王啟山1，任福燕2
(1.南開大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，天津300071；2.天津市市政工程設(shè)計(jì)研究院，天津300051)

　　摘　要：介紹了對二次供水系統(tǒng)水箱(水池)中污染水質(zhì)采用紫外線(UV)殺菌消毒的機(jī)理。在靜態(tài)試驗(yàn)和動(dòng)態(tài)試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)出適合高層建筑二次供水系統(tǒng)的實(shí)用型UV殺菌消毒裝置，其運(yùn)行效果良好，并實(shí)現(xiàn)了水力自動(dòng)控制。
　　關(guān)鍵詞：供水；二次污染；UV殺菌消毒；自動(dòng)控制
　　中圖分類號：TU991.25
　　文獻(xiàn)標(biāo)識碼：C
　　文章編號：1000-4602(2001)09-0075-02

　　二次供水系統(tǒng)雖然有效地解決了高層建筑供水在水量和水壓上的需求，但出水水質(zhì)下降，普遍存在的問題是細(xì)菌學(xué)指標(biāo)超標(biāo)，余氯量也基本為零［1］。
　　改善二次供水系統(tǒng)的水質(zhì)問題，除加強(qiáng)管理、改進(jìn)水箱材質(zhì)和構(gòu)造外，其根本的措施是進(jìn)行二次消毒處理。目前對水進(jìn)行消毒處理的方法主要有物理法和化學(xué)法，而化學(xué)法中常用的消毒劑均為有毒氣體，考慮到在居民樓內(nèi)二次供水系統(tǒng)的安全性以及避免形成消毒副產(chǎn)物，各種化學(xué)消毒法均不宜采用。物理法中加熱法、超聲波法、紫外線照射法、磁場、高壓靜電場、高頻場均可殺菌消毒，考慮到安全性和技術(shù)條件的成熟程度，試驗(yàn)選中了紫外線照射工藝。近年來，國外對紫外線消毒效果予以充分重視，特別是發(fā)現(xiàn)自來水中存在隱孢子蟲屬后，把紫外線消毒工藝作為自來水消毒的最后一道把關(guān)的工序，并即將正式列入美國供水法規(guī)［2］。
　　紫外線殺菌消毒原理是利用適當(dāng)波長的紫外線能夠破壞微生物機(jī)體細(xì)胞中的DNA(脫氧核糖核酸)或RNA(核糖核酸)的分子結(jié)構(gòu)，造成生長性細(xì)胞死亡和(或)再生性細(xì)胞死亡，達(dá)到殺菌消毒的效果。經(jīng)試驗(yàn)，紫外線殺菌的最有效波長范圍為254～257 nm，試驗(yàn)采用的ZX型高壓汞燈可滿足其要求。

1　試驗(yàn)裝置

1.1　靜態(tài)裝置
　　靜態(tài)試驗(yàn)的目的是測試水在靜止?fàn)顟B(tài)下滅菌率與紫外線輻射半徑、輻照時(shí)間的關(guān)系。裝置由不銹鋼鏡面板制成，鏡面板的作用是把穿透水體的紫外線重新反射回水體。紫外線燈管浸沒在水中，以燈管為中心，調(diào)整燈管周圍可調(diào)擋板，達(dá)到調(diào)整輻射半徑和水體容積的目的。在各種輻射半徑和輻照時(shí)間下，測定輻照前后水中細(xì)菌學(xué)指標(biāo)的變化，并算出滅菌率，從而確定滅菌規(guī)律。
1.2　動(dòng)態(tài)裝置
　　動(dòng)態(tài)裝置是根據(jù)靜態(tài)試驗(yàn)獲得的參數(shù)，用不銹鋼鏡面板制作。按居住樓設(shè)計(jì)秒流量計(jì)算法計(jì)算出調(diào)節(jié)水箱最大供水流量，以此流量和停留時(shí)間(輻照時(shí)間)確定動(dòng)態(tài)裝置的凈容積。為保證殺菌效果，將裝置分為三格，每格內(nèi)設(shè)一支紫外線燈管，讓水順序流過三格，延長其受輻射時(shí)間。

