超声波紫外线杀菌器

冉胜国++毛建伟++张志海++文祯++冯占辉++王雪芳

[摘 要]化工行业污水回用中水系统水质细茵严重超标107以上，加氯消毒对管道腐蚀严重，造成注入循环水系统后无法正常运行。采用紫外线杀菌技术与超声波技术相结合，实现了高效杀菌，中水达标率由58.5%提高到98.6%以上，并且不产生任何二次污染。超声频率控制在28KHzT，功率2kw，紫外线辐射剂量80，000μWs/cm2可去除近99.9%的还原菌，杀菌效果稳定。

[关键词]超声波；紫外线；中水处理；杀菌

中图分类号：X703.5 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）17-0305-02

引言

由于投加氯系杀菌剂引起输送管道腐蚀严重，同时后续应用造成极大的隐患，中水水质得不到改善。因此，利用物理杀菌结合化学方法控制微生物、结垢和腐蚀的同时抑制细菌增长的研究便开展起来并取得了可喜成果。

超声波具有强烈物理学和生物学作用，其空化作用可以显著增加紫外线透射率、增加水体的扰动、分解水体所含各种微粒、增加水体所含微粒的滚动，从而使紫外线照射水体的相对剂量增大。将超声波引入紫外线杀菌装置，可使细菌含量减少，达到石油化工中水水质标准，注入循环水系统运行正常，减少了生产成本，提高系统寿命的同时对保护环境发挥了重要作用。

1 化工污水回用中水水质特点

某石化企业中水回用水量14400吨/日，由于中水细菌含量不稳定，注入循环水系统中造成水质问题，长期困扰企业节水减排工作。2013年流失水量高达85%，中水达标率平均只有58.5%。水质不达标导致设备及管道严重腐蚀、结垢，造成很大的经济损失。安装超声波紫外杀菌器后细菌总数合格率达到98.6%。

1.1 污水回用处理后水质

1.2 中水回用系统的腐蚀特点

高温环境有利细菌繁殖，细菌大量存在是产生腐蚀结垢的主要原因，另外溶解氧作为催化剂的存在是进一步加快腐蚀速度的原因。

2 紫外线杀菌在污水处理中应用

2.1 紫外线杀菌生物特性

微生物细胞中的核糖核酸（RNA）和脱氧核糖核酸（DNA）吸收光谱的范围在240～280nm，对波长255～260nm的紫外线有最大吸收能力。紫外线杀菌灯所产生的光波的波长恰好在此范围内，因此利用紫外线可以有效地达到杀菌的目的。紫外光被微生物的核酸所吸收，一方面可使核酸突变阻碍其复制、转录，封锁蛋白质的合成，另一方面产生自由基，可引起光电离，从而导致细胞死亡，由此达到高效能杀菌。

2.2 中水水质对紫外线杀菌效果影响分析

透光率和辐射剂量是衡量紫外线杀菌效果的主要指标，石化行业回用中水水质比较特殊，其中油类、硫化物、悬浮物对紫外线有较强的干扰和吸收作用，射线量也相对减少，并有遮蔽紫外线保护细菌的特点。即便经过滤膜过滤也很难使水的紫外线透光率大幅度提高。水中的杂质容易粘附在紫外线灯石英防水保护套管外，形成污染，遮蔽紫外线，显著降低紫外线透射率。

3 超声波工作原理

超声波换能器将脉冲电信号转换成相应的机械振动，产生定向传播纵波，各质点形成稠密与稀蔬相间的交变波形，分子间原有的吸引力被破坏而下降。超声波传播速度随着介质的变化而产生速度差，从而在界面上形成剪切应力，导致垢晶体与管壁间结合力减弱，因此可以将容器的内表面彻底清洗。对液体施足够功率的超声波时，产生空化现象，空化气泡数可达50x103/s，局部增压峰值可达数百甚至上千大气压。

在水溶液里，由于超声波的作用，能产生过氧化氢自由基，具有杀菌能力。没有运用超声波处理的垢其微观形貌呈细小的颗粒和棒状的结晶状态，并紧密交织在一起。而经过超声波对微生物破坏，强烈的震荡使得细胞彻底破坏。同时，微生物细胞液受高频声波作用时，其中溶解的气体变为小气泡，小气泡的冲击可使细胞破裂，因此，超声波对微生物有杀灭效应。

4 超声波结合紫外线杀菌器方式

4.1 超声波应用于紫外线杀菌器的作用

超声波紫外线杀菌器由紫外线杀菌器、超声波换能器、控制柜等组成。

超声波换能头在容器上形成的剪切应力导致杂质与管壁间结合力减弱，能够阻止或逐步清除杂质微粒附着在管壁和容器内壁上，达到动态清洗的目的。通过超声波换能器进行污水空化处理，清洁紫外线石英套管，使得紫外线有效剂量增加，从而提高杀菌效果。另外，由超声波所激发的微水流对杂质微粒也有显著的清除作用。

4.2 超声波紫外线杀菌器应用

按照600m3/小时水量设计，超声频率控制在28KHzT，功率2kw，紫外灯接触停留时间4.25秒，紫外剂量80 mJ/cm3，经过现场测试可去除99.9%的还原菌。

超声波的振动清洗、剪切和空化作用可以动态清洗石英套管表面，提高紫外线透射率，使水体有效照射剂量明显增加。同时通过对水体的扰动，分解水体中所含各种微粒，增加水体所含微粒的滚动，从而使紫外线照射水体的相对剂量增大，杀菌率明显提高，杀菌效果稳定，水质达标率98.6%以上。

5 结论

通过超声波的振动剪切和空化作用可以分别实现对石英防水套管的动态清洗、分割破碎及产生大量空化气泡，提高紫外线透射率和杀菌率，并且不产生任何二次污染。超声频率控制在28KHzT，功率达到2kw，紫外线辐射剂量80，000μWs/cm2可去除99.9%的还原菌。采用紫外线杀菌技术与超声波技术相结合，实现了高效杀菌，中水达标率由58.5%提高到98.6%以上。

参考文献

[1] 郑永哲，王江，于学良等，超声波协同紫外线提高污水处理杀菌效果，石油仪器，2008，22（5）.

[2] 周瑱，李子富，闫园园，等，我国污水紫外线消毒技术的发展现状及应用，给水排水，2012，67.

[3] 周红生，许小芳，王欢，等，超声波灭菌技术的研究进展，声学技术，2010，29（5）.