紫外線(xiàn)消毒動(dòng)力學(xué)研究

中國給水排水2003Vol.19CHINA WATER WaStewaterNo 4紫外線(xiàn)消毒動(dòng)力學(xué)研究陳堯,王向東,謝嘉,王勇,蘭嵐〔四川大學(xué)建筑與環(huán)境學(xué)院,四川成都610065)摘要:當原水濁度<3NTU色度<5倍、總大腸菌群數為10-10外個(gè)/100mL時(shí)經(jīng)試驗確定紫外線(xiàn)消毒反應為一級反應其反應速率常數k值為4.253min受溫度的影響較小半衰期為9.78s0關(guān)鍵詞:紫外線(xiàn);消毒;動(dòng)力學(xué)中圖分類(lèi)號:TU991.25文獻標識碼:C文章編號:1000-460x(2003)4-0045-03試驗材料和方法應級數n=1)在實(shí)際的工程應用中可認為該反應試驗菌種采用大腸杄菌ATCC25922菌株為紫遵循一級動(dòng)力學(xué)模型外線(xiàn)消毒的指示菌購自四川大學(xué)華西分校區。(3)原水采用實(shí)驗室人工配水其溫度為10-31.2兩邊取對數得℃濁度<3NTU,色度<5倍,總大腸菌群數為kt+ Inc(4)(10°~105)個(gè)/100m試驗時(shí)將人工配水引入自制的紫外線(xiàn)消毒反應復相關(guān)系數:R2=0.9969F檢驗值:4317.62器中殺菌燈(WZW20W無(wú)臭氧型)置于反應器上方固定水層厚度和照射功率于不同照射時(shí)間取樣分析分析項目總大腸菌群數為多管發(fā)酵法濁度為分光光度法色度為稀釋倍數法。2結果和討論2.1試驗結果圖1溫度為25.5~31.2℃時(shí)的回歸分析結果在溫度為10.0~31.2℃、水層厚度為8cm、照射功率為20W的條件下進(jìn)行試驗復相關(guān)系數:R2=0.9978檢驗值:6222.83確定速率方程的關(guān)鍵是確定反應級數紫外線(xiàn)消毒的反應速率方程可表示為ra=-(dCA/dt )=kCa(1)兩邊取對數得lg-( d Caldt )]=lgk nIgC(2)該直線(xiàn)的斜率即為反應級數n根據式2對試驗結果進(jìn)行回歸具體分析見(jiàn)圖inn~17n℃時(shí)的回歸分析結果中國煤化工行回歸所得結果如表從回歸結果可以看出兩條回歸直線(xiàn)的斜率差1所CNMHG別不大且非常接近1。由此可以認為在溫度為10從表1可知水的紫外線(xiàn)消毒反應可視為一級31℃時(shí)水的紫外線(xiàn)消毒總是近似于一級反應反反應。當原水的濁度和色度都較小時(shí)此反應的平2003Vol.19中國給水排水No 4均速率常數k為4253min,且k值受溫度的影溫度的影響較小,多數光化學(xué)反應的溫度系數接近響較小。該反應的半衰期于1,因此溫度的升高對反應速度的影響不大。而t::=ln2/k=0.1630min≈9.78s復活反應受復活酶的控制,因而受溫度的影響較大該反應的速率方程為試驗時(shí),當照射時(shí)間為0.5mn時(shí),低溫下的剩余菌(5)體濃度低于高溫下的剩余菌體濃度。這表明在較高表1紫外線(xiàn)消毒動(dòng)力學(xué)方程的溫度下,酶的活性也較高,復活的微生物細胞較反應溫度曲線(xiàn)國歸方程相關(guān)系下檢著(zhù)反應速率常多,而隨著(zhù)照射時(shí)間的增加,已形成紫外線(xiàn)對微生物(℃)的永久輻射損傷而不會(huì )再發(fā)生復活反應。同樣,溫25.5-hC=-4.13331.2+1.141.809621.4.133度的變化影響了紫外線(xiàn)燈管的有效輻射量輸出,也就影響到紫外線(xiàn)照射劑量的高低,燈管表面溫度越775149.674.37接近40℃,其紫外線(xiàn)有效輻射量越高,紫外線(xiàn)照射注:**表示該回歸方程高度顯著(zhù),*表示平均反應劑量也越高,反應速度也越快。這也可以解釋為什速率常數(min)么低溫下的k值反而略高于高溫下的k值。在照射功率不變的條件下將試驗結果與理論計從已求得的反應速率常數k值的結果來(lái)看,光算結果進(jìn)行比較(見(jiàn)表2)化學(xué)反應占主導地位,其余各步反應對殺菌效果也表2試驗結果與理論值的比較有一定影響。因此總的反應物系的溫度對反應速率水層照射照射初始菌理論計常數k值的影響不大,最終可以確定該反應屬于厚度時(shí)間功剌體濃度算結果級反應(cm)min)(w)(個(gè)/00mL)(個(gè)/100mn)(個(gè)/100ml國外的相關(guān)研究表明,紫外線(xiàn)殺菌符合一級43:2303.5×10反應動(dòng)力學(xué)模型6201.8×103式中N—經(jīng)紫外線(xiàn)照射后菌體濃度,個(gè)/1001.1×10°888201.3×100040Vn—初始的菌體濃度,個(gè)/100m速率常數,cm/(Ww·s)紫外線(xiàn)燈的照射強度,w/cm2從表2可以看出,理論計算所得結果與實(shí)際結照射時(shí)間,s果較接近釆用式(4)計算所求的速率常數為4.2532.2分析與討論紫外線(xiàn)殺菌的實(shí)質(zhì)是光化學(xué)反應。核酸吸收了in,即為式(6)中k、I二者的乘積。