殺菌器

在水消毒技術領域內，紫外線被廣泛的承認，同時與傳統化學方法相比較，此方法較為有優勢。紫外線消毒是一種完全無公害技術，對人類、動物、水生物以及產品均不產生危害，而且不會在消毒過程中產生有害副產品。在消毒殺菌的永久性方面，此項技術對所有的微生物均有極高的效力，其中也包括對氯極有免疫力的微小隱孢子蟲。

紫外線是介於可視光線和X射線之間的電磁波頻譜。200nm至400nm的紫外光譜有很強的殺菌效力，其峰值在265nm。在這個波長範圍內的紫外線主要是通過刺穿細胞膜，破壞細胞內脫氧核糖核酸和破壞細胞內的其它分子，使微生物不能再複製和繁殖，而最終達到消毒作用。

依照波長範圍，可將紫外線分為4個波段：

真空紫外線：40 – 200nm

紫外線c： 200- 280nm

紫外線b： 280- 315nm

紫外線a： 315- 400nm

典型的嵌入式（Berson ''in-pipe''）紫外線消毒系統內有一個紫外線燈管和一個石英套管。這個紫外線燈管被固定在石英套管里，然後整個套管將被固定到一個柱狀不鏽鋼反應室內。這樣的設計是為了讓待處理水在從一端進入反應器的同時開始被處理，而整個消毒過程將伴隨水流流至反應器的另一端。

根據壓強的高低，紫外線燈管可以被分為兩大類：低壓紫外線燈管和中壓紫外線燈管。低壓紫外線燈管輸出單一的紫外線（被局限於254nm單波長），而中壓紫外線燈管能輸出多色紫外線（波長在185至400nm之間）。

紫外線消毒作用是通過微生物體內的脫氧核糖核酸吸收紫外光線來完成。最大吸收值分別是在波長200nm和265nm，而不是人們通常認為的來自低壓燈的254nm。波長為200nm的紫外光，主要是被中樞脫氧核糖核酸的核糖和磷酸鹽所吸收。而波長為265nm的紫外線主要被核酸中的腺嘌呤，鳥嘌呤，胞核嘧啶和胸腺嘧啶（核糖核酸中的尿嘧啶）所吸收。在吸收紫外線輻射以後，胸腺嘧啶二聚物是最為常見的產物。這種產物是由兩個相鄰的胸腺嘧啶分子結合而形成的。紫外線殺菌的原理就是在於，這些二聚物和另外一些光化產品可以阻止脫氧核糖核酸的複製和再繁殖，從而達到殺死細胞的目的。

另外對於脫氧核糖核酸和核糖核酸，紫外線能夠引起細胞內的蛋白質、酶和其他分子的光化學反應。蛋白質的吸收峰值大約在280nm左右，然而在蛋白質中的縮氨酸根則吸收240nm以下的紫外線。紫外線也對其他的不飽和生物分子有殺傷力，例如：輔酶、荷爾蒙和電子負載體。當然，紫外線對分子的影響，不僅僅作用於脫氧核糖核酸和核糖核酸，它對大一些的微生物也有顯著的作用，例如真菌類、原生動物和藻類。雖然紫外線不能像作用於脫氧核糖核酸一樣，刺穿這些較大的微生物，但是它還是能用破壞其他分子的方法達到殺菌效果。

1 - 紫外線劑量

正如紫外線對微生物體內不同組成部分有不同的作用一樣，紫外線也對不同種類的微生物有著不同的效力。這是由於，不同種類的微生物對紫外線有著不同的敏感度。比如，一個細菌就要比一個黴菌或海藻對紫外線敏感度高。這個敏感度通常被稱為D10值，它表示的是微生物量被降低到90%時所需要的紫外線劑量。

紫外線劑量是由紫外線燈的能量和在反應器內的停留時間所決定的。其中，燈的能量被定義為紫外線強度（mW/cm），這個紫外線強度的高低是根據紫外線燈的原始紫外線強度和當燈被置於一定距離外的紫外線強度大小而計算的。在實際應用中，水中能夠吸收紫外線的物質的多少會對紫外線強度產生很大的影響。另外，待處理水水量的大小和流速同時決定著它將在反應器中的停留時間的長短。對於一般反應器而言，紫外線劑量即為紫外線總強度與停留時間的乘積。

2 - 紫外線穿透率

穿透率（T10）是待處理水對紫外線吸收程度的一個指示參數，它是待處理水中所有吸收紫外線的物質的總量，例如懸浮有機物和礦物質（鐵和鎂，分別於溶解和非溶解狀態）。當待處理水的穿透率和反應器內的紫外線強度均為已知時，反應器的體積就可以被計算出來。再根據反應器的體積，來計算紫外線劑量。

