早在1878年人类就发现了太阳光中的紫外线具有杀菌消毒作用。在1901年和1906年人类先后发明了水银光弧这一人造紫外光源和传递紫外光性能较好的石英材质灯管后，法国马赛的一家自来水厂很快在1910年首次使用了紫外消毒工艺。紫外线消毒系统具有投资少、运行成本低、自动化程度高及维护简便等优点。本文针对上海白龙港污水处理厂紫外线消毒系统，对设计参数、运行效果、消毒效果以及运行成本进行了分析。
研究发现，在未处理的市政污水中有大量的致病微生物，这些微生物是由特定传染性疾病的携带者通过排泄的方式进入水体的。这些致病微生物可以分为细菌、原生动物、寄生虫、病毒。污水中主要的治病微生物见表格1。由于这些微生物的高度感染性，在卫生条件落后的地区（特别是在赤道地区）每年造成数以千计的人口死亡。
污水经过混凝沉淀、活性污泥、砂滤等传统工艺处理后，致病微生物虽有一定程度的去除，但绝对数量仍然巨大。图1说明了在污水厂不同处理阶段后出水中的粪大肠菌群数。为了保护人类的健康、生命以及水环境和水资源，世界许多国家和地区都要求对城市污水在排放前进行消毒处理。污水消毒也是保护饮用水源的第一道防线。在非典疫情爆发后，国家环保总局和国家质量监督检验检疫总局颁布了《城镇污水处理厂污染物排放标准》GB18918-2002，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。同时也将紫外线消毒列为除加氯和臭氧外的一种有效消毒方法。
图1 市政污水厂进水及不同处理阶段出水的粪大肠菌群数（ATV A-205, 1998）
不同国家和地区的污水消毒指标略有差异，但基本均是以粪大肠菌群数为标准。U.S.EPA为每100mL200个，我国GB18918-2002规定一级A为103个/升，而一级B和二级为104个/升。
紫外消毒的优点
紫外光（UV）是电磁波的一部分，指的是波长在30~400nm的光。细胞中最重要的物质DNA和RNA对UV-C非常敏感，其中253.7nm波长的光消毒效果最好。这是因为DNA/RNA分子在接受UV照射后，会吸收它的能量。一旦能量被吸收，电子的能量就能够破坏化学键并促使新键的形成，这样原来的分子就被破坏。UV-C最常见的作用是使DNA/RNA上相邻的胸腺嘧啶形成胸腺嘧啶二聚体，它破坏了DNA/RNA的螺旋结构，使细胞丧失繁殖能力。因此紫外消毒是个物理过程，其水力停留时间非常短（20~30s）。
传统的污水加氯消毒会与污水中的有机物反应生成数量众多的含氯有机物，这些物质被统称为消毒副产物（DBPs），主要可以分为四类：三卤甲烷（THMs）、卤乙酸（HAAs）、三氯苯酚、乙醛。尽管这些物质的浓度很低，但是这其中的大多数物质都被认为对人类具有致癌性。最近，发现污水在加氯消毒过程中也会产生亚硝基二甲胺(NDMA)这种强致癌物质。由于人们对传统加氯消毒过程中形成DBPs和NDMA的担忧，紫外消毒的应用越来越受到人们的重视。相比加氯消毒，具有以下优点：
·能够杀灭大多数的病毒、孢子、包囊；
·单纯的物理过程，无需制备、购买、运输以及储存有害的化学物质；
·对人类和水体不具有危害；
·同其他化学消毒方法相比，所需停留时间极短；
·同其他方法相比消毒设备所需空间也少。
紫外消毒设备
紫外灯管是UV消毒设备中的重要器件，其技术发展迅速，到目前为止，主要有三种类型的商品化灯管：低压低强度、低压高强度、中压高强度。具体参数见表2。而根据UV消毒系统根据水力学特性的不同又可分为明渠流和管流。
在紫外消毒设备制造领域，加拿大特洁安（Trojan）技术公司一直处于世界领先地位，1982年特洁安发明了世界上第一套明渠式安装的紫外消毒系统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，且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，且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，明渠的清理也很方便，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系统维护简单、方便。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，无需添购整套系统，从而节省设备投资，使用起来非常灵活。这一发明得到了污水处理厂的欢迎，大大推动了紫外线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6000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。
