中壓紫外線(xiàn)殺菌系統(tǒng)用于飲用水的前景展望
摘 要
在北美，紫外線(xiàn)一直廣泛應(yīng)用在廢水殺菌領(lǐng)域。長(zhǎng)期以來(lái)一直使用傳統(tǒng)的低壓/低壓高輸出水銀燈，但中壓水銀燈的開(kāi)發(fā)為傳統(tǒng)紫外光源自身的限制提供了具有潛力的解決方案。例如，在一項(xiàng)應(yīng)用中需要使用成百上千個(gè)低能量燈泡，而使用中壓紫外線(xiàn)裝置則只需要很少的兩排燈泡。
根據(jù)卡爾岡炭素公司1998年的重大發(fā)現(xiàn)：在隱孢子蟲(chóng)滅活中只需要極少量的紫外劑量，飲用水廠(chǎng)采用紫外線(xiàn)作為隱孢子蟲(chóng)和賈第蟲(chóng)屏障的數(shù)量有明顯的增加。發(fā)現(xiàn)此項(xiàng)專(zhuān)利技術(shù)之后，卡爾岡炭素公司首次為三家不同的飲用水處理廠(chǎng)提供了三臺(tái)紫外線(xiàn)反應(yīng)器。另外，卡爾岡炭素公司在北美安裝了兩臺(tái)最大的紫外線(xiàn)殺菌反應(yīng)器作為隱孢子蟲(chóng)屏障。這些紫外線(xiàn)裝置是將中壓紫外線(xiàn)燈裝在SentinelTM(衛(wèi)士）反應(yīng)器內(nèi)部。石英套將燈泡和水隔開(kāi)。利用自動(dòng)清潔系統(tǒng)對(duì)石英外表作定期清理保持石英套的清潔。
介 紹
水處理領(lǐng)域面臨的挑戰(zhàn)是怎樣提供充分的殺菌同時(shí)將殺菌副產(chǎn)物降至最小。雖然自1900紫外線(xiàn)技術(shù)已被用于水殺菌，但直到最近其在飲用水處理的應(yīng)用才確定下來(lái)。這是部分由于隱孢子蟲(chóng)卵囊實(shí)驗(yàn)的不確定性(Lorenzo-Lorenzo et al. 1993)和證明高紫外劑量獲得理想卵囊滅活效果的數(shù)據(jù)的產(chǎn)生 (Campbell et at. 1995)。 1996年，卡爾岡炭素公司通過(guò)對(duì)其生育能力和傳染性的化驗(yàn)證明兩者存在極大的差別。 對(duì)于生育能力和傳染性化驗(yàn)選擇是測(cè)量卵囊滅活的一個(gè)重要標(biāo)準(zhǔn)這一事實(shí)的認(rèn)識(shí)推動(dòng)了卡爾岡公司對(duì)紫外線(xiàn)是一種對(duì)隱孢子蟲(chóng)卵囊滅活極為有效的方法這一專(zhuān)利發(fā)現(xiàn)。
卡爾岡炭素公司SentinelTM(衛(wèi)士)紫外線(xiàn)殺菌工藝使用紫外線(xiàn)做為水中防止隱孢子蟲(chóng)和賈第蟲(chóng)的方法。在SentinelTM(衛(wèi)士)工藝中，高能量燈泡通過(guò)石英套將紫外線(xiàn)射入水中。高能量光子被隱孢子蟲(chóng)(C. parvum)和賈第蟲(chóng)有機(jī)體中的DNA 和RNA吸收，造成雙螺旋線(xiàn)體交叉而防止其線(xiàn)性裂解和復(fù)制。不能復(fù)制的細(xì)胞不能傳染。對(duì)有機(jī)體失去傳染能力已被老鼠傳染性實(shí)驗(yàn)證明。在這些發(fā)現(xiàn)之后，其他一些合作或獨(dú)立實(shí)驗(yàn)也驗(yàn)證了這些數(shù)據(jù)，證明某些紫外線(xiàn)系統(tǒng)可以將造成水傳播疾病爆發(fā)的隱孢子蟲(chóng)和賈第蟲(chóng)滅活。紫外線(xiàn)技術(shù)迅速成為飲用水應(yīng)用中最有前途的方法。因其不產(chǎn)生殺菌副產(chǎn)物，并提供高殺菌率（特別對(duì)隱孢子蟲(chóng)），紫外線(xiàn)是一種簡(jiǎn)單和低成本的水殺菌方法。
過(guò)去，大多數(shù)飲用水生產(chǎn)領(lǐng)域中的紫外線(xiàn)殺菌系統(tǒng)都使用低壓燈泡，但這些技術(shù)有以下限制： 在很低水溫下，燈泡殺菌效率受限制 ；對(duì)于大型的水廠(chǎng)，燈泡使用量極大，導(dǎo)致電子系統(tǒng)增大和紫外單元數(shù)增加，投資和維修費(fèi)用也隨之增加。
使用中壓燈泡的系統(tǒng)提供了有利的替代方法。與低壓燈泡相比，中壓燈泡在254 nm時(shí)有更高的多色紫外光譜輸出和低的恢復(fù)，所以反應(yīng)器和燈泡的數(shù)量減少。從而設(shè)備投資接近低壓系統(tǒng)的費(fèi)用。
工業(yè)級(jí)紫外線(xiàn)系統(tǒng)
卡爾岡炭素公司在高級(jí)氧化工藝(AOP)領(lǐng)域中處世界領(lǐng)先地位；在世界各地飲用水、地表水和工業(yè)廢水處理行業(yè)中安裝了三百臺(tái)以上的工業(yè)裝置。
