-.z.消毒技術(shù)的過(guò)去現(xiàn)在及未來(lái)2008年11月02日02:06:43本文導(dǎo)讀：紫外(UV)消毒技術(shù)的過(guò)去、現(xiàn)狀及未來(lái)-紫外線,消毒,UV......摘要：該項(xiàng)評(píng)估通過(guò)對(duì)大量指示微生物和水體毒性的監(jiān)測(cè)，對(duì)紫外線消毒和氯消毒的效果進(jìn)展了比擬，并研究了污水水質(zhì)對(duì)紫外線劑量需求的影響。值得說(shuō)明的是這套系統(tǒng)目前還在良好運(yùn)行中。關(guān)鍵字：紫外〔UV〕消毒技術(shù)經(jīng)過(guò)二十多年的開(kāi)展，特潔安(Trojan)技術(shù)公司的紫外線〔UV〕消毒技術(shù)已經(jīng)開(kāi)展成為取代化學(xué)消毒的成熟技術(shù)。位于加拿大安大概省倫敦市的特潔安(Trojan)公司對(duì)紫外線給排水處理技術(shù)進(jìn)展了深入的研究、開(kāi)發(fā)，推動(dòng)了紫外線技術(shù)的開(kāi)展，為廣泛推廣紫外線消毒的應(yīng)用做出了重大奉獻(xiàn)。1982年，特潔安(Trojan)在安大概省TILLSONBURG污水處理廠安裝了世界上第一套明渠式、模塊化紫外線污水消毒系統(tǒng)。這一創(chuàng)新大大降低了紫外污水消毒本錢(qián)、使得紫外污水消毒應(yīng)用靈活、且運(yùn)行維護(hù)簡(jiǎn)單方便，從而促進(jìn)了紫外線消毒技術(shù)在污水處理里的應(yīng)用，目前在全球安裝使用的紫外污水消毒系統(tǒng)中有95%以上采用了特潔安的明渠式和模塊化的創(chuàng)意。加拿大環(huán)境部和特潔安公司的技術(shù)人員對(duì)TILLSONBURG紫外系統(tǒng)的消毒性能、運(yùn)行和維護(hù)進(jìn)展了長(zhǎng)時(shí)間的評(píng)估。"WaterPollutionControl"〔1984年7月〕雜志也出版了該工程報(bào)告和論文，提供了大量重要的資料。該項(xiàng)評(píng)估通過(guò)對(duì)大量指示微生物和水體毒性的監(jiān)測(cè)，對(duì)紫外線消毒和氯消毒的效果進(jìn)展了比擬，并研究了污水水質(zhì)對(duì)紫外線劑量需求的影響。值得說(shuō)明的是這套系統(tǒng)目前還在良好運(yùn)行中。通過(guò)繼續(xù)對(duì)這種理想消毒技術(shù)的研究，1986年美國(guó)環(huán)保署〔USEPA〕將紫外線消毒列入了污水消毒設(shè)計(jì)手冊(cè)并預(yù)言：做為逐漸成熟的消毒技術(shù)，紫外線消毒取代化學(xué)消毒有著巨大的潛力。在當(dāng)時(shí)，已經(jīng)有52套紫外線消毒系統(tǒng)在污水處理廠中得到應(yīng)用，65套紫外線污水消毒系統(tǒng)正在設(shè)計(jì)或建立中。隨著對(duì)化學(xué)消毒產(chǎn)生后果認(rèn)識(shí)的提高，公眾已經(jīng)開(kāi)場(chǎng)越來(lái)越關(guān)心與其相關(guān)的環(huán)境和安康問(wèn)題，從而推動(dòng)了紫外線消毒取代化學(xué)消毒的進(jìn)程?，F(xiàn)在，作為凈水和污水的一項(xiàng)有效消毒技術(shù)，紫外線已處于一個(gè)有利的位置?，F(xiàn)在在世界各地已有3000多座市政污水處理廠安裝使用了紫外消毒系統(tǒng)。技術(shù)的開(kāi)展、產(chǎn)品的不斷優(yōu)化和設(shè)計(jì)改善使得紫外系統(tǒng)能滿(mǎn)足于污水、飲用水和工業(yè)用水的處理每一個(gè)工程的具體要求。