第３７卷第ｌ０期 ２０１２年１Ｏ月 环境科学与管理 ＥＮＶＩＲ０ＮＭＥＮＴＡＬ ＳＣＩＥＮＣＥ ＡＮＤ ＭＡＮＡＧＥＭＥＮＴ Ｖｏ１ ３７ Ｎｏ．１Ｏ Ｏｃｔ．２０１２ 文章编号：１６７４—６１３９（２０１２）１Ｏ一０１３６一Ｏ３ 微波／紫外处理城市污水回用于景观水的杀菌研究 李建平 （长江大学城市建设学院，湖北荆州４３４０２３） 摘要：针对目前城市污水处理厂污水回用作为城市景观水，存在细菌超标的问题，提出采用微波／紫外杀茵后 做为城市景观水，研究表明微波功率越大，杀菌效果越好，但功率达到４５０Ｗ时，再增加微波功率杀菌效果增加 不明显。在微波功率一定的情况下，紫外灯根数越多，吸收的微波总能量越大，杀茵效果越好。但随着无极紫 外灯根数的增加，每根灯管吸收的微波能量相对越少，就不能将其很好地激发，且会增加成本。因此，在实际应 用中应根据实际情况确定紫外灯根数。 关键词：微波／紫外；回用；景观水；杀菌 中图分类号：Ｘ７０３．１ 文献标识码：Ａ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ Ｓｔｅｒｉｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ Ｒｅｃｙｃｌｅｄ Ｕｒｂａｎ Ｓｅｗａｇｅ ｆｏｒ Ｌａｎｄｓｃａｐｅ Ｗａｔｅｒ ｗｉｔｈ Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ／ＵＶ Ｍｅｔｈｏｄ Ｌｉ Ｊｉａｎｐｉｎｇ （Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｕｒｂａｎ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，ＹａｎｇＴｚｅ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｊｉｎｇｚｈｏｕ ４３４０２３，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ ｓｔｕｄｙ ａｄｏｐｔｅｄ ｍｉｃｒｏｗａｖｅ ａｎｄ ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ（ＵＶ）ｔｏ ｓｔｅｒｉｌｉｚｅ ｔｈｅ ｌａｎｄｓｃａｐｅ ｗａｔｅｒ ｆｒｏｍ ｒｅｃｙｃｌｅｄ ｕｒｂａｎ ｓｅｗａｇｅ ｇｉｖ－ ｅｎ ｔｈｅ ｆａｃｔ ｔｈａｔ ｓｕｃｈ ｗａｔｅｒｓ ｏｆｔｅｎ ｅｘｃｅｅｄ ｔｈｅ ｂａｃｔｅｒｉａｌ ｓｔａｎｄａｒｄｓ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｓｔｅｒｉｌｉｚａｔｉｏｎ ｅｆｆｅｃｔｓ ａｒｅ ｂｅｔｔｅｒ ｗｉｔｈ ｂｉｇ— ｇｅｒ ｍｉｃｒｏｗａｖｅ ｐｏｗｅｒ，ｂｕｔ ｔｈｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｒｅｍａｉｎｓ ｆｉａｔ ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｍｉｃｒｏｗａｖｅ ｐｏｗｅｒ ｒｅａｃｈｅｓ ４５０Ｗ．