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紫外線技術(shù)在我國(guó)城鎮(zhèn)給排水處理中應(yīng)用的挑戰(zhàn)和趨勢(shì)

發(fā)布時(shí)間:2023-04-07 點(diǎn)擊數(shù):96
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本文分別從紫外線消毒技術(shù)在我國(guó)城鎮(zhèn)污水處理和給水處理中的應(yīng)用入手,分別闡述應(yīng)用現(xiàn)狀、面臨的挑戰(zhàn),對(duì)常見(jiàn)的認(rèn)知誤區(qū)進(jìn)行回應(yīng),并就紫外高級(jí)氧化技術(shù)等新興水處理技術(shù)的發(fā)展和紫外消毒及下一步的研究方向發(fā)展趨勢(shì)提出觀點(diǎn)。


一、紫外線消毒技術(shù)在城鎮(zhèn)污水處理中的應(yīng)用現(xiàn)狀和挑戰(zhàn)


有關(guān)部門(mén)及企業(yè)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表明,截至2019年底,我國(guó)共建成9 200多座城鎮(zhèn)污水處理廠,總處理規(guī)模達(dá)到2.27億m3/d。其中大約3 000家的污水廠采用了紫外線消毒工藝,處理規(guī)模約為1.6億m3/d,以處理規(guī)模計(jì)算,紫外線消毒處理的水量占到現(xiàn)有污水廠處理水量的70%左右。這意味著我國(guó)多半以上的城鎮(zhèn)人口受益于紫外線消毒這一環(huán)境友好型水處理技術(shù),如果按照3 mg/L的氯投加量計(jì)算,我國(guó)每年可以向處理與受納水體少投放約17.5萬(wàn)t的氯消毒劑,對(duì)保護(hù)環(huán)境、生態(tài)和人類健康以及可持續(xù)發(fā)展產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效益。2020年4月,國(guó)際紫外線協(xié)會(huì)(IUVA)發(fā)布白皮書(shū),證明了紫外線技術(shù)對(duì)于新冠病毒的有效性,這為紫外線消毒防控新冠病毒通過(guò)水媒傳播提供了理論依據(jù)。


然而,在很長(zhǎng)的一段時(shí)間,紫外線消毒技術(shù)在我國(guó)污水處理應(yīng)用中存在著認(rèn)識(shí)上的不足。例如,不少人認(rèn)為紫外線消毒就是把紫外燈管放入水中,不同紫外消毒設(shè)備的消毒效果差別不大,可按價(jià)低者進(jìn)行采購(gòu);紫外消毒設(shè)備屬于非標(biāo)產(chǎn)品,很多用戶和設(shè)計(jì)單位不了解應(yīng)如何評(píng)估紫外消毒設(shè)備及其方案是否可以滿足工程上的消毒設(shè)計(jì)要求,導(dǎo)致一些用戶和設(shè)計(jì)單位采取“拿來(lái)主義”,對(duì)紫外設(shè)備廠家所報(bào)的設(shè)備方案照單全收,默認(rèn)其消毒性能能夠滿足要求,使一些消毒性能存在嚴(yán)重缺陷的紫外設(shè)備被用到工程中,造成污水廠尾水消毒排放不達(dá)標(biāo),對(duì)紫外線消毒技術(shù)的科學(xué)性和有效性帶來(lái)了負(fù)面誤導(dǎo)。

