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專業論文

紫外線(UV)消毒技術在水處理方面的發展新趨勢

文件大小:0.17MB格式:PDF發布時間:2010-08-16瀏覽次數:
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【中文關鍵詞】紫外消毒技術  
【摘要】隨著紫外消毒技術在水廠中的應用,全世界每天超過三十億升水的處理量,證明了紫外線技術已經不再是一種“新興”技術,而是一項被工程師廣泛采用的用于保護人類健康的技術。
【部分正文預覽】

 

在過去的20中,紫外消毒行業經歷了快速的增長階段。在這段時期,紫外線技術的發展成為了產業投資滿足市場需求(對高效、低成本和對環境無害消毒技術的需求)的完美案例。隨著紫外消毒技術在水廠中的應用,全世界每天超過三十億升水的處理量,證明了紫外線技術已經不再是一種“新興”技術,而是一項被工程師廣泛采用的用于保護人類健康的技術。紫外線技術仍然在改變、成長,新產品和新的應用也在不斷的被發現。本文簡要介紹了紫外線技術的發展趨勢。

  行業成熟度

  幾乎所有紫外線技術領軍企業,如博生 (Berson) ,海諾威 (Hanovia) ,特潔安 (Trojan) 和威德高(Wedeco) ,他們都隸屬于一些綜合性的產業、財務集團,例如豪邁 (Halma) ,丹納赫 (Danaher) 和飛力(ITT)。這些集團在穩定市場的同時,能提供專業的產品系列,這就意味著這些子公司必須產生或保持利潤,由此證實前期并購投資的正確性。相應的紫外線標準的制定和新型紫外線反應器設計的認證標準都表明該技術將轉變為主流應用技術。在過去 20 年,紫外線消毒設備實現了兩位數的銷售增長,全世界紫外線消毒產品總年銷售額很快將超過 40 億人民幣(約 5.5 億美元)。

  新技術

  利用流體力學軟件建模的方法,大大提高了制造商對自身產品處理程度和能力的預測力,使他們對自己的產品更有信心。系統的選型也不再是魔術,因為制造商能與設計工程師共同合作,最終更加精確的預計在不同水質和流速條件下的處理級別和能力。紫外線設備制造商們很快就能利用該工具來優化反應器內的紫外線劑量,和減小能耗。在制造商開發和改良反應器之后,他們采用一系列的認證協議來驗證設計,如歐洲的 DVGW 和 ?NORM 認證(飲用水),以及 NWRI 認證(廢水),美國的 USEPA 認證。在今后幾年內,更為優化的反應器會隨即被生產和推廣。

  傳統紫外線技術也會得到進一步的改進。中壓燈會在能量效率,壽命和功率密度方面得到提高,與石英套管的有機結合可是燈管壽命超過 12,000 小時。這種技術結構緊湊、占地面積小,特別是在需要改建翻新或要求對適應套管能夠自動清洗時,會受到設計師和使用者們的更多青睞。低壓高強燈管的輸出功率也會進一步提高,也許能達到 1kW ,這樣會大大降低系統的占地面積和簡化維護工作。對于低壓紫外線設備而言,燈管的布置也是一個相當重要的問題,因為一套低壓紫外線設備需要使用上千根的低壓紫外線燈管。

  新的紫外線光源,如發光二極管 (LED) 被稱為未來技術。LED 的優點在于它們能將所有的電能集中到 260nm-262nm 之間這樣一個狹窄的波長范圍,并且具有很高的功效和很長的使用壽命(據報道超過 100,000 小時),因為自身的點光源,所以它們不會受到傳統圓柱形設計的局限。這項頗具前景的技術也存在著在燈管功率驅動上的缺陷,因此這項技術還停留于概念階段。其它燈管類型中,例如激態分子燈,它的優點在于無汞,不需要預熱,但目前此項技術仍受到功效低和整流器成本高的限制。而且,激態分子燈常常比它們要替代的產品更具毒性。

  紫外線強度感應器也在過去的十年中得到了很大提升,現在已經有了穩定,可靠及精確的殺菌感應器以及一個制定完善的認證體系。另外,感應器、流量表和其它監控設備的數據可以幫助制造商改善控制系統和優化設備的性能。他們也可以通過操作平臺與控制中心的操作人員進行聯系。

  越來越多的微生物D10 值*被人們所了解,并且這個列表隨時都在被更新。最顯著的是,研究已確認了只要很低劑量的紫外線就能消滅隱孢子蟲 (Cryptosporidium) 和賈第鞭毛蟲 (Giardia),但是也發現了幾種具有極高 D10 值的病毒。隨著紫外線技術應用的更新,會有更多的微生物被加進到現有的 D10 值列表中。

