紫外线UV消毒技术在水处理方面的发展新趋势

紫外线(UV)消毒技术在水处理方面的发展新趋势

紫外线(UV)消毒技术在水处理方面的发展新趋势 2011： 引言在过去的20中，紫外消毒行业经历了快速的增长阶段。在这段时期，紫外线技术的发展成为了产业投资满足市场需求（对高效、低成本和对环境无害消毒技术的需求）的完美案例。随着紫外消毒技术在水厂中的应用，全世界每天超过三十亿升水的处理量，证明了紫外线技术已经不再是一种“新兴”技术，而是一项被工程师广泛采用的用于保护人类健康的技术。紫外线技术仍然在改变、成长，新产品和新的应用也在不断的被发现。本文简要介绍了紫外线技术的发展趋势。行业成熟度几乎所有紫外线技术领军企业，如博生 (Berson) ，海诺威 (Hanovia) ，特洁安 (Trojan) 和威德高(Wedeco) ，他们都隶属于一些综合性的产业、财务集团，例如豪迈 (Halma) ，丹纳赫 (Danaher) 和飞力（ITT）。这些集团在稳定市场的同时，能提供专业的产品系列，这就意味着这些子公司必须产生或保持利润，由此证实前期并购投资的正确性。相应的紫外线标准的制定和新型紫外线反应器设计的认证标准都表明该技术将转变为主流应用技术。在过去 20 年，紫外线消毒设备实现了两位数的销售增长，全世界紫外线消毒产品总年销售额很快将超过 40 亿人民币（约 5.5 亿美元）。

