液哨超聲協(xié)同殺菌劑在循環(huán)水殺菌中的應用

第34卷第12期工業(yè)水處理Vol 34 No 122014年12月Industrial Water TreatmentDeC.2014液哨超聲協(xié)同殺菌劑在循環(huán)水殺菌中的應用呂石1,呂效平1,韓萍芳2(1.南京工業(yè)大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院,江蘇南京210009;2南京工業(yè)大學(xué)生物與制藥工程學(xué)院,江蘇南京210009)[摘要]研究了一種液哨式機械超聲發(fā)生器,探討了液哨噴口結構對聲強的影響,并采用液哨協(xié)同殺菌劑的方法對循環(huán)水進(jìn)行殺菌處理。實(shí)驗結果表明,圓錐形噴口效果最佳,且最佳錐形角度為45°。在初始細菌數量為1.2×10mL、水壓0.3MPa條件下單獨使用液哨殺菌9omin,殺菌率可達到39%。液哨超聲和殺菌劑有良好的協(xié)同作用加人液哨超聲30min可以有效減少41%~45%的殺菌劑使用量,具有良好的環(huán)境效益和經(jīng)濟效益[關(guān)鍵詞]液哨;殺菌;循環(huán)水[中圖分類(lèi)號]TQ0854[文獻標識碼]A[文章編號]1005-829X(2014)12-0050-04Application of liquid whistle ultrasound combined withbactericide to circulation water sterilizationLu shi Lu x(1. Department of Chemistry and Chemical Engineering, Nanjing Univers ity of TechnologNanjing 210009, China; 2. Department of Biotechnology and Pharmaceutical EngineerinNanjing University of Technology, Nanjing 210009, China)Abstract: A new liquid whistle ultrasonic generator has been studied. The effects of liquid whistle nozzle structure onhe sound intensity are discussed, and liquid whistle combined with bactericide is adopted for circulating water sterilization. The experimental results show that the sound intensity of conical nozzle is the best, and the best cone angle is45. When the initial bacteria content is 1. 2x10 mL, and the water pressure 0.3 MPa, the sterilization rate of singlyused liquid whistle can reach 39% in 90 min Liquid whistle ultrasound and bactericide have good synergistic effect. Itcan reduce 41%-45% of bactericide dosage in 30 min with liquid whistle ultrasound. This method has good environKey words: liquid whistle; sterilization circulation water裂轉化成脂肪族化合物。這與相關(guān)研究結果一致造紙科學(xué)與技術(shù),2005,24(5):58-60.3結論[2 Kang N, Lee D S, Yoon J. Kinetic modeling of Fenton oxidation ofphenol and monochlorophenols[ J]. Chemosphere, 2002, 47(9): 91(1)采用預混凝- fenton氧化法深度處理造紙924廢水的最佳工藝參數:A(SO)投加量為400mgL,3陸數,測偉京,途勇,等,Fnm試劑深度處理廢紙造紙廢水試驗HO2投加量為8mmo/L,FeSO4·7HO投加量為6研究[J.