CN111099692A - 一种生物验证紫外线剂量系统与方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种生物验证紫外线剂量系统与方法，包括进水管、紫外反应器、调节剂投加设施、微生物投加设施，所述进水管与静态混合器相连，所述进水管与调节剂投加设施、微生物投加设施连接，所述静态混合器与紫外反应器相连，所述紫外感应器进水口和出水口上设有取样口。本发明结构简单，占地面积小，通过此系统可以快速、科学、合理的确定紫外线设备所能输出到水中微生物上的实际紫外能量，可以真实反映设备的消毒性能。
Description
技术领域
本发明属于水处理技术领域，特别涉及一种生物验证紫外线剂量系统与方法。
背景技术
紫外线消毒技术是一种物理消毒，具有杀菌广谱性、无二次污染、运行安全可靠等优点，可以灭活一些传统化学药剂不能杀死的有害微生物，因此，越来越多的给水厂采用这种消毒技术来提高微生物控制的覆盖面。目前，认定紫外设备消毒性能(投射的紫外线剂量的方法)主要有这几种方法：计算模型法、化学法、生物法、荧光微球法以及紫外线强度监控法等。这几种方法大多依靠理论紫外剂量设计原则来指导紫外线设备的设计、选型，会使紫外线设备在实际使用过程中存在巨大的不达标风险。单从结果看，往往会夸大设备的紫外输出能力，从而使紫外线设备的设计变得盲目，无法真实反映设备的消毒性能。生物验证法是最为法规制定和执行部门所接受、也是最可靠的方法，很多国家都已将其列为紫外设备实际剂量认定的标准方法，可以真实反映设备的消毒性能。但是我国在这一方面尚处于起步阶段，缺乏对饮用水或再生水消毒设备科学有效合理的验证剂量的系统与方法。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种生物验证紫外线剂量系统，系统结构简单，占地面积小，通过此系统可以快速、科学、合理的确定紫外线设备所能输出到水中微生物上的实际紫外能量，可以真实反映设备的消毒性能。
本发明还提供一种生物验证紫外线剂量方法，通过此方法可以快速、科学、合理的确定紫外线设备所能输出到水中微生物上的实际紫外能量，可以真实反映设备的消毒性能。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种生物验证紫外线剂量系统，包括进水管、紫外反应器、调节剂投加设施、微生物投加设施、静态混合器，所述进水管与静态混合器相连，所述进水管与调节剂投加设施、微生物投加设施连接，所述静态混合器与紫外反应器相连，所述紫外感应器进水口和出水口上设有取样口。
所述静态混合器出水口与储水罐连接，所述储水罐出水口与静态混合器进水口连接，所述储水罐上设有放空阀。
所述调节剂投加设施包括调节剂溶液储罐、计量泵、闸阀，所述计量泵与调节剂溶液储罐连接，计量泵与进水管连接，进水管上设有闸阀。
所述微生物投加设施包括微生物原液储罐、计量泵、闸阀，所述计量泵与微生物原液储罐连接，计量泵与进水管相连，进水管上设有闸阀。
所述紫外反应器包括若干紫外线灯管，紫外线灯管上套有石英套管。
所述紫外反应器进水口和出水口上设有“S”型管道。
一种生物验证紫外线剂量方法，当水量为大规模水量时，原水经过加压进入进水管，调节剂投加设施和微生物投加设施向进水管内投加调节剂和微生物溶液，原水进入静态混合器与调节剂和微生物溶液混合均匀，最后进入紫外反应器，当水量为较小规模时，与大规模水量有所不同的是，原水在静态混合器中混合后进入储水罐中，在储水罐中调节好流量后再次进入静态混合器，然后再进入紫外反应器；
