【摘要】：近年來,紫外線(Ultraviolet,UV)作為一種高效低成本、操作簡單、無需化學藥劑添加的水體消毒技術在我國被大力推廣。同時,基于紫外線的高級氧化技術也備受工業(yè)和學術界的關注。實際運行過程中,消毒/處理效果由紫外線劑量(UV dose)所決定。若無法提供足夠的劑量,消毒/處理效果將顯著下降。此外,紫外線消毒技術存在一個明顯的缺點:經(jīng)紫外線消毒后的微生物,在一定條件下可能產生復活現(xiàn)象。本論文針對紫外線水消毒工藝中影響輻射場的關鍵因素及真空紫外線的應用進行了研究,得到以下主要結論:(1)燈管的輻射模式(光束從燈源離開的方式)是紫外線輻射場模型計算結果的主要影響因素。研究通過與實測結果對照,分析評估三種基礎輻射模式,分別為Radial模式、Specular模式和Diffuse模式。結果表明:采用不同功率的低壓汞燈進行三種輻射模式的評估結果相似。在整個研究范圍內(0r4.5L),Radial模式計算所得燈管中垂線上平行輻射照度E_p(平行于燈管面上的輻射照度)隨徑向距離r增大而逐漸偏離其他輻射模式及實測值,而該模式定義的垂直輻射照度E_n(垂直于燈管面上的輻射照度)失真簡化為0;Diffuse模式與Specular模式(包括兩種模式+幾何修正系數(shù)k)相比Radial模式與實測值更能達到較高匹配程度。在r1.5L范圍內,修正后的Diffuse模式+幾何修正系數(shù)k計算所得E_p的精確度更高。8 W燈模擬預測值與實測值的平均相對誤差為1.8%,20 W燈為1.15%,40 W燈為4.5%,更適合用于描述實驗條件下的輻射場。(2)本論文建立了兩種燈管排列方式的紫外線反應器模型,對美國環(huán)境保護協(xié)會(U.S.Environmental Protection Agency)在1986年提出的一種計算紫外線反應器內平均劑量率的方法進行分析。據(jù)了解,目前國內還有廠家在使用此方法。驗證結果顯示,該方法誤差較大,只是簡單的估值計算,存在一些不足,不再適用于目前的實際工作指導。(3)本論文通過建立不同的燈管散熱條件,探討了溫度對輻射照度測量及紫外線輸出量產生影響。結果顯示,溫度的變化對紫外線輸出量影響非常大,相對溫度(T_(air))降低2℃左右,紫外線輸出量下降約20%。(4)紫外線劑量本質上由燈管的紫外線輸出量(UV output)所決定。目前還沒有報道提出過測量水下低壓汞燈紫外線輸出量的方法。本論文基于化學曝光劑的原理,開發(fā)了一種能夠在水下測量輻射照度的化學曝光劑計量皿。計量皿是一個含有KI/KIO_3溶液的1×1×4 cm~3密封容器。利用該化學曝光劑計量皿以及參考國際紫外線協(xié)會推薦的方法,提出了一種在水下測量紫外燈與石英套管組合釋放的紫外線輸出量(254 nm)的方法。這個方法有兩個特征:(a)一是將國際紫外線協(xié)會推薦的空氣中低壓汞燈紫外線輸出量測量方法拓展到水體中;(b)二是可以精確測量和計算在水中紫外燈管所釋放的輸出量。實際結果顯示,化學曝光劑計量皿有較高的精確度。內部溶液是否保持均勻性對測量值無顯著影響。在254 nm透光率(UVT)分別為95.5%和89.1%的水體中,一支8 W低壓汞燈所測紫外線輸出量的相對誤差為1.73%。(5)低壓汞燈能同時釋放185 nm和254 nm波長的紫外線。185 nm波長真空紫外線具有高級氧化技術的能力,但消毒應用時通常將185 nm紫外線屏蔽。本論文通過建立UV燈(僅釋放254 nm紫外線)與VUV/UV燈(同時釋放254 nm和185 nm紫外線)同等條件下的對照實驗,進行185 nm紫外線提高消毒效率和有效控制細菌復活能力的驗證。對污水中的總細菌或純菌種菌懸液的大腸桿菌,UV燈與VUV/UV燈均能在短時間內達到高對數(shù)滅活率。實驗條件下,30 s內兩燈對總細菌的對數(shù)滅活率為5.63個對數(shù)級和4.95個對數(shù)級。15 s內兩燈對菌懸液中大腸桿菌的對數(shù)滅活率均在5個對數(shù)級以上。VUV/UV燈在處理一定濁度的污水時在前期較UV燈存在優(yōu)勢。實驗驗證了185 nm真空紫外線對大腸桿菌光復活的有效控制,且定性證明了其對污水中總細菌復活的抑制作用。
【圖文】：

長安大學碩士學位論文出量受操作溫度影響，通常在 40℃左右最佳[14]。一般光電轉化率 ηUV由于燈管損耗、制作材料及工藝等原因較低。國產低壓高強燈的 ηUV一般能到 30～40%eraeus(德國)、Light Sources（美國）、Philips（荷蘭）等知名國外品牌所產燈 40～50%[59]。低壓高強燈也屬于低壓燈，是低壓燈的改良形式，相較于低壓燈～3 倍的紫外線輸出量。此外，汞蒸氣氣體放電燈有負阻特性，必須通過配套子鎮(zhèn)流器驅動。鎮(zhèn)流器的質量也會決定 ηUV的大小[60]。常用低壓燈為直管線型配電極，一端與標準鎮(zhèn)流器匹配，見圖 1.1 所示。在水下時為保護電器元件，壁結垢，通常采用紫外線釋放性強的石英套管作為保護，此時水溫也會對燈管出量產生影響。

第一章 緒論紫外線強度分布數(shù)學計算模型因研究者考慮的影響因素不同（如燈管簡化方式、光發(fā)射方式、介質吸收、反射、折射等）或選取坐標方式不同（圓柱坐標、球坐標等），現(xiàn)多種多樣的表達方式，適應于不同的環(huán)境條件。常用的紫外燈管為直線燈管，如直形低壓汞燈，即有實際幾何體積的圓柱形直線燈管[63]。為方便計算通常將燈源簡化為維線光源[63-64]，直線長度與燈管長度相等[65]。通過對研究者們以往提出的輻射場數(shù)學型進行分析，總結出常用的三種線光源輻射模式，見圖 1.2 所示。分別為徑向輻射模（Radial model[66]）、鏡形輻射模式（Specular model[63]，，也可稱為 Spherical model[66]）、散輻射模式（Diffuse model[63]）。輻射模式是紫外線強度分布模型精確度的主要影響素。描述輻射場的紫外線強度通常有輻射照度 E 與劑量率 E0，討論平面上輻射場通使用輻射照度 E，討論空間被輻射點時通常討論劑量率 E0[67]。數(shù)值計算模型所計算得的輻射場是反應器內的輻射照度 E 或劑量率 E0大小的分布。
【學位授予單位】：長安大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：X703

【參考文獻】

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本文編號：2648000