卡兹吉尔-特拉华紫外消毒设施

你知道为什么纽约的自来水号称“饮用水冠军”吗?纽约的自来水主要来自于三个水源地，分别为特拉华流域，卡兹吉尔流域，和科罗顿流域。这些水源地的水仅含有少量的石灰石，且天然pH平衡值为7.2，接近纯水pH平衡值7。不仅如此，水流仅仅通过重力作用流过导水槽和一座用紫外线杀菌的自来水处理厂。

项目背景

已于2013年10月投入使用的卡兹吉尔-特拉华紫外消毒水设施，是世界上最大的紫外消毒设施。尽管来自卡兹吉尔和特拉华的原水以其优良的水质而闻名，且被批准无需过滤，但是一方面由于公众对水源流域快速发展的担心和对隐孢子虫和贾第虫等相关疾病日渐提高的警觉性，另一方面基于美国环保署（EPA）关于长期强化地表水处理的规定的要求，促使纽约环保部在韦斯切斯特郡着手设计建造一座处理规模为7646531.8立方米每天（约合2020百万加仑每天）的紫外消毒水厂。

纽约城流域分配布局图

纽约市政府最初提议建造一个大约耗资80亿美元的过滤水厂，但后来计划改为建造一座紫外消毒设施，从而节省了大量的经费。这个设计也为扩建留出了空间，未来可以在同一地址修建一个日产量20亿加仑的过滤水厂。

2016年开始，美国环保署要求为未过滤的地表水(其中包括了纽约的饮用水供水系统)进行过滤，或者在氯消毒的基础上增加其他控制微生物的单元处理技术。纽约政府在进行紫外线消毒之外的另一个方案是选择建造一座造价更高的过滤设施，让饮用水通过一系列多孔材料——通常是层层沙子、砾石、木炭，以此去除水中的微小化学物质，危险物质和有毒物质。美国环保署的要求是合理的，因为无论氯消毒还是紫外消毒处理本身都不能消灭所有对饮用水的威胁。一方面，尽管隐孢子虫对氯水具有很强的抵抗性，却可以通过紫外线对其进行有效控制。另一方面，腺病毒对紫外线具有抵抗性，却可以被氯水杀灭。尽管腺病毒并非普遍存在于地表水中，但由于人口的增长和地区的发展，纽约地区水域中也不是完全没可能存在腺病毒。

通过对使用紫外线消灭活隐孢子虫和贾第虫的有效性的评估表明，紫外强化杀菌在成本远低于过滤处理的情况下，可以为城市供水提供同等的保护效果。 2002年11月，纽约环保局从美国环保署申请并获批了“免除过滤决定(FAD)”，使得纽约市不必过滤来自卡兹吉尔和特拉华的原水。然而，这个“决定”的条件是如果将来纽约市供水来源发生变化，并且该供水来源在美国环保署关于长期强化地表水处理规定的要求下需要对针对隐孢子虫进行处理，那么纽约市就要有对其进行过滤处理的应对计划。拟提议建立的紫外消毒设施可以杀灭99.9%的隐孢子虫，能够很好的满足环保署的要求。

项目概览

卡兹吉尔和特拉华流域提供纽约市90%的饮用水。以上两个流域联同科罗顿流域，延伸超过200千米，包括19个水库和3个受控制的湖泊。

卡兹吉尔-特拉华消毒水厂占地15000平方米，位于纽约州韦斯切斯特郡，用于对纽约市供水系统进行消毒。水厂位于肯希克水库下游的普莱森特山城和绿堡城中，日均处理量达到986.7万立方米(约合22.4亿加仑)。水厂的地上部分为包含有一个预制的立面和不锈钢屋顶的钢结构建筑。在已经过氯消毒处理的原水进入城市供水分配系统之前，该水厂将对其进行二次消毒处理。

