紫外线消毒动力学研究

中国给水排水2003Vol.19CHINA WATER WaStewaterNo 4紫外线消毒动力学研究陈尧,王向东,谢嘉,王勇,兰岚〔四川大学建筑与环境学院,四川成都610065)摘要:当原水浊度<3NTU色度<5倍、总大肠菌群数为10-10外个/100mL时经试验确定紫外线消毒反应为一级反应其反应速率常数k值为4.253min受温度的影响较小半衰期为9.78s0关键词:紫外线;消毒;动力学中图分类号:TU991.25文献标识码:C文章编号:1000-460x(2003)4-0045-03试验材料和方法应级数n=1)在实际的工程应用中可认为该反应试验菌种采用大肠杄菌ATCC25922菌株为紫遵循一级动力学模型外线消毒的指示菌购自四川大学华西分校区。(3)原水采用实验室人工配水其温度为10-31.2两边取对数得℃浊度<3NTU,色度<5倍,总大肠菌群数为kt+ Inc(4)(10°~105)个/100m试验时将人工配水引入自制的紫外线消毒反应复相关系数:R2=0.9969F检验值:4317.62器中杀菌灯(WZW20W无臭氧型)置于反应器上方固定水层厚度和照射功率于不同照射时间取样分析分析项目总大肠菌群数为多管发酵法浊度为分光光度法色度为稀释倍数法。2结果和讨论2.1试验结果图1温度为25.5~31.2℃时的回归分析结果在温度为10.0~31.2℃、水层厚度为8cm、照射功率为20W的条件下进行试验复相关系数:R2=0.9978检验值:6222.83确定速率方程的关键是确定反应级数紫外线消毒的反应速率方程可表示为ra=-(dCA/dt )=kCa(1)两边取对数得lg-( d Caldt )]=lgk nIgC(2)该直线的斜率即为反应级数n根据式2对试验结果进行回归具体分析见图inn~17n℃时的回归分析结果中国煤化工行回归所得结果如表从回归结果可以看出两条回归直线的斜率差1所CNMHG别不大且非常接近1。由此可以认为在温度为10从表1可知水的紫外线消毒反应可视为一级31℃时水的紫外线消毒总是近似于一级反应反反应。当原水的浊度和色度都较小时此反应的平2003Vol.19中国给水排水No 4均速率常数k为4253min,且k值受温度的影温度的影响较小,多数光化学反应的温度系数接近响较小。该反应的半衰期于1,因此温度的升高对反应速度的影响不大。而t::=ln2/k=0.1630min≈9.78s复活反应受复活酶的控制,因而受温度的影响较大该反应的速率方程为试验时,当照射时间为0.5mn时,低温下的剩余菌(5)体浓度低于高温下的剩余菌体浓度。这表明在较高表1紫外线消毒动力学方程的温度下,酶的活性也较高,复活的微生物细胞较反应温度曲线国归方程相关系下检著反应速率常多,而随着照射时间的增加,已形成紫外线对微生物(℃)的永久辐射损伤而不会再发生复活反应。同样,温25.5-hC=-4.13331.2+1.141.809621.4.133度的变化影响了紫外线灯管的有效辐射量输出,也就影响到紫外线照射剂量的高低,灯管表面温度越775149.674.37接近40℃,其紫外线有效辐射量越高,紫外线照射注:**表示该回归方程高度显著,*表示平均反应剂量也越高,反应速度也越快。这也可以解释为什速率常数(min)么低温下的k值反而略高于高温下的k值。在照射功率不变的条件下将试验结果与理论计从已求得的反应速率常数k值的结果来看,光算结果进行比较(见表2)化学反应占主导地位,其余各步反应对杀菌效果也表2试验结果与理论值的比较有一定影响。因此总的反应物系的温度对反应速率水层照射照射初始菌理论计常数k值的影响不大,最终可以确定该反应属于厚度时间功剌体浓度算结果级反应(cm)min)(w)(个/00mL)(个/100mn)(个/100ml国外的相关研究表明,紫外线杀菌符合一级43:2303.5×10反应动力学模型6201.8×103式中N—经紫外线照射后菌体浓度,个/1001.1×10°888201.3×100040Vn—初始的菌体浓度,个/100m速率常数,cm/(Ww·s)紫外线灯的照射强度,w/cm2从表2可以看出,理论计算所得结果与实际结照射时间,s果较接近釆用式(4)计算所求的速率常数为4.2532.2分析与讨论紫外线杀菌的实质是光化学反应。