新技术利用流体力学软件建模的方法，大大提高了制造商对自身产品处理程度和能力的预测力，使他们对自己的产品更有信心。系统的选型也不再是魔术，因为制造商能与设计工程师共同合作，最终更加精确的预计在不同水质和流速条件下的处理级别和能力。紫外线设备制造商们很快就能利用该工具来优化反应器内的紫外线剂量，和减小能耗。在制造商开发和改良反应器之后，他们采用一系列的认证协议来验证设计，如欧洲的 DVGW 和 ÖNORM 认证（饮用水），以及 NWRI 认证（废水），美国的 USEPA 认证。在今后几年内，更为优化的反应器会随即被生产和推广。传统紫外线技术也会得到进一步的改进。中压灯会在能量效率，寿命和功率密度方面得到提高，与石英套管的有机结合可是灯管寿命超过 12,000 小时。这种技术结构紧凑、占地面积小，特别是在需要改建翻新或要求对适应套管能够自动清洗时，会受到设计师和使用者们的更多青睐。低压高强灯管的输出功率也会进一步提高，也许能达到 1kW ，这样会大大降低系统的占地面积和简化维护工作。对于低压紫外线设备而言，灯管的布置也是一个相当重要的问题，因为一套低压紫外线设备需要使用上千根的低压紫外线灯管。新的紫外线光源，如发光二极管 (LED) 被称为未来技术。LED 的优点在于它们能将所有的电能集中到 260nm－262nm 之间这样一个狭窄的波长范围，并且具有很高的功效和很长的使用寿命（据报道超过 100,000 小时），因为自身的点光源，所以它们不会受到传统圆柱形设计的局限。这项颇具前景的技术也存在着在灯管功率驱动上的缺陷，因此这项技术还停留于概念阶段。其它灯管类型中，例如激态分子灯，它的优点在于无汞，不需要预热，但目前此项技术仍受到功效低和整流器成本高的限制。而且，激态分子灯常常比它们要替代的产品更具毒性。紫外线强度感应器也在过去的十年中得到了很大提升，现在已经有了稳定，可靠及精确的杀菌感应器以及一个制定完善的认证体系。另外，感应器、流量表和其它监控设备的数据可以帮助制造商改善控制系统和优化设备的性能。他们也可以通过操作平台与控制中心的操作人员进行联系。越来越多的微生物D10 值*被人们所了解，并且这个列表随时都在被更新。最显著的是，研究已确认了只要很低剂量的紫外线就能消灭隐孢子虫 (Cryptosporidium) 和贾第鞭毛虫 (Giardia)，但是也发现了几种具有极高 D10 值的病毒。随着紫外线技术应用的更新，会有更多的微生物被加进到现有的 D10 值列表中。复活反应是紫外线技术领域内的一个重要关注点 —— 一些微生物在其 DNA 受紫外线照射后，显著特点在微生物可以做用于受损部分并完成修复过程。DNA 的修复过程可能发生在封闭（暗）的系统中，也可能发生在有光的开放系统中（光复活反应）。紫外线剂量和紫外线灯的类型能决定复活反应是否能进行，低压（单一波长）紫外线灯会比中压（多波长）紫外线灯更易产生光复活。在光复活领域需要进行更多的研究努力，在今后 5 年中很可能会有新的进展。还有大量关于紫外线消毒的研究正在进行中，尤其是如何去除水中以下常见的物质，比如氯，溴化物，硝酸盐，臭氧，NOM** 和铁。普通的紫外线消毒剂量不能明显去除以上物质。对更多的水中外来元素的研究也在进行中。新兴市场紫外线消毒技术最大的潜在市场是在饮用水领域。紫外线技术已被认可为适合杀灭隐孢子虫 (Cryptosporidium) 和贾第鞭毛虫 (Giardia) 消毒的技术，特别适用于地表水和其它易受感染水源。自 1997 年至今，由于以下几个因素市场增长速度略有减缓，其中包括隐孢子虫 (Cryptosporidium) 和贾第鞭毛虫 (Giardia)对紫外线敏感度的不确定，紫外线消毒技术标准框架的缺乏，指南和指导的缺乏，紫外线消毒在饮用水厂中的应用案例和工程知识的缺乏，水工业总体的保守，以及使用紫外线杀灭隐孢子虫 (Cryptosporidium) 和贾第鞭毛虫 (Giardia)专利技术的几项诉讼案件的结果还不确定。所有这些问题或者已经被解决了或者正在解决中，这些努力都将为这个市场的快速增长铺平道路。对于紫外线技术而言另外一颇具潜力的市场，是应用于灌溉的再生水和灰水。污水回用技术在美国西南部和其他淡水急剧短缺的地区已经很常见，比如中国北部，欧洲南部，中东和北非。针对这个市场，只要使用比饮用水系统更大的紫外线剂量，紫外线技术被证实有效。与饮用水标准类似的严格的伴生标准，将成为评估这些关键应用的重要方法。防止光复活反应，也将会成为处理和评估的关键因素。紫外线技术的另一新兴市场是经紫外线消毒后的水可以应用于含水层的恢复和地下水的储存。这种应用包括将深度处理过的废水注入蓄水层来补充饮用水供应。美国的加利福尼亚，德克萨斯和佛罗里达三个州都开始考虑使用此种技术，而且在世界上的其它地区对此种应用的兴趣也在不断提升。紫外线技术还可以起到氧化作用，单独使用紫外线技术，或将紫外线技术与氢氧根自由基相结合，可以破坏水中的污染物。这种技术已成功应用在地下水补充，工业废水处理和饮用水处理中。值得一提的是，美国几项大型的强氧化项目已经采用了紫外线技术，用来氧化处理 NDMA*** ，MTBE**** ，杀虫剂，异嗅异味复合物和氯化溶剂等。总结紫外线技术产业在过去十年来已经相当成熟，而今正由主流水处理公司进行着标准化的使用和推广。传统的紫外线技术经过实地测试，如今在广泛的应用中取得了相当优异的成绩。随着标准、版税、工艺和工程等一些列不确定性的降低，在今后 20 年中，预计紫外线技术的认可度将会迅速提高。传统的紫外线产品的设计很大程度上依赖于流体力学软件（CFD） ，但是在将来的设计中它将被作为一种常规的校准工具。在今后十年中，对传统灯管，紫外线强度感应器和控制器的改进将不会间断。例如LED 灯和微波灯这样的新技术，在效率，占地面积和能耗上的优势，都会给未来技术的革新提供了极大的空间。现阶段，特别是在新技术能带来更高效率和更低能耗的情况下，饮用水市场需求将会快速的增长，。而其它应用，例如废水再利用及含水层储存和补充的市场相比饮用水要小一些，增长速率相对缓慢，但仍具吸引力。紫外线技术应用在强氧化项目仍在处于启蒙阶段，很大程度上受到能耗的制约。如果新型的、更高能量效率的技术出现，此领域将会迎来飞速的增长。微生物的 D10 值*: 微生物在经过处理后，该生物群体数量降低至 99％ 所需的紫外线剂量。紫外线剂量与杀死率呈对数关系。例如，如果对一种特定的微生物需要杀死率为 99.99％ ，则所需的剂量为 D10 值乘以 4 。NOM** : 自然有机物NDMA*** : 亚硝基二甲胺MTBE**** : 甲基叔丁基醚(end)

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