中压紫外线杀菌系统用于饮用水的前景展望
摘 要
在北美，紫外线一直广泛应用在废水杀菌领域。长期以来一直使用传统的低压/低压高输出水银灯，但中压水银灯的开发为传统紫外光源自身的限制提供了具有潜力的解决方案。例如，在一项应用中需要使用成百上千个低能量灯泡，而使用中压紫外线装置则只需要很少的两排灯泡。
根据卡尔冈炭素公司1998年的重大发现：在隐孢子虫灭活中只需要极少量的紫外剂量，饮用水厂采用紫外线作为隐孢子虫和贾第虫屏障的数量有明显的增加。发现此项专利技术之后，卡尔冈炭素公司首次为三家不同的饮用水处理厂提供了三台紫外线反应器。另外，卡尔冈炭素公司在北美安装了两台最大的紫外线杀菌反应器作为隐孢子虫屏障。这些紫外线装置是将中压紫外线灯装在SentinelTM(卫士）反应器内部。石英套将灯泡和水隔开。利用自动清洁系统对石英外表作定期清理保持石英套的清洁。
介 绍
水处理领域面临的挑战是怎样提供充分的杀菌同时将杀菌副产物降至最小。虽然自1900紫外线技术已被用于水杀菌，但直到最近其在饮用水处理的应用才确定下来。这是部分由于隐孢子虫卵囊实验的不确定性(Lorenzo-Lorenzo et al. 1993)和证明高紫外剂量获得理想卵囊灭活效果的数据的产生 (Campbell et at. 1995)。 1996年，卡尔冈炭素公司通过对其生育能力和传染性的化验证明两者存在极大的差别。 对于生育能力和传染性化验选择是测量卵囊灭活的一个重要标准这一事实的认识推动了卡尔冈公司对紫外线是一种对隐孢子虫卵囊灭活极为有效的方法这一专利发现。
卡尔冈炭素公司SentinelTM(卫士)紫外线杀菌工艺使用紫外线做为水中防止隐孢子虫和贾第虫的方法。在SentinelTM(卫士)工艺中，高能量灯泡通过石英套将紫外线射入水中。高能量光子被隐孢子虫(C. parvum)和贾第虫有机体中的DNA 和RNA吸收，造成双螺旋线体交叉而防止其线性裂解和复制。不能复制的细胞不能传染。对有机体失去传染能力已被老鼠传染性实验证明。在这些发现之后，其他一些合作或独立实验也验证了这些数据，证明某些紫外线系统可以将造成水传播疾病爆发的隐孢子虫和贾第虫灭活。紫外线技术迅速成为饮用水应用中最有前途的方法。因其不产生杀菌副产物，并提供高杀菌率（特别对隐孢子虫），紫外线是一种简单和低成本的水杀菌方法。
过去，大多数饮用水生产领域中的紫外线杀菌系统都使用低压灯泡，但这些技术有以下限制： 在很低水温下，灯泡杀菌效率受限制 ；对于大型的水厂，灯泡使用量极大，导致电子系统增大和紫外单元数增加，投资和维修费用也随之增加。
使用中压灯泡的系统提供了有利的替代方法。与低压灯泡相比，中压灯泡在254 nm时有更高的多色紫外光谱输出和低的恢复，所以反应器和灯泡的数量减少。从而设备投资接近低压系统的费用。
工业级紫外线系统
卡尔冈炭素公司在高级氧化工艺(AOP)领域中处世界领先地位；在世界各地饮用水、地表水和工业废水处理行业中安装了三百台以上的工业装置。
卡尔冈炭素公司在北美提供了首台工业级紫外线杀菌系统做为隐孢子虫屏障。 此系统于2000年5月安装在美国的Grosse Pointe，并运行至今。此系统设计可处理最高流量为每天52700立方米，提供4log隐孢子虫灭活和2log贾第虫灭活。 在这之后,卡尔冈公司又安装11套处理量从每天3768立方米到每天358000立方米的SentinelTM(卫士)工业装置，这些装置大小从处理器直径12英寸到48英寸不等，均采用中压紫外线灯泡。
Sentinel（卫士）的紫外线杀菌
隐孢子虫和贾第虫的灭活率与水中的紫外线剂量成正比。紫外线剂量由mJ/cm2 (或 mWs/cm2)表示。独立的微生物实验室证明在老鼠传染实验中小于<10 mJ/cm2 紫外线可提供大于4log(99.99%)隐孢子虫灭活，符合美国EPA/NSF环境技术计划。 一般来说，系统设计在最大流量时紫外线剂量为40 mJ/cm2以保证达到处理目标。
灭活效率由紫外线灯的光谱输出决定。在隐孢子虫进行灭活的紫外线光谱区中，卫士系统采用最高效的中压水银拱灯。每个灯泡均带有一个紫外线传感器。另一个SentinelTM(卫士)系统的关键技术是Quickwipe™（快速清洗）石英清洗技术。此设计的一个基础是一个不锈钢刷用于清洗石英表面并防止形成污垢层。 清洗装置由许多不锈钢毛，利用气压缸清洗器可前后活动。清洗器的运动频率可由控制面板上的操作界面调节。
SentinelTM(卫士)紫外线杀菌系统由一个316L不锈钢反应器和在反应器内部成行排列的高能量中压标准20千瓦紫外灯组成。 每个紫外灯由一个石英套保护。石英套由一个专利的空气驱动的清洗系统自动清洗，清洗周期可调。灯泡由电磁镇流器产生动力。每个反应器均有一个独立的灯泡驱动外壳包含平镇流和其他灯泡供电部件。因其采用模块化部件和高能量中压灯泡的简单设计，使设备翻新变得简单。
所有Sentinel™ (卫士)反应器的控制功能均置于一个系统控制柜。PLC控制系统运行，并带有一个触屏式操作界面。软件的一个重要功能是控制紫外线杀菌过程，监测系统状态并对故障及时报警。此故障保护系统保证了操作人员和设备的安全。
紫外线反应器
紫外线反应器外可是316L不锈钢外壳和150 lb. ANSI法兰。这种配置有利于对工厂现有管道的简单翻新。 通常六个标准20kw中压紫外灯泡安装在反应器中，每个灯泡外套石英套。灯泡由置于单柜中电磁镇流操作，单柜利用室内空气进行强制对流降温。由一个独立120伏空压器将空气压缩进石英清洗器。
反应器的交流电源为480V, 3相, 60 赫兹。控制系统为24 VDC。Modicon公司的可编程控制PLC，与彩色UniOp触摸式显示屏相连。控制面板安装在电源控制面板旁。
结论
已安装SentinelTM(卫士)杀菌系统的市政部门为当地居民饮用水提供了隐孢子虫和贾第虫的保护屏障。操作记录证明这些反应器是可靠的并无需维护。卡尔冈炭素公司同水管理者、工厂操作者的交流表明用户非常满意紫外线设备和其可靠性。
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