简介

紫外线消毒的原理

紫外灯技术的分类

紫外线对微生物的作用

紫外线消毒的工作参数

不同的紫外线消毒系统

饮用水紫外线消毒

简介

在水消毒技术领域内，紫外线被广泛的承认，同时与传统化学方法相比较，此方法较为有优势。紫外线消毒是一种完全无公害技术，对人类、动物、水生物以及产品均不产生危害，而且不会在消毒过程中产生有害副产品。在消毒杀菌的永久性方面，此项技术对所有的微生物均有极高的效力，其中也包括对氯极有免疫力的微小隐孢子虫。

紫外线消毒的原理

紫外线是介于可视光线和X射线之间的电磁波频谱。200nm至400nm的紫外光谱有很强的杀菌效力， 其峰值在265nm。 在这个波长范围内的紫外线主要是通过刺穿细胞膜，破坏细胞内脱氧核糖核酸和破坏细胞内的其它分子，使微生物不能再复制和繁殖，而最终达到消毒作用。 紫外线杀菌器实物拍摄

依照波长范围，可将紫外线分为4个波段：

真空紫外线：40 – 200nm 紫外线c： 200- 280nm 紫外线b： 280- 315nm 紫外线a： 315- 400nm

紫外灯技术的分类

典型的嵌入式（Berson ''in-pipe''） 紫外线消毒系统内有一个紫外线灯管和一个石英套管。这个紫外线灯管被固定在石英套管里，然后整个套管将被固定到一个柱状不锈钢反应室内。这样的设计是为了让待处理水在从一端进入反应器的同时开始被处理，而整个消毒过程将伴随水流流至反应器的另一端。

根据压强的高低，紫外线灯管可以被分为两大类：低压紫外线灯管和中压紫外线灯管。低压紫外线灯管输出单一的紫外线（被局限于254nm单波长），而中压紫外线灯管能输出多色紫外线（波长在185至400nm之间）。

紫外线对微生物的作用

紫外线消毒作用是通过微生物体内的脱氧核糖核酸吸收紫外光线来完成。最大吸收值分别是在波长200nm和265nm，而不是人们通常认为的来自低压灯的254nm。波长为200nm的紫外光，主要是被中枢脱氧核糖核酸的核糖和磷酸盐所吸收。而波长为265nm的紫外线主要被核酸中的腺嘌呤，鸟嘌呤，胞核嘧啶和胸腺嘧啶（核糖核酸中的尿嘧啶）所吸收。在吸收紫外线辐射以后，胸腺嘧啶二聚物是最为常见的产物。这种产物是由两个相邻的胸腺嘧啶分子结合而形成的。紫外线杀菌的原理就是在于，这些二聚物和另外一些光化产品可以阻止脱氧核糖核酸的复制和再繁殖，从而达到杀死细胞的目的。

另外对于脱氧核糖核酸和核糖核酸，紫外线能够引起细胞内的蛋白质、酶和其他分子的光化学反应。蛋白质的吸收峰值大约在280nm左右，然而在蛋白质中的缩氨酸根则吸收240nm以下的紫外线。紫外线也对其他的不饱和生物分子有杀伤力，例如：辅酶、荷尔蒙和电子负载体。当然，紫外线对分子的影响，不仅仅作用于脱氧核糖核酸和核糖核酸，它对大一些的微生物也有显著的作用，例如真菌类、原生动物和藻类。虽然紫外线不能像作用于脱氧核糖核酸一样，刺穿这些较大的微生物，但是它还是能用破坏其他分子的方法达到杀菌效果。

紫外线消毒的工作参数

1 - 紫外线剂量

正如紫外线对微生物体内不同组成部分有不同的作用一样，紫外线也对不同种类的微生物有着不同的效力。这是由于，不同种类的微生物对紫外线有着不同的敏感度。比如，一个细菌就要比一个霉菌或海藻对紫外线敏感度高。这个敏感度通常被称为D10值，它表示的是微生物量被降低到90％时所需要的紫外线剂量。

紫外线剂量是由紫外线灯的能量和在反应器内的停留时间所决定的。其中，灯的能量被定义为紫外线强度（mW/cm），这个紫外线强度的高低是根据紫外线灯的原始紫外线强度和当灯被置于一定距离外的紫外线强度大小而计算的。在实际应用中，水中能够吸收紫外线的物质的多少会对紫外线强度产生很大的影响。另外，待处理水水量的大小和流速同时决定着它将在反应器中的停留时间的长短。对于一般反应器而言，紫外线剂量即为紫外线总强度与停留时间的乘积。