卡兹吉尔-特拉华消毒水厂拥有56个节能紫外反应器，耗资16亿美元，将成为世界上最大的紫外消毒设施。2004年至2006年，市长迈克尔·布隆伯格亲自组建科研团队，以最好的，性价比最高的方法来改进纽约的饮用水过滤工艺，使之成为现有的氯化和氟化设施之后的二级处理工艺。他们发现，除了紫外消毒之外，最便宜的工艺也要超过30亿美元。为此，市长决定开启公众竞争合同竞拍。2005年，安大略省特洛伊木马技术公司赢得了合同，并成为紫外消毒部分的制造商。

纽约卡兹吉尔-特拉华紫外消毒水厂开幕奠基仪式

水厂通过加强对饮用水供水消毒的方式服务纽约市以及纽约州北部将近900万用户居民，也因此树立了新的紫外消毒技术应用标准。该水厂的所有权归纽约市环保部。水厂从2002年开始规划，于2006年开始建设，并于2012年投入运行。处理工艺包括过滤，紫外消毒和氯处理(为给水系统提供余氯)。处理后的水靠重力作用被输送到现有的卡兹吉尔-特拉华渡槽，然后再提供给用户。

水厂由Skanska USA Civil、ECCO III 和JF White多家企业共同建设。与Arcadis有伙伴关系的CH2M HILL作为建筑管理方。水厂的规划，工艺设计和建造服务由CDM Smith，Hazen和Sawyer共同提供。Dattner Architects负责水厂的建筑外形设计，Welsback Electric负责电路设计，LJ Coppola负责管道及暖通设计。

工程见证了3048米（约合10000英尺）不锈钢管路的安装

主要处理技术

2005年，Trojan Technologies被选为该项目紫外消毒部分的制造商。2009至2010年期间，Trojan提供了56台TrojanUVTorrent™ 紫外单元给紫外消毒设施。每台设备每天能为4千万加仑的水提供40 mJ/cm2的剂量。当水流经1.51亿升的消毒装置时，紫外线将改变隐孢子虫、贾第虫和其他水传播病原体的DNA，使它们无法复制。水管连接到7.2吨长方形不锈钢的紫外处理单元的两端。每个单元长约5.8米，宽约1.7米，高约2.3米。水流以1.5米每秒的速度经过反应器，也经流了单位处理单元内的210个紫外灯。当水量达到峰值时，水厂大约耗电630万瓦。在正常的工作时间内，当处理50亿升水时，能耗基本不超过450万瓦。

紫外消毒设施第三单元

其他处理设备包括四个直径为12英尺的原水水管和四个文丘里流量计(144寸乘120寸)。该设备同时集成了16个直径为84寸的消能阀用来控制流量。

项目亮点

1低压高输出的紫外消毒技术水厂利用低压高输出的紫外消毒技术，能耗比中压紫外灯低30%。

在水厂的概念设计阶段，设计团队分别评估了低压高输出和中压的紫外线装置，最终选择了低压高输出装置，同时该团队证实此种设备可达到处理高效、水头损失较小，能耗较低的目标，此外，设备采购的公平竞争性也可以得到保证。设计团队随后根据选定的设备进行了设计优化，使得新建的紫外消毒厂能在不影响现有供水系统的前提下更好的融入原有重力供水系统以及将来可能新增的过滤供水系统。

自20世纪初引入水处理行业以来，紫外线消毒技术已有了显著发展。早期的紫外消毒系统采用低瓦数紫外灯，因此当原水流量高时需要需要大量的紫外灯。中压灯因其瓦特数高和光照强度大的特点，可以在减少紫外灯所需数量的同时在较小的区域达到显著的消毒效果。不过，中压灯带来的弊端就是较低的电能效率。低压高输出紫外灯是集高瓦特数和低压两大特点为一身的紫外灯，这种紫外灯可以在减少所需灯数的同时保证较高的电能效率。

TrojanUVTorrentTM 紫外消毒单元