连续流光纤紫外消毒装置设计及消毒效果研究

论文摘要

石英光纤传输紫外消毒技术是一种经济高效的紫外消毒工艺,它克服了传统紫外消毒工艺的一些不足,对该技术的深入研究将对提高我国的用水安全性具有重大意义。本文对光纤传输紫外消毒技术基本理论开展了进一步研究,设计开发了连续流光纤传输紫外消毒装置,该反应器研发是本技术走向应用的最关键步骤之一。设计制作了初级连续流光纤传输紫外消毒装置,通过对大肠杆菌E.coli (ATCC 8099)灭菌实验发现灭菌效果并不理想,水力停留时间100秒的灭菌率不到2个对数级。后来通过对初级装置结构的优化改造(加长进出水段优化流态,内壁镀铝增加反光效果)开发了推流反应器和镀铝反应器,灭菌率达到2个对数级所需停留时间分别减少到80秒和40秒。通过考查操作方法、水质参数等对灭菌效果的影响发现,在保证相同水力停留时间情况下,多次过流比一次过流的灭菌效果好很多,以推流反应器为例,停留时间为80秒时,过流两次灭菌率是一次的两倍(分别为3.84和1.8个对数级)。水质参数对本装置的影响相对较小,停留时间80秒,浊度3.2 NTU或三价铁浓度0.6 mg/L或腐殖质酸浓度2.5 mg/L的单因子影响时,灭菌率均可达3个对数级以上。以枯草杆菌黑色变种B. subtilis(ATCC 9372)芽孢代表芽孢类细菌,研究了镀铝反应器对芽孢的杀灭能力,并考查了水质的影响。在停留时间21秒时对枯草杆菌芽孢杀灭率达到4.39个对数级,即99.99%以上,说明本反应器对灭活芽孢有较大优势。水质对枯草杆菌芽孢杀灭效果的影响较小,停留时间21秒,浊度6.0 NTU或三价铁浓度0.9 mg/L或腐殖质酸浓度2.5 mg/L时,灭菌率均可达3个对数级以上。连续流紫外光纤消毒装置无论对大肠杆菌还是较难杀灭的细菌芽孢均有很好的杀灭效果,并且,一定程度的克服了较差水质对灭菌效果的影响。本工艺弥补传统紫外消毒技术缺点的同时,将促进紫外消毒技术经济有效的多领域应用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及意义
• 1.2 紫外消毒原理
• 1.2.1 基本原理
• 1.2.2 紫外线杀菌动力学
• 1.2.3 影响紫外消毒的因素
• 1.3 国内外紫外消毒研究及应用概况
• 1.3.1 消毒技术概述
• 1.3.2 紫外消毒的发展历史及研究现状
• 1.3.3 紫外消毒技术与其他消毒方法比较
• 1.3.4 国内外紫外消毒的应用概况
• 1.4 本课题主要研究内容
• 第2章 连续流紫外光纤消毒装置结构设计
• 2.1 引言
• 2.2 连续流光纤紫外消毒技术原理及特点
• 2.2.1 连续流光纤紫外消毒技术基本原理
• 2.2.2 光纤紫外消毒技术与传统消毒技术比较
• 2.3 装置主要部件材料的选择
• 2.3.1 紫外光源的选择
• 2.3.2 传输光纤的选择
• 2.3.3 装置侧壁材料的优化选择
• 2.4 装置结构设计及改进
• 2.4.1 石英光纤在反应容器内壁的排布方法
• 2.4.2 初级反应器结构设计
• 2.4.3 推流反应器结构设计
• 2.4.4 镀铝容器结构设计
• 2.5 本章小结
• 第3章 三种消毒装置消毒效果研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验装置与方法
• 3.2.1 实验装置
• 3.2.2 实验材料与仪器
• 3.2.3 实验水样
• 3.2.4 实验方法
• 3.3 实验结果与讨论
• 3.3.1 初级反应器杀菌效果研究
• 3.3.2 推流反应器杀菌效果研究
• 3.3.3 内壁镀铝反应器杀菌效果研究
• 3.3.4 三种反应器杀菌效果比较
• 3.4 本章小结
• 第4章 操作方法和水质参数对消毒效果影响研究
• 4.1 引言
• 4.2 实验装置与方法
• 4.2.1 相同停留时间，过流次数对消毒效果影响研究
• 4.2.2 水质参数对消毒效果的影响研究
• 4.3 实验结果与讨论
• 4.3.1 过流次数对杀菌效果影响
• 4.3.2 浊度对杀菌效果的影响
• 4.3.3 铁盐对杀菌效果的影响
• 4.3.4 腐殖质酸对杀菌效果的影响
• 4.4 本章小结
• 第5章 本装置对细菌芽孢杀灭效果研究
• 5.1 引言
• 5.2 枯草杆菌芽孢简介
• 5.3 实验装置与方法
• 5.3.1 实验装置
• 5.3.2 实验材料与仪器
• 5.3.3 实验水样
• 5.3.4 实验方法
• 5.4 实验结果与讨论
• 5.4.1 对枯草杆菌芽孢的杀灭效果
• 5.4.2 水质参数对枯草杆菌芽孢杀灭效果的影响
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