湖北造紙,2010(2):19-214]吳桂峰,褚成新,張銀新,等.Al2(SO)3在造紙廢水不同處理階mmol/L,初始pH為4,反應時(shí)間為40min。COD總段絮凝特性的研究[J].遼寧化工,2011,40(6):593-595去除率為84.8%,出水COD降到76mg{,達到處理51田桂芝,張穎,肇薇測定化學(xué)需氧量(COD)的影響因素及改進(jìn)要求。(2)HO2質(zhì)量濃度在0-115mgL時(shí),對COD方法[J].廣州化工,2007,35(5):60-63呈正比例影響,且線(xiàn)性關(guān)系良好;體系中殘余的6施銀桃,姜武,夏東升,等COD測定中氯離子的干擾及消除方HQO2可對體系COD有168mgL的正影響;調節溫法研究[門(mén)].武漢科技學(xué)院學(xué)報,2004,17(4):20-24.度和pH不適宜去除廢水中低濃度的HO2。(3)廢水[7)王兆江,陳克復,丁水奎,等、UV/Fenm法處理制漿造紙廢水相關(guān)因子篩選[J.中華紙業(yè),2010(2):10-14經(jīng)處理后大部分有機污染物被降解,部分木質(zhì)素片段的芳環(huán)結構開(kāi)裂轉化成脂肪族羧酸有機物。作者簡(jiǎn)介何爭光TH中國煤化工13838172129參考文獻CNMHG1]萬(wàn)金泉,馬琶文,王艷,等.廢紙造紙廢水特點(diǎn)及其處理技術(shù)[J收稿日期]2014-10-17(修改稿)50工業(yè)水處理2014-12,34(12)呂石,等:液哨超聲協(xié)同殺菌劑在循環(huán)水殺菌中的應用現階段工業(yè)循環(huán)冷卻水的殺菌方式主要是定泡內產(chǎn)生渦流,造成細胞內部結構的變化,影響細胞期投加殺菌劑,但大量殺菌劑的使用不僅會(huì )使微生的活性物產(chǎn)生抗藥性,而且殺菌劑的殘留物與分解產(chǎn)物會(huì )超聲同時(shí)會(huì )在水中產(chǎn)生自由基2(HO>OH+對環(huán)境產(chǎn)生影響ψ),因此綠色環(huán)保型殺菌方法成為H·),自由基會(huì )破壞細胞壁的化學(xué)結構,將微生物的目前研究的熱點(diǎn),細胞壁削弱和分解,進(jìn)而對微生物達到殺滅作用隨著(zhù)超聲技術(shù)的發(fā)展,超聲殺菌越來(lái)越受到人2實(shí)驗部分們的重視。超聲發(fā)生器整體上可分為電功率超聲和機械式超聲23。電功率超聲由于自身的局限性,很2.1實(shí)驗藥品和儀器難用于工業(yè)循環(huán)水的殺菌,而機械超聲因結構簡(jiǎn)氯化鈉,分析純,西隴化工股份有限公司;強氯單、牢固和便于維護維修4。,更有利于工業(yè)化應用。精、異噻唑啉酮,上海國藥集團;營(yíng)養肉湯、營(yíng)養瓊液哨超聲發(fā)生器是機械超聲中常見(jiàn)的一種,筆者研脂,國藥集團化學(xué)試劑有限公司;FA604N精密電究了液哨超聲噴口的結構,對其進(jìn)行優(yōu)化,提高其子天平,天津市天馬儀器廠(chǎng);液哨超聲發(fā)生器,自制發(fā)聲聲強,并在模擬工業(yè)循環(huán)水的條件下考察液哨A(yíng)MA240高壓滅菌鍋,鄭州杜甫儀器廠(chǎng);CS-3水聽(tīng)協(xié)同殺菌劑對循環(huán)水的滅菌效果。器,中科院聲學(xué)研究所;SR8示波器,江蘇揚中電子儀1液哨超聲發(fā)生器器廠(chǎng);水泵,1.85kW,廣東永力泵業(yè)有限公司。2.2液哨噴口優(yōu)化1.1液哨的結構噴口是液哨超聲發(fā)生器的一個(gè)重要組成部分液哨超聲發(fā)生器是利用液體作為動(dòng)力源的聲其結構優(yōu)劣直接影響液哨的發(fā)生聲強,而聲強是決能換能器,又稱(chēng)簧片哨。液哨主要由1個(gè)噴口和1定超聲殺菌效果的關(guān)鍵因素,低頻率時(shí),一般認為聲個(gè)簧片組合而成,按結構主要分為支點(diǎn)式和懸臂強越大其滅菌效果越好,所以對液哨噴口進(jìn)行優(yōu)化式。液哨最早在1948年由R. Pohlman和W.是必需的步驟。Janovsky發(fā)明,所以又稱(chēng)為 Pohlman- Janovsky哨?。主要對噴口的形狀(圓錐形和圓柱形),以及不其原理是液哨在液體中利用液體射流的振動(dòng)來(lái)激同角度的圓錐形噴口進(jìn)行研究,制作的圓錐形噴口發(fā)簧片的振動(dòng)從而得到聲波。