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污水紫外线消毒工艺及影响因素


第 l卷 1

第1 期 

南 京 工 程 学 院 学 报 (自然 科 学 版 )  
Ju a o N n n  stt o T c nl y N t a Si c  d i ) or l f aj gI t e f eh o g ( a r  c neE io   n    i ni    u o u l e tn

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Vo .1 No.   1 1, 1

21 0 3年 3月  

Ma . 2 1   r ,0 3

文章编号 :6 2- 5 8 2 1 ) 1- 0 5— 5 17 2 5 (0 3 0 06 0 

污 水 紫 外 线 消 毒 工艺 及 影 响 因素 
杨柯敏 , 蔡敏琦 , 张 燕  
( 中材地质工程勘查研究院有限公 司, 北京 10 0 ) 0 12 
摘 要: 阐述 了紫外线消毒工艺的 消毒机理 , 主要 分析 了紫外线 消毒 技 术的原理 、 影响 因素及其控 制措施 , 并提 出  

紫外 线技 术在 水处理领域 中所面临的挑 战 , 以期 为紫外消毒技术进一 步的推 广应 用提供参 考.  
关键词 : 污水处理 ; 紫外线消毒 ; 影响 因素 

中图分 类号 : 7 3 1 X 0 . 

UV  sn e t n o   a twa e   n  h   n rb t g F co s Dii f ci   fW se t r a d t e Co ti u i   a t r   o n
YANG  — n CAI Mi - i Ke mi ,   n q ,ZHANG  n Ya  

( h ne i elg a E g er gE poa o   c dmyC .Ld ,B in  0 12 hn ) Z o ga G o i l n i ei   xlrt nA a e   o t. e ig10 0 ,C ia   o c  n n i j  

Ab t a t T i p p r e a o ae   h   c a im  f UV d sne t n tc n q e a d su is t e p n i l s c n r ui g s r c : h s a e   lb r ts t e me h n s o    i fc i   e h iu , n   t d e   h   r c pe , o t b t     i o i i n f co s swe   S s me s l t n   fUV d s e t n tc n lg . T e c aln e   a i g wa twae  r ame tu i g U a tr ,a   U 8   o   o u i s o    ii ci  e h oo y h   h l g s f cn   s e tr t t n   s   V  o f n o e e n d sn e t n tc n lg   r   s  n r d c d n t e h p   f f r g h l   rmo e a p iain   ft i tc n l g . ii ci  e h oo a e a o i t u e ,i  h   0 e o  e n   ep f   r   p l t so   s e h o o y  f o y l o o i o c o h  
Ke   r s y wo d :wa twae   e t n ;UV d sne t n o t b tn   c os se t rt a me t r   ii c i ;c n r u i g f tr  f o i a

据相关文献报道[ ]水处理中常用的消毒方法有氯消毒、 1 ,   二氧化氯消毒 、 臭氧消毒和紫外线消毒等.   液氯消毒是应用最广泛 、 技术最成熟的一种消毒方法 , 但是在常用剂量下液氯对病毒失活效果甚微 , 对某  些微生物无杀灭作用 , 且易与污水中的有机物反应而产生具有“ 三致性 ” 的三 卤甲烷等有机卤代物. 二氧 
化 氯对 细菌 、 毒及真 菌孢 子 的杀灭 作用 均很 强 , 其性 质不 稳定 , 病 但 对操 作管 理 的要求很 高 . 臭氧 具有较 强  氧 化作 用 , 可杀灭 微生 物 、 细菌 、 病毒 , 增加 水 中 的溶 解 氧 , 比较理 想 的消毒 剂 , 投资 运行 成本 高是制 约  是 但

其推广使用的主要因素. 紫外消毒具有不产生有毒有害副产物、 消毒效率高 、 操作简便等优点 , 应用紫外线  来消毒废水的趋势将得到进一步扩展.  

1 紫外 线 消毒 的机 理 和 特 点 
11 紫外 线消 毒的机 理  . 紫外光 ( V) 波长 在 10~ 0 m之 间 的电磁 波谱 的一部 分 . 外光 按照 波长 范 围的不 同又 可以分  U 是 0 40n 紫 为 U A( 1 40n 、V 20~ 1 m) U C 20—20n 和 真空 紫外 线 (0 20n 四段 . V 35 ̄ 0 m) U B(8 3 5n 、 V (0 8 m) 10— 0 m) 其 

中起杀菌作用的波长主要是 c波段紫外线. 1   

收稿日期 : 0 2—1 21 2-2 ; 回日期 : 0 3— 1— 0 1修 21 0 2 

作者简介 : 杨柯敏 , 硕士 , 高级工程师 , 研究方 向为环境影响与评价 
E- n. i eih 1 3 cm ma _ a ah @ 6 .o   jn