3 - 待處理水的質量

待處理水的水量決定著反應器的體積。而反應器體積的設計又被水頭損失，管道

的尺寸以及紫外線劑量所限制。

4 - 待處理水的溫度

低壓紫外線燈

低壓紫外線燈的表面溫度相對而言較低，但是它會嚴重的受到待處理水水溫的影

響。對於低壓紫外線燈而言，最佳水溫是20攝氏度，當水溫低於或者高於20

攝氏度時會導致紫外線輻射輸出量的降低。當溫度低於5攝氏度時，將很難預測

紫外線的強度，甚至導致紫外線燈的無法正常啟用。

中壓紫外線燈

雖然中壓紫外線燈管表面有較高的溫度，但正是由於此原因它不易受到周圍水溫的影響，中壓紫外線燈可以在零下20攝氏度和零上80攝氏度範圍之間有效工作。

5 - 紫外線照射后的復活機制

由於所有的微生物長期暴露在自然的紫外線下，所以微生物在受到紫外線照

射后的修復和再活化是極為必要的，通常這個機制被稱為復活機制。此復活過程可以在有光的條件下完成，甚至在黑暗的條件完成。它們分別被稱為光復活和黑暗修復。對於由紫外線輻射而造成的不同程度的損傷，不同的微生物有著不一樣的復活能力。微生物的復活機制並不是統一的，目前還沒有一個清楚的標準可以用來判定哪個種類可以自我復活而那些種類不具備這種機制。

脫氧核糖核酸和核糖核酸在細胞中是最為容易受到攻擊的。這是因為它們能存儲細胞的遺傳密碼的獨特功能，另外也是由於它們複雜的結構和龐大的數量。正如大家所了解的分子復活機制經過進化，最終得到大量的分子核酸，這裡特別要提到的是脫氧核糖核酸。在光復活反應過程中，光解霉通過反作用紫外線輻射而完成修復過程，而黑暗修復則是由十幾個霉以上的結合體完成的。霉首先要受到能量激發才能開始整個復活反應，光復活反應的能量來自300至500nm的可視光，而黑暗復活的能量來自細胞內的營養物質。在這兩種情況下，都是因為霉的作用於受損的脫氧核糖核酸，而使複製得以進行。

通常大腸桿菌攜帶20個左右的光解霉，每個光解霉每分鐘可以修復5個胸腺嘧啶二聚物，如果依照此方法計算，在一個細胞內每一分鐘有100個二聚物被修復。1 mJ/cm紫外線輻射能產生3000至4000個二聚物(Oguma, 2002)所以理論上而言，1 mJ/cm 的紫外線輻射對細胞產生的損傷，會在30分鐘內被修復。

不同的紫外線消毒系統

我們可以為您設計不同的反應器，比如嵌入式（Berson ''in-pipe'')設計，它的紫外線燈管於流體流動方向成90度直角。而傳統設計則是紫外線燈管和流體流動方向一致。

對紫外線系統進行連續監控。在反應器內的紫外線感測器，檢測紫外線的輸出情況以及由於紫外線輸出的變化而導致的信號變化。這可能是由於水質的突然變化或者有污垢附著在石英套管上。紫外線感測器還可以起到對燈管老化的監察作用。

微處理器可以控制紫外線消毒，還可對紫外線輸出進行調整，可以在人工或者自動間轉換紫外線輸出的調整模式。

為了防止污垢附著在石英套管表面而導致的紫外線輸出量降低，擦拭設備可以被安裝在反應器內。這種擦拭設備，有人工和自動兩種選擇，這樣既可以達到清潔的目的，而又不用拆除或者停止整個紫外線消毒系統。

暴露在低壓或中壓紫外線下，受損部分的修復

由於低壓紫外線燈輸出的紫外線波長為254nm，與脫氧核糖核酸吸收紫外線輻射峰值265nm波長相近，所以傳統工藝採用低壓紫外線燈。最近的研究表明，暴露在低壓紫外線下的受損 大腸桿菌細胞中的脫氧核糖核酸可以由復活反應修復，但是暴露在中壓紫外線下的損傷則不能被修復。進一步的研究表明，同樣作用於大腸桿菌細胞中的脫氧核糖核酸，高壓、多色紫外線輻射會比低壓、單色紫外線輻射，具有更高效、更持久和難以修復的損傷。

以上研究有很深遠的意義，因為對於很多工業用水和排水項目，在紫外線消毒完成後，它們要求消毒效果的持久性。特別是一些液體在消毒后，會暴露在有光條件下。同時，原理適用於任何會暴露在有光條件下的已處理水或排水。例如污水、瓶裝水、漁業和游泳池。對於可能的黑暗復活也很重要，例如飲用水或者工藝用水。

