紫外線處理船舶壓載水中金黃色葡萄球菌數(shù)值模擬及驗(yàn)證試驗(yàn).pdf

1、隨著海洋運(yùn)輸業(yè)的不斷發(fā)展，船舶壓載水的用量逐漸增多，停留時間逐漸減少，使得船舶壓載水帶來的物種入侵、海洋環(huán)境污染等問題越發(fā)嚴(yán)重。為保護(hù)海洋環(huán)境和人類的可持續(xù)發(fā)展，對壓載水的處理勢在必行。在各類處理工藝中，紫外線處理方法以其殺菌廣譜性高、不添加任何化學(xué)試劑、不造成二次污染、運(yùn)行安全可靠、價格低廉等優(yōu)勢，逐漸受到人們的重視，廣泛應(yīng)用于船舶壓載水處理中。
　　本研究設(shè)計(jì)并制作了紫外線處理反應(yīng)器。反應(yīng)器主要由筒體、紫外燈管、玻璃套管、孔板

2、和電氣部分組成。反應(yīng)器的長細(xì)比為15：1，中間段添加孔板，有效改善了反應(yīng)器的水力特性，使壓載水通過反應(yīng)器時能夠達(dá)到徑向混合良好，增強(qiáng)壓載水在反應(yīng)器中的流動的紊動情況。為考察反應(yīng)器水力特性，采用亞甲基藍(lán)為示蹤劑將不添加孔板與添加孔板兩個反應(yīng)器同時進(jìn)行示蹤試驗(yàn)，對其水力特性進(jìn)行對比。設(shè)置不同進(jìn)出口組合，考察進(jìn)出口位置對反應(yīng)器水力特性的影響。結(jié)果表明反應(yīng)器存在死角現(xiàn)象，反應(yīng)器有效容積小于實(shí)際容積；在流量為0.5 m3/h時，添加孔板對反應(yīng)器的

3、水力特性沒有明顯影響，但當(dāng)流量增加到1m3/h時在反應(yīng)器中間段添加孔板后，反應(yīng)器水力條件有所改善，且流量越大改進(jìn)的效果越明顯。通過靜態(tài)準(zhǔn)平行光試驗(yàn)，研究微生物初始濃度、紫外線光強(qiáng)、濁度對紫外處理效果的影響。結(jié)果表示，試驗(yàn)條件下（顯著水平α=0.05），紫外輻照劑量相同時，黃色葡萄球菌初始濃度和紫外線輻照強(qiáng)度變化對金黃色葡萄球菌的對數(shù)滅活率沒有顯著影響，而濁度對金黃色葡萄球菌的滅活率影響顯著。由靜態(tài)試驗(yàn)得到不同濁度下兩階段金黃色葡萄球菌的

4、輻照劑量—響應(yīng)曲線，用以驗(yàn)證仿真模擬結(jié)果。使用CFD軟件對所設(shè)計(jì)反應(yīng)器進(jìn)行建模分析，通過CFD模擬結(jié)果與示蹤試驗(yàn)結(jié)果相對比，CFD模擬結(jié)果與示蹤試驗(yàn)結(jié)果累積液齡停留曲線基本吻合，能夠在一定程度上反映實(shí)際工程情況，通過CFD對反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化、提高處理效果是可行的。CFD模擬的水流跡線圖中也可以看出添加孔板能夠增強(qiáng)壓載水在反應(yīng)器中流動的紊動，使徑向混合更加充分。使用 DPM模型對微生物粒子進(jìn)行追蹤，追蹤結(jié)果也顯示反應(yīng)器中存在死角和短流

5、等情況，并且微生物在反應(yīng)器中運(yùn)行軌跡始終存在比較明顯的徑向波動，孔板的添加能夠使壓載水在反應(yīng)器中徑向混合更加均勻，孔板的添加在一定條件下對反應(yīng)器的水力特性有所改善。通過DPM模型與光強(qiáng)分布模型相結(jié)合,得到在壓載水濁度分別為2.5NTU、45NTU條件下，流量分別為0.2、0.5、0.8、1、1.2、1.5、2 m3/h時微生物所接收的紫外線輻照劑量，根據(jù)模擬結(jié)果建立壓載水在流經(jīng)反應(yīng)器所接收紫外線輻照劑量與流量關(guān)系模型。同時使用人工壓載水