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紫外線殺菌燈在水處理中的運用

一、應用中的一般常識   1、 應用領域的分類   ----紫外線殺菌燈在水處理領域有廣泛的用途。   ----水處理(water treatment)從處理對象分,它包括廢水處理、城市供水處理、飲用水處理、純凈水處理、養(yǎng)殖場水處理;從原理上分,有消毒、殺菌、光分解降解及其它光化反應;從使用紫外線殺菌燈的方法來分,有直接把燈放入水中,稱為浸沒式;紫外線燈放入套管里使用,稱為過流式。(目前主要采用的是過流式的方法。)   ----紫外線殺菌燈在水處理主要應用它的殺菌功能,比如過流式的設備工作原理是這樣的:經水泵產生壓力的一定流速的水流流過能透紫外的石英套管外圍,紫外線燈產生的254nm紫外線對水進行消毒、殺菌。其特點是水流流速很快,一般在石英外套流過的時間為不超過1秒,因此要求殺菌燈的紫外線強度是很高的,一般要求在表面強度超過30000uw/cm2。要產生如此高的紫外線強度,需選用高強度大功率的紫外線殺菌燈。如果仍然想通過延長時間來提高消毒效果,那么一般選用較長的燈,做較長的設備,或在不銹鋼外壁上處理成渦流旋轉式結構,來延長水流過的時間。   ----對于高檔產品,過流式消毒方法不僅要配較復雜的結構;還有復雜的控制系統(tǒng),如紫外線強度監(jiān)測系統(tǒng),水溫監(jiān)測系統(tǒng),消毒時間累積,紫外線燈監(jiān)控、故障報警、自動聲光報警等系統(tǒng)。此外,過流式設備對環(huán)境與處理對象也有要求,如水的溫度、水的透明度對消毒效果有很大的影響。紫外線殺菌燈工作時表面******溫度為40℃,溫度過高或過低都會影響紫外線輸出效果;水的透明度越差,紫外線越易被吸收,利用率就越低。   ----與過流式相比,浸沒式結構簡單。紫外線殺菌燈直接放在水中,這種方法可用于流動的動態(tài)水,也可用于靜態(tài)水。這種處理方法要注意燈管有可能由于意外情況發(fā)生破裂;長時間處理,燈管表面會被水中藻類等污染物覆蓋,將嚴重影響紫外線透出。對不同對象的水體進行消毒,主要要了解水質變動情況和水對紫外線的透過率?!≡谒幚?,除消毒殺菌外,紫外線燈還用于光催化反應,但目前只停留在試驗室研究階段。   2、產品的一般設計   ----對設備的設計,除了相關結構和電控部份設計之外,一項重要指標是消毒效果,消毒效果我們一般用紫外線輻照劑量來衡量,即254nm紫外線輻照強度×照射時間。輻照強度可以根據(jù)外套管離燈管表面距離來測試強度,處理時間要根據(jù)水流量、水壓力、進水管尺寸來定,也可實測。理論上,照射劑量要達到30000uw.s/cm2,劑量越高,對細菌殺滅率越高。   ----實際上,照射劑量在系統(tǒng)工作時是很難測試的,主要是水體在設備中流過的時間往往難以估計和測試(這還和設備內部結構設計有關),所以通常用水流量和紫外線燈功率的比例關系來衡量消毒效果。   ----水流量一定,則需要一定總功率的紫外線燈,但總功率一定,還有多種選擇方案。如果選擇總功率600瓦的紫外線燈,可選擇30只20瓦的燈,也可選擇20只30瓦的燈,還可選擇6只100瓦的燈等。即使單只燈功率一定了,燈的長度還不一定??蛇x擇較短的高強度燈,也可選擇較長的高效率燈。具體設計時,   考慮設備的長度、體積,如果允許設備長,不能太大,則采用細長的燈,這樣支數(shù)相應減少,內腔空腔可縮小。相反,設備設計不能長,可大的,則選用紫外線燈管時,宜采用較小功率,支數(shù)較多的。對于選擇支數(shù)較少紫外線燈時流過石英外套管的水層厚度要厚,紫外線在水中比在空氣中更容易衰減,它的衰減系數(shù)比可見光在水中的衰減要大得多。只能允許水層厚度在1cm左右,如果更厚,則需浪費更多的紫外線來達到相同的消毒效果。即紫外線燈應用效率會降低。   2、 燈的選用   ----在水處理中,尤其在廢水處理中,應用高強度的紫外線燈是很有必要的。因為如果使用較多數(shù)量的紫外線燈,那么鎮(zhèn)流器數(shù)量也多,線路更復雜,控制部分也更復雜,往往壞一只燈,就要停機更換,檢修。而燈和鎮(zhèn)流器使用數(shù)量越多,壞掉一只的概率也就越大。   ----在傳統(tǒng)的紫外線燈中,功率一般只能做到幾十瓦,如傳統(tǒng)規(guī)格40瓦、30瓦。如果用到大流量水處理,總功率需幾千瓦,紫外線燈的數(shù)量要用到數(shù)十只到上百只,設備龐大,控制線路也很復雜。當用大功率的紫外線燈,如300瓦,那么,燈和鎮(zhèn)流器數(shù)量將會大大減少,可簡化設備。提高設備安全可靠性,降低設備的故障發(fā)生率。   ----高強度的紫外線燈在水處理中使用,可分別選擇有臭氧和無臭氧燈。所謂有臭氧燈,指這種燈能透185nm譜線(汞的特征譜線),這種譜線在空氣中能電離空氣產生臭氧。據(jù)國外的試驗研究,185nm的紫外線在水中能產生光化反應,即電離H2O產生-OH(羥基),-OH有很強的氧化性,可礦化分解水中的有機   物,降低TOC。但是一般的低壓汞燈,本身功率不大,185nm紫外線只占燈管所耗電能的20%,其效果不顯著,只有大功率的紫外線燈才能表現(xiàn)出一定效果。   ----在水處理除了應用紫外線燈消毒殺菌之外,還可用到紫外線燈的另外的作用原理。這就是光催化反應。這種原理現(xiàn)已被成功用于空氣凈化。我們在市場上看到的光催化空氣凈化器就是用到該原理。在飲用水和廢水凈化方面,國內目前有數(shù)十家大學和企業(yè)在研究,被認為是高效、最有前景的廢水、廢氣治理方法,是國內外研究的熱點。   ----目前,光催化活性較好的是TIO2。理論上,波長小于387nm的紫外線都能對TiO2激化而產生羥基而起到催化氧化的作用。市場上,我們可看到兩個波長的紫外線燈,一種是254nm,一種是365 nm的紫外線燈,這兩種燈現(xiàn)都已成功用于光催化反應的應用中, 254nm的紫外線燈也就是通常的殺菌燈,是由汞原   子發(fā)出的譜線。365nm譜線的燈,通常見到的是采用專用的黑色的透紫外線玻璃;另一種是采用石英玻璃,涂覆365nm的紫光粉,采用石英材料的透光率要高,但其成本也相應增高。   ----用在水處理,通常選用254nm的紫外線燈做光催化反應,這實際用到了254nm的雙從作用,一是直接殺菌,一是光催化產生羥基礦化降解和殺菌。在空氣凈化方面,目前365nm的黑光管和254nm的石英燈都已有人成功運用,本公司已開發(fā)峰值波長為312nm的紫外線燈,該燈種光譜在UV-C、UV-B、UV-A等波段均有分布,可對光催化效率大大提高,是光催化應用首選燈種!


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