,年平均增长7 9%。预计 2006—2010年污水排放年增长率为0.1%,N20lo年污水排放量为763亿吨。 我国社会经济高速增长、人口迅猛膨胀,城市化的进程不断加速。随之而来的, 不只是人民生活水平的提高、社会的进步,也使城市水污染状况日趋严重。据《中国 水资源公报》,我国的江河湖泊和水库中,已经受污染的约占82.3%,全国有监测系 统的1200条河流中,有850条受到污染。据全国2222个监测站的监测结果显示,我 国七大水系符合《地面水环境质量标准》I、II类仅占33 2%,符合ⅡI类标准的占 28.9%。属于Ⅳ、V类标准的占38 9%。在统计的138个城市河段有133个河段受到 不同程度的污染,占统计总数的96 4%,属于超V类水质的有53个河段占38%,属

圭竺查些查兰塑主兰竺遣壅

望查鉴盐塑童茎垦堡生塾三茎叁塾垡些!!j!一

V类水的27个河段占20%,属Ⅳ类水的26个河段占20%,II、III类水仅占23%。
表1
Table 1

1987~2000年排放污水情况

the eontion ofsewage between 1987 and 2000

1_两丽丽i1蘸F_面面磊矿1焉r1丽琢丽面1酝F一

87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99

:!垡堡
348 6 367 2 353 5 353 8 336 2 358 8 355 1 365 3 372.9 376.5 380.3 384 l 388 0

堑:堡:!
5.4 .3.8 01 .5.0 6 7 .0.9 2.7 2.1 1 1 1 l

量!!芝查
263.7 268 4 252 0 2487 235 7 2339 219.5 215.5 221 9 217.5 213 5 208.9 204 7

堑:至:!
1.8 ?6,1 ?1.3 —5.2 -0.8 -6.1 一1.g 3.0 2 2 2 2

:!!!蔓——二生至:二
84.9 98 8 101 4 105.1 100 5 124.9 1361 149.8 151.0 159.1 167,2 175.2 183.3 16 4 2.6 3.6 -4 4 24-3 9.0 100 0.8 5,4 5.1 4,8 4.6

11

翌!:!



!!!!——jL———』鉴L———生L一

1.2

1.2城市污水的主要成分 城市污水中主要污染指标见表2。
表2生活污水主要污染指标n1
Table 2 main pollution indexofsewage

堕丝茎塑茎查
PH COD。/rag?L-1 BOD5/mg-L"1 SS/rag.L.1

皇亟耍查塑堡墨堑笪—皇型堕型塑壅L—

6 ̄9 _<100 50'--1350 81,--200<20 100,~200<70 1.5,,-4 2 12—21 <0?) 墨15

T冲/nag-L-1
NH3~N/nag?L_1

鱼塞 堕

!坚塑——————————墅生——一


吉林农业大学硕士学位论文
1.2 1

污水紫外消毒装置设计及工艺参数债化研究

3影响污水产量和成分的因素

城市用水主要包括两个部分,一部分是生活用水,一部分是生产用水。生产用水 是指企业或者个人投入生产领域使用的水量,而生活用水是指城市居民为了满足生存 与生活需要而投入到生活领域的水量。从统计资料来看,最近这10多年.生活用水随 着城市化水平的提高,城市人口的迅猛膨胀,人民生活水平的不断提高,显著增加。 例如发达国家城市生活日用水量为200~300L,最高的达600L。城市生活用水年平均 增长速度为3-5%。我国不同城市规模城市生活用水量见表3。
表3我国不同规模城市生活用水量凡.人-1
Table 3 d-1
is]

Urban domestic consumption ofdifferent scale ofour COBII订y/L?person-i'd‘

北方 城市 规模

南方

鬈譬嚣攀嚣 蒙萎攀鬻攀嚣
177 179 136 138 】02.9 98 8 96.8 79 3 58l 55 2 71.2 57.5 74.2 80 4 39.9 58.7 41 9 44 8 28.8 42.5 260.8 204 208 187.6 166.8 103 0 148 9 148 5 63 9 50 5 71 6 79.2 94 0 101 0 59.I 39l 36.1 49 5 28 4 20 8

特大 大
中 小

从表3可以看出:特大、大城市生活综合用水量在177~260.8 L-人-1'd‘1之间;中、 小城市生活综合用水量在136—208 L?人-1"d。之问;北方城市用水量明显低于南方城市; 居民生活用水占综合用水的50.5%~79 2%。2000年底全国城市平均生活用水量为
220

2L.人-i'd~。随着生活用水量的增加,居民生活污水产生量也同步增加。 从生活用水量的分析来看,生活用水具有一定的刚性,因为人们需要一个最低的

用水标准,以及最高的可能用水量,因此生活用水量只会在这个区间内随着人民生活

水平的提高逐渐上浮,具有较强的刚性。生产用水则因为传统计划经济向市场经济的 转变,传统的粗放型向集约型的产业结构调憨,用水量呈下降趋势(9J。从生产用水的
分析来看,生产用水量直接关系到生产企业的收益与利润,如果供水价格的提高,必 然引起水资源使用成本的提高,增加了企业的不必要的成本,迫使企业寻找替代水的 新资源,减少水资源的使用量;若反之则企业会积极寻找可以利用水资源替代的材料 和设备等,实现企业用水量、设施与设备之间的有效配黄【101。因此,生产用水在一定

程度上具有一定的柔性。
污水处理设施建设的规模需要有一定的超前性,因此各地区,各城市都根据城市 用水量和社会经济发展水平、产业结构、地方居民的居住习惯和生活水平等各种因素

吉林农业大学硕士学位论文

污水紫外消毒装置设计及:L艺参数优化研究

来预测城市污水排放量,确定城市污水排放量的估算[“】,城市污水排放总量包括生活 污水总量和工业废水总量。虫j二城市生活用水量的刚性比较强,所以城市生活污水量 也具有一定的刚性,一般与生活用水量标准,地区气候,建筑设备,生活习惯及生活 水平相关。 根据城市生活污水排放量和工业废水排放量可以得到城市污水排放总量。通过城 市用水人口和每人每天用水标准,得到日用水量和排水量。再根据城市工业总产值的 预测,万元产值取水标准,以及工业用水循环利用率确定工业取水量和排水量。如某 城市根据近5年的数据,预钡JJ2015年该城市有35万用水人口,用水标准为每人每天250 升,得到日用水量和排水量分别为8.8万n13,d~、7.0万m3.d~,该城市2015年工业总产值 为68亿元,万元产值取水为50万m3'd~,工业用水循环利用率为70%,工业取水量和排 水量分别为9.3万m3.d-1、7.0万m3.d~。所以共有14万m3.d’1的污水排放量。因此设计了 每天I 5万m3的处理规模。

1.2.2污水对环境的污染
20世纪50年代以后,全球人口急剧增长,工业发展迅速。一方面,人类对水资源 的需求以惊人的速度扩大;另一方面,日益严重的水污染蚕食大量可供消费的水资源。 联合国世界水资源评估报告显示,全世界每天约有200吨垃圾倒进河流、湖泊和小溪, 每升废水会污染8升淡水;所有流经亚洲城市的河流均被污染;美国40%的流域被食 品废料、金属、肥料和杀虫剂污染;欧洲55条河流中仅有5条水质差强人意。20世纪, 世界人E1增加了两倍,而人类用水增加了5倍。世界上许多国家正面临水资源危机: 12亿人用水短缺,30亿入缺乏用水卫生设施,每年有300万到400万人死于和水有关的 疾病【12J。N2025年,水危机将蔓延31148个国家,35亿人为水所困。水资源危机带来的 生态系统恶化和生物多样性破坏,也将严重威胁人类生存。 水资源危机既阻碍世界

可持续发展,也威胁着世界和平。过去50年中,由水引发的冲突共507起,其中37起 有暴力性质,2l起演变为军事冲突。专家警告说,随着水资源日盏紧缺,水的争夺战 将愈演愈烈。 中国的环境问题在上世纪90年代就已非常严重。如淮河流域。在上世纪90年代 五类水质就占到了80%,整个淮河常年就如同一条巨大的污水沟。1995年,由环境 污染造成的经济损失达到1875亿元。如浙江省宁波市,地处甬江、姚江、奉化江三 江交汇口,却因水质污染,最缺水时需要靠运水车日夜不停地奔跑,将乡村河道里的

10

吉林农业大学硕士学位论文

污水紫外消毒装置设计及工艺参数优化研究

水运进城里的各个企qkt”I。到2003年全国腹污水排放总量达680亿吨,比1980年增 加了1倍多。大量的工业和生活污水未经处理直接排入水体中,农业生产中化肥和农 药大量使用,使得部分水体污染严重。水污染不仅加剧了灌溉可用水资源的短缺,成 为粮食生产用水的一个重要制约因素,而且直接影响到饮水安全、粮食生产和农作物 安全,造成了巨大经济损失【l 4J。 新加坡《联合早报》报道指出,目前中国最大污染源是城市排放的生活污水。例 如江西省会南昌的生活污水处理率不N20%,省内其它城市为零。首都北京,污水处 理率也只有56%,每年大约有60亿吨的污水未经处理直接流入附近河道。国家环保局 也指出,2005年大中小城市排放的生活污水占全国废水排放总量的53%,而且和工业 废水所占比例的差距还在扩大。 随着人类生存环境的不断恶化和自然资源的日益减少。人类社会的可持续发展面

临着严峻地挑战,这迫使人类必须重视自然环境的保护与利用,自然资源的合理开发
与利用这样一个生死攸关的大问题。在这个大问题中水又是最重要的,因为水是生命 的源泉,“民以水为天”。水在自然资源中是应用最普遍,分布最广泛,对人类最重要 的自然资源。随着人类社会的发展,人类已经认识到,水不是取之不尽用之不竭的, 水是有限的。而这有限的水,正遭到严重污染,这使本来就十分匮乏的水资源更加匮 乏。~方面严重缺水,另一方面又有大量污水排出,流入江河湖海污染水体。污水处 理既可解为水源的严重污染,又可理解为可开发的新水源,应该说这是一项事半功倍 的事业。然而由于认识,体制、资金、技术的问题,污水处理迟迟不能迅速发展。

1.2.3城市污水处理现状
1.2.3.1城市污水的处理量
近年来,城市污水处理事业发展迅速,在水污染治理中发挥了越来越重要的作用。 根据2005年建设部关于全国城市污水处理情况的通报,到2004年底,全国600多个 设市的城市建有污水处理厂708座,处理能力为4912m3?d_1,是2000年的两倍多。

全年城市污水处理量162.8亿m3,比2000年增加了43%,城市污水处理率达到45



%。但是,各地发展很不平衡,截至2005年6月底,全国31个省(自治区、直辖市) 中还有297个城市没有污水处理厂。其中地级以上城市63个,包括人口50万以上的 大城市8个。目前污水处理设旄的建设速度滞后于人口的增加和经济发展的增长速 度;城市生活污水随着人口的增加不断增加,而城市污水处理设施配套管网建设速度 却大大滞后于污水处理厂建设速度,导致生活污水收集率不足;城市生活污水处理率

吉林农业大学硕士学位论文

污水紫外消毒装置设计及工艺参数优化研究

提高缓慢ll”。从2006环保总局通报的“十五环境质量状况及计划完成情况”上看, 我国东部地区污水处理厂建设情况较好,东IP,年H西部地区建设相对缓慢。2004年, 贵州省城市污水处理率为12%,全省13个城市中有9个城市没有建成污水处理厂。 一些重点流域、区域城市的污水处理工程未能按“十五”计划建成。如:根据三峡库区 及其上游地区水污染防治“十五”计划要求,四川省的23个城市在“十五”期间要建成 污水处理厂,但截至2005年6月底,该省还有11个城市没有按计划建成;根据海河 流域水污染防治“十五”计划要求,河北省的24个城市在“十五”期间要建成污水处理 厂,但截至2005年6月底,该省还有16个城市没有按计划建成污水处理厂。 至1J2004年底,全国城市污水处理厂运行负荷率平均为65%,比2001年提高了5个 百分点。但是,一部分建成的污水处理厂没有充分发挥效益。截至2005年6月底,全 国364个建有污永处理厂的城市中,仍有38个城市的污水处理厂运行负荷率低予30% (包括17个已建污水处理厂未投入运行的城市)。其中,地级以上城市17个,包括2 个人口50万以上的大城市。位于重点流域、区域“十五”规划范围内的城市有6个。 到2004年底。吉林省城市污水处理率为23 6%,全省28个建制城市中有22个城市 没有污水处理厂,在全国排名第27位;吉林省己建成城市污水处理厂7座,其中,长

