污水的光化学灭菌处理

杨 曦 余 刚 孔令仁
清华大学环境科学与工程系，北京，100084；污染控制与资源化国家重点实验室，南京，210093

前 言

　　目前，饮用水和污水的灭菌虽然有许多化学方法，但是都各有利弊[1]。1977年，Acher等人首先采用光敏化法灭菌[2]。该方法在UV灭菌的基础上，利用光敏化剂在可见光下产生多种形式的活性氧，大大提高了灭菌率和光的利用率，同时减少了细菌的光复活。1985年，首次利用日光光敏化进行污水灭菌处理的实验工厂在美国田纳西州投入运行[3]。1990年，另一座类似的处理工厂也在以色列建成[4]。本文旨在探讨影响光敏化污水灭菌的各种因素，建立主要以日光为光源的光敏化方法，为该技术的实际应用提供理论依据。

研究方法

　　NDC-III型光化学反应仪和300W中压汞灯[5]，PIX型生化恒温培养箱（沈阳分析仪器三厂），888型加压气泵（南京东山电气厂）。亚甲基蓝（MB）配成0.5%使用液，膨润土（150目以下）也配成0.5%悬浮液，用前充分振荡。
　　细菌测试方法见《水和废水标准检验法》[6]，采用SPS法，做3个稀释度，每样4份平行。MB用分光光度法测定，波长为530nm。

结果与讨论

　　1) 日光光敏化试验结果
　　结果见图1。曲线2表明细菌存活数N随MB浓度最大而降低。日光的UV部分几乎被表面皿和烧杯全部阻挡。在此条件下，可以认为灭菌仅依靠MB的光敏化作用。暗对照试验显示细菌的存活数无明显变化（曲线1），表明MB需在光照条件下才有光敏化作用。
　　2) 光照时间对灭菌的影响
　　试验结果见图2，曲线2表明细菌存活数随时间增加而减少，因为体系接受的光能与光照时间成正比。同时也可以看出，不加MB的对照样中细菌数几乎没有变化（见曲线1），这也是没有MB的光敏化作用所致。
　　3) 光照对灭菌率的影响
　　图3显示光强I对灭菌率的影响。光强大，MB敏化产生的活性氧（1O2）多，灭菌率高。这与光化学反应速率正比于光强是一致的。
　　4) 充气对灭菌率的影响
　　充气试验是使细菌数为1.2×105个/ml污水的灭菌率达95.9%，而相同条件下不充气的灭菌氯仅为81.5%（图3）。充气增加了污水中的溶解氧，有利于在MB作用下产生单重态氧。
　　5) 中压汞灯的灭菌效果
　　与日光相比，中压汞灯的灭菌效果更好。在加入MB的试验中，污水样光照2min后的灭菌率达99.9%，4min后达100%。中压汞灯发出的光谱范围广，其灭菌作用首先是可见光对MB的光敏化；其次是反应仪的石英器皿能透过光源的UV而使细菌直接受到辐射伤害[1]。同样条件下不加MB的对比试验需要照射8min才能使灭菌率达到100%，显然是没有光敏化作用所致。
　　6) 光复活试验
　　结果见表1。表明仅用中压汞灯灭菌，然后在日光下细菌呈现光复活。在次条件下细菌受伤害主要是UV作用，有关光复活机理已有许多报道[8]。但是，若体系中存在MB，细菌则同时受到1O2的伤害，其氧化过程和产物在日光下是不能逆转的。表1也显示，光照灭菌后污水置于暗处，细菌几乎不出现复活。

表1 日光下细菌的光复活细菌光复活数/个.ml 复活时间
/min 中压汞灯灭菌 中压汞灯+MB灭菌 光 暗 光 暗 0 0 0 1 1 30 20 1 3 2 60 300 0 10 2

　　7) MB的去除效果
　　膨润土对MB的去除是有效的。结果表明，在膨润土与MB的重量比为4:1时，去除率为84.1%；大于6:1时，去除率即达100%。MB是一种阳离子型染料，膨润土对它的吸收能力很强，其吸收量接近于其阳离子交换量[2]。

结 论

　　本试验结果表明，MB与日光的光敏化作用能有效用于污水灭菌。由于日光的主要部分（500-700nm）与MB的吸收范围重合很好，光敏化效果明显，同时，中压汞灯和日光度发出UV，可直接损害细胞组织。光敏化后剩余的MB能用膨润土去除。

参考文献

　　1. Larson R A. Biohazards of drinking water treatment. Lewis Pubishers, 1989, iii-vi.
　　2. Acher A J. Dye-sensitized-photooxidation: a new approach to the treatment of organic matter in sewage effluents. Water Res., 1977, 11:557.
　　3. Einsenger T N, Middlebook E J, et al.. Sensitized photoxidation for watewater disinfection and Detoxification. Water Sci. Technol., 1987, 19:1255.
　　4. Acher A, Fecher E, et al..Photochemical disinfection of effluents-pilot studies. Watr Res., 1990, 24(7):837.
　　5. 孔令仁等编. 环境化学实验. 南京大学出版社, 南京, 1989.
　　6. 宋仁元等译, 美国公共卫生协会等编著. 水和废水标准检验法(第15版), 中国建筑工业出版社, 北京, 1985.
　　7. Larson R A, Berenbaum M R. Phtotoxicity. Envion. Sci. Technol., 1988, 22(4):354.
　　8. 武汉大学、复旦大学生物系编. 微生物学(第2版). 高等教育出版社, 北京, 1987.