《水处理工业杀菌技术》-工学论文，化学工程论文-论文范文参考-科学狗论文网

标题

水处理工业杀菌技术

范文

吉倩倩

摘? ? ? 要：针对我国水资源紧缺及废水乱排放问题，探讨了紫外线杀菌在工业循环冷却水处理中的应用。通过动态模拟实验，找出紫外线在循环冷却水处理中的杀菌条件和影响因素。以硫酸盐还原菌、铁细菌和异养菌为指示菌，得出杀菌剂的用量、灭菌时间、温度、pH值。结果表明：二氧化氯在投加量为3 mg/L，灭菌时间为30 min，臭氧在投加量为50 mg/L，灭菌时间为16 min，出水细菌数可达到化工行业循环冷却水处理标准，并且二氧化氯杀菌的余氯可在0.5～1.0 mg/L范围内维持2 h，满足了后续杀菌要求。紫外线杀菌前期投资较大，但使用费用较低，长期运行具有很大的经济优势。

关? 键? 词：循环冷却水;杀菌;紫外线

中图分类号：TD926.5? ? ? ?文献标识码： A? ? ? ?文章编号： 1671-0460（2019）09-2010-04

Abstract： In order to solve the problems of water shortage and wastewater discharge in China， the bactericidal effect of ultraviolet sterilization in industrial circulating cooling water treatment was studied. The germicidal conditions and influencing factors of ultraviolet sterilization in circulating cooling water treatment were studied by means of dynamic simulation experiment. Using sulfate reducing bacteria， iron bacteria and heterotrophic bacteria as indicator bacteria， the dosage of fungicides， sterilization time， temperature and pH value were studied. The germicidal effect of ultraviolet rays on bacteria in circulating cooling water and the suitable germicidal conditions was investigated. The experimental results showed that when the dosage of chlorine dioxide was 3 mg/L and the sterilization time was 30 min， the ozone dosage was 50 mg/ L and the sterilization time was 16 min， the number of bacteria in the effluent met the standard of circulating cooling water treatment in chemical industry， and the residual chlorine of chlorine dioxide sterilization maintained within the range of 0.5～1.0 mg/L for 2 hours， which met the requirement of subsequent sterilization. The conclusion is that the prophase investment of ultraviolet sterilization process is larger， but the cost of use is lower， and the long-term operation has a great economic advantage.

Key words： Circulating cooling water; Sterilization; Ultraviolet ray

目前制造業产生大量的工业废水，一旦排入地下会造成大量的地下水资源污染，对生态系统造成难以估量的破坏。

与生活用水不同，工业循环水系统通常为自然条件下的微生物生长和繁殖提供更有利的条件。水循环系统中主要为冷却水，在循环水中随着蒸发加药调节酸碱pH、管道材质及水流速等，致使水中的各种离子浓度增多，水质会恶化。水中杂质可以通过机械过滤器等手段过滤，水温度可以通过凉水塔及空冷设备降温等，水中氯等离子较多时候，无法处理[1，2]。

循环水系统中微生物大量繁殖，导致水体污染，同时出现一些黏液等，[3，4]附着在设备及管道表面，长时间会硬化，降低循环效果，导致换热效果降低。沉积在金属表面上的黏液将在水垢下引起严重腐蚀，同时还使药物对金属隔离，使药剂不能发挥其应有的腐蚀和阻垢效率[5]。抑制和杀死微生物、细菌和藻类，在冷却水系统中添加杀菌剂、除藻剂是最直接有效的方法[6，7]

1? 实验部分

1.1? 实验试剂及仪器

实验试剂：磷酸氢二钾、牛肉膏、氯化钙、硫代硫酸钠、硫酸镁、三氯甲烷、乳酸钠、重铬酸钾、硫酸亚铁铵、浓硫酸、硫酸铵、碘化钾、硝酸钠、淀粉、柠檬酸铁铵、水杨酸、氯化钠、氯化锌、盐酸、氢氧化钠、蛋白胨、氯化铵、硫酸钠、琼脂。

实验仪器：立式点热压力蒸汽灭菌锅 LDZX- 40KB，臭氧发生器 JKC-5，生化培养箱SHP-250，浊度仪AQ2010，电子分析天平ALC210.4 11 W，紫外灯管 15、21 W。