在開(kāi)發(fā)、應(yīng)用紫外污水消毒技術(shù)方面，北美一直處于這一行業(yè)的領(lǐng)導(dǎo)地位，無(wú)論是從應(yīng)用時(shí)間還是從應(yīng)用范圍和規(guī)模上。在北美，傳統(tǒng)的化學(xué)消毒大大降低了由水中病原體導(dǎo)致的疾病的突發(fā)，但是仍然會(huì)爆發(fā)一些腸胃疾病，只是沒(méi)有報(bào)道而已。將來(lái)，消毒技術(shù)和消毒方法將面臨新的致病細(xì)菌、病毒和原生動(dòng)物對(duì)人類(lèi)安康的挑戰(zhàn)。本章主要討論了紫外線技術(shù)的最新開(kāi)展和關(guān)于應(yīng)用紫外線消毒的概況，并以安大概省污水處理廠的情況進(jìn)展案例說(shuō)明。介紹在北美，實(shí)際消毒方法的選取取決于公眾的安康、保護(hù)水資源和人類(lèi)的自身環(huán)境要求。廣泛地采用加氯消毒，顯著減少了以水做為載體的疾病的爆發(fā)，全面提高了人類(lèi)的安康水平。但同時(shí)化學(xué)消毒也帶來(lái)了嚴(yán)重的問(wèn)題，例如：運(yùn)輸、儲(chǔ)存和使用危險(xiǎn)的化學(xué)物品，化學(xué)物質(zhì)對(duì)環(huán)境的負(fù)面影響，水體的毒性〔如：余氯〕，有機(jī)氯的潛在危險(xiǎn)〔三氯甲烷和鹵乙酸等〕。另外很多病毒和原生動(dòng)物〔如：隱孢子蟲(chóng)〕對(duì)氯有抗藥性。從1878年人類(lèi)發(fā)現(xiàn)太陽(yáng)光中紫外線的殺菌作用以來(lái)，人們對(duì)紫外線在飲用水和污水消毒方面進(jìn)展了研究。過(guò)去的二十多年里，紫外線技術(shù)有了顯著的進(jìn)步，本錢(qián)也大大降低。特潔安公司將紫外消毒技術(shù)開(kāi)展成一項(xiàng)成熟可靠的技術(shù)，市場(chǎng)占有率達(dá)70%多。過(guò)去的成就安大概省水資源委員會(huì)〔OWRC〕于1965年和1969年分別對(duì)紫外線在HUMBER河水的殺菌性能進(jìn)展了評(píng)估。通過(guò)對(duì)污水和含有氯化鐵自來(lái)水混合溶液的試驗(yàn)，證實(shí)了紫外線完全可以滅活大腸桿菌，并產(chǎn)生大腸桿菌吞噬體。研究顯示色度、濁度和固體懸浮物的增加將直接影響消毒效果。在BURLINGDON市，加拿大內(nèi)陸水中心對(duì)紫外線取代化學(xué)消毒非常感興趣。1975年OLIVER和COSROVE〔1975〕在實(shí)驗(yàn)室對(duì)HUMITTON和OAKVILLE污水處理廠的二級(jí)處理的污水消毒進(jìn)展了模擬實(shí)驗(yàn)評(píng)估。接著的研究是，OLIVER和CAREY〔1975〕對(duì)流量在9L到90L/分鐘的污水，經(jīng)過(guò)低壓紫外燈進(jìn)展測(cè)試，觀察到紫外線對(duì)紅鱒魚(yú)沒(méi)有毒性，而氯則有毒性。TONELLI和HO〔1978年〕對(duì)紫外線進(jìn)展了評(píng)估，研究說(shuō)明低劑量的紫外線對(duì)二級(jí)處理排放的污水消毒是有效的殺毒劑，不會(huì)產(chǎn)生有害副產(chǎn)物。研究還說(shuō)明紫外線消毒的主要優(yōu)勢(shì)在于：消毒時(shí)間短，費(fèi)用上比氯消毒/脫氯方式有競(jìng)爭(zhēng)力。1979年在MISSISSAUGA由于火車(chē)出軌引起氯氣的泄露，導(dǎo)致了240,000人的撤離。