CN104897281A - 一种紫外辐射剂量指示剂及其测定方法 - Google Patents
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Abstract
一种紫外辐射剂量指示剂及其测定方法，本发明属于水处理技术领域，它为了解决现有光电紫外水处理设备的运行成本高以及现有紫外辐射剂量指示剂的准确度较低的问题。本发明紫外辐射剂量指示剂为次氯酸或一氯胺。测定方法：一、向原水中添加紫外辐射计量指示剂，混合均匀，测定进水指示剂的浓度；二、水样流经紫外消毒反应器，测定出水指示剂的浓度；三、根据光学指示剂与紫外光强的换算公式，计算得到紫外反应器内水体接收的紫外辐射光强。本发明以溶解性指示剂代替紫外剂量监测探头，简化紫外反应设备，测定准确度高，可达到生物指示法的测试精度。
Description
技术领域
本发明属于水处理技术领域，具体涉及一种新型紫外辐射剂量指示剂及应用其监测紫外水处理设备中水体接收的紫外计量的测定方法。
背景技术
紫外消毒是一种广泛应用的水处理消毒工艺，在给水处理、污水处理和工业废水处理中均得到应用。紫外消毒可有效杀灭活水中的细菌和病毒，对于贾第虫和隐孢子虫等耐氯性微生物有良好的灭活效果，紫外辐射与氯化消毒组成了多屏障消毒系统。
紫外辐射剂量是紫外水处理设备的一个重要指标，直接影响到紫外设备的运行效果。紫外设备中石英套管污垢和待处理水体浊度会使紫外辐射剂量下降，紫外辐射剂量是保证紫外水处理设备正常运行的重要指标，需要及时采集以保证紫外水处理设备的紫外辐射剂量满足设计标准。
现有紫外辐射剂量的测定主要通过固定在紫外反应器固件上的紫外剂量探头监测，其测试原理是应用光电传感器，紫外光透过传感器上的滤光膜，将紫外光信号转化成为电信号经过计算，将光强输出。其弊端为探头浸在水面以下，清洗及维修更换操作复杂。另外，紫外探头一般与灯管数量相等，增大了紫外反应器的造价和运行成本。专利CN 102397573B公开了一种用于紫外消毒装置的紫外辐射剂量的在线监测装置，其包括紫外灯组件、电机、一端通过该电机驱动旋转的连杆，连杆的另一端固接有一紫外探头。该专利提供一种测试效果精确的用于紫外消毒装置紫外辐射剂量的在线监测的旋转式装置。但此方法仍未解决紫外设备探头置于水下，维修清洗操作复杂的问题。并且，固定式探头只能监测水中某一位点的紫外计量，不能监测水中实际接收的紫外剂量。
同时，专利CN 103575710 A记载了采用多种发色团/荧光素降解的测量液体内紫外剂量的定量方法，其特征为将发色团/荧光素等指示剂加入水溶液，收集来自所述指示剂中的一种或多种的降解的反馈表征紫外辐射剂量。但是，此方法采用比色法，容易出现误差，不能定量获得紫外剂量。同时，此方法使用的发色团/荧光素指示剂可用于眼镜的镜片消毒等小型领域，且这种荧光素化学成为复杂，不能用于市政水处理领域(包括给水处理、污水处理和工业废水处理)。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有光电紫外水处理设备的运行成本高以及现有紫外辐射剂量指示剂的准确度较低的问题，而提供一种紫外辐射剂量指示剂及其测定方法。
本发明紫外辐射剂量指示剂为次氯酸或一氯胺，次氯酸或一氯胺投加到水样中的浓度以有效氯浓度计为0.5～20mg/L。
本发明所述的新型紫外辐射剂量指示剂能够吸收紫外辐射光能，发生光降解反应，光解反应不可逆，光降解速率显著高于该物质的自分解速率。该紫外辐射剂量指示剂能够测定的紫外辐射波长为250～360nm，可测定紫外辐射光强限值为0～2000mJ/cm2。
本发明使用紫外辐射剂量指示剂进行测定的方法按下列步骤实现：
一、向原水中添加紫外辐射计量指示剂，混合均匀，测定得到进水中紫外辐射计量指示剂的浓度；
二、水样流经紫外消毒反应器，在紫外消毒反应器的出口处测定得到出水中紫外辐射计量指示剂的浓度；
三、根据光学指示剂与紫外光强的换算公式：计算得到紫外反应器内水体接收的紫外辐射光强，换算公式中：F表示紫外辐射光强，F的单位为mJ/cm2，[C]0表示进水中紫外辐射计量指示剂的浓度，[C]0的单位为mg/L，[C]t表示出水中紫外辐射计量指示剂的浓度，[C]t的单位为mg/L，k为不同光学指示剂与紫外辐射光强的相关系数；
其中步骤一所述的紫外辐射计量指示剂为次氯酸或一氯胺。
本发明紫外光辐射指示剂吸收紫外辐射，紫外辐射剂量不同，指示剂的光解程度不同，其浓度变化与紫外计量存在函数关系，根据指示剂的浓度变化计算，即能得到水体接收的紫外辐射计量。
与现有技术相比，本发明所述的紫外辐射剂量指示剂及其测定方法包含以下有益效果：
