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发布日期:[2014-11-27]    共阅[5885]次
    

婴儿游泳设施水循环处理系统工艺的优化

段婷

摘要:目的 优化婴儿游泳设施水循环处理系统工艺,以保障婴儿游泳水质的卫生安全。方法 以原婴儿游泳水循环处理系统[三级过滤+紫外杀菌]为参照,并设计优化系统Ⅰ[三级过滤+紫外杀菌+紫外杀菌]、优化系统Ⅱ[三级过滤+紫外杀菌+紫外杀菌+臭氧],分别对各系统内水循环处理系统的进水,紫外处理前、后端水,出水中的细菌总数、大肠菌群数、pH值、浊度、氧化还原电位(ORP)进行检测。结果 原系统出水中菌落总数为1.8×105CFU/ml,总大肠菌群为8 MPN/100 ml,不能有效杀菌;优化系统Ⅰ对菌落总数、总大肠菌群数的去除率分别为99.8%和97.1%,但仍不达标;优化系统Ⅱ对菌落总数、总大肠菌群数的去除率均达99%以上,出水氧化还原电位(ORP)值控制在250 mV以下,效果较好。三系统浊度均低于0.5 NTU,pH值略偏碱性。结论 优化系统Ⅱ处理效果明显,且更具稳定性、安全性,能够作为高效节能的水处理安全系统应用于该领域。
关键词:婴儿;游泳池;水循环处理;臭氧;紫外线


游泳可促进婴儿生长发育的观念逐步为家长接受,婴儿游泳设施也大量涌现。婴儿游泳池水质达标与否关系到婴儿的健康。婴儿泳池较多采用单缸体每缸1人次换1次水或单缸体每缸2~5人次换1次水,缸体内表层套塑料薄膜后注水。目前市场主要采用自来水直接加热、简单三级过滤(石英砂过滤、活性炭过滤及 PP 棉过滤)循环装置、三级过滤+紫外杀菌循环装置等几种方案运营。由于婴儿对水温要求较高,持续加热自来水能耗较大,成本较高;简单三级过滤可降低水体浊度、保证出水清洁,但没有杀菌功能,无法有效去除细菌或病毒(<50 μm);过滤系统三级过滤+紫外杀菌系统杀菌能力较强,但缺乏运行参数,杀菌效果易受水质影响,且不能持续杀菌[1],出水质量不稳定。游泳水环境引发的婴儿腹泻、气管炎、过敏以及皮疹等偶有报道[2-5]。笔者对婴儿游泳水循环系统进行优化,对各系统出水中细菌总数、大肠菌群数、pH值、浊度等进行了研究分析,以期为婴儿游泳池水质清洁卫生的保障技术支撑提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 研究对象及优化方案 以某三级过滤+紫外杀菌系统(图1,其中三级过滤系统主要为石英砂过滤、活性炭过滤和PP棉过滤)为研究对象,该系统已装配运行 3 个月(石英砂为 5#;活性炭粒径为2.5 mm;PP 棉滤径为50 μm;过流式紫外线水处理器,紫外波长为254 nm,功率65 W,消毒水量5.5 t/h,辐射强度:3×104μW/cm2;系统流量为5 t/h)。


优化方案Ⅰ:在原系统基础上新增一根紫外线水处理器(图2)。其中,石英砂为5#;活性炭粒径为2.5mm;PP 棉滤径为 50 μm;新增过流式紫外线水处理器,设备铜体高100 cm,直径11 cm,内嵌一根紫外套管,波长为 254 nm,功率为 87 W(消毒水量 6 t/h),辐射强度:3×104μW/cm2;系统内管道采用PVC材料。

优化方案Ⅱ:在优化方案Ⅰ的基础上投加臭氧(图3)。HMJ-CY-5臭氧发生器(北京海美钜电器有限公司)的额定臭氧产量达5 g/h,功率为160 W,系统内投放量控制为0.5 mg/L。循环水管道内设置射流器,出水经活性炭过滤器去除多余(或游离)的臭氧。

1.2 水样采集及检测 1号点在游泳池排水口,即水循环处理系统的进水;2号点在系统内部的紫外处理的前端,反映三级过滤效果;3号点位于紫外处理的后端,反映杀菌效果;4号点在游泳池进水口,即水循环处理系统的出水。见图4。

参照国家建设部发布的行业标准CJ 244—2007《游泳池水质标准》中规定的水质检测方法,按照GB/T5750—2006《生活饮用水标准检验方法》对菌落总数、大肠菌群、pH 值、浊度、氧化还原电位(ORP)进行检测。检测第1、5次循环水出水水质(商业运行1 d最高运作量)。采样过程在系统投入商业运营时进行,即系统循环1次水为游过1个婴儿的自来水,系统循环5次水为游过5个婴儿的循环水。

1.3 评价标准 婴儿游泳属新兴行业,尚未制定特殊水质标准[6];而GB 9667—1996《游泳场所卫生标准》并不能达到婴儿对水体洁净度的要求,因此,婴儿游泳网Tom258认为可参照国家建设部发布的行业标准CJ244—2007《游泳池水质标准》,但其中菌落总数及浊度需严格标准限值。菌落总数可参照GB 5749—2006《生活饮用水卫生标准》;浊度应限定其上限值为0.5 NTU,该限值为国际卫生组织(WHO)、德国、日本、西班牙等提出循环过滤装置的处理出水浊度应达到的最低标准[7]。

