明渠式紫外线消毒器的设计

明渠式紫外线消毒器是一种专业用于污水消毒的紫外线消毒器类型，它将若干独立的紫外灯模块安装在开放的明渠中,水流靠重力流经消毒装置 ,在明渠可直接插入或取出紫外灯模块进行维护检修。本文主要介绍明渠式紫外线消毒器的各部件的设计。

1灯管排布形式

紫外消毒器中灯管的排布可分为顺流式和横流式。顺流式指的是灯管彼此平行且与水流方向平行,而横流式排布灯管彼此平行但与水流方向垂直。90%的城市污水紫外线消毒系统采用顺流式 ,这主要是由于横流式不利于流体形成理想的均匀流动,紫外能量浪费较大,在灯管和渠壁或水面间容易形成消毒短流区,使通过的微生物得不到足够的紫外照射剂量而影响消毒效果。简单来说,如果短流区的容积占总消毒容积的1%,那么该消毒系统所能达到的最好消毒效果为99%,二级生化处理的出水中大肠菌群含量一般在106 ～10 7个/L ,要达到104个/L 的国家标准就会有困难。

2.紫外灯管的类型

目前明渠式紫外线消毒器中常用的紫外灯管有:低压灯(LP)、低压高输出灯(LPHO, 又称作低压高强灯)和中压灯(MP)。这些灯管的主要性能参数及适用范围见表 1。

中压灯是所有紫外灯中单根灯管紫外能输出最高的 ,因此可以用很少的灯管数量达到消毒效果 ,占地最少 ,可以大大减少设备与征地、土建等投资 ,具有规模效益 ,比较适合于大型城市污水处理厂的消毒处理,特别是用地紧张的污水处理厂。另外由于中压灯光强最强,穿透力高,所以比较适合低质污水的消毒处理。当然 ,中压灯的光电转换效率较低 ,电耗较高 ,但由于灯管数目很少,灯管更换费用较低。一个设计优良的紫外线消毒系统的运行维护费用主要是电费和灯管更换费用。灯管数量减少,可减少与灯管数量相关部件的更换数量和费用 。表1中各类灯管的适用范围只具有参考意义,污水处理厂应结合实际和特殊情况对不同灯管类型的紫外线消毒系统进行全面详细的可行性和技术经济比较,选用适合的方案 。在方案比较时,还应全面考虑占地 、土建 、辅助设备设施以及其他相关因素。

3.镇流器

早期的紫外线消毒器使用电磁式镇流器 。20世纪 90 年代初电子镇流器首先应用在低压灯紫外消毒系统, 90 年代中叶又解决了用电子镇流器控制中压灯管的难题, 现在各类污水紫外线消毒系统使用的镇流器基本都是电子镇流器。镇流器的布置一般分为两大类 ,一类是将镇流器密封后和紫外灯模块一体化,另一类是镇流器与紫外灯模块或灯组分离,放在明渠外,离灯管有一定的距离。后者需要空气排风冷却镇流器等电控元件,从而会导致空气中的灰尘、水汽和污染物侵蚀,降低镇流器等敏感电控元件寿命,带来额外的系统维护, 增加与更换镇流器有关的设备运行费用, 而且需要单独的房屋和空调来安放镇流器等电控部件。镇流器远离紫外灯管会增加镇流器到灯管间电压降,因此降低灯管的输入功率和灯管的紫外能输出, 从而降低紫外线消毒系统效率并影响消毒效果。

4.石英套管的清洗方式

清洗方式可分为两大类 :人工清洗和自动清洗。人工清洗就是将灯管从明渠中取出 ,用清洗液喷淋到套管上 ,然后用棉布擦拭清洁;或将几个紫外灯模块放到移动式清洗罐中用清洗液同时搅拌清洗,清洗罐中带有曝气搅拌装置 ;当灯管数量较多时,也可一次将整个灯组(由若干个模块组成)从明渠中起吊出来放入固定的清洗池内用清洗液清洗,池中带有曝气搅拌装置。从劳动强度和经济性上分析,人工清洗比较适合小型或中型污水处理厂 。

自动清洗还可分为纯机械式自动清洗和机械加化学式自动清洗,纯机械式自动清洗系统实际上是用铁氟龙环来回刮擦套管表面;而机械加化学式自动清洗系统则是在清洗头内装有清洗液 ,在清洗头机械刮擦套管表面的同时通过清洗头内的清洗液去掉难以通过刮擦有效去除的污垢。

纯机械式自动清洗系统需要频繁(10～30 min一次)的来回刮擦以减缓套管表面污垢的积累 ,清洗头磨损快, 寿命短 ,一般半年到一年就需要更换, 维护要求劳动强度和清洗成本较高;机械加化学式自动清洗一般一天清洗一次 ,清洗头寿命在 5年左右,清洗效果较好。

本文主要从灯管的排布方式、类型，镇流器的选择，石英套管等部件来陈述明渠式紫外线消毒器的设计方式，龙康的明渠式紫外线消毒器