20 世紀 70 年代，紫外殺菌技術開始逐步應用于污水和工業殺菌領域 ; 至 90 年代 ，由于關鍵技術特別是紫外低壓高能燈 系統 、 中壓燈系統和高壓高強燈等的突破，使得原本利用紫外殺菌系統很難達到殺菌效果的水體，現在可用高性價比的紫外殺菌系統進行殺菌處理，且因其具有環保潔凈特性，因而在歐美國家得到廣泛應用 〔1〕 。 目前西方國家已有約 25%的污水處理廠采用紫外殺菌技術。 紫外殺菌技術在工業中的應用已進入逐漸成熟時期 ，但在循環水中的應用報道極少 。
針對北京地下水為水源 、 濃縮倍數為 4 的循環水水質條件，筆者選用 300 W 紫外低壓高強燈 ，研究了紫外殺菌系統對循環水的殺菌效果并確定了其在循環水中的使用條件。
1 實驗部分
1.1 紫外殺菌實驗流程
在水箱中加入實驗用水 ，開啟水泵 ，調節流量計，使經過紫外燈的流量為總循環量的 50%。
圖 1 紫外殺菌實驗流程
1.2 動態模擬試驗
參照 HG/T 2160—1991 《 冷卻水動態模擬試驗方 法 》，向循環水中加入緩蝕阻垢劑，按照圖 1 流程進行試驗 ，循環水經水泵分流 60% 進入紫外殺菌系統 。
1.3 實驗用水
實驗用水取自燕山石化工業用水 ，pH=7.9，鈣硬度 268 mg/L，堿度 238 mg/L，總鐵 0.10 mg/L，濁度 2.3 mg/L。
1.4 分析與檢測
異養菌 、鐵細菌 、硫酸鹽還原菌采用 GB/T 14643— 1993 方法測定 ，水質采用文獻〔2〕 方法測定 。
JTW-1 型紫外低壓高強燈，300 W，波長 254 nm，北京金泰天成科技有限責任公司 。
HG/T 20609—2000 要求循環水中的微生物控制在：異養菌 ≤ 1×105 mL-1，鐵細菌 ≤ 100 mL-1，硫酸鹽還原菌 ≤ 50 mL-1。
2 結果與討論
2.1 紫外系統的殺菌效果
循環水中主要含有異養菌 、 鐵細菌和硫酸鹽還原菌 ，筆者分別考察了紫 外照射對這 3 種菌的殺菌效果，結果見表 1 、 表 2。
從表 1 可見，異養菌起始菌數為 1.1×105 mL-1，運行 1 h 后紫外系統出口處的異養菌下降 2 個數量級 ; 水箱中的異養菌數為 1.8×104~3.9×104 mL-1，達到了異養菌數≤1×105 mL-1 的要求。
由表 2 可見 ，運行 24 h 后 ，紫外系統出口處的鐵細菌下降 3 個數量級 ，水箱水的鐵細菌下降 2 個數量級 ，達到 HG/T 20609—2000 中循環水鐵細菌< 100 mL-1 的要求。 從紫外系統對硫酸鹽還原 菌的殺菌效果看，運行 5 h 時紫外出口處的硫酸鹽還原菌僅為 5 mL-1，可達到硫酸鹽還原菌控制在 50 mL-1 的要求 。 可見 ，紫外系統對循環水中 3 種細菌具有較好的殺菌效果。
2.2 紫外照射時間對殺菌效果的影響
考察了紫外照射時間對殺菌效果的影響 ，為工業設計提供依據。 配制了異養菌數不同的 3 種水樣進行殺菌試驗，結果如表 3 所示。
從表 3 數據可見 ，紫外照射時間為 2 s 時 ，異養菌即由起始的 1.0×105~8.5×105 mL-1 降到 4.3×103~1.3×104 mL-1，殺菌時間為 2~8 s 時的殺菌效果相差不大，2 s 即可達到對循環水的殺菌效果 。c 紫外劑量是影響紫外殺菌效率的關鍵因素。 由于 紫 外 劑 量 = 紫 外 強 度 × 殺 菌 停 留 時 間 × 紫 外 透 光率，因此選擇紫外透光率為 82%和 90%的水樣 ，通過測定紫外出口不同停留時間的異養菌數，考察紫外劑量對殺菌效果的影響 ，結果如圖 2 所示。