当系统达到稳定状态后，在紫外反应器进水口和出水口处取样，分别测试紫外线穿透率和微生物浓度，在设定的流量、紫外线穿透率调节剂、光强条件下测定紫外反应器对微生物的灭活率曲线，作紫外线有效生物验证剂量—灭活率曲线。
取样包括3个10ml-20ml的微生物检测水样，1个紫外线穿透率检测水样，同一点3次取样误差小于5％。
紫外线有效生物验证剂量计算公式为：
D＝RED×FF×AF (1)
D：紫外线水消毒设备有效生物验证剂量(mJ/cm2)；
RED：紫外线水消毒设备验证剂量(mJ/cm2)；
FF：紫外线水消毒设备结垢系数，默认值0.8；
AF：紫外线水消毒设备老化系数，默认值0.5；
A254：测试水体的UV254吸光度；
P：紫外线水消毒设备输出功率(W)；
Q：流量(m3/h)；
B：紫外线模块单元数；
a、b、c、d、e为常数，根据实际情况计算。
所述微生物的灭活率计算公式为：
IR＝lg(N0/N) (3)
IR：紫外线对微生物的灭活率(％)；
N0：消毒前水样中对照微生物个数(个/ml)；
N：紫外线照射一定时间后等量水样中剩余微生物个数(个/ml)。
本发明的有益效果是：
1)系统结构简单，占地面积小，通过此系统和方法可以快速、科学、合理的确定紫外线设备所能输出到水中微生物上的实际紫外能量，可以真实反映设备的消毒性能。
2)当为小规模水量测试时，在静态混合器、流量计以及储水罐之间形成一个内循环以更好地混合测试溶液。
3)调节剂投加设施能够精确投入紫外线调节剂。
4)微生物投加设施能够精确投入微生物溶液。
5)石英套管透光率高，衰减低，增强灭菌效果。
6)“S”型紫外反应器进水口和出水口管道能够防止紫外反应器中光线影响进出水取样口处的微生物活性，增加测量准确性。
附图说明
附图1是本发明一种生物验证紫外线剂量系统示意图。
图中：1进水管、2止回阀、3闸阀、4调节剂投加设施、5计量泵、6调节剂溶液储罐、7微生物投加设施、8微生物原液储罐、9静态混合器、10流量计、11储水罐、12取样口、13压力表、14紫外反应器、17放空阀、18变频泵。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有设定的方位、以设定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
实施例1
一种生物验证紫外线剂量系统，包括进水管1、紫外反应器14、调节剂投加设施4、微生物投加设施7，所述进水管1与静态混合器9相连，所述进水管1与调节剂投加设施4、微生物投加设施7连接，所述静态混合器9与紫外反应器14相连，所述紫外感应器进水口和出水口上设有取样口12。
调节剂为紫外线穿透率调节剂。
所述静态混合器9出水口与储水罐11连接，所述储水罐11出水口与静态混合器9进水口连接，所述储水罐11上设有放空阀17。
所述调节剂投加设施4包括调节剂溶液储罐6、计量泵5、闸阀3，所述计量泵5与调节剂溶液储罐6、闸阀3相连，所述闸阀3与进水管1相连。
所述微生物投加设施7包括微生物原液储罐8、计量泵5、闸阀3，所述计量泵5与微生物原液储罐8、闸阀3相连，所述闸阀3与进水管1相连。
所述紫外反应器14包括若干紫外线灯管，紫外线灯管上套有石英套管。
所述紫外反应器14进水口和出水口上设有“S”型管道，“S”型管道另一端与取样口相连。
一种生物验证紫外线剂量方法，当水量为大规模水量时，原水经过加压进入进水管1，调节剂投加设施4和微生物投加设施7向进水管1内投加调节剂和微生物溶液，原水进入静态混合器9与调节剂和微生物溶液混合均匀，最后进入紫外反应器14，当水量为较小规模时，与大规模水量有所不同的是，原水在静态混合器9中混合后进入储水罐11中，在储水罐11中调节好流量后再次进入静态混合器9，然后再进入紫外反应器14；