從此，人們開(kāi)場(chǎng)關(guān)心平安問(wèn)題，并加強(qiáng)尋找其他消毒方法。安大概省環(huán)境部對(duì)這種新型的消毒技術(shù)表示持續(xù)的興趣。1982年HO〔1982〕在NEWMARKET進(jìn)展了為期8個(gè)月的研究，處理過(guò)程包括：活性污泥法和在沙濾后加氯化鐵除磷工藝；紫外線消毒中試由16根同軸密封低壓紫外燈構(gòu)成，每根燈管都由石英管保護(hù)，紫外燈排列和污水水流方向垂直；管壁每24小時(shí)進(jìn)展手動(dòng)清潔；沒(méi)有計(jì)算紫外線劑量。大腸桿菌總數(shù)指標(biāo)的幾何平均數(shù)要小于2500/100ml，這個(gè)指標(biāo)基于10個(gè)試樣，其中85%的大腸桿菌總數(shù)要小于5000/100ml，用16根燈管殺菌的效果能到達(dá)99.97%。紫外線消毒的費(fèi)用估計(jì)是加氯/脫氯的1.2-1.3倍，是臭氧和二氧化氯消毒的一半。1984年HO和BOHM〔1984〕在RICHMONDHILLWPCP經(jīng)過(guò)6個(gè)月的研究，繼續(xù)對(duì)紫外線消毒進(jìn)展評(píng)估。二級(jí)處理污水經(jīng)過(guò)常規(guī)的活性污泥法、加氯化鐵除磷再流經(jīng)紫外線進(jìn)展中試。通過(guò)增加導(dǎo)流板和分配管來(lái)改變16根燈的中試系統(tǒng)。紫外線劑量為25mWs/cm2時(shí)，大腸桿菌的總數(shù)在200到500/100ml。劑量為50mWs/cm2時(shí)，大腸桿菌的減少?zèng)]有明顯提高。在實(shí)驗(yàn)中采用二級(jí)處理污水和一級(jí)處理污水相混合來(lái)模擬一級(jí)混合污水的水質(zhì)，二級(jí)污水中固體顆粒所含鐵的濃度較高，要到達(dá)大腸桿菌指標(biāo)時(shí)，需要較高的紫外線劑量〔表1〕。鐵濃度對(duì)紫外線劑量的影響要高于一級(jí)混合污水中高TSS濃度的影響。實(shí)驗(yàn)中每8小時(shí)手動(dòng)清潔石英管壁。表1：大腸桿菌達(dá)標(biāo)時(shí)，污水水質(zhì)與紫外線劑量的關(guān)系但在當(dāng)時(shí)，紫外線系統(tǒng)僅在飲用水處理中有所應(yīng)用，而且當(dāng)時(shí)普遍認(rèn)為紫外線僅僅對(duì)殺死細(xì)菌、病毒有效，而賈第蟲(chóng)則具有抗紫外性〔RICE，1981〕。后來(lái)對(duì)隱孢子蟲(chóng)也有類(lèi)似的結(jié)論，由于發(fā)現(xiàn)滅活原生動(dòng)物需要較高的紫外劑量，通常認(rèn)為紫外線不適合在這方面的應(yīng)用。所以TOBIN于1983年建議在UV消毒處理之前應(yīng)先濾去胞囊。15年后新的實(shí)驗(yàn)研究說(shuō)明，當(dāng)初的分析方法低估了紫外線對(duì)胞囊傳染性的真正作用〔CLANCY，1998，F(xiàn)INCH，1999，LINDEN，1999〕。這些新的研究結(jié)果說(shuō)明實(shí)際上用很低的紫外劑量就可對(duì)賈第蟲(chóng)和隱孢子蟲(chóng)進(jìn)展滅活。受到這些新研究發(fā)現(xiàn)的推動(dòng)，美國(guó)環(huán)保署正在制定新的地表水和地下水處理規(guī)則，新的標(biāo)準(zhǔn)中消毒要求更為嚴(yán)格并增加隱孢子蟲(chóng)做為指標(biāo)微生物之一，與此同時(shí)還即將出臺(tái)更為嚴(yán)格的消毒副產(chǎn)物標(biāo)準(zhǔn)。