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紫外线灯在水处理中的运用
作者: 工夫:2019-03-21

水处理(water treatment)从处置惩罚工具分,它包孕废水处理、城市供水处置惩罚、饮用水处理、纯净水处置惩罚、养殖场水处理;从道理上分,有消毒、杀菌、光剖析降解及其它光化回响反映;从运用紫外线杀菌灯的要领去分,有间接把灯放入水中,称为淹没式;紫外线灯放入套管里运用,称为过流式。(现在重要接纳的是过流式的要领。)

紫外线杀菌灯在水处理重要运用它的杀菌功用,好比过流式的装备事情道理是如许的:经水泵发生压力的肯定流速的水流流过能透紫外的石英套管外围,紫外线灯发生的254nm紫外线对火停止消毒、杀菌。其特性是水流流速很快,一样平常在石英外衣流过的工夫为不超过1秒,因而要求杀菌灯的紫外线强度是很高的,一样平常要求在外面强度凌驾30000uw/cm2。要发生云云下的紫外线强度,需选用下强度大功率的紫外线杀菌灯。若是仍旧念经由过程延伸工夫去进步消毒结果,那么一样平常选用较少的灯,做较长的装备,或在不锈钢外壁上处置惩罚成涡流扭转式构造,去延伸水流过的工夫。

关于高级产物,过流式消毒要领不只要配较庞大的构造;另有庞大的控制系统,如紫外线强度监测体系,水温监测体系,消毒工夫积累,紫外线灯监控、毛病报警、主动声光报警等体系。另外,过流式装备对情况取处置惩罚工具也有要求,如火的温度、火的透明度对消毒结果有很大的影响。紫外线杀菌灯事情时外面最好温度为40℃,温度过高或过低都邑影响紫外线输出结果;火的透明度越差,紫外线越易被吸取,利用率就越低。

取过流式比拟,淹没式构造简朴。紫外线杀菌灯间接放在水中,这种方法可用于活动的静态火,也可用于静态火。这类处置惩罚要领要注重灯管有可能因为不测状况发作碎裂;长时间处置惩罚,灯管外面会被水中藻类等污染物掩盖,将严峻影响紫外线显露出。

对差别工具的水体停止消毒,重要要相识水质更改状况和火对紫外线的透过率。

在水处理,除消毒杀菌中,紫外线灯借用于光催化回响反映,但现在只停止在试验室研讨阶段。

2、产物的一样平常设想

对装备的设想,除相干构造和电控部分设想以外,一项重要指标是消毒结果,消毒结果我们一样平常用紫外线辐照剂量去权衡,即254nm紫外线辐照强度×照耀工夫。辐照强度能够凭据外衣管离灯管外面间隔去测试强度,处置惩罚工夫要凭据水流量、水压力、进水管尺寸去定,也可实测。理论上,照耀剂量要到达30000uw.s/cm2,剂量越下,对细菌杀灭率越高。

实际上,照耀剂量在体系事情时是很难测试的,重要是水体在装备中流过的工夫每每难以预计和测试(那借和装备内部结构设计有关),以是一般用水流量和紫外线灯功率的比例关系去权衡消毒结果。

水流量肯定,则需求肯定总功率的紫外线灯,但总功率肯定,另有多种选择计划。若是选择总功率600瓦的紫外线灯,可选择30只20瓦的灯,也可选择20只30瓦的灯,借可选择6只100瓦的灯等。纵然单只灯功率肯定了,灯的长度借不一定。可选择较短的下强度灯,也可选择较少的高效率灯。详细设计时,思索装备的长度、体积,若是许可装备少,不克不及太大,则接纳颀长的灯,如许支数响应削减,内腔空腔可缩小。相反,装备设想不克不及少,可大的,则选用紫外线灯管时,宜接纳较小功率,支数较多的。关于选择支数较少紫外线灯时流过石英外衣管的水层厚度要薄,紫外线在水中比在氛围中更轻易衰减,它的衰减系数比可见光在水中的衰减要大很多。只能许可水层厚度在1cm阁下,若是更薄,则需虚耗更多的紫外线去到达雷同的消毒结果。即紫外线灯运用效力会低落。