介紹

紫外線消毒是一道使大量水生病原體滅活的有效屏障。在多屏障消毒工藝中，紫外線消毒可作為殺滅特殊病原體（如隱孢子蟲和賈第鞭毛蟲）的有效屏障，並有助於盡量降低消毒副產物。本指南應用於飲用水水源的消毒，包括過濾后的地表水、未經過濾的地表水和地下水。對於過濾后的地表水，紫外線消毒的前處理工藝包括顆粒或合成介質過濾、膜過濾（微濾、超濾、納濾和反滲透）、硅藻土過濾或慢砂濾。

飲用水紫外線消毒指南的組成

飲用水紫外線消毒指南由以下部分組成：

（1）介紹；

（2）紫外線劑量；

（3）反應器設計；

（4）可靠性設計；

（5）監測和報警設計；

（6）現場試運行測試；

（7）性能檢測；

（8）工程報告。

第（2）~（7）部分主要闡述紫外線消毒系統設計、運行和控制的主要影響因素，這些都必須記錄在工程報告中（見1.7）。

1．1 紫外線劑量

從實用角度，紫外線劑量是紫外線強度，以毫瓦每平方厘米（mW/cm2）為單位，和要處理的流體或粒子在紫外線中的曝光時間，以秒（S）為單位的乘積。紫外線劑量的單位為毫焦耳每平方厘米（mJ/ cm2），相當於毫瓦·秒每平方厘米（mW·S/ cm2）。當前，只有在使用平行光束儀時，由於能夠準確測定照射強度和照射時間，因此能夠準確測量紫外線計量。連續流反應器中的非理想的水流分佈和不均勻的光強分佈導致劑量分佈不均勻。

對於連續流反應器，此處和以後提到的有效劑量、設計劑量和運行劑量定義如下。

●有效劑量 驗證設備的有效劑量是基於該設備的驗證測定結果。它是等同於平行光束儀對目標微生物達到相同滅活率而需要的劑量。

●設計劑量 設計劑量是為達到目標微生物的特定滅活率所需的有效劑量。設計劑量用於設計消毒系統的大小。

●運行劑量 建立在設備的驗證測定結果的基礎上，紫外線運行劑量作為反應器的一個很有用的指標，可用於在維持設計劑量的情況下發揮消毒設備的最大效率（包括減少能耗、減少運行的反應器的個數）。

紫外線設計劑量由目標微生物和紫外線消毒前的進水水源水質決定。目標微生物和所需滅活率必須由法規部門確定。供水水源，如1.1節提到的，包括過濾后的地表水、未過濾的地表水和地下水。不同的原水水質對紫外線消毒設備驗證要求如下。

1.1.1 過濾后的地表水和地下水

根據設備驗證協議（見紫外線消毒驗證協議）已驗證過的反應器，可不需要進行額外的現場驗證就能應用於所有的已過濾的地表水和地下水。

1.1.2 未過濾的地表水

為解決濁度和透光率的季節變化，用來消毒未過濾地表水的設備應該根據紫外線消毒驗證協議所述的協議，用特定的水源進行驗證。

基本原理

以任一特定微生物的滅活情況為依據，反應器的性能主要取決於紫外線劑量分佈和微生物固有的滅活動力學（劑量響應）。雖然劑量響應可以通過平行光束儀和合適的微生物檢測結果來進行評估，但是對紫外線劑量分佈的特徵和數量化並沒有很好的確定。雖然可用數值方法預測紫外線劑量的分佈，但是這種方法既不規範也沒有在實踐中得到廣泛的應用。因此，本指南採用生物劑量驗證的方法來檢測和評價反應器的性能。

確定紫外線劑量包括在受控條件下測量受試微生物的紫外線滅活率。在驗證紫外線設備的性能時推薦使用MS-2噬菌體。選擇MS-2噬菌體具有很多優點：

（1）對紫外線的抵抗力高；

（2）消毒所有劑量範圍內滅活動力學接近一級反應；

（3）培養和計數容易；

（4）驗證結果具有穩定性和可重複性；

（5）對人體無害；

（6）無光復活能力。

為統一標準，紫外線有效劑量應定義為，在一個連續進水的反應器中達到與一個採用低壓、無臭氧產生的汞燈進行平行光驗證的相同的MS-2噬菌體滅活率時平行光束儀的紫外線劑量（詳見紫外線消毒驗證協議）。