美國(guó)環(huán)保署的有關(guān)技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)估說(shuō)明紫外線消毒比加氯消毒和臭氧消毒可以更為經(jīng)濟(jì)有效地控制這些原生動(dòng)物，且不會(huì)產(chǎn)生消毒副產(chǎn)物。預(yù)計(jì)這些新標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施將使紫外線消毒技術(shù)在自來(lái)水廠中得到大規(guī)模的應(yīng)用。安大概省環(huán)境部MOE繼續(xù)試驗(yàn)紫外線對(duì)廢水消毒的效果。1982年BOHM和HO對(duì)8家污水處理廠的二級(jí)和三級(jí)污水進(jìn)展了研究〔表2〕。污水經(jīng)過(guò)6只Teflon管子，這些管子由12只低壓燈和反射鏡包圍著，最大流量為190L/分鐘〔50GPMUS〕。表2：消毒達(dá)標(biāo)時(shí)，污水水質(zhì)與紫外線劑量關(guān)系通過(guò)對(duì)被滅活的總大腸菌〔TC〕、糞大腸菌〔FC〕、大腸桿菌〔E.coli〕、糞鏈球菌和沙門(mén)氏菌數(shù)量來(lái)估計(jì)紫外線的劑量需求。他們的結(jié)論是：對(duì)二級(jí)和三級(jí)污水采用紫外消毒投資效益高，且當(dāng)紫外線劑量在17到58mWs/cm2的范圍時(shí)，能到達(dá)＜2500TC/100ml的消毒指標(biāo)，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)紫外線能有效地降低所有測(cè)試微生物含量。由于紫外線穿透率不是影響消毒的唯一參數(shù)，他們建議進(jìn)展進(jìn)一步地研究，來(lái)探明TSS和粒徑對(duì)消毒的影響。1982年在安大概省TILLSONBURG安裝了第一套完整的紫外線系統(tǒng)—TROJANUV2000系統(tǒng)，該系統(tǒng)也是第一套應(yīng)用明渠式模塊化設(shè)計(jì)的紫外消毒系統(tǒng)并采用了低壓紫外燈。TILLSONBURG污水處理廠采用活性污泥法工藝。紫外系統(tǒng)由4組紫外燈模塊組成，安裝在渠道的后面，這些研究直接提供了紫外線消毒與加氯消毒效果的比擬。通過(guò)對(duì)污水的測(cè)試，得出出水平均紫外穿透率為77%，TSS小于10mg/L。對(duì)承受水體的靜態(tài)實(shí)驗(yàn)沒(méi)有發(fā)現(xiàn)任何光修復(fù)現(xiàn)象。3小時(shí)內(nèi)也沒(méi)有發(fā)現(xiàn)暗修復(fù)。紫外線處理污水48小時(shí)以上，對(duì)紅鱒魚(yú)都沒(méi)有致命影響，而加氯消毒24小時(shí)內(nèi)，紅鱒魚(yú)就全部死亡，7小時(shí)內(nèi)死亡率為50%。1984年，WHITBY的研究說(shuō)明紫外線比加氯消毒能更有效地到達(dá)消毒指標(biāo)〔表3〕，紫外線處理污水對(duì)環(huán)境沒(méi)有毒性。論文研究也說(shuō)明：隨著懸浮物的增加，紫外線的需求劑量也相應(yīng)增加。表3：滅活指示微生物和病原體的數(shù)量級(jí)〔LOG〕1984年美國(guó)環(huán)保署〔USEPA〕報(bào)道了52套紫外線消毒裝置，另外35個(gè)工程正在設(shè)計(jì)中，30個(gè)工程正在建造中。其中TILLSONBURG已經(jīng)安裝使用了加拿大的設(shè)備，COLLINGWOOD作為一個(gè)建立工程。