1、本发明以溶解性指示剂代替紫外剂量监测探头，简化紫外反应设备，测定结果不受紫外反应器结构和紫外计量传感器设置位置的限制，并且还能解决紫外探头置于水下不利于维护的弊端，降低了维修运行成本。
2、本发明紫外辐射剂量指示剂溶于水体内，可反应水体实际接收的紫外辐射剂量。同时，该指示剂也为消毒剂，不会对水体造成二次污染。
3、本发明的测定方法不受紫外反应器结构限制，能够测定敞开式、半封闭式或封闭式紫外设备的紫外辐射光强，不受紫外反应器结构限制，通过指示剂浓度的实时监测，实现紫外辐射剂量的实时监测，测试的准确度较高。本发明可应用于处理饮用水、游泳池水、中水、生活污水和工业废水等多种水体的紫外反应器。
附图说明
图1为不同浓度的次氯酸的紫外吸收光谱，其中1—浓度为10mg/L，2—浓度为8mg/L，3—浓度为5mg/L，4—浓度为25mg/L，5—浓度为2mg/L，6—浓度为1mg/L；
图2为不同浓度的一氯胺的紫外吸收光谱，其中1—浓度为10mg/L，2—浓度为8mg/L，3—浓度为6mg/L，4—浓度为4mg/L，5—浓度为2mg/L，6—浓度为1mg/L；
图3为实施例紫外光强测定的工艺系统流程图，其中1为紫外辐射剂量指示剂投加设备，2为管式混合器，3为管式紫外反应器，4为进水池，5为出水池，6进药泵，7为进水泵，8为流量计，9为进水取样口，10为出水取样口；
图4为实施例得到的紫外光强与一氯胺去除率对数值的标准曲线。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式紫外辐射剂量指示剂为次氯酸或一氯胺，次氯酸或一氯胺投加到水样中的浓度以有效氯浓度计为0.5～20mg/L。
本实施方式光学指示剂高效吸收紫外辐射光能，发生不可逆的光降解反应，其光降解速率显著高于该物质的自分解速率。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是次氯酸或一氯胺投加到水样中的浓度以有效氯浓度计为4～11mg/L。
具体实施方式三：本实施方式使用紫外辐射剂量指示剂进行测定的方法按下列步骤实施：
一、向原水中添加紫外辐射计量指示剂，混合均匀，测定得到进水中紫外辐射计量指示剂的浓度；
二、水样流经紫外消毒反应器，在紫外消毒反应器的出口处测定得到出水中紫外辐射计量指示剂的浓度；
三、根据光学指示剂与紫外光强的换算公式：计算得到紫外反应器内水体接收的紫外辐射光强，换算公式中：F表示紫外辐射光强，F的单位为mJ/cm2，[C]0表示进水中紫外辐射计量指示剂的浓度，[C]0的单位为mg/L，[C]t表示出水中紫外辐射计量指示剂的浓度，[C]t的单位为mg/L，k为不同光学指示剂与紫外辐射光强的相关系数；
其中步骤一所述的紫外辐射计量指示剂为次氯酸或一氯胺。
本实施方式k为不同光学指示剂与紫外辐射光强的相关系数，准确的确定方法首先是测定该水质的紫外辐射光强测定的计算公式，对投加过紫外辐射计量指示剂的水样辐射已知剂量的紫外光强(利用紫外光强仪)，测定水样中紫外辐射计量指示剂的浓度变化，绘制此水质条件下指示剂与紫外辐射光强对应的标准曲线。
本实施方式通过测定紫外光反应器的进水和出水的光学指示剂的浓度变化，根据光学指示剂与紫外光强的换算公式，计算紫外反应器内水体接收的实际紫外辐射光强。光学指示剂吸收水体中的紫外辐射光能，紫外辐射剂量不同，指示剂的光解程度不同，剩余光学指示剂的浓度不同，其浓度变化与紫外计量存在数学换算关系，根据测定光学指示剂的浓度变化计算得到水体接收紫外辐射计量。
本实施方式采用了新型的光学指示剂(次氯酸或一氯胺)对水体不造成二次污染并有消毒功效，其浓度变化与紫外光强表现出函数关系，通过监测光学指示剂浓度变化，可监控水中的紫外辐射剂量，易于实时监测，且不会造成水体污染。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式三不同的是步骤一控制进水中紫外辐射计量指示剂的浓度以有效氯浓度计为0.5～20mg/L。其它步骤及参数与具体实施方式三相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式三或四不同的是当紫外辐射计量指示剂为次氯酸时，步骤三光学指示剂与紫外光强的换算公式中k的取值范围是-0.005～-0.015。其它步骤及参数与具体实施方式三或四相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式三至五之一不同的是当紫外辐射计量指示剂为一氯胺时，步骤三光学指示剂与紫外光强的换算公式中k的取值范围是-0.0005～-0.005。其它步骤及参数与具体实施方式三至五之一相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式三至六之一不同的是步骤二所述的紫外消毒反应器的紫外辐射波长为250～360nm。其它步骤及参数与具体实施方式三至六之一相同。
