紫外线消毒原理教学课件.ppt

1、2022-12-28w1中国水工业网络版设计手册紫外线消毒栏目介绍中国水工业互联网站中国水工业网络版设计手册编委会2022-12-28w2目标l常见的消毒方法l紫外线消毒的原理l紫外线消毒的优点l国内外紫外线消毒系统的应用及比较2022-12-28w3几种常见的消毒方法消毒消毒加氯消毒加氯消毒臭氧消毒臭氧消毒紫外线消毒紫外线消毒过醋酸过醋酸(PAA)电子束电子束照射照射优点：无需化学药品，无有害的副产物，接触时间短，使比较大范围的病原体失活，能穿透固体物含量高的污水。缺点：安全性差（X光），无应用实例，固定投资和运行维护费用高，处理流量低，前处理复杂。有限的实验证明PAA为有效的消毒剂，但需进

2、一步实验。PAA极不稳定，易分解。需在现场配置。优点：氧化性强，能失活大部分细菌和病毒，无有害的副产物产生，增加污水中氧含量，增强污水的絮凝性，有助于去除铁、锰，能除臭除味，接触时间短。缺点：比传统的加氯消毒贵，产生有腐蚀性的气体（NO,HNO3），极不稳定，必须在现场制备并现制备现使用，无应用实例。2022-12-28w4加氯消毒的缺点1.余氯对下游水体中鱼类及生命有害2.产生强致癌物造成二次污染(THMs&HAAs)3.储存、运输及使用中的安全隐患4.不少病毒及寄生虫类微生物对通常剂量的氯 有抗药性-西方国家实施严格的安全条例和措施,增加 了氯消毒成本费用。-荷兰、德国、魁北克等已禁止使用

3、加氯消毒-欧美等地有脱氯要求,美国有些州如加利福 尼亚、佛罗里达等则要求零余氯,大大增加 了氯消毒成本费用。2022-12-28w5ClO2,PAA,UV 消毒应用比较ClO2PAAUV稳定性中低高余效性中无无是否产生副产物(THMs)是否否是否与氨反应否否否与pH值的关系中无无操作难易度中复杂简单-复杂与温度的关系中复杂简单-复杂接触时间中短短安全性差差好杀菌能力高高高杀病毒能力高高高病菌复活的可能性无无高2022-12-28w6紫外线消毒的原理CAATCGGCATAATAGAGCGCTACGATCG TT=TT=DNADNA 将水银弧光灯的电磁能量转移到生物的基因物质中(DNA,RNA)紫

4、外线辐射穿透生物的细胞壁，破坏细胞的复制能力2022-12-28w7紫外线消毒系统的影响因素 污水的特性（如：胶体的浓度、颗粒物的组成等）紫外线光的强度 微生物经紫外线的照射时间 反应池的结构紫外灯紫外灯阴影阴影散射散射完全穿透完全穿透屏蔽屏蔽2022-12-28w8紫外线消毒的优缺点 广谱性，对绝大多数的细菌、孢子、和孢囊都有效；是物理消毒的过程而非化学消毒，无需制备、处理、运输或储存有毒/危险或腐蚀性的化学物品；没有对人类或水体有害的残留物；便于操作；接触时间短（如低压灯只需20-30秒钟）；与其他消毒方法相比占地少。优点：缺点：在低剂量时，对某些细菌、孢子、和孢囊可能无效；生物体可通过“

5、修复机理”重新复活；必须采用预防措施以防止灯的结垢；浊度和TSS能使消毒失效；对于低压灯，TSS大于 30mg/L时,效果不好；不如加氯消毒经济，但在考虑加氯和脱氯时和必须满足消防要求时，价格是可比的。2022-12-28w9紫外线消毒系统的组成 水银弧光灯 消毒反应池 镇流器2022-12-28w10水银弧光灯种类低压高强灯低压高强灯 253.7 nm（90%)灯管运行温度灯管运行温度 100 oC 单根灯管紫外能输出单根灯管紫外能输出:100 W 对常规二级污水消毒对常规二级污水消毒一般每根灯管处理流一般每根灯管处理流量量:330 吨吨/天，适用天，适用于中型污水处理厂于中型污水处理厂常规