2、 灯的选用

在水处理中,特别在废水处理中,运用下强度的紫外线灯是很有必要的。由于若是运用较多半量的紫外线灯,那么镇流器数目也多,线路更庞大,掌握局部也更庞大,每每坏一只灯,就要停机改换,检验。而灯和镇流器运用数目越多,坏掉一只的概率也就越大。

在传统的紫外线灯中,功率一样平常只能做到几十瓦,如传统规格40瓦、30瓦。若是用到大流量水处理,总功率需几千瓦,紫外线灯的数目要用到数十只到上百只,装备重大,掌握线路也很庞大。当用大功率的紫外线灯,如300瓦,那么,灯和镇流器数目将会大大削减,可简化装备。进步装备平安可靠性,低落装备的毛病发生率。

下强度的紫外线灯在水处理中运用,可离别选择有臭氧和无臭氧灯。所谓有臭氧灯,指这类灯能透185nm谱线(汞的特性谱线),这类谱线在氛围中能电离氛围发生臭氧。据外洋的实验研讨,185nm的紫外线在水中能发生光化回响反映,即电离H2O发生OH(羟基),OH有很强的氧化性,可矿化分解水中的有机物,低落TOC。然则一样平常的高压汞灯,自己功率不大,185nm紫外线只占灯管所耗电能的20%,其结果不明显,只要大功率的紫外线灯才气表现出肯定结果。

在水处理除运用紫外线灯消毒杀菌以外,借可用到紫外线灯的别的的感化道理。那就是光催化回响反映。这类道理现已被胜利用于空气净化。我们在市场上看到的光催化氛围净化器就是用到该道理。在饮用水和废水净化方面,海内现在稀有十家大学和企业在研讨,被以为是高效、最有远景的废水、废气管理要领,是国内外研讨的热点。

现在,光催化活性较好的是TIO2。理论上,波长小于387nm的紫外线皆能对TiO2激化而发生羟基而起到催化氧化的感化。市场上,我们可看到两个波长的紫外线灯,一种是254nm,一种是365 nm的紫外线灯,这两种灯现都已胜利用于光催化回响反映的运用中, 254nm的紫外线灯也就是一般的杀菌灯,是由汞原子收回的谱线。365nm谱线的灯,一般见到的是接纳公用的玄色的透紫外线玻璃;另一种是接纳石英玻璃,涂覆365nm的紫光粉,接纳石英质料的透光率要下,但其本钱也响应增高。

用在水处理,一般选用254nm的紫外线灯做光催化回响反映,那现实用到了254nm的两重感化,一是间接杀菌,一是光催化发生羟基矿化降解和杀菌。

在空气净化方面,现在365nm的黑光管和254nm的石英灯都已有人胜利应用,本公司已开辟峰值波长为312nm的紫外线灯,该灯种光谱在UVC、UVB、UVA等波段均有散布,可对光催化效力大大进步,是光催化运用首选灯种!

二、运用中的手艺难点

1、 构造和掌握

在水处理重要用到紫外线灯的消毒杀菌功用,这类基本原理和要领在数十年就已被人发明。在西欧,紫外线消毒手艺已是一种提高的手艺。在我国,九十年代最先引进该手艺。十年来,这类手艺做为一种 "高科技产品"被勤奋天推向市场。但是,到现在为止,紫外线消毒产物还远未在水处理运用中提高。

没有普及化的主要缘由之一是产物的构造和控制系统的设想不过关。以家用饮水机为例。据卫生部门的检测,经由过程饮水机放出的火,大多数都是细菌严峻超标,一些名牌厂家的都是云云。细菌发生的主要原因就是饮水机内部临时不洗濯而滋养了细菌。数年前,有人念把紫外线灯用到饮水机上,对体系情况和火停止消毒和保洁。可到如今,市场上也没看到饮水机用上紫外线灯。

形成这类征象重要是碰到结构设计上的困难。紫外线在水中的穿透力很差,一样平常仅适合于10cm之内厚度的静态水层,随水层厚度增添,紫外线强度将大幅度衰减。因而紫外线对水消毒最合适薄层静态火。而一般的桶装饮水机中的水流入到内胆中是静态,并且贮存工夫没法肯定,有可能只停止几秒种(一连接火饮用),也有可能停止较长时间。那便在工夫掌握上也增添了难度。

有人想到,饮水机重要存在的是二次污染,不是桶装火带入的细菌,只要让内胆中的火不受二次污染便能够连结干净。没有必要到达紫外线消毒杀菌的剂量。然则,桶装火不合格的报导我们常常见到。明显,仅仅是对内腔停止消毒明显是不敷的!

