美国有52,000个社区饮用水系统属于美国环境保护署(EPA)颁布的新​​规则范围,以改善公共饮用水安全。遵守这些新闻规则已大大增加了对使用紫外线(UV)水消毒系统的兴趣。但是,众所周知,由于电力质量问题,紫外线系统会意外关闭:使饮用水流量未经治疗。本文的目的是讨论使用紫外线消毒系统的原因,以及解决方案对电力质量问题的敏感性的含义。

新的EPA规则

2006年1月,EPA发表了长期2增强的地表水处理规则(LT2规则)和第2阶段的消毒剂和消毒副产品规则(第2阶段DBP规则)。LT2规则的开发是为了改善饮用水质量,通过提供诸如贾第鞭毛虫和隐孢子虫等致病性微生物的额外保护,这些微生物可能导致胃肠道疾病(例如,腹泻,呕吐,抽筋)和其他潜在的生命生命,健康风险,健康风险。1993年,隐孢子虫在密尔沃基造成了40万人患肠道疾病。超过4,000人住院,至少有50人死亡归因于该疾病。

水塔为了保护饮用水免受这些病原体的侵害,供水者经常在饮用水(例如氯)中添加消毒剂。但是,某些微生物(例如隐孢子虫)对传统的化学消毒实践具有高度抗性。此外,化学物质本身可以与水中的有机材料反应,以形成副产品,例如三乙醇甲烷(TTHM)和卤乙酸(HAA5),这可能会带来健康风险。建立了第2阶段DBP规则,将消毒副产品对人群的健康风险降至最低。

LT2规则适用于在地表水直接影响下使用地表水或地下水的所有公共供水系统。这包括在美国为约1.8亿人服务的大约14,000个系统,DBP规则适用于大约75,000个系统;需要一小部分来改变治疗。

LT2规则要求受影响的公共供水系统到2008年10月开始对病原体进行24个月的水量监测,然后在3年内影响必要的消毒计划。已经对处方水平消毒的公共供水系统免于监测。第2阶段DBP规则下的监视和矫正将于2012年开始,持续到2016年。

UV消毒技术

在发布新规则之前,EPA进行了技术和成本分析,以确保颁布新规则是可行的。评估的最有前途的技术之一是紫外线(UV)水消毒。EPA估计,紫外线系统的容量和成本下降将大大提高该技术的兴趣。

与通过破坏细胞结构或干扰新陈代谢杀死微生物的化学消毒剂不同,紫外线会破坏微生物的繁殖能力。由于无法感染宿主,因此无法再现会使微生物无害。与传统的化学处理(如氯和氯胺)相比,紫外消毒在控制隐孢子虫和其他微生物方面更有效,并且具有不产生消毒副产品的额外好处。

功率质量和紫外线消毒

EPA建议将紫外线系统作为LT2和第2阶段DBP规则的可能解决方案时,建议应将电力质量审查视为安装UV系统计划过程的一部分。识别紫外线系统的敏感性,EPA还评估了有或没有UPS(不间断电源)单元的UV系统的成本。

注射点后,化学消毒可以保持在水中的活跃,但是紫外线治疗只有在微生物存在紫外线的情况下起作用。如果紫外线灯熄灭或以最佳容量工作,则没有适当处理水,并且该设施可能处于监管不合规的范围内。

电力线2紫外线系统表明,对于大多数电力公司客户来说,对电压sag事件的容忍度较低。电压下垂是低于名义的90%的电压降低了一半以上的电循环(8 ms)。电力研究所(EPRI)的研究表明,典型的公用事业客户每年的强度和持续时间都有40至60个下垂事件。由于电压下垂是由超出公用事业控制(例如闪电,风能和设备故障)的事件引起的,因此对敏感设备免受电压下垂的保护成为最终用户的负担。

最常见的类型的紫外线灯在关闭后,在5至10分钟的订单下重新启动时间。有些灯甚至需要冷却时间才能重新启动。漫长的重新启动时间和电压下垂事件的频率为水设备带来了问题:每年不超出LT2规则的遵守情况。此外,频繁的紫外线灯的启动和停止可以大大降低其生活 - 增加维护成本并可能造成额外的违规情况。

紫外线系统的意外关闭可能会非常有问题。由于大多数设施的数量很大,因此突然关闭水流是不切实际的,可能会导致设备损坏。备用消毒系统可能需要自己的启动时间,并代表水设施的额外成本。将未感染的水转回未处理的供水是昂贵的。

维持LT2规则合规性的更直接和有效的解决方案是,通过保护紫外线系统免受电压为突式。

UPS当输入电压低于规定的水平时,UPS单元使用存储在铅酸电池中的能量为负载提供电源。典型的UPS以低于90%的电效率运行,需要频繁维护并更换铅酸电池。这使得UPS的O&M成本相当大,这可能是EPA认为有必要评估有或没有UPS的UV系统成本的原因。

与带有铅酸电池的UPS相比,飞轮系统可以提供更好的电效率和更低的维护成本,但是专门为SAG保护设计的产品(例如UST的Sagfighter Brand Power护发仪)提供了最低的O&M成本。以下是无电池保护设备的成本分析(以US2008的恒定$ 2008)和中型饮用水设施中保护紫外线系统的UPS:

拥有500 kVA UPS的成本比较
有5分钟的运行时间和500 kVA的SAG保护单元

UPS SAG保护单元
首先成本,典型的安装 $ 210K $ 110K
年度服务合同 $ 7K N/A。
年度磨损零件(电池)* $ 17K N/A。
年度能源损失** $ 39K $ 4K
年度运营和维护成本 $ 63K $ 4K
10年总拥有成本(首先费用 + 10 x年度O&M) $ 840K $ 150K
*24到36个月的电池更换周期
** UPS -90%效率;SAG保护单元 - 效率为99%;电动成本 - $ 0.10/kW -hr

与SAG保护单元相比,超过10年的500 kVA UPS将浪费超过350万千瓦的电力,而不包括生产,运输和处置其电池所需的能量。除了O&M的成本外,铅酸电池的使用和处理还需要采取特殊措施来解决人员安全,以避免氢气的积累和危险废物处理。

值得注意的是,UPS将在电源中断期间为紫外线系统提供动力,而SAG保护设备不会。但是,必须在较大的方案的背景下检查该能力的价值。在持续超过几秒钟的电源中断期间,除非所有设备都受到某种类型的储能系统(如UPS)的保护,否则整个设施将关闭。通常,允许紫外线系统在离线的其余部分处于脱机状态时几乎没有价值,因为重新启动设施所需的时间很容易为10分钟或更长时间。

SAG保护单元最大程度地减少O&M成本以及铅酸电池所决定的特殊要求。通过消除对定期维护和更换电池的需求,SAG保护单元的可用性和可靠性也比UPS单元更高。

电压下垂会影响每个电力公司的客户,但是SAG事件的随机性质使它们在典型的电力质量审核中难以记录。SAG保护单元的相对较低的拥有成本可以使经济决定更容易为UV消毒系统安装SAG保护。