美国有5.2万个社区饮用水系统属于美国环境保护署(EPA)为改善公共饮用水安全而发布的新规定的范围。遵守这些新闻规则大大增加了人们对使用紫外线(UV)水消毒系统的兴趣。然而，众所周知，UV系统会因电力质量问题而意外关闭:饮用水未经处理。本文的目的是讨论使用紫外线消毒系统的原因，以及它们对电能质量问题敏感性的影响和解决方案。

环保署新规则

2006年1月，美国环境保护局发布了《长期2强化地表水处理规则》(LT2规则)和《第2阶段消毒剂和消毒副产品规则》(第2阶段DBP规则)。LT2规则的制定是为了改善饮用水质量，通过提供额外的保护，防止可能导致胃肠道疾病(如腹泻、呕吐、痉挛)和其他潜在危及生命的健康风险的病原微生物，如贾第鞭毛虫和隐孢子虫。1993年，隐孢子虫导致密尔沃基40万人患上肠道疾病。4000多人住院治疗，至少50人死亡。

为了保护饮用水不受这些病原体的侵害，自来水供应商经常在饮用水中添加消毒剂，如氯。然而，某些微生物，如隐孢子虫，对传统的化学消毒做法具有高度耐药性。此外，这些化学物质本身可以与水中的有机物质发生反应，形成副产物，如三卤甲烷(TTHM)和卤乙酸(HAA5)，可能会对健康构成风险。建立了二级DBP规则，将消毒副产物对人群的健康风险降到最低。

LT2规则适用于所有使用地表水或地表水直接影响下的地下水的公共供水系统。这包括约1.4万个系统，服务于美国约1.8亿人。DBP规则适用于约7.5万个系统;其中一小部分将需要进行治疗改变。

LT2规则要求受影响的公共供水系统在2008年10月之前开始24个月的水病原体监测，然后在3年内影响必要的消毒项目。已消毒到规定水平的公共供水系统不受监测。第二阶段DBP规则下的监测和修正从2012年开始，一直持续到2016年。

紫外线消毒技术

在发布新规则之前，EPA进行了技术和成本分析，以确保新规则的颁布是可行的。其中比较有前途的技术是紫外线(UV)水消毒评价。美国环境保护署估计，紫外线系统的容量增加和成本下降将显著提高人们对这项技术的兴趣。

与化学消毒剂通过破坏细胞结构或干扰新陈代谢来杀死微生物不同，紫外线会破坏微生物的繁殖能力。由于微生物不能感染宿主，因此不能繁殖使其无害。在控制隐孢子虫和其他微生物方面，紫外线消毒比传统的化学处理(如氯和氯胺)更有效，而且还有一个额外的好处，即不会产生消毒副产品。

电能质量和紫外线消毒

在建议将紫外系统作为LT2和阶段2 DBP规则的可能解决方案时，美国环保署建议，在安装紫外系统的规划过程中，应考虑进行电能质量审查。认识到紫外线系统的敏感性，EPA还评估了使用和不使用UPS(不间断电源)设备的紫外线系统的成本。

化学消毒可以在注射点后的水中很好地保持活性，但紫外线处理只有当微生物在紫外线存在时才有效。如果紫外线灯关闭或没有以最佳容量工作，则水没有得到适当处理，设施可能不符合规管规定。

紫外系统对电压凹陷事件的容忍度较低，这对大多数电力公司客户来说是常见的。电压跌落是指在超过1 / 2电周期(8毫秒)的情况下，电压下降到额定电压的90%以下。电力研究所(EPRI)的研究表明，一个典型的公用事业客户每年会经历40到60次不同强度和持续时间的低谷事件。由于电压下降是由超出公用事业控制范围的事件(如闪电、风和设备故障)引起的，保护敏感设备免受电压下降的影响成为最终用户的负担。

最常见的类型的UV灯有重新启动时间在5到10分钟的顺序，一旦他们关闭。有些灯甚至需要冷却一段时间才能重新启动。长时间的重启和电压下降事件的频率给供水设施带来了一个问题:每年有几个小时或几天不符合LT2规则。此外，频繁的启动和停止紫外线灯可以显著降低其寿命-增加维护成本，并可能造成额外的不合规情况。

紫外线系统的意外关闭可能会带来很大的问题。由于大多数设施的体积很大，突然切断水流是不现实的，可能会导致设备损坏。备用消毒系统需要自己的启动时间，这对供水设施来说是一笔巨大的额外成本。将未经消毒的水重新引入未经处理的供水系统是昂贵的。

维护LT2规则遵从性的更直接和有效的解决方案是通过保护UV系统免受电压下降的影响来保持其运行。

当输入电压低于规定水平时，UPS利用铅酸电池储存的能量为负载提供动力。典型的UPS运行效率低于90%，需要经常维护和更换铅酸电池。这使得UPS的运维成本相当高，这可能是EPA认为有必要评估有无UPS的UV系统成本的原因。

与铅酸电池的UPS相比，飞轮系统可以提供更好的电力效率和更低的维护成本，但专门为下垂保护设计的产品，如UST的SagFighter品牌电源调节器，提供最低的运维成本。以下是一个无电池凹陷保护装置和一个中型饮用水设施紫外线系统的UPS的成本分析(以不变的美元2008):

500kva UPS拥有成本对比
5分钟的运行时间和一个500 kVA凹陷保护装置

在10年的时间里，一台500 kVA的UPS与凹陷保护装置相比将浪费超过350万千瓦时的电力，这还不包括生产、运输和处理电池所需的能源。铅酸蓄电池在使用和处理过程中，除了维护成本外，还需要采取特殊措施，以保证人身安全、避免氢气积聚和危险废物处理。

值得注意的是，当电源中断时，UPS将为UV系统提供电力，而下垂保护装置不会。但是，这个能力的价值必须在更大的方案上下文中进行检查。在电力中断持续几秒钟以上时，整个设施将会关闭，除非所有设备都有某种类型的能量存储系统(如UPS)保护。通常情况下，在设施的其他部分离线的情况下，允许UV系统运行没有什么价值，因为重新启动设施所需的时间很容易是10分钟或更长。

凹陷保护装置最大限度地降低了操作维护成本和铅酸电池的特殊要求。由于无需定期维护和更换电池，凹陷保护装置也比UPS装置具有更高的可用性和可靠性。

电压跌落影响着每个电力公司的用户，但是跌落事件的随机性使得它们在典型的电能质量审计中难以记录。下垂保护装置相对较低的拥有成本，使UV消毒系统是否安装下垂保护装置的经济决策更加容易。