靜置時間、可見光對紫外線消毒器出水中細菌的影響
摘要：本文對紫外線消毒器出水在不同保存方式和不同靜置時間后細菌增殖情況進行了分析和討論。認為已消毒水宜在4～6 小時內使用,且配水管道應采用不透光材料。
0 引言
紫外線消毒方法具有安裝簡單、管理方便、消毒速度快和不污染水質等優點，已越來越多地應用于二次升壓給水系統和優質直飲水系統中，但紫外線消毒也有二個主要缺點：紫外線燈管的輻射強度隨使用時間的延長而不斷下降；無持續消毒能力。對于第一個問題，消毒器廠家已經認識到并開始對消毒器加以改進，如在消毒器上增加紫外線強度測量裝置，當紫外線輻射強度小于規定值時可發出報警信號，使管理人員能及時更換紫外線燈管，保證消毒效果。而紫外線無持續消毒能力一直是設計人員和使用者關心的并需要認真研究的問題，由于建筑物性質不同，其用水規律和特點也不同，水經過紫外線消毒器后在管道中滯留的時間也不相同，尤其是夜間經過紫外線消毒器的水會在管道內滯留數小時，當清晨使用時，管道內的水可能因細菌的再度繁殖已不滿足用水水質要求了。因此細菌增殖隨時間的變化及在可見光條件下水中細菌增殖情況是本研究的重點。
1 試驗工藝流程及分析方法
1. 1 試驗工藝流程如圖1 所示。
圖1 試驗工藝流程
1. 2 分析項目及方法
細菌總數：計數法
2 試驗方法
在實驗室內人工配制水樣，紫外線消毒器型號為DCI - 30 型，消毒流量0. 3～1. 0m3/ h。試驗時通過消毒器的流量為Q = 0. 33m3/ h。
2. 1 靜置時間對已消毒水中細菌增殖的影響
經過紫外線消毒器后的水，分別避光靜置存放后，分別測定水樣中細菌總數。
2. 2 光線對 毒水中細菌增殖的影響已消毒水分別在可見光和避光兩種條件下保存,經過0h、1. 0h、5. 0h、20h 后,分別測定水樣中細菌總數。
3 試驗結果及分析
靜置時間、光照對已消毒水中細菌增殖的影，其結果見表1。
表1 時間、光照對已消毒水中細菌增殖的影響
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時間 (h) |
細菌總數(個/ ml) |
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見光保存 |
避光保存 |
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測定值 |
平均值 |
測定值 |
平均值 |
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0 |
6 |
6 |
6 |
6 |
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5 |
5 |
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1 |
13 |
14 |
8 |
9 |
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14 |
10 |
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5 |
41 |
40 |
11 |
11 |
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38 |
10 |
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|
20 |
1008 |
1228 |
287 |
376 |
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1448 |
464 |
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備注 |
消毒前水中細菌總數 C0 = 1269 個/ ml , 試驗流量Q = 0. 33m3/ h ,環境溫度 t = |
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3. 1 靜置時間的影響
由表1 可知：在進水細菌總數C0 = 1269 個/ ml時，消毒器出水細菌總數為6 個/ ml ，滿足生活飲用水要求，當在室溫下避光保存1h、5h 和20h 后，其水樣中細菌總數分別為9 個/ ml 、11 個/ ml 和376個/ ml 。水經過消毒后，由于不能100 %的殺死水中的細菌，因此隨靜置時間的延長，水中的殘存細菌會再度繁殖。已消毒水中細菌的個數很少，相對而言水中基質過剩，細菌在經過暫短的抑制后迅速繁殖，處于對數增長階段，滿足下式：
dx/ dt = k1x (1)
式中x —某一時間t 時細菌的濃度;
k1 —細菌增長率。
積分得: ln (x/ x0) = k1t (2)
式中x0 —細菌起始濃度。
根據表1 的試驗結果回歸分析(見圖2) ,可求
出避光條件下的細菌增長率k1 = 0. 2051。
即ln (x/ x0) = 0. 2051t (3)
或x = x0e0. 2051t (4)
圖2 細菌增長速率(可見光和避光條件)
當x = 100 個/ ml 時，t≈14h。即已消毒水中細菌數為6 個/ ml 時，經過約14h 后，水中細菌增殖會使水質不再滿足生活飲用水的要求。然而消毒器使用一段時間后，紫外線燈管的輻射強度會降低，如已消毒水中細菌數為50 個/ ml (仍滿足生活飲用水要求) ，根據式(4) 計算約3. 4h 后細菌的增殖會超過100 個/ ml 。另外在消毒器和用水點之間的管道內壁上如已有細菌棲息，則已消毒水保證不超標準的時間會更短。
3. 2 光照的影響
根據表1 試驗結果及利用公式(2) ，同樣可求出在有光條件下細菌增長率k1′= 0. 2502 ，該值是避光條件下細菌增長率k1 的1. 2 倍左右， 即當x0 = 6 個/ ml時，約經過11h 后，細菌數量會超標準，如x0 = 50 個/ ml 時，約經過2. 8h 后，細菌總數會超過標準。即在光照條件下細菌增殖速率要遠大于避光條件下的細菌增殖速率。其原因主要是在光照下細菌會獲得較多的能量，使其繁殖力增強，因此給水管道應采用不透光或深色材質，避免或減小細菌獲得光能加快繁殖速率的現象。
由試驗還可看出，不論是避光條件保存還是在可見光條件下保存，二者細菌增殖曲線有相似的規律，即初始一段時間細菌增殖量小，當超過一定時間后細菌的增殖量迅速上升，在達到某一時間后其細菌總數會超過生活飲用水標準的要求。究其原因可能是經過紫外線消毒器后，剩余極少的細菌雖然未被殺死，但紫外線對其細胞結構(蛋白質等) 會造成不同程度的損傷，影響了細菌按正常幾何指數增殖的能力，使細菌在一段時間內處于修復或恢復期，只有經過一段時間恢復后，細菌才能進入正常的代謝階段，雖然飲用水中營養基質總量上是很少的，但相對于極少數的細菌而言還是過量，所以細菌的增殖速率會迅速增大。因此細菌受損傷修復過程的長短可以認為是紫外線的持續消毒能力的大小。
4 結論
1) 已消毒水在管道中滯留時間越長，細菌增殖越快，因此已消毒水在管道內的滯留時間不宜超過6h ，在設計中宜有相應的保證措施。
2) 可見光條件下細菌增殖率k1′約為避光條件下細菌增殖率k1 的1. 2 倍。在可見光條件下細菌增殖會更快，因此消毒器以后至用水點之前的管道應采用不透光或深色的材質。
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