1.1
紫外線消毒在污水處理中應(yīng)用效果的制約因素

實(shí)際上,現(xiàn)代紫外線消毒理論和技術(shù)經(jīng)過(guò)近40年的發(fā)展,已經(jīng)成為一項(xiàng)全世界普遍認(rèn)可、非常成熟和有效的工程應(yīng)用技術(shù)。對(duì)某紫外設(shè)備廠家生產(chǎn)的紫外設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn),在國(guó)內(nèi)500多個(gè)安裝運(yùn)行其設(shè)備的污水廠現(xiàn)場(chǎng)中,曾經(jīng)有50多個(gè)出現(xiàn)過(guò)大腸菌出水不合格的情況,其中由于紫外設(shè)備無(wú)法滿足進(jìn)水水質(zhì)消毒需求的情況只有2個(gè),而絕大部分的不合格都是設(shè)備使用維護(hù)不當(dāng)或者大腸菌檢測(cè)操作不規(guī)范造成的。如果不加分析就簡(jiǎn)單地否定這一環(huán)境友好、低碳環(huán)保的技術(shù),進(jìn)而因噎廢食,顯然不是科學(xué)的態(tài)度和方法,也不利于技術(shù)的進(jìn)步。通過(guò)調(diào)研目前國(guó)內(nèi)污水處理中紫外線消毒技術(shù)的應(yīng)用情況,總結(jié)該技術(shù)在污水處理中得以有效應(yīng)用的制約因素主要包括以下方面。


1.1.1 設(shè)備劑量不足

在紫外消毒設(shè)備不能滿足出水達(dá)標(biāo)要求的污水廠中,一個(gè)重要的原因就是紫外設(shè)備所能實(shí)現(xiàn)的紫外照射劑量偏低,不滿足消毒目標(biāo)要求。導(dǎo)致這個(gè)情況發(fā)生的原因是一些紫外設(shè)備廠家不知道如何計(jì)算設(shè)備的紫外劑量,也不對(duì)所生產(chǎn)設(shè)備的紫外劑量進(jìn)行檢測(cè),或者出于降低設(shè)備造價(jià)的目的在設(shè)備劑量上缺斤短兩。一般來(lái)說(shuō),在同等處理水量下,水質(zhì)越差需要的紫外設(shè)備規(guī)模越大,但一些設(shè)備廠家不了解水質(zhì)對(duì)紫外設(shè)備劑量與規(guī)模的影響,處理不同水質(zhì)時(shí)仍只是按設(shè)備的處理流量來(lái)簡(jiǎn)單放大或縮小設(shè)備規(guī)模,導(dǎo)致結(jié)果無(wú)法達(dá)標(biāo)。另外,有些設(shè)備水位控制器設(shè)計(jì)的問(wèn)題造成明渠中水位不當(dāng)導(dǎo)致消毒短路而無(wú)法達(dá)標(biāo)。紫外消毒設(shè)備的劑量多少與計(jì)算方法是紫外消毒的核心問(wèn)題,因?yàn)閯┝渴桥袛嘧贤庀驹O(shè)備及方案是否可以達(dá)標(biāo)的唯一參數(shù),同時(shí)它與紫外設(shè)備的規(guī)模及價(jià)格息息相關(guān)。


1.1.2 缺少可靠的清洗系統(tǒng)

另一常見(jiàn)的導(dǎo)致設(shè)備不達(dá)標(biāo)的原因是紫外燈套管的清洗維護(hù)效果不好。由于污水水質(zhì)較差,對(duì)紫外燈套管的清洗是確保紫外消毒設(shè)備達(dá)標(biāo)的一個(gè)重要日常維護(hù)工作。盡管現(xiàn)在市場(chǎng)上的紫外消毒設(shè)備基本都帶有在線的自動(dòng)清洗裝置,但清洗效果從原理和實(shí)踐看存在差異。即便是使用高效的機(jī)械加化學(xué)在線自動(dòng)清洗方式,若水廠操作人員忘記及時(shí)補(bǔ)充清洗液,也可能導(dǎo)致在線清洗系統(tǒng)不能正常發(fā)揮作用,套管結(jié)垢從而影響消毒效果。當(dāng)然也有些污水廠采用的紫外消毒設(shè)備的在線自動(dòng)清洗裝置本身在原理和實(shí)踐上就不可能高效清洗套管表面,清洗效果一般或者較差,最終導(dǎo)致設(shè)備因難以維護(hù)和消毒達(dá)標(biāo)而廢棄。


除此之外,有些污水廠的紫外燈的技術(shù)選型上選用了錯(cuò)誤的燈管類型,導(dǎo)致設(shè)備無(wú)法使用和達(dá)標(biāo)。比如中壓紫外燈技術(shù)由于單支燈管功率太高,燈管運(yùn)行溫度較高,并不適合污水應(yīng)用,容易使污水中的一些成分在燈管套管表面形成清洗液也難以及時(shí)去除的污垢,從而影響設(shè)備達(dá)標(biāo)和維護(hù)使用。