春市4个座,其中北郊污水处理厂日处理能力39万吨、西郊污水处理厂日处理能力15
万吨、双阳污水处理厂日处理能力2.5万吨、一汽集团污水处理厂日处理能力2 5万吨。 在建的污水处理厂6座;设计污水日处理能力83万吨,实际日运行能力50万吨。
1 2

3.2城市生活污水处理工艺 城市污水处理级别应根据污水水质、受纳水体的污染物总量控制标准以及水体的

类别和使用功能等因素,在环境影响评价的基础上,通过技术经济比较后确定。可根 据对污水处理程度的不同要求,选择相适应的污水处理级别。当要求悬浮物(Ss)和生 化需氧量(B0135)的去除率分别达至lj40~55%和20-30%时,可选用污水~级处理;当要 求SS和BOD5的去除率不低于65%时,可选用污水二级处理;污染物的去除率介于污 水一级处理和二级处理之间时,应经全面的技术经济比较,可采用投加药剂的强化一 级处理;对除磷要求较高,生物除磷不能满足要求时,可辅以化学除磷;污水厂出水

进行再利用时,应根据使用的目的进彳亍适当的深度处理I'la]o污水厂出水不允许排入《地
表水环境质量标准》(GHzBI)中规定的I类水域和(水质标准)(GB 3097)r9规定的一类海 域。污水厂出水排入《地表水环境质量标准》(GHZBI)中规定的IV类水域和排入《海 水水质标准》(GB 3097)中规定的IⅡ类海域的水质,应符合《污水综合排放标准》
(GB8978

1中二级排放标准的规定。《海水水质标准》(GB 3097)中规定排入二二类海域

吉林农业大学硕士学位论文

污水紫外消毒装置设计及工艺参数优化研究

的水质,应符合《污水综含排放标准》(GB 8978)中一级排放标准的规定。污水厂出 水排放的污染物总量,必须小于水体的环境规划或环境影响评价确定的污染物总量控 制标准。对排入封闭和半封闭水域的、现在己经富营养化或存在富营养化威胁的水域, 应选用具有除磷脱氮功能的污水一::级处理工艺。 城市污水中的生活污水处理目标是有机污染物的去除(Ou油脂、COD、BOD5、 sS等),因此生活污水的处理设计主要围绕降解去除有机污染物和隔油处理展开【l 7I。 目前生活污水的处理方法很多,不同的处理工艺均有一定的针对性、独特性,目前常 用的小规模生活污水处理方法有以下这三种。 (1)生物接触氧化法生物接触氧化法也称淹没式生物滤池,其主要特点是在 反应器内设置填料作为微生物的载体,使反应器内保持一个相对高的保持量,进而可 提高处理效率。其反应原理为反应器内附着填料生长的生物膜的吸附、氧化等作用, 将污水中有机污染物逐步氧化成二氧化碳、水和细胞物质,使污水得到净化。同时控 制氧化池内溶解氧的水平,保证污水中氨态氮由硝化细菌转化成为硝态氮。生物接触 氧化法由于反应器内微生物量大,能耐受较高的水质冲击,且污泥龄长,污泥产量低。

(2)MO法(缺氧/好氧)工艺该工艺是在普通的活性污泥法基础上研究开发的,
其好氧池是与普通曝气池相似的推流池,在好氧池内可完成对含碳有机物的氧化、含

氮有机物的硝化和聚磷菌对磷的大量吸收;其缺氧池容积较小,但由于它与好氧池的
结合使用,所以使处理系统具有一定的除磷作用和抗冲击负荷能力等优点。 (3)SBR法SBR法是一种利用微生物在反应器中按照一定的时间顺序间歇式 操作的污水处理技术。这种技术集曝气、沉淀于一池,无需要设置二沉池及污泥回流 设备,也无需初沉池。在该系统中,反应池在一定时间间隔内充满污水,以间歇处理 方式运行,处理后混合液沉淀一段时间后,从池中排除上清液,沉淀的生物污泥则留 于池内,这样依次反复运行,则构成了序批式处理工艺。典型的SBR系统分为;迸水、 反应、沉淀、排水与闲置5个阶段。 城市污水处理工艺的选择,应根据城市污水水质与水量,受纳水体的环境功能要 求与类别。并结合当地的实际情况,经技术经济比较后确定。应优先选用能耗低、运 行费低、投入低、占地少、操作管理方便的成熟处理工艺11”。为使选择的城市污水处 理工艺符合实际的城市污水水质和处理程度的要求,可在污水处理设施建设前进行小 型试验,确定有关的工艺参数。城市污水处理的工艺选择一般应遵循三条原则: (1)技术适用 正确处理技术的先进性和成熟性的辨证关系。一方面,应当重

视工艺所具备的技术指标的先进性,同时必须充分考虑适合我国的国情和工程的性

吉林农业大学硕士学位论文

污水紫外消毒装置设计及工艺参数优化移究

质。城市污水处理工程不同卜一般点源治理项目,它作为城市基础设麓工程,具有规
模大、投资高的特点,且是百年大计,必须确保百分之百的成功。工艺的选择更注重 成熟性和可靠性,因此,我们强调技术的合理,而不简单提倡技术先进。必须把技术 的风险降到最小程度。 (2)经济节能节省工程投资是城市污水处理设施建设的重要莳提。合理确定 处理标准,选择简捷紧凑的处理工艺,尽可能地减少占地,力求降低地基处理和土建 造价。同时,必须充分考虑节省电耗和药耗,把运营费用减至最低。对于我国现有的 经济承受能力来说,这一点尤为重要。 (3)易于运行和管理 在工艺选择过程中,必须充分考虑到我国现有的运营管

理水平,尽可能做到设备简单,维护方便,适当采用可靠实用的自动化技术.应特别 注重工艺本身对水质变化的适应性及处理出水的稳定性。事实上,任何一种工艺总有 是有利有弊,关键在于适用性如何。在工程实践中,应该具体情况具体分析,因地制 宜,综合比较,取长补短,作出较为优化的选择。 污水一级处理常规工艺单元包括除渣、沉砂、沉淀和出水消毒;强化一级处理工 艺单元包括一级处理工艺单元和投药系统等设施【19】。污水二级处理可根据工艺特点, 全部或部分包括污水~级处理的工艺单元以及生物处理设施和供氧、污泥回流、二沉 等工艺单元;当除磷要求较高时,可包括化学除磷的投药等设施.污水深度处理主要 包括絮凝、沉淀、过滤等工艺单元。 由于污水来源的多样性和复杂性,采用的处理方法一般是几种方法的组合而不是 单纯一种方法{2叭。常用的生活污水处理流程如图l所示。图2是城市污水处理的典型 工艺流程,其中三级处理一般城市可能不设置,只有污水需要回用的才设置。

图1生活污水处理流程图
Figure 1 sewage treatment flow chart

14

剐议繇…

一口o∞娶∞∽篮米坻l划一

嘟文《¨ 岔∞o蠹o ∞笾悄一

枘H副球墨剐截*帔怛髯N圃

苫∞鲁甚p口。曲舟誊翟五一uo昔时B≮u—A扫N§嚣1函
昧窿尊睾赣媳垌H《告罄嘲裂棒蘩去躲长孵

斟馥蒜1

盆o∞B∞.水o∞g∞f;凿求一

似袋堪卦*巨朴K爿铎嚣恤

吉林农业大学硕士学位论文

污水紫外消毒装置设计及工艺参数优化研究

(1)格栅

该工艺设计中分两个格栅:一级格栅和二级格栅。其中一级格栅为

粗格栅,设置在调节池前,主要用来去除大颗粒的悬浮物:二级格栅为细格栅,设置 在吸附池之前(即进入~体化设备之前),主要用来去除较小颗粒的悬浮物,避免过多 的大粒径的悬浮物进入设备之后影响设备的正常运行。 (2)隔油池该设施用来除去生活污水中的油脂,提高曝气池的处理效果,剖 面图见图3。

图3隔油池剖面图
Figure 3 the pool’s SCCtiOn plane

(3)调节池设计调节池主要目的为:第一、调节进入设备的污水量,使得进 入设备的污水量基本是一个定值,从而保证后续设备的正常运彳亍;第二、利用曝气式 调节池以避免过多的污泥沉积在池底,导致潜污泵不能正常运行。由于生活污水的特 殊性,一般调节池的停留时间设计为24dx时。调节池的容积可根据不同的生活小区的 人口数目的不同,单独设计。 通常情况下,容积(V)=人头数(N)×日人均用水量(ms-d。1)。

(4)混凝池加入混凝剂——硫酸铁或硫酸铝(100~140mg.L“),同时搅拌,去
除COD、TS、SS,去除效果受温度,PH值影响不大。 (5)生物曝气池生物曝气池是该污水处理设备的核心处理单元,采用的生物

好氧曝气。该单元处理过程的核心工作就是生物填料的选择和曝气量的设计,其中生
物填料的正确选用直接影响生长处理的氧利用率和处理效果,生物填料的比表面积与 微生物生长挂膜面积及整池的微生物总量成正比,同时也是影响使用年限、基建投资 和运行费用的一个重要因素。 (6)消毒池该处理单元为污水处理的最后一个单元,主要目的就是对处理后 的污水进行最后的消毒处理,杀死水中的病菌。

1.2.4城市生活污水回用现状
随着经济建设和城市化的快速发展,城市污水排放量增长很快。大量污水未经处 理直接排放,不仅造成水资源的浪费,而且使大部分水资源己受到不同程度污染。城
16

吉林农业大学硕士学位论文

污水紫外消毒装置设计及工艺参数优化研宛

市生活污水的回用技术研究正是在此背景下提出来的,在近期亟待解决城市污水污染

及水资源短缺问题上具有十分重要的现实意义。
世界上一些缺水国家把城市污水再生利用作为解决水资源短缺的重要战略之一, 城市污水再生处理后用于农业灌溉、工业生产、城市景观、市政绿化、生活杂用、地 下水回灌和补充地表水等方面的研究已有较长的历史,不仅可以保护水环境,而且缓

解需水和供水之间的矛盾,促进水质水量的再生循环,取得了显著的环境、经济和社
会效益【221。
1.2

4.1国外的污水回用现状 20世纪上半叶,在水和废水处理的物理、化学和生物方面的技术进步,导致了“污

水再生利用时代”的到来【22】。国际上,美国、日本、以色列、南非、澳大利亚、俄罗 斯等国早已开展污水经处理后回用的工作t231。 美国的城市污水处理等级基本上都在二级以上,处理率达到100%。自1920年在 亚利桑那州修建第~个分质供水系统用于浇灌绿地、冲厕、洗车、冷却水和建筑等以 来,美国的城市污水再生利用已经从试验研究阶段进入生产应用阶段,再生水作为~ 种合法的替代水源,正在得到越来越广泛的利用,成为城市水资源的重要组成部分,

城市再生水利用设施的数量和规模随之迅速增长【241。美国再生水利用的范围涉及农
业、工业、地下水回灌和娱乐等方面,其比例大致为62%用于各种灌溉和景观,31 5% 用于工业,5%用于地下回灌,1 5%用于娱乐、渔业等。 美国再生水利用模式的突出特点是集中处理回用、很少直接用于城市生活杂用。 这与美国市政管网和污水处理厂普及、生活用水水质标准严格有关。再生水利用工程 主要分布于水资源短缺,地下水严重超采的西南部和中南部的加利福尼亚、亚利桑那、 德克萨斯和佛罗里达等州。 美国的回用水标准各州不一,并且针对不同的回用对象所制定的标准也不一样, 但标准都很严格。加州执行的是22号条例(Title22),克罗拉多州执行的是84号规 范,这些文件都详细地规定了不同回用对象的水质标准,如:用于农业灌溉、工业冷 却、市政景观等,而且美国环保局会同有关方面于1992年提出水回用建议指导书, 包括了废水回用各个方面,回用处理工艺、水质要求、监测项目与频率、安全距离和 条文说明,它对那些尚无法则可遵循的地方提供了重要的指导信息f251。水的回用在 美国经久不衰,值得我们借鉴。下面荐从几个实例加以说明。 (1)回用于电厂冷却系统美国电厂冷却水是仅次于农业的主要用水者,生化 后的城市污水是可靠的冷却水水源,在西南地区的几个主要发电厂,包括核发电厂,