對於過濾后地表水和地下水，顆粒物對紫外線消毒的影響非常小。對於這些水源，根據第3章的協議驗證的紫外線設備，其紫外線有效劑量可用於紫外線消毒系統的設計。

未過濾的地表水中的顆粒物和透光率的變化能夠不同程度地屏蔽紫外線，減少其對微生物的傷害。對於這些水源，推薦進行現場設備驗證來估計水質變化帶來的影響。

1.1.3 設計條件

紫外線在峰值流量和最小紫外線穿透率條件下，用於飲用水的紫外線消毒系統的設計劑量基於下列條件設計。

（1）紫外線燈管（在運行一段合適時間后）輸出為新燈管的50%，除非製造商根據工程報告中的燈管更換時間建立燈管老化因子。燈管老化因子根據紫外線消毒驗證協議來驗證。

（2）不考慮石英套管本身的穿透性能，對於人工清洗系統，80%的光可以穿透石英套管。

（3）不考慮石英套管本身對穿透率的影響，對於自動機械或化學清洗系統，80%的光可以穿透石英套管，除非根據紫外線消毒驗證協議的協議確定更高的係數。清洗頻率參考生產商的建議。

（4）用於紫外線消毒系統設計的最低紫外線穿透率為基於至少12個月的實驗數據的5%分佈下限點（在運行期間相同間隔時間內取樣，在取樣天至少取3個樣）。如果不能提供12個月的試驗數據，則可以採用最低紫外線穿透率為80%。紫外線穿透率在波長為254nm下測量。

（5）燈管的保存期是指用於更換的燈管的儲存時間，此儲存時間應根據製造商的建議來定。

基本原理

基於燈管的測試數據，與在空氣中的測試結果相比，再生水的紫外線消毒系統的操作工況可加速燈管光強的降低。用於飲用水消毒的紫外線燈管的光強變化情況與再生水類似。低壓燈使用一年後的老化係數為0.5。另外，儲存時間過長也會導致燈管輸出強度降低。所有的燈管係數都推薦使用此數值。除非按照紫外線消毒驗證協議的協議規定可以提供其他的數值。對於多頻譜燈管，由於燈管使用時間和清潔程度對輸出強度的影響和不同波長的發射功率都不清楚，所以，除非能夠提供充分的數據，否則多頻譜燈管採用與單波長燈管同樣的老化係數。

1.2 反應器設計

由於可以提供多種系統構造（如明娶式、閉渠式和不同燈管安裝方向等），因此紫外線設備可以具有不同的規模、布局和備用要求。本節常用辭彙如下：

●模塊 紫外線消毒系統的基本單元，由單個或多個紫外線燈管及配套其他電氣設備組成。

●模塊組 由單個或多個模塊組成，某一給定的反應器的所有水流必須通過該模塊組。

●反應器 由單個或多個模塊組組成的獨立的體系，同時包括共同的故障模式（例如電源、冷卻系統和清洗系統等）。

●多級反應器 多個反應器串聯組成，包括進口、出口和水位控制裝置（可選）。

●紫外線消毒系統 由多級反應器加上輔助控制設備組成。

多級反應器設計要考慮到渠道和進出口條件，以便促進受紫外線輻射區域內產生活塞流（最少的縱向混合、有效的橫向混合）。多級反應器系統中應該有可靠的流量分佈，分佈要與反應器過濾能力成比例。進水渠道應該足夠長以使水流至第一個反應器之前形成穩定流，除非按紫外線消毒驗證協議替換流速區域可以進行測量和能夠提供滿意的運行；出水渠道應該確保最後一個反應器的水力學特性不受到任何出水水位控制裝置的反作用影響。不管個裝置的使用情況如何，1.3節中描述的備用設備和安全設施都必須整合在消毒設備的設計中。

1.2.1 水力限制

多級反應器的進出口設計由紫外線設備生產商負責，且用速率圖表示。速度分佈的水力學測試必須包括在紫外線消毒系統性能驗證協議內。在驗證后的紫外線設備的實際安裝中必須維持進出口流速分佈。如果進出口狀況與驗證后的系統相同，便不再需要速率圖。在任何情況下，多級反應器都必須在與設備嚴整的相同速度範圍內運行。