南京工程学院学报( 自然科学版 )  

21 0 3年 3月  

紫 外线 消毒 是一种基 于 现代 防疫学 、 学 、 光 生物学 和物 理 化学 的消 毒 技术 , 用 特殊 设计 的 紫外 发 生  利

装置产生的 U C照射流水( V 空气或 固体表面) 当水( , 空气或固体表面) 中的各种细菌 、 病毒、 寄生虫、 水藻  以及其它病原体受到一定剂量的 u c辐射后 , v 其细胞 中的, A( D N 脱氧核糖核酸) R A 核糖核酸 ) 或 N ( 结构 

受到破坏 , 使其丧失复制和繁殖能力 , 细菌 、 病毒就会迅速死亡 , 从而在不使用任何化学药物的情况下达到 
消毒和 净化 的 目的.  

12 紫 外线 消毒 的特点  . 紫 外线是 一种 绿色 的广谱 杀菌剂 , 无二 次污染 , 不增 加 污染 物 的遗传 毒性 ]近 年来 成 为水 处 理 领  也 , 域 的研 究热点 . 紫外 线消 毒具有 如下优 点 :)紫外 线 消毒 是 物理 消 毒过 程 , 改变 水 的成 分 和结 构 , 1 不 无需  投 加化学 药剂 , 无二 次污 染 , 安全 卫生 ;)消毒 时 间短 , 2 杀菌 范 围宽 , 果 好 ;)与 液氯 消 毒 工艺 比较 , 效 3 其 

投资少 、 运行成本低 、 操作运行简便 ;)紫外线消毒系统 占地面积小, 4 设备一体化 、 自控化.  
紫外 消毒 已在 欧美等 发达 国家 的各 个领 域得 到 了广 泛运 用 , 国对 污水 处 理 和污 水再 生 回用 的要 求  我 日益 严格 , 随着 人们对 污水 消毒 的 日益重 视 和现 有 污水 厂 的运 行 经验 积 累 , 外线 消 毒 技术 逐 步 得 到推  紫 广, 开始 大规模 应用 于污水 处理领 域 .  

2 紫 外 线 消毒 应 用 中的 影 响 因素 
紫外线 剂量 是进行 紫外 线消 毒工艺 的重 要指标 . 微生 物 所接 收到 的 紫外 照射 剂 量决 定 了其 灭 活 的程 
度 , 同 的微生 物种类 对相 同紫外 剂量 的响应 是不 同 的. 不  

在实际的紫外线消毒器或 系统 中, 由于光强在空 间的不均匀分 

布、 流体动力学的限制以及微生物在消毒器中滞留时间很短( 一般 曼   1 1 )每个微生物个体接收到的紫外剂量是不同的( — 0s , 即消毒器非 三  
理想 )一般 用紫 外平行 光 束 仪 来测 量 某 种 微生 物 对 紫外 照 射 的 响应  . 特性 , 即其 对紫外 线消毒 的敏感性 . 在特 定 光强 下 , 过 控 制 曝光 时 间  通

得到不 同的紫外剂量 , 再测 出相应 的存活微生物含量 , 可得到该微生
物 的紫外剂 量响 应 曲线 , 图 1S. 见  ] E  由 图 1可 以看 出 , 应 曲线 在 剂 量增 加 到一 定 范 围后逐 渐 持 平 , 响  

楚  
紫 外剂量/ w‘ 。m ) ( s c  m  

即存在 极 限 , 要和处理 水 的物理 化学 性质 , 悬 浮物 和 颗粒 尺 寸 、 主 如 水  图 l 微生物紫外剂量响应 曲线  中微生 物 的类型 和数量 、 他杂质 含量 等有关 . 其 此外 影响紫 外线杀 菌效 果 的因素 主要有 紫外线灯 管 的使用  时间、 结垢 问题 和老化 特性 、 系统设 计 的方式 以及反 应器 的形态 、 力 条件等 . 水  
2 1 紫外灯 管 的性能  .

