污水處理領(lǐng)域的紫外線消毒系統(tǒng)的改造
紫外線消毒具有消毒速度快、效率高、對大腸桿菌的平均去除率高、操作簡單、便于管理等優(yōu)點，目前已在污水處理領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。
1 工程概況
大連市某污水處理廠的原水為生活污水，設(shè)計規(guī)模為6.0×10 m。/d，總變化系數(shù)K=1.3，主體工藝采用CASS工藝，消毒方式采用紫外線消毒，設(shè)計出水水質(zhì)達到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》(GB 18918-2002)的一級B標準。該工程經(jīng)調(diào)試后于2005年正式投入使用。
2 主要構(gòu)筑物及設(shè)計參數(shù) ① CASS反應(yīng)池
設(shè)計CASS反應(yīng)池2座，每座分4格，每格按程序交替運行，運行周期為6 h，其中進水1.5 h、曝氣3.5 h(進水同時進行曝氣)、沉淀1 h、潷水1.5 h。
通過時間排布控制2座CASS池連續(xù)進水、連續(xù)出水。
② 紫外消毒渠
設(shè)紫外消毒渠1座，連續(xù)進水，水量為2 5001TI /h，共配置6個模塊108支320 W 紫外燈，且配套設(shè)置導(dǎo)流板、跨水渠箱、空壓機、中控柜及無動力自動堰門等。
3 實際運行狀況分析
該工程運行后發(fā)現(xiàn)，CASS反應(yīng)池不能實現(xiàn)24 h連續(xù)出水，沒有達到設(shè)計預(yù)期效果，實際每格的潷水時間約為1 h，且潷水器的流量并不均衡。經(jīng)過多次調(diào)整潷水器的控制方式，CASS池在潷水期間的水量一般為3 500—4 500 in /h，平均流量>3 600 1TI /h，少數(shù)時段峰值流量>4 500 1TI /h，且每1.5 h有一次停水過程。
由于該工程紫外消毒系統(tǒng)以24 h連續(xù)流的方式進行設(shè)備配置，故實際運行過程中的流量波動使紫外消毒系統(tǒng)損壞，運行不穩(wěn)定，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：
① 峰值流量時殺菌效果不達標
瞬時最大流量為1.25 in。/s(4 500 I11 /h)，已經(jīng)達到設(shè)計流量0.69 1TI /s(2 500 1TI /h)的1.8倍，因而出現(xiàn)了燈管數(shù)量不足，紫外劑量不夠，進而殺菌效果不達標的問題。
② 燈管頻繁啟動，嚴重影響使用壽命
紫外消毒系統(tǒng)的紫外燈管完全浸沒于水中，利用流動的水體自然冷卻，以避免燈管干燒損壞。因此設(shè)計時，設(shè)備供應(yīng)商考慮了燈管的干燒保護，即當水位低于設(shè)定水位30 S后，第一排燈管自動熄滅并報警;低水位信號持續(xù)5 min后，所有燈管自動熄滅并報警。該工程實際運行過程中，每1.5 h燈管自動關(guān)閉一次，來水后重新啟動，頻繁啟動導(dǎo)致燈頭發(fā)黑、燈管發(fā)紅、紫外光強衰減很快，即單支燈的輸出光強迅速衰減，影響系統(tǒng)總體劑量。
③ 水位控制裝置動作頻繁
按照連續(xù)流方式設(shè)計的自動堰門，在流量變化頻繁時動作頻繁，設(shè)備磨損較大。為了避免小的波浪及虛假信號的影響，水位控制裝置設(shè)置了一定的反應(yīng)延時，但該工程潷水開始和即將結(jié)束時水量變化太大，水位控制裝置來不及反應(yīng)，導(dǎo)致消毒模塊處的水位過高或過低。
④ 套管結(jié)垢加重
當水位低于設(shè)定水位時，會導(dǎo)致燈管于燒，于燒時燈管、套管表面溫度較高，套管上附著的水分迅速蒸發(fā)，而水中的鈣、鎂離子極易在套管表面形成碳酸鹽垢，進而影響套管紫外光的透過率。
4 改造方案
為解決該工程紫外消毒系統(tǒng)在運行中出現(xiàn)的諸多問題，現(xiàn)提出以下兩種可行的改造方案，具體內(nèi)容如下：
方案一：對消毒系統(tǒng)進水水量進行調(diào)節(jié)，維持現(xiàn)有紫外消毒系統(tǒng)不變。即在CASS反應(yīng)池與紫外消毒渠之間增加調(diào)節(jié)池，由提升泵均勻向消毒系統(tǒng)供水，保證紫外燈管在24 h內(nèi)連續(xù)運行。
此方案需新建調(diào)節(jié)池1座，有效容積為5 0001TI ，停留時間為2.0 h;增加污水提升泵2臺(1用1備)，單臺流量為2 500 in。/h，揚程為80 kPa，功率為55 kW 。
方案二：對紫外消毒系統(tǒng)進行改造。新建1座紫外消毒渠，原有渠道作為檢修超越渠道使用。新建紫外消毒系統(tǒng)按照最大流量(4 500 In。/h)進行設(shè)計，增加3個紫外消毒模塊，燈管數(shù)量由原108支增加到162支，同時將水位控制裝置由無動力自動控制堰門改為固定溢流堰，保證在零流量時燈管全部淹沒在水中，不會頻繁啟動，保持24 h連續(xù)點亮;同時保證在最大流量時堰上水深不會超出燈管有效殺菌范圍。
5 結(jié)論
對上述兩個方案從技術(shù)可行性、工程實施、工程投資、運行能耗及運行費用等方面進行綜合比較，可以看出方案一投資高、占地面積大，由于沒有足夠的預(yù)留用地，此方案較難實現(xiàn);方案二優(yōu)勢較明顯，雖按最大流量設(shè)計會造成一定的浪費，但該方案投資低、運行成本低、占地面積小、改造方便、運行管理簡單，最終被采納。水廠經(jīng)改造后于2008年正式運行，實踐證明改造后的紫外消毒系統(tǒng)運行正常，出水水質(zhì)穩(wěn)定達標。
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