6、低压灯常规低压灯 253.7 nm（90%)灯管运行温度灯管运行温度 40 oC 单根灯管紫外能输单根灯管紫外能输出出:30 50 W 对常规二级污水消对常规二级污水消毒一般每根灯管处理毒一般每根灯管处理流量流量:150 吨吨/天，适天，适用于小型污水处理厂用于小型污水处理厂中压中压(高强高强)灯灯 200 300 nm 消毒波消毒波段段 灯管运行温度高、能灯管运行温度高、能耗大耗大 600 800 oC 单根灯管紫外能输出单根灯管紫外能输出大、消毒快、穿透力强大、消毒快、穿透力强:420 W以上以上 对常规二级污水消毒对常规二级污水消毒一般每根灯管处理流量一般每根灯管处理流量:1500 吨吨

7、/天，适用于天，适用于大型或低质污水处理厂大型或低质污水处理厂2022-12-28w11紫外线消毒池的种类 浸入式浸入式 非浸入式非浸入式按紫外灯与水是否接触分：按紫外灯与水是否接触分：按紫外灯排列形式分：按紫外灯排列形式分：平行式平行式 垂直式或立式垂直式或立式2022-12-28w12紫外线消毒设计关键因素消毒反应池的水力特性（设计人员及厂家）1.水流均匀；2.充足的轴向运动以保证最大程度接受紫外光照射；3.生物体在消毒池的运动轨迹将决定它接受照射的程度；4.无短流和死水区。紫外线照射强度（厂家）1.灯龄；2.灯的结垢；3.灯的排放形式。污水的特性（污水处理厂运营）1.流量；2.悬浮物和胶

8、体；3.最初的细菌密度；4.其他物理化学性质。2022-12-28w13国外国内生产厂家厂家总部中国代理Trojan（特洁安）加拿大深圳海川环境工程公司WEDECO（威德高）德国重庆康达威德高水技术有限公司Sunlight美国上海博恩环保成套设备有限公司新大陆中国2022-12-28w14Trojan（特洁安）加拿大加拿大280美国美国1870墨西哥墨西哥 22南美南美31欧洲欧洲135非洲非洲3中东中东7俄罗斯俄罗斯1亚太亚太115中中国国 7污水消毒安装逾污水消毒安装逾26002600套套 (总处理量:逾5千万吨/天)2022-12-28w15Trojan（特洁安）国际业绩 美国加州美国加

9、州Santa Rosa-Santa Rosa-2525万吨万吨/天天,世界上最大的废水再生紫外消毒项目世界上最大的废水再生紫外消毒项目 1998 1998 美国阿拉巴马州美国阿拉巴马州JaffersonJafferson县污水处理厂县污水处理厂（混合下水道溢流）混合下水道溢流）136136万吨万吨/天天,世界上最大的污水紫外消毒项目世界上最大的污水紫外消毒项目 2001 2001 夏威夷夏威夷Sand Island-Sand Island-5656万吨万吨/天天,一级处理排放，世界上最大的低质污一级处理排放，世界上最大的低质污水紫外消毒项目水紫外消毒项目 2001 2001 美国加州美国加州O

10、rangeOrange县县-4949万吨万吨/天天,深度氧化处理废水再生回用深度氧化处理废水再生回用,世界上最世界上最大的紫外深度氧化处理系统大的紫外深度氧化处理系统 2002 2002 美国西雅图美国西雅图-6868万吨万吨/天天,世界上最大的采用紫外消毒的自来水厂世界上最大的采用紫外消毒的自来水厂 20022002 荷兰鹿特丹荷兰鹿特丹 4747万吨万吨/天天，欧洲最大的采用紫外消毒的自来水厂，欧洲最大的采用紫外消毒的自来水厂 2002 2002 美国美国Valley CreekValley Creek污水处理厂污水处理厂 227227万吨万吨/天天，将成为世界最大的污水紫，将成为世界最大

