循环水紫外杀菌效果评价及影响因素研究

Posted 2023-01-14 系统

篇首语：若我是万千繁星其中一个，你便是我的星轨，使我昼夜不知停。本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了循环水紫外杀菌效果评价及影响因素研究相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

　　20 世纪 70 年代，紫外杀菌技术开始逐步应用于污水和工业杀菌领域 ; 至 90 年代，由于关键技术特别是紫外低压高能灯系统、中压灯系统和高压高强灯等的突破，使得原本利用紫外杀菌系统很难达到杀菌效果的水体，现在可用高性价比的紫外杀菌系统进行杀菌处理，且因其具有环保洁净特性，因而在欧美国家得到广泛应用〔1〕。目前西方国家已有约 25%的污水处理厂采用紫外杀菌技术。紫外杀菌技术在工业中的应用已进入逐渐成熟时期，但在循环水中的应用报道极少。

　　针对北京地下水为水源、浓缩倍数为 4 的循环水水质条件，笔者选用 300 W 紫外低压高强灯，研究了紫外杀菌系统对循环水的杀菌效果并确定了其在循环水中的使用条件。

　　1 实验部分

　　1.1 紫外杀菌实验流程

　　在水箱中加入实验用水，开启水泵，调节流量计，使经过紫外灯的流量为总循环量的 50%。

　　1.2 动态模拟试验

　　参照 HG/T 2160—1991 《冷却水动态模拟试验方法》，向循环水中加入缓蚀阻垢剂，按照图 1 流程进行试验，循环水经水泵分流 60% 进入紫外杀菌系统。

　　1.3 实验用水

　　实验用水取自燕山石化工业用水，pH=7.9，钙硬度 268 mg/L，碱度 238 mg/L，总铁 0.10 mg/L，浊度 2.3 mg/L。

　　1.4 分析与检测

　　异养菌、铁细菌、硫酸盐还原菌采用 GB/T 14643— 1993 方法测定，水质采用文献〔2〕方法测定。

　　JTW-1 型紫外低压高强灯，300 W，波长 254 nm，北京金泰天成科技有限责任公司。

　　HG/T 20609—2000 要求循环水中的微生物控制在：异养菌 ≤ 1×105 mL-1，铁细菌 ≤ 100 mL-1，硫酸盐还原菌 ≤ 50 mL-1。

　　2 结果与讨论

　　2.1 紫外系统的杀菌效果

　　循环水中主要含有异养菌、铁细菌和硫酸盐还原菌，笔者分别考察了紫外照射对这 3 种菌的杀菌效果，结果见表 1 、表 2。

　　从表 1 可见，异养菌起始菌数为 1.1×105 mL-1，运行 1 h 后紫外系统出口处的异养菌下降 2 个数量级 ; 水箱中的异养菌数为 1.8×104～3.9×104 mL-1，达到了异养菌数≤1×105 mL-1 的要求。

　　由表 2 可见，运行 24 h 后，紫外系统出口处的铁细菌下降 3 个数量级，水箱水的铁细菌下降 2 个数量级，达到 HG/T 20609—2000 中循环水铁细菌< 100 mL-1 的要求。从紫外系统对硫酸盐还原菌的杀菌效果看，运行 5 h 时紫外出口处的硫酸盐还原菌仅为 5 mL-1，可达到硫酸盐还原菌控制在 50 mL-1 的要求。可见，紫外系统对循环水中 3 种细菌具有较好的杀菌效果。

　　2.2 紫外照射时间对杀菌效果的影响

　　考察了紫外照射时间对杀菌效果的影响，为工业设计提供依据。配制了异养菌数不同的 3 种水样进行杀菌试验，结果如表 3 所示。

　　从表 3 数据可见，紫外照射时间为 2 s 时，异养菌即由起始的 1.0×105～8.5×105 mL-1 降到 4.3×103～1.3×104 mL-1，杀菌时间为 2～8 s 时的杀菌效果相差不大，2 s 即可达到对循环水的杀菌效果。c 紫外剂量是影响紫外杀菌效率的关键因素。由于紫外剂量 = 紫外强度 × 杀菌停留时间 × 紫外透光率，因此选择紫外透光率为 82%和 90%的水样，通过测定紫外出口不同停留时间的异养菌数，考察紫外剂量对杀菌效果的影响，结果如图 2 所示。