1.1.3 燈管達(dá)到壽命仍在使用

紫外燈的壽命和日常照明燈具的壽命概念不同,日常照明燈具的使用壽命是以燈具是否還可以點(diǎn)亮照明來(lái)界定的,而紫外燈的使用壽命則是以設(shè)備廠家質(zhì)保的燈管壽命終點(diǎn)時(shí)的紫外輸出能量(即燈管老化系數(shù))來(lái)界定。一些污水廠為了節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用,在紫外燈管壽命早已大大超出質(zhì)保使用壽命時(shí),即紫外燈的紫外輸出能量已經(jīng)老化衰減到不能滿足消毒所需劑量的情況下仍不更換燈管,導(dǎo)致消毒不達(dá)標(biāo)。也有用戶在燈管壽命到期更換新燈管時(shí),為了節(jié)省成本只更換部分舊燈管,同樣會(huì)造成設(shè)備消毒不達(dá)標(biāo)。


1.1.4 取樣和檢測(cè)不規(guī)范

大腸桿菌在室溫,特別是在較高室溫且見(jiàn)光環(huán)境下的增長(zhǎng)繁殖是幾何級(jí)數(shù)級(jí)的。污水廠出水中,微生物水樣的取樣、保管、運(yùn)輸及儲(chǔ)存分析需要遵循一定的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范,比如從現(xiàn)場(chǎng)取得的水樣需要及時(shí)放入裝有冰袋的便攜式暗箱中保存并運(yùn)輸?shù)綄?shí)驗(yàn)室處置分析,如果實(shí)驗(yàn)室不能及時(shí)處置分析水樣,則需要將水樣放入冰箱里保鮮等。一些污水廠內(nèi)實(shí)驗(yàn)室分析人員在大腸菌培養(yǎng)檢測(cè)過(guò)程中的不當(dāng)操作也是誤判紫外消毒不達(dá)標(biāo)的原因之一。個(gè)別地區(qū)也存在著當(dāng)?shù)丨h(huán)保監(jiān)管部門(mén)在對(duì)污水廠取樣、保管以及后續(xù)處置分析過(guò)程中操作不規(guī)范導(dǎo)致誤判的情況。以華南某城市的環(huán)保監(jiān)管部門(mén)為例,曾發(fā)現(xiàn)該部門(mén)周五前往多個(gè)污水廠采樣,但樣品瓶隨意放置在敞開(kāi)見(jiàn)光的收納籃中,且沒(méi)有冰袋等保鮮用品,回到實(shí)驗(yàn)室后水樣放置在常溫的室內(nèi)環(huán)境中,直到周一才對(duì)這些水樣進(jìn)行處置與分析,加大了大腸菌讀數(shù)不達(dá)標(biāo)的可能。


1.2
工程設(shè)計(jì)中判斷紫外消毒設(shè)備方案合理性的基本原則

現(xiàn)階段,我國(guó)城鎮(zhèn)污水處理行業(yè)應(yīng)提高對(duì)紫外消毒技術(shù)的正確認(rèn)識(shí)和了解,用戶和設(shè)計(jì)單位應(yīng)掌握如何判斷一個(gè)廠家所提供的紫外消毒設(shè)備及其設(shè)備方案的消毒性能是否能夠滿足工程設(shè)計(jì)要求,從而確保可以買(mǎi)到合格放心的產(chǎn)品,保護(hù)自身利益和公眾安全。