11、的污水紫外消毒项目外消毒项目-2003-20032022-12-28w16 上海长桥污水处理厂上海长桥污水处理厂 3.13.1万吨万吨/天天 -2002-2002 上海龙华污水处理厂上海龙华污水处理厂 13.713.7万吨万吨/天天 -2002-2002 江苏无锡新城污水处理厂江苏无锡新城污水处理厂 3.73.7万吨万吨/天天 -2002-2002 苏州新区第二污水处理厂苏州新区第二污水处理厂 4 4万吨万吨/天天 -2002-2002 海安恒发污水处理厂海安恒发污水处理厂 2 2万吨万吨/天天 -2003-2003 深圳龙岗大工业区污水处理厂深圳龙岗大工业区污水处理厂 5.65.6万吨万吨/

12、天天 -2001-2001 广州西朗污水处理厂广州西朗污水处理厂 2626万吨万吨/天天 -2002-2002 广州佛山第二污水处理厂广州佛山第二污水处理厂 1212万吨万吨/天天 2002 2002 广州沥滘污水处理厂广州沥滘污水处理厂 2626万吨万吨/天天 2003 2003 潮州第一污水处理厂潮州第一污水处理厂 10.410.4万吨万吨/天天 2003 2003 杭州七格污水处理厂杭州七格污水处理厂 4040万吨万吨/天天 2004 2004 扬州荣旭污水处理厂扬州荣旭污水处理厂 6.56.5万吨万吨/天天 2004 2004 苏州高新白荡污水处理厂苏州高新白荡污水处理厂 6.76.7

13、万吨万吨/天天 2004 2004 南宁琅东污水处理厂南宁琅东污水处理厂 1212万吨万吨/天天 2004 2004Trojan（特洁安）国内业绩2022-12-28w17WEDECO（威德高）国际业绩 新西兰新西兰 Manaku Manaku 污水处理厂污水处理厂 -120120万吨万吨/天天 1998 1998 韩国韩国 Goyang STP -Goyang STP -2727万吨万吨/天天 2002 2002 英国英国 Howden Howden 污水处理厂污水处理厂 -2020万吨万吨/天天 2001 2001 美国犹他美国犹他 South Valley South Valley 污水

14、处理厂污水处理厂 -2525万吨万吨/天天 -2001 -2001 英国英国 Dublin Bay Dublin Bay 污水处理厂污水处理厂 -9797万吨万吨/天天 2001 2001 俄罗斯莫斯科俄罗斯莫斯科 Butowo South Butowo South 污水处理厂污水处理厂 1313万吨万吨/天天 1997 1997 法国法国 Electricity De Civaux Electricity De Civaux 8.68.6万吨万吨/天天-1999-19992022-12-28w18 成都三瓦窖污水处理厂成都三瓦窖污水处理厂 1313万吨万吨/天天 2003 2003 成都沙河

15、污水处理厂成都沙河污水处理厂 1313万吨万吨/天天 2003 2003 香港香港Shek Kong Shek Kong 污水处理厂污水处理厂 1.21.2万吨万吨/天天 2002 2002 重庆丰都污水处理厂重庆丰都污水处理厂 3 3万吨万吨/天天 2002 2002 重庆长寿污水处理厂重庆长寿污水处理厂 4 4万吨万吨/天天 2002 2002 重庆黔江污水处理厂重庆黔江污水处理厂 4 4万吨万吨/天天 2002 2002 香港香港BerthoudBerthoud污水处理厂污水处理厂 2.32.3万吨万吨/天天 2003 2003 台湾桃园污水处理厂台湾桃园污水处理厂 5 5万吨万吨/天天

16、 2002 2002 上海松江污水处理厂上海松江污水处理厂 5 5万吨万吨/天天 2002 2002 重庆北碚污水处理厂重庆北碚污水处理厂 5 5万吨万吨/天天 2001 2001 香港西贡污水处理厂香港西贡污水处理厂 240240吨吨/天天 2001 2001 香港香港Sham TsengSham Tseng污水处理厂污水处理厂 5 5万吨万吨/天天 2001 2001 香港元朗污水处理厂香港元朗污水处理厂 0.90.9万吨万吨/天天 2000 2000 香港大旺财污水处理厂香港大旺财污水处理厂 900900吨吨/天天 2000 2000 台湾台南污水处理厂台湾台南污水处理厂 1.51.5万

