南渡江水源水光催化灭菌实验研究

陶阳阳，杨碧桐，余建雁，江 挺，史载锋

（海南师范大学 化学与化工学院，海南 海口 571158）

南渡江水源水光催化灭菌实验研究

陶阳阳，杨碧桐，余建雁，江 挺，史载锋*

（海南师范大学 化学与化工学院，海南 海口 571158）

为了研究二氧化钛光催化对自来水和水源水灭菌性能，以二氧化钛薄膜为催化剂，在紫外灯和太阳光照射后分别考察灭菌效果，结果表明在4w低压汞灯和太阳光照射下，对自来水和水源水有很好的灭菌作用.光催化灭菌效果明显优于空白实验.单纯采用太阳光照射的水样，细菌不但去除不完全，而且存在复活现象.

南渡江；水源水；光催化；灭菌

南渡江是海南岛的母亲河，从白沙县发源，流经七大市县，至海口市入海，承载着200多万人的生活用水和饮用水.近几年，随着海南经济的发展，排入南渡江的污水量有着明显的增长，南渡江水质开始呈现轻度富营养化趋势.为确保城市供水安全，海南各自来水厂均特别重视消毒问题，其消毒工艺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产物，对人体健康存在潜在危险［1-3］.

光催化技术作为一种新兴的水处理技术，在降解水中有机物和灭菌方面已得到广泛的研究，并在多个领域进行了成功的应用［4-6］.本文利用紫外光以及太阳能进行了光催化处理南渡江水源水研究.

1 实验部分

1.1 仪器与药品

马弗炉；温度控制仪（SX2-4-10，上海浦东荣丰科学仪器有限公司）；分析天平（FB214，上海精密科学仪器有限公司）；磁力加热搅拌器（上海逸龙科技有限公司）；4W低压汞灯（南京胥江机电厂）.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）.

钛酸四正丁酯（AR，上海科丰化学试剂有限公司），冰醋酸（AR，天津市福晨化学试剂厂），甲醛（AR，广州番禺力强化工厂），乙酰丙酮（AR，广州化学试剂厂），乙酸铵（AR，广州化学试剂厂），正丁醇（AR，天津市富宇精细化工有限公司）.碘化钾（AR要求不含游离碘及碘酸钾），0.01或0.005 mol/L硫代硫酸钠溶液，0.5％淀粉溶液，体积比1∶4的硫酸，硝酸银标准溶液（0.0899 8 mol/L）.铬酸钾指示液（0.1mol/L），当水样中余氯量低于1 mg/L时用0.005 mol/L的稀溶液滴定，蒸馏水（自制）.

1.2 实验方法

1.2.1 TiO2薄膜制备

取92mL正丁醇加入烧杯中，搅拌下加入51mL钛酸四正丁酯得浅黄色溶液A.加入8.1mL蒸馏水，再加入69 mL冰醋酸和46 mL正丁醇，得溶液B.将溶液A用磁力搅拌器搅拌2 h，缓慢滴加溶液B，滴加完成后再搅拌0.5h.

载玻片预处理后得溶胶.采用浸渍提拉法涂膜：将预处理干燥的载玻片垂直浸入溶胶中，5 s后匀速提升，在空气中干燥后，再放入马弗炉中，于100℃保温1 h，此后每升高100℃保温1 h，直至升温至500℃，保温1 h，冷却至室温.再将已烧制好的载玻片依上法涂膜，反复烧制至所需层数.

1.2.2 光催化灭菌

各取水样500 mL，分别置于两大小相同的玻璃槽内，A槽底部铺上光催化膜片，B槽铺上空白载玻片对照，将两者放在磁力搅拌器上搅拌，并在低压紫外灯下照射，定时取样分析.

以太阳光取代紫外光，重复上述实验.

水源水和终端自来水均按照同样的方法进行实验.