17

吉林农业大学硕士学位论文

污水紫外消毒装置设计及工艺参数优化研究

普遍使用处理后的城市污水作为冷却水。在沙漠中兴建的赌城拉斯维加斯,有充足的 电力供应,该市二个电厂科拉拉电厂和森路士电厂的冷却水使用拉斯维加斯市污水厂 出水。污水厂1981年投产,规模24万m3.d~。深度处理BOD5<7mg。L~,SS<7mg‘L~, 浊度<10,TP(O.5mg,L~,该水质满足电厂冷却水质要求。污水回用解决了沙漠城市 的供水问题。 (2)钢厂回用 位于马里兰州巴尔的摩海El的伯利衡钢厂使用背河污水厂40

万m3.d。1再生水已有40年历史。背河污水厂规模68万m3.d-1,曝气池停留时间6小 时,滤池为移动罩滤池,滤后水浊度5以下。用城市污水厂再生水的处理流程为:

(3)美国21世纪水厂位于加州橘县水管理区,命名为21世纪水厂。1965年 开始研究将深度处理出水回灌地下,以阻止海水入侵,1972年兴建有关工程,1976 年投入运行,再生工艺如下。21世纪水厂再生水通过23座多套管井回注地下含水层 出水TOC<2me,L,TN<10mg.L~,电导率1009m/cm,浊度o.1 NTU。出水中不得检 出大肠杆菌。回注水总量检制在9,5万m3?d一。处理流程如下。

(4)城市绿地浇灌美国加州的农灌用再生水量很大,占回用水量的60%以此解除 该地区干旱威胁。在城市,大片绿地、树木、高尔夫球场、公园,也是靠再生水浇灌, 这部分水占16%。到美国考察,在污水厂内,在市区街道旁,在居民庭院里,随处可 见一些管道上标有Reclaimed Water(INt恢Tg、再生水、中水)字样,居民每天都要使用 再生水浇灌住宅前后草地,污水厂经常进出标有再生水字样的拉水车。污水的再生回 用已被居民接受。加州规定的用于粮食作物灌溉的再生处理流程如下。

一P——————一r——————]r——————]r——————]
l二级处理H混凝 H过滤 H消毒 H回用

吉林农业大学硕士学位论文

污水紫外消毒装置设训及工艺参数优化研究

日本是个面积窄小的岛国,没有大江大湖作跨流域漏水之用,早在1955年日本 开始进行再生水利用,20世纪80年代中期,口本的城市污水回用量就达到了0.63×108

岔-d~。污水再生后用于中水道系统、农田或城市灌溉、河道补给等。日本的双管供
水系统比较普遍(其一为饮用水系统,另~为再生水系统,即“中水道”系统1,中水道 的再生水一般用于冲洗厕所、浇灌城市绿地及消防。到1993年全国有1963套中水利 用设施投入使用,其中东京建设的中水利用设旌数量约占全国的44%,福冈地区占 19%。中水使用量为27 7万m3?d~,占全国生活用水量的O.7%。日本是工业国,再生 水中41%被用于工业用水;近几年增加了环境用水,再生水中32%被用于环境用水; 用于农业灌溉的比例远小于美国,再生水中只有8%用于农业灌溉。日本市政杂用水 和景观用水水质标准见表4。
表4市政杂甩水和景观游览用水水屡标准㈨
Table 4 water standard in visited with water and view

日本下水道、景观用水标准 水质指标 卫生间 大肠菌值/个.mL。1
BOD5/mg?L一1 10

建设省景观用水标准 景观
10

景观 不检出

游览 不检出
10

游览
50/100mL

lO

3/lOOmL

pH

5.8—8.6

5.8—8.6

5.8~8.6

5.8~8.6

5.8-8.6

色度/度 臭 余氯;mg?L。
外观

10

10



无不快感


无不快感
0 4

无不快感

无不侠感

无不快感

无不快感

无不侠感

无不茯感

无不快感

无不帙感

下面是日本再生水利用的几个实例及其处理流程。 日本东京都江东地区工业用水使用城市污水厂再生水的处理流程

查笙壅些查兰塑主兰焦望壅

望查苎丛塑查垄墼兰堑墨三堇查墼垡!!至塞

日本江崎市工业用水使用城市污水J。再生水的处理流程:

东京干代田区某楼使用再生水回用于生活杂用水的处理流程:

东京港区某楼使用再生水回用于生活杂用水的处理流程

日本川崎市的“亲水”再生利用于景观水体的处理流程:

日本政府对供水设施建设和在水价上有较高的补贴,水价对于中水的建设影响并 不是主要的;而且中水对国家总体上节水的贡献并不大,不超过全国生活用水量的 1%,微观经济效益也并不明显。对于中水建设国家并无硬性的法律规定,公众也未

普遍接受。尽管如此,每年仍有上百套的中水建成。这是因为:水荒给社会留下了深 刻的影响,从局部地区来讲,人们希望提高供水的保障程度,摆脱水荒的影响。同时, 有一些地区,地方政府明文规定要求建设中水。另有~些地区是面临环境对其污水的
外排标准比较高,必须进行三级处理,出水经过消毒即可回用。为了扩大规模降低中 水的成本,目前中水正在以新建小区为重点,普及中水建设。而一些大城市如东京, 则建设了全地区的城市中水系统【27】。

吉林农业大学硕士学位论文

污水紫外消毒装置设计及工艺参数优化研究

以色列是一个水资源极度贫乏的国家,因此污水已经成为该国重要的水资源之 一。早在20世纪60年代,就把回用所有污水列为一项国家政策,规定:废水如果没 有用尽,不可采用海水淡化,城市的每一滴水至少应回用~次。污水再生成本大约是 海水淡化的三分之一到五分之一,这种经济性使人们认识到必须优先利用污水。目前, 以色列100%的生活污水和72%的城市污水得到了回用。现有200多个污水回用工程, 规模最小为27/03.d.1,最大为20×104 m3.d~,处理后的污水42%用于农灌、30%用于 地下水回灌,其余用于工业及市政建设等。全国的127座污水库与其他水源联合调控, 统一使用。污水资源给以色列带来了极大的经济效益,不仅实现了全国粮食自给,而 且还将棉花、花生等出口到了欧洲12鼬。以色列灌溉回用水水质标准见表5。以色列污 水回用量与供水量见表6。

表5以色列灌溉回用水水质标准。“
Table 5 the recycling water standard in Israel

吉林农业大学硕士学位论文

污水紫外消毒装置设计及工艺参数优化研究

表6污水回用量占以色列全国总供水量的比例关系。9
Table 6 amount of Sewage recycling for Israel the whole eounlry supply water proportionate relationship

其它部分国家的再生水利用实例见表7,此外阿根廷、巴西、智利、秘鲁、科 威特、塞浦路斯、突尼斯等国都开始利用再生水,用于农业灌溉的比例最大。
表7部分国家再生水利用实例m1
Table 7 recycling sewage example in partion country

俄罗斯

莫斯科 费罗茨瓦夫 联邦区 利雅得 孟买 约翰内斯堡

55 5

工业 灌溉、地下水回灌 浇灌花园 石油提炼、灌溉 商业大楼杂用水 电厂冷却水

波兰 墨西哥 沙特阿拉伯 印度
南非

17

15 5

12

0.015,,-0.025



塑鲞些垩

塑堡塑塞

!:!塑

堡旦查

一一一

吉林农业大学硕士学位论文

污水紫外消毒装置设司及工艺参数优化研究

1.2.4.2我国城市污水再生利用的发展 虽然我国早在20世纪50年代就开始采用污水灌溉的方式来回用污水,但真正将 污水深度处理后回用于城市生活和工业生产则是近20年才发展起来的。最先采用污 水唰用的是大楼污水的再利用,然后逐渐扩大到缺水城市的各行各业。1990年我国 将“污水净化与资源化技术研究”列入“八五”国家科技攻关计划,组织了城市污水资源 化和土地处理与稳定塘系统的科技攻关并建立r示范工程,研制成套技术设旖并推广 应用,其中部分研究成果已经应用于天津纪庄子污水处理厂的改造工程中。又如太原 市北郊污水处理厂将深度处理后的污水回用于太原钢铁工业冷却水,大庆乘风庄污水 处理厂的二级处理水经深度处理后直接注入地下作为石油开采用水。1982年青岛就 将中水回用为市政及其他杂用水,用来缓解水资源短缺。北京市于1984年开始进行 中水回用工程示范,并在1987年出台的《北京市中水设旌建设管理试行办法》中明 确规定:凡建筑面积超过2×104m2的旅馆、饭店和公寓以及建筑面积超过3×104m2的 机关科研单位和新建生活小区都要建立中水设施【32l。引滦入津工程虽然暂时缓解了天 津市的水荒,但是其代价高昂,基建投资高达500元-m~。纪庄子污水处理厂建成投 产后,其二级处理水的基建费用比引滦工程低,水价也比弓{滦水便宜p…。实践证明, 在我国开展污水再生利用的研究和应用是符合国情的,是必要而且可行的。 目前,我国已经有一大批城市正在实施或计划实施城市污水再生利用工程,一些 城市拟建、在建污水处理厂己同时对污水的再生利用工程进行了考虑[34】。例如,北京 高碑店污水处理厂再生水利用工程于2001年3月实现全线贯通,成为我国最大的处 理水资源化再利用项目。再生水作为第二水源,服务于工业、园林、环卫等行业,每 年将节约清洁水约1亿m3。该再生水利用工程投资3.36亿元,形成输水能力47万

m3.d~,近期实现30万m3.d~,其中每天有20万m3送往高碑店湖作为补充水,同时
北京华能热电厂用高碑店污水厂二级出水作水源,经加速澄清、加氯接触,变空隙滤 池加氯消毒、过滤后入循环系统作冷却水补水。按电厂70%-90%额定负荷计算,每 月平均节约自来水45×104m3,每年节约自来水540×104m3,节水率为40'/0。按相同用 水量计算,可增加发电能力1倍以上。此外,每天有lO万m3送往水源六厂,经深度 处理后,作为工业用水、园林绿化和市政杂用水。 天津市从2001年起加大城市污水再生利用的范围和规模,相继启动利用纪庄子 污水处理厂二级出水的梅江居住区再生回用示范工程、静海县再生回用农业灌溉工 程、陈塘庄热电厂再生回用冷却水工程、卫津河景观绿化再生回用工程和利用东郊污 水处理厂二级出水的程林苗圃再生回用工程、再生回用冲洗汽车等6项大型中水回用 示范工程。梅江小区中水工程每天可为小区提供1 2万m3的生活杂用水(3”。陈塘庄

吉林农业大学硕士学位论文

污水紫外消毒装置设计及工艺参数优化研究

热电厂冷却用水工程拟建设8000 m7t.d’1的中水∥,对纪庄子污水处理厂出水进行深度 处理。卫津河景观绿化工程设计在卫津河改造后注入纪庄子污水处理厂二级出水,沿 岸建没中水站供高校及居民区生活杂用水。 占林省是农业大省同时也是老工业基地,一直都保持着巨大的用水量。然而,据 占林省统计局统计资料显示,我省水资源现状并不容乐观。2003年,全省水资源总 量为347 17亿m3,比多年平均值低13%。其中地表水资源量为290 32亿m3,比多 年平均值低16%。全省人均占有水资源量1284 m3,仅为全国人均占有水资源量一半, 是北方缺水省份之一。吉林省缺水问题日益突出,缺水城市1990年为22个,2003 年则达到45个。主要原因是供水水源工程建设滞后,水资源浪费和污染严重,供水 量与城市的迅速发展不相适应。据统计局数据显示,我省地下水开采量约占允许开采 量的30%,但部分地区超采现象严重。长春、四平和松原地区由于地下水超采,局部 形成大面积的水位下降漏斗,长春市漏斗分布面积达到32km2,多年平均开采量为 2140万m3.a一。实现经济的可持续发展,必须重视水资源的合理利用。全面建立节水