17、吨万吨/天天 1998 1998 台湾台湾 Wu Lau Kann Wu Lau Kann 污水处理厂污水处理厂 900900吨吨/天天 1998 1998WEDECO（威德高）国内业绩2022-12-28w19Sunlight国内外业绩l 美国密直根美国密直根 Monroe Monroe 污水处理厂污水处理厂 立式立式 3434万吨万吨/天天l 美国亚马逊美国亚马逊 Bull Head City Bull Head City 污水处理厂污水处理厂 立式立式 1414万吨万吨/天天l 韩国韩国 Geomcheon,STP Geomcheon,STP 水平水平 1212万吨万吨/天天l 美国乔治

18、亚州美国乔治亚州 Cauley Creek Cauley Creek 立式立式 1010万吨万吨/天天l 意大利安装意大利安装 Biotec-1 Biotec-1 污水处理厂污水处理厂 4040万吨万吨/天天l 韩国韩国 Wonju Wonju 污水处理厂污水处理厂 1212万吨万吨/天天l 中国中国 Hualin Airport Hualin Airport 污水处理污水处理 1 1万吨万吨/天天l 中国中国 Lido Beach(Lido Beach(丽都湾丽都湾)污水厂污水厂 1515万吨万吨/天天l 中国中国 Sham Tsen Village(Sham Tsen Village(深井

19、村深井村)污水污水 5 5万吨万吨/天天2022-12-28w20新大陆国内外业绩l 美国密直根美国密直根 Monroe Monroe 污水处理厂污水处理厂 立式立式 3434万吨万吨/天天l 美国亚马逊美国亚马逊 Bull Head City Bull Head City 污水处理厂污水处理厂 立式立式 1414万吨万吨/天天l 韩国韩国 Geomcheon,STP Geomcheon,STP 水平水平 1212万吨万吨/天天l 美国乔治亚州美国乔治亚州 Cauley Creek Cauley Creek 立式立式 1010万吨万吨/天天l 意大利安装意大利安装 Biotec-1 Biote

20、c-1 污水处理厂污水处理厂 4040万吨万吨/天天2022-12-28w21中国市场总结厂家进入中国市场的时间主打产品完成项目项目区域规模特洁安1999UV3000+水平式低压高强度14上海、广州北方尚无应用26万吨/天威德高2002TAK55水平式低压高强度7（香港、台湾除外）上海、重庆北方尚无应用13万吨/天Sunlight2004WTV-40000-HO-6 立式低压高强度3-15万吨/天新大陆2000明渠式低压高强紫外C消毒系统（NLQ-60K/140）系列 100全国20万吨/天2022-12-28w22技术规格比较 灯管特洁安威德高Sunlight新大陆灯管输出106.5-116

21、.5w169.3 w170w90w强度调解范围50-100%无级线性调节60-100%非无级线性调节50-100%50-100%镇流器与灯架一体专门电控柜内专门电控柜任选平均能耗225 w/支360 w/支350w/支286w/支转换效率48.8%47%31-35%34.6%石英套管透光率92%89-90%92-94%90%寿命（小时）12000-1800012000-150001200012000老化系数80%80%80-83%75%UV传感器置于套管内置于污水中、无衰老有有2022-12-28w23技术规格比较 清洗技术特洁安威德高Sunlight新大陆灯管结垢系数10.80.03-0.0

22、50.8清洗方式机械+化学机械+定期化学自动机械机械、化学均可清洗频率1次/天1-2次/小时以实际情况可调可调清洗头寿命5-7年-1-3年使用50000次3年驱动方式 压缩空气液压压缩空气压缩空气2022-12-28w24技术规格比较 其它特洁安威德高Sunlight新大陆水位控制方式拍门下部出水顶部溢流式自动液位堰流板溢流堰日常维护项目灯管、电费灯管、电费、镇流器更换、清洗头更换清洗环的状态以及系统状态普通检查灯管、电费设备保修终身免费维修灯管8760小时免费更换灯管1000小时免费更换有不详终身免费维修进水要求无SS20mg/L BOD 20mg/L COD 60mg/LBOD30mg/L