在飲用水中應用的紫外線消毒系統，不允許把小規模設備放大來用。只能使用根據紫外線消毒驗證協議的實際反應器。驗證后反應器模塊排列能在實際應用中使用。

在紫外線消毒系統的布置中，必須考慮下列水力學因素（基於設備的性能驗證結果）：

（1）第一個反應器前所需渠道長度和狀況；

（2）在水位控制設備或其他管路設施（如閥門和彎頭）和最後一個反應器之間的出流長度；

（3）多級紫外線反應器的間距：除了滿足水力條件外，還必須留出維修通道；

（4）可以使用任何反應器原附部件來實現或提高設備的流體速率均一性；

（5）需有清洗設備/機制的存在和運行。

基本原理

基於現有的可以獲得的信息，紫外線照射區內的水流過量的縱向混合導致某些部分照射不充分，類似的，不充分的橫向混合也可能導致同的情況出現。合理的進口結構和渠道設計可以保證多級反應器的第一個反應器中的流速均勻。同樣，合理的出口和管道系統設計也能確保出口狀況不會對最後一個反應器的水力狀態產生不利影響。一般都希望有均勻的流速分佈，但是這並不能保證紫外線照射區域有良好的水力條件。當進出口條件不一致，例如幾何形狀、擴散器或流體控制器的位置，需要測量流速分佈。

1.2.2 多級反應器布局的限制

紫外線消毒系統的多級反映器的數目必須考慮水力條件限制和系統的老化率。多級反應器需要滿足從較低流量到峰值流量的條件範圍。多級反應器的尺寸和布置要確保其流速在設備驗證的流速範圍內。關鍵的設計參數包括：

反應器壁要與製造商的建議一致；

每個反應器可單獨進行維護；

紫外線反應器中所有與水接觸部分的構件和塗層都必須符合NSF（國家衛生基金會）61國際標準中關於飲用水系統部件的規定，主要是關於對人體健康的影響部分和其他相關條款，所有處於照射範圍內的材料都必須防紫外線輻射；

用於套管清洗的化學物品都必須符合NSF60國際標準中關於飲用水處理用化合物的規定，主要是對人體健康影響；

反應器的進出口部分和反應器之間的連接部分必須隔絕水和光（如加蓋），防止紫外線外泄和其他物質進入反應器。

基本原理

當出現極端流量（如最小流量和峰值流量）時，可能會超出單個反應器允許的流量範圍，此情況可通過使用多級反應器得到緩解。維修時可能會打破燈管，故多級反應器中各個模塊能單獨拆卸有助於防止在維護時造成水污染。反應器器壁的變化能產生低紫外線強度區域，可能會造成部分水流未充分消毒。微生物的滋生會影響消毒效果，而混凝土渠道的襯裡有助於防止微生物在渠道的裂縫裡滋生。（多級）反應器要密封或加蓋以防止藻類生長，以及保護操作人員的健康。

1.2.3 清洗系統限制

作為紫外線消毒系統的一部分，清洗系統必須有效處理對現場水質產生影響的物質（如鐵、鈣、鋁、錳等離子和其他無機物、有機物造成沉澱和污垢）。當鐵、鈣、鋁、錳和鎂等離子有相對於飽和值的較高濃度時，建議進行現場驗證。所有的清洗裝置驗證都應在能包括商業清洗裝置的最小模塊內進行。

基本原理

紫外線消毒系統性能部分取決於清洗系統的性能。已發現鐵、鈣、鋁、錳和鎂等離子對清洗的效果和頻率有影響。當發現這些離子的濃度可能使石英套管結垢時，建議進行現場驗證。

1.3 可靠性設計

對消毒飲用水的紫外線設備的可靠性需要引起特別關注，具體包括：備用設備，水質可靠性，運行好維護，電力供應的可靠性，電氣安全及振動負荷設計。

1.3.1 備用設備

紫外線消毒系統設計應保證即使在最不利工況下（如流量較大、水質很差）運行，也能傳遞滿足設計要求的紫外線劑量，以殺滅通過反應器的病菌。由於系統是連續進水處理，因此至少需要提供一個備用的多級反應器。如果紫外線消毒系統能脫離生產線，則可以使用一個多級反應器。備用的紫外線消毒設備要確保對每個多級反應器都提供一個完全備用的多級反應器或一個額外的反應器。備用的紫外線消毒設備應至少等於所需消毒峰值的紫外線消毒設備的20%。另外，所提供的備用設備結構和標準應與上游過程的結構和余量一致。

在故障或反應器有問題時，紫外線消毒系統應能提供所需的設計劑量。故障可能由於許多原因造成，如電力供應、清洗機械、電氣元件的冷卻系統等造成的故障，但是也不僅僅限於這些情況。這部分除了描述備用設備的最低要求外，還要提供對整個紫外線系統故障的應急方案。備用設備的準備和結構，以及在整個系統故障時的應急方案，都需要在工程報告中敘述。

