污水紫外線消毒器的選型及消毒劑量和燈管支數(shù)的計(jì)算

無(wú)論飲用水紫外線消毒器、污水紫外線消毒器選型，還是回用水紫外線消毒器選型，紫外線消毒器的選型首先選擇紫外線消毒器功率，就是選擇紫外線殺菌燈的功率，選擇紫外線殺菌燈的功率首先要進(jìn)行紫外線劑量的計(jì)算。UV劑量的計(jì)算通常采用理論計(jì)算劑量法和生物驗(yàn)證劑量法，在實(shí)際應(yīng)用中，需將兩種方法聯(lián)合使用，無(wú)論飲用水紫外線消毒器、污水紫外線消毒器，還是回用水紫外線消毒器都必須同時(shí)達(dá)到理論計(jì)算劑量法和生物驗(yàn)證劑量法聯(lián)合使用的標(biāo)準(zhǔn)要求。
1.生物驗(yàn)證劑量法。這種方法是利用生物驗(yàn)證劑量確定燈管數(shù)量，步驟為：
（1）根據(jù)排放標(biāo)準(zhǔn)要求計(jì)算微生物滅活率；
（2）查“微生物滅活率——UV劑量”曲線確定所需要的UV劑量；
（3）查“消毒反應(yīng)器流量——UV劑量”曲線確定每支紫外燈管的處理水量；
（4）UV消毒系統(tǒng)總處理能力除以每支紫外燈管的處理水量得到整個(gè)系統(tǒng)需要的zui少的紫外燈管數(shù)量；
（5）根據(jù)模塊化的要求，對(duì)燈管數(shù)量向上取整。
2.理論計(jì)算劑量。美國(guó)環(huán)保署在其1986年發(fā)布的《城市污水消毒設(shè)計(jì)手冊(cè)》中較詳細(xì)地?cái)⑹隽宋鬯贤饩€消毒器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，目前實(shí)際使用較廣的是1992年發(fā)布的配套軟件UVDIS 3.1版。利用該軟件可以非常方便的計(jì)算出明渠式污水紫外線消毒器系統(tǒng)整個(gè)反應(yīng)器內(nèi)的平均紫外光強(qiáng)度，然后乘以污水接受的照射時(shí)間，即得到消毒反應(yīng)器的理論計(jì)算劑量。 
該方法在計(jì)算紫外線消毒器反應(yīng)器的UV平均強(qiáng)度時(shí)，需輸入如下參數(shù)：燈管的UVC輸出強(qiáng)度；燈管排列方式；燈管電弧長(zhǎng)；石英套管外徑；燈管軸線間距；石英套管透光率；石英套管結(jié)垢系數(shù)；污水透光率；燈管老化系數(shù)和。任何一個(gè)參數(shù)的變化都會(huì)改變平均強(qiáng)度值。
在污水紫外線消毒器設(shè)備設(shè)計(jì)時(shí)，按以下步驟確定燈管數(shù)量：
（1）根據(jù)消毒系統(tǒng)進(jìn)口微生物濃度和排放標(biāo)準(zhǔn)要求計(jì)算微生物滅活率；
（2）查“微生物滅活率——UV理論計(jì)算劑量”曲線確定所需要的zui低UV理論劑量；
（3）采用以上技術(shù)參數(shù)和計(jì)算過(guò)程，改變燈管數(shù)量，驗(yàn)算UV理論計(jì)算劑量，直至滿(mǎn)足zui低UV理論計(jì)算劑量的要求。
關(guān)于紫外線消毒器燈管支數(shù)的計(jì)算可以參考以下案例：
通過(guò)一些固定參數(shù)可以理論計(jì)算確定理論計(jì)算確定紫外線殺菌燈數(shù)量，對(duì)于不同領(lǐng)域來(lái)說(shuō)通過(guò)以下舉例作為參考就可以計(jì)算出來(lái)了。
1.污水紫外線消毒器的設(shè)計(jì)要求及相關(guān)參數(shù)
日污水流量:1166m3/h
高峰期污水流量:?