筆者開(kāi)發(fā)制作的液哨結構如圖1所示水流水流圖1液哨結構圖2液哨噴口的結構1.2液哨超聲殺菌的原理采用水聽(tīng)器和示波器測量聲強,實(shí)驗流程見(jiàn)圖當超聲作用于液體時(shí)會(huì )產(chǎn)生“超聲空化效應”。3,其中水槽容量為80L,泵流量為5m/h,實(shí)驗使用超聲波空化作用是指液體中的微氣核空化泡在聲波的作用下發(fā)生振動(dòng),當聲壓達到一定值時(shí)發(fā)生生長(cháng)和崩潰的動(dòng)力學(xué)過(guò)程9?？栈煞譃榉€態(tài)空化和瞬態(tài)空化。瞬態(tài)空化過(guò)程中,空化泡崩潰時(shí)會(huì )產(chǎn)生局部高溫、高壓,會(huì )造成細胞的破碎、酶的變性;同時(shí),空化泡崩潰時(shí)還會(huì )在溶液中產(chǎn)生很大的水槽切應力和射流(0-,這足以使細胞壁、細胞膜破碎而穩態(tài)空化過(guò)程中會(huì )在周?chē)后w及細胞產(chǎn)生微聲中國煤化工流,這些微聲流會(huì )引起細胞器轉動(dòng),并在動(dòng)植物液CNMHG賣(mài)機試驗研究工業(yè)水處理2014-12,34(12)的簧片為不銹鋼材料(簧片尺寸為14mm×10mm×這是由于圓柱形噴口存在一個(gè)直角壁面,水流在此0.4mm)。在液哨中分別安裝不同工藝條件的噴口,處會(huì )產(chǎn)生很大的局部阻力,從而減小水流的能量,使通過(guò)調節閥門(mén)確定液哨進(jìn)水口的壓力,根據示波器得其對簧片的沖擊要比圓錐形噴口弱很多。此外,不讀數可以測出各個(gè)噴口在不同壓力下的聲強。同角度的錐形噴口對聲強也有影響,45°噴口產(chǎn)生的2.3殺菌實(shí)驗聲強最大,30噴口次之,60°噴口聲強最小。原因在(1)單獨液哨殺菌實(shí)驗。工業(yè)循環(huán)冷卻水中的于圓錐形噴口的錐度越大,對水流的阻滯作用越明細菌主要以異養菌為主,故實(shí)驗采取平板法測量異顯,出口處的流速就越小,從而影響水流對簧片的沖養菌數量的變化來(lái)評定殺菌效果。將500mL營(yíng)養擊力度:而錐度比較小時(shí),會(huì )減少進(jìn)入噴口的水流流肉湯和2L蒸餾水放入500mL循環(huán)冷卻水(揚子量,對簧片的沖擊力度也會(huì )減弱。后續實(shí)驗選擇45°石化公司,異養菌數為56×104mL)中,在30℃下圓錐形噴口。培養48h得到細菌原液。取一定量的細菌原液倒05「45°噴口入水槽中,選擇使用最佳工藝條件的噴口.打開(kāi)水噴口泵,由于工業(yè)循環(huán)冷卻水管道中的壓力一般在03044-60°噴口0.4MPa,為模擬循環(huán)水的條件,調節閥門(mén)使液哨超03聲發(fā)聲器的進(jìn)口壓力維持在0.3MPa進(jìn)行殺菌。殺菌過(guò)程中每隔10min取樣,共取9次樣品,最后采取平板計數法計算殺菌率(2)液哨協(xié)同殺菌劑殺菌實(shí)驗。殺菌劑采用北京某石化煉化廠(chǎng)大量使用的強氯精和異噻唑啉酮。在采用液哨殺菌的同時(shí)向水槽中加人定量殺菌劑,打開(kāi)水泵進(jìn)行殺菌,殺菌時(shí)間為30min,加入不同量的壓力MPa殺菌劑重復以上步驟。圖5不同角度圓錐形噴口的聲強3結果與討論3.2殺菌實(shí)驗結果與討論3.1不同尺寸噴口對聲強的影響(1)單獨使用液哨殺菌的實(shí)驗結果。水槽中初始將不同尺寸的噴口分別安裝在液哨中,調節進(jìn)異養菌數量為12×00m,在不加入任何藥劑、實(shí)口壓力,讀出示波器振幅,計算噴口在不同壓力下的驗溫度25℃、水壓03MP、簧片頂端距噴日2mm聲強,結果見(jiàn)圖4、圖5。的條件下,單獨使用液哨超聲發(fā)生器進(jìn)行殺菌,殺菌結果如表1所示。園錐形噴口圓柱形噴口表1液哨單獨殺菌實(shí)驗結果滅菌率/%時(shí)間/min滅菌率/%35.7137.30.1由表1可以看出,單獨使用液哨殺菌時(shí),殺菌率在10min后隨著(zhù)殺菌時(shí)間的延長(cháng)而增大,且最終的殺菌率可以達到39%。由此可見(jiàn)液哨超聲對異養菌壓力MPa具有明顯的殺滅作用。圖4不同形狀噴口的聲強(2)液哨協(xié)同殺菌劑的實(shí)驗結果。在25℃由圖4可以看出液哨產(chǎn)生的聲強均隨進(jìn)口壓0.3MPa條件下八W砦和已唑啉酮2種力的增加而變大,且不同形狀的噴口對聲強的影響殺菌劑協(xié)同液中國煤化工0min.