到1992年，紫外線污水消毒設(shè)備的數(shù)量已增加到424套〔EPA，1992〕。1993年安大概省關(guān)于紫外技術(shù)的報(bào)告，列出了17個(gè)應(yīng)用紫外線消毒的污水處理廠和8個(gè)建議使用的工程〔圖1〕，6個(gè)工程處理后的二級(jí)污水的TSS小于5mg/L。消毒程度隨不同的地點(diǎn)變化而變化。要求的處理標(biāo)準(zhǔn)有：糞大腸菌〔FC)為20/100ml、40/100ml和200/100ml〔11/17的處理廠〕，大腸桿菌〔E.coli〕為150-200/100ml〔4/17的處理廠〕或總TC為200/100ml〔2/17的處理廠〕。9/17的處理廠需要連續(xù)消毒，8/17的處理廠需要季節(jié)性消毒。處理廠消毒指標(biāo)的幾何平均值在1-210/100ml之間，17個(gè)污水處理廠的總設(shè)計(jì)流量為167000m3/d。圖1：裝在安大概省的紫外線消毒系統(tǒng)表4匯編了MOE1997年的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)來(lái)自于安大概省市政污水處理廠的實(shí)踐結(jié)果〔HAWLEY，1999〕。污水處理廠總設(shè)計(jì)流量從167000m3/d增加到700000m3/d。表4：1997年安大概省污水處理廠的消毒情況紫外技術(shù)的現(xiàn)狀紫外線消毒技術(shù)在北美已經(jīng)被廣泛承受，并成為取代化學(xué)消毒的技術(shù)。1999年Trojan的科學(xué)家調(diào)查說(shuō)明：在安大概省城市污水紫外線消毒裝置增加到104套。在加拿大，一些新建的污水處理廠和一些擴(kuò)建的污水處理廠都選用了紫外線消毒，在美國(guó)由于氯氣的儲(chǔ)藏、運(yùn)輸?shù)囊?guī)章變化也有類(lèi)似的趨勢(shì)。統(tǒng)一防火條例要求抽氯裝置以應(yīng)付氯氣的意外泄露，現(xiàn)場(chǎng)儲(chǔ)氯超過(guò)1000磅的污水廠需要實(shí)施處理意外事故的危險(xiǎn)管理方案〔RMP〕。排污許可證包含了對(duì)水中余氯的限制，常常導(dǎo)致最終要進(jìn)展脫氯處理，大大增加了加氯消毒的本錢(qián)。1982年投入使用的TILLSONBURG紫外設(shè)備仍在良好運(yùn)行并能到達(dá)消毒指標(biāo)。由于紫外線消毒技術(shù)在過(guò)去的20年時(shí)間里不斷開(kāi)展完善，我們現(xiàn)在可以提供先進(jìn)高效的紫外燈和電子鎮(zhèn)流器、自動(dòng)清洗系統(tǒng)和完善的控制系統(tǒng)。紫外消毒系統(tǒng)可以設(shè)計(jì)應(yīng)用在一級(jí)處理、二級(jí)處理和三級(jí)處理污水中滿(mǎn)足相應(yīng)的消毒標(biāo)準(zhǔn)，也可以在標(biāo)準(zhǔn)更為嚴(yán)格的回用水以及敏感的受納水體中應(yīng)用。紫外線目前已被廣泛應(yīng)用在制藥、食品、電子工業(yè)以及市政污水和飲用水的消毒中。紫外線在下水道溢流混合〔CSO〕中的應(yīng)用，AVERILL〔1998〕經(jīng)過(guò)3年的研究，對(duì)在紫外線消毒之前采用高比率的物化法預(yù)處理下水道益流混合〔CSO〕進(jìn)展了評(píng)估。設(shè)備的新設(shè)計(jì)和改良提高了設(shè)備的可靠性，降低了維護(hù)時(shí)間和要求。燈的型號(hào)各不一樣，例如：〔常規(guī)〕低壓〔低強(qiáng)〕燈、低壓高強(qiáng)燈、中壓〔高強(qiáng)〕燈。