23、TSS30mg/LSS20mg/L BOD 20mg/L COD 60mg/L 出水检测要求无消毒后1米内国家要求104 类大肠菌群数 消毒效率70-90%-UVT=60-65%辅助构筑物无需需要不详无需2022-12-28w25经济比较地点项目日期特洁安威德高Sunlight新大陆沥滘污水处理厂(20万吨/天)广州2002410万(20元/吨)590万(29元/吨)-450万(22.5元/吨)长桥污水处理厂(3.1万吨/天)上海2002131万(42元/吨)-七格污水处理厂(40万吨/天)杭州20041400万(35元/吨)-？-同方福州大学城(5万吨/天)福州2004-69万(13.8元/

24、吨)苏州高新许东(5.6万吨/天)苏州2004-133.6万(23.8元/吨)-日常维护费用(元/吨.天)0.01元-0.0067元2022-12-28w26中国水工业网络版设计手册紫外线消毒栏目编辑工作组情况l 组长：陈健（福建新大陆环保公司总经理，博士）l 副组长：杭世君（北京院副总工程师）l 成员：l 张辰（上海院总工程师）l 刘文君（清华大学）l 周彤（东北院副总工程师）l 孙家珍（上海城建设计院主任高级工程师）l 毛惟德（上海排水协会秘书长）l 黄谨（上海城建院高级工程师）l 王洪臣（北京排水集团总工程师）l 李兴海（北京中铁工设计院高级工程师）l 赵齐宏（伊世特有限公司，博士）l

25、责任编辑：李英（清华大学博士）2022-12-28w27中国水工业网络版设计手册紫外线消毒栏目页面结构方案l紫外线消毒技术简述l特点l工作原理l主要组成部分l安装要求（对土建的要求）l消毒效果比较（各种消毒方式比较）l处理能力的确定，选型方法l应用案例（不同情况的应用情况）l紫外线消毒设备生产厂家数据库l相关资料：标准等2022-12-28w28紫外线消毒技术简述l水的紫外线消毒，是通过紫外线对水的照射进行的。紫外线按波长范围分为A、B、C（有称为消毒紫外线）、D（又称真空紫外线）四个波段，A波段320nm400nm，B波段275nm320nm，C波段200nm275nm，真空紫外线100nm

26、200nm。水消毒用的是波段紫外线。光量子理论认为，光是物质运动的一种特殊形式，是一粒粒不连接的粒子流。每一粒波长253.7nm的紫外线光子具有4.9eV的能量。当紫外线照射到微生物时，便发生能量的传递和积累，积累结果造成微生物的灭活，从而达到消毒的目的。l核酸是一切生命体的基本物质和生命基础。核酸分为核糖核酸（RNA）和脱氧核糖核酸（DNA）两大类，其共同点是由磷酸二脂键按嘌呤与嘧啶碱基配对的原则而连接起来的多核苷酸链。图1是DNA和RNA的紫外线吸收光谱图，吸收光谱的范围在240nm280nm，对波长260nm的紫外线有最大吸收。紫外线照射微生物，被核酸吸收，然后会使核酸发生变化。紫外线一

27、方面可使核酸突变、阻碍其复制、转录封锁及蛋白质的合成；另一方面，产生自由基可引起光电离，从而导致细胞的死亡。l通常，水消毒用的紫外线灯的中心辐射波长是253.7nm。紫外线的杀菌效果取决于紫外线的辐射强度和的乘积，即辐照剂量。l辐照剂量辐射强度照射时间2022-12-28w29紫外线水消毒特点l紫外线用于饮用水消毒，具有消毒快捷，不污染水质等优点。l紫外线杀菌有高效、广谱、无二次污染、运行安全可靠、占地面积小、初投资小，能够实现连续大水量消毒。UVC消毒技术有较高的杀菌效率，当紫外线辐射强度为3000W/cm2，对细菌病毒的杀菌作用一般都在1s之内，UVC消毒系统特征就是大水量消毒、连续运行。