紫外灯 管是 紫外线 消毒 系统 的重要组 件 , 能包 括灯 管 的使 用寿命 、 管结垢 和老化 特性 . 性 灯   1 )有 数据 表 明 , 国产 低 压 灯 管的 有效 使 用 时 间一般 在 300h以上 , 口低压 的灯 管 可达 800至   0  进  0
1   0   6 U 灯 可分为低 压灯 、 2 0 0 hl】 V 中压 灯 、 压灯 和超 高压灯 , 高 用于水 处理 的


u V光源 主要 是低 压灯 和 中压 

灯. 低压型系统需要更多的紫外线消毒灯和更长的接触 时间, 水流在反应器 中的混合 比中压型系统更充  分, 灯的利用也更好. 中压型系统 , 水流的停 留时间较短 , 紫外光的分散度更大, 其效率不如低压系统 , 但其  光谱范围广 , 杀菌射线绝对量较多, 灯管数量少 , 适用于高浊度排放水和大型污水处理厂.   2 )当污水流经 u V消毒器时 , 中有许多无机杂质会沉淀 、 其 粘附在套管外壁上 , 尤其 当污水 中有机物  含量较高时更容易形成污垢膜 , 会抑制紫外线的透射 , 影响消毒效果. 目前 , 手动清洗 、 在线 自动清洗和化 

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杨柯敏 , : 等 污水紫外线消毒工艺及影响 因素 

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学清洗技术都 已经非常成熟 , 于大规模 的紫外模块 , 对 普遍采用机械清洗 + 化学清洗的方式.  
3 )灯 管 在使用 过 程 中会 逐 渐老化 , 外能输 出会 随时 间 而 衰减 . 剂 量计 算 时 必须 计 入 灯管 老 化 系  紫 在 数. 目前市 场 上大 多数 紫外灯 管 的老化 系数 在 0 5左 右 , 别 厂 家灯 管 的 老化 系 数 可 达 0 8左 右 . 外 系  . 个 . 紫 统 协议 规定 紫 外线 消毒 系统灯 管 老化 系数 为 05  ..
2 2 处理 水 的物理 化 学性质  .

221 . . 紫外线的穿透率( V ) U T 
紫外 光 的穿透 率是 反映 了紫 外光在 液体 中的浸 透深度 , 是设 计 紫外 消毒 系统尺 寸 的重要依 据 . 紫外线 

的穿透率随着水层厚度的增加而降低 , 当污水中含有能够吸收紫外线的可溶性化学物质时 , 紫外透光率也 
会降低. 就消 毒效果 而 言 , 少照 射强 度 的影 响大于 水 的能见 度 的影 响 , 通 过延 长 接触 时间 或增 加 消毒  减 可 系统 中紫 外灯 数 目的方 式来 补偿 .   在设 计实 践 中 , 般要求 lc 一  m水样 透 光率 ≥6 % c , 5 7 并加 入较 为灵 活 的 自动控 制 系统 , ] 随时监 测来水  水质 , 随着透 光率 的变 化 , 自动控 制 系统可 以随时调 整紫 外 灯输 出强度 或 开启 台数 , 而保 证 良好 的消 毒  从
效果 .   2 2 2 悬浮 固体 ( s 和 颗 粒尺 寸  .. s)

水质 参数 如悬 浮 固体反 映 了光线 被悬 浮物 质散 射 的强度 , 和颗粒 的大小 、 状 以及颗粒 的折 光率有  它 形 关 , 响 紫外 光 的透 射率 . 影 其对 紫 外线 消毒 效果 的影 响主要 表 现在 :)悬 浮颗 粒通 过吸 收和散 射 紫外 光使  1

透过水体的紫外光强度降低 , 从而使得达到微生物表面的紫外线剂量受到影响; )悬浮颗粒对微生物起  2
到屏 蔽作 用 , 微生 物在 颗粒 中受 到保 护避 免 了紫外 线 的破 坏 , 难被 消毒 . 随着 流量 的加 大 , 浊度 和悬 浮物 对  消毒 效果 的影 响越 明显 . 因此用 紫外线 消 毒 的污水对 其 进水 的浓度 要 严格 控 制 , 般推 荐 s 一 S应该 不 超 过 
2   /L  . 0 mg  

粒 子尺 寸对紫 外光 的穿 透能 力有 影 响 . 寸小 于 1  m 的粒 子容 易 被 紫外 光 穿 透 , 紫外 光 的需求  尺 0 对 量低 ; 寸在 1 4  m 之 间 的粒 子 可 以被 紫外 光穿 透 , 尺 0 ̄ 0 紫外需 求量 增加 ; 寸大 于 4  m 的粒 子则 很难  尺 0

被紫外光穿透 , 紫外需求量 比较高[. 9  ]
2 2 3 无机 离子 浓度  ..