1.2? 实验装置

采用动态模拟实验方法模拟工业循环冷却水杀菌装置[8，9]。紫外线杀菌装置如图1。

紫外灯杀菌实验装置采用高度为 900 mm，内外径分别为 30、100 mm 石英消毒量筒。将外径19 mm 的单头四针紫外灯安装在石英消毒量筒内管，外管走水。紫外灯照射功率分别为11，15，21 W。通过调节流量可以控制辐照时间，考察紫外线杀菌效果[10]。

1.3? 实验用水

实验用水取自石化厂回用循环冷却水，原水已经经过二级处理。对其水质指标进行检测，其水质如表1所示。

2? 实验方法与步骤

2.1? 细菌的培养与计数

在循环冷却水系统中，合适的水温度和pH值适合于多种微生物的生长。增加水中微生物的数量和生长所需的营养源，例如有机物质、碳酸盐、硝酸盐、铁等。除冷却塔外，冷库全年都在室外暴露，阳光充足，为微生物的生长提供了良好的条件。因此，循环冷却水系统中存在许多种类和数量的微生物，这是非常有害的，其中硫酸盐还原菌、铁细菌和异养细菌是最常见的。

2.1.1? 硫酸盐还原菌

硫酸盐还原菌（SRB）是循环水中的主要危害菌，他们腐蚀金属设备，导致循环系统黏泥量升高，堵塞管道，影响换热效率，恶化水质。

硫酸盐还原菌培养液：K2HPO4：0.5 g，NH4Cl：1.0 g，Na2SO4：1.0 g，CaCl2·2H2O：0.1g，MgSO4·7H2O：2.0 g，70%乳酸钠溶液：5.0 g，蒸馏水：1 000 mL， Fe（NH4）2（SO4）2·6H2O：0.2 g，用氢氧化钠或盐酸溶液调节 pH：7.0～7.2，分装 10 mL培养液与培养瓶中，121 ℃下高压灭菌 15 min。

测定方法：将不同稀释度的水样接种到培养瓶，每个稀释度三个平行样，将培养瓶放入恒温培养箱中，37 ℃恒温培养7 d，培养液出现黑色沉淀，并有硫化氢气味，即为阳性，否则记为阴性。根据MPN计数法记录硫酸盐还原菌的数量。

2.1.2? 铁细菌

铁细菌可以将水中的铁化合物氧化成红棕色黏液（Fe2O3·xH2O），并在铁管中形成软泥。它也是水系统中最重要的微生物之一。在工业用水中，如果铁细菌大量繁殖，将会有大量的氢氧化铁护套覆盖金属表面，这不仅会降低传热效率，还会导致金属管的直径减小或堵塞，可以减少水流量。

铁细菌培养液：（NH4）2SO4：0.5 g，NaNO3：0.5 g，CaC12：0.2 g，MgSO4·7H2O：0.5 g，柠檬酸铁铵：10 g ，蒸馏水：1 000 mL，用氢氧化钠或盐酸溶液调节pH：6.6～6.8，分装 10 mL 培养液与培养瓶中，用蒸汽压力灭菌器 121 ℃下灭菌15 min。

测定方法：将不同稀释度的水样接种到培养瓶中，每个稀释度接种三瓶平行样，将培养瓶放入恒温培养箱中，（30±0.5）℃恒温培养10 d，细菌培养瓶中液体的分层沉淀是铁细菌生长的基础，每种稀释液都有几层沉淀，即几个阳性沉淀。根据MPN方法记录铁细菌的数量。

2.1.3? 异养菌

在工业循环冷却水中，异养细菌不仅生长繁殖速度最快，而且数量最多。细微的悬浮物和其他丝状细菌、霉菌、藻类和原生动物形成黏液。生物黏泥的积累会导致管道堵塞，影响传热效果。同时，细菌分泌酸后，金属表面局部形成氧浓度电池，腐蚀了管道。

异养菌培养基：蛋白胨：10，牛肉膏：3 g，NaC12：5 g，琼脂：15 g，蒸馏水：1 000 mL，用氢氧化钠或盐酸溶解调节 pH=7.4～7.6，并分别装在 500 mL 三角瓶中，用蒸汽压力灭菌器 121 ℃灭菌 15 min。

测定方法：根据无菌水梯度稀释10倍稀释测试水样品，无菌培养皿环境下培养不同试样，灌溉培养皿中，制备三个平行样品和一个空白样品。在（ 29±1）℃培养箱中培养72 h[11]。

