中壓紫外殺菌技術在電廠鍋爐補水系統中的應用研究

張強，冀東，張黎光

（華潤電力（滄州運東）有限公司，河北 滄州 061723）

華潤電力滄州運東2×350MW熱電聯產工程于2015年12月獲得正式核準。項目建成后，預計年發電量40億度，居民供熱面積1500萬m2。生產用水主要水源為滄州運東污水處理廠處理后的再生水，備用水源為運西污水處理廠處理后的再生水。該系統采用UF+NF+RO+EDI的組合工藝，為滿足系統殺菌控制要求，公司投資安裝了一套中壓紫外殺菌裝置。傳統鍋爐補水系統的殺菌方式主要采用化學殺菌劑，雖有較好的殺菌效果，但持續使用，細菌會產生耐藥性，并存在化學殘余物質，影響反滲透裝置正常運行。而且氧化性殺菌劑的使用，需要投加大量還原劑來保證反滲透膜不會被氧化。在很多系統運行案例中，都會出現還原劑投加不足導致反滲透膜被氧化的現象，造成嚴重后果。中壓紫外殺菌技術是一種物理方法，不需要向水中增加任何物質，不產生化學殘余物，同時，可以減少殺菌劑和還原劑用量，而且其殺菌更為高效，經濟效益更加明顯，殺菌效果更顯著，這是它相對傳統氯化消毒的優勢所在。

1 殺菌原理及工藝流程

1.1 中、低壓紫外殺菌技術原理

中壓紫外殺菌技術原理是在現代防疫學和光動力學的基礎上，利用專門設計具有高強度、長壽命的UVC波段過流式中壓紫外殺菌裝置處理流水，254nm的紫外光具有非常高的殺菌效率，能破壞水體中細菌對代謝/遺傳、變異等現象起決定性作用的核酸—脫氧核糖核酸（DNA）或核糖核酸（RNA），阻止細菌和微生物合成蛋白質，抑制細胞分裂，達到殺菌目的。低壓紫外線只能滿足一般處理量的水處理要求，適用于頻繁的開啟和關閉操作要求的系統、小流量的給水消毒等，中壓紫外殺菌可以發射出波長范圍更廣的多波長紫外線，更加有效破壞微生物有機體或防止有機體復制，適合大流量的給水殺菌，無二次污染，因此本次采用中壓紫外殺菌。

圖1 UV與可見光光譜

紫外殺菌效果是由細菌接受的照射劑量決定的，同時，也受到紫外線的輸出能量，與燈的類型、光強和使用時間有關。中壓紫外燈管管內氣壓為10～103kPa，其紫外燈管發出的是波長為200～300nm多普連續紫外光。

照射劑量（J/m2）=照射時間（s）×UVC強度（W/m2）

由上述公式可知：照射劑量與照射時間和UVC強度有關，照射劑量越大，消毒效率越高。因此，為提高消毒效率，可通過延長照射時間和提UVC強度實現。而影響細菌接收足夠紫外光照射劑量的主要因素是水體254nm處波長紫外透光率，當UVC輸出強度和照射時間一定時，透光率的變化將導致細菌實際接收劑量的變化。

1.2 鍋爐補給水處理系統紫外殺菌工藝流程

本工程生產水源為滄州市城市再生水，再生水經石灰軟化處理后作為循環冷卻水補充水，循環冷卻水（循環冷卻水設計濃縮倍率為7～8）用雙堿法處理后用作鍋爐補給水水源。水質見表1。原水懸浮物、濁度指標較高，水質成分較為復雜，經過測試后水體透光率為75%，同時，水體細菌含量不符合鍋爐補水處理系統進水細菌指標要求。

表1 2017年9月運東污水處理廠水質分析表

根據水質狀況和水體透光率分析結果，選用型號為RZB300-11中壓紫外殺菌設備，該中壓紫外殺菌設備運行時紫外線有效劑量不低于40mJ/cm2，能起到良好的殺菌效果。工藝流程見圖2。