結較大。圓錐形噴口產(chǎn)生的聲強明顯大于圓柱形w,如圖6、圖7CNMHG工業(yè)水處理2014-12,34(12)呂石,等:液哨超聲協(xié)同殺菌劑在循環(huán)水殺菌中的應用由表2、表3可見(jiàn),在達到同樣殺菌標準條件下(異養菌數量<1×105mL-),使用液哨超聲可以減少41%~45%的殺菌劑用量。4結論(1)液哨超聲發(fā)生器噴口的最佳形狀為圓錐形最佳圓錐角度為45°。魯單獨使用強氯精一液哨協(xié)同強氯精(2)單獨使用液哨超聲對異養菌有明顯的殺滅作用,在工業(yè)循環(huán)水條件下殺菌率可達39%藥劑添加量(mgL)(3)液哨超聲與殺菌劑有很好的協(xié)同作用,可提高殺菌劑的滅菌效率,在殺菌率相同的情況下,使用圖6液哨協(xié)同強氯精殺菌結果液哨超聲可減少41%-45%的殺菌劑用量,極大地提高了環(huán)境效益和經(jīng)濟效益。參考文獻[]陳儀本,歐陽(yáng)友生,黃小榮.工業(yè)殺菌劑[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2001:132]張陳成,呂效平,韓萍芳.液哨超聲在循環(huán)水殺菌的應用[J].化學(xué)反應工程與工藝,2012(1):70-74單獨使用異噻唑啉酮[3]應崇福.超聲學(xué)[M].北京:科學(xué)出版社,1990:495-506◆液哨協(xié)同異噻唑啉酮4]羅曾義,鄧文海.懸臂式簧片哨工作特性的研究[J].聲學(xué)技術(shù),1996,15(4):166-169藥劑添加量/mgL)5]路斌,關(guān)繼騰,張建國,等.高聲強流體動(dòng)力式聲源的研究現狀與展望[J].石油機械,2002,30(4):45-48圖7液哨協(xié)同異噻唑啉酮殺菌結果[6 Chand R, Bremner D H, Namkung K C, et al. Water disinfectionand a liquid從圖6、圖7可以看出,液哨超聲與殺菌劑有良Biochemical Engineering Journal, 2007, 35(3): 357-364好的協(xié)同作用,在藥劑添加量相同的情況下,加入(7]克洛福德超聲工程[M]杜連耀,譯,2版,北京:科學(xué)出版社液哨超聲可以明顯提高殺菌效果。分析原因,液哨1956:108-111超聲本身有一定的殺菌作用,且簧片在液體中的振8 Bethany A M, .ames N. Disinfection of wastewater using a20-kH動(dòng)可以將一些菌落打散,異養菌更容易死亡;此外ultrasound unit[J]. Water Environment Research, 2002, 74(2): 159超聲在液體中的空化作用會(huì )產(chǎn)生自由基,這些自由[9] Shimizu N, Ogino C, Dadjour M F, et al. Sonocatalytic degradation基對細菌表面有一定破壞作用,從而使得殺菌劑更of methylene blue with TiO, pellets in water[ J]. Ultrasonics Sono容易擴散,提高其殺菌效率?？梢?jiàn)液哨與殺菌劑協(xié)chemistry,2007,14(2):184-190.同作用可大幅提高殺菌率,具有良好的工業(yè)化應用101黃利波水力空化技術(shù)的實(shí)驗研究與應用D]西安:陜西師范大學(xué),2006前景。液哨與殺菌劑協(xié)同作用時(shí)藥劑添加量見(jiàn)表2、m1馮中營(yíng)水力空化的聲學(xué)特性及其應用實(shí)驗研究[D]西安:陜表3。西師范大學(xué),2008表2達標時(shí)強氦氯精添加量對比結果[12 Furuta M, Yamaguchi M, Tsukamoto T, et al. Inactivation of Es殺菌方法達標時(shí)藥劑添殺菌率/trasoradiation[J]. Ultrasonics Sonochemistry強氯精2004,I1(2):57-60液哨+強氯精表3達標時(shí)異噻唑啉酮添加量對比結果[作者簡(jiǎn)介]呂石(1988—),在讀碩士研究生,電話(huà):15903311392E殺菌方法達標時(shí)藥劑添加殺菌殺菌率/中國煤化工:呂效平,Emil量/(mgL)異噻唑啉酮90.79CNMHG30[收稿日期]2014-10-50(修改)液哨+異噻唑啉酮