CODCr:<60 mg/L
BOD5<20 mg/L
總固體懸浮物(TSS):<20mg/L
污水254透過(guò)率(T254):>65%
消毒前糞大腸菌數(shù):<1×107個(gè)/L
消毒后糞大腸菌數(shù):1×104個(gè)/L
2.計(jì)算糞大腸菌殘留量公式
N= N0exp{ux[1-(1+4kE/u2)1/2)]/2E}-Np
其中:N=消毒后糞大腸菌殘留濃度(個(gè)/L)
N0=消毒前糞大腸菌濃度(個(gè)/L)
x=燈長(zhǎng)度 (cm)
u=污水流速 (cm/s)
    由 u=x/(Vv/Q)計(jì)算
Vv=紫外輻射區(qū)
Q=總流量
E=分散系數(shù)(cm2/s)
k=糞大腸菌失活速率(/s)
Np=被懸浮固體包裹的糞大腸菌濃度
其中:k=aIavgb
Np=c(SS)m
a=1.45×10-5
b=1.3
c=0.26
m=1.96    由實(shí)驗(yàn)等得出
設(shè)計(jì)選260W 紫外燈
1.參數(shù)及基本情況
燈型號(hào):
功率:260W, 紫外zui大輸出:100W
燈長(zhǎng):157.5cm, 弧長(zhǎng):151.7cm
外層石英套管直徑:4.0cm，紫外透過(guò)率=90%
紫外燈以矩陣方式順?biāo)鞣较蚺帕?/span>
燈心距:7.5cm×7.5cm
能量損失因子采用一般貫例，Fp(燈管老化因子)0.7，Ft(石英套管因透射率等在計(jì)算中造成的誤差)0.7
2.污水紫外線消毒器的設(shè)計(jì)過(guò)程
(1) 系統(tǒng)紫外密度D
平均每支燈在污水中的輻射體積
Vv/燈=(S2z)-(πdq2/4z)
S=7.5cm
z=157cm
dq=4cm
Vv/燈=6859cm3(6.86 L)
紫外密度D
D=(紫外功率/燈)/(Vv/燈)
D=100*0.9/6.86=13.1 W/L
2) 平均紫外強(qiáng)度Iavg
平均紫外強(qiáng)度Iavg與紫外密度D關(guān)系
修正后平均紫外強(qiáng)度Iavg 
Iavg=額定IavgFpFt
Iavg=額定Iavg×0.7×0.7
調(diào)整后的Iavg見(jiàn)表1
流量(m3)        T254 (%)        額定Iavg (mw/cm2)        調(diào)整后Iavg (&#61549;w/cm2)
1166        65        23.5                   11.5
(3) 失活速率k
由k=aIavgb估算
k=1.45*10-5*115001.3=2.75
(4) 流速確定
N/N0=exp{[ux(1-(1+4kE/u2)1/2)]/2E}-Np
Np=0.26*201.96=92
其中:N=10000個(gè)/L, N0=107個(gè)/L, Np=92個(gè)/L, k=2.75 (/s), x=157(cm), E=100 cm2/ss
或-3=u*157/[2*100]*[(1-(1+4*2.75*100/u2))1/2]
即u[1-(1+1100/u2)1/2]=-3.82
因此u=150 cm/s
停留時(shí)間:t=x/u=157/150=1(s)，考慮到反應(yīng)器水力特性和液齡分布函數(shù)，取t=2 s
(5) 確定燈數(shù)
紫外消毒區(qū)的體積:V=1166/3600*2=0.65 m3
過(guò)水?dāng)嗝婷娣e:A=0.65/1.57=0.4 m2
燈管數(shù):A/S=0.4/0.0752=71(根)
       根據(jù)以上分析計(jì)算可算出結(jié)果，這個(gè)污水紫外線消毒器所需要的紫外線消毒燈管數(shù)不應(yīng)低于71支。通過(guò)以上示例就能正確的進(jìn)行污水紫外線消毒器選型及消毒劑量和燈管支數(shù)的計(jì)算了。