1.2.1 生物驗(yàn)定劑量

判斷一個(gè)設(shè)備廠家提供的紫外消毒設(shè)備方案其消毒性能是否滿足工程的設(shè)計(jì)要求,關(guān)鍵是看其方案所能實(shí)現(xiàn)的照射到微生物上紫外能量的多少,即紫外劑量是否滿足消毒目標(biāo)的設(shè)計(jì)要求。紫外劑量的計(jì)算方法很多,其中唯一被世界各地包括我國(guó)法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)制定和執(zhí)行部門(mén)認(rèn)可與接受的就是生物驗(yàn)定劑量方法。這個(gè)方法是在一定測(cè)試條件(工況)下,通過(guò)對(duì)微生物進(jìn)出紫外消毒設(shè)備前后存量濃度的變化反推,得到設(shè)備在該測(cè)試條件下能夠傳遞的有效紫外劑量(即設(shè)備的實(shí)際劑量),然后改變測(cè)試條件(通常是設(shè)備處理的流量、水質(zhì)),即可得到該設(shè)備在不同工況下的紫外劑量曲線,如圖1所示。


圖1 紫外設(shè)備生物驗(yàn)定劑量曲線


該曲線的橫坐標(biāo)一般為單臺(tái)設(shè)備(常見(jiàn)于管道式紫外設(shè)備)或平均到每支燈管(常見(jiàn)于明渠式紫外設(shè)備)處理的流量,縱坐標(biāo)是該設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)的有效紫外劑量,即生物驗(yàn)定劑量,UVT為處理水體的紫外透光率。設(shè)備制造商應(yīng)該用這些設(shè)備曲線去計(jì)算其設(shè)備方案的紫外劑量,最終體現(xiàn)為方案中的設(shè)備規(guī)模(設(shè)備臺(tái)數(shù)、燈管數(shù)量,最終為設(shè)備中燈管的總裝機(jī)功率),劑量越高,設(shè)備規(guī)模也越大。用戶和設(shè)計(jì)單位只需讓廠家出具紫外消毒設(shè)備的生物驗(yàn)定劑量報(bào)告和劑量曲線,就可以簡(jiǎn)單快速地核算其所報(bào)設(shè)備方案的紫外劑量是否滿足消毒目標(biāo)要求。為了保證公眾安全,世界各地的法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)制定部門(mén)一般都要求設(shè)備的生物驗(yàn)定劑量測(cè)試應(yīng)由行業(yè)內(nèi)比較公認(rèn)的有資質(zhì)或權(quán)威的獨(dú)立第三方按行業(yè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。世界范圍內(nèi)主要的驗(yàn)證體系與規(guī)范包括美國(guó)環(huán)保署的飲用水紫外消毒設(shè)備EPA驗(yàn)證、德國(guó)DVGW的飲用水紫外消毒設(shè)備驗(yàn)證、奧地利的?NORM飲用水紫外消毒設(shè)備驗(yàn)證等,我國(guó)也發(fā)布了《紫外線水消毒設(shè)備 紫外線劑量測(cè)試方法》國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),清華蘇州環(huán)境創(chuàng)新研究院和山東省城市供排水水質(zhì)監(jiān)測(cè)中心已建立了相關(guān)的檢測(cè)能力,但不少紫外設(shè)備廠家都沒(méi)有做過(guò)相關(guān)測(cè)試。因此,用戶如果想買(mǎi)到合格的紫外消毒設(shè)備,就應(yīng)該要求紫外設(shè)備廠家提供由有資質(zhì)或經(jīng)驗(yàn)的獨(dú)立第三方用這些廠家的消毒設(shè)備按照行業(yè)規(guī)范檢測(cè)得到的設(shè)備生物驗(yàn)定劑量報(bào)告劑量曲線,沒(méi)有報(bào)告的設(shè)備廠家,其劑量難以得到保證。