2 - 紫外线穿透率

穿透率（T10）是待处理水对紫外线吸收程度的一个指示参数，它是待处理水中所有吸收紫外线的物质的总量，例如悬浮有机物和矿物质（铁和镁，分别于溶解和非溶解状态）。当待处理水的穿透率和反应器内的紫外线强度均为已知时，反应器的体积就可以被计算出来。再根据反应器的体积，来计算紫外线剂量。

3 - 待处理水的质量

待处理水的水量决定着反应器的体积。而反应器体积的设计又被水头损失，管道

紫外线杀菌器实物拍摄

的尺寸以及紫外线剂量所限制。

4 - 待处理水的温度

低压紫外线灯

低压紫外线灯的表面温度相对而言较低，但是它会严重的受到待处理水水温的影

响。对于低压紫外线灯而言，最佳水温是20摄氏度，当水温低于或者高于20

摄氏度时会导致紫外线辐射输出量的降低。当温度低于5摄氏度时，将很难预测

紫外线的强度，甚至导致紫外线灯的无法正常启用。

中压紫外线灯

虽然中压紫外线灯管表面有较高的温度，但正是由于此原因它不易受到周围水温的影响，中压紫外线灯可以在零下20摄氏度和零上80摄氏度范围之间有效工作。

5 - 紫外线照射后的复活机制

由于所有的微生物长期暴露在自然的紫外线下，所以微生物在受到紫外线照

射后的修复和再活化是极为必要的，通常这个机制被称为复活机制。此复活过程可以在有光的条件下完成，甚至在黑暗的条件完成。它们分别被称为光复活和黑暗修复。对于由紫外线辐射而造成的不同程度的损伤，不同的微生物有着不一样的复活能力。微生物的复活机制并不是统一的，目前还没有一个清楚的标准可以用来判定哪个种类可以自我复活而那些种类不具备这种机制。

脱氧核糖核酸和核糖核酸在细胞中是最为容易受到攻击的。这是因为它们能存储细胞的遗传密码的独特功能，另外也是由于它们复杂的结构和庞大的数量。正如大家所了解的分子复活机制经过进化，最终得到大量的分子核酸，这里特别要提到的是脱氧核糖核酸。在光复活反应过程中，光解霉通过反作用紫外线辐射而完成修复过程，而黑暗修复则是由十几个霉以上的结合体完成的。霉首先要受到能量激发才能开始整个复活反应，光复活反应的能量来自300至500nm的可视光，而黑暗复活的能量来自细胞内的营养物质。在这两种情况下，都是因为霉的作用于受损的脱氧核糖核酸，而使复制得以进行。

通常大肠杆菌携带20个左右的光解霉，每个光解霉每分钟可以修复5个胸腺嘧啶二聚物，如果依照此方法计算，在一个细胞内每一分钟有100个二聚物被修复。1 mJ/cm紫外线辐射能产生3000至4000个二聚物(Oguma, 2002)所以理论上而言，1 mJ/cm 的紫外线辐射对细胞产生的损伤，会在30分钟内被修复。

对比在受到低压灯照射后和在受到中压灯照射后的复活机制

不同的紫外线消毒系统

不同的紫外线消毒系统

我们可以为您设计不同的反应器，比如嵌入式（Berson ''in-pipe'')设计，它的紫外线灯管于流体流动方向成90度直角。而传统设计则是紫外线灯管和流体流动方向一致。

对紫外线系统进行连续监控。在反应器内的紫外线传感器，检测紫外线的输出情况以及由于紫外线输出的变化而导致的信号变化。这可能是由于水质的突然变化或者有污垢附着在石英套管上。紫外线传感器还可以起到对灯管老化的监察作用。

微处理器可以控制紫外线消毒，还可对紫外线输出进行调整，可以在人工或者自动间转换紫外线输出的调整模式。

为了防止污垢附着在石英套管表面而导致的紫外线输出量降低，擦拭设备可以被安装在反应器内。这种擦拭设备，有人工和自动两种选择，这样既可以达到清洁的目的，而又不用拆除或者停止整个紫外线消毒系统。

暴露在低压或中压紫外线下，受损部分的修复

由于低压紫外线灯输出的紫外线波长为254nm，与脱氧核糖核酸吸收紫外线辐射峰值265nm波长相近，所以传统工艺采用低压紫外线灯。最近的研究表明，暴露在低压紫外线下的受损大肠杆菌细胞中的脱氧核糖核酸可以由复活反应修复，但是暴露在中压紫外线下的损伤则不能被修复。进一步的研究表明，同样作用于大肠杆菌细胞中的脱氧核糖核酸，高压、多色紫外线辐射会比低压、单色紫外线辐射，具有更高效、更持久和难以修复的损伤。