2.2? 杀菌实验

紫外线作为一种新兴的杀菌技术，其对水质无影响，不产生副产物等优点。但在国内应用较少，特别是在工业循环冷却水杀菌的应用中尚很陌生。实验分别应用 11，15，21 W的紫外灯进行杀菌动态模拟实验 [12]。

3? 实验结果与讨论

考察了浊度在 3.25～4.96 NTU范围内，辐照时间分别为 10，20，40，60，80，100 s 时，11，15，21 W 的紫外灯杀菌系统对硫酸盐还原菌、铁细菌、异养菌的杀灭效果。辐照时间与灭菌率关系图如图 2-4所示。

由图2-4 可以看出，辐照时间从0～20 s之间时，三种不同功率的紫外等灭菌率提高都很快。

但是，出水的硫酸盐还原菌、铁细菌以及异养菌菌数没有达到化工行业的循环冷却水标准。当辐照时间为60 s时，三种功率对三种细菌的灭菌率均达到了99%以上，满足了水质要求。继续增加辐照时间，杀菌率仍有小幅度的提高，当辐照时间为 80～100 s时，紫外线的杀菌率几乎为100%。另外，三种不同功率紫外灯的杀菌效果随着功率的增加而增加，原因为紫外灯的有效输出功率随着紫外灯的功率成正比：紫外有效输出功率（W）=紫外表面输出光强（μW/cm2）×灯管有效面积（cm2）/106。提高了表面输出光强，使紫外辐照剂量有所提高，从而提高了杀菌效率。

4? 结论

紫外线对循环冷却水的杀菌效果显着。当11、15和21 W的紫外灯的照射时间为60 s时，硫酸盐还原菌、铁细菌和异养菌的杀菌率可达到99%以上。紫外灯功率越高，杀菌效果越好。实验结果表明，二氧化氯在投加量为3 mg/L，灭菌时间为30 min? 时，臭氧在投加量为50 mg/L，灭菌时间为16 min时，出水细菌数可达到化工行业循环冷却水处理标准，并且二氧化氯杀菌的余氯可在0.5～1.0 mg/L范围内维持2 h，满足了后续杀菌要求。紫外线杀菌前期投资较大，使用费用较低，长期运行具有很大的经济优势。

参考文献：

[1]高雅琼，崔石磊，李猛，刘华朋.循环冷却塔漂水问题分析及改造[J].当代化工， 2016， 45（12）：2817-2820.

[2]单小军.浅析污水处理中的消毒工艺[J].建筑工程技术与设计，2018，（8）：4280.

[3]张洪雷. 水热法制备LiMn_（0.15）Fe_（0.85）PO_4/C及其性能研究[J]. 当代化工， 2017， 46（12）： 2497-2500.

[4]吴木生，李爱梅，姜新慧，等.超声波紫外线协同杀菌技术在饮用天然水除菌中的应用研究[J].食品工业科技，2015，36（15）：126-129. .

[5] 杨宁宁.紫外线处理船舶压载水中金黄色葡萄球菌数值模拟及验证试验[D].哈尔滨工程大学，2015.

[6]王峰，雷霁霖，高淳仁，等. 国内外工厂化循环水养殖模式水质处理研究进展[J]. 中国工程科学， 2013（10）：16-23+32.

[7]Jason E.Bryant，Johanna Haggstrom，姜伟.减少水需求、最小化化学品使用的环保解决方案[J].石油科技动态，2014，（2）：56-63.

[8]赵海燕.重庆市唐家桥污水处理厂提标改造的設计研究[D].重庆大学，2014.

[9]严其林.DBD型臭氧发生器负载特性及新型供电电源研究[D].广东工业大学，2015.

[10]王雪敏.F公司新设M事业部拓展净水器市场的商业计划书[D].东华大学，2015.

[11]李文浩.油田污水处理物理杀菌技术的应用[J].中国科技财富，2011，（14）：57-57.

[12]魏晓腾.浅析污水处理中的消毒工艺[J].中国新技术新产品，2012（10）：216-216.

随便看

科学优质学术资源、百科知识分享平台，免费提供知识科普、生活经验分享、中外学术论文、各类范文、学术文献、教学资料、学术期刊、会议、报纸、杂志、工具书等各类资源检索、在线阅读和软件app下载服务。