紫外线杀菌技术在炼油厂循环冷却水中的应用

2018年06月11日

紫外线杀菌是一种物理消毒技术主要是通过紫外线破坏微生物遗传物质DNA干扰其复制和转录。使其失去繁殖能力进而对其进行灭活。自1910CernovedeowHenvi第一次将紫外线消毒技术用于饮用水消毒以来紫外线技术在水处理领域得到了快速发展。目前在欧美许多国家的水处理厂中紫外线消毒技术被广泛采用。西方国家已有约25%的污水处理厂采用紫外线杀菌技术美国也将紫外线消毒工艺作为自来水的最佳消毒方式写入供水法规中。紫外线技术在我国起步较晚。从2005年开始我国的新建自来水厂和污水处理厂也逐步采用紫外线杀菌技术目前该技术在以上2个领域内的应用已进入成熟时期但在工业循环水中的应用还处于研究阶段未见有应用的实例。20115中国石油大学石大科技集团公司采用紫外线杀菌技术对炼油厂循环水进行杀菌处理。取得了较好的效果这在国内同行业中尚属首次。

1、紫外线杀菌原理及系统组成

1.1、紫外线杀菌原理

紫外线是位于X射线和可见光之间的电磁波按其波长可分为UVA315-400nmUVB280-315nm)、UVC200-280nm)、真空紫外100-200nm4个不同的波段。其中UVC波段恰好处在微生物的吸收峰范围内。因此UVC波段的紫外线杀菌效果最好。试验证明波长为253.7nm左右的紫外光其杀菌效率最高目前用于污水处理消毒的紫外线波长均为253.7nm。紫外线杀菌具有以下特点

(1)对致病微生物有广谱消毒效果消毒效率高对于细菌、病毒。一般在1-2s即可达到99.0%-99.9%的杀菌率。

(2)对抗氯性的致病微生物隐孢子虫包囊和贾第虫卵囊有特效消毒作用。

(3)无二次污染紫外线杀菌不加入任何化学药剂不会对水体和周围环境产生二次污染。

(4)运行安全、可靠传统的消毒技术例如采用氯化物或臭氧杀菌其消毒剂本身就是剧毒、易燃的物质而紫外线消毒系统不存在这样的安全隐患。

(5)能降低嗅、味和分解微量有机污染物全面提高水质。

(6)占地面积小、对构筑物要求简单总投资较少消毒效果受水温、PH值等因素的影响小、效果稳定。

(7)紫外线用于工业循环水消毒的电耗很低。它的成本只是氯消毒的1/2

1.2、紫外线杀茵系统组成

紫外线杀菌系统由镇流器柜含镇流器箱、降温组件、消毒模块组含紫外灯组、自动清洗机构组、水位传感器、空气动力系统空气压缩机及配件组成。控制中心根据水位变化和时间等控制系统的开停以及自动清洗机构的动作。自动清洗石英管。消毒模块是消毒系统的主体由消毒模块支架、紫外灯管、石英套管、自动清洗机构组成。

2紫外线杀菌工艺流程及技术指标

2.1循环水系统杀菌流程

冷却塔集水池中的水通过吸水池入水管进入到新增的紫外线消毒水渠紫外线消毒水渠置于吸水池内。消毒模块放置在紫外线消毒水渠的出对循环水进行快速、高效地灭菌。经灭菌后的水进入吸水池再由泵送往换热器由此完成一个消毒周期。

2.2技术指标

系统进水指标ρSS25mg/L透光率67%进水异养菌数5*105

系统出水指标灭菌效率99%出水异养菌数5*103即循环水出水异养菌数最少低于进水异养菌数100

3紫外线杀菌技术的工程应用

3.1紫外线杀茵系统设计

山东石大科技集团有限公司具有150t/a的原油一次加工能力及20t两段提升管催化裂化等炼油装置。循环水主要用于常减压和催化裂化2套装置产品的冷却。循环水量为1500m³/h进装置水温为26出装置水温为36循环水浓缩倍数为3.5左右。

根据循环水系统情况公司采用清华大学明渠紫外线消毒专利技术对循环水进行杀菌处理。明渠深1.8m1.2m。紫外线杀菌系统平面布置和工程应用现场分布如图1、图2所示。

图1 紫外线杀菌系统平面布置.jpg 

1 紫外线杀菌系统平面布置

 图2 明渠紫外线杀菌系统应用现场.jpg

2 明渠紫外线杀菌系统应用现场

消毒系统由3个标准消毒模块并联组成每个消毒模块可以单独运行根据循环水量和细菌数可以选择关停部分紫外灯以减少运行费用。本系统以紫外灭菌灯为主体采用进口的大功率高输出长寿命低压高强汞齐灯灯管总数为72总功率为23kw。根据微生物控制指标灯管中心间距设计为80mm紫外线有效剂量约为20mJ/cm²杀菌时间控制1-4s满足公司的36000m³/d循环水量处理规模。运行中明渠水位控制在1.8m水位自动控制装置安放在消毒水渠末端的排水口处水位计可监测2个液位。当液位低时系统不能开启当液位高时系统具备开启条件。

循环水紫外线杀菌系统采用高集成度和模块化设计24h全自动运行。通过PLC对其运行状态实现监控。在实际运行中消毒模块上的石英套管外表面虽然有自动机械清洗机构清洗但长时间运行仍有可能会累积一定的垢为了保证消毒效果需要定期将消毒模块提起到维修支架上进行人工清洗。本消毒系统所采用的紫外灯为长寿命灯若使用不当或电源不稳定紫外灯可能会提前损坏或失效届时中央控制柜也会报警提示更换。

3.2紫外线杀茵系统运行效果

该系统自20116月正式投用以来循环水处理系统平稳运行。出水水质稳定。公司的循环水微生物控制标准异养菌数5*103。微生物检测频率每周检测1次。20116-8月采用紫外线杀菌系统其循环水异氧菌数据与2010年同期采用药剂杀菌的循环水异氧菌数据对比情况如图3所示

 图3 循环水异氧菌数据对比情况.jpg

3 循环水异氧菌数据对比情况

根据统计数据可知2010年采用药剂杀菌处理的循环水异氧菌数平均约为80*1032011年采用紫外线杀菌处理的循环水异氧菌数平均约为1*103后者明显优于前者排除个别特殊数据紫外线杀菌效果优于药剂杀菌效果近100处理出水完全达到循环水中异氧菌数的指标要求。

3.3运行成本

该套系统的运行成本主要取决于电费及灯管的折旧费。根据实际运行情况计算。该系统运行成本为0.0123/m³其中电耗为0.0097/m³灯管设备折旧费用为0.0026/m³1500m³/h计算年运行成本约14.6万元。

采用药剂杀菌技术时在添加杀菌剂24h后需要用大量的新鲜水置换每次用水量为500m³左右。根据统计采用紫外杀菌后每年可节约循环水补水量8t节约费用约27万元循环水系统停加杀菌剂每年节约药剂费用4万余元。紫外线杀菌系统投资费用为30万元投资回收期为1a左右。

4、结语

紫外线杀菌技术经过20a的发展在国外各个领域得到了广泛应用但在我国工业水处理中的应用不多。由于紫外线杀菌技术具有其它杀菌技术无法比拟的杀菌效果和技术特点预计该项技术必将发展成为工业水处理领域的主流杀菌技术。紫外线杀菌技术在我公司炼油厂循环冷却水系统中的成功应用为传统的工业循环水杀菌工艺提出了一条新的技术路径显示出良好的推广应用前景为同行业提供借鉴。

来源:上海冬翼光电有限公司

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