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無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)行紫外線劑量的計算。UV劑量的計算通常采用理論計算劑量法和生物驗證劑量法,在實(shí)際應(yīng)用中,需將兩種方法聯(lián)合使用,無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達(dá)到理論計算劑量法和生物驗證劑量法聯(lián)合使用的標(biāo)準(zhǔn)要求。
1.生物驗證劑量法。這種方法是利用生物驗證劑量確定燈管數(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,對燈管數(shù)量向上取整。
2.理論計算劑量。美國環(huán)保署在其1986年發(fā)布的《城市污水消毒設(shè)計手冊》中較詳細(xì)地敘述了污水紫外線消毒器系統(tǒng)的設(shè)計,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算出明渠式污水紫外線消毒器系統(tǒng)整個反應(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間,即得到消毒反應(yīng)器的理論計算劑量。
該方法在計算紫外線消毒器反應(yīng)器的UV平均強(qiáng)度時,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;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。任何一個參數(shù)的變化都會改變平均強(qiáng)度值。
在污水紫外線消毒器設(shè)備設(shè)計時,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)要求計算微生物滅活率;
(2)查“微生物滅活率——UV理論計算劑量”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)和計算過程,改變燈管數(shù)量,驗算UV理論計算劑量,直至滿足zui低UV理論計算劑量的要求。
關(guān)于紫外線消毒器燈管支數(shù)的計算可以參考以下案例:
通過一些固定參數(shù)可以理論計算確定理論計算確定紫外線殺菌燈數(shù)量,對于不同領(lǐng)域來說通過以下舉例作為參考就可以計算出來了。
1.污水紫外線消毒器的設(shè)計要求及相關(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透過率(T254):>65%
消毒前糞大腸菌數(shù):<1×107個/L
消毒后糞大腸菌數(shù):1×104個/L
2.計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/L)
N0=消毒前糞大腸菌濃度(個/L)
x=燈長度 (cm)
u=污水流速 (cm/s)
由 u=x/(Vv/Q)計算
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)驗等得出
設(shè)計選260W 紫外燈
1.參數(shù)及基本情況
燈型號:
功率:260W, 紫外zui大輸出:100W
燈長:157.5cm, 弧長:151.7cm
外層石英套管直徑:4.0cm,紫外透過率=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算中造成的誤差)0.7
2.污水紫外線消毒器的設(shè)計過程
(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見表1
流量(m3) T254 (%) 額定Iavg (mw/cm2) 調(diào)整后Iavg (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/L, N0=107個/L, Np=92個/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)以上分析計算可算出結(jié)果,這個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)的計算了。
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