楊 曦 余 剛 孔令仁
清華大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程系，北京，100084；污染控制與資源化國家重點實驗室，南京，210093

前 言

　　目前，飲用水和污水的滅菌雖然有許多化學(xué)方法，但是都各有利弊[1]。1977年，Acher等人首先采用光敏化法滅菌[2]。該方法在UV滅菌的基礎(chǔ)上，利用光敏化劑在可見光下產(chǎn)生多種形式的活性氧，大大提高了滅菌率和光的利用率，同時減少了細(xì)菌的光復(fù)活。1985年，首次利用日光光敏化進(jìn)行污水滅菌處理的實驗工廠在美國田納西州投入運行[3]。1990年，另一座類似的處理工廠也在以色列建成[4]。本文旨在探討影響光敏化污水滅菌的各種因素，建立主要以日光為光源的光敏化方法，為該技術(shù)的實際應(yīng)用提供理論依據(jù)。

研究方法

　　NDC-III型光化學(xué)反應(yīng)儀和300W中壓汞燈[5]，PIX型生化恒溫培養(yǎng)箱（沈陽分析儀器三廠），888型加壓氣泵（南京東山電氣廠）。亞甲基藍(lán)（MB）配成0.5%使用液，膨潤土（150目以下）也配成0.5%懸浮液，用前充分振蕩。
　　細(xì)菌測試方法見《水和廢水標(biāo)準(zhǔn)檢驗法》[6]，采用SPS法，做3個稀釋度，每樣4份平行。MB用分光光度法測定，波長為530nm。

結(jié)果與討論

　　1) 日光光敏化試驗結(jié)果
　　結(jié)果見圖1。曲線2表明細(xì)菌存活數(shù)N隨MB濃度最大而降低。日光的UV部分幾乎被表面皿和燒杯全部阻擋。在此條件下，可以認(rèn)為滅菌僅依靠MB的光敏化作用。暗對照試驗顯示細(xì)菌的存活數(shù)無明顯變化（曲線1），表明MB需在光照條件下才有光敏化作用。
　　2) 光照時間對滅菌的影響
　　試驗結(jié)果見圖2，曲線2表明細(xì)菌存活數(shù)隨時間增加而減少，因為體系接受的光能與光照時間成正比。同時也可以看出，不加MB的對照樣中細(xì)菌數(shù)幾乎沒有變化（見曲線1），這也是沒有MB的光敏化作用所致。
　　3) 光照對滅菌率的影響
　　圖3顯示光強(qiáng)I對滅菌率的影響。光強(qiáng)大，MB敏化產(chǎn)生的活性氧（1O2）多，滅菌率高。這與光化學(xué)反應(yīng)速率正比于光強(qiáng)是一致的。
　　4) 充氣對滅菌率的影響
　　充氣試驗是使細(xì)菌數(shù)為1.2×105個/ml污水的滅菌率達(dá)95.9%，而相同條件下不充氣的滅菌氯僅為81.5%（圖3）。充氣增加了污水中的溶解氧，有利于在MB作用下產(chǎn)生單重態(tài)氧。
　　5) 中壓汞燈的滅菌效果
　　與日光相比，中壓汞燈的滅菌效果更好。在加入MB的試驗中，污水樣光照2min后的滅菌率達(dá)99.9%，4min后達(dá)100%。中壓汞燈發(fā)出的光譜范圍廣，其滅菌作用首先是可見光對MB的光敏化；其次是反應(yīng)儀的石英器皿能透過光源的UV而使細(xì)菌直接受到輻射傷害[1]。同樣條件下不加MB的對比試驗需要照射8min才能使滅菌率達(dá)到100%，顯然是沒有光敏化作用所致。
　　6) 光復(fù)活試驗
　　結(jié)果見表1。表明僅用中壓汞燈滅菌，然后在日光下細(xì)菌呈現(xiàn)光復(fù)活。在次條件下細(xì)菌受傷害主要是UV作用，有關(guān)光復(fù)活機(jī)理已有許多報道[8]。但是，若體系中存在MB，細(xì)菌則同時受到1O2的傷害，其氧化過程和產(chǎn)物在日光下是不能逆轉(zhuǎn)的。表1也顯示，光照滅菌后污水置于暗處，細(xì)菌幾乎不出現(xiàn)復(fù)活。

表1 日光下細(xì)菌的光復(fù)活細(xì)菌光復(fù)活數(shù)/個.ml 復(fù)活時間
/min 中壓汞燈滅菌 中壓汞燈+MB滅菌 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
　　膨潤土對MB的去除是有效的。結(jié)果表明，在膨潤土與MB的重量比為4:1時，去除率為84.1%；大于6:1時，去除率即達(dá)100%。MB是一種陽離子型染料，膨潤土對它的吸收能力很強(qiáng)，其吸收量接近于其陽離子交換量[2]。

結(jié) 論

　　本試驗結(jié)果表明，MB與日光的光敏化作用能有效用于污水滅菌。由于日光的主要部分（500-700nm）與MB的吸收范圍重合很好，光敏化效果明顯，同時，中壓汞燈和日光度發(fā)出UV，可直接損害細(xì)胞組織。光敏化后剩余的MB能用膨潤土去除。

參考文獻(xiàn)

　　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. 孔令仁等編. 環(huán)境化學(xué)實驗. 南京大學(xué)出版社, 南京, 1989.
　　6. 宋仁元等譯, 美國公共衛(wèi)生協(xié)會等編著. 水和廢水標(biāo)準(zhǔn)檢驗法(第15版), 中國建筑工業(yè)出版社, 北京, 1985.
　　7. Larson R A, Berenbaum M R. Phtotoxicity. Envion. Sci. Technol., 1988, 22(4):354.
　　8. 武漢大學(xué)、復(fù)旦大學(xué)生物系編. 微生物學(xué)(第2版). 高等教育出版社, 北京, 1987.