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紫外线消毒效果跟哪些有关

研究人员以使用紫外线消毒器作为主要消毒设备的污水厂为研究对象进行研究,消毒效果以大肠杆菌的含量来评定。得出了紫外线对污水消毒效果的影响因素主要有紫外线透过率(污水的浊度、色度、化学泡沫等)、微生物光复活情况、紫外线剂量、水力条件、微生物负荷等。

1.污水的浊度

污水中的 SS 可吸收和散射紫外线而降低其强度,减少到达微生物表面的紫外线剂量。同时颗粒物对细菌产生遮挡和包裹作用,也会降低紫外线照射到细菌的几率,从而降低消毒效果。研究表明,随着SS 的增加紫外线对粪大肠杆菌的灭活率逐级下降,且SS 质量浓度为 10mg/L 和 22mg/L 为灭活率下降的 2 个拐点。 郭美婷等的研究表明,当污水浊度从 0.74 NTU增加到 207 NTU 时,紫外线穿透率从 97%降到20 %以下。该污水处理厂调试期间进水 SS 含量见下图 ,其平均值约12mg/L 。

大肠杆菌含量图

2.色度

水体色度会吸收紫外线,从而降低紫外线对微生物的照射强度,且随着水体色度的增加,细菌灭活率呈下降趋势。惠灵灵等的研究表明,当水体色度由 40 升至 60 时,微生物灭活率由 2.74 log 降至 1.56 log 。但引起色度的不同物质对紫外线的吸收程度也存在差异。

该污水处理厂紫外线消毒单元进水色度日平均值均超过 50(稀释倍数法),必然在一定程度上降低紫外线的照射强度。

3.化学泡沫

该污水处理厂原水中 70 % 为工业废水,且氮、磷含量较高,同时,在污泥压缩及污水高效沉淀过程中产生的含较大量 PAM 的处置废水进入水系统,增大了泡沫产生的几率,降低了水体的透光率。

4.光复活情况

紫外线消毒属于物理瞬间消毒技术,水体通过反应器后,部分因紫外线剂量不足或受 SS 影响呈现电晕现象的微生物在可见光照射下通过体内广复活酶的作用,重新将二聚体解聚为单体,从而恢复其复制能力,即“光复活”。 光强越强,提供给受损微生物用来光复活的能量越大,光复活的几率越高。 郭美婷等的研究表明,受损微生物在避光情况下也会自动修复而重获得活性,即“暗复活”。 严冬的研究表明,白色广口瓶水样中粪大肠杆菌复活率远高于棕色广口瓶。 同时研究指出,中压紫外线照射后的粪大肠杆菌复活率比低压照射后复活几率高很多,但当紫外线剂量大于100 mJ/cm 2 时,光复活作用不会发生。 研究还表明,经紫外线照射后 2h 部分微生物将完全丧失光复活能力。该污水处理厂紫外线消毒系统属明渠式低压高强系统,同时从取样到检测存在一定的停留时间,导致微生物复活现象的存在。

5.紫外线剂量

试验研究表明,紫外线对微生物的灭活程度与紫外线照射剂量直接相关。试验多采用平行光剂量来反映紫外线对微生物的纯生化作用,即在特定光强下,通过控制曝光时间来变换紫外线剂量,之后测定微生物的存活量。 结果表明,紫外线剂量越大,其对微生物的破坏程度越大。 因此,运行中可通过在照射强度不变的情况下延长照射时间来提高微生物的灭活率。 惠灵灵等的研究表明,照射时间为 5 s时细菌灭活率近2log ,当照射时间达到33.6 s时,细菌灭活率可达到3.22log。张永吉等, 的研究表明,当紫外线照射时间达到7.5 s时,大肠杆菌不会发生复活现象,其光复活及暗复活能力全部丧失。 该污水处理厂紫外线消毒单元平均照射时间为3s,与不能发生复活的照射时间有较大差距。 

6.水力条件

反应器内的水体在流速、水位等因素影响下会存在一定程度的短流,且反应器体积越小,越容易在器壁边缘形成短流。 该紫外线消毒单元反应器为矩形池体,且进水呈跌水状进入反应器,因此反应器边缘及跌水堰底部必然存在短流现象,假设进水存在1 ‰的短流,则直接导致出水粪大肠菌群平均增加 700个/L 。同时,当水量突然变化时其水流状态将发生变化,也直接影响紫外线接触时间。

7.微生物负荷

安瑞等的研究表明,紫外线消毒单元进水粪大肠菌群数量越大则出水粪大肠菌群含量越高。 由于微生物初始含量不同,其吸光度和浊度也存在差异,水体内单个微生物所接受的紫外光量也不同,直接影响灭活效果,同时不同微生物菌群对紫外线的耐受力不同也影响最终消毒效果。该污水处理厂调试期间紫外线消毒单元进水粪大肠菌群数在 105~107 CFU/L 范围内波动,运行中难以及时测定真实值并调整紫外线强度和剂量,且实际值大大超出了设计值,增加了出水超标风险。

以上即为对某污水处理厂做的研究得出的影响紫外线污水消毒的影响因素。