在多級反應器故障時，紫外線系統應自動激活備用多級反應器並分離有故障的多級反應器。

基本原理

在任何處理過程中都會有系統元件故障。紫外線消毒設備必須在任何元件發生故障時都能保障消毒出水的質量。因為是連續進水處理，在維護、維修或一個在線反應器發生故障時，至少需要一個備用的多級反應器來隔離此故障反應器組。

1.3.2 進水水質可靠性

當水質變化或上游處理工藝出水不滿足紫外線消毒進水要求時(如濁度過高，穿透率過低等)，應執行工程報告中的應急方案。

基本原理

進水水質太差會導致出水不能符合消毒要求。

1.3.3 操作和維護

紫外線消毒系統的操作和維護程序應包含在工程報告中。操作人員應該接受有關紫外線消毒系統操作方面的特別培訓。

使用汞蒸氣燈管的紫外線消毒系統涉及燈管的破碎和由此引起的汞進入

水體等問題。在維護和維修時，多級反應器必須與水分離。應急方案應作為

工程報告的一部分，來處理燈管破裂問題，並且在燈管破裂時執行。

基本原理

可靠的運行需要對人員進行適當的培訓，定期對設備進行維護、更換和校

准系統元件。特別要考慮到燈管里的汞會對公共健康和水生物產生危害。

1.3.4 電力供應的可靠性

為確保連續的電力供應，紫外線消毒系統必須提供一個備用電源和一個環

形的配電系統(如果電力供應線中的一個有故障)。紫外線消毒系統相同類型的組件(如反應器)必須分開使用兩個或多個電力分佈面板或開關面板，以防止公用模板故障。

紫外線消毒系統設計必須說明採用的技術，特別需要考慮以下因素。

(1)短時電力中斷 如果紫外線消毒系統在短時電力中斷時不能迅速重

啟，則設計時要考慮增加一個不問斷電力供應系統(UPS)。如果不能提供

UPS設備，則要提供一個應急方案。

(2)環境溫度 設備設計必須考慮鎮流器冷卻和其他電氣元件造成的環境

溫度的影響。

(3)系統和聲設備必須指明紫外線電力供應和其他電氣系統產生的電氣

和聲的影響。

基本原理

因為紫外線消毒系統在沒有電力供應時不能運行，可靠的電力供應和後備

電力是連續消毒的基本保障(除非污水處理廠有其他可靠的消毒方法可供選

擇)。使用多個面板或開關可以使部分系統一直處於工作狀態，即使其中一個電力分佈面板或開關出現故障時也如此。

1.3.5 電氣安全設計

所有紫外線消毒系統都應提供接地故障中斷線路(GFI)。

基本原理

GFI線路能夠在燈管破裂或者其他導致水流帶電的事故發生時降低對操作人員的危害。

1.3.6 抗震設計

紫外線消毒設施(如建築物、構築物和管道等)應根據設備使用地區的抗震要求來進行設計。用來更換的儲存設備也應採用同樣的抗震設計標準。

基本原理

對於紫外線消毒系統來說，抗震設計相當重要，因為系統中使用了很多易碎組件(特別是燈管和石英套管)。紫外線消毒系統的抗震安全設計至少應與消毒前的其他水處理設備的設計要求相同。這個規定將確保任何時候處理廠都能生產水，紫外線消毒系統任何時候都能提供充分的消毒。

1.4 監測和報警設計

對運行參數的連續監測是非常重要的，它可確保紫外線消毒系統能提供充分的消毒。連續的監測來調整紫外線運行劑量，紫外線消毒系統的元件的連續監測，以及對在線監測設備進行適當的校準都是保持消毒系統效果的關鍵。

1.4.1 連續監測

下列參數必須連續監測：

(1)流量；

(2)紫外線強度；

(3)紫外線穿透率；

(4)濁度；

(5)紫外線運行劑量。

1.4.2 紫外線消毒系統

應對下列紫外線消毒系統元件進行監測：

(1)每個紫外線反應器的狀態，開/關；

(2)每根紫外線燈管的狀態，開/關；

(3)至少每個反應器要有一個紫外線強度探頭，且至少每5kW功率有一個，不超過兩根燈管共用一個探頭；

(4)燈管的壽命(以小時表示)；

(5)反應器開關的累積數目；

(6)紫外線消毒系統累積功率消耗；

(7)反應器的電壓設置(具有可變輸出的系統)；

(8)多級反應器的液位控制(對所有具有自由液面的消毒系統和暴露在空氣中的系統裝置而言)；

(9)接地故障中斷線路(GFI)。

1.4.3 監測設備的驗證和校準

紫外線強度探頭應該參照第3章所規定的協議進行驗證，至少每個月進行一次(必要時需進行校準)。在線紫外線強度探頭和校準參照的探頭必須安裝在反應器的同一位置，以用於探頭的性能驗證。根據生產商的建議來進行濁度和紫外線穿透率監測設備的校準。另外，應每周對在實驗室取樣的紫外線穿透率進行驗證以保證在線紫外線穿透率的控制設備的準確性。

