紫外消毒模型開發(fā)與設(shè)備優(yōu)化研究.pdf

1、紫外消毒技術(shù)由于其高效性，廣譜性，安全性等特點(diǎn)，在水處理消毒領(lǐng)域應(yīng)用越來越廣泛，相應(yīng)對(duì)紫外消毒設(shè)備的研究也越來越多。目前，國外已利用計(jì)算流體力學(xué)（CFD），采用數(shù)值模擬進(jìn)行紫外設(shè)備開發(fā)優(yōu)化；國內(nèi)生產(chǎn)商主要是模仿國外廠家進(jìn)行生產(chǎn)，缺乏核心技術(shù)，紫外消毒效果無法得到保證。
　　本課題利用CFD數(shù)值模擬技術(shù)，從光強(qiáng)分布，流態(tài)分布以及劑量擬合三個(gè)方面建立紫外消毒模型，并采用生物方法對(duì)模型進(jìn)行驗(yàn)證；利用CFD模型對(duì)腔體式紫外消毒反應(yīng)器、明渠

2、式紫外消毒系統(tǒng)進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化及消毒效率預(yù)測(cè)評(píng)估；最后對(duì)紫外劑量同步技術(shù)進(jìn)行了初步探究。
　　紫外消毒CFD模型的建立及驗(yàn)證，結(jié)果表明：紫外消毒反應(yīng)器內(nèi)光強(qiáng)分布不均勻，進(jìn)出口處光強(qiáng)較弱，隨著與燈管距離的增大而降低；反應(yīng)器內(nèi)前段，反應(yīng)器內(nèi)壁處光強(qiáng)小而流速大，是影響消毒效率的原因；有效劑量隨處理流量的增加而降低，呈乘冪關(guān)系；有效劑量隨透光率的降低而降低，在高流量下受透光率影響不大。模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果趨勢(shì)相符，柱源模型誤差范圍為2.9％~1

3、2.0%，線源模型誤差范圍為5.5~21.4%，柱源模型更精確，可以較準(zhǔn)確的計(jì)算紫外反應(yīng)器消毒效率。
　　腔體式紫外反應(yīng)器的數(shù)值模擬，結(jié)果表明：基本模型的消毒滅活率1.73個(gè)log，t10/HRT為21.0%；擋板的添加有利于流體內(nèi)部交換，使不同粒子接受的劑量趨于均勻，提高了整體的消毒效率，優(yōu)化后模型的t10/HRT為59.6%，滅活率為2.02個(gè)log。
　　明渠式紫外消毒系統(tǒng)的數(shù)值模擬，結(jié)果表明：渠道內(nèi)燈管呈矩陣對(duì)稱分布

4、，光強(qiáng)在近燈管處最大，近壁面處較小；明渠前段及內(nèi)壁處光強(qiáng)小而流速大，降低了消毒效率；通過對(duì)明渠進(jìn)行結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，系統(tǒng)內(nèi)最低光強(qiáng)由由1.3mw/cm2增加至7.2mw/cm2，低劑量（小于20mJ/cm2）的區(qū)域消除，高劑量范圍內(nèi)分布更均勻，有利于系統(tǒng)消毒效率的提高。
　　劑量同步主要通過操作參數(shù)優(yōu)化實(shí)現(xiàn)：對(duì)于結(jié)構(gòu)已定的小型單燈管腔體式紫外消毒反應(yīng)器，可優(yōu)化的操作參數(shù)主要是停留時(shí)間（流量控制）；對(duì)于復(fù)雜的多燈管紫外消毒系統(tǒng)，主要控制參