1.2.2 總裝機(jī)功率和消毒達(dá)標(biāo)擔(dān)保時(shí)效

紫外消毒設(shè)備能照射到微生物上的紫外劑量是衡量設(shè)備是否可以消毒達(dá)標(biāo)的唯一參數(shù),但在用戶和設(shè)計(jì)單位對(duì)廠家設(shè)備的生物驗(yàn)定劑量報(bào)告的真實(shí)性和準(zhǔn)確性不太確定的情況下,也可以從廠家的設(shè)備方案中燈管的總裝機(jī)功率上看出端倪。在燈管類型和消毒器形制相同的條件下,各個(gè)廠家的紫外消毒設(shè)備方案如果劑量相同或相近,其方案的燈管總功率不應(yīng)該相差太懸殊。如果某個(gè)廠家所報(bào)設(shè)備方案的燈管裝機(jī)功率與行業(yè)內(nèi)最好的設(shè)備廠家設(shè)備方案的功率相比存在差異,甚至少20%以上,那基本可以認(rèn)為該廠家的設(shè)備方案的消毒劑量無(wú)法達(dá)到要求。盡管紫外消毒設(shè)備的功率可以作為一定程度的參考,但并不完全建議用它來(lái)衡量紫外消毒設(shè)備的消毒性能,其原因是每個(gè)廠家設(shè)備的系統(tǒng)效率不同,有些技術(shù)較好的廠家其設(shè)備的系統(tǒng)效率較高,可以做到用較少的紫外燈裝機(jī)功率與能耗達(dá)到相同的消毒效果。事實(shí)上,即使兩家紫外設(shè)備廠家用同樣的燈管,其設(shè)備的消毒效果也完全可能是不一樣的,甚至相差較大。最可靠的判斷方法還是核算紫外設(shè)備廠家所報(bào)的消毒設(shè)備方案的有效紫外劑量,即生物驗(yàn)定劑量,在這一劑量相同的前提下,再去比較評(píng)估不同廠家設(shè)備的價(jià)格、運(yùn)行成本(含電耗與燈管更換費(fèi)用等)以及運(yùn)維上的便利,才能確保用戶采購(gòu)到消毒性能可靠同時(shí)性價(jià)比較高的紫外消毒設(shè)備。還有一些紫外消毒設(shè)備廠家的消毒達(dá)標(biāo)擔(dān)保是在設(shè)備調(diào)試驗(yàn)收結(jié)束后或者現(xiàn)場(chǎng)安裝后18個(gè)月失效,這也反映了這些廠家的設(shè)備劑量計(jì)算中存在著問(wèn)題,比如可能沒(méi)有充分考慮紫外燈管老化衰減對(duì)劑量的影響因素。從保護(hù)用戶利益來(lái)講,紫外消毒設(shè)備的消毒性能擔(dān)保應(yīng)該是設(shè)備使用壽命全周期內(nèi)終身有效的,這也是用戶在選擇紫外設(shè)備廠家的設(shè)備時(shí)應(yīng)該注意的。


二、紫外線消毒技術(shù)在城鎮(zhèn)給水處理中的應(yīng)用現(xiàn)狀和挑戰(zhàn)

2.1
給水處理中紫外線消毒的意義和作用
隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的提高,政府和公眾對(duì)于飲用水安全的重視與關(guān)注也不斷提高。近年來(lái)我國(guó)飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)歷了幾次修訂,最新的《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB 5749—2022)對(duì)飲用水水質(zhì)提出了更高的安全要求,特別是消毒副產(chǎn)物和余氯上限的要求給傳統(tǒng)氯消毒工藝帶來(lái)一定的挑戰(zhàn)。在此基礎(chǔ)上,上海、深圳、蘇州、福州等城市也都提出了更為嚴(yán)格的高品質(zhì)或優(yōu)質(zhì)飲用水的目標(biāo)或地方標(biāo)準(zhǔn)。紫外線消毒作為一種物理消毒方法,由于其殺菌廣譜性好、不使用化學(xué)藥劑和不產(chǎn)生消毒副產(chǎn)物,成為滿足新條件下提高供水安全的重要選擇。