基本原理

確定紫外線運行劑量時需要流量、紫外線穿透率和紫外線強度的監測數據。紫外線運行劑量連續監測和連續余氯監測一致，在技術上是可行的。建立紫外線運行劑量的程序包括在工程報告中(1．7節)。濁度和紫外線穿透率監測數據用來反應紫外線進水水質的惡化。必須嚴格控制反應器的液位，防止液位過高，超過預設的最大值造成消毒不充分，同時也要防止液位過低，燈管露出水面沒有起到消毒作用。紫外線消毒系統運行時需在線監測每個反應器和每根燈管的狀態。紫外線劑量和燈管壽命用於決定燈管清洗和更換的周期。接地故障中斷線路(GFI)可能由包括燈管破裂等多重因素造成。

1.4.4 報警

為了保護公眾的健康，紫外線消毒系統應該包括高優先度和低優先度報警裝置。如果不注意這些，高優先度警報可能會危及消毒系統的運行。雖然低優先度警報不會危及系統的運行，但是在高優先度報警事件發生前必須通過低優先度報警採取正確的處理措施。報警設置值隨著不同的功能而不同。設置報警值時應該基於報警後續措施和後果的嚴重性而設置相應的響應時間。警報的設置應該在工程報告中特別提出。至少以下高優先度和低優先度報警是必要的。

1.4.4.1 高優先順序報警

（1）相鄰燈管故障——兩個或兩個以上燈管出現故障時；

（2）多個燈管故障——一個反應器中5%以上的燈管發生故障時；

（3）紫外線強度過低——紫外線強度探頭反映的讀數低至預先設定值時；

（4）紫外線穿透率過低——紫外線強度低至預先設定值；

（5）紫外線運行劑量過低——紫外線運行劑量低至設定值時；

（6）濁度過高——進水濁度超過了預先設定值時；

（7）高水位——紫外線多級反應器的水位超過預先設定值（對於明渠式的紫外線消毒系統）；

（8）低水位——當反應器或多級反應器的水位低於預先設定值；

（9）接地故障中斷線路（GFI）。

基本原理

紫外線運行劑量過低、紫外線強度過低、濁度過高將激活預先設置的意外事件報警。不考慮引起事故的原因，對於其他的高優先度警報，運行劑量的提高可通過激活備用反應器或反應器組等操作來進行（例如消毒系統受到危害時）。

1.4.4.2低優先順序報警

（1）單個燈管故障（如果一個單獨的燈管低於一個反應器中總燈管數的5%）——該燈管位置用反應器和燈管次序來表示；

（2）低紫外線強度——當紫外線強度探頭讀數低於預先設定值時；

（3）低紫外線運行劑量——當紫外線運行劑量低於預先設定值時；

（4）低紫外線穿透率——當進水紫外線穿透率低於預先設定值時；

（5）高濁度——當進水濁度超過預先設定值時。

基本原理

對於低紫外線運行劑量和低紫外線強度報警，通過自動減少流量，增加燈管輸出或激活反應器或多級反應器來增加紫外線劑量。操作人員需要調查和記錄報警發生的原因。其他低優先順序報警，需要操作人員去調查原因。在調查或維修時，操作人員可適當激活備用反應器或多級反應器。應自動記錄所有的高優先順序和低優先順序報警。

1.4.5 報警記錄

應自動記錄所有的高優先順序和低優先順序報警。

1.5 現場試運行測試

進行消毒之前應該進行下列各項條款的檢測：

(1)電氣元件；

(2)水位；

(3)反應器組之間的水流分配；

(4)控制和報警裝置；

(5)設備的校準。

應該提供現場試運行測試的報告文件和測試結果的細節，以便用戶和專家查看。

基本原理

現場試運行測試對於確保消毒系統的符合設計要求和正常運行非常關鍵。

1.6 性能監測

紫外線消毒系統的性能監測包括微生物取樣和1．4節描述的連續在線監測。

1.6.1微生物取樣

微生物類型和取樣頻率應根據法規部門的要求來執行。

基本原理

用於性能驗證的微生物取樣程序應該和法規部門規定的要求一致。

1.6.2 紫外線運行劑量監測

紫外線消毒系統傳遞的紫外線運行劑量應該按照1．4節的要求進行連續監測。

基本原理

紫外線運行劑量的連續測定應與其他相關數據連續監測與氯氣消毒系統中的余氯監測類似。在維持紫外線設計劑量時，紫外線運行消毒劑量能更有效地發揮紫外線消毒系統的性能。和余氯監測一樣，應該注意紫外線運行劑量並不是反應器性能特性的決定性參數。