当系统达到稳定状态后，在紫外反应器14进水口和出水口处取样，分别测试紫外线穿透率和微生物浓度，在设定的流量、紫外线穿透率调节剂、光强条件下测定紫外反应器14对微生物的灭活率曲线，作紫外线有效生物验证剂量—灭活率曲线。
实施例2
一种生物验证紫外线剂量系统，包括进水管1、紫外反应器14、调节剂投加设施4、微生物投加设施7，所述进水管1与静态混合器9相连，所述进水管1与调节剂投加设施4、微生物投加设施7连接，所述静态混合器9与紫外反应器14相连，所述紫外感应器进水口和出水口上设有取样口12。
进水管1上设有止回阀2、变频泵18和压力表13，静态混合器9与紫外反应器14连接的管道上设有变频泵18、流量计10压力表13。
紫外感应器出水口与出水管连接，出水管上设有压力表。
所述调节剂溶液储罐6、微生物原液储罐8和储水罐11内设有搅拌器，
所述静态混合器9出水口与储水罐11连接，所述储水罐11出水口与静态混合器9进水口连接，所述储水罐11上设有放空阀17。
所述调节剂投加设施4包括调节剂溶液储罐6、计量泵5、闸阀3，所述计量泵5与调节剂溶液储罐6、闸阀3相连，所述闸阀3与进水管1相连。
所述微生物投加设施7包括微生物原液储罐8、计量泵5、闸阀3，所述计量泵5与微生物原液储罐8、闸阀3相连，所述闸阀3与进水管1相连。
所述紫外反应器14包括若干紫外线灯管，紫外线灯管上套有石英套管。
所述紫外反应器14进水口和出水口上设有“S”型管道。
一种生物验证紫外线剂量方法，当水量为大规模水量时，原水经过加压进入进水管1，调节剂投加设施4和微生物投加设施7向进水管1内投加调节剂和微生物溶液，原水进入静态混合器9与调节剂和微生物溶液混合均匀，最后进入紫外反应器14，当水量为较小规模时，与大规模水量有所不同的是，原水在静态混合器9中混合后进入储水罐11中，在储水罐11中调节好流量后再次进入静态混合器9，然后再进入紫外反应器14；
当系统达到稳定状态后，在紫外反应器14进水口和出水口处取样，分别测试紫外线穿透率和微生物浓度，在设定的流量、紫外线穿透率调节剂、光强条件下测定紫外反应器14对微生物的灭活率曲线，作紫外线有效生物验证剂量—灭活率曲线。
取样包括3个10ml-20ml的微生物检测水样，1个紫外线穿透率检测水样，同一点3次取样误差小于5％。
所述进水取样口12、出水取样口12均采用T型弯头。
储水罐11为圆柱体，体积为2-5m3、材质为玻璃钢。
计量泵5均为隔膜式计量泵5，其流量范围在0.1-20000L/h，计量精度在±1％以内，该泵可以手动调节和变频调节流量，亦可实现遥控和计算机自动控制。
所述紫外线穿透率调节剂溶液储罐6、受试微生物原液储罐8、储水罐11均含有搅拌器以保持各溶液混合均匀。其中储水罐11为圆柱体，体积为2-5m3、水在储水罐11中的停留时间为3-5min，材质为玻璃钢。
该方法参数如下：
紫外线剂量在20-80mJ/cm2之间；
受试微生物浓度：1010-1011个/L；
微生物一般选用MS2噬菌体
紫外线穿透率调节剂浓度：1％左右。
紫外线穿透率为波长254nm的紫外线在通过1cm比色皿水样后，未被吸收的紫外线与输出总紫外线之比，可用分光光度计测量计算获得。
紫外线有效生物验证剂量计算公式为：
D＝RED×FF×AF (1)
D：紫外线水消毒设备有效生物验证剂量(mJ/cm2)；
RED：紫外线水消毒设备验证剂量(mJ/cm2)；
FF：紫外线水消毒设备结垢系数，默认值0.8；
AF：紫外线水消毒设备老化系数，默认值0.5；
A254：测试水体的UV254吸光度；
