中压紫外杀菌技术在电厂锅炉补水系统中的应用研究

张强，冀东，张黎光

（华润电力（沧州运东）有限公司，河北 沧州 061723）

华润电力沧州运东2×350MW热电联产工程于2015年12月获得正式核准。项目建成后，预计年发电量40亿度，居民供热面积1500万m2。生产用水主要水源为沧州运东污水处理厂处理后的再生水，备用水源为运西污水处理厂处理后的再生水。该系统采用UF+NF+RO+EDI的组合工艺，为满足系统杀菌控制要求，公司投资安装了一套中压紫外杀菌装置。传统锅炉补水系统的杀菌方式主要采用化学杀菌剂，虽有较好的杀菌效果，但持续使用，细菌会产生耐药性，并存在化学残余物质，影响反渗透装置正常运行。而且氧化性杀菌剂的使用，需要投加大量还原剂来保证反渗透膜不会被氧化。在很多系统运行案例中，都会出现还原剂投加不足导致反渗透膜被氧化的现象，造成严重后果。中压紫外杀菌技术是一种物理方法，不需要向水中增加任何物质，不产生化学残余物，同时，可以减少杀菌剂和还原剂用量，而且其杀菌更为高效，经济效益更加明显，杀菌效果更显著，这是它相对传统氯化消毒的优势所在。

1 杀菌原理及工艺流程

1.1 中、低压紫外杀菌技术原理

中压紫外杀菌技术原理是在现代防疫学和光动力学的基础上，利用专门设计具有高强度、长寿命的UVC波段过流式中压紫外杀菌装置处理流水，254nm的紫外光具有非常高的杀菌效率，能破坏水体中细菌对代谢/遗传、变异等现象起决定性作用的核酸—脱氧核糖核酸（DNA）或核糖核酸（RNA），阻止细菌和微生物合成蛋白质，抑制细胞分裂，达到杀菌目的。低压紫外线只能满足一般处理量的水处理要求，适用于频繁的开启和关闭操作要求的系统、小流量的给水消毒等，中压紫外杀菌可以发射出波长范围更广的多波长紫外线，更加有效破坏微生物有机体或防止有机体复制，适合大流量的给水杀菌，无二次污染，因此本次采用中压紫外杀菌。

图1 UV与可见光光谱

紫外杀菌效果是由细菌接受的照射剂量决定的，同时，也受到紫外线的输出能量，与灯的类型、光强和使用时间有关。中压紫外灯管管内气压为10～103kPa，其紫外灯管发出的是波长为200～300nm多普连续紫外光。

照射剂量（J/m2）=照射时间（s）×UVC强度（W/m2）

由上述公式可知：照射剂量与照射时间和UVC强度有关，照射剂量越大，消毒效率越高。因此，为提高消毒效率，可通过延长照射时间和提UVC强度实现。而影响细菌接收足够紫外光照射剂量的主要因素是水体254nm处波长紫外透光率，当UVC输出强度和照射时间一定时，透光率的变化将导致细菌实际接收剂量的变化。

1.2 锅炉补给水处理系统紫外杀菌工艺流程

本工程生产水源为沧州市城市再生水，再生水经石灰软化处理后作为循环冷却水补充水，循环冷却水（循环冷却水设计浓缩倍率为7～8）用双碱法处理后用作锅炉补给水水源。水质见表1。原水悬浮物、浊度指标较高，水质成分较为复杂，经过测试后水体透光率为75%，同时，水体细菌含量不符合锅炉补水处理系统进水细菌指标要求。

表1 2017年9月运东污水处理厂水质分析表

根据水质状况和水体透光率分析结果，选用型号为RZB300-11中压紫外杀菌设备，该中压紫外杀菌设备运行时紫外线有效剂量不低于40mJ/cm2，能起到良好的杀菌效果。工艺流程见图2。