核酸吸收了in,即为式(6)中k、I二者的乘积。试验条件下紫外线能量在光致二聚作用下化学键和链断裂股以紫外灯的照射强度为454.5-6060Wcm2计按式(6)换算,k=0.12~0.16cm/(mW·s),该结果能,从而引起微生物死亡,达到消毒的目的。紫外与美国EPA设计手册中的k=0.06-0.38cm线杀菌还涉及到微生物的可见光复活或暗复活反(mW·s)的推荐值基本吻合。考虑到紫外线杀菌应。这一过程属于生物化学反应,在复活酶的作用机理的复杂性,采用经验速率方程模型能综合反应下光化学产物解聚,核酸恢复正常功能。此外,紫外进程,不考虑中间反应,可避免诸多因素的干扰能杀菌灯的有效紫外线辐射量随温度变化而变化,当更好地表达出反应的最终结果,应用也更简便。灯管表面温度为40℃时紫外线的有效辐射量为结论100%。紫外线有效辐射量的多少,决定了照射剂在温度为10~31℃时水的紫外线消毒总是近量的高低,并将最终影响到光化学反应和复活反应似于一级反应。对于浊度<3NTU、色度<5倍、总进行的速度10~103)个/100mL的原水,紫外从紫外线杀菌机理来看,光化学反应的速度受线中国煤化工,253mim,半衰期CNMHG462003Vol.19中国给水排水No 4约为9.78s,其反应速率几乎不受温度的影响。performance and design[J]. Water Environ Res, 1996.68参考文献[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,高纯水与紫外线技术[J].给水排水,1998,24(12):40-43电话:(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技术交流延长管井使用年限的若干措施1严把施工质量E①井管的安装安装时井管必须垂直于地平面,如果井管偏斜将影响抽水设备的正常工作。②填砾填砾的作用是固定井管、隔离不良含水层、保证含水层水量对管井内正常的补給。填砾首先要保证填砾的质量,砾石应按设计要求的粒径进行筛选(以圆形、椭圆形为主)。填砾的粒度在施工时必须严格控制,般按含水层颗粒d如~dn的8~10倍确定,且在封闭井口时需要用粘土夯实③过滤器的质量当遇到有腐蚀性较强的地下水时可以采用以不锈钢丝、铜丝、尼龙丝等缠丝的过滤器2合理选泵深井泵的选型是根据抽水试验情况而定的,试验方法主要有:a.在出水管上安装电子流量计;b.三角堰测量法。在深井泵型号的选择上,应使设计扬程、流量与所选泵型工况点的流量、扬程相冋或最接近。3注意维护、保养①避免长期停用供水淡季可采取轮休制,毎台深井泵运行一个月后停泵,转换其他的深井泵运行,通过这种方法可以有效延长管井的使用寿命。②建立使用卡制度a.建立使用卡记录井的出水量、水位、水温、水质等变化情况以便及时发现问题及时处理。b.严格执行操作规程和检修制度,深井泵运行前必须灌泵,先让轴承套充水润滑后再启动,以免损坏軸承或烧坏电机;经常检查井内动水位;定时记录电流、电压、出水压力、出水量、电机溫度等③定期冲洗和清理在实际运行中常出現以下几种情况∷a.由于过滤器进水孔尺寸选择不当、过滤器缠丝或滤网腐蚀破裂等原因,使砂粒大量涌入井内,造成堵塞;b.过滤器表面以及其周围含水层被细小泥沙颗粒堵塞;c.井内沉沙过多,使深井泵上沙量过大,电流过高等。对于第一种情况,可在井内安装小口径过滤器,在新旧过滤器之间填充砾石进行封闭;对于后两种情况,可采用以下方法活塞清洗。用活塞在井内上下移动,使井内压力突然增加或减少,引起水流速度反复改变,这样就能将过滤器表面以及含水层中的细小砂粒冲洗出来。b.干冰法。向井内投入适量干冰,促使井水强力向外喷射,从而引起地下水急速涌向井内,使过滤器和周国含水层得到冲洗,井内沉沙则随井水喷出井外。实践证明法洗井效果较好。中国煤化工爱东供稿)CNMHG