2 结果与讨论

2.1 原系统检测结果 各毒理指标、感官性状和一般化学指标均达标,菌落总数由4.2×105CFU/ml 降为1.8×105CFU/ml,总大肠菌群由5 MPN/100 ml 升至 8MPN/100 ml,菌落总数虽然有所降低,但远高于标准限值,总大肠菌群则有增无减,说明原系统杀菌消毒作用较弱,或系统内部存在二次污染。为进一步确定超标诱因需对系统内部进行分解采样,将自来水、系统循环 1 次水、系统循环 5 次水通入原系统后,其系统内部四处取样点分析情况见表1。采样在系统投入商业运行中进行,因而第2~4次循环水同样为婴儿游泳后的水体。由表1可知,加入自来水水样运行后系统出水(4号点)中菌落总数为3.7×104CFU/ml,超过标准限值(100 CFU/ml)2个数量级;总大肠菌群数为150MPN/100 ml,严重超标(不得检出)。说明系统内部孳生细菌。三级过滤模块对系统内孳生的细菌无显著过滤去除效果,甚至其本身存在隐患。紫外灯杀菌虽有一定作用,但效果较弱,也可能是系统初始运行,预热不足导致效果不明显。出水口(4号点)各微生物指标较紫外后端(3号点)增加,说明管道内也存在二次污染。

加入明显已受污染的第1次循环水后,其菌落总数从1.2×103CFU/ml下降到2.7×102CFU/ml,除菌率为77.5%,总大肠菌群从2 MPN/100 ml上升到7 MPN/100 ml,推测总大肠菌群的增加主要来源于管道内的冲刷,说明系统内部存在二次污染,三级过滤不足以滤过细菌,紫外杀菌作用弱。加入污染较严重的第5次循环水后,三级过滤模块内仍孳生细菌,紫外模块对菌落总数和大肠菌群的清除率分别为98.2%与82.5%,但结果仍不达标,说明紫外模块有一定的杀菌作用,但能力不足。水层厚度与紫外线杀菌效果有关[8];水层越厚,杀菌效果越差。在一般水循环系统中,水层厚度不应超过2.2 cm。本系统采用的过流式紫外线水处理设备内径为11 cm,其中紫外套管占 5 cm,过流水层大于2.2cm,可能会导致处理效果低于预期杀菌效果。该系统要求循环出水量为5 t/h,远超过单一紫外处理设备的运行负荷,杀菌效力弱。水体浊度与水体中铁离子会削弱紫外线处理能力。一般建议进入紫外消毒系统的水的散射浊度应小于8 NTU[9],该系统检测浊度<0.5NTU,故该因素不会构成隐患。水体中铁离子以其较大的摩尔吸光系数会降低水中紫外光强度,当Fe3+>0.51mg/L后,紫外光照射后水体中细菌量无明显下降[9];该系统检测样本中Fe3+<0.01 mg/L,也可排除该干扰项。因此,造成系统内部紫外模块杀菌能力不足的因素集中于设备设计过流水层过厚、水体负荷较高、紫外剂量不足等。

2.2 优化系统及检测结果 由表2可知,加入自来水水样和第1次循环水运行后,紫外线处理效果明显好转,紫外线处理后端至出水口管道仍存在二次污染。加入系统第 5 次循环水后,菌落总数、总大肠菌群数的去除率分别为99.8%和97.1%,但出水仍不合格,说明水体负荷仍大于消毒模块承载量,增加紫外处理设备不能保证长期循环稳定出水。由表3中各出水(4 号点)数据可得出,除加入自来水运行出水略高于标准外,经优化系统Ⅱ处理的其余水样出水中各微生物指标均达标,处理第1、5次循环水的除菌率高达99%以上,表明臭氧联合紫外线杀菌系统不仅具有高效的杀菌效果,还能有效控制系统内部产生的二次污染,保证出水的持续清洁。臭氧被紫外激发产生的剩余羟基自由基可流经管道内部杀死系统内细菌,规避了紫外线只能照射杀菌的缺点,合理地解决了管道内的二次污染问题。但加入自来水的循环水样中,4号点的菌落总数与总大肠菌群略高于3号点。这可能是由于系统尾部活性炭过滤器将剩余臭氧吸附后,氧化物质不足导致,但可经冲刷排除干扰。

经测试,通过系统尾部的活性炭过滤器后,出水中的 ORP 值均小于 250 mV(表 4),而低于该限制的ORP值不会对婴儿皮肤造成伤害。因此,优化系统Ⅱ更具稳定性、安全性,既可以达到婴儿对水质的需求,又可以满足企业低成本运营。

2.3 浊度的测定结果 由表5可知,出水浊度总体达
标,三系统三组水样在紫外前端采样点的数据较系统进水口均骤降,均小于0.5 NTU,表明在经过三级过滤模块后,虽然不能够起到有效的灭菌作用,但可提高水体透明度,一定程度提升感官要求,对于游泳池内人为污染(即主要为毛发、护肤品、皮脂等)起到良好的控制作用[10]。此外,由于浊度和颗粒物对紫外等消毒效果有很大程度的影响[11-12],三级过滤在控制水体浊度的同时也能够辅助紫外模块提高杀菌效率。

2.4 pH值的测定结果 由表6可见,原系统及优化系统Ⅰ、Ⅱ出水的 pH 值在 7.2~7.5 之间,说明三个系统在pH值指标方面均能达到要求。优化系统Ⅱ的pH值略高,可能是因为随着臭氧的衰减,产生游离的氢氧根导致水体 pH 值的变化[13],该水质特性更符合婴儿游泳池水质的偏碱性的水体需求。


3 小 结
优化系统Ⅱ既可以达到运营婴儿游泳项目所期望的高效节能方式,又可以使用紫外-臭氧联用技术保证高水质稳定出水,能够作为一种高效节能的水处理安全系统进行市场化普及。

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