以上研究有很深远的意义，因为对于很多工业用水和排水项目，在紫外线消毒完成后，它们要求消毒效果的持久性。特别是一些液体在消毒后，会暴露在有光条件下。同时，原理适用于任何会暴露在有光条件下的已处理水或排水。例如污水、瓶装水、渔业和游泳池。对于可能的黑暗复活也很重要，例如饮用水或者工艺用水。

饮用水紫外线消毒

介绍

紫外线消毒是一道使大量水生病原体灭活的有效屏障。在多屏障消毒工艺中，紫外线消毒可作为杀灭特殊病原体（如隐孢子虫和贾第鞭毛虫）的有效屏障，并有助于尽量降低消毒副产物。本指南应用于饮用水水源的消毒，包括过滤后的地表水、未经过滤的地表水和地下水。对于过滤后的地表水，紫外线消毒的前处理工艺包括颗粒或合成介质过滤、膜过滤（微滤、超滤、纳滤和反渗透）、硅藻土过滤或慢砂滤。

饮用水紫外线消毒指南的组成

饮用水紫外线消毒指南由以下部分组成：

（1）介绍；

（2）紫外线剂量；

（3）反应器设计；

（4）可靠性设计；

（5）监测和报警设计；

（6）现场试运行测试；

（7）性能检测；

（8）工程报告。

第（2）~（7）部分主要阐述紫外线消毒系统设计、运行和控制的主要影响因素，这些都必须记录在工程报告中（见1.7）。

1．1 紫外线剂量

从实用角度，紫外线剂量是紫外线强度，以毫瓦每平方厘米（mW/cm2）为单位，和要处理的流体或粒子在紫外线中的曝光时间，以秒（S）为单位的乘积。紫外线剂量的单位为毫焦耳每平方厘米（mJ/ cm2），相当于毫瓦·秒每平方厘米（mW·S/ cm2）。当前，只有在使用平行光束仪时，由于能够准确测定照射强度和照射时间，因此能够准确测量紫外线计量。连续流反应器中的非理想的水流分布和不均匀的光强分布导致剂量分布不均匀。

对于连续流反应器，此处和以后提到的有效剂量、设计剂量和运行剂量定义如下。

有效剂量 验证设备的有效剂量是基于该设备的验证测定结果。它是等同于平行光束仪对目标微生物达到相同灭活率而需要的剂量。

设计剂量 设计剂量是为达到目标微生物的特定灭活率所需的有效剂量。设计剂量用于设计消毒系统的大小。●运行剂量 建立在设备的验证测定结果的基础上，紫外线运行剂量作为反应器的一个很有用的指标，可用于在维持设计剂量的情况下发挥消毒设备的最大效率（包括减少能耗、减少运行的反应器的个数）。

紫外线设计剂量由目标微生物和紫外线消毒前的进水水源水质决定。目标微生物和所需灭活率必须由法规部门确定。供水水源，如1.1节提到的,包括过滤后的地表水、未过滤的地表水和地下水。不同的原水水质对紫外线消毒设备验证要求如下。

1.1.1 过滤后的地表水和地下水

根据设备验证协议（见紫外线消毒验证协议）已验证过的反应器，可不需要进行额外的现场验证就能应用于所有的已过滤的地表水和地下水。

1.1.2 未过滤的地表水

为解决浊度和透光率的季节变化，用来消毒未过滤地表水的设备应该根据紫外线消毒验证协议所述的协议，用特定的水源进行验证。

基本原理

以任一特定微生物的灭活情况为依据，反应器的性能主要取决于紫外线剂量分布和微生物固有的灭活动力学（剂量响应）。虽然剂量响应可以通过平行光束仪和合适的微生物检测结果来进行评估，但是对紫外线剂量分布的特征和数量化并没有很好的确定。虽然可用数值方法预测紫外线剂量的分布，但是这种方法既不规范也没有在实践中得到广泛的应用。因此，本指南采用生物剂量验证的方法来检测和评价反应器的性能。

确定紫外线剂量包括在受控条件下测量受试微生物的紫外线灭活率。在验证紫外线设备的性能时推荐使用MS-2噬菌体。选择MS-2噬菌体具有很多优点：

（1）对紫外线的抵抗力高；

（2）消毒所有剂量范围内灭活动力学接近一级反应；

（3）培养和计数容易；

（4）验证结果具有稳定性和可重复性；

（5）对人体无害；

（6）无光复活能力。

为统一标准，紫外线有效剂量应定义为，在一个连续进水的反应器中达到与一个采用低压、无臭氧产生的汞灯进行平行光验证的相同的MS-2噬菌体灭活率时平行光束仪的紫外线剂量（详见紫外线消毒验证协议）。

