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专家谈紫外消毒技术
2007-01-31          阅读:

刘文君副教授谈紫外消毒技术
  来源:中国水网(www.chinawater.net)        

  世界范围内第一家采用紫外消毒工艺处理饮用水的是法国马赛的一家自来水厂,时间是1910年。之后,在供水行业以及污水行业紫外的应用一直没有什么大的进展。长期以来在中国乃至世界范围内,液氯一直占据着大部分的消毒市场。相对而言欧洲采用紫外消毒的比重略高于其他国家及地区。自90年代开始,紫外线消毒技术得到了迅速的发展。爆发于2003年的"非典"以及2002年最新的《城镇污水处理厂污染物排放标准》的颁布,使得紫外消毒在污水领域开始有了进展。中国建设部于2005年11月通过《城市给排水紫外线消毒设备》标准,该标准的颁布规范了紫外消毒设备,为将来打开紫外消毒市场奠定了基础,新的水质标准即将出台,新标准出台能否促进促进紫外消毒设备在自来水厂的应用?紫外消毒本身是否还有一些亟待解决的问题,紫外消毒设备本身质量如何?带着这样的疑问,中国水网采访了紫外领域的专家——清华大学环境系紫外消毒中心主任刘文君副教授。

紫外的优缺点及经济性

  紫外开始的历史很早,而60年代由于紫外灯管本身的技术(规模小、寿命短、穿透率低)限制了紫外线的发展。90年代后紫外才开始在污水领域得到应用,紫外线现在在自来水领域也有很多大规模的应用,如规模为820万m3/d的纽约自来水公司,因为水源水质非常好,只简单经过沉淀、消毒后就向用户供水了。93年美国城市隐孢子虫爆发,因为没有过滤工艺,纽约自来水公司经过经济对比,选择了紫外消毒来应对隐孢子虫。。
  除了纽约,华盛顿特区还有一个规模为100万m3/d的水厂采用了紫外消毒。大庆的东风水厂是我国国内第一家应用紫外线消毒技术的自来水厂。
  当问及几种消毒方式的经济性时,刘老师说在几种常见消毒方式中,氯气和紫外比较经济,传统的氯消毒的成本一般是0.5~1分钱/吨水,而紫外的成本也就1分钱/吨水,有一定的可比性。以他们在广州东莞的实际实验数据,按照东莞的电价,采用紫外大肠杆菌和细菌的去除效果可以达到5log~6 log,即99.999%~99.9999%,电方面的成本是1.3分/吨水。随着紫外灯管的寿命的延长,成本基本不再是困扰紫外消毒的问题了。
  刘老师谈到,紫外得到发展的诱因主要体现在以下三方面:
  一、两虫(隐孢子虫、贾第虫)的问题。国外一般采用生饮水,水中隐孢子虫的发现成为紫外应用的主要原因(紫外可以杀死隐孢子虫)。尽管中国的饮水习惯保护了大众的健康,但提高供水水质提供直饮水将是一个趋势,中国目前新的水质标准已将隐孢子虫和甲滴虫列入。
  二、消毒副产物的问题。中国目前各水源都受到不同程度的污染,消毒副产物是个比较普遍存在的问题,对人体的危害比较大,如三卤甲烷、卤乙酸等是致癌物。卤乙酸由于沸点比较高在烧开后可能会浓缩。臭氧有溴酸盐的产生,今年1月4日美国新的消毒副产物法公布,对卤乙酸、三卤甲烷、溴酸盐、亚氯酸盐等指标的目标值和现在值做了修订,三卤甲烷是80μg/l, 卤乙酸是60μg/l ,溴酸盐是10μg/l ,亚氯酸盐是1.0mg/l,包括臭氧消毒或氧化的溴酸盐等副产物在将来不能检出。而事实上水中实际存在的消毒副产物比标准中规定的副产物要多很多。
  三、从安全上讲,液氯有一定风险,在运输、使用过程中都有泄漏的风险。刘老师笑谈到恐怖活动最好利用的工具是液氯。一个液氯罐可以造成几万人的伤亡。
  从这三方面讲,紫外不需要投加化学试剂,消毒效果也不错,有一定的优势。但是任何一种消毒技术都有利弊,紫外消毒同样有一定的缺点:
  一、管网的持续消毒效果。中国的水质标准中规定管网必须维持持续的消毒效果,这是大家比较关心的问题。刘老师讲到可以采取以下几种措施解决:一是用氯胺补充;氯胺的持续性比较长,消毒副产物链很小,但是消毒效果比氯和紫外线差。国内常用的是用氯+氯胺。二是在欧洲一些水质较好的地方不加余氯。他们认为加氯后会产生很多副产物。如AOC指标低于10~20μg/l时,则不需要加氯;当AOC指标在50~100μg/l时,才加氯。刘老师的课题组针对这方面做了大量研究工作。研究发现,尽管有足够的余氯,仍然能检测出大量的微生物。不过就中国目前的现状而言(水质的生物稳定性很差,城市的管网很大,管网系统老化和管理不严格),不加氯不太现实,但将来在一些管网较短的小地方可以实现。
  二、复活的问题。当就大家普遍关心的采取紫外消毒细菌是否会复活的问题问刘老师时,他说紫外消毒的原理只是多聚化,破坏遗传能力让DNA不能复制,在一定的光照的条件下也会发生解聚,而管网的水基本在封闭的状态,复活的问题不用那么担心。他还谈到即使是加氯也可能由于微生物的自我修复功能而复活。因此关键的问题是将有机物降低。
  三、紫外与氯消毒的趋势相反。氯消毒的优先性依次是病毒>细菌>原虫,而紫外则正好相反:原虫>细菌>病毒。即紫外对病毒的去除效果最差。尤其是腺病毒和轮状病毒:当200mJ/cm2 时,才只有4 log的腺病毒的去除。全世界饮用水的紫外线消毒标准的剂量只有40mJ/cm2。因此最理想的办法是氯消毒与紫外相结合,这样也符合水质安全保障中的多级屏障的概念。
  紫外在应用上也有很多限制因素,如怎样保证剂量合适、怎样保证系统的稳定性、怎样保证正确的清洗都是一些关键的因素。这些研究国内相对做得较少。刘老师他们正在做这方面的工作,希望用数据为大家提供一些实际的经验。
  至于究竟采用什么工艺,讲到水厂设计原则时,刘老师用了三句话简而概之: “水质安全优先;工艺单元互补;经济成本合理。”