  復活反應是紫外線技術領域內的一個重要關注點 —— 一些微生物在其 DNA 受紫外線照射后,顯著特點在微生物可以做用于受損部分并完成修復過程。DNA 的修復過程可能發生在封閉(暗)的系統中,也可能發生在有光的開放系統中(光復活反應)。紫外線劑量和紫外線燈的類型能決定復活反應是否能進行,低壓(單一波長)紫外線燈會比中壓(多波長)紫外線燈更易產生光復活。在光復活領域需要進行更多的研究努力,在今后 5 年中很可能會有新的進展。

  還有大量關于紫外線消毒的研究正在進行中,尤其是如何去除水中以下常見的物質,比如氯,溴化物,硝酸鹽,臭氧,NOM** 和鐵。普通的紫外線消毒劑量不能明顯去除以上物質。對更多的水中外來元素的研究也在進行中。

  新興市場

  紫外線消毒技術最大的潛在市場是在飲用水領域。紫外線技術已被認可為適合殺滅隱孢子蟲 (Cryptosporidium) 和賈第鞭毛蟲 (Giardia) 消毒的技術,特別適用于地表水和其它易受感染水源。自 1997 年至今,由于以下幾個因素市場增長速度略有減緩,其中包括隱孢子蟲 (Cryptosporidium) 和賈第鞭毛蟲 (Giardia)對紫外線敏感度的不確定,紫外線消毒技術標準框架的缺乏,指南和指導的缺乏,紫外線消毒在飲用水廠中的應用案例和工程知識的缺乏,水工業總體的保守,以及使用紫外線殺滅隱孢子蟲 (Cryptosporidium) 和賈第鞭毛蟲 (Giardia)專利技術的幾項訴訟案件的結果還不確定。所有這些問題或者已經被解決了或者正在解決中,這些努力都將為這個市場的快速增長鋪平道路。

  對于紫外線技術而言另外一頗具潛力的市場,是應用于灌溉的再生水和灰水。污水回用技術在美國西南部和其他淡水急劇短缺的地區已經很常見,比如中國北部,歐洲南部,中東和北非。針對這個市場,只要使用比飲用水系統更大的紫外線劑量,紫外線技術被證實有效。與飲用水標準類似的嚴格的伴生標準,將成為評估這些關鍵應用的重要方法。防止光復活反應,也將會成為處理和評估的關鍵因素。

  紫外線技術的另一新興市場是經紫外線消毒后的水可以應用于含水層的恢復和地下水的儲存。這種應用包括將深度處理過的廢水注入蓄水層來補充飲用水供應。美國的加利福尼亞,德克薩斯和佛羅里達三個州都開始考慮使用此種技術,而且在世界上的其它地區對此種應用的興趣也在不斷提升。

  紫外線技術還可以起到氧化作用,單獨使用紫外線技術,或將紫外線技術與氫氧根自由基相結合,可以破壞水中的污染物。這種技術已成功應用在地下水補充,工業廢水處理和飲用水處理中。值得一提的是,美國幾項大型的強氧化項目已經采用了紫外線技術,用來氧化處理 NDMA*** ,MTBE**** ,殺蟲劑,異嗅異味復合物和氯化溶劑等。

  總結

  紫外線技術產業在過去十年來已經相當成熟,而今正由主流水處理公司進行著標準化的使用和推廣。傳統的紫外線技術經過實地測試,如今在廣泛的應用中取得了相當優異的成績。隨著標準、版稅、工藝和工程等一些列不確定性的降低,在今后 20 年中,預計紫外線技術的認可度將會迅速提高。

  傳統的紫外線產品的設計很大程度上依賴于流體力學軟件(CFD) ,但是在將來的設計中它將被作為一種常規的校準工具。在今后十年中,對傳統燈管,紫外線強度感應器和控制器的改進將不會間斷。例如LED 燈和微波燈這樣的新技術,在效率,占地面積和能耗上的優勢,都會給未來技術的革新提供了極大的空間。

  現階段,特別是在新技術能帶來更高效率和更低能耗的情況下,飲用水市場需求將會快速的增長,。而其它應用,例如廢水再利用及含水層儲存和補充的市場相比飲用水要小一些,增長速率相對緩慢,但仍具吸引力。紫外線技術應用在強氧化項目仍在處于啟蒙階段,很大程度上受到能耗的制約。如果新型的、更高能量效率的技術出現,此領域將會迎來飛速的增長。

  微生物的 D10 值*: 微生物在經過處理后,該生物群體數量降低至 99% 所需的紫外線劑量。紫外線劑量與殺死率呈對數關系。例如,如果對一種特定的微生物需要殺死率為  99.99% ,則所需的劑量為 D10 值乘以 4 。
NOM** : 自然有機物
NDMA*** : 亞硝基二甲胺
MTBE**** : 甲基叔丁基醚

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