圖 2 紫外劑量對殺菌效果的影響
圖 2 表明：紫外透光率為 82%、90%時 ，隨著紫外劑量的增加，對異養菌的殺菌效果增強，當紫外劑量達到 0.04 J/cm2 時 ，紫外系統出口處的異養菌數在 1×102~1×103 mL-1 之間 。
2.4 水質對紫外殺菌效果的影響
配制了不同 Fe3+含量的水樣，通過分析水箱水的細菌數，確定適合循環水的紫外殺菌水質條件。
由圖 3 可見，隨著 Fe3+的增加 ，紫外系統對異養菌的殺菌效果降低。當 Fe3+>0.51 mg/L 后 ，紫外光照射后異養菌無明顯下降。 分析原因可能是循環水中的 Fe3+對紫外光有較大的摩爾吸光系數 ，對紫外光呈強吸收，降低了水中的紫外光強度 ，從而影響殺菌效果。 因此，需嚴格控制循環水中的 Fe3+濃度。
圖 3 不同水質條件下的殺菌效果
濁度對紫外殺菌效果的影響如圖 4 所示 。
圖 4 濁度對殺菌效果的影響
從圖 4 可見 ，24 h 內 ，控制濁度在 10 mg/L 時 ，異養菌數逐步降低，當濁度增至 15 mg/L 時，異養菌 數先降后升 ; 運行 24 h 時異養菌數接近 HG/T 20609 —2000 規定的上限 。濁度對紫外線滅殺微生物的影響主要表現在兩個方面 ： (1 ) 濁度會影響紫外線的穿透能力 ，進而減少到達微生物表面的紫外劑量;(2) 濁度物質可能與微生物結合，起到屏蔽作用，使滅活率偏低 。因此 ，當水中的總鐵 <0.5 mg/L、 濁度 <10 mg/L 時 ，紫外殺菌效果能夠滿足循環水殺菌的要求。
2.5 紫外殺菌后異養菌的生長情況
循環水經紫外殺菌后在系統中仍有一定的停留時間 ，采用水箱水全部進入紫外殺菌系統再流入水箱的循環運行方式，考察紫外殺菌后異養菌的 生長情況。 循環水經紫外照射后 ，取水箱水分析其異養菌5 數，并與無紫外系統進行對比 ，結果如圖 5 所示。
圖 5 停止紫外照射后的異養菌數
由圖 5可見，停止紫外照射后，異養菌數的生長規律與無紫外光照射系統的相近。 說明紫外殺菌無持續性，停止紫外殺菌后循環水在系統的停留 時間控制在 2 h 內為宜。
2.6 動態模擬試驗的紫外殺菌效果評價
循環水的動態模擬試驗采用 2 套系統。 第 1 套考察紫外燈出口處的殺菌效果，第 2 套則考察對異養菌的持續殺菌效果 。 試驗中紫外劑量 >0.04 J/cm2，紫外照射時間為 4 s。
第 1 套系統在循環水濃縮倍數達到 4 后 ，啟動紫外殺菌系統，測定紫外系統出口處的異養菌數，如 表 4 所示。
由表 4 可以看出 ，紫外系統出口的異養菌數保持在 2×102~1.3×103 mL-1，殺菌效果較好。
第 2 套系統在動態試驗啟動的第 2 天啟動紫外殺菌，水中異養菌數隨時間的變化情況見表 5。
由表 5 可見，啟動紫外殺菌系統時 ，循環水中的異養菌數<1×105 mL-1，此后一直保持在 1.6×104~1.0×105 mL-1 之間 ，表明紫外處理可穩定控制循環水中的異養菌數。具體參見http://m.bnynw.com更多相關技術文檔。
3 結論
(1)紫外光照射對循環水中的 3 種細菌有較好的殺菌效果 。 當紫外照射時 間為 2 s，紫外劑量為 0.04 J/cm2，循環水中總鐵<0.5 mg/L，濁度<10 mg/L，經過紫外系統的循環水占總流量的 50%時 ，水中的異養菌數能夠滿足 HG/T 20609—2000 的要求。
(2)動態模擬試驗結果表明 ： 60%的循環水經紫外處理后 ，異養菌數<1×105 mL-1。