在白龙港污水厂的应用
上海市白龙港城市污水处理厂是上海最大的污水处理厂，位于浦东新区合庆乡东侧长江岸边，总占地面积120hm2，规划规模为345×104m3/d。污水收集系统主要包括市中心区、闵行区及浦东新区，服务面积271.7km2，人口355.76万。该厂于1999年建成172×104m3/d的预处理厂，2004年建成120×104m3/d的一级强化设施。2007年升级改造工程及扩建工程是开工建设，2008年建成通水。其中升级改造工程规模为120×104m3/d，扩建工程规模为80×104m3/d，全厂旱流处理能力可达200×104m3/d，出水执行国家二级排放标准，经出口泵房提升后通过污水扩散管排入长江，扩散自净。现可处理全市中心城区1/3以上的污水量，上海市城镇污水处理率提高到75%。
图2 升级改造工艺流程（120×104m3/d）
白龙港污水处理工艺
污水处理厂改造后的设计水质标准见表3。其中升级改造的工艺流程如图2，采用分流处理达标排放方法，从现有高效沉淀池前分流60×104m3/d污水，进入新建的以倒置AAO为主体工艺的生物反应系统，处理出水优于一级B标准，与剩下的60×104m3/d一级强化高效沉淀池出水充分混合后，经紫外消毒处理，最终出水达到国家二级标准，通过出水泵房、高位井深水排放。
扩建工程的工艺流程如图3所示，采用倒置AAO脱氮除磷工艺，在南线未建前引中线多余水量进行处理，从预处理厂旋流沉砂池后分流80×104m3/d污水，经配水井均质配水至两座新建AAO生物反应池，并通过新建紫外消毒池，出水泵房、高位井和深水排放管排入长江。
图3 扩建多模式A2/O工艺流程（80×104m3/d）
紫外消毒工艺及运行效果
由于TrojanUV在业内的领先地位及良好的声誉，性能可靠及优化设计的设备，完善的销售及技术服务网络，使得TrojanUV在国内拥有庞大的客户群。基于以上原因，白龙港污水厂选择TrojanUV3000PlusTM作为尾水消毒设备。
图4 紫外线消毒工段（TrojanUV 3000 PLUS）
该套设备主要包括紫外灯模块组、模块支架、系统控制中心、配电中心、液压系统中心、自动清洗系统、低水位探测及水位控制系统等。整套系统可室外安装运行，不需房屋构造和空调设备, 且系统小巧紧凑, 节省了占地和土建投资。是紫外污水消毒市场最智能化的消毒设计。各系统的优化设计，确保了设备运行的可靠性。
TrojanUV所有系列的产品都通过了生物剂量验证，这些条件包括水质（UVT）、流量、进出口的布置等。同理论计算相比，根据生物验证剂量设计的系统性能让人放心，其设计剂量可靠，从而保证了公众和环境安全。TrojanUV3000PlusTM严格按照USEPA的测试规定，在不同的操作条件下完成生物验证，确保消毒性能的可靠。
现白龙港共建消毒池两座，分别布置在升级改造和扩建工程中生物反应沉淀池后。设计参数见表4。每条渠道宽度均为2.5m，升级改造和扩建工程中消毒模块可互为备用，提高了紫外灯模块的运行可靠率。
设备自安装运行以来，经专业检测机构检测出水的粪大肠菌群数为：1300~7900个/升，大部分时候粪大肠杆菌数量测量值在2000~3000个/升，完全能够达到GB18918-2002规定的一级B标准。
小结
紫外线消毒系统具有投资少、运行成本低、自动化程度高及维护简便等优点。该技术处理效果稳定，能满足设计排放指标。TrojanUV3000PlusTM产品经过严格的第三方生物剂量验证，确保了设计剂量的可靠性，能够满足设计排放标准。(end)
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