圖2 鍋爐補給水中壓紫外殺菌工藝流程

2 中壓紫外殺菌技術優勢

本工程采用中壓紫外殺菌技術主要是由于該技術具有以下五種優勢：（1）與常規的紫外線殺菌器所用的燈管相比，中壓紫外燈管輸出的波長范圍更寬，能通過光的氧化作用有效促進有機物的分解，來達到消毒殺菌的目的。（2）中壓紫外線在水中的穿透率可以高達97%以上，而常規的單一波長紫外線穿透率只有75%，穿透率越高，對水的覆蓋就越廣，殺菌效果也就越好。（3）中壓紫外線殺菌器體積小，殺菌率可達99.9%以上，并且不會產生二次污染。（4）中壓紫外殺菌裝置有效紫外劑量高于低壓紫外殺菌裝置，殺菌效果更好。（5）中壓紫外燈管比低壓紫外燈管壽命更長，且性能更加穩定。

3 運行效果及成本分析

3.1 殺菌效果

在系統處理量為150m3/h，水體透光率為73.3%的情況下，RZB300-11型中壓紫外殺菌設備有效紫外劑量仍達到44mJ/mc2，滿足指標要求。于2020年4月13日對中壓紫外殺菌裝置出水取樣測試，效果見表2。

表2 中壓紫外殺菌裝置對指標細菌的殺滅效果

從表中數據看到，細菌總數在中壓紫外殺菌裝置出口后已經無法檢測出具體數值，細菌去除率達到99.9%，效果非常理想。而進水軍團菌數量已經幾乎為零，故無法檢測。第三方檢測報告見表3。中壓紫外殺菌技術的殺菌效果與所應用水質密切相關，本文所應用對象為中水，水質成分復雜，且水體透光率低。若對象水質透光率越高，則殺菌效果越好。

表3 中壓紫外殺菌裝置出水口水質檢測報告

3.2 運行效果

2019年7 月中，壓紫外殺菌裝置安裝投產后，評估工作隨后開展，主要是對殺菌裝置安裝后連續6個月的鍋爐補水水處理系統反滲透裝置和超濾裝置運行參數進行統計分析。

（1）超濾裝置產水濁度數據分析，數據見表4。

表4 超濾裝置產水濁度月平均數據記錄

從表4超濾裝置產水濁度月平均數據記錄可以看出，連續6個月內，超濾裝置產水濁度低于0.05NTU，符合反滲透裝置進水濁度要求。反滲透保安過濾器及反滲透濾芯出現污泥顆粒堵塞的情況較少。

（2）一級反滲透保安過濾器壓差數據分析，數據見表5。

表5 一級反滲透保安過濾器壓差月平均數據記錄

從表5一級反滲透保安過濾器壓差月平均數據記錄可以看出，保安過濾器連續6個月內運行壓差沒有異常變化。而影響保安過濾器運行壓差異常變化的主要因素是污泥顆粒堵塞和微生物污染，可見水體內細菌和懸浮物兩項指標含量均符合過濾器進水水質要求。由此證明中壓紫外殺菌設備殺菌效果良好，符合要求。

（3）一級反滲透產水率數據分析，數據見表6。

表6 一級反滲透產水率月平均數據記錄

從表6一級反滲透產水率月平均數據記錄可以看出，反滲透裝置連續6個月內產水率均在75%以上，且均未出現微生物污染現象。因此可以證明中壓紫外殺菌設備殺菌效果良好。

3.3 直接運行成本分析

（1）年耗電費用。中壓紫外殺菌裝置主要耗電元件為燈管：2支×4.2kW·h/支×24h×365天×0.5元=3.68萬元。

（2）中壓紫外燈管耗材費用。中壓紫外燈管每一年半需要更換一次，燈管單價為2萬元，則年燈管耗材費用為：2萬元×2支×2/3=2.67萬元。

（3）直接運行成本。以每小時處理量200m3計算：

根據以上計算得出，噸水直接運行成本為0.036元，遠遠低于化學藥劑殺菌費用。

4 結語

（1）在電廠鍋爐補給水水處理系統中采用中壓紫外殺菌技術，對細菌總數有很好的殺滅效果，殺菌率高達99%以上。（2）中水采用中壓紫外殺菌技術殺菌處理后，水質可達到鍋爐補給水水處理系統進水細菌指標要求。（3）中壓紫外殺菌技術不需要向水體內添加任何物質，因此，水體內無任何化學殘余物質。（4）中壓紫外殺菌裝置在本文工程條件下應用，處理費用為0.036元/m3，遠低于化學藥劑滅菌費用，因此具有較好的經濟實用性。