如今，全球很多國家對供水系統(tǒng)安全問題給予了高度關(guān)注。尤其是近些年人們對于飲用水的消耗增加，這就需要對消毒技術(shù)進行不斷的優(yōu)化和完善，以適應當前的社會形勢。紫外線技術(shù)作為一種物理消毒技術(shù)不會對最終水體帶來二次污染，因此，在當前的水處理領域受到重視。

相關(guān)學者對紫外線滅活水中的病原微生物已進行了多次研究，但是關(guān)于紫外線消毒管網(wǎng)生物安全性的研究尚處于起步階段。紫外線消毒管網(wǎng)生物安全性同樣不可忽視，供水管網(wǎng)中的有毒病原體如果不能得到很好的控制和處理，同樣會給整個城市的供水系統(tǒng)帶來巨大的危害。

為了能夠保證管網(wǎng)水質(zhì)的安全性，需要顯著增強飲用水生物穩(wěn)定水平，而提升該穩(wěn)定性的關(guān)鍵就是要對給水管網(wǎng)中的相關(guān)有機營養(yǎng)物含量給予控制。對該生物穩(wěn)定性進行標價的指標分別為AOC與BDOC，前者對應的是可同化有機碳(assimilable organic carbon，AOC)，后者為生物可降解溶解性有機碳(biodegradable dissolved organic carbon，BDOC)。通過相應的水處理工藝對這兩個指標濃度進行控制，就能很好地減少微生物在相應管網(wǎng)中的再生能力，進而有效地增強相應微生物的控制效果。

在飲用水管網(wǎng)通道中，微生物的再生長與AOC指標關(guān)系密切。但是，由于試驗條件具有差異性，且紫外線劑量的確定方法缺乏相應標準，使得相關(guān)研究人員很難得到準確結(jié)論。 本次試驗通過利用軟件模擬和試驗相結(jié)合的手段，詳細探究了紫外消毒技術(shù)對管網(wǎng)水中AOC、TOC的影響。

結(jié)果分析

1 不同UV劑量下樣品AOC的變化

不同UV劑量下UV消毒出水的AOC濃度變化

研究指出，在具體常規(guī)劑量下，紫外線對有機物結(jié)構(gòu)有著較小的影響，不會帶來水體中AOC濃度的顯著改變，但在高UV劑量條件下，水體中含-COOH鍵等有機物質(zhì)在紫外線催化下，會形成相應的羥基自由基，然后和水體中相關(guān)有機物進行反應，進而使AOC濃度開始有了顯著改變。

2 不同UV劑量下樣品TOC的變化

不同UV劑量下UV消毒出水的TOC濃度變化

高UV劑量在降低TOC濃度的同時，將大分子有機物分解為小分子有機物，從而增大了AOC占TOC的相對比例。中高強度的UV劑量會增加水中的AOC濃度，可將水中大分子有機物進行分解，進而可被微生物利用。

3 不同UV劑量下樣品三維熒光圖譜的變化

濾池出水(f-0)的三維熒光圖譜

研究表明，類蛋白有機物對高功率長停留時間更敏感，但與此同時，大分子有機物在此條件下被分解為分子量相對小的富里酸有機物。

結(jié)論

本文通過建立基于計算流體力學數(shù)值模擬技術(shù)CFD模擬的紫外消毒反應器模，求解紫外消毒反應器在不同燈管設置和不同進水流速下的UV平均劑量，探究不同紫外輻射劑量條件下出水水質(zhì)的變化情況，結(jié)論如下。

(1)紫外消毒反應器模型中光強分布不均勻，燈管之間的區(qū)域紫外線強度比較高，最高紫外劑量區(qū)域在燈管壁四周，最低紫外劑量區(qū)域出現(xiàn)在反應器壁附近。4種試驗條件下的UV光強基本一致，其原因可能在于反應器單位體積內(nèi)的液體所接受的UV光強已達到光飽和的狀態(tài)。低壓UV燈輻射之下達到一定光強后，更換高功率的UV燈不能提高液體媒介所接受的UV光強。

(2)基于UV光強采用Fluent軟件通過UDF文件將光強分布導入模型中，計算得AT條件下UV平均劑量為138.26 mJ/cm 2、MTA條件下UV平均劑量為260.88 mJ/cm 2、MTB條件下UV平均劑量為273.91 mJ/cm 2、HT條件下UV平均劑量為471.64 mJ/cm 2。

(3)高UV劑量(471.61 mJ/cm 2)可分解水中的有機物，降低出水TOC； 高UV劑量在降低TOC濃度的同時，可將大分子有機物分解為小分子有機物，從而增大AOC占TOC的相對比例。

(4)UV出水AOC濃度隨UV劑量增加[由適量(138.26 mJ/cm 2)，中等(260.88 mJ/cm 2)，高劑量(471.64 mJ/cm 2)] 的趨勢走向是增大的。若是紫外線計量在常規(guī)下，它對有機物結(jié)構(gòu)帶來較小的影響，不會使水體中AOC濃度產(chǎn)生明顯改變。但在高UV劑量條件下，水體中相關(guān)物質(zhì)在紫外線催化之下就會形成羥基自由基，進而和水體中有機物進行反應，使得AOC濃度相應增加。

(5)三維熒光光譜圖顯示，類腐殖質(zhì)類有機物和類蛋白質(zhì)類有機物對UV輻射附著較為敏感，增加UV劑量可降低該種大分子量的有機物；當將UV提升至高UV劑量(471.68 mJ/cm 2)，大分子有機物在此條件下被分解為分子量相對小的富里酸有機物，富里酸熒光(B區(qū)和D區(qū))指紋有所增加。

(6)當UV劑量達471.68 mJ/cm 2時，在同等強度的UV光強下， 較長的停留時間令更多的大分子量有機物分解為分子量相對小且可被微生物吸收利用的富里酸有機物，從而增加了飲用水水質(zhì)的微生物風險。因此，建議生活飲用水UV消毒，應采用劑量MTB 為273.91 mJ/cm 2、短停留時間的方式，降低飲用水水質(zhì)的微生物風險。

本文紫外消毒技術(shù)成本低，對用氯消毒污水(5 萬t/d)，需建有一個130 m×3 m的接觸渠。采用UV消毒只需20 m×3 m的面積；且同等效果下，氯消毒會產(chǎn)生副產(chǎn)物，而紫外消毒不會產(chǎn)生副產(chǎn)物。因此，本技術(shù)在原有的技術(shù)水平上進行提升，可操作性強，為我國飲用水消毒技術(shù)的研究和發(fā)展提供了一定的理論意義和技術(shù)支持。

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周 娜1，孫志民2,*，盧 靜1

編輯：魏雨晴

排版：曹澄瑩

校對：黃如詩