如何确定和比较污水紫外光消毒设备的UVC剂量
1. UV剂量
类似于氯消毒中采用CT值（余氯浓度乘以停留时间）来控制消毒效果的方法，污水紫外消毒技术采用UV剂量（参见“如何理解紫外光水消毒技术中的UV剂量”一文）控制污水的消毒效果。但氯消毒可以通过固定水力停留时间和余氯浓度而达到指定的CT值，从而简化和规范设计。紫外消毒是完全通过设备实现的，其最核心的紫外灯管随设备型号而不同，而且随着灯管技术的不断进步，强度会越来越高，这样就造成在同样的UV剂量情况下，不同消毒反应器提供的UV强度不同，对应的水力停留时间也就不相同，因此，无法像氯法一样通过固定水力停留时间和UV强度来简化设计和设备选型。
UV剂量的计算较为复杂，工程应中的UV消毒反应器常采用两种计算方法：理论计算剂量和生物验证剂量，二者各有利弊。
2. 理论计算剂量
美国环保署在其1986年发布的《城市污水消毒设计手册》（EPA/625/1-86/021）中较详细地叙述了污水紫外光消毒系统的设计，并配套开发了一个设计软件UVDIS。目前使用较广的是1992年发布的3.1版。利用该软件可以非常方便的计算出明渠式低压紫外消毒系统整个反应器内的平均紫外光强度，然后乘以污水接受的照射时间，即得到消毒反应器的理论计算剂量。
UVDIS软件在计算消毒反应器的UV平均强度时，需输入如下参数：（1）灯管的UVC输出强度、（2）灯管电弧长、（3）灯管排列方式、（4）灯管轴线间距、（5）石英套管外径、（6）石英套管透光率、（7）石英套管结垢系数、（8）灯管老化系数和（9）污水透光率。任何一个参数的变化都会改变平均强度值。照射时间等于灯管内两个灯丝之间的距离（如果是两个灯组串联，则乘以2倍）除以水流速度。注意水流速度等于最大小时流量时的流量除以横断面净空面积（横断面积减去所有石英套管所占面积）。最外层灯管至池壁和水面的距离应略小于半个灯管间距。
建立好以上计算模型后，固定所有几何结构参数，通过改变灯管的UVC输出强度、污水透光率和流量达到改变UV剂量的目的，同时监测不同UV剂量下反应器的消毒效率，得到“微生物灭活率——UV理论计算剂量”曲线。
设计时，按以下步骤确定灯管数量：（1）根据消毒系统进口微生物浓度和排放标准要求计算微生物灭活率；（2）查“微生物灭活率——UV理论计算剂量”曲线确定所需要的最低UV理论剂量；（3）采用以上技术参数和计算过程，改变灯管数量，验算UV理论计算剂量，直至满足最低UV理论计算剂量的要求。
理论计算剂量的主要优点：
（1）反映的设备技术参数全面。包含了UV消毒反应器有效空间内的所有几何结构与物理参数以及污水的透光率。
（2）灵敏度高。任何一个参数的改变都会在理论计算剂量值上体现出来，常用于指导反应器的改进和不同反应器之间UV剂量的相对高低比较。
（3）客观性强，透明度高。UVDIS软件由美国环保署开发，不属于任何营利团体和企业。UV理论剂量的计算过程清晰而合理，可以公正地反映出不同型号反应器之间UV剂量的相对高低。
理论计算剂量的主要缺点：
（1）计算过程中没有考虑污水流态对消毒效果造成的影响。不同型号的消毒反应器，同样的理论计算剂量实现的微生物灭活率不同，流态越好，消毒效率越高。因此，设计时不同型号的设备需采用不同的“微生物灭活率——UV理论计算剂量”曲线。
（2）虽然理论计算剂量可以客观地反映出不同反应器之间UV剂量的相对高低，但因“微生物灭活率——UV理论计算剂量”曲线随设备型号不同而不同，针对相同的生物灭活率要求，无法准确给出统一的最低UV剂量。
3. 生物验证剂量
生物验证剂量的解释见“如何理解紫外光水消毒技术中的UV剂量”一文。该方法回避了紫外消毒反应器内部结构对消毒效果的影响，将其看作一个“黑箱”，改变流量，测定出不同污水透光率条件下的“消毒反应器流量——UV剂量”曲线。
利用生物验证剂量确定灯管数量的步骤为：（1）根据排放标准要求计算微生物灭活率；（2）查“微生物灭活率——UV剂量”曲线确定所需要的UV剂量；（3）查“消毒反应器流量——UV剂量”曲线确定每支紫外灯管的处理水量；（4）UV消毒系统总处理能力除以每支紫外灯管的处理水量得到整个系统需要的最少的紫外灯管数量；（５）根据模块化的要求，对灯管数量向上取整。
生物验证剂量的主要优点：
可以在各种不同的设备之间统一最低UV剂量标准。由于微生物灭活率与UV剂量之间的关系曲线是由独立于UV消毒反应器的“平行紫外光束仪（Collimated Beam Apparatus）”测定的，不受消毒反应器自身性能的影响。因此，可以在各种UV消毒反应器之间统一最低UV剂量标准，以保证消毒效果。
生物验证剂量的主要缺点：
（１）按照严格的测试标准，实验费用非常昂贵。
（２）目前在我国出现的基于实际运行的污水处理厂测试的粪（总）大肠菌曲线误差较大，不能用于设计选型，如果要使用，应有第二中方法进行交叉验证。
4. 两种UV剂量的运用方式
UV剂量的运用主要有两个目的：一是为所有备选UV消毒反应器设定最低UV剂量标准，以实现指定的消毒效果；二是在备选设备之间比较消毒效率的相对优劣。
如果采用符合测试标准的生物验证曲线，以上两个目的均可很好地达到。如果采用粪（总）大肠菌测试的曲线，由于无代表性和误差太大，则无法达到以上两个目的，必须与理论计算剂量联合使用，以减少误差，这实际上也是国外一些工程招标中采用的方式。
首先汇集各设备供应厂家的设计方案，要求同时提供生物验证剂量和理论计算剂量，然后分析各厂家的方案，同时提出生物验证剂量和理论计算剂量的最低要求。投标中要求所有UV消毒设备必须同时满足两种UV剂量的要求。
5、结论
（1）严格以上的生物验证剂量可在各种消毒反应器之间进行剂量比较，并确定统一的最低UV剂量标准。
（2）理论计算剂量适合在各种消毒反应器之间比较UV剂量的相对高低。
（3）单独采用理论计算剂量和粪（总）大肠菌生物验证曲线均无法在各厂家设备之间确定最低的剂量标准，二者必须联合使用，所有设备必须同时达到标准要求。
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