2　試驗(yàn)結(jié)果

2.1　靜態(tài)試驗(yàn)結(jié)果
　　以國產(chǎn)500WZX型紫外線燈管分別對輻射半徑為0.05、0.075、0.10、0.125、0.15、0.175、0.20、0.225 m的靜止水體進(jìn)行殺菌試驗(yàn)，分別測得開始時(shí)刻及各輻照歷時(shí)后的細(xì)菌個(gè)數(shù)，并計(jì)算出其殺菌率(%)，結(jié)果見表1。試驗(yàn)中細(xì)菌學(xué)指標(biāo)檢測方法用平皿計(jì)數(shù)法測量細(xì)菌總數(shù)，用多試管發(fā)酵法和膜濾法測量總大腸桿菌數(shù)，并用兩種方法互相校核。

表1　靜態(tài)試驗(yàn)的輻射半徑、輻照歷時(shí)與殺菌率 輻射半徑(cm) 輻照歷時(shí)(s) 0 3 5 8 10 12 15 18 20 25 30 40 殺菌率(%) 5 0 60 89 98 100 100 　 　 　 　 　 　 7.5 0 53 80 87 98 100 　 　 　 　 　 　 10 0 45 77 84 95 98 　 　 　 　 　 　 12.5 0 42 75 80 91 　 　 　 　 　 　 　 15 0 40 74 79 89 　 　 　 　 　 　 　 17.5 0 40 72 77 87 　 　 　 　 　 　 　 20 0 36 68 73 84 　 　 　 　 　 　 　 22.5 0 35 61 65 78 　 　 　 　 　 　 　

2.2　動(dòng)態(tài)試驗(yàn)結(jié)果
　　動(dòng)態(tài)試驗(yàn)在某高層建筑14樓頂水箱內(nèi)進(jìn)行，水箱水經(jīng)本裝置處理后進(jìn)入管網(wǎng)，在13層水龍頭處分別取不同出水流量下的水樣進(jìn)行化驗(yàn)，最大流量要大于供10層樓居民用水的設(shè)計(jì)秒流量(設(shè)定下部4層為市政管網(wǎng)直接供水，不經(jīng)過調(diào)節(jié)水箱)，細(xì)菌學(xué)指標(biāo)監(jiān)測方法與靜態(tài)試驗(yàn)相同。結(jié)果如表2所示。

表2　　不同流量時(shí)的滅菌率 用水量(L/s) 原水細(xì)菌(個(gè)/mL) 出水細(xì)菌數(shù)(個(gè)/mL) 滅菌率(%) 原水大腸菌(個(gè)/L) 出水大腸菌(個(gè)/L) 滅菌率(%) 0.21 62 0 100 52 1 98.1 0.41 62 0 100 52 1 98.1 0.90 62 0 100 52 1 98.1 0.54 120 3 97.5 92 2 97.8 1.24 120 5 95.8 92 2 97.8 5.4 120 8 93.3 92 2 97.8 2.4 210 12 94.3 140 1 99.3 3.8 210 20 90.5 140 2 98.6 7.04 210 24 88.6 140 2 98.6