耄『l‘制、实施节水战略、建设节水型社会,是解决水资源短缺问题的根本出路。发展城
市污水回用、实现污水资源化,循环利用有限的水资源也将在很大程度上缓解我省的 缺水问题。如果占城市供水总量80%以上的污水,经过净化处理后的70%能够回用, 将意味着城市可用水量增加50%以上。 虽然我国在城市污水再生利用技术研究与工程实践方面取得了一定的进展,但总 的来说,城市污水再生利用规模较小,二级处理出水的深度处理基本套用常规给水处 理工艺,一般仅限于局部利用或处理厂内部利用,与当前城市污水再生利用的多元化 需求极不相称。城市污水再生利用技术、经济和产业政策的滞后,相关水质标准与工 程技术规范体系的不完善,也限制了城市污水再生利用的发展。今后的总体发展将趋

向于成熟工艺技术的集成应用、工程建设与工程实施技术的开发、用水对象及其水质
要求的研究、用水水质的保障、用水用户的开发、大规模工程设施的建设与运行,以 及政策、法规、标准和技术指南的研究编制。

1.3中水回用技术中的消毒处理研究 1.3.1污水消毒处理技术


3.1.1目前应用的消毒方法 传统的污水消毒方法可分为两大类,即化学消毒法和物理消毒法。物理方法主要
24

吉林农业大学硕士学位论文

污水紫外消毒装置设计及工艺参数优化研究

有机械过滤、加热、冷冻、辐射、微电解、紫外线和微波消毒等办法;化学方法主要 有氯、二氧化氯、奥氧、氯胺、卤素、金属离子、阴离子表面活性剂及其它杀生到等 [181。化学消毒方法中有关氯、臭氧、二氧化氯以及氯胺的研究及应用最多。 (1)加氯消毒 C12气与水发生“歧化反应”,生成次氯酸(HOCI)和盐酸

(HCI),其反应方程式为:Cl。+H。O曹HOCI+H++CI
C12气的消毒作用主要是HOCI,因为HOCI是小体积中性分子,具有较强的渗透 力,能扩散到带有负电荷的细菌表面,穿透细胞壁进入细菌内部。Cl:气对细菌的作 用是破坏其酶系统,导致细菌死亡。而clz气对病毒的作用,主要是破坏核酸。 自从二十世纪初,C12气消毒法就被广泛地应用。目前仍是应用最普遍的化学消 毒方法。C12气消毒法的主要特点是:①处理水量较大时,单位水体的处理费用较低;

②水体中能长时间地保持一定数量的余氯,从而具有持续消毒能力:③Cl:气消毒
法技术成熟。但是自从1974年陆克和伯勒分别在荷兰与美国的城市自来水中检出了 卤代烷烃(THMs),1976年美国国家癌肿研究所通过对大鼠和小鼠经口染毒实验表明

卤代烷烃具有致癌作用,经C12气消毒后,水中含有大量的THIns副产物I“1。至今己
知的消毒副产物已经有500种以上,但是绝大多数的浓度只有微克/升数量级水平, 且许多消毒副产物未作进一步的研究。在大量的消毒副产物中,目前集中研究的只有 三卤甲烷、卤乙酸、卤乙腈、卤代酮、卤代醛、卤代酚等20余种,其中对于THMs 的致癌性已有共识,其它大部分具有一般毒性,部分具有致突性。THMs等卤化有机 物的产生主要是水体中的有机物与氯作用的结果,而城市生活污水中含有大量的有机 物,经氯消毒后,会生成卤化有机物等消毒副产物,随污水进入地面水体,污染水源, 并对鱼类等水生生物产生毒害作用。当水的PH>9时,氯气的消毒作用明显降低。为了 避免有害消毒副产物的产生,近年来对用臭氧、二氧化氯和氯胺代替C12气为消毒剂 进行了大量的研究。 (2)臭氧消毒 利用03的强氧化性对水体进行消毒处理。03消毒和C12气一

样,对水体既有消毒作用,也具有氧化作用,但是O,的氧化性都比C12强,能氧化 水中的有机物,并能杀死病毒、芽孢及细菌。O,都是在现场用空气或纯氧通过03发 生器制取,产率分别为1%-3%和2%~6%。 03作为消毒剂的历史几乎和Cl:一样长,1906年法国尼斯的水厂首次使用0s对 饮用水进行消毒,美国的工程师于20世纪70年代初开始用03代替C12消毒污水。 根据目前的研究可以发现:03消毒反应迅速,杀菌效率高,同时能有效地去除水中 残留有机物、色、嗅、味等,受PH值、温度的影响很小。另外03能够减少水中THMs

吉林农业大学硕士学位论文

污水紫外消毒装置设计及工艺参数优化研究

等卤代烷类消毒副产物的生成量。再者03消毒可以降低水中总有机卤化物的浓度。 虽然03分解产生的副产物主要是醛、酮、醇等。据报道,在世界各种水体中巴 检测出的有机化合物共有2221种。03能和多种有机物反应,生成…系列中间产物, 大体可分为有机副产物和无机副产物两类[”l。有机副产物以甲醛为代表,有报道甲醛 是致癌物质。最受关注的无机副产物是溴酸根,国际癌研究部f]0ARC)将溴酸根分类 为致癌性2B,即可能致癌物。因为O,在水中的溶解度极小,且易分解、稳定性差, 几乎没有残余消毒能力,所以普遍将Os与其它消毒剂联合使用作为控制THMs等有 害消毒副产物的优选方法。据1982年的报道,全世界采用03化处理的水厂在l 100 座以上,其中用03做唯一消毒剂的,除欧洲有少数外,美国和加拿大仅各有一座, 其它都辅以C12或氯胺消毒,以保证水中的剩余消毒剂。另外由于0,稳定性羞容易 分解为氧气,故不能瓶装贮存和运输,必须现场制备及时使用,设备投资大,电耗大, 成本较高;运行管理比较复杂。 (3)二氧化氯消毒 c102是一种强氧化荆,其氧化能力是c12的25倍,消毒

能力仅次于03,但高于C12。1944年,美国的尼亚加拉大瀑布水厂为消除藻类繁殖所 产生的气味,率先采用C102消毒饮用水获得成功。二十世纪七十年代逐渐作为常用 消毒剂,欧美许多国家将C102用于各种水处理。试验表明,C102在控制THIMs的形 成和减少总有机卤方面,与cl:相比具有优越性,C10:与水中的腐殖酸和富里酸等腐 殖质都不会生成THMs,即使在饮水消毒过程中,投加少量的C102也能有效地抑制 THIMs的生成。C102是广谱型消毒剂,对水中的病原微生物包括病毒、芽孢、真菌、 致病菌及肉毒杆菌均有很高的灭活效果,有剩余消毒能力,对孢子和病毒的灭活作用 均比C12有效,并且在高pH值与含氨的水中消毒效果不受影响。另外,CIO:去除水 中的色度、嗅、味的能力也较强。

制备cl如的起始原料有氯酸钠和亚氯酸钠,具体选用取决于C102的使用量。在
水处理领域,C102的使用量一般不大,一般都由亚氯酸钠与C12反应制备,其反应式 为:
2NaCl02+CI 2

j 2C10 2+2NaCI

亚氯酸钠不能贮存,必须现场制取及时使用。由于亚氯酸钠价格昂贵,成本较高。
当反应不完全时,自由性C12同样会与有机物反应生成THMs。水中的C102有50~70% 转变为C102‘和C103‘。实验表明CIO:-和CIOa"对红细胞有损害【3 81,可引起高铁血红蛋 白血症,对碘的吸收代谢有干扰,还会使血液胆固醇升高。 (4)氯胺消毒 与c12气法相比,氯胺消毒法有3个优点:①减少了生成THMs

的含量;②维持时间长,能有效地控制水中残余细菌繁殖;③避免游离性余氯过高

26

吉林农业大学硕士学位论文

污水紫外消毒装置设计及工艺参数优忧研究

产生的臭味。氯胺消毒~般是先加氨,充分混合后再抛氯。反应时间长和操作复杂是 氯胺消毒法的不足之处。氯胺的消毒效果较C12和03方法差,不宜单独作为饮用水

的消毒剂使用。但若将其与c12结合使用,既可以保证消毒效果,又可以减少三卤甲
烷的产生,且可以延长在配水管网中的作用时间。 上述水处理中常用的四种消毒剂中,臭氧的消毒能力最高,但是臭氧本身极易分 解,消毒无持久性;二氧化氯既有相当强的消毒能力,又具有相当好的持久性;氯对 细菌有很强的灭活能力,但对病毒的灭活能力差,对芽孢无灭活能力;氯胺虽然持久 性最强,但消毒作用不如氯,一般不作单~的消毒剂。在PH值为6-9时,四种消毒 剂灭活效率的优先次序为:臭氧>ZZ氧化氯>氯>氯胺i丽稳定性的优先次序则为:氯 胺>二氧化氯>氯>臭氧。 虽然传统的化学消毒方法在给水和污水处理中被普遍采用,但是近年来由于有关 化学消毒副产物的报道的增多和人们对水质标准要求的不断提高,物理消毒方法引起 了专业人士的高度重视,把研究重点集中于紫外光对废水进行消毒的研究。 1.3.1.2紫外光消毒技术 紫外光对核酸/微生物的破坏取决于核酸,微生物对紫外光的吸收和反应。如果只 有吸收,没有反应,那么该波长的紫外光也不会具有灭活作用。吸收和反应共同决定 了核酸或某种微生物对某一波段紫外光的响应或敏感性,即紫外光能对其产生灭活能 力。1877年,Downes和Blunt报道了用紫外光照射杀灭枯草芽孢杆菌(Hay
bacillus)

的实验,证实了紫外光具有消毒作用。紫外的消毒原理是利用紫外光光子的能量破环
水体中各种病毒、细菌以及其它致病体的DNA结构。主要是使DNA中的各种结构键 断裂或发生光化学聚合反应,从而使各种病毒、细菌以及其它致病体丧失复制繁殖能 力,达到消毒的效果p91。研究表明,紫外光主要通过对微生物(细菌、病毒、芽孢等 病原体)的辐射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。紫外光 对核酸的作用可导致键和链的断裂、股问交联和形成光化产物等【如l,从而改变]"DNA 的生物活性,使微生物自身不能复制,这种紫外光损伤也是致死性损伤。 人类对紫外光消毒技术在城市污水处理中的应用则始于20世纪60年代中叶,污水 紫外消毒法最早应用于美国,1970年美国环保局完成了第一例污水紫外消毒的示范工 程。随后污水的紫外消毒法在美国和加拿大得到了广泛的应用。70年代N80年代初对 紫外光消毒在城市污水处理中的应用进行了大量的研究,现在越来越多的城市污水处

理厂已开始考虑使用紫外光消毒技术替代氯消毒。
1982年加拿大特洁安(Troian)技术公司发明了世界上第~套明渠式安装的紫外消

27

吉林农业大学硕士学位论文

污水紫外消毒装髓设计及工艺参数优化研究

毒系统UV2000,并引进了模块化紫外消毒系统概念,即紫外系统可由若干独立的紫 外灯模块组成,水流靠重力势流驱动,不再需要泵、管道以及阀门。系统维护可对单 个模块进行,紫外灯模块可轻易地从明渠中直接取出进行维护检修,维护时系统无需 停机可继续运行消毒,因而无需备用设备。如果需要对明渠进行清理也很方便,模块

化明渠式消毒装置大大降低了紫外污水消毒的成本并使得系统维护简单、方便14…。同
时,当污水厂在扩建或改造时,只需适当增加紫外灯模块的数量,而无需添购整套系 统,从而可以节省设备投资,使用起来非常灵活。这~发明得到了污水处理厂的欢迎, 大大推动了紫外光消毒技术在城市污水消毒处理中的应用,目前在世界各地已经有 3000多家城市污水处理厂安装使用了紫外污水消毒系统,其中95%以上的系统采用 了明渠式模块化紫外系统的创意。这些污水消毒系统小的每天处理几千吨污水,大的 每天处理上百万吨城市污水。表8是对加拿大安大略省污水处理厂消毒情况进行的统 计,从表中可以看出,三级污水处理厂使用紫外光消毒的比例较大,一、二级污水处 理厂使用紫外光消毒的比例较小。目前正在建造的美国Valley Creek污水处理厂建成 后每天可消毒227万m3.d4污水,将成为世界上最大的紫外污水消毒系统,该系统为 明渠式中压灯消毒系统。
表8


