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中压紫外线在游泳池水处理中的应用

摘要: 2012年，伦敦奥运会游泳场馆全部采用紫外线消毒。游泳池水处理中，中压紫外线系统的特点体现在：多波长紫外线；有效控制水中的微生物；有效降解游泳池水中的化合氯（氯胺）和三卤甲烷等其他消毒剂的消毒副产物；有效提高游泳池水质。另外，紫外线设备具备低能耗、低成本、无二次污染、对环境无害、操作简便等优点，游泳池行业中最为理想的消毒工艺。

关键词: 游泳池 水处理 中压紫外线（UV） 消毒 去除氯胺

1．紫外线的基本概念：

紫外线是太阳光中的一部分，是介于可见光和X射线之间，光谱为100nm～400nm的电磁波谱。如下图一所示。根据不同的波长，紫外线可以分为四个波段：1）UVA波紫外线，称长波紫外线：波长为315到400nm；2）UVB波紫外线，称中波紫外线：波长为280到315nm；3）UVC波紫外线，称短波紫外线：波长为200到280nm；4) VUV波紫外线，称真空紫外线：波长为100到200nm。

图一 太阳光谱图

图二 紫外线分类

2．紫外线在游泳池水处理中的应用：

紫外线消毒杀菌的机理是：细菌和病毒受到紫外光照射后，紫外光谱能量为细菌核吸收，使其核酸结构遭到破坏，各种细菌、病毒等丧失复制繁殖能力，从而达到灭菌效果。不同波长的紫外线对物质的穿透能力不同，随着波长的增加而增强，所以UVA波段紫外线穿透能力最强，其次是UVB和UVC波段(如下图)。

中压紫外线技术是根据灯管内部所充惰性气体的压强来决定的，是一种有别于传统紫外线技术的人为定义。中压技术，从上世纪90年代开始兴起，由于其在游泳池水处理应用中的绝对优势，受到了越来越多用户和工程师们的青睐。中压紫外线的特殊优势体现在：

1）中压紫外线灯波长范围宽广，对所有已知细菌都表现了有效的杀灭作用，对于游泳池这种低负荷的轻微污染水体，中压紫外线完全满足杀菌效果。确保水质安全，同时保障游泳者的安全；

2）中压高强紫外灯管输出波长的范围较宽，在230nm至370nm之间，含有降低氯胺所需要的245nm、297nm及340nm的波长。对氯胺的有效控制可以更好的保护游泳者和工作人员的安全，避免由于室内泳池氯胺浓度超标可能造成的钢结构应力腐蚀。

能通过光—氧化作用能有效促进氯胺和其他有机物的分解。基本反应方程式如下：

一氯胺：

2NH2Cl + HOCl UV N2 + 3HCl + H2O ( 245 nm )

二氯胺：

NHCl2 + OH - UV Cl2N - + H2O

Cl2N - + NHCl2 UV Cl2N-NHCl + Cl -

Cl2N-NHCl UV Cl-N=N-Cl + HCl

Cl-N=N-Cl UV N2 + 2Cl ( 297 nm )

三氯胺：

2NCl3 + 6OH--HCl UV N2 + 4OCl- + 8HCl + 2H同时推出的还有1项被指为史上最严的 ldquo;控产量 rdquo;政策 mdash; mdash; ldquo;276个工作日减量生产制度 rdquo;（下称 ldquo;276个工作日制度 rdquo;） mdash; mdash;这相当于把本来遵守330个工作日生产的煤炭产能整体打了84折2O ( 340 nm )

2HOCl UV 2HCl + O2

其中一氯胺的最佳分解波长在UVC段，二氯胺的最佳分解波长在UVB段，三氯胺的最佳分解波长在UVA段，所以只有中压紫外线才有分解化合氯的能力。不同价态的化合氯对不同紫外线的吸收率如下图：

图三 氯胺的吸收能力

丹麦科技大学和德国的Heidelberg大学都有实验证实，中压紫外线技术在氯胺分解方面远远优于传统的低压紫外线技术。实验地点是在丹麦Gladsaxe运动中心，实验采用同样功率(1200W)的中压和低压紫外线,对泳池中的氯胺进行光分解，中压紫外线有效分解氯胺可达到74% （mg/L级）1。

3）有效改善泳池水质的紫外线穿是不是可椅子以把多出来的袋子回收透率。穿透率是评估水质的标准之一，当紫外线穿过水层，由于水中的物质（有机或者无机物质）会吸收紫外线光强，从而降低紫外线的强度。而穿透率与浊度、色度不完全相同，因为浊度仅是对水中悬浮物的表征，而不代表水中的溶解物质。紫外线可以氧化水中的有机物，还可以破坏部分能导致水中混浊物质的结构，从而与过滤工艺相结合可以不断的提高水质的穿透率。根据相关报道，中压紫外线可以将水质的穿透率从75%提高到至少97%以上。

4）温度对杀菌效果的影响。一般游泳池的水温是26～28℃或更高，高于一般消毒剂和消毒方式的作用评估温度（一般自来水和污水都比此温度低皮带秤）。中压紫外线的发生量和发生效率基本不受温度影响，可在水温从0~60摄氏度的条件下正常工作，并且确保杀菌和去除氯胺的效果。