Ｕｎｄｅｒ ｃｅｒｔａｉｎ ｍｉｃｒｏｗａｖｅ ｐｏｗ— ｅｒ，ｔｈｅ ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ ｏｆ ｍｉｃｒｏｗａｖｅ ｅｎｅｒｇｙ ｒｉｓｅｓ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｏｆ ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ ｌａｍｐｓ，ａｎｄ ｒｅｓｕｌｔｉｎｇ ｉｎ ｂｅｔｔｅｒ ｓｔｅｒｉｌｉｚａｔｉｏｎ ｅｆｆｅｃｔ．Ｂｕｔ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｏｆ ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ ｌａｍｐｓ，ｔｈｅ ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ ｏｆ ｍｉｃｒｏｗａｖｅ ｅｎｅｒｇｙ ｆｏｒ ｅａｃｈ ｌａｍｐ ｔｕｂｅ ｉｓ ｒｅｄｕｃｅｄ．Ｐｏｏｒ ｅｆｉｃｉｅｎｃｙ ｏｆ ｆｅａｃｈ ｌａｍｐ ｗｉｌｌ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｔｈｅ ｃｏｓｔｓ．Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ｔｈｅ ｎｕｍｂｅｒ ｏｆ ＵＶ ｌａｍｐｓ ｓｈｏｕｌｄ ｂｅ ｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ａｃｔｕａｌ ｓｉｔｕａｔｉｏｎ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｍｉｃｒｏｗａｖｅ／ＵＶ；ｒｅｃｙｃｌｅ；ｌａｎｄｓｃａｐｅ ｗａｔｅｒ；ｓｔｅｒｉｌｉｚａｔｉｏｎ 近年来，污水回用事业在中国发展很快，污水不 ｍｍ一１ ｍ左右的高频电磁波。微波杀菌是由于微 仅回用于农业、工业，还广泛地作为城市景观水体。 波热效应和非热效应及其它因素共同作用的结果。 荆州作为旅游名城，其城南污水处理厂污水经二级 微波具有高频特性，当它穿透介质时，水、蛋白质、核 处理后排入荆州古城护城河作为景观水，其水质主 酸等极性分子受交变电场的作用而运动，相互摩擦 要是细菌不符合再生回用水景观水质标准，本次试 产生热量，从而导致温度升高，使微生物内的蛋白 验采用微波／紫外杀菌工艺，研究了微波功率、无极 紫外灯根数、反应时间对杀菌效果的影响。通过试 质、核酸等分子结构改性或失活。同时随着微波极 验杀菌效果以找到一种最佳运行参数。 性的改变而引起蛋白质分子团的旋转或振动，使其 蛋白质分子变性，从而达到杀菌目的…。 １．２紫外线作用 紫外线主要是通过对微生物（细菌、病毒、芽抱 １ 杀菌原理 １．１微波作用 等病原体）的辐射损伤和破坏核酸的功能使微生物 致死。紫外线对核酸的作用可导致键和链的断裂、 股问交联和形成光化产物等，从而改变了ＤＮＡ的生 物活性，使微生物自身不能复制，导致其发生变异或 死亡，达到消毒的目的 ］。紫外线消毒具有不投加 微波是一种频率为３００ ＭＨｚ一３００ ＧＨｚ．波长１ 收稿日期：２０１２—０９—０３ 作者简介：李建平（１９７９一），男，硕士，讲师，从事水处理理论与技术 研究工作。 ・１３６・ 期 李建平・微波／紫夕 处理城市污水回用于景观水的杀菌研究 Ｖｏ１．３７ Ｎｎ １Ｏ ０ｃｔ．２０１２ 化学药剂，不产生有毒有害副产物，消毒速度快、效 率高、设备操作简单，而主要缺点是电耗大、紫外灯 管和石英套管需定期更换，对处理水浊度要求高，无 持续杀毒作用。 