图2 锅炉补给水中压紫外杀菌工艺流程

2 中压紫外杀菌技术优势

本工程采用中压紫外杀菌技术主要是由于该技术具有以下五种优势：（1）与常规的紫外线杀菌器所用的灯管相比，中压紫外灯管输出的波长范围更宽，能通过光的氧化作用有效促进有机物的分解，来达到消毒杀菌的目的。（2）中压紫外线在水中的穿透率可以高达97%以上，而常规的单一波长紫外线穿透率只有75%，穿透率越高，对水的覆盖就越广，杀菌效果也就越好。（3）中压紫外线杀菌器体积小，杀菌率可达99.9%以上，并且不会产生二次污染。（4）中压紫外杀菌装置有效紫外剂量高于低压紫外杀菌装置，杀菌效果更好。（5）中压紫外灯管比低压紫外灯管寿命更长，且性能更加稳定。

3 运行效果及成本分析

3.1 杀菌效果

在系统处理量为150m³/h，水体透光率为73.3%的情况下，RZB300-11型中压紫外杀菌设备有效紫外剂量仍达到44mJ/mc2，满足指标要求。于2020年4月13日对中压紫外杀菌装置出水取样测试，效果见表2。

表2 中压紫外杀菌装置对指标细菌的杀灭效果

从表中数据看到，细菌总数在中压紫外杀菌装置出口后已经无法检测出具体数值，细菌去除率达到99.9%，效果非常理想。而进水军团菌数量已经几乎为零，故无法检测。第三方检测报告见表3。中压紫外杀菌技术的杀菌效果与所应用水质密切相关，本文所应用对象为中水，水质成分复杂，且水体透光率低。若对象水质透光率越高，则杀菌效果越好。

表3 中压紫外杀菌装置出水口水质检测报告

3.2 运行效果

2019年7 月中，压紫外杀菌装置安装投产后，评估工作随后开展，主要是对杀菌装置安装后连续6个月的锅炉补水水处理系统反渗透装置和超滤装置运行参数进行统计分析。

（1）超滤装置产水浊度数据分析，数据见表4。

表4 超滤装置产水浊度月平均数据记录

从表4超滤装置产水浊度月平均数据记录可以看出，连续6个月内，超滤装置产水浊度低于0.05NTU，符合反渗透装置进水浊度要求。反渗透保安过滤器及反渗透滤芯出现污泥颗粒堵塞的情况较少。

（2）一级反渗透保安过滤器压差数据分析，数据见表5。

表5 一级反渗透保安过滤器压差月平均数据记录

从表5一级反渗透保安过滤器压差月平均数据记录可以看出，保安过滤器连续6个月内运行压差没有异常变化。而影响保安过滤器运行压差异常变化的主要因素是污泥颗粒堵塞和微生物污染，可见水体内细菌和悬浮物两项指标含量均符合过滤器进水水质要求。由此证明中压紫外杀菌设备杀菌效果良好，符合要求。

（3）一级反渗透产水率数据分析，数据见表6。

表6 一级反渗透产水率月平均数据记录

从表6一级反渗透产水率月平均数据记录可以看出，反渗透装置连续6个月内产水率均在75%以上，且均未出现微生物污染现象。因此可以证明中压紫外杀菌设备杀菌效果良好。

3.3 直接运行成本分析

（1）年耗电费用。中压紫外杀菌装置主要耗电元件为灯管：2支×4.2kW·h/支×24h×365天×0.5元=3.68万元。

（2）中压紫外灯管耗材费用。中压紫外灯管每一年半需要更换一次，灯管单价为2万元，则年灯管耗材费用为：2万元×2支×2/3=2.67万元。

（3）直接运行成本。以每小时处理量200m³计算：

根据以上计算得出，吨水直接运行成本为0.036元，远远低于化学药剂杀菌费用。

4 结语

（1）在电厂锅炉补给水水处理系统中采用中压紫外杀菌技术，对细菌总数有很好的杀灭效果，杀菌率高达99%以上。（2）中水采用中压紫外杀菌技术杀菌处理后，水质可达到锅炉补给水水处理系统进水细菌指标要求。（3）中压紫外杀菌技术不需要向水体内添加任何物质，因此，水体内无任何化学残余物质。（4）中压紫外杀菌装置在本文工程条件下应用，处理费用为0.036元/m³，远低于化学药剂灭菌费用，因此具有较好的经济实用性。