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UV消毒MBR出水及反应器水力特性和UV剂量计算的研究

张光辉  
【摘要】: 突发性公共卫生事件引起的安全问题,以及化学消毒副产物对水环境和人体健康的潜在威胁,引发了水处理领域消毒技术的革新。UV消毒因具有广谱高效、无二次污染的特点,逐渐受到人们的青睐。与此同时,近年来随着膜材料价格的下降和性能的改善,MBR在水处理领域得到迅速推广,而MBR出水非常适合UV消毒。在此背景下,本文首次对UV消毒MBR出水及CFD模拟反应器的流场和基于CFD计算UV剂量进行了研究。 UV对MBR出水中的指示微生物具有良好的灭活效果。不考虑光活化的影响时,17 mJ/cm2的UV剂量可以将污水中的细菌、大肠菌群和粪大肠菌群全部灭活。研究光强范围内UV强度的变化和MBR出水浊度在小范围( 3 NTU)的波动,对微生物的灭活率没有影响。UV消毒后的水在3 h内未发现暗修复,但在日光灯和太阳光照射下均发生了光活化。采用UV对医院的MBR出水进行消毒,污水中残余的微生物数量能够满足《医疗机构水污染物排放标志》(GB 18466-2005)的要求。 反应器的水力特性是影响UV消毒效果的重要因素。增大雷诺数,反应器的水力特性逐渐接近理想推流,水流的拖尾现象也随之被弱化。反应器的长细比较大时,径向尺寸的影响基本可以忽略,进出口垂直或相切于反应器主体、以及位于反应器的同侧或异侧,对水力特性的影响并不明显。与示踪试验比较,CFD技术能够较好地模拟反应器的流场,二者的差别主要是由于示踪试验的实际条件偏离理想条件所造成的。采用CFD对反应器进行优化,在其进出口设置导流孔板后,雷诺数增大到一定程度后能够明显改善其水力条件。 分别采用Radial模型和PSS模型分析简单UV消毒器和大型UV消毒系统的光强及其分布规律。为克服PSS模型手工计算量大的缺点,探讨用介质的吸光度对空反应器的光强进行修正,该方法计算量小、相对误差小,理论上是可行的。利用CFD中的DPM模型模拟微生物在其内部的运动规律,以PSS模型计算UV强度,提出了计算反应器UV剂量的新方法。与近似方法和常规方法相比,理论上CFD离散方法的计算结果更接近实际值,并能减少不必要的能源浪费。该方法尚未在一定的UV消毒系统范围内得到验证,目前仍处于探索阶段。


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