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紫外灯紫外线输出量测量体系的构建

宋叶叶  
【摘要】:紫外线消毒技术具有消毒效率高、无消毒副产物、对耐氯性的贾第鞭毛虫和隐孢子虫消毒效果明显等优点,目前被广泛应用于水消毒领域。紫外线输出量的准确测量,对紫外线消毒反应器的设计、运行及其优化具有重要意义。由于温度因素对紫外线输出量测量的影响很大,虽然国际紫外线协会(IUVA)推荐了测量空气中裸灯的紫外线输出量的方法,但并不适用于水下输出量的测量。本文研发的紫外灯紫外线输出量测量体系,不仅可以测量空气中的紫外线输出量,而且可对水下输出量进行准确测量。本文对KI/KIO_3化学曝光剂的稳定性、平行光设备(CBA)的数学模型和水下紫外线输出量的测量方法进行了研究,主要内容如下:(1)研究了KI/KIO_3化学曝光剂的稳定性对测量精度的影响及对策。考察了室内光、时间、温度、溶液配制方法、搅拌因素对测量精度的影响,结果表明:全程伴随空白样品方法,可有效消除溶液自身不稳定性带来的误差。化学曝光剂随着时间的推移以及温度的升高,均会导致吸光度的增加,其中溶液自身随时间以0.03 J?(m~2?h)~(-1)的剂量增长。溶液配制时,四硼酸钠溶解顺序的不同,会导致352 nm吸光度相差1个数量级。光化学反应主要发生在液体表面,所以实验时需要进行搅拌。文中提出的误差消除方法,理论上可去除包括目前未知因素在内的所有影响(2)揭示了在CBA中,“平行光”并未真正平行的事实。建立了CBA的数学模型,并严格分析了CBA的影响因素和规格:紫外灯到被辐照对象的距离应在170~530 mm范围内,上孔板孔的直径阈值为30~65 mm,下孔板孔的直径应比容器(玻璃皿或烧杯)的直径足够小,以免光束到达容器的侧壁。考察了管式CBA的管内壁反射对测量的影响,结果表明:来自管内表面的反射造成的相对误差范围为4.11%~8.35%。孔式CBA不仅具有较高的测量精度,而且适用于化学曝光剂对辐照计的校准。(3)研究了周围环境反射光线导致的紫外线辐射照度的测量误差与误差消除的方法。考察了反射环境、挡板位置和宽度、狭缝板对反射测量的影响,结果表明:周围环境的确对光线的反射造成很大影响,反射引起的辐射照度误差最大高达28.4%。推导了防反射测量系统所需的关键参数的计算公式。设置的狭缝板可以避免反射量对测量的影响,实现了小空间测量,降低了测量成本。(4)建立了一种灯和石英套管组合在水下时的紫外线输出量的测量方法,设置了双探头:一个在灯上方,一个在灯下方。通过水位调节可以得到修正系数,最终可测量得到紫外灯在水下时的绝对输出量。考察了水位、水温、气泡对下探头的影响,以及测量距离对上探头的影响。结果表明:水位和气泡因素,对下探头的没有影响。水温的变化会导致下石英窗起雾,所以在测量时要清除水雾,再进行下探头的读数;并且,温度变化时,当淹没率为72.1%时修正系数(E_2/E_1)的仍维持在1左右。为确保测量的准确性,在遵循相对测量距离取值范围L/2-4L的同时,还应考虑灯和探头之间的绝对距离:上探头和紫外灯应保持足够的距离,测量距离应大于300 mm。本文的水下紫外线输出量测量方法是准确有效的。(5)应用统计学显著性对水位、气泡、搅拌、室内光因素的实验测量数据进行了统计学分析,为实验结果的分析判断提供了统计学分析依据。


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