飲用水中可能存在著耐氯微生物。除了賈第鞭毛蟲(chóng)、隱孢子蟲(chóng)等人們熟知的耐氯微生物外,研究顯示,我國(guó)給水廠的出廠水和供水管網(wǎng)上普遍都發(fā)現(xiàn)了諸如鞘氨醇單胞菌、假單胞菌、蠟樣芽孢菌、溶血不動(dòng)桿菌、紡錘芽孢桿菌、蜂房芽孢桿菌、軍團(tuán)菌及噬硫菌等耐氯微生物,其中一些耐氯微生物為條件致病菌。如果要對(duì)上述耐氯微生物進(jìn)行有效滅活,需要大大增加氯的CT值,導(dǎo)致氯消毒的不經(jīng)濟(jì)性甚至工程上無(wú)法實(shí)施,而且還會(huì)大大增加消毒副產(chǎn)物超標(biāo)的風(fēng)險(xiǎn)。嚴(yán)格來(lái)說(shuō),傳統(tǒng)的單一氯消毒單元模式這個(gè)屏障是存在安全漏洞的,而且一旦氯消毒單元出現(xiàn)問(wèn)題,給水廠中就徹底失去了微生物安全屏障。因此,從生物安全和化學(xué)安全上說(shuō),多屏障消毒策略和理念將成為提高供水安全的必由之路。這一理念現(xiàn)在已在北美和歐盟地區(qū)的城市給水廠中被廣泛接受和實(shí)踐,而紫外線消毒由于其既可滿足生物安全,又可滿足化學(xué)安全要求,成為聯(lián)合消毒方式中不可或缺的一環(huán),甚至是關(guān)鍵的一環(huán)。


2.2
紫外線消毒在我國(guó)給水處理中的應(yīng)用現(xiàn)狀

近年來(lái),多屏障消毒理念和紫外線消毒技術(shù)逐漸得到了我國(guó)給水領(lǐng)域的認(rèn)可和推動(dòng),在我國(guó)城市給水廠中得到了初步的應(yīng)用。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),目前國(guó)內(nèi)已經(jīng)有60多家大型給水廠采用了紫外線消毒工藝,處理規(guī)模達(dá)到1 000萬(wàn)m3/d。其中,2009年建成的天津泰達(dá)自來(lái)水廠三期工程和上海臨江水廠紫外線消毒工藝成為我國(guó)最早運(yùn)行紫外線主消毒工藝的自來(lái)水廠,2014年建成通水的北京郭公莊水廠的紫外氯聯(lián)合消毒工藝成為“十二五”國(guó)家重大專項(xiàng)的示范工程,2017年建成的拉薩納金水廠采用的紫外線消毒工藝是國(guó)產(chǎn)設(shè)備應(yīng)用規(guī)模最大的工程。


實(shí)踐表明,紫外線消毒作為主消毒工藝可以提高水質(zhì)的微生物安全性,可以適當(dāng)降低后續(xù)氯消毒工藝的CT值,在一定程度上降低消毒副產(chǎn)物的生成量和水的毒性效應(yīng),為保障供水的水質(zhì)安全發(fā)揮積極作用。也有相關(guān)研究表明,紫外線聯(lián)合氯消毒相比較傳統(tǒng)的紫外線消毒,管網(wǎng)水質(zhì)安全性有所提升。


實(shí)際應(yīng)用中,相比污水廠用戶,給水廠用戶更重視紫外消毒設(shè)備的消毒性能和品質(zhì),這也是保證供水安全的需要。在紫外消毒設(shè)備的選型采購(gòu)方面,除了必須經(jīng)過(guò)行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)生物驗(yàn)定劑量驗(yàn)證外,我國(guó)的涉水批件也是一個(gè)需要考慮的重要的認(rèn)證要求,在一些城市,當(dāng)?shù)氐男l(wèi)生檢疫部門(mén)明確要求給水廠使用的涉水設(shè)備和材料具備國(guó)內(nèi)的涉水批件才能投產(chǎn)供水。我國(guó)新修訂的《室外給水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB 50013—2018)中也與時(shí)俱進(jìn)地增加了紫外消毒工藝的有關(guān)內(nèi)容,這對(duì)紫外線消毒技術(shù)在我國(guó)城市給水廠中的應(yīng)用提供了積極的指導(dǎo)和推動(dòng)作用。據(jù)了解,目前越來(lái)越多的城市正在考慮或設(shè)計(jì)飲用水紫外消毒工藝,可以預(yù)見(jiàn)紫外線消毒將會(huì)在提高我國(guó)城市供水水質(zhì)安全方面發(fā)揮更重要的作用。