997年加拿大安大略省污水处理厂的消毒情况/单位:个
on

Table 8 Situation ofsterilizing ofthe p1.nt

Omario in Canada in 1997

在我国,1999年香港石湖墟污水处理厂投入运行,该厂规模24万m3.d~,消毒 后粪大肠杆菌群数少于10000个?L~。2000年,由上海市政工程设计研究院上海市城 市排水公司对地处黄浦江上游准水源保护区的闵行污水处理厂尾水消毒进行了研究,

经各方论证和技术经济比较,最终决定采用紫外光消毒系统,该装置设计消毒能力5
万m3.d。(日平均流量),采用低压紫外光灯管和人工清洗方式,为我国内地第一套

用于污水处理的紫外光消毒装置【4”。2001-2003年问,陆续有深圳市横岭污水处理厂
等采用紫外光消毒系统。我国以应用紫外光消毒的部分污水处理厂见表9。

吉林农业大学硕士学位论文

污水紫外消毒装置设计及工艺参数优化研究

表9
Table 9
SOllle

我国应用紫外光消毒的污水处理厂
use

piants which

the ulta-aviolet ray to disinfect in oa/"COUlltry

平均日处理量 污水处理厂
/m3 d一1

平均日处理量

污水处理厂
/m3.d一1

上海阂行污水处理厂 上海长桥污水处理厂

50000 220000

福州大学城污水处理厂 成都温江污水处理厂

50000 30000

上海松江北区污水处理厂80000 深圳横岭污水处理厂 无锡市新区污水处理厂
200000 30000

新疆伊宁污水处理厂45000 武汉沙湖污水处理厂 济南平阴污水处理厂
150000 60000

苏州新区第二污水处理厂40000 厦门市污水处理厂 福建三明市污水处理厂
50000 60000

烟台市套子湾污水厂40000 山西太原北郊污水处理厂40000 福州金山污水处理厂
60000

2004年4月15目,深圳市海川实业股份有限公司与杭州市七格污水处理厂工程

建设指挥部正式签定《杭州市七格污水处理厂污水消毒交钥匙工程》合同。该项目~
期污水处理规模为40万m3.d’。,是目前国内最大的采用紫外消毒系统的污水处理项 目,这标志着紫外消毒技术在中国市政污水领域的应用进入了新的时代。由于紫外光 消毒法具有环保性,经济性,易操作性和高效性等特点,其应用必将会越来越普及。

1.3.2研究的意义
紫外光消毒具有无二次污染,消毒时间短,效率高,消毒效果不受水体pn和温 度影响、占地小,结构简单,运行维护安全、简便等特点,越来越受到科研工作者的 青睐。在西方己成为给排水系统中的重要的消毒手段。随着对污水尾水消毒的日益重 视和运行经验的积累,紫外光消毒技术将得到推广,并成为取代传统化学消毒方法的 主流技术【“。 经过紫外光消毒的污水可作为景观、绿化、冲厕等用水,实现污水资源化。紫外 线消毒不仅在技术方面有很好的优势,在经济方面,其土建、运行、维护等各方面的 费用,比起氯消毒都要少,更适合我国的经济状况,因此研究紫外线消毒系统用于再 生水的处理,对于提高水的安全性具有非常重要的意义…3。

吉林农业大学硕士学位论文

污水紫外消毒装髓设计及工艺参数优化研究

1.4.研究内容
世界许多国家和地X(:IL美、欧盟、臼本、韩国、台湾等)都要求对城市污水在排 放前进行消毒处理。我国在2000年6月5目由建设部、国家环境保护总局、科技部 联合发出的“关于印发《城市污水处理及污染防治技术政策》的通知(建城[2000]124 号)”中规定“为保证公共卫生安全,防治传染性疾病传播,城市污水处理设施应设置 消毒设旌”。因此污水处理出水的消毒不再是可有可无的了。由于污水中含有大量细 菌及病毒,我国国家环境保护总局和国家质量监督检验检疫总局于2002年12月24 日发布的《城市污水处理厂污染物排放标准》(GBl8918.2002)2003年7月1日实施, 标准中首次将微生物指标列为基本控制指标,要求城市污水必须进行消毒处理,国家 环境保护总局要求“城市污水处理厂出水应结合实际采取加氯或紫外线、臭氧等消毒 消毒处理,国家二级出水水质要求粪大肠菌群数小于10000个?L~,~级出水水质A 标准要求粪大肠菌群数小于1000个-L~,B标准要求粪大肠菌群数小于10000个?L。” 14…,当污水处理厂出水引入稀释能力较少的河湖作为城市景观和一般回用水等用途 时,执行一级标准的A标准。所以,对污水的进行消毒处理是污水处理的一个必须 环节,从而也使我国污水处理标准的病理指标与国际接轨。

——Table
国家或地区

表10部分国家和地区尾水消毒指标
10 The st—er—il—iz_in_g=in—d—ex——of—ta—i—1 w—a—te—r—in—s—o—m—e—co—u—n—tr—ie—s
’x-‘T。J

a—n—d—re—g—io—n—s——————~
’卜

标 指黧兰+ t准 J
¨

+除注明外均为粪大肠菌群数。

吉林农业大学硕士学位论文

污水紫外消毒装置设计及工艺参数优化研究

污水处理回用经过实践证明是可行的,但是不同国家、不同用水目的对水质的要 求也不同,部分国家和地区污水尾水消毒指标见表10。 随着污水处理技术的不断进步以及人们对水资源需求量的不断增加,污水回用的 数量与日俱增。在以回用为目的的污水处理过程中,消毒是必不可少的一个环节。为 解决中水回用的消毒问题,本试验对以下内容进行研究: (1)研究明渠表面紫外消毒时水层深度对消毒效果和生化需氧量的影响。 (2)研究明渠表面紫外消毒时光照射时间对消毒效果和生化需氧量的影响。 (3)研究建立明渠表面紫外消毒时水深、流量对消毒效果影响的模型。

2紫外消毒器的设计
2.1常用紫外消毒器的结构形式
目前,国内生产和应用的紫外消毒器主要有敞开式和封闭式两种类型。
在敞开式Uv消毒器中,被消毒的水在重力作用下流经UV消毒器灭活水中的微 生物。其构造如图4所示‘451。将外加同心圆石英套管的紫外灯置入水面VAT 5cm处 的水中,水从石英套管的周围流过。当更换灯管(组)时,使用提升设备将灯组抬高至 工作面进行操作。该方式构造比较复杂,但紫外辐射能的利用率高、消毒效果较好。



图4敞开式紫外消毒器构造图
disinfection equipment Figure 4 the structure map of opens type u|tra'Ao|et

吉林农业大学硕士学位论文

污水紫外消毒装置设计及工艺参数优化研究

消毒系统运行的关键在。r维持恒定的水位,水位太高则灯管顶部的部分进水得不 到足够的辐射,可能造成出水中的微生物指标过高。水位太低则上排灯管暴露于大气 之中,会引起灯管过热并在石英套管表面生成污垢膜而降低紫外线的透射率。工程中 采,H自动水位控制器或滑动闸门控制水位。在自动化程度要求不高的系统中,也可以 采用固定的溢流堰控制水位。烟台市套子湾污水厂的深度处理采用了敞开式uV消毒

工艺,可向城市提供4x】0%3.d’1的工业回用水,目前运行状况良好【46】。
封闭式uV消毒器属承压型,用金属简体和带石英套管的紫外线灯把被消毒的水 封闭起来,结构形式如图5所示。消毒器筒体由不锈钢或铝合金制造,内壁作抛光处 理以提高对紫外线的反射能力和增强辐射强度,可根据处理水量的大小调整紫外灯的 数量。有的消毒器在筒体内壁加装了螺旋形叶片以改变水流的运动状态而避免出现死 水和管道堵塞[471,所产生的紊流以及叶片锋利的边缘会打碎悬浮固体,使附着的微生 物完全暴露于紫外线的辐射中,提高了消毒效率。多元水环保技术产业(中国)有限公 司研制生产的封闭式消毒器可处理100~500m3.h。1水量,并且在游泳池的循环水消毒 中已有应用。
出水口

图5封闭式紫外消毒器构造图
Figuro 5 the

s加lc☆∞map

ofenclosed type ulU'aviolct disinfection equipment

2.2试验设计思路
本试验拟采用明渠表面紫外辐照消毒设计,紫外光源在水面之上,不会产生灯管 结垢现象,不需要在紫外灯外面加石英套管,光损失少,而且结构简单,设备安装、 维护和管理方便。在紫外光照射强度一定的条件下,测定在不同流量、不同水层深度

吉林农业大学硕士学位论文

污水紫外消毒装置设计及工艺参教优化研究

时粪大肠杆菌群的灭活率,优化水力停留时同、水层深度与消毒效果的关系,并进行 明渠表层紫外辐照消毒技术的经济效益分析。设计流程见表6。

图6设计思路流程图
Figure 6 Flow diagram

of龇mental【ity

ofdesigning

2.3紫外光消毒效果影响因素分析
1801年德国科学家里特(Ritter)发现紫外光(ultraviolet rays,uv),波长在100~400 nm谱域,频率为7 9×101'Hz~3×1016Hz,能量3 26—12.4eV。来源于太阳、热物体、 激发气体。 在紫外光的四个不同的波段中,能透过臭氧保护层和云层到达地球表面的只有波

长在320-400nm的紫外光A(UVA)和波长在275~320nm的紫外光B(uⅦ)部分
[491。就消毒速度而言,波长在200~275nm的紫外光C(UVC)处于微生物吸收峰范 围之内,如图7所示。 UVC可在1s之内通过破坏微生物的DNA结构杀死病毒和细菌,而UVA和UVB 由于处于微生物吸收峰范围之外,消毒速度很慢,往往需要数小时才能起到消毒作用 [50l。实际的工程处理中,在水力停留(照射)时间内,UVA和UVB部分属于无效部 分。真空紫外光穿透能力极弱,灯管需要采用极高透光率的石英材料,一般用于处理 半导体行业废水中的TOC,并不应用于出水消毒处理。因此,紫外光消毒实际上就 是指UVC消毒。

吉林农业大学硕士学位论文

污水紫外消毒装置设计及工艺参数优化研究


光 盘


(%)

些。
.-

250

图7细胞失活吸收曲线

一围
300

350波长/m

Figure 7 the absorbing clnwe ofCell inactivation

紫外消毒效果取决于微生物所接受的照射剂量,照射剂量越大,消毒效率越高, 消毒效率要求越高,所需的照射剂量越大。计算公式为:

式中:¨照射剂量,J/m2:
卜一照射时间,si
』二一UVC强度,W/1112 照射剂量与照射时间和光强度成正比。受水处理设备尺寸的限制,一般照射时间

D=txl

只有几秒,因此,灯管的UVC输出强度就成为紫外光消毒设备性能最主要的限制参
数。在城市污水消毒中,一般平均照射剂量在300 T/m2以上。低于此值,有可能出 现病菌不能在瞬间被彻底杀死,从渠道中流出并受到光照后重新复活的“光复活”现 象,导致消毒效果降低。在UVC输出强度和照射时间一定时,影响微生物接受到紫 外光剂量的主要因素是水的透光率(253.7nm处),透光率的变化将造成微生物实际 接受光剂量的变化, 根据紫外光消毒的原理可知,影响消毒效果的因素有””: (1)微生物的数量和种类的影响 由于污水中细菌、病毒的种类繁多,且对紫外线的抗性不同,因此对于不同类型

的污水,呈现出不同的消毒效果。有些微生物对于紫外线比较敏感,去除率较高,如
粪大肠菌,而有些微生物则不然,需用较高的紫外剂量进行灭杀,如F-RNA大肠杆 菌菌体。微生物负荷是影响紫外线消毒效率的一大因素,较高的微生物量必然要求更 高的紫外剂量。目前,在紫外线消毒器的设计中,主要是灭活TC(总大肠菌)、FC(粪