实施例：本实施例使用紫外辐射剂量指示剂进行测定的方法按下列步骤实施：
一、向待处理的水样中添加紫外辐射计量指示剂一氯胺，混合均匀，测定得到进水中紫外辐射计量指示剂的浓度为4mg/L(以有效氯计)；
二、水样流经紫外消毒反应器，在紫外消毒反应器的出口处测定得到出水中紫外辐射计量指示剂的浓度；
三、根据光学指示剂与紫外光强的换算公式：计算得到紫外反应器内水体接收的紫外辐射光强，换算公式中：F表示紫外辐射光强，F的单位为mJ/cm2，[C]0表示进水中紫外辐射计量指示剂的浓度，[C]t表示出水中紫外辐射计量指示剂的浓度，k值为-0.00132。
其中原水中总有机碳(TOC)浓度为3.2mg/L，水样的透射率为92.6％。步骤二紫外消毒反应器的紫外波长为253.7nm。
图1和图2分别为不同浓度的次氯酸和一氯胺的紫外吸收光谱，由图可见，次氯酸和一氯胺对波长为250～360nm的紫外辐射区域均具有明显的吸收峰，因此，次氯酸和一氯胺可作为光学指示剂测定水体接收的紫外辐射光强。
本实施例测定过程所使用的紫外消毒系统如图3所示，向原水中投加指示剂，经混合器混合后，测定进水取样口处的有效氯浓度和出水取样口处光学指示剂浓度，根据光学指示剂与紫外辐射光强的数学关系式计算反应器内水体实际接收的紫外辐射光强。
下表为应用本实施例的化学指示剂(一氯胺)与生物指示剂(大肠杆菌)测定反应器内紫外辐射光强的测定值对比。由表中数据可知，随着水力停留时间的增大，一氯胺的浓度逐渐降低，反应器内水体接收的紫外辐射光强增大，本发明得到的紫外辐射光强与生物指示剂法得到的数值基本一致。但生物指示剂不能做到实时监控，而一氯胺的浓度能够通过DPD比色法或余氯测定仪进行在线浓度监测，具有实时性，较生物指示剂法具有明显的优势。
表1
图4为实施例所依据的紫外光强与氯胺去除率对数值的标准曲线。其测定方法为应用确定辐射光强的紫外光源对氯胺进行辐射，测定一氯胺的浓度变化值，以浓度比的自然对数值为纵坐标，以紫外辐射光强为横坐标。由图可知，图形的线性拟合公式的相关性良好，R2值为0.9994。
Claims (7)
1.一种紫外辐射剂量指示剂，该紫外辐射剂量指示剂为次氯酸或一氯胺，次氯酸或一氯胺投加到水样中的浓度以有效氯浓度计为0.5～20mg/L。
2.根据权利要求1所述的一种紫外辐射剂量指示剂，其特征在于次氯酸或一氯胺投加到水样中的浓度以有效氯浓度计为4～11mg/L。
3.一种紫外辐射剂量指示剂的测定方法，其特征在于是按下列步骤实现：
一、向原水中添加紫外辐射计量指示剂，混合均匀，测定得到进水中紫外辐射计量指示剂的浓度；
二、水样流经紫外消毒反应器，在紫外消毒反应器的出口处测定得到出水中紫外辐射计量指示剂的浓度；
三、根据光学指示剂与紫外光强的换算公式：计算得到紫外反应器内水体接收的紫外辐射光强，换算公式中：F表示紫外辐射光强，F的单位为mJ/cm2，[C]0表示进水中紫外辐射计量指示剂的浓度，[C]0的单位为mg/L，[C]t表示出水中紫外辐射计量指示剂的浓度，[C]t的单位为mg/L，k为不同光学指示剂与紫外辐射光强的相关系数；
其中步骤一所述的紫外辐射计量指示剂为次氯酸或一氯胺。
4.根据权利要求3所述的一种紫外辐射剂量指示剂的测定方法，其特征在于步骤一控制进水中紫外辐射计量指示剂的浓度以有效氯浓度计为0.5～20mg/L。
5.根据权利要求3所述的一种紫外辐射剂量指示剂的测定方法，其特征在于当紫外辐射计量指示剂为次氯酸时，步骤三光学指示剂与紫外光强的换算公式中k的取值范围是-0.005～-0.015。
6.根据权利要求3所述的一种紫外辐射剂量指示剂的测定方法，其特征在于当紫外辐射计量指示剂为一氯胺时，步骤三光学指示剂与紫外光强的换算公式中k的取值范围是-0.0005～-0.005。
7.根据权利要求3所述的一种紫外辐射剂量指示剂的测定方法，其特征在于步骤二所述的紫外消毒反应器的紫外辐射波长为250～360nm。
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| CN104897281B (zh) | 2017-01-04 |
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