三、紫外線高級(jí)氧化技術(shù)及其應(yīng)用

紫外線除了可以對(duì)水進(jìn)行消毒處理,也可以通過(guò)光解與過(guò)氧化氫或其他氧化劑聯(lián)用產(chǎn)生羥基自由基,對(duì)水體中的微量有機(jī)污染物進(jìn)行高級(jí)氧化處理。羥基自由基是強(qiáng)氧化劑,而且沒(méi)有選擇性,與臭氧相比對(duì)化學(xué)污染物處理具有較好的廣譜性,產(chǎn)生溴酸鹽等副產(chǎn)物的風(fēng)險(xiǎn)低,因此,可以對(duì)水體中更多種類的有機(jī)污染物進(jìn)行有效降解,其中包括在給水領(lǐng)域內(nèi)引起廣泛關(guān)注和討論的N-亞硝基二甲胺(NDMA)。NDMA是國(guó)外給水處理和再生水處理相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中常見(jiàn)的一種目標(biāo)污染物,紫外線高級(jí)氧化技術(shù)目前被認(rèn)為是處理NDMA最為經(jīng)濟(jì)有效的技術(shù)和工程手段。此外,紫外線高級(jí)氧化技術(shù)對(duì)水中的2-甲基異莰醇(2-MIB)和土臭素去除率高達(dá)90%,同時(shí)可以對(duì)水體中多種藻毒素實(shí)現(xiàn)99%以上的去除,因此,被認(rèn)為是飲用水中嗅味和與之相關(guān)的藻毒素控制的有效技術(shù)選擇,特別是其針對(duì)季節(jié)性的間歇運(yùn)行模式。


在國(guó)外飲用水和與飲用相關(guān)的再生水處理中,紫外線高級(jí)氧化技術(shù)已經(jīng)有很多成功的工程案例,在我國(guó)的應(yīng)用尚處于萌芽階段,2020年建成的山東德州的慶云水廠紫外線高級(jí)氧化工藝是我國(guó)第一個(gè)在給水廠應(yīng)用的案例。隨著對(duì)水體中新興污染物的認(rèn)識(shí)和關(guān)注度的提高,隨著我國(guó)城鎮(zhèn)給水污染物處理向著微量與痕量的趨勢(shì)發(fā)展,紫外線高級(jí)氧化技術(shù)將會(huì)在我國(guó)城市飲用水,特別是高品質(zhì)飲用水的處理中發(fā)揮重要作用。


四、我國(guó)紫外線水處理技術(shù)及應(yīng)用研究的趨勢(shì)和發(fā)展方向

紫外線水處理技術(shù)在我國(guó)城鎮(zhèn)給排水廠中的應(yīng)用帶動(dòng)了國(guó)內(nèi)科研單位和高等院校的相關(guān)研究工作,相關(guān)工作也為應(yīng)用領(lǐng)域了解和掌握該技術(shù)起到了支撐作用。