本试验是以微波能量激发填充有汞和惰性气体 的无电极灯，使之发出紫外线。微波无极紫外灯作 装置安装于反应器的上部，无极紫外灯均匀布置于 反应器内。微波的辐射会使反应器内的温度升高， 为了保持反应器内的温度为常温，试验装置设计成 外部回流形式，水样在外部冷凝系统中被冷却，然后 再回流至ＭＷ／ＵＶ反应器内进行循环处理。无极灯 的部分位于水面以上，使之处于微波场内被微波能 量激发点亮；大部分位于水面以下，使紫外线与水样 为一种新型光源，与传统普通紫外灯相比具有许多 优点：不会引发电极的氧化，使用寿命长；灯内填充 充分接触。自制的微波控制器可用来调节微波的功 物质的选择范围更宽；点燃快、稳定快、光效高、放电 率。通过观察孔可观察无极灯的点亮情况。 均匀地充满整个灯管；可以通过改变灯内物质的种 类和比例改变灯的辐射特性；可以通过改变微波的 能量改变灯的光强；可以制作成各种形状、大小，以 适应不同场合的需要。微波／紫外同时具备微波和 紫外线双重杀菌功效，比仅用紫外线效果好。 ２材料和方法 ２．１试验水样 本试验所用水样来自荆州城南污水处理厂处理 后的二沉池出水，水质指标为ＢＯＤ＝１２．６ ｍｇ／Ｌ， ＣＯＤ。 ＝２９．６ ｍｇ／Ｌ，ＴＮ＝１２．５ ｍｇ／Ｌ，ＴＰ＝１ ｍｇ／Ｌ， ＮＨ３一Ｎ＝８ ｍｇ／Ｌ，ＳＳ＝８ ｍｇ／Ｌ，大肠杆菌总数Ｅ．ＣＯ— ｌｉ约为２．５×１０。个／Ｌ。出水指标与《再生水回用与 景观水水体水质指标ＣＪ／Ｔ９５—２０００）｝相比，除大肠 杆菌总数外其它指标均达到景观水体回用水水质标 准，因此本次试验的重点为杀菌。 ２．２试验装置和流程 本试验装置是一个处理水量为１Ｌ的小试反应 装置Ａ，图１是其工艺流程图。其装置由ＭＷ／ＵＶ 水泵 图１ ＭＷ／ＵＶ反应装置Ａ工艺流程图 ２．３分析测试项目和方法 （１）大肠杆菌总数Ｅ．ｃｏｌｉ（／卜／Ｌ）：多管发 酵法 。 （２）温度：温度计。 本试验中将大肠杆菌灭菌率和存活率分别定义 为：灭菌率＝（Ｃ。一Ｃ）／Ｃ。×１００％ 存活率＝Ｉｎ（Ｃ／Ｃ ） Ｃ。：反应前大肠杆菌总数Ｅ．ｃｏｌｉ（个／Ｌ）； Ｃ：反应后大肠杆菌总数Ｅ．ｃｏｌｉ（个／Ｌ）。 ２．４试验内容和方法 试验内容为微波／无极紫外杀菌效果研究。由 于反应器Ａ水量小，在微波热辐射作用下水样升温 很快，因此通过外循环冷却水调节反应温度为３０￣Ｃ 获得在常温下的数据，改变微波功率、紫外灯个数 等参数来研究微波／紫外杀菌效果。 （１）微波功率的影响：取水样１ ５００ ｍＬ，分成３ 份，每份５００ ｍＬ，置于反应器Ａ中，反应器Ａ中安放 无极紫外灯一只，调节微波功率为３００ Ｗ、４５０ Ｗ、 ６００ Ｗ，打开外循环冷却水，调节流量，控制反应温 度３０℃，取样时间０ ｒａｉｎ、２ ｍｉｎ、４ ｍｉｎ、６ ｍｉｎ、８ ｒａｉｎ， １０ｍｉｎ取出水样测其大肠杆菌总数，计算杀菌率。 （２）紫外灯个数的影响：取水样１ ５００ ｍＬ，分成 ３份，每份５００ ｍＬ，置于反应器Ａ中，反应器Ａ中无 极紫外灯个数分别为１只、２只、３只，调节微波 功率为４５０ Ｗ，打开外循环冷却水，调节流量，控制 反应温度３０￣Ｃ，反应时间５ ｒａｉｎ，取样时间为第 １ｍｉｎ、２ ｒａｉｎ、３ ｍｉｎ、４ ｍｉｎ、５ ｍｉｎ取出水样测其大肠 杆菌总数，计算杀菌率。 ２．５结果和讨论 （１）微波功率的影响：将无极紫外灯放人４５０ Ｗ 和６００ Ｗ的微波炉中，紫外灯立刻点亮且能够长时 间保持。