对于过滤后地表水和地下水，颗粒物对紫外线消毒的影响非常小。对于这些水源，根据第3章的协议验证的紫外线设备，其紫外线有效剂量可用于紫外线消毒系统的设计。

未过滤的地表水中的颗粒物和透光率的变化能够不同程度地屏蔽紫外线，减少其对微生物的伤害。对于这些水源，推荐进行现场设备验证来估计水质变化带来的影响。

1.1.3 设计条件

紫外线在峰值流量和最小紫外线穿透率条件下，用于饮用水的紫外线消毒系统的设计剂量基于下列条件设计。

（1）紫外线灯管（在运行一段合适时间后）输出为新灯管的50%，除非制造商根据工程报告中的灯管更换时间建立灯管老化因子。灯管老化因子根据紫外线消毒验证协议来验证。

（2）不考虑石英套管本身的穿透性能，对于人工清洗系统，80%的光可以穿透石英套管。

（3）不考虑石英套管本身对穿透率的影响，对于自动机械或化学清洗系统，80%的光可以穿透石英套管，除非根据紫外线消毒验证协议的协议确定更高的系数。清洗频率参考生产商的建议。

（4）用于紫外线消毒系统设计的最低紫外线穿透率为基于至少12个月的实验数据的5%分布下限点（在运行期间相同间隔时间内取样，在取样天至少取3个样）。如果不能提供12个月的试验数据，则可以采用最低紫外线穿透率为80%。紫外线穿透率在波长为254nm下测量。

（5）灯管的保存期是指用于更换的灯管的储存时间，此储存时间应根据制造商的建议来定。

基本原理

基于灯管的测试数据，与在空气中的测试结果相比，再生水的紫外线消毒系统的操作工况可加速灯管光强的降低。用于饮用水消毒的紫外线灯管的光强变化情况与再生水类似。低压灯使用一年后的老化系数为0.5。另外，储存时间过长也会导致灯管输出强度降低。所有的灯管系数都推荐使用此数值。除非按照紫外线消毒验证协议的协议规定可以提供其他的数值。对于多频谱灯管，由于灯管使用时间和清洁程度对输出强度的影响和不同波长的发射功率都不清楚，所以，除非能够提供充分的数据，否则多频谱灯管采用与单波长灯管同样的老化系数。

1.2 反应器设计 紫外线杀菌器实物拍摄

由于可以提供多种系统构造（如明娶式、闭渠式和不同灯管安装方向等），因此紫外线设备可以具有不同的规模、布局和备用要求。本节常用词汇如下：

模块 紫外线消毒系统的基本单元，由单个或多个紫外线灯管及配套其他电气设备组成。

模块组 由单个或多个模块组成，某一给定的反应器的所有水流必须通过该模块组。

反应器 由单个或多个模块组组成的独立的体系，同时包括共同的故障模式（例如电源、冷却系统和清洗系统等）。

多级反应器 多个反应器串联组成，包括进口、出口和水位控制装置（可选）。

紫外线消毒系统 由多级反应器加上辅助控制设备组成。多级反应器设计要考虑到渠道和进出口条件，以便促进受紫外线辐射区域内产生活塞流（最少的纵向混合、有效的横向混合）。多级反应器系统中应该有可靠的流量分布，分布要与反应器过滤能力成比例。进水渠道应该足够长以使水流至第一个反应器之前形成稳定流，除非按紫外线消毒验证协议替换流速区域可以进行测量和能够提供满意的运行；出水渠道应该确保最后一个反应器的水力学特性不受到任何出水水位控制装置的反作用影响。不管个装置的使用情况如何，1.3节中描述的备用设备和安全设施都必须整合在消毒设备的设计中。

1.2.1 水力限制

多级反应器的进出口设计由紫外线设备生产商负责，且用速率图表示。速度分布的水力学测试必须包括在紫外线消毒系统性能验证协议内。在验证后的紫外线设备的实际安装中必须维持进出口流速分布。如果进出口状况与验证后的系统相同，便不再需要速率图。在任何情况下，多级反应器都必须在与设备严整的相同速度范围内运行。

