紫外线消毒工艺在上海临江水厂扩建及改造工程中的应用与设计
1 工程设计概况
临江水厂位于浦东新区的南部，浦东三林塘出口、黄浦江畔，是浦东新区最大的水厂。水厂设计总规模60万m3/d，分两期实施：水厂一期于1997年8月建成投产，设计规模40万m3/d，采用常规净水处理工艺，设有平流沉淀池2座、“v”型滤池2组、清水池2座、吸水井和送水泵房等。混凝剂采用液体硫酸铝，水厂消毒采用氯胺消毒。
水厂二期20万m3/d扩建工程于2006年7月建成投产，设计规模20万m3/d，采用常规净水处理工艺，设有高速actiflo 澄清池3座（其正常设计沉速可达25m3/ m2·h）、tgv双层（锰砂及石英砂）滤料滤池1座、清水池1座，以及加药系统、吸水井和送水泵房等。
为达到上海市2010年供水规划的水质目标和满足水体环保要求，于2005年启动全厂60万m3/d规模的净水深度处理和排泥水处置系统的工程设计。在净水系统中增设了预臭氧、中间提升、中间臭氧、活性炭过滤和uv消毒等工艺设施；在排泥水处置系统中设有排泥水收集、调节、浓缩和脱水等工艺设施。
2 紫外线消毒在国内外供水行业的应用状况
2.1 紫外线消毒特点
紫外线消毒机理是利用波长为254 nm及其附近波长范围内的紫外线使微生物dna的碱基对发生聚合、阻止蛋白质合成而使微生物不能繁殖，因此消毒是依靠纯物理作用的。与氯、二氧化氯和臭氧等化学消毒不同，在消毒过程中紫外线基本不会产生副产物。此外，紫外消毒还有如下特点：
（1）相比化学消毒有更高的杀菌效率。紫外线对细菌、病毒的杀菌作用一般在1 s以内，而氯气、二氧化氯或者臭氧等化学消毒要达到同样的杀菌效果，一般需要30 min甚至更长的接触时间。
（2）有高效杀菌广谱性。紫外消毒的广谱性相当高，它对大多数致病原生动物、细菌、病毒等都能高效率杀灭，特别是对一些于人类危害较大且有抗氧性的原生动物类如隐孢子虫和贾第鞭毛虫等都能有效杀灭。自从1993年美国miwaukee市暴发隐孢子虫病并致57人死亡、5万多人住院以来，紫外消毒由于对隐孢子虫的特殊消毒效果而得以逐步推广。
（3）无二次污染。由于不加入任何化学药剂，因此它不会对水体和周围环境产生二次污染。而传统的氯消毒产生的卤代有机物，大多数对人体有“三致”作用；臭氧和二氧化氯也有产生对人体有害的副产物如溴酸盐和亚氯酸盐的风险。
（4）紫外消毒不腐蚀设备，运行安全、可靠。
（5）运行维护简单、费用低。由于20世纪90年代对紫外线消毒核心技术的完善，紫外线消毒技术不仅消毒效率高，而且消毒运行维护简单，运行成本低，其运行费用与氯有可比性，比臭氧要低。
（6）占地面积小。因紫外线消毒需要的接触时间很短，通常在5 s以内，因此占地面积很小。
2.2 国内外应用紫外线消毒的实例
2.2.1 国内紫外线消毒用于饮用水情况
（1）清华大学在东莞市进行了现场紫外线消毒系统工艺试验，处理能力25 m3/h。
（2）已建成的有紫外消毒工艺的工程－大庆5万m3/d水厂。
（3）正在施工或设计中的采用紫外消毒工艺的水厂－上海临江水厂（60万m3/d）、天津开发区水厂（三期）（15万m3/d）
在国内，随着我国自来水行业新标准的修订、颁布和实施，uv消毒技术的研究和应用已越来越呈现出其优越性。我国在紫外消毒方面也有了相应的行业标准。
2.2.2 国外紫外线消毒技术的应用情况
（1）美国纽约catskill&delaware水厂工程规模：820万m3/d，建成后世界最大。紫外线系统含56个单元，各单元处理能力达15万m3/d，隐孢子虫的灭活率将达到3 log。
（2）华盛顿西雅图市cedar水厂－世界上已建成的最大的紫外线消毒系统，供水规模68万m3/d。紫外线系统保证输出紫外线40 ml/cm2，对隐孢子虫3 log的灭活率、甲第虫4 log的灭活率以及病毒5 log的灭活率，紫外线装置垂直安装。
（3）维多利亚japan gulch自来水厂－加拿大最大的紫外线消毒系统，工程规模50万m3/d。
（4）欧洲最大的饮用水紫外消毒系统－荷兰，鹿特丹水厂，规模为47.04万m3/d
3 紫外线消毒工艺在临江水厂设计中的应用
3.1 紫外消毒工艺设计采用背景
依据工程设计水质目标并结合浦东威利雅公司几项要求更高的内控目标（如隐孢子虫为0），对采用臭氧消毒和uv消毒在经济上作了比较，结果表明：一次性投资基本相同，但臭氧消毒的年运行费约500万元，而uv消毒年运行费约为130万元（含uv灯管更新），因此设计以uv消毒作为首选工艺。
3.2 紫外消毒系统设计简介
临江水厂工程设计采用wedeco公司的紫外线反应器装置。共分为4条生产线（每条为dn 1200管式反应器装置），每条生产线规模15万m3/d。计算加注量为40 mj/cm2。
本设计中紫外灯采用低压灯，采用低压灯的优点主要如下：
（1）由于低压灯为单波长254 nm射线，安装功率比中压低2~3倍，节约电费，效率比高压灯高300%；
（2）由于是单频射线，所以避免了副产品物的产生；
（3）低压灯的寿命比中压低灯的长，工程中所选装置保证12 000 hr使用寿命,预计实际可达15 000 hr；
（4）低压灯的水力反应要求没有中压灯敏感，设计中在该水力反应器中放了数量较多的灯管以避免水流短流的产生；
（5）可以在相当大范围内调节灯的强度以适应水量、水质的变化；
紫外系统的清洗方式及清洗剂考虑如下：
（1）清洗时机及方式：在uv强度因表面结垢下降达20％就进行清洗，将表面结垢和污物冲出发生器室，uv模块和传感器窗同时清洗。
（2）清洗剂：所用清洗剂为wedeco公司推荐使用qa32清洗剂。它是磷酸基的，以浓缩物（>30％）的形式提供。使用前要按1：2至1：5的比例进行稀释。浓缩液能使用两次（最长时间为1年）；标准是1：5的稀释比例，可用10次。所需的停留时间取决于清洁剂的浓度和ph值及垢层的类型和程度。一般来说，浓缩液至少需要15分钟，1：5的稀释液需要30分钟。
4 结语
由于紫外消毒工艺在自来水处理中具有独特的优点，虽然目前在国内应用实例很少，但随着其在上海临江水厂工程中的大规模设计应用，其有别于其它传统消毒方式的优点将随工程的建成投产运行得以展示，并可为紫外消毒技术在我国自来水行业的逐步应用提供示范和借鉴。
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