如何確定和比較污水紫外光消毒設備的UVC劑量
1. UV劑量
類似于氯消毒中采用CT值（余氯濃度乘以停留時間）來控制消毒效果的方法，污水紫外消毒技術采用UV劑量（參見“如何理解紫外光水消毒技術中的UV劑量”一文）控制污水的消毒效果。但氯消毒可以通過固定水力停留時間和余氯濃度而達到指定的CT值，從而簡化和規(guī)范設計。紫外消毒是完全通過設備實現(xiàn)的，其最核心的紫外燈管隨設備型號而不同，而且隨著燈管技術的不斷進步，強度會越來越高，這樣就造成在同樣的UV劑量情況下，不同消毒反應器提供的UV強度不同，對應的水力停留時間也就不相同，因此，無法像氯法一樣通過固定水力停留時間和UV強度來簡化設計和設備選型。
UV劑量的計算較為復雜，工程應中的UV消毒反應器常采用兩種計算方法：理論計算劑量和生物驗證劑量，二者各有利弊。
2. 理論計算劑量
美國環(huán)保署在其1986年發(fā)布的《城市污水消毒設計手冊》（EPA/625/1-86/021）中較詳細地敘述了污水紫外光消毒系統(tǒng)的設計，并配套開發(fā)了一個設計軟件UVDIS。目前使用較廣的是1992年發(fā)布的3.1版。利用該軟件可以非常方便的計算出明渠式低壓紫外消毒系統(tǒng)整個反應器內(nèi)的平均紫外光強度，然后乘以污水接受的照射時間，即得到消毒反應器的理論計算劑量。
UVDIS軟件在計算消毒反應器的UV平均強度時，需輸入如下參數(shù)：（1）燈管的UVC輸出強度、（2）燈管電弧長、（3）燈管排列方式、（4）燈管軸線間距、（5）石英套管外徑、（6）石英套管透光率、（7）石英套管結(jié)垢系數(shù)、（8）燈管老化系數(shù)和（9）污水透光率。任何一個參數(shù)的變化都會改變平均強度值。照射時間等于燈管內(nèi)兩個燈絲之間的距離（如果是兩個燈組串聯(lián)，則乘以2倍）除以水流速度。注意水流速度等于最大小時流量時的流量除以橫斷面凈空面積（橫斷面積減去所有石英套管所占面積）。最外層燈管至池壁和水面的距離應略小于半個燈管間距。
建立好以上計算模型后，固定所有幾何結(jié)構參數(shù)，通過改變燈管的UVC輸出強度、污水透光率和流量達到改變UV劑量的目的，同時監(jiān)測不同UV劑量下反應器的消毒效率，得到“微生物滅活率——UV理論計算劑量”曲線。
設計時，按以下步驟確定燈管數(shù)量：（1）根據(jù)消毒系統(tǒng)進口微生物濃度和排放標準要求計算微生物滅活率；（2）查“微生物滅活率——UV理論計算劑量”曲線確定所需要的最低UV理論劑量；（3）采用以上技術參數(shù)和計算過程，改變燈管數(shù)量，驗算UV理論計算劑量，直至滿足最低UV理論計算劑量的要求。
理論計算劑量的主要優(yōu)點：
（1）反映的設備技術參數(shù)全面。包含了UV消毒反應器有效空間內(nèi)的所有幾何結(jié)構與物理參數(shù)以及污水的透光率。
（2）靈敏度高。任何一個參數(shù)的改變都會在理論計算劑量值上體現(xiàn)出來，常用于指導反應器的改進和不同反應器之間UV劑量的相對高低比較。
（3）客觀性強，透明度高。UVDIS軟件由美國環(huán)保署開發(fā)，不屬于任何營利團體和企業(yè)。UV理論劑量的計算過程清晰而合理，可以公正地反映出不同型號反應器之間UV劑量的相對高低。
理論計算劑量的主要缺點：
（1）計算過程中沒有考慮污水流態(tài)對消毒效果造成的影響。不同型號的消毒反應器，同樣的理論計算劑量實現(xiàn)的微生物滅活率不同，流態(tài)越好，消毒效率越高。因此，設計時不同型號的設備需采用不同的“微生物滅活率——UV理論計算劑量”曲線。
（2）雖然理論計算劑量可以客觀地反映出不同反應器之間UV劑量的相對高低，但因“微生物滅活率——UV理論計算劑量”曲線隨設備型號不同而不同，針對相同的生物滅活率要求，無法準確給出統(tǒng)一的最低UV劑量。
3. 生物驗證劑量
生物驗證劑量的解釋見“如何理解紫外光水消毒技術中的UV劑量”一文。該方法回避了紫外消毒反應器內(nèi)部結(jié)構對消毒效果的影響，將其看作一個“黑箱”，改變流量，測定出不同污水透光率條件下的“消毒反應器流量——UV劑量”曲線。
利用生物驗證劑量確定燈管數(shù)量的步驟為：（1）根據(jù)排放標準要求計算微生物滅活率；（2）查“微生物滅活率——UV劑量”曲線確定所需要的UV劑量；（3）查“消毒反應器流量——UV劑量”曲線確定每支紫外燈管的處理水量；（4）UV消毒系統(tǒng)總處理能力除以每支紫外燈管的處理水量得到整個系統(tǒng)需要的最少的紫外燈管數(shù)量；（５）根據(jù)模塊化的要求，對燈管數(shù)量向上取整。
生物驗證劑量的主要優(yōu)點：
可以在各種不同的設備之間統(tǒng)一最低UV劑量標準。由于微生物滅活率與UV劑量之間的關系曲線是由獨立于UV消毒反應器的“平行紫外光束儀（Collimated Beam Apparatus）”測定的，不受消毒反應器自身性能的影響。因此，可以在各種UV消毒反應器之間統(tǒng)一最低UV劑量標準，以保證消毒效果。
生物驗證劑量的主要缺點：
（１）按照嚴格的測試標準，實驗費用非常昂貴。
（２）目前在我國出現(xiàn)的基于實際運行的污水處理廠測試的糞（總）大腸菌曲線誤差較大，不能用于設計選型，如果要使用，應有第二中方法進行交叉驗證。
4. 兩種UV劑量的運用方式
UV劑量的運用主要有兩個目的：一是為所有備選UV消毒反應器設定最低UV劑量標準，以實現(xiàn)指定的消毒效果；二是在備選設備之間比較消毒效率的相對優(yōu)劣。
如果采用符合測試標準的生物驗證曲線，以上兩個目的均可很好地達到。如果采用糞（總）大腸菌測試的曲線，由于無代表性和誤差太大，則無法達到以上兩個目的，必須與理論計算劑量聯(lián)合使用，以減少誤差，這實際上也是國外一些工程招標中采用的方式。
首先匯集各設備供應廠家的設計方案，要求同時提供生物驗證劑量和理論計算劑量，然后分析各廠家的方案，同時提出生物驗證劑量和理論計算劑量的最低要求。投標中要求所有UV消毒設備必須同時滿足兩種UV劑量的要求。
5、結(jié)論
（1）嚴格以上的生物驗證劑量可在各種消毒反應器之間進行劑量比較，并確定統(tǒng)一的最低UV劑量標準。
（2）理論計算劑量適合在各種消毒反應器之間比較UV劑量的相對高低。
（3）單獨采用理論計算劑量和糞（總）大腸菌生物驗證曲線均無法在各廠家設備之間確定最低的劑量標準，二者必須聯(lián)合使用，所有設備必須同時達到標準要求。
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