南渡江水源水光催化滅菌實(shí)驗(yàn)研究

陶陽(yáng)陽(yáng)，楊碧桐，余建雁，江 挺，史載鋒

（海南師范大學(xué) 化學(xué)與化工學(xué)院，海南 ?？?571158）

南渡江水源水光催化滅菌實(shí)驗(yàn)研究

陶陽(yáng)陽(yáng)，楊碧桐，余建雁，江 挺，史載鋒*

（海南師范大學(xué) 化學(xué)與化工學(xué)院，海南 海口 571158）

為了研究二氧化鈦光催化對(duì)自來(lái)水和水源水滅菌性能，以二氧化鈦薄膜為催化劑，在紫外燈和太陽(yáng)光照射后分別考察滅菌效果，結(jié)果表明在4w低壓汞燈和太陽(yáng)光照射下，對(duì)自來(lái)水和水源水有很好的滅菌作用.光催化滅菌效果明顯優(yōu)于空白實(shí)驗(yàn).單純采用太陽(yáng)光照射的水樣，細(xì)菌不但去除不完全，而且存在復(fù)活現(xiàn)象.

南渡江；水源水；光催化；滅菌

南渡江是海南島的母親河，從白沙縣發(fā)源，流經(jīng)七大市縣，至?？谑腥牒?，承載著200多萬(wàn)人的生活用水和飲用水.近幾年，隨著海南經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，排入南渡江的污水量有著明顯的增長(zhǎng)，南渡江水質(zhì)開始呈現(xiàn)輕度富營(yíng)養(yǎng)化趨勢(shì).為確保城市供水安全，海南各自來(lái)水廠均特別重視消毒問(wèn)題，其消毒工藝主要采用二氧化氯或液氯，但是氯化消毒可能生成三氯甲烷等有毒副產(chǎn)物，對(duì)人體健康存在潛在危險(xiǎn)［1-3］.

光催化技術(shù)作為一種新興的水處理技術(shù)，在降解水中有機(jī)物和滅菌方面已得到廣泛的研究，并在多個(gè)領(lǐng)域進(jìn)行了成功的應(yīng)用［4-6］.本文利用紫外光以及太陽(yáng)能進(jìn)行了光催化處理南渡江水源水研究.

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與藥品

馬弗爐；溫度控制儀（SX2-4-10，上海浦東榮豐科學(xué)儀器有限公司）；分析天平（FB214，上海精密科學(xué)儀器有限公司）；磁力加熱攪拌器（上海逸龍科技有限公司）；4W低壓汞燈（南京胥江機(jī)電廠）.玻璃缸，滴定管（100 mL），碘量瓶（或250 mL具塞三角瓶），移液管（100 mL），三角瓶（250mL），移液管（100mL），吸量管（0.5mL）.

鈦酸四正丁酯（AR，上?？曝S化學(xué)試劑有限公司），冰醋酸（AR，天津市福晨化學(xué)試劑廠），甲醛（AR，廣州番禺力強(qiáng)化工廠），乙酰丙酮（AR，廣州化學(xué)試劑廠），乙酸銨（AR，廣州化學(xué)試劑廠），正丁醇（AR，天津市富宇精細(xì)化工有限公司）.碘化鉀（AR要求不含游離碘及碘酸鉀），0.01或0.005 mol/L硫代硫酸鈉溶液，0.5％淀粉溶液，體積比1∶4的硫酸，硝酸銀標(biāo)準(zhǔn)溶液（0.0899 8 mol/L）.鉻酸鉀指示液（0.1mol/L），當(dāng)水樣中余氯量低于1 mg/L時(shí)用0.005 mol/L的稀溶液滴定，蒸餾水（自制）.

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 TiO2薄膜制備

取92mL正丁醇加入燒杯中，攪拌下加入51mL鈦酸四正丁酯得淺黃色溶液A.加入8.1mL蒸餾水，再加入69 mL冰醋酸和46 mL正丁醇，得溶液B.將溶液A用磁力攪拌器攪拌2 h，緩慢滴加溶液B，滴加完成后再攪拌0.5h.

載玻片預(yù)處理后得溶膠.采用浸漬提拉法涂膜：將預(yù)處理干燥的載玻片垂直浸入溶膠中，5 s后勻速提升，在空氣中干燥后，再放入馬弗爐中，于100℃保溫1 h，此后每升高100℃保溫1 h，直至升溫至500℃，保溫1 h，冷卻至室溫.再將已燒制好的載玻片依上法涂膜，反復(fù)燒制至所需層數(shù).

1.2.2 光催化滅菌

各取水樣500 mL，分別置于兩大小相同的玻璃槽內(nèi)，A槽底部鋪上光催化膜片，B槽鋪上空白載玻片對(duì)照，將兩者放在磁力攪拌器上攪拌，并在低壓紫外燈下照射，定時(shí)取樣分析.

以太陽(yáng)光取代紫外光，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn).

水源水和終端自來(lái)水均按照同樣的方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn).

1.3 分析方法

水樣采集、細(xì)菌總數(shù)測(cè)定方法均按照GB/T5750.2-2006《生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)方法》進(jìn)行.

2 結(jié)果與討論

2.1 紫外光源光催化滅菌

經(jīng)測(cè)定，自來(lái)水中細(xì)菌總數(shù)為2.67個(gè)/mL，南渡江水源水細(xì)菌總數(shù)達(dá)到4.87×105個(gè)/mL，細(xì)菌含量很高［7］.表1為自來(lái)水采用紫外光進(jìn)行光催化滅菌結(jié)果.由表1可知，在紫外燈的照射下，在10 min左右能將自來(lái)水中細(xì)菌殺死，TiO2膜光催化下，5min就能完全殺死自來(lái)水中細(xì)菌.圖1為水源水采用紫外光進(jìn)行光催化滅菌結(jié)果.由圖1可知，經(jīng)過(guò)30 min的照射，紫外線滅菌率達(dá)93.8％，而采用TiO2膜光催化經(jīng)15 min后滅菌率接近100％.光催化滅菌速率明顯快于單純紫外線殺菌.