吉林农业大学硕士学位论文

污水紫外消毒装置设计厦工艺参数优化研究

大肠菌)、E coli(大肠埃希氏菌)、粪链球菌和沙门氏菌数量来估计紫外线剂景需求。 如果微生物没有接收到足够的紫外照射剂量,有些微生物可以修复其受到的损伤。大 量的研究表明,病毒本身没有修复能力;有些细菌具有修复能力,受到的紫外照射剂 量越高,其修复能力越低。只要剂量没计适当,可完全去除或有效地抑制这些微生物 的修复能力。紫外光对常见细菌病毒的消毒效率见表u。

表1



紫外光对常见细菌病毒的消毒效率M/辐射强度aomj,cm。2

Table 11 Ultraviolet ray sterilization efficiencytothevirusofcommon bacterium

细菌种类 炭疽杆菌 破伤风杆菌 痢疾杆菌 细菌类 大肠杆菌 沙门氏蔚属 志贺氏菌属 流感病毒 噬菌胞病毒 病毒类 轮状病毒 乙肝病毒 爱柯病毒 曲霉属 大粪真菌 霉菌孢子 毛霉菌属
黑曲霉

】00%灭杀时间/s
0 30 0 33 0 15 0.36 0.5l 0 28 0.23 0.20 0.52 0.73 0.73 0 73.8.80 8 0 0.23.4.67 6.67 10.20 3.40 7.30 4—6.70

蓝绿藻 线虫卵 水藻类 草履虫属 原生动物属类

吉林农业丈学硕士学位论文

污水紫外消毒装置设计及工艺参数优化研究

(2)水质参数的影响 a紫外光的穿透率(UVT) 一般来说,紫外光的穿透率越低,消毒效果越差。

穿透率与上游处理工艺、来水性质和成分有关。法国的一家污水厂+运行紫外光消毒系 统后表明:当uv输出功率为26.7WLWC,穿透率<40%时,缀紫外光消毒后的微生 物数有可能超标,而在穿透率>55%,并且COD和Ss的值都比较低的情况下,可以 获得较好的消毒效果。 b总悬浮物(TSSl 总悬浮物对紫外光消毒的影响主要表现在,悬浮颗粒吸收

并分散了紫外能量;以及微生物隐藏在颗粒中受到保护,避免了紫外光的破坏。如果 通过膜法过滤,再用紫外光消毒,大大减少紫外光剂量损失,同时提高消毒效果。在 比较国内与国外紫外光消毒性能差别时,有观点认为:国外水处理厂出水的SS< 10rag.L~,而国内处理出水SS为20~30rag?L~,这方面的差异导致国内污水厂在使用 紫外光消毒后的消毒效果较差。 c颗粒物的尺寸分布俾SD) 颗粒物的尺寸分布影响紫外光的消毒效率。图8

为污水中悬浮颗粒物散射紫外线保护细胞的机理图。当颗粒物粒径超过某一临界值
时,紫外剂量随着污水中颗粒物粒径的增加而增加。对于某些致病微生物,由于其易 结成大颗粒的团状物,在处理这类污水时,紫外光消毒的效率不高,并受到了一定的 限制。

折射紫外光 隐蔽粒子

彻底

圈8

污水中悬浮颗粒物散射紫外线保护细胞的机理
protecting bacteria

Figure 8 Principal ofparticles in solution scattering UV light and

吉林农业大学硕士学位论文

污水紫外消毒装置设计及工艺参礅优化研究

(3)水力负荷的影响

水流量极大的影响紫外光消毒效果,当水量突然增大

时,使水接触紫外光的时间缩短,要想保证水处理效果,就必须增大紫外光的强度,, 以保持接触剂量不变。而紫外光发射系统通常根据最大峰值流量设计,当水力负荷不 稳定时,无法保证消毒效率。

2.4紫外消毒器设计参数
2.4.1紫外消毒器设计图
在综合分析紫外消毒设备和工艺特点的基础上,本试验提出明渠表面紫外消毒设 计方案,紫外消毒装置的设计图见图9、图lo。

水流出口1.

㈣。m
图9紫外消毒器纵剖面豳
Figure 8 ul订aviolet disinfection equipment lengthwise section map





卜而一
图10紫外消毒器横剖面图

Figure 10 ultraviolet disinfection equipment trailS'verse section map

吉林农业大学硕士学位论文

污水紫外消毒装置设计及工艺参数优化研究

设计中采岗lmm厚镀锌铁皮,制成矩形水槽。水槽氏1lOcm,宽10cm,高15cm, 在消毒槽顶部安装一弧型反光罩,紫外灯悬挂在水槽顶盖下。紫外灯发出的散射光经 反光罩反射后照到水中,可提高紫外线的利用率。进水口和出水口分别位于水槽两端。 在距进水口3cm处设一垂直挡水的阻流板,与水槽底部留有2cm的距离,以保证从 进水口进到水槽的水流经挡水板阻挡后就以平稳的流速向前流动,出水口设在水槽左 端的底部。

2.4.2消毒器材料的选择
紫外线遵守光的反射定律、折射定律,由于紫外线的波长和可见光不同,所以不 同材料对紫外线和可见光的反射系数也不同,不同材料对紫外线和可见光的反射率见 表12。从表中可以看出,同一种材料对紫外线和可见光的反射率相差很大,如自搪 瓷对可见光的反射率为90%一95%,对紫外线的反射率仅为5%~10%,表面处理的铝 和氧化镁对紫外线的反射率较高,可以达到90%,由于氧化镁成本高,所以本实验在 消毒器内部粘贴上价格便宜的铝箔来提高紫外线的反射率。
表12不同材料对紫外线和可见光的反射率(254nm)
Tablel2 Reflectionratetothe uln-aviolct ray andvisiblelight ofdifferentmaterials

2.4.3紫外光源的选择
紫外线一般由传统的低压汞灯制取,但是现在也有一些地方使用高强度低压汞灯

和中压汞灯,对于脉冲紫外灯也有大量的研究文献。不论哪一种紫外灯都是基于相同
的物理现象,由荧光灯内汞等离子区放电时释放出电磁射线。目前能够输出足够的

查竖垄些查兰曼主兰壁笙壅

望查鉴!!鲨童茎垦望盐墨三茎叁塾垡!!竺塞

UVC强度用于工程消毒的只有人工汞(合金)灯光源。汞灯根据点亮后的灯内汞蒸 气压的彳;同和UV输出强度的不同,分为三种:低压低强度汞灯、中压高强度汞灯和 低压高强度汞灯。三种光源的波谱图见图11、图12、图13


透1.0

射 率0




0.6

0.4

0.2

。.



I! I



0 200 250

lI
300 350

l}
卜t
450 500

LJ





厂、J 囊■i U.

t.


600波长Ilnl

400

550

图11中压高强汞灯光谱图
Figure 11 Light table picture ofmid-voltage high-strength mercury

透I+0
射 率O.8 %
0.6

0.4

0.2 I。 0

波长nm

图12低压离强汞灯光谱图
mercury Figure 12Light table picture of low-voltage mgh‘s廿ength

吉林农业大学硕士学位论文

污水紫外消毒装置设计及工艺参数优化研究

透l 0 射 率0 8 %
0.6

0.4

0.2

O 200 250 300 350 400 450 500 550

600波长IWil

图13低压低强汞灯光谱图
Figure 13 Light table picture oflow?voltage low-strength mercury

从光谱图可以看出中压高强汞灯的光谱较为分散,而低压高强汞灯和低压低强汞
灯的光谱集中在253.7nm附近,正位于微生物吸收曲线的峰值附近,所以通常紫外消 毒的光源选择低压高强汞灯或低压低强汞灯。本实验由于是模拟消毒器,尺寸较小, 故采用低压低强汞灯,选择了无锡市长江医疗器械有限公司生产的30瓦低压汞灯作 为实验用灯,灯内汞蒸气压力为8Pa,长度lOOcm,新灯管辐照强度大于909w?cm一2 (距灯管1 in处),实验装置采用紫外线灯平行水流方向挂在水槽上部。

3消毒效果验证试验
3.1供试水源
本实验在2004年7月。2005年lO月进行,自制的明渠表面紫外消毒装置安装在

实验室内,实验采用长春市第三污水处理厂消毒前的二级出永。实验期间,对污水水
样进行水质监测,水质情况主要污染物指标见表13。 实验中消毒器的进水口连接4台小型潜水泵,每台水泵都连接浙江余姚市生产的 浮杯式流量计,流量均控制在0.2m3.h-1 9这样,则消毒器的进水流量实际上可控制4 个梯度,分别为0.2
m3.h一、0.4 m3?h一、0.6 m3-h~、0.8 m’‘h-1


吉林农业大学硕士学位论文

污水紫外消毒装置设计及工艺参数优化研究

表13污水厂消毒前二级出水主要污染指标
Table 14 Main pollution index that the sewage factory sterilizes the first secoad and surfaces

3.2消毒效果影响因素研究
3.2.1光照射时间对大肠菌群灭活率的影晌
测定4种流量(取0.2 m3.h~、0.4 m3.h~、0.6 种水深(O.01m、
0.02m、 O 03m、 0 1113.h-1 0.8

m3.h。)条件下,4

04m)时,出口处混合样的大肠菌群数,计算

大肠菌群灭活率,确定最佳的灭活时间。

3.2。2水层深度对大肠菌群灭活率的影响
紫外光在水中穿透率随水深的增加而降低,实验测定4种水深(o 01m、O
O.03m、0 0.6 02m、

04m)时,出E1处混合样的大肠菌群数,不同流量(0



m3.h’。、0.4

m3-h~、

m3.h~、0.8 m3.h4)。并计算大肠菌群灭活率,确定最佳的水层深度。

3.2.3分析方法
(1)化学需氧量(COD。)的测定

取20raL混合均匀的水样置于250mL磨口的回流锥形瓶中,准确加入10mL重
铬酸钾标准溶液,连接磨口回流冷凝管,从冷凝管上口慢慢加入30mL硫酸一硫酸银 溶液,加热回流2小时。冷却后,用90mL水冲洗冷凝管壁,取下锥形瓶。加3滴试 亚铁灵指示液,用硫酸亚铁铵标准溶液滴定,溶液的颜色由黄色经蓝绿色至红褐色, 记录硫酸亚铁铵标准溶液的用量。测定水样的同时取20mL重蒸馏水,按同样步骤作 空白实验。记录记录硫酸亚铁铵标准溶液的用量。

计算公式:COD。:—(V—o-—V—1)'jc—x8—x一1000




式中:c——硫酸亚铁铵标准溶液的浓度mol?L1;
4l

吉林农业大学硕士学位论文

污水紫外消毒装置设计及工艺参数优化研究

环——滴定空白时硫酸孤铁铵标准溶液用量(mL) K——滴定水样时硫酸业铁铵标准溶液用量(rr】L) 矿——水样的体积(mL) 8——氧(1/20)摩尔质量(gttool‘1)
(2)生化需氧量(BOD5)的测定 将水样以虹吸法移至两个溶解氧瓶内,立即测定一瓶溶解氧,另一瓶加塞水封放 在培养箱内20d:l℃培养5d后测其溶解氧。 不经稀释培养的水样BOD5计算:BOD5(mg/L)=c。一C2

式中:c,——水样在培养前的溶解氧浓度(mg.L。1) c,——水样经5天培养后剩余溶解氧浓度(mg-L4)

经稀释后培养的水样BoD,计算:BOD,(rag.L-,):鱼兰立』当二兰生监
式中:且——稀释水在培养前的溶解氧浓度(mg?L。1) 毋:——稀释水在培养后的溶解氧浓度(mg?L。1) Z——稀释水在培养液中所占比例 五——水样在培养液中所占比例
(3)粪大肠杆菌群数的测定 采用(GB5750.85)多管发酵法测定。配制标准的乳糖蛋白胨培养基,在大试管 中分别注入10mL,加入小倒管后进行湿热消毒。将进水及出水分别稀释10~、10。 两个稀释度。将进水、出水、稀释后的水样分别去lmL注入消毒后的装有10mL的 单料乳糖蛋白胨培养基中,每个稀释度5管,每个水样15管。将接种管置于364-1℃ 的培养箱内,培养24+2h。 对产酸产气的进行下列操作。自总大肠菌乳酸发酵试验中的阳性管(产酸产气) 中取1滴转种于EC培养基中,置于44.5"C水浴箱内(水浴箱内水面应高于试管中培 养基液面),培养24.4-2h。 对产气的试管,则转种于伊红美兰琼脂平板上,置于45"C培养18~24h,凡平板 上有典型菌落者,则证实粪大肠菌群阳性。 根据证实粪大肠菌群的阳性管数,查MPN检索表,报告每lOOmL水样中粪大肠 菌群的MPN。