28、影响UVC杀菌效果的主要因素有紫外线的波长、照射强度及时间，并与水的深度、色度、浊度、微生物的类型和数量有关。2022-12-28w30工作原理l 紫外线杀菌的原理是利用紫外线化学效应的性质而实现杀菌的目的。当生物细胞内的吸收紫外光波后，使DNA的结构键发生断裂或发生光化学聚合反应，从而实现杀死病菌或使其丧失复制繁殖能力。2022-12-28w31主要组成部分l消毒器按水流边界的不同分为敞开式和封闭式。l在敞开式消毒器中被消毒的水在重力作用下流经消毒器并灭活水中的微生物。敞开式系统又可分为浸没式和水面式两种。浸没式又称为水中照射法，其典型构造如图1所示3。将外加同心圆石英套管的紫外灯置入水中，

29、水从石英套管的周围流过，当灯管(组)需要更换时，使用提升设备将其抬高至工作面进行操作。该方式构造比较复杂，但紫外辐射能的利用率高、灭菌效果好且易于维修。l图2 敞开式消毒器构造图l水面式又称为水面照射法，即将紫外灯置于水面之上，由平行电子管产生的平行紫外光对水体进行消毒。该方式较浸没式简单,但能量浪费较大、灭菌效果差,实际生产中很少应用。l封闭式消毒器属承压型，用金属筒体和带石英套管的紫外线灯把被消毒的水封闭起来，结构形式如图3所示。l图3 封闭式消毒器构造图l筒体常用不锈钢或铝合金制造，内壁多作抛光处理以提高对紫外线的反射能力和增强辐射强度，还可根据处理水量的大小调整紫外灯的数量。有的消毒器

30、在筒体内壁加装了螺旋形叶片以改变水流的运动状态而避免出现死水和管道堵塞，所产生的紊流以及叶片锋利的边缘会打碎悬浮固体，使附着的微生物完全暴露于紫外线的辐射中，提高了消毒效率。l封闭式也划分为敞开式和浸没式。敞开式消毒器适用于中、大水量处理，多用于污水处理厂。封闭式消毒器一般适用于中、小水量处理或有必要施加压力且消毒器不能在明渠中使用的情况。l各种系统中外罩密封石英套管的紫外线灯管都可以与水流方向垂直或平行布置。平行系统水力损失小、水流形式均匀,而垂直系统则可以使水流紊动,提高消毒效率。2022-12-28w32消毒效果比较（各种消毒方式比较）l据试验，高强度的紫外线彻底灭菌只需要儿秒钟，而臭氧

31、与氯消毒则需1020分钟。一般大肠杆菌的平均去除率可达98%，细菌总数的平均去除率为96.6%，一般可以达到99.99。紫外线消毒不会造成任何二次污染，不残留任何有毒物质，不影响水的物理性质和化学成分。但是其缺点：一是紫外线处理水要求水体具备一定的透明度。水中的悬浮物,有机物和氨氮都会干扰紫外线的传播,进而影响消毒效果。这一点可通过水的预处理来解决。二是紫外线消毒不能解决消毒后在管网中再污染的问题。尽管如此,紫外线消毒仍是目前世界上最先进、最有效、最经济的水体消毒方法,在经济发达国家己被广泛使用,目前在我国也越来越被重视。2022-12-28w332022-12-28w34OrganismFl

32、uence(J/m2)for 4 logs inactivationEscherichia coli50-100Salmonella typhi70-80Enterobacter cloacae340Polio virus(Mahoney)280Rotavirus SA 11300Cryptosporidium parvum50-100Giardia muris50-100表表 UV 对病原微生物的效果2022-12-28w35相关资料：标准等l 直管型石英紫外线低压汞消毒灯的国家行业标准（016094）l“生活饮用水紫外线消毒器”标准(/204 2000)。2022-12-28w36相关组织国际紫外协会国际紫外协会The International Ultraviolet Association(IUVA)(http:/www.iuva.org)