3　分析與討論

3.1　靜態(tài)試驗(yàn)結(jié)果分析
　　靜態(tài)試驗(yàn)結(jié)果表明，在靜止水體中的紫外線殺菌率與輻射半徑、輻照歷時(shí)有關(guān)。在不同的輻射半徑中，當(dāng)輻照歷時(shí)相同時(shí)，滅菌率隨輻射半徑增大而降低。而要達(dá)到100%的滅菌率，需要的輻照歷時(shí)隨輻射半徑的增加而增加，而且隨著輻射半徑的增大，所需輻照歷時(shí)增加趨勢加速，所以紫外線輻照滅菌應(yīng)設(shè)計(jì)在合理的輻射半徑范圍內(nèi)。當(dāng)輻射半徑一定時(shí)，滅菌率則隨輻照歷時(shí)延長而明顯增高。
　　上述分析表明要提高殺菌率必須減小輻射半徑而延長輻照歷時(shí)。在實(shí)際運(yùn)行中，水流經(jīng)滅菌箱體時(shí)的流速v、箱體的斷面積A(決定輻射半徑)與用水量Q之間的關(guān)系為Q=vA；滅菌箱體長度L與水流速度v、輻照歷時(shí)t之間的關(guān)系為L=vt。在水量一定時(shí)，增大斷面積A，可減小流速v。降低流速v意味著流過L長度所需時(shí)間延長，水在滅菌箱中的輻照歷時(shí)延長，有利于滅菌率，但同時(shí)因斷面積A增大，使輻射半徑增大，又不利于提高滅菌率。
　　因此，應(yīng)該在按設(shè)計(jì)秒流量計(jì)算出的流量條件下，依據(jù)靜態(tài)試驗(yàn)結(jié)果，選擇最佳的輻射半徑和輻照歷時(shí)設(shè)計(jì)動(dòng)態(tài)裝置。
3.2　動(dòng)態(tài)試驗(yàn)結(jié)果分析
　　動(dòng)態(tài)裝置的殺菌率隨流量的增大而降低，但只要流量在設(shè)計(jì)秒流量范圍內(nèi)，出水的細(xì)菌學(xué)指標(biāo)都能滿足《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB 5749—85)。裝置的設(shè)計(jì)秒流量為5.14 L/s，其尺寸足以保證水流經(jīng)滅菌箱時(shí)的停留時(shí)間。另外，當(dāng)原水中細(xì)菌總數(shù)為210 個(gè)/mL、大腸菌數(shù)為140個(gè)/L、出水量為7.04 L/s(超過設(shè)計(jì)秒流量)時(shí)，出水細(xì)菌總數(shù)為24 個(gè)/mL、大腸菌數(shù)為2 個(gè)/L，仍能滿足細(xì)菌學(xué)指標(biāo)要求，說明該裝置具有相當(dāng)?shù)目箾_擊負(fù)荷能力。

4　結(jié)論

　　根據(jù)靜態(tài)試驗(yàn)的參數(shù)及建筑給水設(shè)計(jì)秒流量計(jì)算設(shè)計(jì)出的動(dòng)態(tài)裝置，能夠滿足高層建筑用戶用水時(shí)對調(diào)節(jié)水箱出水的二次消毒要求，其水質(zhì)細(xì)菌學(xué)指標(biāo)達(dá)到國家《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB 5749—85)。由于紫外線消毒不產(chǎn)生二次污染，保證了用水的安全性和消毒場所的安全性，尤其是該裝置采用了自動(dòng)水力開關(guān)系統(tǒng)，可根據(jù)用戶用水與否、用水量大小自動(dòng)啟閉裝置內(nèi)的紫外線燈管電路，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)運(yùn)行，并節(jié)省電耗。該裝置進(jìn)、出水口的合理布置使調(diào)節(jié)水箱不再形成死水區(qū)，改善了水箱水質(zhì)。裝置的特定接頭和浸沒式安裝，不需改動(dòng)原調(diào)節(jié)水箱的管道，方便于在原調(diào)節(jié)水箱(水池)內(nèi)安裝。

參考文獻(xiàn)：

　　［1］傅金祥，金成清，趙玉華.居民區(qū)生活飲用水二次污染及防治對策研究［J］.給水排水，1998，24(7)：55-59.
　?。?］Jennifer L Clancy.UV rises to the cryptosporidium challenge［J］.Water 21,2000,(10)：14-16.

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　　收稿日期：2001-06-05