循環(huán)水紫外殺菌效果評價及影響因素研究

　　20 世紀 70 年代，紫外殺菌技術(shù)開始逐步應用于污水和工業(yè)殺菌領(lǐng)域 ; 至 90 年代 ，由于關(guān)鍵技術(shù)特別是紫外低壓高能燈 系統(tǒng) 、 中壓燈系統(tǒng)和高壓高強燈等的突破，使得原本利用紫外殺菌系統(tǒng)很難達到殺菌效果的水體，現(xiàn)在可用高性價比的紫外殺菌系統(tǒng)進行殺菌處理，且因其具有環(huán)保潔凈特性，因而在歐美國家得到廣泛應用 〔1〕 。 目前西方國家已有約 25%的污水處理廠采用紫外殺菌技術(shù)。 紫外殺菌技術(shù)在工業(yè)中的應用已進入逐漸成熟時期 ，但在循環(huán)水中的應用報道極少 。

　　針對北京地下水為水源 、 濃縮倍數(shù)為 4 的循環(huán)水水質(zhì)條件，筆者選用 300 W 紫外低壓高強燈 ，研究了紫外殺菌系統(tǒng)對循環(huán)水的殺菌效果并確定了其在循環(huán)水中的使用條件。

　　1 實驗部分

　　1.1 紫外殺菌實驗流程

　　在水箱中加入實驗用水 ，開啟水泵 ，調(diào)節(jié)流量計，使經(jīng)過紫外燈的流量為總循環(huán)量的 50%。

圖 1 紫外殺菌實驗流程

　　1.2 動態(tài)模擬試驗

　　參照 HG/T 2160—1991 《 冷卻水動態(tài)模擬試驗方 法 》，向循環(huán)水中加入緩蝕阻垢劑，按照圖 1 流程進行試驗 ，循環(huán)水經(jīng)水泵分流 60% 進入紫外殺菌系統(tǒng) 。

　　1.3 實驗用水

　　實驗用水取自燕山石化工業(yè)用水 ，pH=7.9，鈣硬度 268 mg/L，堿度 238 mg/L，總鐵 0.10 mg/L，濁度 2.3 mg/L。

　　1.4 分析與檢測

　　異養(yǎng)菌 、鐵細菌 、硫酸鹽還原菌采用 GB/T 14643— 1993 方法測定 ，水質(zhì)采用文獻〔2〕 方法測定 。

　　JTW-1 型紫外低壓高強燈，300 W，波長 254 nm，北京金泰天成科技有限責任公司 。

　　HG/T 20609—2000 要求循環(huán)水中的微生物控制在：異養(yǎng)菌 ≤ 1×105 mL-1，鐵細菌 ≤ 100 mL-1，硫酸鹽還原菌 ≤ 50 mL-1。

　　2 結(jié)果與討論

　　2.1 紫外系統(tǒng)的殺菌效果

　　循環(huán)水中主要含有異養(yǎng)菌 、 鐵細菌和硫酸鹽還原菌 ，筆者分別考察了紫 外照射對這 3 種菌的殺菌效果，結(jié)果見表 1 、 表 2。

 　　從表 1 可見，異養(yǎng)菌起始菌數(shù)為 1.1×105 mL-1，運行 1 h 后紫外系統(tǒng)出口處的異養(yǎng)菌下降 2 個數(shù)量級 ; 水箱中的異養(yǎng)菌數(shù)為 1.8×104~3.9×104 mL-1，達到了異養(yǎng)菌數(shù)≤1×105 mL-1 的要求。

 　　由表 2 可見 ，運行 24 h 后 ，紫外系統(tǒng)出口處的鐵細菌下降 3 個數(shù)量級 ，水箱水的鐵細菌下降 2 個數(shù)量級 ，達到 HG/T 20609—2000 中循環(huán)水鐵細菌< 100 mL-1 的要求。 從紫外系統(tǒng)對硫酸鹽還原 菌的殺菌效果看，運行 5 h 時紫外出口處的硫酸鹽還原菌僅為 5 mL-1，可達到硫酸鹽還原菌控制在 50 mL-1 的要求 。 可見 ，紫外系統(tǒng)對循環(huán)水中 3 種細菌具有較好的殺菌效果。

　　2.2 紫外照射時間對殺菌效果的影響

　　考察了紫外照射時間對殺菌效果的影響 ，為工業(yè)設計提供依據(jù)。 配制了異養(yǎng)菌數(shù)不同的 3 種水樣進行殺菌試驗，結(jié)果如表 3 所示。

　　從表 3 數(shù)據(jù)可見 ，紫外照射時間為 2 s 時 ，異養(yǎng)菌即由起始的 1.0×105~8.5×105 mL-1 降到 4.3×103~1.3×104 mL-1，殺菌時間為 2~8 s 時的殺菌效果相差不大，2 s 即可達到對循環(huán)水的殺菌效果 。c 紫外劑量是影響紫外殺菌效率的關(guān)鍵因素。 由于 紫 外 劑 量 = 紫 外 強 度 × 殺 菌 停 留 時 間 × 紫 外 透 光率，因此選擇紫外透光率為 82%和 90%的水樣 ，通過測定紫外出口不同停留時間的異養(yǎng)菌數(shù)，考察紫外劑量對殺菌效果的影響 ，結(jié)果如圖 2 所示。