3．中压紫外线消毒与其他消毒技术的比较

2012年伦敦奥运会已经决定全部游泳池将采用紫外线设备，包括竞赛池、跳水池和训练池总计12个独立泳池。泳池全部采用紫外线设备的原因主要是由于与传统的氯消毒和臭氧消毒相比较，中压紫外线有许多无法媲美的优点：

1）系统结构简单，操作方便，材料性能比较稳定无需日常维护。

2）强杀菌性。杀菌效率高、杀菌速度快，对常见的细菌、病毒的杀灭作用一般在几秒的时间内即可完成。

3）杀菌的广谱性高。对所有的细菌和病毒都能高效杀灭，能够永久灭活抗氯性微生物组织，例如嗜肺军团菌、大肠杆菌、假单胞菌、隐孢子虫、阿米巴虫和细菌等，紫外线通过破坏这些微生物的DNA和DNA修复酶来达到灭活效果。

4）在消毒过程中不会产生有毒及有害副产物，不改变被消毒水的成分和性质，对水体和周围环境不产生二次污染；降低氯的投放量，降低余氯，使泳池水中的氯含量降低，减少了消毒副产品，令泳池环境更健康。

5）中压紫外线具备降解化合氯的能力，包括一氯胺、二氯胺、三氯胺等，这样有效杜绝了致癌物质三卤甲烷(THMs)的产生，杜绝了化合氯对人体的影响。在减少泳池中刺鼻气味的同时，有效的改善了游泳者嬉戏和运动环境，并且大大提升了泳池工作人员的工作环境。

6）中压紫外线消毒技术占地面积小、运行安全、可靠、运行费用低。

可见，中压紫外线消毒具有高效率杀菌、广谱性杀菌、无污染、运行安全可靠等优点，并且不会形成有毒副产物，因而目前工程应用也越来越多。为保证消毒效果，泳池所需紫外线剂量也不应小于60 （室内池）或不小于40 （室外池），且应保持有一定的安全余量。紫外线反应器的体积和所需灯管数量应按下列公式计算：

（7.4.2—1）

式中 ——紫外线平均剂量(mJ/cm2) ；

——紫外线强度（mw/cm2）；

——紫外线与水的接触时间（s）；

为了保证紫外线消毒的效果，所有的紫外线消毒器应设置湿式检测探头，如果紫外线灯的辐射量低于设定水平应发出警报。多管紫外线发生器应具有当任何单个灯管故障时报警的功能。紫外线灯管表面的污垢会影响消毒效果，用于游泳池的紫外线消毒器必须配备自动清洗装置。

4. 工程案例分享

1) 海诺威中压紫外水处理系统征服新西兰游泳池,自从安装海诺威紫外线水处理系统以来，新西兰的马努卡市劳埃德 ·艾尔斯莫公园 (Lloyd Elsmore Park) 休闲中心室内嬉水池（新西兰最具人气的室内游泳池之一），在水和空气质量方面都发生了较大的转变；其运营成本也大大降低，并且这个紫外线系统在不到一年的时间内就完全收回了成本。中心管理员Gary Burr高兴的评价：“我们通过安装海诺威中压紫外线系统来控制化合氯，也叫做氯胺。自安装以来，紫外线系统的效果始终保持在完美的状态 —— 化合氯水平从1.8ppm下降到0.4ppm，从而大大改善了泳池的环境。客人们都注意到了这种改进，并且不断表扬我们在泳池水处理上的进步，一点儿也没有闻到难闻的‘氯气’味，也没有一般室内游泳池通常会出现的眼睛刺痛现象。客人们发现自己不再需要使用护目镜，离开泳池时也闻不到身上氯的气味。水的清洁度也大大提高 —— 透光度也从80%迅速提升到95%，泳池水也从混浊变为清澈透明。”

图四 安装在劳埃德.艾尔斯莫公园(Lloyd Elsmore Par跳舞毯k)休闲中心的海诺威紫外线处理系统

2）海诺威中压紫外线设备在英国拉塞尔皇家学校(Royal Russell School)的应用博得全场喝彩，学校的工程师Bob Ellis说“海诺威紫外线系统操作非常简便，除了有效控制微生物以外，它有效的帮浴室灯镜助我们将氯胺浓度降至0.2ppm，TDS也有明显的降低，池水更他在1871年发表的论文中,系统论述了疲劳寿命和循环加清澈了，这样大大减少了稀释水的用量。在安装紫外线系统之前，我们每周更换大约400m3的水，只是为了将化合氯保持在一个较低的水平上；而现在低于0.2ppm的氯胺浓度让我们和我们的客人都非常满意。新水用量、废水排放量、能量损失和化学药剂用量都大大降低了，运行成本明显降低。由于运行成本的大大降低，安装这台紫外线系统的投资在一年左右的时间内就收回了，我们和我们的学生都非常的满意。”

图五 安装拉塞尔皇家学校(Royal Russell School)的海诺威紫外线处理系统

5小结

传统氯消毒技术因在消毒过程中产生二氯胺、三氯胺、三卤甲烷等诸多副产物，会对人体的健康造成一定的危害。臭氧消毒技术成熟，杀菌效果好，但是由于系统复杂，投资成本和运行费用高，并且操作难度大，需要大量的日常维护，对操作人员的技术要求高等问题，并不适用于绝大多数游泳场馆。中压紫外线消毒技术具有高效杀菌、无污染、运行安全可靠等优点，并且不会形成有毒副产物，是最为理想的消毒方式之一。(end)