中國(guó)知網(wǎng)上有關(guān)紫外消毒主題的國(guó)內(nèi)文獻(xiàn)發(fā)表數(shù)量變化趨勢(shì),可以看到每年發(fā)表的紫外文獻(xiàn)數(shù)量大概從1999年起有顯著的躍升,這和紫外線消毒技術(shù)在國(guó)內(nèi)城鎮(zhèn)污水處理中的應(yīng)用推廣的開(kāi)始時(shí)間基本吻合。2002年—2003年,有關(guān)紫外消毒技術(shù)的文獻(xiàn)數(shù)量有了較大的飛躍,既為2003年非典疫情期間和后疫情時(shí)期紫外消毒技術(shù)在我國(guó)城鎮(zhèn)污水廠中的應(yīng)用做了技術(shù)鋪墊,也同時(shí)支撐了其應(yīng)用的發(fā)展。經(jīng)過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)紫外線消毒技術(shù)文獻(xiàn)的分析發(fā)現(xiàn),這些文獻(xiàn)內(nèi)容涵蓋了從紫外消毒的滅活機(jī)理、殺菌有效性,到紫外消毒反應(yīng)器設(shè)計(jì)、劑量驗(yàn)證、紫外光強(qiáng)監(jiān)測(cè)、工程應(yīng)用和對(duì)工程使用的紫外消毒設(shè)備進(jìn)行運(yùn)行效果與成本分析等,為廣大用戶與設(shè)計(jì)單位認(rèn)識(shí)和了解紫外線水處理技術(shù)提供了支撐。但我國(guó)紫外線水處理技術(shù)的研究存在“單打獨(dú)斗”的現(xiàn)狀,相互之間缺乏充分的同行交流,這可能與國(guó)內(nèi)暫時(shí)缺少該專業(yè)領(lǐng)域交流平臺(tái)有關(guān)。對(duì)此,清華大學(xué)牽頭成立了中國(guó)環(huán)保機(jī)械行業(yè)協(xié)會(huì)紫外線專委會(huì),通過(guò)與IUVA簽訂合作備忘錄、組織紫外線技術(shù)國(guó)際研討會(huì)等活動(dòng),增加行業(yè)的國(guó)內(nèi)和國(guó)際交流,對(duì)提升我國(guó)的紫外線水處理技術(shù)水平和影響力會(huì)大有裨益。


從研究方向方面,新的紫外線高級(jí)氧化技術(shù)體系、紫外發(fā)光二極管(UVLED)和準(zhǔn)分子燈等新紫外線光源的應(yīng)用原理等主題將是研究熱點(diǎn),行業(yè)內(nèi)也非??释乱淮腔刍⒐?jié)能高效的紫外線水處理系統(tǒng)在實(shí)際工程中應(yīng)用的研究,這符合國(guó)家的“雙碳”戰(zhàn)略目標(biāo)的基本方向。


結(jié)語(yǔ)


紫外線水處理技術(shù)是一項(xiàng)對(duì)環(huán)境、生態(tài)和人類友好的技術(shù),與化學(xué)消毒方法相比,它也更為低碳,對(duì)人類社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展具有重要價(jià)值。這項(xiàng)技術(shù)在我國(guó)城鎮(zhèn)污水處理中已得到了廣泛的應(yīng)用,未來(lái)在提升我國(guó)供水水質(zhì)安全上也將會(huì)有一席之地。但我國(guó)對(duì)紫外線技術(shù)及應(yīng)用的認(rèn)識(shí)和掌握水平還需要提高,特別是廣大用戶和設(shè)計(jì)單位需要更為充分地了解紫外線水處理設(shè)備性能的設(shè)計(jì)計(jì)算依據(jù)和設(shè)備運(yùn)行中應(yīng)主要注意的問(wèn)題,從而確保工程上使用的相關(guān)設(shè)備可以滿足工程設(shè)計(jì)和生產(chǎn)要求。


從行業(yè)發(fā)展的角度:一是期待所有的設(shè)備制造廠家通過(guò)自律來(lái)保證用戶利益和公眾安全;二是需要用戶和設(shè)計(jì)單位借助第三方檢測(cè)評(píng)價(jià)的手段提升自己對(duì)紫外線產(chǎn)品的了解和判斷能力;三是科研機(jī)構(gòu)繼續(xù)加強(qiáng)對(duì)紫外高級(jí)氧化技術(shù)體系、UVLED和準(zhǔn)分子燈等新紫外線光源的應(yīng)用原理等熱點(diǎn)領(lǐng)域的研究,讓紫外線技術(shù)為保護(hù)我國(guó)的環(huán)境、生態(tài)和人類健康發(fā)揮其應(yīng)有的作用。



本文來(lái)源于《凈水技術(shù)》2023年第3期“大家之言”,原標(biāo)題為紫外線技術(shù)在我國(guó)城鎮(zhèn)給排水處理中應(yīng)用的挑戰(zhàn)和趨勢(shì),作者為孫文1,2,*,呂東明2(1.清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院,北京 100084;2.中國(guó)環(huán)保機(jī)械行業(yè)協(xié)會(huì)紫外線專委會(huì),北京 100825)