紫外的第三方验证

  刘老师一直希望清华大学的紫外研究中心能成为中国的紫外消毒设备第三方验证中心。他说理论上紫外线反应器的计量都是不可靠的,必须采用生物验证实验计量反应关系。紫外线是比较新的技术,在短短的5年时间内就用于饮用水行业。作为相对保守的饮用水行业,这是以前从未有过的,而由于微生物的实验又比较专业,目前没有一个专门的权威机构来检测。这就需要独立的第三方验证。饮用水关系到人类的健康,紫外消毒的剂量不象余氯那样可以实时检测,因此必须保证系统的稳定性、设计的合理性来减少风险。而由于知识的缺陷。有些公司由于设计不合理达不到要求,给双方带来损失,因此必须有专门的有这个资质的机构来进行验证,减少风险。从未来讲,需要国家级的机构来承担这个工作,但是目前在中国只有一些研究机构具备这个能力。
  因此,在美国环保署的标准中和国内的紫外标准中明确规定有第三方验证。第三方验证的需求也是非常大的。目前美国有2家第三方验证中心,Hydroqual机构是其中之一,规模是20万m3/d。
  

关于《城镇给水和污水紫外线消毒设备》标准

  中国建设部于2005年11月通过《城市给排水紫外线消毒设备》标准,该标准的颁布一度引起了一些争议,该标准是由一家生产和销售紫外消毒设备的公司参与制定的,很多人认为不应该只是由一家公司来制定,其中的很多地方会出于该公司的利益而有失公允。
  实际上,当时该标准的制定有一定的历史原因。在标准发布后,06年的2月份,建设部曾组织专家讨论过该问题,最后达成一致意见。专家们认为标准的主体是好的,最关键的四个剂量很合适,只有个别术语是否严格有待斟酌,这就需要在以后的修订版中进一步完善。此外,一个标准最重要的评价是是否有利于保护行业的健康发展,该标准90%以上是合适的,其对推动行业发展起了很大的积极作用。
  据闻,环保总局也正在制定关于污废水紫外线光氧化消毒的一个标准,至于两个标准是否会有冲突还不得而知。在中国没有一个机构来统一制定标准,这就需要协调。
  刘老师提到,国外做标准时,会提出限值、目标值以及采用的方法。而国内的标准则只有限值,在制定标准时是否有依据,是否符合国情都是我们应该考虑的,国外制定标准的方式无疑会给我们很好的参考。

  此外,刘老师补充讲了讲紫外线高级氧化的效果。紫外线与过氧化氢或是臭氧联合的效果非常好,他们从荷兰PWN水厂处理饮用水中微量农药的工程实例考察回来,其采用紫外线+过氧化氢处理效果非常好。2005年年底发生在哈尔滨的松花江水污染事件,最终通过投加活性炭得以解决,但是活性炭只是将污染物从水相转移到固相,并没有根本去除硝基苯,还必须进一步对活性炭进行适当处理,实验室研究表明,紫外线为基础的高级氧化技术对硝基苯有十分好的分解效果,因此从长期效果看,紫外线+过氧化氢无疑是一种可以考虑的技术。

  刘老师最后说,在中国紫外线的使用仍然缺少经验,有很多的问题需要解决,目前他所在的紫外消毒中心正在进行深入的研究,不久的将来紫外会有比较好的应用,其前景是光明的。

(中国水网 史瑛、谢晓慧)

责任编辑:   产品部
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