图 2 紫外剂量对杀菌效果的影响

　　图 2 表明：紫外透光率为 82%、90%时，随着紫外剂量的增加，对异养菌的杀菌效果增强，当紫外剂量达到 0.04 J/cm2 时，紫外系统出口处的异养菌数在 1×102～1×103 mL-1 之间。

　　2.4 水质对紫外杀菌效果的影响

　　配制了不同 Fe3+含量的水样，通过分析水箱水的细菌数，确定适合循环水的紫外杀菌水质条件。

　　由图 3 可见，随着 Fe3+的增加，紫外系统对异养菌的杀菌效果降低。当 Fe3+>0.51 mg/L 后，紫外光照射后异养菌无明显下降。分析原因可能是循环水中的 Fe3+对紫外光有较大的摩尔吸光系数，对紫外光呈强吸收，降低了水中的紫外光强度，从而影响杀菌效果。因此，需严格控制循环水中的 Fe3+浓度。

图 3 不同水质条件下的杀菌效果

　　浊度对紫外杀菌效果的影响如图 4 所示。

图 4 浊度对杀菌效果的影响

　　从图 4 可见，24 h 内，控制浊度在 10 mg/L 时，异养菌数逐步降低，当浊度增至 15 mg/L 时，异养菌数先降后升 ; 运行 24 h 时异养菌数接近 HG/T 20609 —2000 规定的上限。浊度对紫外线灭杀微生物的影响主要表现在两个方面： (1 ) 浊度会影响紫外线的穿透能力，进而减少到达微生物表面的紫外剂量;(2) 浊度物质可能与微生物结合，起到屏蔽作用，使灭活率偏低。因此，当水中的总铁 <0.5 mg/L、浊度 <10 mg/L 时，紫外杀菌效果能够满足循环水杀菌的要求。

　　2.5 紫外杀菌后异养菌的生长情况

　　循环水经紫外杀菌后在系统中仍有一定的停留时间，采用水箱水全部进入紫外杀菌系统再流入水箱的循环运行方式，考察紫外杀菌后异养菌的生长情况。循环水经紫外照射后，取水箱水分析其异养菌5 数，并与无紫外系统进行对比，结果如图 5 所示。

图 5 停止紫外照射后的异养菌数

　　由图 5可见，停止紫外照射后，异养菌数的生长规律与无紫外光照射系统的相近。说明紫外杀菌无持续性，停止紫外杀菌后循环水在系统的停留时间控制在 2 h 内为宜。

　　2.6 动态模拟试验的紫外杀菌效果评价

　　循环水的动态模拟试验采用 2 套系统。第 1 套考察紫外灯出口处的杀菌效果，第 2 套则考察对异养菌的持续杀菌效果。试验中紫外剂量 >0.04 J/cm2，紫外照射时间为 4 s。

　　第 1 套系统在循环水浓缩倍数达到 4 后，启动紫外杀菌系统，测定紫外系统出口处的异养菌数，如表 4 所示。

　　由表 4 可以看出，紫外系统出口的异养菌数保持在 2×102～1.3×103 mL-1，杀菌效果较好。

　　第 2 套系统在动态试验启动的第 2 天启动紫外杀菌，水中异养菌数随时间的变化情况见表 5。

　　由表 5 可见，启动紫外杀菌系统时，循环水中的异养菌数<1×105 mL-1，此后一直保持在 1.6×104～1.0×105 mL-1 之间，表明紫外处理可稳定控制循环水中的异养菌数。。

　　3 结论

　　(1)紫外光照射对循环水中的 3 种细菌有较好的杀菌效果。当紫外照射时间为 2 s，紫外剂量为 0.04 J/cm2，循环水中总铁<0.5 mg/L，浊度<10 mg/L，经过紫外系统的循环水占总流量的 50%时，水中的异养菌数能够满足 HG/T 20609—2000 的要求。

　　(2)动态模拟试验结果表明： 60%的循环水经紫外处理后，异养菌数<1×105 mL-1。