如何確定和比較污水紫外光消毒設備的UVC劑量
1. UV劑量
類似于氯消毒中采用CT值（余氯濃度乘以停留時間）來控制消毒效果的方法，污水紫外消毒技術采用UV劑量（參見“如何理解紫外光水消毒技術中的UV劑量”一文）控制污水的消毒效果。但氯消毒可以通過固定水力停留時間和余氯濃度而達到指定的CT值，從而簡化和規范設計。紫外消毒是完全通過設備實現的，其最核心的紫外燈管隨設備型號而不同，而且隨著燈管技術的不斷進步，強度會越來越高，這樣就造成在同樣的UV劑量情況下，不同消毒反應器提供的UV強度不同，對應的水力停留時間也就不相同，因此，無法像氯法一樣通過固定水力停留時間和UV強度來簡化設計和設備選型。
UV劑量的計算較為復雜，工程應中的UV消毒反應器常采用兩種計算方法：理論計算劑量和生物驗證劑量，二者各有利弊。
2. 理論計算劑量
美國環保署在其1986年發布的《城市污水消毒設計手冊》（EPA/625/1-86/021）中較詳細地敘述了污水紫外光消毒系統的設計，并配套開發了一個設計軟件UVDIS。目前使用較廣的是1992年發布的3.1版。利用該軟件可以非常方便的計算出明渠式低壓紫外消毒系統整個反應器內的平均紫外光強度，然后乘以污水接受的照射時間，即得到消毒反應器的理論計算劑量。
UVDIS軟件在計算消毒反應器的UV平均強度時，需輸入如下參數：（1）燈管的UVC輸出強度、（2）燈管電弧長、（3）燈管排列方式、（4）燈管軸線間距、（5）石英套管外徑、（6）石英套管透光率、（7）石英套管結垢系數、（8）燈管老化系數和（9）污水透光率。任何一個參數的變化都會改變平均強度值。照射時間等于燈管內兩個燈絲之間的距離（如果是兩個燈組串聯，則乘以2倍）除以水流速度。注意水流速度等于最大小時流量時的流量除以橫斷面凈空面積（橫斷面積減去所有石英套管所占面積）。最外層燈管至池壁和水面的距離應略小于半個燈管間距。
建立好以上計算模型后，固定所有幾何結構參數，通過改變燈管的UVC輸出強度、污水透光率和流量達到改變UV劑量的目的，同時監測不同UV劑量下反應器的消毒效率，得到“微生物滅活率——UV理論計算劑量”曲線。
設計時，按以下步驟確定燈管數量：（1）根據消毒系統進口微生物濃度和排放標準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”曲線確定所需要的最低UV理論劑量；（3）采用以上技術參數和計算過程，改變燈管數量，驗算UV理論計算劑量，直至滿足最低UV理論計算劑量的要求。
理論計算劑量的主要優點：
（1）反映的設備技術參數全面。包含了UV消毒反應器有效空間內的所有幾何結構與物理參數以及污水的透光率。
（2）靈敏度高。任何一個參數的改變都會在理論計算劑量值上體現出來，常用于指導反應器的改進和不同反應器之間UV劑量的相對高低比較。
（3）客觀性強，透明度高。UVDIS軟件由美國環保署開發，不屬于任何營利團體和企業。UV理論劑量的計算過程清晰而合理，可以公正地反映出不同型號反應器之間UV劑量的相對高低。
理論計算劑量的主要缺點：
（1）計算過程中沒有考慮污水流態對消毒效果造成的影響。不同型號的消毒反應器，同樣的理論計算劑量實現的微生物滅活率不同，流態越好，消毒效率越高。因此，設計時不同型號的設備需采用不同的“微生物滅活率——UV理論計算劑量”曲線。
（2）雖然理論計算劑量可以客觀地反映出不同反應器之間UV劑量的相對高低，但因“微生物滅活率——UV理論計算劑量”曲線隨設備型號不同而不同，針對相同的生物滅活率要求，無法準確給出統一的最低UV劑量。
3. 生物驗證劑量
生物驗證劑量的解釋見“如何理解紫外光水消毒技術中的UV劑量”一文。該方法回避了紫外消毒反應器內部結構對消毒效果的影響，將其看作一個“黑箱”，改變流量，測定出不同污水透光率條件下的“消毒反應器流量——UV劑量”曲線。
利用生物驗證劑量確定燈管數量的步驟為：（1）根據排放標準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消毒系統總處理能力除以每支紫外燈管的處理水量得到整個系統需要的最少的紫外燈管數量；（５）根據模塊化的要求，對燈管數量向上取整。
生物驗證劑量的主要優點：
可以在各種不同的設備之間統一最低UV劑量標準。由于微生物滅活率與UV劑量之間的關系曲線是由獨立于UV消毒反應器的“平行紫外光束儀（Collimated Beam Apparatus）”測定的，不受消毒反應器自身性能的影響。因此，可以在各種UV消毒反應器之間統一最低UV劑量標準，以保證消毒效果。
生物驗證劑量的主要缺點：
（１）按照嚴格的測試標準，實驗費用非常昂貴。
（２）目前在我國出現的基于實際運行的污水處理廠測試的糞（總）大腸菌曲線誤差較大，不能用于設計選型，如果要使用，應有第二中方法進行交叉驗證。
4. 兩種UV劑量的運用方式
UV劑量的運用主要有兩個目的：一是為所有備選UV消毒反應器設定最低UV劑量標準，以實現指定的消毒效果；二是在備選設備之間比較消毒效率的相對優劣。
如果采用符合測試標準的生物驗證曲線，以上兩個目的均可很好地達到。如果采用糞（總）大腸菌測試的曲線，由于無代表性和誤差太大，則無法達到以上兩個目的，必須與理論計算劑量聯合使用，以減少誤差，這實際上也是國外一些工程招標中采用的方式。
首先匯集各設備供應廠家的設計方案，要求同時提供生物驗證劑量和理論計算劑量，然后分析各廠家的方案，同時提出生物驗證劑量和理論計算劑量的最低要求。投標中要求所有UV消毒設備必須同時滿足兩種UV劑量的要求。
5、結論
（1）嚴格以上的生物驗證劑量可在各種消毒反應器之間進行劑量比較，并確定統一的最低UV劑量標準。
（2）理論計算劑量適合在各種消毒反應器之間比較UV劑量的相對高低。
（3）單獨采用理論計算劑量和糞（總）大腸菌生物驗證曲線均無法在各廠家設備之間確定最低的劑量標準，二者必須聯合使用，所有設備必須同時達到標準要求。
使用微信“掃一掃”功能添加“谷騰環保網”
