中國(guó)給水排水2003Vol.19CHINA WATER WaStewaterNo 4紫外線消毒動(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(dāng)原水濁度<3NTU色度<5倍、總大腸菌群數(shù)為10-10外個(gè)/100mL時(shí)經(jīng)試驗(yàn)確定紫外線消毒反應(yīng)為一級(jí)反應(yīng)其反應(yīng)速率常數(shù)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;消毒;動(dòng)力學(xué)中圖分類號(hào):TU991.25文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:C文章編號(hào):1000-460x(2003)4-0045-03試驗(yàn)材料和方法應(yīng)級(jí)數(shù)n=1)在實(shí)際的工程應(yīng)用中可認(rèn)為該反應(yīng)試驗(yàn)菌種采用大腸杄菌ATCC25922菌株為紫遵循一級(jí)動(dòng)力學(xué)模型外線消毒的指示菌購(gòu)自四川大學(xué)華西分校區(qū)。(3)原水采用實(shí)驗(yàn)室人工配水其溫度為10-31.2兩邊取對(duì)數(shù)得℃濁度<3NTU,色度<5倍,總大腸菌群數(shù)為kt+ Inc(4)(10°~105)個(gè)/100m試驗(yàn)時(shí)將人工配水引入自制的紫外線消毒反應(yīng)復(fù)相關(guān)系數(shù):R2=0.9969F檢驗(yàn)值:4317.62器中殺菌燈(WZW20W無(wú)臭氧型)置于反應(yīng)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(xiàng)目總大腸菌群數(shù)為多管發(fā)酵法濁度為分光光度法色度為稀釋倍數(shù)法。2結(jié)果和討論2.1試驗(yàn)結(jié)果圖1溫度為25.5~31.2℃時(shí)的回歸分析結(jié)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(yàn)復(fù)相關(guān)系數(shù):R2=0.9978檢驗(yàn)值:6222.83確定速率方程的關(guān)鍵是確定反應(yīng)級(jí)數(shù)紫外線消毒的反應(yīng)速率方程可表示為ra=-(dCA/dt )=kCa(1)兩邊取對(duì)數(shù)得lg-( d Caldt )]=lgk nIgC(2)該直線的斜率即為反應(yīng)級(jí)數(shù)n根據(jù)式2對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行回歸具體分析見(jiàn)圖inn~17n℃時(shí)的回歸分析結(jié)果中國(guó)煤化工行回歸所得結(jié)果如表從回歸結(jié)果可以看出兩條回歸直線的斜率差1所CNMHG別不大且非常接近1。由此可以認(rèn)為在溫度為10從表1可知水的紫外線消毒反應(yīng)可視為一級(jí)31℃時(shí)水的紫外線消毒總是近似于一級(jí)反應(yīng)反反應(yīng)。當(dāng)原水的濁度和色度都較小時(shí)此反應(yīng)的平2003Vol.19中國(guó)給水排水No 4均速率常數(shù)k為4253min,且k值受溫度的影溫度的影響較小,多數(shù)光化學(xué)反應(yīng)的溫度系數(shù)接近響較小。該反應(yīng)的半衰期于1,因此溫度的升高對(duì)反應(yīng)速度的影響不大。而t::=ln2/k=0.1630min≈9.78s復(fù)活反應(yīng)受復(fù)活酶的控制,因而受溫度的影響較大該反應(yīng)的速率方程為試驗(yàn)時(shí),當(dāng)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紫外線消毒動(dòng)力學(xué)方程的溫度下,酶的活性也較高,復(fù)活的微生物細(xì)胞較反應(yīng)溫度曲線國(guó)歸方程相關(guān)系下檢著反應(yīng)速率常多,而隨著照射時(shí)間的增加,已形成紫外線對(duì)微生物(℃)的永久輻射損傷而不會(huì)再發(fā)生復(fù)活反應(yīng)。同樣,溫25.5-hC=-4.13331.2+1.141.809621.4.133度的變化影響了紫外線燈管的有效輻射量輸出,也就影響到紫外線照射劑量的高低,燈管表面溫度越775149.674.37接近40℃,其紫外線有效輻射量越高,紫外線照射注:**表示該回歸方程高度顯著,*表示平均反應(yīng)劑量也越高,反應(yīng)速度也越快。這也可以解釋為什速率常數(shù)(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(yàn)結(jié)果與理論計(jì)從已求得的反應(yīng)速率常數(shù)k值的結(jié)果來(lái)看,光算結(jié)果進(jìn)行比較(見(jiàn)表2)化學(xué)反應(yīng)占主導(dǎo)地位,其余各步反應(yīng)對(duì)殺菌效果也表2試驗(yàn)結(jié)果與理論值的比較有一定影響。因此總的反應(yīng)物系的溫度對(duì)反應(yīng)速率水層照射照射初始菌理論計(jì)常數(shù)k值的影響不大,最終可以確定該反應(yīng)屬于厚度時(shí)間功剌體濃度算結(jié)果級(jí)反應(yīng)(cm)min)(w)(個(gè)/00mL)(個(gè)/100mn)(個(gè)/100ml國(guó)外的相關(guān)研究表明,紫外線殺菌符合一級(jí)43:2303.5×10反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型6201.8×103式中N—經(jīng)紫外線照射后菌體濃度,個(gè)/1001.1×10°888201.3×100040Vn—初始的菌體濃度,個(gè)/100m速率常數(shù),cm/(Ww·s)紫外線燈的照射強(qiáng)度,w/cm2從表2可以看出,理論計(jì)算所得結(jié)果與實(shí)際結(jié)照射時(shí)間,s果較接近釆用式(4)計(jì)算所求的速率常數(shù)為4.2532.2分析與討論紫外線殺菌的實(shí)質(zhì)是光化學(xué)反應(yīng)。