P：紫外线水消毒设备输出功率(W)；
Q：流量(m3/h)；
B：紫外线模块单元数；
a、b、c、d、e为常数。
所述微生物的灭活率计算公式为：单位
IR＝lg(N0/N) (3)
IR：紫外线对微生物的灭活率(％)；
N0：消毒前水样中对照微生物个数(个/ml)；
N：紫外线照射一定时间后等量水样中剩余微生物个数(个/ml)。
以上内容仅仅是对本发明的结构所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种生物验证紫外线剂量系统，其特征是，包括进水管、紫外反应器、调节剂投加设施、微生物投加设施、静态混合器，所述进水管与静态混合器相连，所述进水管与调节剂投加设施、微生物投加设施连接，所述静态混合器与紫外反应器相连，所述紫外感应器进水口和出水口上设有取样口。
2.如权利要求1所述一种生物验证紫外线剂量系统，其特征在于，所述静态混合器出水口与储水罐连接，所述储水罐出水口与静态混合器进水口连接，所述储水罐上设有放空阀。
3.如权利要求1所述一种生物验证紫外线剂量系统，其特征在于，所述调节剂投加设施包括调节剂溶液储罐、计量泵、闸阀，所述计量泵与调节剂溶液储罐连接，计量泵与进水管连接，进水管上设有闸阀。
4.如权利要求1所述一种生物验证紫外线剂量系统，其特征在于，所述微生物投加设施包括微生物原液储罐、计量泵、闸阀，所述计量泵与微生物原液储罐连接，计量泵与进水管相连，进水管上设有闸阀。
5.如权利要求1所述一种生物验证紫外线剂量系统，其特征在于，所述紫外反应器包括若干紫外线灯管，紫外线灯管上套有石英套管。
6.如权利要求1所述一种生物验证紫外线剂量系统，其特征在于，所述紫外反应器进水口和出水口上设有“S”型管道。
7.一种生物验证紫外线剂量方法，其特征在于，当水量为大规模水量时，原水经过加压进入进水管，调节剂投加设施和微生物投加设施向进水管内投加调节剂和微生物溶液，原水进入静态混合器与调节剂和微生物溶液混合均匀，最后进入紫外反应器；当水量为较小规模时，原水在静态混合器中混合后进入储水罐中，在储水罐中调节好流量后再次进入静态混合器，然后再进入紫外反应器；
当系统达到稳定状态后，在紫外反应器进水口和出水口处取样，分别测试紫外线穿透率和微生物浓度，在设定的流量、紫外线穿透率调节剂、光强条件下测定紫外反应器对微生物的灭活率曲线，作紫外线有效生物验证剂量—灭活率曲线。
8.根据权利要求7所述的一种生物验证紫外线剂量方法，其特征在于，取样包括3个10ml-20ml的微生物检测水样，1个紫外线穿透率检测水样，同一点3次取样误差小于5％。
9.根据权利要求7所述的一种生物验证紫外线剂量方法，其特征在于，紫外线有效生物验证剂量计算公式为：
D＝RED×FF×AF (1)
D：紫外线水消毒设备有效生物验证剂量(mJ/cm2)；
RED：紫外线水消毒设备验证剂量(mJ/cm2)；
FF：紫外线水消毒设备结垢系数，默认值0.8；
AF：紫外线水消毒设备老化系数，默认值0.5；
A254：测试水体的UV254吸光度；
P：紫外线水消毒设备输出功率(W)；
Q：流量(m3/h)；
B：紫外线模块单元数；
a、b、c、d、e为常数。
10.根据权利要求7所述的一种生物验证紫外线剂量方法，其特征在于，
所述微生物的灭活率计算公式为：
IR＝lg(N0/N) (3)
IR：紫外线对微生物的灭活率(％)；
N0：消毒前水样中对照微生物个数(个/ml)；
N：紫外线照射一定时间后等量水样中剩余微生物个数(个/ml)。
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