吉林农业大学硕士学位论文

污水紫外消毒装置设计及工艺参数优化I《;=究

(4)总悬浮物(TSS)的测定

将孔径O.459m滤膜放在称量瓶口,打开瓶盖,在103—105℃烘干2h,取出冷却
后盖好瓶盖称重,直至恒重(两次称量相差不超过O 00059)。去除水样漂浮物后震荡 水样,量取均匀适量水样(使悬浮物大于2 5rag),通过上面称至恒重的滤膜过滤,

用蒸馏水洗残渣3—5次。取下滤膜放入原称重瓶内,在103一105℃烘箱中,打开瓶
盖烘24h,冷却后盖好瓶盖称重。 用下式计算污水中的悬浮固体: 悬浮固体(rag.L?1):—(A—-—B)—xil


0—00—x—l

000

式中:A——悬浮圃体、滤膜及称量瓶重(g) B——滤膜及称量瓶重(g)

v_~水样体积(mL)
(5)浊度的测定 把粉碎的白陶土放在105。C烘箱中烘3h,放入干燥器内冷却后取出,用759m的 标准筛进行筛选。称取筛出的粉末(约200~300目)1.009,放入1L容量瓶中,加 水至标线。此标准溶液的浊度为1000度。 用移液管取上述标准溶液100mL,放入另一个1L容量瓶中,加5%的氯化汞溶 液O.2mL,然后用蒸馏水稀释到标线。该溶液的浊度为100度。 把浊度为100度的白陶土标准液,一边充分振荡,一边迅速用移液管吸取1.0、
2.0、3.0、4.0、5.0、6.0、7.0、8.0、9.0、10

OmL,移入10个100mL比色管中,加水

稀释至标线,加盖振荡。它们的浊度分别为1.0、2.0、3.0、4.0、5.0、6.0、7.0、8,0、
9.0、10

0度。

取待测水样100mL于比色管中,与上述配制的标准溶液比色管并列放在黑纸上, 从上往下垂直观察,将水样和标准溶液相比较,确定水样的浊度。

当待测水样的浊度超过10度时,可取lOmL、5mL或lmL水样,稀释至lOOmL,
然后按实验中的步骤进行测定。最后结果应为测出的浊度乘以稀释倍数a

3.3结果与讨论
本实验水源采用的是二级污水处理厂的出水,符合国家二级排放的标准,试验期 间,测定消毒器进水、出水的化学需氧量(COD)在80~100 mg'U‘之问,生化需氧 量(BOD5)在25~30 mg?L-1之间,总悬浮物(TSS)在20—25 nag?L。1之间,浊度在
43

亘塑窭些奎兰堡主兰焦笙奎

望查鲞丛塑童苎墨塑生墨三茎查塾垡堡竺窒

3~5度之间,变化范围不大,不单独进行分析讨论对大肠菌群灭活率的的影响规律。 水深和流量对大肠菌群的灭活率影响较为明显,下面进行分析讨论。

3.3.1水深、流量对消毒效果(大肠杆菌群数)的影晌
在不同水层深度下采样,测定水中大肠菌群数量,测定结果见表14。计算大肠 菌群灭活率,结果见表15。

表14明渠紫外消毒剩余大肠杆菌群群数/个?L_1
Table 14 the surplus count of colon bacillus after opens wide type channel surface ultraviolet

disinfection

\流量
0.0lm 0.02m 0.03m 0.04m

水深\\

0,2m3?h-1

0.4m3?h。1

O.6m3?hrl

0.8m3.h。1

80 40 110 170

170 110 1090 630

1300 1090 3500 5400

5400 3500 9200 16000

表1 5明渠紫外消毒对大肠杆菌群的灭活率/%
Table 15 The colon bacillus elimination rate after opens wide type channel surface ultravioleI disinfection

\流量

水深\
0 01m
O 02m

0.2

m3.h.】0.4m3.h‘1
99.99 99.99 99.98 99.99

0.6 m3一h‘1

O 8m3?h‘1

99.99 99.99 99.99 99.99

99.98 99.98 99.95 99.92

99 92 99 95 99.87 99.77

003m 0.04m

从表14、表15可以随着流量和水深的增加大肠杆菌群剩余数量也增加,灭活率 则降低,降低趋势见图14。 从圈14可以看出流量小于0.8 m3一h-,水层深度小于0 03m时,出口的大肠菌群 数小于10000个,符合城镇污水处理厂污染物二级排放标准。流量为0.8 m3?h一,水层 深度O.02m时消毒效果最好,水深、流量与灭活率成指数关系,符合下列关系式:

亘塑塞些查兰塑主兰堡堡壅

望查茎丛塑童茎里塑兰墨三苎叁塾垡!!竺窒 y=B。.e(61"X1+b2'X2)

在试验条件下(紫外光强度固定为30W)对水深、流星进行二元非线性指数回 归,得到回归方程为:

圪=1.0109?e(-O.003.xt。0。0294。2’
式中:‰——大肠菌群灭活率/¨ xJ——水层深度/m

x,一流量/m3
100

05



100 oo

瑚o 枷o 咖o
d 牛

99.95

嘉99



90

99 85

篷99 80 斗<
99 75 9970

啪o 鼎 揣 伽∞ 熏 枯 伽∞ 毒 “ m∞ 御∞ 御∞
O 6

}吸

99.65

图1 4不同流量下的大肠杆菌群灭活率分析图
Figure 14 Analysis chartofcolonbacilluselimination rateunderdifferentflow

对不同流量、不同水深条件下大肠杆菌群灭活率方差分析见表16。
表16不同流量、不同水深条件下大肠杆菌群灭活率方差分析
Table 16 Analysis ofvariance ofdual factors ofcolon b∞iⅡ峭elimination rate

under different 差异源
ss DF 3 3 9 15

flow and depth

MS 2.91E 07 1.1E 06 I.39E一07

F 2.09145 7.94453

水深8.71875E一07 流量
3.31187E一06

C;0 05=4.76 瓦:ol=3.29

误差0.0000012506 总计0
0000054344

45

吉林农业大学硕士学位论文

污水紫外消毒装置设计及工艺参数优化研究

3.3,2水深、流量对污水生化需氧量(BOD;)的影响
试验期间,消毒器进水水源的BOD5浓度在25~30mg?Ld之间,变化范围较小 但出水的BOD5值明显降低,见表17、18。
表17明渠紫外消毒后BOD5浓度c/mg?L1
Table 17 BOD5 density after opens wide type channel surfac:e ultraviolet disinfection

、\

承擦\
0 Ol/m
O 02/m

流量 0.2/m3?h’1
15.8 15.9 16 3 16.3
0.4/m3-h。

O.6/m3-h’1 17.4 18 1 18 6 19 5

0 8/m3?h。1 18.6 19 2 19 5
21 0

16.6 16 8 17 5 17.9

0.03/m 0 04/m

表18明渠紫外消毒对BOD。降低率/%
Table 18 BOD5 reducing rate after

opens谢de

type

channel surface ultraviolet disinfection

、\

承旅\
0 01/m
O 02/m

流量

0.2/m3?h.1
47 3 47.0 45.7 45.7

0.4/m3?h。1
44 7 44.0 41.7 40.3

0.6,m3?h。1
42.0 39.7 38.0 35.0



8/m3-h。1
38 0 36 0 35.0 30 0

0 03/m 0.04/m

从表17、18可以看出,消毒后的BODs值随着流量的增加降低幅度减小,在相 同的流量下随着水深的增加降低幅度也减小。BOD5降低趋势见图15。 从图15可以看出,出口的BOD5降低率与水深、流量有关,符合下列关系式: y=Bn.e(6I’。l+62"X2) 用试验结果对水深、流量进行二元非线性指数回归,得到回归方程为:

y^=O.9848.P(一9?7302‘XI一1_4557。。2)
式中:如——_BOD5下降率:

x』——水层深度/m;

xr流量/一;

重竺窭些查兰堡圭兰堡丝壅
5 0 00 4 5 00 4O O O 3 5 0O 3 0 00 25 O 0 2 O 00 1 5 0O 1 0 0O 5 00 0

堕查些盐鲨圭茎堡茎:!±墨三茎叁塾些些翌塞
挖 如




¨

一孚 替掌陛凸o∞茛艚爨毒浆嵘露

侄 一],口E世蛏凸o∞呈f艏絮毒龋账墨 佃
0.2
0.4 0.6 0.8

O0

流量m3?h

固15不同流量下80Ds降低率分析阉
Figure 15 AnalysischartofreAucing rateofBOD5underdifferentflow

对不同流量、不同水深条件下BOD5降低率方差分析见表19。
表19不同流量、不同水深条件下的It01X降低率方差分析
Table 19

Analysis

ofvariance ofdual factors ofBOD5 reducing rate under different flow and depth
ss DF 3 3 9 15 Ms O.001413 O.00834 0 000116 F 12 17014 71.84135

差异源

水深0 004238 流量 误差
O.025019 0.001045 0.030302

乞:。仍=4.76 E圳=3.29

总计

3.3.3水力停留时间的优化
从图14看,流量为0.8m3?h1,水层深度为0.02m时消毒效果最好。在不计紫外 损失的情况下,当流量为O 300W。m-2,计算公式为:


m3?h~,水层深度为0.02m时,消毒器水面的紫外强度为

Q:里


其中;Q——紫外强度/w‘m~; 形——紫外光源功率/30 W: 4——消毒器水面面积/m2;
(由消毒器长度x宽度,其中长lm,
宽0lm)

童竺窒些查兰塑主堂竺笙窒
算公式为:
, p

望查茎丛塑墨茎墨塑:!±墨三茎垒塾垡垡竺壅

当流量为0_8m3.h’。,水层深度为o.02m时,消毒器内的水力停留时间为9秒,计

扛i;

”盖3

其中:f——水力停留时间/s;

卜一消毒器长度/in;
v——消毒器平均流速/m s~5 0——消毒器流量,m3?s~: 4——消毒器过水断面面积A=bh/m2: 6——消毒器宽度fin; 矗——消毒器水层厚度/m;

在实际工程应用明渠表面紫外消毒设施时,由于污水流量大,建议紫外灯垂直于 水流方向布置,消毒槽宽度与紫外灯长度一致,如图16所示。

图16明渠表面紫外消毒设施示意图 Figure
16 sketch map

Ofopen wide

dlsinfe∞tio“establisllm。nt type channel surface ultraviolet

当紫外消毒槽尺寸确定后,即过水断面面积一定时,消毒槽比降与流速、流量成 正比。此时流量和比降可用明渠均匀流公式计算:

”42C 2R

;一旦

式中:f——水槽的比降;

Q一流量/m?s~;
A——过水断面面积A=bh/m2 6——水面宽/m; h——水层厚/m;

c——谢才系数c:三只::


刀——粗糙系数(可查表,混凝土糙率为0.013,铝箔的糙率为0.012)
48

吉林农业大学硕士学位论文

污水紫外消毒装置设计及工艺参数优化研究

尺——水力半径R=孑A=i_bh瓦/m
Z——湿间Z=b十2h/nl; 当消毒槽的进水流量一定时,消毒槽长度计算公式为:

7=,.垒


式中;卜一消毒槽长度/m;
卜一最佳水力停留时间/s:
Q——流量/m?s~; 4——过水断面面积4=bh/m2 b——水面宽度/m: h——水层厚度/m;

3.3.4明渠表面紫外消毒成本分析
从验证实验可以看出在紫外光强度一定(30W)的情况下,污水厂二级出水的适
宜水深为0.03m,适宜流量为O.8 m3?h。按电费为0.5元每度计算,单方水紫外消毒电 耗为0.019元,加上灯管折IB、人员工资后,处理成本约为0.025元?m-3,其它长用的 污水消毒方式的消毒成本见表20。
表20几种污水消毒方式的成本比较b1
Table 17 The cost that several kinds of sewages disinfection is compared

塑童查鲨 垩塑壁奎!歪:£.