 圖 2 紫外劑量對殺菌效果的影響

　　圖 2 表明：紫外透光率為 82%、90%時 ，隨著紫外劑量的增加，對異養(yǎng)菌的殺菌效果增強，當紫外劑量達到 0.04 J/cm2 時 ，紫外系統(tǒng)出口處的異養(yǎng)菌數(shù)在 1×102~1×103 mL-1 之間 。

　　2.4 水質(zhì)對紫外殺菌效果的影響

　　配制了不同 Fe3+含量的水樣，通過分析水箱水的細菌數(shù)，確定適合循環(huán)水的紫外殺菌水質(zhì)條件。

　　由圖 3 可見，隨著 Fe3+的增加 ，紫外系統(tǒng)對異養(yǎng)菌的殺菌效果降低。當 Fe3+>0.51 mg/L 后 ，紫外光照射后異養(yǎng)菌無明顯下降。 分析原因可能是循環(huán)水中的 Fe3+對紫外光有較大的摩爾吸光系數(shù) ，對紫外光呈強吸收，降低了水中的紫外光強度 ，從而影響殺菌效果。 因此，需嚴格控制循環(huán)水中的 Fe3+濃度。

 圖 3 不同水質(zhì)條件下的殺菌效果

　　濁度對紫外殺菌效果的影響如圖 4 所示 。

 圖 4 濁度對殺菌效果的影響

　　從圖 4 可見 ，24 h 內(nèi) ，控制濁度在 10 mg/L 時 ，異養(yǎng)菌數(shù)逐步降低，當濁度增至 15 mg/L 時，異養(yǎng)菌 數(shù)先降后升 ; 運行 24 h 時異養(yǎng)菌數(shù)接近 HG/T 20609 —2000 規(guī)定的上限 。濁度對紫外線滅殺微生物的影響主要表現(xiàn)在兩個方面 ： (1 ) 濁度會影響紫外線的穿透能力 ，進而減少到達微生物表面的紫外劑量;(2) 濁度物質(zhì)可能與微生物結(jié)合，起到屏蔽作用，使滅活率偏低 。因此 ，當水中的總鐵 <0.5 mg/L、 濁度 <10 mg/L 時 ，紫外殺菌效果能夠滿足循環(huán)水殺菌的要求。

　　2.5 紫外殺菌后異養(yǎng)菌的生長情況

　　循環(huán)水經(jīng)紫外殺菌后在系統(tǒng)中仍有一定的停留時間 ，采用水箱水全部進入紫外殺菌系統(tǒng)再流入水箱的循環(huán)運行方式，考察紫外殺菌后異養(yǎng)菌的 生長情況。 循環(huán)水經(jīng)紫外照射后 ，取水箱水分析其異養(yǎng)菌5 數(shù)，并與無紫外系統(tǒng)進行對比 ，結(jié)果如圖 5 所示。

 圖 5 停止紫外照射后的異養(yǎng)菌數(shù)

　　由圖 5可見，停止紫外照射后，異養(yǎng)菌數(shù)的生長規(guī)律與無紫外光照射系統(tǒng)的相近。 說明紫外殺菌無持續(xù)性，停止紫外殺菌后循環(huán)水在系統(tǒng)的停留 時間控制在 2 h 內(nèi)為宜。

　　2.6 動態(tài)模擬試驗的紫外殺菌效果評價

　　循環(huán)水的動態(tài)模擬試驗采用 2 套系統(tǒng)。 第 1 套考察紫外燈出口處的殺菌效果，第 2 套則考察對異養(yǎng)菌的持續(xù)殺菌效果 。 試驗中紫外劑量 >0.04 J/cm2，紫外照射時間為 4 s。

　　第 1 套系統(tǒng)在循環(huán)水濃縮倍數(shù)達到 4 后 ，啟動紫外殺菌系統(tǒng)，測定紫外系統(tǒng)出口處的異養(yǎng)菌數(shù)，如 表 4 所示。

　　由表 4 可以看出 ，紫外系統(tǒng)出口的異養(yǎng)菌數(shù)保持在 2×102~1.3×103 mL-1，殺菌效果較好。

　　第 2 套系統(tǒng)在動態(tài)試驗啟動的第 2 天啟動紫外殺菌，水中異養(yǎng)菌數(shù)隨時間的變化情況見表 5。

　　由表 5 可見，啟動紫外殺菌系統(tǒng)時 ，循環(huán)水中的異養(yǎng)菌數(shù)<1×105 mL-1，此后一直保持在 1.6×104~1.0×105 mL-1 之間 ，表明紫外處理可穩(wěn)定控制循環(huán)水中的異養(yǎng)菌數(shù)。具體參見http://www.yiban123.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。

　　3 結(jié)論

　　(1)紫外光照射對循環(huán)水中的 3 種細菌有較好的殺菌效果 。 當紫外照射時 間為 2 s，紫外劑量為 0.04 J/cm2，循環(huán)水中總鐵<0.5 mg/L，濁度<10 mg/L，經(jīng)過紫外系統(tǒng)的循環(huán)水占總流量的 50%時 ，水中的異養(yǎng)菌數(shù)能夠滿足 HG/T 20609—2000 的要求。

　　(2)動態(tài)模擬試驗結(jié)果表明 ： 60%的循環(huán)水經(jīng)紫外處理后 ，異養(yǎng)菌數(shù)<1×105 mL-1。