在饮用水中应用的紫外线消毒系统，不允许把小规模设备放大来用。只能使用根据紫外线消毒验证协议的实际反应器。验证后反应器模块排列能在实际应用中使用。

在紫外线消毒系统的布置中，必须考虑下列水力学因素（基于设备的性能验证结果）：

（1）第一个反应器前所需渠道长度和状况；

（2）在水位控制设备或其他管路设施（如阀门和弯头）和最后一个反应器之间的出流长度；

（3）多级紫外线反应器的间距：除了满足水力条件外，还必须留出维修通道；

（4）可以使用任何反应器原附部件来实现或提高设备的流体速率均一性； （5）需有清洗设备/机制的存在和运行。

基本原理

基于现有的可以获得的信息，紫外线照射区内的水流过量的纵向混合导致某些部分照射不充分，类似的，不充分的横向混合也可能导致同的情况出现。合理的进口结构和渠道设计可以保证多级反应器的第一个反应器中的流速均匀。同样，合理的出口和管道系统设计也能确保出口状况不会对最后一个反应器的水力状态产生不利影响。一般都希望有均匀的流速分布，但是这并不能保证紫外线照射区域有良好的水力条件。当进出口条件不一致，例如几何形状、扩散器或流体控制器的位置，需要测量流速分布。

1.2.2 多级反应器布局的限制

紫外线消毒系统的多级反映器的数目必须考虑水力条件限制和系统的老化率。多级反应器需要满足从较低流量到峰值流量的条件范围。多级反应器的尺寸和布置要确保其流速在设备验证的流速范围内。关键的设计参数包括：

反应器壁要与制造商的建议一致；

每个反应器可单独进行维护；

紫外线反应器中所有与水接触部分的构件和涂层都必须符合NSF（国家卫生基金会）61国际标准中关于饮用水系统部件的规定，主要是关于对人体健康的影响部分和其他相关条款，所有处于照射范围内的材料都必须防紫外线辐射；

用于套管清洗的化学物品都必须符合NSF60国际标准中关于饮用水处理用化合物的规定，主要是对人体健康影响；

反应器的进出口部分和反应器之间的连接部分必须隔绝水和光（如加盖），防止紫外线外泄和其他物质进入反应器。

基本原理

当出现极端流量（如最小流量和峰值流量）时，可能会超出单个反应器允许的流量范围，此情况可通过使用多级反应器得到缓解。维修时可能会打破灯管，故多级反应器中各个模块能单独拆卸有助于防止在维护时造成水污染。反应器器壁的变化能产生低紫外线强度区域，可能会造成部分水流未充分消毒。微生物的滋生会影响消毒效果，而混凝土渠道的衬里有助于防止微生物在渠道的裂缝里滋生。（多级）反应器要密封或加盖以防止藻类生长，以及保护操作人员的健康。

1.2.3 清洗系统限制

作为紫外线消毒系统的一部分，清洗系统必须有效处理对现场水质产生影响的物质（如铁、钙、铝、锰等离子和其他无机物、有机物造成沉淀和污垢）。当铁、钙、铝、锰和镁等离子有相对于饱和值的较高浓度时，建议进行现场验证。所有的清洗装置验证都应在能包括商业清洗装置的最小模块内进行。

基本原理

紫外线消毒系统性能部分取决于清洗系统的性能。已发现铁、钙、铝、锰和镁等离子对清洗的效果和频率有影响。当发现这些离子的浓度可能使石英套管结垢时，建议进行现场验证。

1.3 可靠性设计

对消毒饮用水的紫外线设备的可靠性需要引起特别关注，具体包括：备用设备，水质可靠性，运行好维护，电力供应的可靠性，电气安全及振动负荷设计。

1.3.1 备用设备

紫外线消毒系统设计应保证即使在最不利工况下（如流量较大、水质很差）运行，也能传递满足设计要求的紫外线剂量，以杀灭通过反应器的病菌。由于系统是连续进水处理，因此至少需要提供一个备用的多级反应器。如果紫外线消毒系统能脱离生产线，则可以使用一个多级反应器。备用的紫外线消毒设备要确保对每个多级反应器都提供一个完全备用的多级反应器或一个额外的反应器。备用的紫外线消毒设备应至少等于所需消毒峰值的紫外线消毒设备的20%。另外，所提供的备用设备结构和标准应与上游过程的结构和余量一致。

在故障或反应器有问题时，紫外线消毒系统应能提供所需的设计剂量。故障可能由于许多原因造成，如电力供应、清洗机械、电气元件的冷却系统等造成的故障，但是也不仅仅限于这些情况。这部分除了描述备用设备的最低要求外，还要提供对整个紫外线系统故障的应急方案。备用设备的准备和结构，以及在整个系统故障时的应急方案，都需要在工程报告中叙述。