核酸吸收了in,即為式(6)中k、I二者的乘積。試驗(yàn)條件下紫外線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(qiáng)度為454.5-6060Wcm2計(jì)按式(6)換算,k=0.12~0.16cm/(mW·s),該結(jié)果能,從而引起微生物死亡,達(dá)到消毒的目的。紫外與美國(guó)EPA設(shè)計(jì)手冊(cè)中的k=0.06-0.38cm線殺菌還涉及到微生物的可見(jiàn)光復(fù)活或暗復(fù)活反(mW·s)的推薦值基本吻合?？紤]到紫外線殺菌應(yīng)。這一過(guò)程屬于生物化學(xué)反應(yīng),在復(fù)活酶的作用機(jī)理的復(fù)雜性,采用經(jīng)驗(yàn)速率方程模型能綜合反應(yīng)下光化學(xué)產(chǎn)物解聚,核酸恢復(fù)正常功能。此外,紫外進(jìn)程,不考慮中間反應(yīng),可避免諸多因素的干擾能殺菌燈的有效紫外線輻射量隨溫度變化而變化,當(dāng)更好地表達(dá)出反應(yīng)的最終結(jié)果,應(yīng)用也更簡(jiǎn)便。燈管表面溫度為40℃時(shí)紫外線的有效輻射量為結(jié)論100%。紫外線有效輻射量的多少,決定了照射劑在溫度為10~31℃時(shí)水的紫外線消毒總是近量的高低,并將最終影響到光化學(xué)反應(yīng)和復(fù)活反應(yīng)似于一級(jí)反應(yīng)。對(duì)于濁度<3NTU、色度<5倍、總進(jìn)行的速度10~103)個(gè)/100mL的原水,紫外從紫外線殺菌機(jī)理來(lái)看,光化學(xué)反應(yīng)的速度受線中國(guó)煤化工,253mim,半衰期CNMHG462003Vol.19中國(guó)給水排水No 4約為9.78s,其反應(yīng)速率幾乎不受溫度的影響。performance and design[J]. Water Environ Res, 1996.68參考文獻(xiàn)[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,高純水與紫外線技術(shù)[J].給水排水,1998,24(12):40-43電話:(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(zhǎng)管井使用年限的若干措施1嚴(yán)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(shè)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(duì)管井內(nèi)正常的補(bǔ)給。填礫首先要保證填礫的質(zhì)量,礫石應(yīng)按設(shè)計(jì)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(yán)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(dāng)遇到有腐蝕性較強(qiáng)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(jù)抽水試驗(yàn)情況而定的,試驗(yàn)方法主要有:a.在出水管上安裝電子流量計(jì);b.三角堰測(cè)量法。在深井泵型號(hào)的選擇上,應(yīng)使設(shè)計(jì)揚(yáng)程、流量與所選泵型工況點(diǎn)的流量、揚(yáng)程相冋或最接近。3注意維護(hù)、保養(yǎng)①避免長(zhǎng)期停用供水淡季可采取輪休制,毎臺(tái)深井泵運(yùn)行一個(gè)月后停泵,轉(zhuǎn)換其他的深井泵運(yùn)行,通過(guò)這種方法可以有效延長(zhǎng)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(xiàn)問(wèn)題及時(shí)處理。b.嚴(yán)格執(zhí)行操作規(guī)程和檢修制度,深井泵運(yùn)行前必須灌泵,先讓軸承套充水潤(rùn)滑后再啟動(dòng),以免損壞軸承或燒壞電機(jī);經(jīng)常檢查井內(nèi)動(dòng)水位;定時(shí)記錄電流、電壓、出水壓力、出水量、電機(jī)溫度等③定期沖洗和清理在實(shí)際運(yùn)行中常出現(xiàn)以下幾種情況∷a.由于過(guò)濾器進(jìn)水孔尺寸選擇不當(dāng)、過(guò)濾器纏絲或?yàn)V網(wǎng)腐蝕破裂等原因,使砂粒大量涌入井內(nèi),造成堵塞;b.過(guò)濾器表面以及其周?chē)畬颖患?xì)小泥沙顆粒堵塞;c.井內(nèi)沉沙過(guò)多,使深井泵上沙量過(guò)大,電流過(guò)高等。對(duì)于第一種情況,可在井內(nèi)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(duì)于后兩種情況,可采用以下方法活塞清洗。用活塞在井內(nèi)上下移動(dòng),使井內(nèi)壓力突然增加或減少,引起水流速度反復(fù)改變,這樣就能將過(guò)濾器表面以及含水層中的細(xì)小砂粒沖洗出來(lái)。b.干冰法。向井內(nèi)投入適量干冰,促使井水強(qiáng)力向外噴射,從而引起地下水急速涌向井內(nèi),使過(guò)濾器和周?chē)?guó)含水層得到?jīng)_洗,井內(nèi)沉沙則隨井水噴出井外。實(shí)踐證明法洗井效果較好。中國(guó)煤化工愛(ài)東供稿)CNMHG