静置时间、可见光对紫外线消毒器出水中细菌的影响
摘要：本文对紫外线消毒器出水在不同保存方式和不同静置时间后细菌增殖情况进行了分析和讨论。认为已消毒水宜在4～6 小时内使用,且配水管道应采用不透光材料。
0 引言
紫外线消毒方法具有安装简单、管理方便、消毒速度快和不污染水质等优点，已越来越多地应用于二次升压给水系统和优质直饮水系统中，但紫外线消毒也有二个主要缺点：紫外线灯管的辐射强度随使用时间的延长而不断下降；无持续消毒能力。对于第一个问题，消毒器厂家已经认识到并开始对消毒器加以改进，如在消毒器上增加紫外线强度测量装置，当紫外线辐射强度小于规定值时可发出报警信号，使管理人员能及时更换紫外线灯管，保证消毒效果。而紫外线无持续消毒能力一直是设计人员和使用者关心的并需要认真研究的问题，由于建筑物性质不同，其用水规律和特点也不同，水经过紫外线消毒器后在管道中滞留的时间也不相同，尤其是夜间经过紫外线消毒器的水会在管道内滞留数小时，当清晨使用时，管道内的水可能因细菌的再度繁殖已不满足用水水质要求了。因此细菌增殖随时间的变化及在可见光条件下水中细菌增殖情况是本研究的重点。
1 试验工艺流程及分析方法
1. 1 试验工艺流程如图1 所示。
图1 试验工艺流程
1. 2 分析项目及方法
细菌总数：计数法
2 试验方法
在实验室内人工配制水样，紫外线消毒器型号为DCI - 30 型，消毒流量0. 3～1. 0m3/ h。试验时通过消毒器的流量为Q = 0. 33m3/ h。
2. 1 静置时间对已消毒水中细菌增殖的影响
经过紫外线消毒器后的水，分别避光静置存放后，分别测定水样中细菌总数。
2. 2 光线对 毒水中细菌增殖的影响已消毒水分别在可见光和避光两种条件下保存,经过0h、1. 0h、5. 0h、20h 后,分别测定水样中细菌总数。
3 试验结果及分析
静置时间、光照对已消毒水中细菌增殖的影，其结果见表1。
表1 时间、光照对已消毒水中细菌增殖的影响
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时间 (h) |
细菌总数(个/ ml) |
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见光保存 |
避光保存 |
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测定值 |
平均值 |
测定值 |
平均值 |
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0 |
6 |
6 |
6 |
6 |
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5 |
5 |
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1 |
13 |
14 |
8 |
9 |
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14 |
10 |
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5 |
41 |
40 |
11 |
11 |
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38 |
10 |
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20 |
1008 |
1228 |
287 |
376 |
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1448 |
464 |
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备注 |
消毒前水中细菌总数 C0 = 1269 个/ ml , 试验流量Q = 0. 33m3/ h ,环境温度 t = |
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3. 1 静置时间的影响
由表1 可知：在进水细菌总数C0 = 1269 个/ ml时，消毒器出水细菌总数为6 个/ ml ，满足生活饮用水要求，当在室温下避光保存1h、5h 和20h 后，其水样中细菌总数分别为9 个/ ml 、11 个/ ml 和376个/ ml 。水经过消毒后，由于不能100 %的杀死水中的细菌，因此随静置时间的延长，水中的残存细菌会再度繁殖。已消毒水中细菌的个数很少，相对而言水中基质过剩，细菌在经过暂短的抑制后迅速繁殖，处于对数增长阶段，满足下式：
dx/ dt = k1x (1)
式中x —某一时间t 时细菌的浓度;
k1 —细菌增长率。
积分得: ln (x/ x0) = k1t (2)
式中x0 —细菌起始浓度。
根据表1 的试验结果回归分析(见图2) ,可求
出避光条件下的细菌增长率k1 = 0. 2051。
即ln (x/ x0) = 0. 2051t (3)
或x = x0e0. 2051t (4)
图2 细菌增长速率(可见光和避光条件)
当x = 100 个/ ml 时，t≈14h。即已消毒水中细菌数为6 个/ ml 时，经过约14h 后，水中细菌增殖会使水质不再满足生活饮用水的要求。然而消毒器使用一段时间后，紫外线灯管的辐射强度会降低，如已消毒水中细菌数为50 个/ ml (仍满足生活饮用水要求) ，根据式(4) 计算约3. 4h 后细菌的增殖会超过100 个/ ml 。另外在消毒器和用水点之间的管道内壁上如已有细菌栖息，则已消毒水保证不超标准的时间会更短。
3. 2 光照的影响
根据表1 试验结果及利用公式(2) ，同样可求出在有光条件下细菌增长率k1′= 0. 2502 ，该值是避光条件下细菌增长率k1 的1. 2 倍左右， 即当x0 = 6 个/ ml时，约经过11h 后，细菌数量会超标准，如x0 = 50 个/ ml 时，约经过2. 8h 后，细菌总数会超过标准。即在光照条件下细菌增殖速率要远大于避光条件下的细菌增殖速率。其原因主要是在光照下细菌会获得较多的能量，使其繁殖力增强，因此给水管道应采用不透光或深色材质，避免或减小细菌获得光能加快繁殖速率的现象。
由试验还可看出，不论是避光条件保存还是在可见光条件下保存，二者细菌增殖曲线有相似的规律，即初始一段时间细菌增殖量小，当超过一定时间后细菌的增殖量迅速上升，在达到某一时间后其细菌总数会超过生活饮用水标准的要求。究其原因可能是经过紫外线消毒器后，剩余极少的细菌虽然未被杀死，但紫外线对其细胞结构(蛋白质等) 会造成不同程度的损伤，影响了细菌按正常几何指数增殖的能力，使细菌在一段时间内处于修复或恢复期，只有经过一段时间恢复后，细菌才能进入正常的代谢阶段，虽然饮用水中营养基质总量上是很少的，但相对于极少数的细菌而言还是过量，所以细菌的增殖速率会迅速增大。因此细菌受损伤修复过程的长短可以认为是紫外线的持续消毒能力的大小。
4 结论
1) 已消毒水在管道中滞留时间越长，细菌增殖越快，因此已消毒水在管道内的滞留时间不宜超过6h ，在设计中宜有相应的保证措施。
2) 可见光条件下细菌增殖率k1′约为避光条件下细菌增殖率k1 的1. 2 倍。在可见光条件下细菌增殖会更快，因此消毒器以后至用水点之前的管道应采用不透光或深色的材质。
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