一种通过化合物降解测定紫外光反应器内壁光反射率的方法与流程

1.本发明属于环境工程水处理领域，具体涉及一种通过化合物降解测定紫外光反应器内壁光反射率的方法。


背景技术：

2.紫外消毒技术是目前水处理工艺中使用最为广泛的消毒工艺之一，具有消毒效率高、光谱性好、占地面积小、安全可靠等优点。基于紫外的高级氧化工艺在饮用水处理有机物的研究也广泛受到关注。药物类污染物、嗅味物质、内分泌干扰物、消毒副产物、藻毒素等有机微污染物对饮用水水质的威胁已受到广泛。这些有机微污染物不仅对水生态产生严重影响，而且严重危害了人类的健康。有报道称，饮用水中的有机微污染物可提高人们患癌的风险、新生儿畸形的几率、以及加速耐药细菌的传播等。而常规的水处理技术(包括混凝沉淀、过滤吸附、氧化消毒等方法)难以高效的降解水中的有机微污染物，基于紫外的高级氧化工艺因其可以有效的去除水中的有机微污染物而受到广泛关注，是饮用水处理发展工艺的新趋势之一。
3.目前，节能降耗是世界的发展方向。如何在同样的能量输入下，获得更高的消毒或者处理效果，是基于紫外的水处理技术的一个重要领域。在工程应用方面，紫外反应器一般设计为不锈钢的圆柱来保证尽可能多的光被反应体系吸收。目前，紫外反应器的设计和优化主要依靠计算模型。然而。目前很少有模型考虑到紫外反应器的内壁的反射，通过实验对其内壁的光反射率(损耗率)测定的研究非常有限，限制了对紫外反应器能耗的进一步优化。。
4.综上所述，亟需一种简单高效的方法来测定紫外光反应器内壁光反射率。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种通过测定化合物的降解得到紫外反应器内壁光反射率的方法，为工程应用中紫外反应器的内壁光反射率提供一种精确度较高、操作简单的测定方法，为紫外反应器的设计和优化提供参考。
6.本发明为解决现有技术中提出的技术问题提出的第一个技术方案是：提供一种通过化合物降解测定紫外光反应器内壁光反射率的方法，包括以下步骤：
7.1.推导得到计算紫外光反应器内壁光反射率的公式：
8.假设每次紫外反应器内壁的光反射率是个常数，设为η，那么每次反射后的光强可以表示为(图1)
9.i
i
‑1＝η
·
i
′
i
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
10.那么反应体系的总吸光i
a
可以表示为：
11.i
a
＝(i0‑
i
′0) (i1‑
i
′1) (i2‑
i
′2) ... (i
n
‑
i
′
n
)
12.＝i0‑
(i
′0‑
i1)
‑
(i
′1‑
i2)
‑
(i
′2‑
i3)
‑
...
‑
(i
′
n
‑1‑
i
n
)
‑
i
′
n
13.＝i0‑
(i
′0‑
η
·
i
′0)
‑
(i
′1‑
η
·
i
′1)
‑
(i
′2‑
η
·
i
′2)
‑
...
‑
(i
′
n
‑1‑
η
·
i
′
n
)
‑
i
′
n
14.＝i0‑
(1
‑
η)
·
(i
′0 i
′1 i
′2 ... i
′
n
‑1)
‑
i
′
n
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
15.在超纯水配置的缓冲溶液体系中，水质的背景吸光可以忽略不计，那么i
a
也就是反应体系的有效光强(i
有效
)。将反应器的内径设为d，假定体系总吸光的变化忽略不计，根据朗伯
‑
比尔定律，可以得到每次反射后体系的光吸收：
[0016][0017][0018]
我们对公式3两边取对数，并结合公式1，我们可以发现i
′
i
(i≥1)为等比数列(公式5)
[0019]
i
′
i
＝10
‑
(ε
·
c)
·
d
·
i
i
＝α
·
i
i
＝α
·
η
·
i
′
i
‑1＝q
·
i
′
i
‑1ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)
[0020]
公式2可以简化为：
[0021][0022][0023]
综上，结合公式6和7，通过测定体系的有效光强(也就是i
a
)和灯管的初始发射光强(i0)，就可以测定得到紫外光反应器内壁的光反射率。
[0024]
2.有效光强(也就是i
a
)和灯管的初始发射光强(i0)的测定
[0025]
1)灯管的初始发射光强(i0)可以通过光强计或草酸铁甲化学指示剂等方法进行测定。
[0026]
2)因1中公式的推导建立在体系总吸光的变化忽略不计的前提下，因此选择能直接光解且光解反应前后吸光变化不大的物质为标准化合物，通过测定标准化合物的降解来计算反应体系的有效光强(也就是i
a
)：
[0027]
3)标准化合物在紫外光反应器中的降解速率(rate)可以表达为：
[0028][0029]
在工程应用中，紫外反应器一般设计为带高反射面的圆柱形状，以保证尽可能多的光被反应体系吸收，由于光不断反射，一般认为紫外反应器的光程足够大，因此公式8可以简化为：
[0030][0031]
因本发明在超纯水配置的缓冲体系中进行，水质的背景吸光a
b
可以忽略不计，因此公式9可以简化为：
[0032]
rate＝i
α
·
φ
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(10)
[0033]
综上，将i
a
和i0带入公式6和7，就可以测定得到紫外光反应器内壁的光反射率。
[0034]
有益效果：
[0035]
本发明的有益效果在于：
[0036]
1)本发明提出了一种通过化合物降解测定紫外光反应器内壁光反射率的方法，为工程应用中紫外光反应器的内壁光反射率提供一种精确度较高、操作简单的测定方法，为
紫外反应器的设计和优化提供参考。
附图说明
[0037]
图1是不锈钢紫外光反应器光反射示意图。
具体实施方式
[0038]
下面通过具体实施例和附图对本发明作进一步的说明。本发明的实施例是为了更好地使本领域的技术人员更好地理解本发明，并不对本发明作任何的限制。
[0039]
实施例1
[0040]
本实施例选取常用的消毒剂氯胺(nh2cl)作为标准化合物，反应较短时间，以保证nh2cl反应前后浓度变化不大，测定紫外光反应器内壁光反射率，具体步骤如下：
[0041]
1)用超纯水配置1mm的nh2cl储备液待用；
[0042]
2)使用烧杯配置500ml 10μm的nh2cl溶液，使用5mm的磷酸盐缓冲溶液将反应溶液的ph控制在7.0；
[0043]
3)将反应溶液放入不锈钢紫外反应器中，反应5min，在uv
254
光照下对nh2cl进行降解，反应在室温条件下进行；
[0044]
4)在反应器出口处取样，用dpd方法对nh2cl浓度进行测定，得到nh2cl降解速率，通过查阅文献得到nh2cl在uv
254
的量子产率为0.291mol
·
e
‑1，带入公式(10)得到i
a
为2.85
×
10
‑6einstein
·
l
‑1·
s
‑1；
[0045]
(5)通过查阅文献得到nh2cl的摩尔吸光系数382m
‑1·
cm
‑1；
[0046]
(6)通过实验测得i0为8.60
×
10
‑6einstein
·
l
‑1·
s
‑1；
[0047]
(7)紫外光反应器的内径d为4.6cm。
[0048]
将上述数值带入公式6和7，得到本实验用紫外光反应器内壁的光反射率为40％。
[0049]
应当理解的是，这里所讨论的实施方案及实例只是为了说明，对本领域技术人员来说，可以加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。