1.3 分析方法

水样采集、细菌总数测定方法均按照GB/T5750.2-2006《生活饮用水标准检验方法》进行.

2 结果与讨论

2.1 紫外光源光催化灭菌

经测定，自来水中细菌总数为2.67个/mL，南渡江水源水细菌总数达到4.87×105个/mL，细菌含量很高［7］.表1为自来水采用紫外光进行光催化灭菌结果.由表1可知，在紫外灯的照射下，在10 min左右能将自来水中细菌杀死，TiO2膜光催化下，5min就能完全杀死自来水中细菌.图1为水源水采用紫外光进行光催化灭菌结果.由图1可知，经过30 min的照射，紫外线灭菌率达93.8％，而采用TiO2膜光催化经15 min后灭菌率接近100％.光催化灭菌速率明显快于单纯紫外线杀菌.

表1 紫外光照时间与自来水中细菌总数变化关系Tab.1 UV light illuMination time vs.total number of bacteria in tap water saMple

2.2 太阳能光催化灭菌

海南地处亚热带，日照时间长，紫外线含量高，具有应用于光催化水处理的可行性.为研究太阳光催化灭菌效果，本文分别对自来水和南渡江水源水进行了太阳光光催化灭菌实验，结果见表2和图2.由表2可知，单纯太阳光照射需60 min方可实现自来水中细菌的完全去除，但在TiO2膜的催化作用下，30 min即可完全去除自来水中细菌.由图2可知，水源水经太阳光照射后，细菌总数均匀有明显的下降.其中，光催化灭菌速率明显快于单独用太阳光，60 min时细菌去除率即接近100％.而单纯使用太阳光时，细菌总数在反应初期有明显的快速下降过程，但到反应后期有小量的回升迹象，这可能是因为少量的细菌适应了环境的变化而存活下来发生了繁殖与再生，另一原因可能是部分被光灭菌的细菌只是失去了可培养性，而并没有受到致命的损伤，在可见光下又发生了光复活.

表2 太阳光照时间与自来水中细菌总数变化关系Tab.2 Sun light illuMination time vs.total number of bacteria in tap water samp le

3 结论

实验结果表明，水样经TiO2膜光催化处理后可以有效去除细菌.在紫外光源作用下，自来水经光催化处理5 min即可实现完全灭菌，而单纯使用紫外光则需10 min.水源水单纯使用紫外光照30 min后杀菌率达93.8％，而在TiO2膜催化作用下15 min灭菌率即接近100％；

在太阳光作用下，自来水光催化处理30 min可实现完全灭菌，而对应的空白实验则需60 min.水源水经太阳能光催化处理60 min后灭菌率接近100％，而单纯使用太阳光照射，则出现细菌复活现象，不能够实现彻底灭菌的目的.

以上研究结果表明，光催化技术可以作为饮用水源水的有效净化处理手段，结合太阳能的利用则可以实现降低能耗的目的.

［1］伊冰.城市供水，21世纪的一大难题 [J].国外医学卫生学分册，1999，26（3）：192.

［2］赵金辉，陈卫.饮用水TiO2光催化消毒机理及应用研究进展[J].青岛理工大学学报，2008，29（1）：2-3.

［3］贺鑫.饮用水消毒剂及无机消毒副产物浅[J].山西建筑，2003，29（08）：1.

［4］林少华.太阳能固定膜光催化氧化去除饮用水中污染物研究[D].中国博士学位论文全文数据库，2007.

［5］仇雁翎.玻璃纤维网上TiO2膜的制备与光催化降解有机物研究[D].博士学位论文.上海：同济大学，2005.

［6］林少华，李田.太阳能固定膜光催化灭菌的特性[J].环境科学学报，2008，28（3）：484-489.

［7］卫生部.《生活饮用水卫生标准》GB5749一85，1985.

责任编辑：毕和平

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

海南省自然科学基金项目（209005）；国家大学生创新课题（091165821）

*通讯作者