2、 光催化回响反映

光催化氧化回响反映机理很庞大。一些纳米质料如TiO2粉体复合光催化剂,被紫外线照耀后,会发生 "电子空穴"对。空穴有很强的扑获电子的才能,碰到水分子后,水分子被夺去电子构成羟基(OH),羟基有很强的化学活性,它能损坏有机物的化学键,到达旷化分解有机污染物的目标。

与其他的新技术、新方法一样,光催化有他的新奇、适用的一面,也有其局限性的一面。从现在的国内外的研讨和一样平常客户的运用状况看,光催化有其以下的局限性:

1、光催化不管用在氛围照样用在火里,其 "光解"的感化效力是"有限的"。不克不及强调他的感化。它只能处置惩罚杂质含量很低的氛围和溶液,并且处置惩罚工夫较少。好比空气净化,只能用于净化气体(如家居室内)较轻的情况,而不克不及用于如废气、废水等的净化。

2、光催化感化只能范围于光触媒外面四周。也就是说,杂质份子或离子只能经由光触媒外面才气被降解。由于光催化发生的活性离子羟基(OH)从发生到灭亡的工夫异常短,(小于106秒),他既不能在水中 "泅水",也不能在空中"飘动"。而象紫外线能够穿透肯定水层(只管它在水中衰减严峻),臭氧、氯气能够消融在火里,随火飘流,感化工夫可达数十分钟。

3、光催化活性易受外界身分影响。如水中某些离子对光催化剖析有增进感化,也有些离子或份子对光催化有 "中毒"感化。氛围中的湿度对光催化结果也有影响。另有一点:必须有水分子光催化才气停止。在仪器设备事情历程中,光催化现实结果每每难以实测和加以判定。消费者难以经由过程"感性认识"去感想高科技的魅力!

4、没法测定 "光解因子"。以消毒杀菌为例,《消毒技术规范》引见有生物灭菌实验要领。(这类实验要领顺序庞大,本钱较下,一样平常只要市级防疫部门试验室才有条件做。)一般状况,我们可测试消毒因子。如紫外线消毒,我们可测试254nm紫外线强度,化学消毒可测试化学因子如环氧乙烷、臭氧的浓度,而光催化回响反映,现在没法测试所谓"因子",如羟基(OH)浓度便没法测试,缘由是一其存在工夫很短,二也无适当要领测试。是"摸不着、看不见"的器械。

1、 产物技术优势

大功率下强度

前面我们曾经讲到,在水处理,因为他的运用特性要求紫外线有很高的寿命和可靠性。

关于高压汞灯,如荧光灯,功率一样平常只要几十瓦,若是把功率做到上百瓦,便被以为 "有很高的手艺含量"。由于功率做大,灯管的管壁负载便会增添,如许每每会收缩寿命,大概大大低落光的输出效力。

大功率紫外线灯管我们现已可做到300瓦以上。这类灯的管流凌驾1A,功率密度要比一般灯明显大,到达1.2瓦/cm。300瓦紫外线灯在1.0米处254nm紫外线强度到达1200uw/cm2,相当于10只40瓦灯的紫外线强度,外面紫外线强度更是高达70000 uw/cm2(在此强度下消毒工夫不超过0.5秒)。在下功率密度状况下,仍有较高的紫外线输出效力,并且可在较下管壁温度(凌驾100℃)条件下事情。运用漏磁变压器点灯,有很高的可靠性,灯管寿命到达5000小时以上。

更大功率的紫外线杀菌灯我们正在研制,灯管电流凌驾2A,有更大的功率密度。

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