在多级反应器故障时，紫外线系统应自动激活备用多级反应器并分离有故障的多级反应器。

基本原理

在任何处理过程中都会有系统元件故障。紫外线消毒设备必须在任何元件发生故障时都能保障消毒出水的质量。因为是连续进水处理，在维护、维修或一个在线反应器发生故障时，至少需要一个备用的多级反应器来隔离此故障反应器组。

1.3.2 进水水质可靠性当水质变化或上游处理工艺出水不满足紫外线消毒进水要求时(如浊度过高，穿透率过低等)，应执行工程报告中的应急方案。

基本原理

进水水质太差会导致出水不能符合消毒要求。

1.3.3 操作和维护

紫外线消毒系统的操作和维护程序应包含在工程报告中。操作人员应该接受有关紫外线消毒系统操作方面的特别培训。

使用汞蒸气灯管的紫外线消毒系统涉及灯管的破碎和由此引起的汞进入

水体等问题。在维护和维修时，多级反应器必须与水分离。应急方案应作为

工程报告的一部分，来处理灯管破裂问题，并且在灯管破裂时执行。

基本原理

可靠的运行需要对人员进行适当的培训，定期对设备进行维护、更换和校

准系统元件。特别要考虑到灯管里的汞会对公共健康和水生物产生危害。

1.3.4 电力供应的可靠性

为确保连续的电力供应，紫外线消毒系统必须提供一个备用电源和一个环

形的配电系统(如果电力供应线中的一个有故障)。紫外线消毒系统相同类型的组件(如反应器)必须分开使用两个或多个电力分布面板或开关面板，以防止公用模板故障。

紫外线消毒系统设计必须说明采用的技术，特别需要考虑以下因素。

(1)短时电力中断 如果紫外线消毒系统在短时电力中断时不能迅速重

启，则设计时要考虑增加一个不问断电力供应系统(UPS)。如果不能提供

UPS设备，则要提供一个应急方案。

(2)环境温度 设备设计必须考虑镇流器冷却和其他电气元件造成的环境

温度的影响。

(3)系统和声设备必须指明紫外线电力供应和其他电气系统产生的电气

和声的影响。

基本原理

因为紫外线消毒系统在没有电力供应时不能运行，可靠的电力供应和后备

电力是连续消毒的基本保障(除非污水处理厂有其他可靠的消毒方法可供选

择)。使用多个面板或开关可以使部分系统一直处于工作状态，即使其中一个电力分布面板或开关出现故障时也如此。

1.3.5 电气安全设计

所有紫外线消毒系统都应提供接地故障中断线路(GFI)。

基本原理

GFI线路能够在灯管破裂或者其他导致水流带电的事故发生时降低对操作人员的危害。

1.3.6 抗震设计

紫外线消毒设施(如建筑物、构筑物和管道等)应根据设备使用地区的抗震要求来进行设计。用来更换的储存设备也应采用同样的抗震设计标准。

基本原理

对于紫外线消毒系统来说，抗震设计相当重要，因为系统中使用了很多易碎组件(特别是灯管和石英套管)。紫外线消毒系统的抗震安全设计至少应与消毒前的其他水处理设备的设计要求相同。这个规定将确保任何时候处理厂都能生产水，紫外线消毒系统任何时候都能提供充分的消毒。

1.4 监测和报警设计

对运行参数的连续监测是非常重要的，它可确保紫外线消毒系统能提供充分的消毒。连续的监测来调整紫外线运行剂量，紫外线消毒系统的元件的连续监测，以及对在线监测设备进行适当的校准都是保持消毒系统效果的关键。

1.4.1 连续监测

下列参数必须连续监测：

(1)流量；

(2)紫外线强度；

(3)紫外线穿透率；

(4)浊度；

(5)紫外线运行剂量。

1.4.2 紫外线消毒系统

应对下列紫外线消毒系统元件进行监测：

(1)每个紫外线反应器的状态，开／关；(2)每根紫外线灯管的状态，开／关；

(3)至少每个反应器要有一个紫外线强度探头，且至少每5kW功率有一个，不超过两根灯管共用一个探头；

(4)灯管的寿命(以小时表示)；

(5)反应器开关的累积数目；

(6)紫外线消毒系统累积功率消耗；

(7)反应器的电压设置(具有可变输出的系统)；

(8)多级反应器的液位控制(对所有具有自由液面的消毒系统和暴露在空气中的系统装置而言)；

(9)接地故障中断线路(GFI)。

1.4.3 监测设备的验证和校准

紫外线强度探头应该参照第3章所规定的协议进行验证，至少每个月进行一次(必要时需进行校准)。在线紫外线强度探头和校准参照的探头必须安装在反应器的同一位置，以用于探头的性能验证。根据生产商的建议来进行浊度和紫外线穿透率监测设备的校准。另外，应每周对在实验室取样的紫外线穿透率进行验证以保证在线紫外线穿透率的控制设备的准确性。