1.7 工程報告

對於沒有提交工程報告的水處理設備，應該由註冊工程師提供一份完整的工程報告，並在紫外線消毒系統使用前交給相應的法規部門。

對於提供給權威機構技術報告並被採納的以及利用紫外線消毒的現存水處理設備，需要提供下列報告。

（1）如果自上次提交工程報告后，在水處理過程中水質發生改變(如原水或處理后水的水質發生變化，處理工藝改變，水廠監測、運行或維護程序發生改變)，那麼必須提供一份完整而及時的工程報告。在僅需提供消毒系統簡化報告的地方是否還需提交完整及時的報告由相關的管理機構確定。

（2）如果修改只涉及消毒部分(如更換或增強已經存在的消毒設備)，那麼一份只包括消毒系統和相關處理以及可靠性的簡化的工程報告是可以接受的；但是，工程報告還應該包括消毒系統與處理流程整合程度的評估。

1.7.1 工程報告的組成

工程報告中的條款應包括但是並不限於以下內容。

(1)承包商 確定負責飲用水生產的公共或私人實體。當一個以上的實體涉及飲用水生產時，每個實體的責任必須描述清楚。

(2)原水 描述水源和影響紫外線消毒系統性能的水質參數範圍(如可變穿透率)。

(3)處理工藝 提供完整的水處理設施的圖紙(包括監測位置)。指出所需紫外線消毒的水的水質參數範圍。

1.7.1.1 紫外線消毒系統設計基礎

提供圖紙和對紫外線消毒系統的詳細描述。提供充分資料以清楚顯示驗證協議和實際設計及運行要求的一致性。為此，需要提供下列資料：

(1)反應器和多級反應器的排列和尺寸，進出口結構，多級反應器流速範圍，在管道或渠道內用於加強流量的任何設施；

(2)紫外線反應器的描述，紫外線燈管的數量，製造商和類型(包括弧長)，鎮流器，模塊，模塊組和電氣設備；

(3)套管結構和說明(如套管材料、套管直徑、套管厚度和體積)；

(4)監測和控制，包括監測設備的數量，位置和功能；

(5)與紫外線燈管和水位控制設備相關的水位；

(6)在低流量和峰值流量情況下預期的運行反應器數量及相應的進出口流速範圍；

(7)用於推導紫外線運行劑量的程序和生物驗證有效劑量檢測驗證的詳述；

(8)有關地震設計規定。

設備驗證報告應附加一份詳細報告，描述用於紫外線消毒系統布局和設計

的驗證報告是如何得到的。生產商應該提供燈管體積、石英套管特性和鎮流器

等的性能測試證書。

1.7.1.2 監測

工程報告必須描述監測程序。連續分析和記錄設備使用的位置，校準的方法和頻率均須指明。監測部分包括以下項目：

(1)用來測定和記錄紫外線運行劑量的監測系統，包括監測和記錄流量、紫外線強度、紫外線穿透率的設備和程序；

(2)監測開放式渠道系統水位的方法；

(3)監測燈管輸出的方法；

(4)收集生物樣品的採樣位置和頻率。

1.7.1.3 可靠性

紫外線消毒系統的可靠性特點必須詳細描述。當顯示系統的警報功能失靈時，報告中必須明確顯示警報地點、位置和記錄人。工程報告還必須指出工廠的運行時間。

1.7.1.4 應急方案

工程報告必須包括發生下列情況時的應急方案：

(1)燈管破裂(汞泄漏)；

(2)紫外線運行劑量極低，紫外線強度極低，或濁度極高報警；

(3)上游水處理設備或紫外線消毒系統故障；

(4)電力供應中斷；

(5)備用裝置的啟動(包括系統和燈管的突然啟動)。

執行應急方案的人員必須明確通知他人員的方法。

1.7.1.5 操作人員培訓和認證

對紫外線消毒系統的操作人員的認證需符合不同地區的需要。必須詳細指明培訓污水處理廠人員運行和維護紫外線消毒系統的程序。

1.7.1.6 操作和維護

工程報告中必須包括系統操作和維護計劃。計劃中應該包括控制系統的描述、報警功能、記錄和報告。計劃中還應列出套管清洗、燈管替換、系統組件維護的程序和頻率以及校準監控裝置的頻率。同時應該確定燈管和其他關鍵組件的存放位置和數量。

紫外線殺菌器詳細參數