铁是紫外线的强吸收体 , 水中含铁会降低紫外线穿透率. 用铁盐做絮凝剂 的处理 出水中含有较高的 
F¨ e


对 后续 的紫外线 消毒 可能 会产 生影 响 . 盐 在较低 浓 度时对 紫外 线灭 活大肠 杆 菌有较 明显 的减 弱作  铁

用 , 随 着紫 外线剂 量 的增 高 ,e 浓 度 的影 响逐 渐 不 明显 . 但 F  有研 究  表 明 ,e 对 紫外 线灭 菌 效 果 产 生  F  影 响 的浓 度为 007m / 另外 , .5  gL, 铁盐 的存 在 还 易 加速 紫 外 线 灯 管 的结 垢 H 因此 对 于 水处 理 过 程 使 用   . 到铁 盐或 污水 中含 铁盐 较高 的水 厂来说 , 择紫 外线 消毒 时应 考虑铁 的因素 . 选  

腐殖酸是紫外线 的强吸收体 , 当腐殖酸浓度增大时 , 大肠杆菌的去除率明显降低 ( 特别是在浓 度为 
5  gL时 ) 低浓度 (<1  sL 对 紫外线 消 毒效果 的影 响可 以忽 略 H 当紫外 线 照射 剂 量 由低 到 高逐  0m / ; 0m / )  .

渐增加时 , 不同浓度的腐殖酸对紫外灭活大肠杆菌去除率的降低程度也逐渐减小 , 去除率逐渐接近.  
224 微 生物 的类 型和数 量  ..

污水消毒侧重于杀灭通过水传播疾病的肠道细菌. 紫外线对细菌 、 病毒、 真菌 、 芽孢等均有杀灭作用.  


般情 况下 , 兰 氏阴性 杆菌最 易 为紫外 线杀 死 , 次是 葡 萄球 菌属 、 革 其 链球 菌属 和细 菌芽孢 , 真菌 孢子抵 抗 


力 最强 , 病毒 对紫 外线 的抵 抗力 比细 菌芽 孢低  为达 到 相 同 的杀 菌 效果 , 紫 外 线不 敏 感 耐 受力 强 的  引. 对 微 生物 , 必须 采用 较 大 的照射剂 量 .  

南京工程学 院学报 ( 自然科学版 )  

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2 3 反应 器的 水力条 件  . 大 多数消毒 系统 采用 的是 明渠式 , 在进水 、 出水 渠道 中取 得匀 速 的速 度 场 , 实 际 过程 中水 流 状态 和  但 理想 状态 有很 大差异 . 当水 量突然 增大 时 , 紫外线接 触 时 间变短 , 需要 更 强 的紫 外 剂量 . 因此 , 紫外 线 消毒 

系统通常根据最大峰值流量设计.  
如在 大连某 污水处 理厂 (000m / ) 其连 续进水 250m / 6 0   d 按  0   h进 行设 计 , 在 实 际运行 后 发现 , 但 紫 

外消毒渠前处理工艺不能实现 2  连续出水 , 4h 没有达到设计预期效果 , 故实际运行过程 中的流量波动使 
紫外消毒系统损坏 , 运行不稳定 , 出现峰值流量( 瞬时最大流量为 450m / )  0  。h 时杀菌效果不达标 、 灯管频  繁启动影响其使用寿命 、 水位控制装置动作频繁及套管结垢加重等问题. 针对上述问题 , 对紫外消毒系统  进行了改造 : 新建 l 座紫外消毒渠 , 有渠道作为检修超越渠道使用. 原 新建紫外消毒系统按照最大流量 
( 0   h 进行设 计 , 450m / ) 增加紫 外消 毒模块 及紫外 灯管 数量 , 同时将 水位控 制装 置 由无 动力 自动控 制堰 门  改 为 固定 溢流堰 , 保证 在零 流量 时灯管全 部淹 没在 水 中 , 不会 频 繁启 动 , 持 2  保 4h连续 点亮 ; 同时保 证 在  最 大流量 时堰 上水深 不会 超 出灯 管有效 杀菌 范 围.  

3 紫 外 线 技 术在 水 处 理 领域 的应 用 工 艺   
紫外 消毒法 最早 应用 于美 国 , 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 . 国在 紫外  我 消毒领 域 尚处 在起 步阶段 , 目前在 饮用水 消 毒 、 再生 回用 水消毒 、 生活 污水 、 工业废 水等 的消毒 处理 中得 到 
了一定 的应用 .  

紫 外线 消毒虽 然具有 很多化 学消 毒无法 比拟 的优点 , 也存 在一些 制约 其发展 的 因素 , 突出 的是紫外  最

线无持续杀菌能力. 另外紫外消毒对水体要求高 , 使其在应用中面临着诸多问题 , 如何有效地解决这些问 
题, 是紫 外线技 术在 水处 理领域 推广应 用所 面临 的巨大挑 战 .  
3 1 采用组合 消毒 工艺 实现持续 杀菌  .