這些燈被水平或垂直地安裝在明渠或封閉的渠道中，燈的排列與水流呈平行或垂直。新的設(shè)計(jì)包括人工化學(xué)清洗燈管和全自動(dòng)機(jī)械加化學(xué)式清洗燈管的清洗選擇，實(shí)際運(yùn)行說(shuō)明所有紫外系統(tǒng)燈管都需要用清洗劑進(jìn)展化學(xué)清洗，而選擇適宜的清洗劑相當(dāng)重要。先進(jìn)的控制可以調(diào)節(jié)運(yùn)行功率來(lái)適應(yīng)水質(zhì)和水量的變化。在線監(jiān)測(cè)可用來(lái)監(jiān)視UV的穿透率、濁度、燈的強(qiáng)度和流量。常規(guī)的低壓紫外燈系統(tǒng)只適合于小型處理廠或是低流量的應(yīng)用。高強(qiáng)紫外燈和自動(dòng)清潔系統(tǒng)的引進(jìn)，只需要較小的安裝空間和占地，就可以在大流量的處理廠中應(yīng)用。例如：EDMONTONGOLDBAR污水處理廠，最大流量為58.8萬(wàn)噸/天〔中壓燈系統(tǒng)〕。在安大概省的GREENWAY和WINDSOR污水處理廠的兩套大型紫外線裝置，最大處理量分別為：30.4萬(wàn)噸/天〔中壓燈系統(tǒng)〕和12.5萬(wàn)噸/天〔中壓燈系統(tǒng)〕。除此之外，中壓〔高強(qiáng)〕燈還適合于低質(zhì)污水〔如一級(jí)排放，一級(jí)化學(xué)強(qiáng)化排放以及CSO〕的消毒處理。目前，TORONTO處理廠正在對(duì)3種紫外線技術(shù)進(jìn)展比擬研究。由其在世界各地安裝運(yùn)行的2600多個(gè)市政污/廢水廠中紫外消毒系統(tǒng)所積累的經(jīng)歷、數(shù)據(jù)以及過(guò)去20多年里的大量科研成果使Trojan成為行業(yè)內(nèi)真正掌握復(fù)雜的污/廢水紫外消毒技術(shù)的制造廠家。其技術(shù)實(shí)力得到國(guó)際給排水工程界的信賴(lài)和認(rèn)同。對(duì)于常規(guī)處理排放的污/廢水，Trojan不需做小型實(shí)驗(yàn)來(lái)決定紫外消毒的可行性和紫外劑量要求，其25年來(lái)所積累的數(shù)據(jù)庫(kù)和最根本的污水水質(zhì)參數(shù)〔如紫外穿透率，TSS和顆粒尺寸〕相結(jié)合即可提供足夠的信息對(duì)排放污水進(jìn)展綜合估計(jì)并依此設(shè)計(jì)出相應(yīng)的紫外消毒系統(tǒng)。紫外消毒技術(shù)的未來(lái)在加拿大和美國(guó)，加氯消毒被紫外線消毒替代已經(jīng)成為趨勢(shì)。類(lèi)似于1999年國(guó)家污水報(bào)表之類(lèi)的環(huán)境報(bào)告將繼續(xù)宣傳提倡用紫外線消毒替代化學(xué)消毒，即更好的污/廢水處理技術(shù)。使用瓶裝水和住宅用水處理設(shè)備的增加，說(shuō)明公眾支持由化學(xué)消毒轉(zhuǎn)向更環(huán)保的紫外消毒。隨著人口密度的增加，需要提供更多的市政用水。有限的水供應(yīng)和人口增長(zhǎng)的壓力，需要使用更多的地表水。這些水需要額外的處理，以保證平安無(wú)傳染疾病。在北美，已有幾起由于水中賈第蟲(chóng)或隱孢子囊蟲(chóng)引起的疾病爆發(fā)，被歸因?yàn)槭姓詠?lái)水廠的加氯消毒。例如：VICTORIA和KELOWNA給水中，常規(guī)的加氯消毒不能有效的滅活這些原生動(dòng)物。美國(guó)地表水處理法規(guī)中規(guī)定，必須除去或滅活3log的賈第蟲(chóng)，4log的病毒，將來(lái)還包括4log的隱孢子蟲(chóng)；由于氯對(duì)隱孢子蟲(chóng)的效果不好，這些