在３００ Ｗ的微波炉中，紫外灯不能被激发 点亮，将微波功率调到６００ Ｗ将紫外灯点亮后，由 于无极灯内分子还处于活化状态，再将微波功率调 ．１ ３７． １０期 ２。１２年１。月３７￣李建平・微波／紫外处理城市污水回用于景观水的杀菌研究 ｔ Ｖ０ ３７Ｎｏ１ ．。ｃｔ．２。１８ 褂 蜒 忙 ＝ ８ 丘ｊ 图２不同微波功率作用下Ｅ．ｅｏｌｉ存活率 表ｌ和图２中的数据表明，微波功率Ｐ＝４５０ Ｗ 和Ｐ＝６００ Ｗ时无极紫外灯灭菌效果相差不大，第 １０ ｍｉｎ灭菌率均达到９９．９５％，微波功率Ｐ＝３００ Ｗ 辐射强度也越大，功率达到４５０ Ｗ时，再增加微波 功率对无极紫外灯辐射强度的增加贡献很小。 Ｐｅｔｒ Ｋｌａｎ、Ｊａｒｏｍｉｒ Ｌｉｔｅｒａｋ 的研究也证实了这一 时紫外灯杀菌效果稍差，照射１０ ｒａｉｎ的灭菌率为 ９８．６７％。从三种不同微波功率下无极紫外灯杀菌 点，微波功率大小只在一定范围上对紫外光强度 起作用。 效果可以看出，微波功率越大，相应的无极紫外灯 （２）无极紫外灯根数的影响 表２紫外灯根数对微波／紫外杀菌效果的影响 弱 ８ ９【ｚｊ一１０ Ｏ －一２ ４ ６ ８ １Ｏ １２ 时间（ａｒｉｎ） 图３紫外灯根数不同Ｅ．ｃｏｌｉ存活率 表２和图３中的数据表明，随着无极紫外灯根数 率分别达到９９．９５％和９９．９９％。在微波功率一定的 的增加，杀菌率逐渐增加，使用１根灯时照射１０ ａｒｉｎ 情况下，无极紫外灯的根数越多，总辐射强度也越大。 灭菌率为９９．９２％，２根灯和３根灯照射１０ ｒａｉｎ灭菌 但是，随着无极紫外灯根数的增加，（下转第１４２页） ・１３８・ ２０１２年１Ｏ月 第３７卷第１Ｏ期 薛升宁等・水库水质监测及分析系统设计研究 Ｖ０１．３７ Ｎ０．１０ Ｏｃｔ．２０ｌ２ 能力。系统根据可能造成的突发性污染事故的严重 性和紧急程度，分为不同的预警级别。 ３．４．３纳污容量计算 针对水库水动力学特征及库区水质区域分异结 化委员会科研项目“水质大气监测及分析系统”的 重要研究内容之一，为监控水库水质变化状况和预 防水污染事件发生，保障水库水质安全提供了有效 的技术手段。随着项目研究的不断深入，需对水环 境模拟技术进行深层次的研究，使其满足大多数水 构特征，系统提供不同类型水库的水环境容量计算 模型可供选择。依据水库实际水体功能，采用不同 的水质控制目标，计算库区特征污染物的水环境容 量，并以此为基础，作为汇总某省、市、县的水环境容 量及流域水质目标管理的基本依据和水环境综合整 治规划的重要基础。 ３．４．４应急管理 库水质监测与分析的实际生产要求。 参考文献： ［１］孟红明．中国内地水库水质现状及原因分析［Ｊ］．山 西农业科学，２００７，３：４２—４５． ［２］刘文利，代进，张俊栋．水源地水质监控预警体系的 建立［Ｊ］．工业安全与环保，２０１１，３７（３）：１５—１６． ［３］王玉华，赵学民，周怀东．水质自动监测技术及其应 用分析［Ｊ］．水文，２００４，３：５４—５６． 系统提供各风险源的应急预案及各种专项风险 应急预案（如饮用水应急预案）的查询；提供对危险 源、危险点、应急处置措施、专家咨询等信息的综合 查询。结合“水质预测与预警”模块，分析污染事故 发展过程，对不同时间、不同测点污染物的污染情 况，包括污染物浓度变化情况，相关监测点污染情况 对比等，对事故的最新发展过程进行直观显示。 ３．５视频监视 ［４］吕清．水质自动监测在苏州市饮用水源地的应用思 考［Ｊ］．