中压高强紫外线消毒系统在济南市玉清水厂的工程应用

杨曦凯 田海成 王 冠

(济南市市政工程设计研究院(集团)有限责任公司，山东 济南 250101)

济南玉清水厂于2002年建成投产，设计规模40万m3/d，原水为引黄水库水，水处理工艺为常规处理工艺。原水具有低温低浊、季节性高藻的微污染特性，玉清水厂现有工艺净化能力有限，水厂出水水质难以达到最新水质标准要求，因此，充分利用玉清水厂现有构筑物，对一组工艺流程进行改造，主体工艺采用强化混凝→沉浮池→活性炭滤池工艺，工程规模20万m3/d。

水厂原水中存在轮虫、枝角类等微型动物，少量生物进入深度处理阶段后利用丰富的有机质和微生物，大量繁殖，存在穿透活性炭滤池的风险[1]，常规消毒方式难以灭活，因此，本次技术改造在活性炭滤池与清水池之间增加紫外线消毒处理单元，消灭饮用水供水安全隐患。

1 紫外线消毒特点及影响因素

紫外消毒是一种物理消毒方法，与液氯、臭氧等化学消毒方法不同的是，在其消毒过程中，不使用任何化学消毒剂，也不会产生消毒副产物，并能有效杀灭强氧化剂类消毒剂难以灭活的微生物和细菌，如某些病毒和原生动物。

1.1 紫外线消毒的特点

紫外线消毒和二氧化氯、臭氧等化学消毒相比，具有如下优点。①消毒速度快，效率高；②能去除其他消毒方式难以杀死的芽孢和病毒；③不影响水的物理性质和化学成分，不会产生二次污染[2]；④占地面积小，消毒接触时间短，操作简单，便于管理，易于实现自动化。

紫外线消毒的缺点是。①没有持续杀菌能力，不能解决消毒后的再污染问题；②电耗较大；③受水中悬浮杂质影响大；④存在光复活、暗复活现象；⑤紫外灯管表面易结垢，造成紫外线穿透率下降，影响消毒效果。表1为工程实践中，主要消毒方法的比较。

表1 主要消毒方法对比

1.2 紫外线消毒影响因素

紫外线剂量主要受紫外线强度和作用时间两个因素的影响，表达公式为：紫外线剂量=紫外线强度×作用时间。在一定紫外线光照强度下，通过控制作用时间得到不同紫外线剂量，再测出相应的存活微生物含量。

紫外线消毒效果的影响因素主要有以下几点。

(1)紫外灯性能，包括紫外灯的类型、寿命、输出功率、老化系数、套管结垢特性等。

紫外灯类型较多，目前可大致分为低压灯、低压高输出灯和中压灯[3]，三种紫外灯的物理参数对比如表2所示。中压灯的复活率远低于低压灯[4]，并且中压灯单灯输出功率较高，灯管数量少，占地面积小。在实际的工程应用中，紫外灯管的老化性能和石英套管的结垢特性对紫外消毒系统的规模(灯管数量)往往产生较大影响，因此，在工程应用中对水起到消毒作用的有效紫外剂量=紫外光强×曝光时间×灯管老化系数×结垢系数。

表2 主要紫外灯物理参数

(2)处理水水质，主要包括紫外透光率、SS浓度、固体颗粒尺寸及颗粒分布等因素。

由表2可知：当悬浮物含量较高时，影响了紫外透光率，只有提高紫外剂量才能达到理想的消毒效果。而对于固定的悬浮物含量，存在一个相应的消毒极限，当趋于消毒极限时，即使大幅度增加紫外剂量也很难再进一步降低水体中微生物的含量。因此，提高紫外线消毒效果，应严格控制进水的悬浮物浓度。

(3)水流流速及水力情况，包括是否短流、层流和紊流等流态情况。这一因素主要通过影响紫外线的作用时间，从而影响消毒效果。

2 工艺设计

在玉清水厂技术改造工程中，将紫外消毒系统设置于活性炭滤池之后并且保留原有加氯消毒工艺，既减小了紫外消毒系统进水的悬浮物浓度，又保证了水厂瞬时及持久性消毒效果。但是将紫外线消毒系统置于滤池及清水池之间，存在水力差小和占地有限的问题。因此，设计应着力从这两方面入手。

2.1 消毒系统设计

本工程将滤池DN1800出水干管分设4根DN900支管，其上各设1 台紫外消毒装置，并联布置，前后设置阀门，置于紫外消毒间内。紫外线消毒间为半地下式，平面尺寸为6.98m×11.58m，整流柜和控制柜置于滤池管廊之上。

紫外线消毒系统配备中压高强紫外灯，灯管的安装方式是垂直于水流方向，设备布局紧凑，水头损失小；系统的设计峰值流量为20万m3/d，紫外穿透率≥90%，在计入灯管符合行业规范的老化系数和套管结垢系数修正后的紫外消毒剂量不小于40 mJ/cm2。

2.2 设计特点

玉清水厂紫外线消毒系统设计具有以下特点。

(1)系统采用管道式中压高强紫外线消毒设备，单灯紫外输出功率高，灯管数量仅6支，设备小巧紧凑、占地少、安装灵活、维护简单，并且配置在线自动清洗系统，保证了系统的消毒效果和工作效率。

(2)系统水头损失较小，理论水头损失为0.473m，克服了水力条件的限制，从而在最小水头损失的情况下提供了最大的紫外剂量输出。

(3)设备自动化程度高，每个紫外反应器配备一个控制柜来完成设备运行的监控和故障报警，可与中控室通讯，实现无人值守运行。

(4)紫外线消毒间设计为半地下式，空间上分为三层，底层为管道设备层，中层为参观控制平台，上层为地上建筑。空间布局紧凑合理，室内采光通风良好。不仅能满足设备正常的安装维护检修需要，还能满足人员参观的便利性、舒适性要求。

3 结 论

虽然目前紫外线消毒工艺在国内大规模给水处理中的应用实例较少，中压高强紫外线消毒工艺在济南玉清水厂技术改造中的应用为我们提供了宝贵的经验。下一步，我们将从中总结经验，分析解决存在的问题，在水厂实际生产中对设备性能、微生物去除效果及运行维护费用作进一步的分析和研究，为紫外线消毒技术在我国供水行业的逐步应用提供示范和借鉴。