堕壑
!:竺

三墼些堑
!:塑

墨墨

茎丛垡』查!奎篁!一

!:!!————上』塑——一

从表20可以看出,明渠表面污水紫外消毒的成本略高于液氯消毒,远低于二氧

化氯和臭氧消毒,成本主要是电费和灯管折旧费;与水下套管式紫外消毒比较成本略
高,但明渠表面污水紫外消毒具有维护简单,灯管不结垢,消毒效果稳定,运行管理 方便等优点,具有很好的应用前景。 本实验的分析结果是建立在总悬浮物在20~25 mg?L’1之间,浊度在3~5度之间, 其它污染物控制项目浓度也符合国家二级排放标准,所以分析的结果具有在二二级污水 厂应用的实际意义。

吉林农业大学硕士学位论文

污水常外消毒装置设计及工艺参数优化研究

4结论
(I)明渠表面紫外消毒有很好的消毒效果,以长春市第三污水厂消毒前的出水 为研究对象,首次提出了紫外光强度一定时(30W),水深、流量与大肠菌群灭活率 之间的关系式:

圪=1.0109?e‘。0

003‘xa圳294‘恐’

(2)綮夕卜线消毒对污水的BOD,有降低作用,以长春市第三污水厂消毒前的出 水为研究对象,首次提出了紫外光强度一定时(30W),水深、流量与BOD。降低率之 间的关系式:

E=0.9848.P(4?7302’xl一1’455吗)
(3)明渠表面紫外消毒方式可用于城市污水二级处理出水的消毒,消毒效果满 足景观及灌溉用水对生物指标的要求。该技术具有能耗及运行费用低、自动化程度高、 维护简便等优点。

5建议
(1)紫外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。
(2)明渠表面紫外消毒的紫外灯在水面以上,一半以上的紫外光是经过反射后

照射水面,寻找紫外光反射率高的材料可以提高紫外线的利用率,即降低紫外线消毒
的成本。 (3)目前国产低噩紫外灯使用寿命一般为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)本实验是建立在COD、BOD5、TSS等影响紫外光透射的因素不变的条件

下,只考虑水深、流量变化对大肠杆菌群群灭活率的影响。建议研究建立COD、BOD5、
TSS影响紫外光透射率多因素变化与大肠杆菌群灭活率的关系模型。

吉林农业大学硕士学位论文

污水紫外消毒装置设计及1艺参数优化研究

参考文献
[1]石淑倩,等我国污水回用现状及前景环境技术2002 [2]f{l国人民共和国水利部2000年水资源公报2001 [3]王宝贞,王琳杨鲁豫污水处理与利用生态系统的研究与工程实践2l世纪中国城市水管理国 际研讨会论文集1999 [4]王惠勇闫鹏中国水资源问题及对策环境保护2000
4 2 33—37

[5]赵银慧,朱建平从城考结果看城市污水处理的发展趋势

中国环境监测2002
21(1)24—27

18 3-5

[6]李善仁等污水回用处理技术现状分析上海环境科学2002

[7]蒋祖斌,何平,余世东,文晓华生活小区生活污水除磷脱氮工艺改进研究四川环境2003
22 4

[8]金凤君华北平原城市用水问题研究地理科学进展2000 19(1)17—18 [9]汪党献,王浩,马静中国区域发展的水资源支撑能力水利学报2000(11)21
26 440

[10]傅春,冯尚友水资源持续利用(生态水利)原理探讨水科学进展2000 11(4)436 【11]汪恕诚水环境承载能力分析与调控中国水利2001(11)6


[12]曹风中主编中国环境与健康报告北京中国环境科学出版社1999 [13]刘鸿志,陈永清我国重点湖泊的水环境管理现状环境保护1998(12)9-10 [14]华小梅我国农药的生产使用状况及其对环境的影响环境保护1999(9)23—25 [1 5]张永伟,满守刚,孙家国中国水资源紧缺原因及解决对策黑龙江水专学报2001
25—27 28(2)

[16]任志蜂污水回用技术浅析净水技术1998(3)29

34

[17]尤作亮,蒋展鹏,师绍琪等强化去除率在强化一级处理效果评价中的应用
1999

中国给水排水

15(8)27 28


[18]张统,张志仁等污水处理工程及工程方案设计北京中国建筑工业出版社2000

【19]王冬云,黄友波,王平安生活污水的化学强化一级处理的研究河北建筑科技学院学报
2003(2)

[20]张秀娟,苏永渤,刘海英小区生活污水处理方法的研究环境保护科学2002(6) [21]胡春玲,邱熔处城市污水回用的途径及技术兰州铁道学院学报(自然科学版)2002(6) f22]Asano
T and Mills R A.Planning and Analysis for water
reuse

projects.Journal AWWA,

Jan.1990 38—47

[23】沈光范,徐强积极稳妥地开展中水回用工作中国给水排水2001

17(4)

[24]杨俊,谭远友,曾庆福城市生活污水深度处理及绿化回用研究武汉科技学院学报2003(5)

吉林农业大学硕士学位论文

污水紫外消毒装置设计及工艺参数优化研究
196 220 64

[25]周彤污水回用决策与技术北京化学工业出版社2002

f26]邬扬善日本中水发展概况、趋势及其运行机制分析给水排水2002 28(2)60

【27]李善仁,夏四清污水回用处理技术现状分析上海环境科学2002 21(1)24—27 [28]籍国东我匡】污水资源化的现状分析与对策探讨环境科学进展1998 7(5)10—13
[29]Shelef G,Azov Y.The coming
region.Wat.Sei.Tee 1996
era

of intensive wastewater

reuse

in the Mediterranean

33(10-11):115—125

[30]白光文工业污水回用是节约新鲜水的重要途径石油化工环境保护1996(3)28—32 [31]武晋生,张鸿涛污水回用系统规划研究概论环境保护1999
12 40—42

[32]邬扬善城市污水处理一投资与决策北京中国环境科学出版社1992
[33]余英姿污水资源化是缓解水资源危机的一条重要途径新疆环境保护2001 23(3)15 [34]李海,孙瑞征,陈振远城市污水处理技术及工程实例化学工业出版社北京 [35]李国欣,李旭东污水资源化利用技术现状及其应用实例给水排水2001 [36]周葆珍饮用水氯化消毒致癌问题给水排水1983(3)32—33 [37]周云,梅胜给水处理中的臭氧副产物中国给水排水1999
15(2)27—28 27(5)15 19
17

f38]王永仪,蒋展鹏,顾夏生二氧化氯消毒现状与发展.中匡I给水排水1996 12(5)23—25
r391Meulemaus C.C.E.The basic principles of UV--disinfection ofwater.Ozone Sci.Eng 1987 (9)299~314

f40】林克椿.生物物理学武汉华中师范大学出版社,1999 [41]陈健,王长生等紫外线消毒技术在给排水中的应用中国给水排水2002 18(7)29—31 [42]顾平,颜育平回用水紫外线消毒城市环境与城市生态1993
6(3)15—20 12

[43]张辰,张欣,吕东明,肖卫星污水消毒标准及紫外线消毒技术应用给水排水2003 [44]国家环境保护总局城市污水处理厂污染物排放标准2002—12~24 [45]朱虹污水处理水的紫外线消毒市政工程国外动态1991(I)25—26 [46]倪福祥,程丽华等污水处理中的紫外消毒技术青岛建筑工程学院学报2003
f47]Iranponr R.Hydraulic effects
design Water Environ Res
on

24(2)

ultraviolet disinfection:modification of reactor 71(1)114—118.

1999

[48]张立成,傅金样紫外线消毒工艺与应用概况中国给水排水2002 18(2)38—40 [49]石中玉紫外线光源及其应用轻工业出版社1984 [50]丁南湖影响紫外线杀菌效果的因素探讨.净水技术1994 [51]薛广波实用消毒学人民卫生出版社
1993

47(1)20—24

[52]张文福医学消毒学军事医学科学出版社北京2002 L53]陈尧,王向东紫外线消毒技术在污水处理中的应用重庆环境科学2001 23(3)49—51 [54]张欣污水处理中的紫外线消毒技术给水排水2002 28(ii)31—33
52

吉林农业大学硕士学位论文

污水紫外消毒装置设计及工艺参数优化研究

致谢
在论文的完成过程中,受到了很多人的帮助和支持,我首先要感谢的是我的导师 赵晓松教授,从论文的选题、定题、实验设计到论文修改、定稿,每一个环节都倾注 了导师的大量心血。她一丝不苟的作风、严谨的治学态度和高尚的品格是我工作、学 习的榜样。 其次我还要感谢环境工程学科的老师,他们在论文的完成过程中提出了许多宝贵 的意见和建议。在进行实验和分析阶段,崔俊涛老师、王玉军老师给予了很多指导和 帮助,在实验过程中王洪阶老师给予了很大的帮助。 最后我要向审阅论文及参加论文答辩会的老师们表示深深的感谢,你们的宝贵意 见将有利于我论文进一步的改进和提高。

作者:韩兴 2006年5月


相关文章:
城市污水处理厂紫外线消毒系统设计要点
城市污水处理厂紫外线消毒系统设计要点福禄克测试仪器(上海)有限公司 200070 冯爱山 摘要:紫外线消毒技术是利用紫外光照射水中的微生物,通过紫外光对微生物的灭活对...
城市污水处理厂紫外线消毒系统设计要点
城市污水处理厂紫外线消毒系统设计要点_电力/水利_工程...五、紫外技术的应用前景 紫外线消毒工艺以其高效, ...同时还应该关注紫外线消毒系统的优化设 参考文献 计...
污水处理厂紫外消毒技术简介
污水处理方面,它将会成为消毒的主流技术。而在设计一套紫外线 消毒装置时,必须充分了解污水成分、处理工艺等,控制恒定的出水流量,确定 合理的紫外剂量和光照时间,...
CASS工艺出水的紫外消毒系统改造
CASS 工艺出水的紫外消毒系统改造 摘要: 某污水处理厂采用紫外线对 CASS 池出水进行消毒,实际运行中由于 CASS 池出水 流量波动与设计值差距较大,造成紫外消毒系统损...
紫外线技术处理废水综述
1986 年, 美国环保署(EPA)将紫外线消毒列入污水消毒设计手册, 进一步推动了紫外...各类城市污水消毒处理中得到日益广泛的应用, 成为替代传统 加氯消毒的主流工艺...
污水消毒标准及紫外线消毒技术应用
污水消毒标准及紫外线消毒技术应用_环境科学/食品科学...得到日益广泛的应用,成为替代传统加氯消毒的主流工艺...模块化明渠式消毒装置大大降低了紫外线污水消毒的...
接触氧化—NLC紫外消毒工艺处理生活污水研究
第三阶段是根据第二阶段优化、 筛选的工艺参数投入中试运行、 采样监测,结果列...NLC 是内装紫外石英灯管,外 衬金属防护罩水套结构的管式消毒装置,污水流经灯管...
污水处理厂紫外线消毒技术的应用
研究,对紫外线消毒技术在污水处理厂中尾水消毒工艺...此曲线是设计紫外消毒工艺的基本依 据,一个紫外消毒...管的优化布局等来提高消毒器利用紫外灯管发射出的...
紫外线杀菌效果实验设计
温度不同紫外线杀菌效率不同)实验装置外围为特制的...有了这距离他们就可以设计污水处理是池子所应设计的...百度认证SEM02关键词优化...1/2 相关文档推荐 ...
地埋式医院污水处理工艺优化设计探讨
地埋式医院污水处理工艺优化设计探讨字数:3083 来源:城市建设理论研究 2013 年 ...消毒工艺一般采用二氧化氯、臭氧、紫外线、次氯酸钠和氯 片消毒。 随着国民生活...
更多相关标签:
污水处理紫外线消毒器 | 污水紫外线消毒 | 污水厂紫外消毒设备 | 污水紫外线消毒设备 | 污水处理厂紫外线消毒 | 污水紫外消毒 | 污水厂紫外线消毒 | 污水处理的紫外消毒池 |