环境监控与预警，２０１０，２（４）：１２—１４． ［５］袁帅，俞静．水质在线监测系统在都江堰灌区的应 用［Ｊ］．水电自动化与大坝监测，２００５，２９（５）：８２—８４． ［６］袁帅，李漱宜，白玉梅，等．册田水质自动监测系统的 建设与运行［Ｊ］．水电自动化与大坝监测，２００８，３２（２）：６２ —６５． 采用高清智能视频监视设备对水质站和排污口 进行监视，关键的视频数字化，压缩、解压、码流、传输 均采用国内外工程建设中被广泛采用的技术与产品。 ［７］水利部水文局，长江流域水环境监测中心，松辽流 域水环境监测中心，等．水质数据库表结构与标识符规定 （ＳＬ３２５—２００５）［ｓ］．北京：中国水利水电出版社，２００５． ［８］胡少英，王铭业，徐爱国，等．基于ＧＩＳ的水调信息动 态分析查询系统设计及实现［Ｊ］．水电自动化与大坝监测， ２０１０，３４（６）：７４—７６，８０． ４ 结语 随着国民经济的高速发展及城乡一体化发展， 水库作为集中式饮用水源地之一的功能越来越重 要，建立较为完善的水质在线监测系统责任意义重 大。水库水质监测及分析系统作为江苏省经济信息 ［９］中华人民共和国卫生部．生活饮用水卫生标准 （ＧＢ５７４９—２００６）［ｓ］．北京：中国标准出版社，２００６． ［１０］中国环境科学研究院．地表水环境质量标准 （ＧＢ３８３８—２００２）［ｓ］．北京：中国环境科学出版社，２００２． （上接第１３８页） 每根灯管吸收的微波能量相对越少，就不能将其很 好地激发，且过多的紫外灯也会增加成本。因此，在 实际应用中应根据实际情况确定紫外灯根数。 很好地激发，且会增加成本。因此，在实际应用中应 根据实际情况确定紫外灯根数。 参考文献： ［１］池建伟，魏振承，等．微波技术在食品加工中的应用 与发展［Ｊ］．保鲜与加工，２００３，１：７． ３ 总结 试验表明：微波功率越大，相应的无极紫外灯辐 射强度也越大，功率达到４５０ Ｗ时，再增大微波功 率时无极紫外灯灭菌效果增加不明显，第１０ ｍｉｎ灭 菌率均达到９９．９５％；在微波功率一定的情况下，紫 ［２］倪福祥，程丽华，等．污水处理中的紫外消毒技术 ［Ｊ］．青岛建筑工程学院学报，２００３，２４（２）：３０—３２． ［３］周群英，高廷耀．环境工程微生物学［Ｍ］．北京：高 等教育出版社，２００１．７． 外灯根数越多，杀菌效果越好。３根灯照射１０ ｍｉｎ 灭菌率达到９９．９９％。但随着无极紫外灯根数的增 加，每根灯管吸收的微波能量相对越少，就不能将其 ・［４］Ｐｅｔｒ Ｋｌａｎ，Ｊａｒｏｍｉｒ Ｌｉｔｅｒａｋ，Ｍｉｌａｎ Ｈａｊｅｋ．Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｐｈｏｔｏｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ ｂｙ ｍｉｃｒｏｗａｖｅ ａｎｄ ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ［Ｊ］． Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｐｈｏｔｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ ａｎｄ Ｐｈｏｔｏｂｉｏｌｏｇｙ Ａ：Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，１９９９， １２８：１４５—１４９． １４２．