卡爾岡炭素公司在北美提供了首臺(tái)工業(yè)級(jí)紫外線(xiàn)殺菌系統(tǒng)做為隱孢子蟲(chóng)屏障。 此系統(tǒng)于2000年5月安裝在美國(guó)的Grosse Pointe，并運(yùn)行至今。此系統(tǒng)設(shè)計(jì)可處理最高流量為每天52700立方米，提供4log隱孢子蟲(chóng)滅活和2log賈第蟲(chóng)滅活。 在這之后,卡爾岡公司又安裝11套處理量從每天3768立方米到每天358000立方米的SentinelTM(衛(wèi)士)工業(yè)裝置，這些裝置大小從處理器直徑12英寸到48英寸不等，均采用中壓紫外線(xiàn)燈泡。
Sentinel（衛(wèi)士）的紫外線(xiàn)殺菌
隱孢子蟲(chóng)和賈第蟲(chóng)的滅活率與水中的紫外線(xiàn)劑量成正比。紫外線(xiàn)劑量由mJ/cm2 (或 mWs/cm2)表示。獨(dú)立的微生物實(shí)驗(yàn)室證明在老鼠傳染實(shí)驗(yàn)中小于<10 mJ/cm2 紫外線(xiàn)可提供大于4log(99.99%)隱孢子蟲(chóng)滅活，符合美國(guó)EPA/NSF環(huán)境技術(shù)計(jì)劃。 一般來(lái)說(shuō)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)在最大流量時(shí)紫外線(xiàn)劑量為40 mJ/cm2以保證達(dá)到處理目標(biāo)。
滅活效率由紫外線(xiàn)燈的光譜輸出決定。在隱孢子蟲(chóng)進(jìn)行滅活的紫外線(xiàn)光譜區(qū)中，衛(wèi)士系統(tǒng)采用最高效的中壓水銀拱燈。每個(gè)燈泡均帶有一個(gè)紫外線(xiàn)傳感器。另一個(gè)SentinelTM(衛(wèi)士)系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)是Quickwipe™（快速清洗）石英清洗技術(shù)。此設(shè)計(jì)的一個(gè)基礎(chǔ)是一個(gè)不銹鋼刷用于清洗石英表面并防止形成污垢層。 清洗裝置由許多不銹鋼毛，利用氣壓缸清洗器可前后活動(dòng)。清洗器的運(yùn)動(dòng)頻率可由控制面板上的操作界面調(diào)節(jié)。
SentinelTM(衛(wèi)士)紫外線(xiàn)殺菌系統(tǒng)由一個(gè)316L不銹鋼反應(yīng)器和在反應(yīng)器內(nèi)部成行排列的高能量中壓標(biāo)準(zhǔn)20千瓦紫外燈組成。 每個(gè)紫外燈由一個(gè)石英套保護(hù)。石英套由一個(gè)專(zhuān)利的空氣驅(qū)動(dòng)的清洗系統(tǒng)自動(dòng)清洗，清洗周期可調(diào)。燈泡由電磁鎮(zhèn)流器產(chǎn)生動(dòng)力。每個(gè)反應(yīng)器均有一個(gè)獨(dú)立的燈泡驅(qū)動(dòng)外殼包含平鎮(zhèn)流和其他燈泡供電部件。因其采用模塊化部件和高能量中壓燈泡的簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)，使設(shè)備翻新變得簡(jiǎn)單。
所有Sentinel™ (衛(wèi)士)反應(yīng)器的控制功能均置于一個(gè)系統(tǒng)控制柜。PLC控制系統(tǒng)運(yùn)行，并帶有一個(gè)觸屏式操作界面。軟件的一個(gè)重要功能是控制紫外線(xiàn)殺菌過(guò)程，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)狀態(tài)并對(duì)故障及時(shí)報(bào)警。此故障保護(hù)系統(tǒng)保證了操作人員和設(shè)備的安全。
紫外線(xiàn)反應(yīng)器
紫外線(xiàn)反應(yīng)器外可是316L不銹鋼外殼和150 lb. ANSI法蘭。這種配置有利于對(duì)工廠(chǎng)現(xiàn)有管道的簡(jiǎn)單翻新。 通常六個(gè)標(biāo)準(zhǔn)20kw中壓紫外燈泡安裝在反應(yīng)器中，每個(gè)燈泡外套石英套。燈泡由置于單柜中電磁鎮(zhèn)流操作，單柜利用室內(nèi)空氣進(jìn)行強(qiáng)制對(duì)流降溫。由一個(gè)獨(dú)立120伏空壓器將空氣壓縮進(jìn)石英清洗器。
反應(yīng)器的交流電源為480V, 3相, 60 赫茲？刂葡到y(tǒng)為24 VDC。Modicon公司的可編程控制PLC，與彩色UniOp觸摸式顯示屏相連。控制面板安裝在電源控制面板旁。
結(jié)論
已安裝SentinelTM(衛(wèi)士)殺菌系統(tǒng)的市政部門(mén)為當(dāng)?shù)鼐用耧嬘盟峁┝穗[孢子蟲(chóng)和賈第蟲(chóng)的保護(hù)屏障。操作記錄證明這些反應(yīng)器是可靠的并無(wú)需維護(hù)？枌克毓就芾碚、工廠(chǎng)操作者的交流表明用戶(hù)非常滿(mǎn)意紫外線(xiàn)設(shè)備和其可靠性。
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