試驗條件下紫外線(xiàn)能量在光致二聚作用下化學(xué)鍵和鏈斷裂股以紫外燈的照射強度為454.5-6060Wcm2計按式(6)換算,k=0.12~0.16cm/(mW·s),該結果能,從而引起微生物死亡,達到消毒的目的。紫外與美國EPA設計手冊中的k=0.06-0.38cm線(xiàn)殺菌還涉及到微生物的可見(jiàn)光復活或暗復活反(mW·s)的推薦值基本吻合?？紤]到紫外線(xiàn)殺菌應。這一過(guò)程屬于生物化學(xué)反應,在復活酶的作用機理的復雜性,采用經(jīng)驗速率方程模型能綜合反應下光化學(xué)產(chǎn)物解聚,核酸恢復正常功能。此外,紫外進(jìn)程,不考慮中間反應,可避免諸多因素的干擾能殺菌燈的有效紫外線(xiàn)輻射量隨溫度變化而變化,當更好地表達出反應的最終結果,應用也更簡(jiǎn)便。燈管表面溫度為40℃時(shí)紫外線(xiàn)的有效輻射量為結論100%。紫外線(xiàn)有效輻射量的多少,決定了照射劑在溫度為10~31℃時(shí)水的紫外線(xiàn)消毒總是近量的高低,并將最終影響到光化學(xué)反應和復活反應似于一級反應。對于濁度<3NTU、色度<5倍、總進(jìn)行的速度10~103)個(gè)/100mL的原水,紫外從紫外線(xiàn)殺菌機理來(lái)看,光化學(xué)反應的速度受線(xiàn)中國煤化工,253mim,半衰期CNMHG462003Vol.19中國給水排水No 4約為9.78s,其反應速率幾乎不受溫度的影響。performance and design[J]. Water Environ Res, 1996.68參考文獻[4] Andreadakis A, et al. Ultraviolet disinfection of secondary[1] Jennifer L. Clancy. UV rises to the cryptosporidium chaland tertiary effluent in the Mediterranean region[J].Watlengel. Water21,200,(10):14-16Sci tech,l999,40(4-5):253-2602]沈健,高純水與紫外線(xiàn)技術(shù)[J].給水排水,1998,24(12):40-43電話(huà):(028)866268953 Frank J Loge, Robert W Emerick, et al. Ultraviolet disinE-mail:opening@263.netfection of secondary wastewater effluents: prediction of收稿日期:2002-08-24技術(shù)交流延長(cháng)管井使用年限的若干措施1嚴把施工質(zhì)量E①井管的安裝安裝時(shí)井管必須垂直于地平面,如果井管偏斜將影響抽水設備的正常工作。②填礫填礫的作用是固定井管、隔離不良含水層、保證含水層水量對管井內正常的補給。填礫首先要保證填礫的質(zhì)量,礫石應按設計要求的粒徑進(jìn)行篩選(以圓形、橢圓形為主)。填礫的粒度在施工時(shí)必須嚴格控制,般按含水層顆粒d如~dn的8~10倍確定,且在封閉井口時(shí)需要用粘土夯實(shí)③過(guò)濾器的質(zhì)量當遇到有腐蝕性較強的地下水時(shí)可以采用以不銹鋼絲、銅絲、尼龍絲等纏絲的過(guò)濾器2合理選泵深井泵的選型是根據抽水試驗情況而定的,試驗方法主要有:a.在出水管上安裝電子流量計;b.三角堰測量法。在深井泵型號的選擇上,應使設計揚程、流量與所選泵型工況點(diǎn)的流量、揚程相冋或最接近。3注意維護、保養①避免長(cháng)期停用供水淡季可采取輪休制,毎臺深井泵運行一個(gè)月后停泵,轉換其他的深井泵運行,通過(guò)這種方法可以有效延長(cháng)管井的使用壽命。②建立使用卡制度a.建立使用卡記錄井的出水量、水位、水溫、水質(zhì)等變化情況以便及時(shí)發(fā)現問(wèn)題及時(shí)處理。b.嚴格執行操作規程和檢修制度,深井泵運行前必須灌泵,先讓軸承套充水潤滑后再啟動(dòng),以免損壞軸承或燒壞電機;經(jīng)常檢查井內動(dòng)水位;定時(shí)記錄電流、電壓、出水壓力、出水量、電機溫度等③定期沖洗和清理在實(shí)際運行中常出現以下幾種情況∷a.由于過(guò)濾器進(jìn)水孔尺寸選擇不當、過(guò)濾器纏絲或濾網(wǎng)腐蝕破裂等原因,使砂粒大量涌入井內,造成堵塞;b.過(guò)濾器表面以及其周?chē)畬颖患毿∧嗌愁w粒堵塞;c.井內沉沙過(guò)多,使深井泵上沙量過(guò)大,電流過(guò)高等。對于第一種情況,可在井內安裝小口徑過(guò)濾器,在新舊過(guò)濾器之間填充礫石進(jìn)行封閉;對于后兩種情況,可采用以下方法活塞清洗。用活塞在井內上下移動(dòng),使井內壓力突然增加或減少,引起水流速度反復改變,這樣就能將過(guò)濾器表面以及含水層中的細小砂粒沖洗出來(lái)。b.干冰法。向井內投入適量干冰,促使井水強力向外噴射,從而引起地下水急速涌向井內,使過(guò)濾器和周?chē)畬拥玫經(jīng)_洗,井內沉沙則隨井水噴出井外。實(shí)踐證明法洗井效果較好。中國煤化工愛(ài)東供稿)CNMHG