基本原理

确定紫外线运行剂量时需要流量、紫外线穿透率和紫外线强度的监测数据。紫外线运行剂量连续监测和连续余氯监测一致，在技术上是可行的。建立紫外线运行剂量的程序包括在工程报告中(1．7节)。浊度和紫外线穿透率监测数据用来反应紫外线进水水质的恶化。必须严格控制反应器的液位，防止液位过高，超过预设的最大值造成消毒不充分，同时也要防止液位过低，灯管露出水面没有起到消毒作用。紫外线消毒系统运行时需在线监测每个反应器和每根灯管的状态。紫外线剂量和灯管寿命用于决定灯管清洗和更换的周期。接地故障中断线路(GFI)可能由包括灯管破裂等多重因素造成。

1.4.4 报警

为了保护公众的健康，紫外线消毒系统应该包括高优先度和低优先度报警装置。如果不注意这些，高优先度警报可能会危及消毒系统的运行。虽然低优先度警报不会危及系统的运行，但是在高优先度报警事件发生前必须通过低优先度报警采取正确的处理措施。报警设置值随着不同的功能而不同。设置报警值时应该基于报警后续措施和后果的严重性而设置相应的响应时间。警报的设置应该在工程报告中特别提出。至少以下高优先度和低优先度报警是必要的。

1.4.4.1 高优先级报警

（1）相邻灯管故障——两个或两个以上灯管出现故障时；

（2）多个灯管故障——一个反应器中5%以上的灯管发生故障时；

（3）紫外线强度过低——紫外线强度探头反映的读数低至预先设定值时；

（4）紫外线穿透率过低——紫外线强度低至预先设定值；

（5）紫外线运行剂量过低——紫外线运行剂量低至设定值时；

（6）浊度过高——进水浊度超过了预先设定值时；

（7）高水位——紫外线多级反应器的水位超过预先设定值（对于明渠式的紫外线消毒系统）；

（8）低水位——当反应器或多级反应器的水位低于预先设定值；

（9）接地故障中断线路（GFI）。

基本原理

紫外线运行剂量过低、紫外线强度过低、浊度过高将激活预先设置的意外事件报警。不考虑引起事故的原因，对于其他的高优先度警报，运行剂量的提高可通过激活备用反应器或反应器组等操作来进行（例如消毒系统受到危害时）。

1.4.4.2低优先级报警

（1）单个灯管故障（如果一个单独的灯管低于一个反应器中总灯管数的5%）——该灯管位置用反应器和灯管次序来表示；

（2）低紫外线强度——当紫外线强度探头读数低于预先设定值时；

（3）低紫外线运行剂量——当紫外线运行剂量低于预先设定值时；

（4）低紫外线穿透率——当进水紫外线穿透率低于预先设定值时；

（5）高浊度——当进水浊度超过预先设定值时。

基本原理

对于低紫外线运行剂量和低紫外线强度报警，通过自动减少流量，增加灯管输出或激活反应器或多级反应器来增加紫外线剂量。操作人员需要调查和记录报警发生的原因。其他低优先级报警，需要操作人员去调查原因。在调查或维修时，操作人员可适当激活备用反应器或多级反应器。 应自动记录所有的高优先级和低优先级报警。

1.4.5 报警记录

应自动记录所有的高优先级和低优先级报警。

1.5 现场试运行测试

进行消毒之前应该进行下列各项条款的检测：

(1)电气元件；

(2)水位；

(3)反应器组之间的水流分配；

(4)控制和报警装置；

(5)设备的校准。

应该提供现场试运行测试的报告文件和测试结果的细节，以便用户和专家查看。

基本原理

现场试运行测试对于确保消毒系统的符合设计要求和正常运行非常关键。

1.6 性能监测

紫外线消毒系统的性能监测包括微生物取样和1．4节描述的连续在线监测。

1.6.1微生物取样

微生物类型和取样频率应根据法规部门的要求来执行。

基本原理

用于性能验证的微生物取样程序应该和法规部门规定的要求一致。1.6.2 紫外线运行剂量监测

紫外线消毒系统传递的紫外线运行剂量应该按照1．4节的要求进行连续监测。

基本原理

紫外线运行剂量的连续测定应与其他相关数据连续监测与氯气消毒系统中的余氯监测类似。在维持紫外线设计剂量时，紫外线运行消毒剂量能更有效地发挥紫外线消毒系统的性能。和余氯监测一样，应该注意紫外线运行剂量并不是反应器性能特性的决定性参数。