紫 外消毒 利用 辐射破 坏细 菌和病 毒 的核 酸 物 质 ]不 向水 中增 加任 何 化学 物 质 , , 当处 理水 离 开 反应  器后 , 分被 紫外 线杀伤 的微 生物有 可能会 修复损 伤 的 D A分 子 , 部 N 使其 再 生 . 因此 , 维持 持 续 的消 毒 效  要 果 , 外线需 要与 其它 消毒技 术联用 . 紫 如紫 外与氯 胺 的组合 消 毒工 艺 , 即可 以利 用 紫外 线 的广 谱 杀菌 能 力  和高效 杀灭贾 第鞭 毛虫 和隐孢 子虫 的能力 , 又可 以利用 氯胺 消毒持 久性长 和消 毒副产 物链很 小 的优 势 .  
3 2 高级 氧化功 能处理 难降解 有机 污染物  .

利 用 紫外线 高级氧化 功 能而发 展起来 的光化 学 氧化 和光催 化 氧化 都 是近 年来 新 兴 的水 处 理技 术. 光  化学 氧化法 是在 光 的作 用下 进行化 学反应 , 采用 臭氧 或过 氧化氢做 为 氧化剂 , 在紫外 线 的照射下 使污染 物 

氧化分解 , 从而达到水中污染物质 的高效降解. 光化学氧化 系统组合工艺主要有 U / : : V H 0 系统 , V O  U /,
系统 和 U / 3H 0 系统 . V O/ 2 2  


般认 为 U /   : V H 0 的反应 机 理是 : 分子 的 H 0 在 紫外光 的照射 下 产生 2分 子 的 H 自由基 , 后  1 :  O 然

O 自由基 与有机物 作用 并使其 分解 , H 如下所 示 :  
H2 02+h -* HO 。 v 2   H2 O2+h - v ÷HO2‘ +H ‘  

HO ? +H2 _’ 02- HO2’ +H2   0
H ? +H2 —  O2 HO ? +H2 0 

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杨柯敏 , : 等 污水紫外线消毒工艺及影响因素 
HO2? +H2 2 十 0 一 H0 ? +H2 +O   0 2

其它光化学氧化系统的反应原理与 U /     V H O 系统相似 , 都是通过紫外光子 的激发产生羟基 自由基.   光催化氧化就是利用半导体催化剂( 纳米二氧化钛被认为是综合性能最好的催化剂 ) 结合具有一定  能量的光辐射 ( 紫外光) 利用紫外光产生的光量子激发催化剂 , , 产生的羟基 自由基 以其特有 的强氧化能 
力, 可将 许多 化学 法 、 物法 无法 氧化 的有 机物 , 生 完全 氧化 为 C  H: 相 应 的无 机 酸 , 且不 会 造成 二  O 、 O及 而 次污 染 .  

紫外线的高级氧化功能适用于处理有机物浓度高、 可生化性差的工业废水 , 尤其适合于处理难降解的 
大分 子有 机物 , 农药 、 如 有机 氯代 物 、 多环芳 烃 等.  

4 结 语   
紫外线消毒城市污水不投加化学药剂 , 不产生有害物质 , 安全可靠 ; 紫外线消毒运行成本低 , 操作运行  简便 , 易于维护管理 ; 随着对紫外消毒机理的深人研究 , 紫外线技术 的不断发展以及消毒装置在设计上的 
日臻 完 善 , 紫外 消毒法 有望 成为 代替 传统 氯化 消毒 的 主要 方法 之 一. 随着 目前 紫 外 线 消毒 技术 日趋 完善 ,   紫 外消 毒法 在水处 理 中 的应用技 术 对于我 国用 水安 全性 有着 重大 的实 际意 义.  

参考 文献 :  
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城市污水处理厂紫外线消毒系统设计要点_电力/水利_工程...还要考虑两个影响因素,灯管老化和套 管结垢对设备...五、紫外技术的应用前景 紫外线消毒工艺以其高效, ...
紫外线技术处理废水综述
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...本文将论述紫外线技术处理废水的原理,影响因素,存在问题,以及紫外线技术在国 ...
紫外线消毒在水处理中的应用
1986年, 美国环保署(EPA) 将紫外线消毒列入污水...三、影响紫外线消毒效果的因素 1.紫外剂量 紫外剂量...许多国家对自来水采用紫外 线再加氯消毒工艺,以保证...
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