表1 紫外光照時(shí)間與自來(lái)水中細(xì)菌總數(shù)變化關(guān)系Tab.1 UV light illuMination time vs.total number of bacteria in tap water saMple

2.2 太陽(yáng)能光催化滅菌

海南地處亞熱帶，日照時(shí)間長(zhǎng)，紫外線含量高，具有應(yīng)用于光催化水處理的可行性.為研究太陽(yáng)光催化滅菌效果，本文分別對(duì)自來(lái)水和南渡江水源水進(jìn)行了太陽(yáng)光光催化滅菌實(shí)驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表2和圖2.由表2可知，單純太陽(yáng)光照射需60 min方可實(shí)現(xiàn)自來(lái)水中細(xì)菌的完全去除，但在TiO2膜的催化作用下，30 min即可完全去除自來(lái)水中細(xì)菌.由圖2可知，水源水經(jīng)太陽(yáng)光照射后，細(xì)菌總數(shù)均勻有明顯的下降.其中，光催化滅菌速率明顯快于單獨(dú)用太陽(yáng)光，60 min時(shí)細(xì)菌去除率即接近100％.而單純使用太陽(yáng)光時(shí)，細(xì)菌總數(shù)在反應(yīng)初期有明顯的快速下降過(guò)程，但到反應(yīng)后期有小量的回升跡象，這可能是因?yàn)樯倭康募?xì)菌適應(yīng)了環(huán)境的變化而存活下來(lái)發(fā)生了繁殖與再生，另一原因可能是部分被光滅菌的細(xì)菌只是失去了可培養(yǎng)性，而并沒(méi)有受到致命的損傷，在可見(jiàn)光下又發(fā)生了光復(fù)活.

表2 太陽(yáng)光照時(shí)間與自來(lái)水中細(xì)菌總數(shù)變化關(guān)系Tab.2 Sun light illuMination time vs.total number of bacteria in tap water samp le

3 結(jié)論

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，水樣經(jīng)TiO2膜光催化處理后可以有效去除細(xì)菌.在紫外光源作用下，自來(lái)水經(jīng)光催化處理5 min即可實(shí)現(xiàn)完全滅菌，而單純使用紫外光則需10 min.水源水單純使用紫外光照30 min后殺菌率達(dá)93.8％，而在TiO2膜催化作用下15 min滅菌率即接近100％；

在太陽(yáng)光作用下，自來(lái)水光催化處理30 min可實(shí)現(xiàn)完全滅菌，而對(duì)應(yīng)的空白實(shí)驗(yàn)則需60 min.水源水經(jīng)太陽(yáng)能光催化處理60 min后滅菌率接近100％，而單純使用太陽(yáng)光照射，則出現(xiàn)細(xì)菌復(fù)活現(xiàn)象，不能夠?qū)崿F(xiàn)徹底滅菌的目的.

以上研究結(jié)果表明，光催化技術(shù)可以作為飲用水源水的有效凈化處理手段，結(jié)合太陽(yáng)能的利用則可以實(shí)現(xiàn)降低能耗的目的.

［1］伊冰.城市供水，21世紀(jì)的一大難題 [J].國(guó)外醫(yī)學(xué)衛(wèi)生學(xué)分冊(cè)，1999，26（3）：192.

［2］趙金輝，陳衛(wèi).飲用水TiO2光催化消毒機(jī)理及應(yīng)用研究進(jìn)展[J].青島理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2008，29（1）：2-3.

［3］賀鑫.飲用水消毒劑及無(wú)機(jī)消毒副產(chǎn)物淺[J].山西建筑，2003，29（08）：1.

［4］林少華.太陽(yáng)能固定膜光催化氧化去除飲用水中污染物研究[D].中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù)，2007.

［5］仇雁翎.玻璃纖維網(wǎng)上TiO2膜的制備與光催化降解有機(jī)物研究[D].博士學(xué)位論文.上海：同濟(jì)大學(xué)，2005.

［6］林少華，李田.太陽(yáng)能固定膜光催化滅菌的特性[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2008，28（3）：484-489.

［7］衛(wèi)生部.《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》GB5749一85，1985.

責(zé)任編輯：畢和平

Study on Disinfection of RaWWater FroMNandu River by Photocatalytic Method

TAO Yangyang，YANG Bitong，YU Jianyan，JIANG Ting，SHI Zaifeng*
（College of Chemistry and Chemical Engineering，Hainan Normal University，Haikou 571158，China）

To investigate the photocatalytic disinfection activity of TiO2filMfor treating tap water and raWwater of Nandu River，experiments were carried with 4 WloWpressure mercury lamp and sun light as light source separately. Results indicated that both disinfection effects are acceptable while the former with 4 Wlamp need shorter time than the latter.And it gets better effect with TiO2filMthan blank.Furthermore，reactivation of bacteria occurred in samples treated with sunlight alone，which shows that bacteria can be killed thoroughly with photocatalysis but it can't be without TiO2film.

Nandu River；raWwater；photocatalytic；disinfection.

O 69

A

1674-4942（2010）03-0292-03

2010-03-17

海南省自然科學(xué)基金項(xiàng)目（209005）；國(guó)家大學(xué)生創(chuàng)新課題（091165821）

*通訊作者