1.7 工程报告

对于没有提交工程报告的水处理设备，应该由注册工程师提供一份完整的工程报告，并在紫外线消毒系统使用前交给相应的法规部门。

对于提供给权威机构技术报告并被采纳的以及利用紫外线消毒的现存水处理设备，需要提供下列报告。

（1）如果自上次提交工程报告后，在水处理过程中水质发生改变(如原水或处理后水的水质发生变化，处理工艺改变，水厂监测、运行或维护程序发生改变)，那么必须提供一份完整而及时的工程报告。在仅需提供消毒系统简化报告的地方是否还需提交完整及时的报告由相关的管理机构确定。

（2）如果修改只涉及消毒部分(如更换或增强已经存在的消毒设备)，那么一份只包括消毒系统和相关处理以及可靠性的简化的工程报告是可以接受的；但是，工程报告还应该包括消毒系统与处理流程整合程度的评估。

1.7.1 工程报告的组成

工程报告中的条款应包括但是并不限于以下内容。

(1)承包商 确定负责饮用水生产的公共或私人实体。当一个以上的实体涉及饮用水生产时，每个实体的责任必须描述清楚。

(2)原水 描述水源和影响紫外线消毒系统性能的水质参数范围(如可变穿透率)。

(3)处理工艺 提供完整的水处理设施的图纸(包括监测位置)。指出所需紫外线消毒的水的水质参数范围。

1.7.1.1 紫外线消毒系统设计基础

提供图纸和对紫外线消毒系统的详细描述。提供充分资料以清楚显示验证协议和实际设计及运行要求的一致性。为此，需要提供下列资料：

(1)反应器和多级反应器的排列和尺寸，进出口结构，多级反应器流速范围，在管道或渠道内用于加强流量的任何设施；

(2)紫外线反应器的描述，紫外线灯管的数量，制造商和类型(包括弧长)，镇流器，模块，模块组和电气设备；

(3)套管结构和说明(如套管材料、套管直径、套管厚度和体积)；

(4)监测和控制，包括监测设备的数量，位置和功能；

(5)与紫外线灯管和水位控制设备相关的水位；

(6)在低流量和峰值流量情况下预期的运行反应器数量及相应的进出口流速范围；

(7)用于推导紫外线运行剂量的程序和生物验证有效剂量检测验证的详述；

(8)有关地震设计规定。

设备验证报告应附加一份详细报告，描述用于紫外线消毒系统布局和设计

的验证报告是如何得到的。生产商应该提供灯管体积、石英套管特性和镇流器

等的性能测试证书。

1.7.1.2 监测

工程报告必须描述监测程序。连续分析和记录设备使用的位置，校准的方法和频率均须指明。监测部分包括以下项目：

(1)用来测定和记录紫外线运行剂量的监测系统，包括监测和记录流量、紫外线强度、紫外线穿透率的设备和程序；

(2)监测开放式渠道系统水位的方法；

(3)监测灯管输出的方法；

(4)收集生物样品的采样位置和频率。

1.7.1.3 可靠性

紫外线消毒系统的可靠性特点必须详细描述。当显示系统的警报功能失灵时，报告中必须明确显示警报地点、位置和记录人。工程报告还必须指出工厂的运行时间。

1.7.1.4 应急方案

工程报告必须包括发生下列情况时的应急方案：

(1)灯管破裂(汞泄漏)；

(2)紫外线运行剂量极低，紫外线强度极低，或浊度极高报警；

(3)上游水处理设备或紫外线消毒系统故障；

(4)电力供应中断；

(5)备用装置的启动(包括系统和灯管的突然启动)。

执行应急方案的人员必须明确通知他人员的方法。

1.7.1.5 操作人员培训和认证

对紫外线消毒系统的操作人员的认证需符合不同地区的需要。必须详细指明培训污水处理厂人员运行和维护紫外线消毒系统的程序。

1.7.1.6 操作和维护工程报告中必须包括系统操作和维护计划。计划中应该包括控制系统的描述、报警功能、记录和报告。计划中还应列出套管清洗、灯管替换、系统组件维护的程序和频率以及校准监控装置的频率。同时应该确定灯管和其他关键组件的存放位置和数量。