中壓紫外線殺菌系統用于飲用水的前景展望
摘 要
在北美，紫外線一直廣泛應用在廢水殺菌領域。長期以來一直使用傳統的低壓/低壓高輸出水銀燈，但中壓水銀燈的開發為傳統紫外光源自身的限制提供了具有潛力的解決方案。例如，在一項應用中需要使用成百上千個低能量燈泡，而使用中壓紫外線裝置則只需要很少的兩排燈泡。
根據卡爾岡炭素公司1998年的重大發現：在隱孢子蟲滅活中只需要極少量的紫外劑量，飲用水廠采用紫外線作為隱孢子蟲和賈第蟲屏障的數量有明顯的增加。發現此項專利技術之后，卡爾岡炭素公司首次為三家不同的飲用水處理廠提供了三臺紫外線反應器。另外，卡爾岡炭素公司在北美安裝了兩臺最大的紫外線殺菌反應器作為隱孢子蟲屏障。這些紫外線裝置是將中壓紫外線燈裝在SentinelTM(衛士）反應器內部。石英套將燈泡和水隔開。利用自動清潔系統對石英外表作定期清理保持石英套的清潔。
介 紹
水處理領域面臨的挑戰是怎樣提供充分的殺菌同時將殺菌副產物降至最小。雖然自1900紫外線技術已被用于水殺菌，但直到最近其在飲用水處理的應用才確定下來。這是部分由于隱孢子蟲卵囊實驗的不確定性(Lorenzo-Lorenzo et al. 1993)和證明高紫外劑量獲得理想卵囊滅活效果的數據的產生 (Campbell et at. 1995)。 1996年，卡爾岡炭素公司通過對其生育能力和傳染性的化驗證明兩者存在極大的差別。 對于生育能力和傳染性化驗選擇是測量卵囊滅活的一個重要標準這一事實的認識推動了卡爾岡公司對紫外線是一種對隱孢子蟲卵囊滅活極為有效的方法這一專利發現。
卡爾岡炭素公司SentinelTM(衛士)紫外線殺菌工藝使用紫外線做為水中防止隱孢子蟲和賈第蟲的方法。在SentinelTM(衛士)工藝中，高能量燈泡通過石英套將紫外線射入水中。高能量光子被隱孢子蟲(C. parvum)和賈第蟲有機體中的DNA 和RNA吸收，造成雙螺旋線體交叉而防止其線性裂解和復制。不能復制的細胞不能傳染。對有機體失去傳染能力已被老鼠傳染性實驗證明。在這些發現之后，其他一些合作或獨立實驗也驗證了這些數據，證明某些紫外線系統可以將造成水傳播疾病爆發的隱孢子蟲和賈第蟲滅活。紫外線技術迅速成為飲用水應用中最有前途的方法。因其不產生殺菌副產物，并提供高殺菌率（特別對隱孢子蟲），紫外線是一種簡單和低成本的水殺菌方法。
過去，大多數飲用水生產領域中的紫外線殺菌系統都使用低壓燈泡，但這些技術有以下限制： 在很低水溫下，燈泡殺菌效率受限制 ；對于大型的水廠，燈泡使用量極大，導致電子系統增大和紫外單元數增加，投資和維修費用也隨之增加。
使用中壓燈泡的系統提供了有利的替代方法。與低壓燈泡相比，中壓燈泡在254 nm時有更高的多色紫外光譜輸出和低的恢復，所以反應器和燈泡的數量減少。從而設備投資接近低壓系統的費用。
工業級紫外線系統
卡爾岡炭素公司在高級氧化工藝(AOP)領域中處世界領先地位；在世界各地飲用水、地表水和工業廢水處理行業中安裝了三百臺以上的工業裝置。
卡爾岡炭素公司在北美提供了首臺工業級紫外線殺菌系統做為隱孢子蟲屏障。 此系統于2000年5月安裝在美國的Grosse Pointe，并運行至今。此系統設計可處理最高流量為每天52700立方米，提供4log隱孢子蟲滅活和2log賈第蟲滅活。 在這之后,卡爾岡公司又安裝11套處理量從每天3768立方米到每天358000立方米的SentinelTM(衛士)工業裝置，這些裝置大小從處理器直徑12英寸到48英寸不等，均采用中壓紫外線燈泡。
Sentinel（衛士）的紫外線殺菌
隱孢子蟲和賈第蟲的滅活率與水中的紫外線劑量成正比。紫外線劑量由mJ/cm2 (或 mWs/cm2)表示。獨立的微生物實驗室證明在老鼠傳染實驗中小于<10 mJ/cm2 紫外線可提供大于4log(99.99%)隱孢子蟲滅活，符合美國EPA/NSF環境技術計劃。 一般來說，系統設計在最大流量時紫外線劑量為40 mJ/cm2以保證達到處理目標。
滅活效率由紫外線燈的光譜輸出決定。在隱孢子蟲進行滅活的紫外線光譜區中，衛士系統采用最高效的中壓水銀拱燈。每個燈泡均帶有一個紫外線傳感器。另一個SentinelTM(衛士)系統的關鍵技術是Quickwipe™（快速清洗）石英清洗技術。此設計的一個基礎是一個不銹鋼刷用于清洗石英表面并防止形成污垢層。 清洗裝置由許多不銹鋼毛，利用氣壓缸清洗器可前后活動。清洗器的運動頻率可由控制面板上的操作界面調節。
SentinelTM(衛士)紫外線殺菌系統由一個316L不銹鋼反應器和在反應器內部成行排列的高能量中壓標準20千瓦紫外燈組成。 每個紫外燈由一個石英套保護。石英套由一個專利的空氣驅動的清洗系統自動清洗，清洗周期可調。燈泡由電磁鎮流器產生動力。每個反應器均有一個獨立的燈泡驅動外殼包含平鎮流和其他燈泡供電部件。因其采用模塊化部件和高能量中壓燈泡的簡單設計，使設備翻新變得簡單。
所有Sentinel™ (衛士)反應器的控制功能均置于一個系統控制柜。PLC控制系統運行，并帶有一個觸屏式操作界面。軟件的一個重要功能是控制紫外線殺菌過程，監測系統狀態并對故障及時報警。此故障保護系統保證了操作人員和設備的安全。
紫外線反應器
紫外線反應器外可是316L不銹鋼外殼和150 lb. ANSI法蘭。這種配置有利于對工廠現有管道的簡單翻新。 通常六個標準20kw中壓紫外燈泡安裝在反應器中，每個燈泡外套石英套。燈泡由置于單柜中電磁鎮流操作，單柜利用室內空氣進行強制對流降溫。由一個獨立120伏空壓器將空氣壓縮進石英清洗器。
反應器的交流電源為480V, 3相, 60 赫茲。控制系統為24 VDC。Modicon公司的可編程控制PLC，與彩色UniOp觸摸式顯示屏相連。控制面板安裝在電源控制面板旁。
結論
已安裝SentinelTM(衛士)殺菌系統的市政部門為當地居民飲用水提供了隱孢子蟲和賈第蟲的保護屏障。操作記錄證明這些反應器是可靠的并無需維護。卡爾岡炭素公司同水管理者、工廠操作者的交流表明用戶非常滿意紫外線設備和其可靠性。
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