对水处理中紫外线杀菌效能的分析

对水处理中紫外线杀菌效能的分析
【摘要】当今，许多国家已禁止在自来水消毒中采用氯及含氯化合物药剂，由于，在使用含氯药剂消毒过程中会产生三卤甲烷等致癌或致突变物质，从而造成水体的二次污染。

因此，具有安全可靠高效杀菌作用的紫外线消毒技术逐渐发展起来，并越来越受到人们的关注。

但是紫外线的使用也有一定的限制，通过紫外线照射时间及进水浊度的变化，研究了具有一定照射强度的紫外灯的杀菌效能变化，并得出了紫外线具有最佳杀菌效果的进水极限浊度和照射时间。

为饮用水和污水的消毒处理提供了实验基础。

【关键词】紫外线；杀菌效果；大肠杆菌；芽孢杆菌
根据当前自来水处理方法来看，通过常规的处理工艺是不能杀灭自来水中的细菌，为此消毒杀菌成为饮用水处理中不可缺少的一项重要环节。

我国目前的自来水消毒主要采用氯消毒。

由于液氯消毒技术成熟、效果可靠、价格便宜，因此液氯消毒是我国应用最广泛、使用历史最悠久的一种杀菌方法，但是随着地表及地下水污染的日益严重，水中污染物的种类越来越复杂，氯分子易与某些有机污染物反应形成含氯化合物等副产物，这些副产物大多为“三致”物质，长期饮用这种水，将会对人类的身体健康带来危害。

为了解决这一问题，人们研究用其他方法来代替液氯消毒。

二氧化氯消毒与次氯酸钠消毒是新兴起的消毒方法，它们的杀菌原理同液氯相同，即利用次氯酸分子破坏细菌的酶系统。

但是它们都需要现场配备专门的发生器与投配设备，随用随制，不能贮存，
且存在安全隐患，而且这些含氯消毒剂也不能完全避免副产物的生成。

鉴于以上原因，某些发达国家已禁止含氯消毒剂用于饮用水杀菌，因此更加有效、环保的消毒方法应运而生。

通过本实验对浊度和照射时间对紫外线杀菌效能的影响研究。

得出了在实验条件下紫外线获得最佳杀菌效能的极限浊度和照射时间。

并且研究了在此条件下，对不同紫外线抗性菌种的杀灭效能。

1.实验材料与方法
1.1实验装置
实验装置见图1。

石英玻璃紫外灯，内径2cm，功率30w；杀菌柱，内径4. 1cm。

1.2受试对象
混合菌菌液，包括大肠杆菌、气单胞菌、微球菌、节杆菌、芽孢杆菌。

1.3实验菌种的分离
用平板涂布法提取细菌。

取杀菌前自来水1ml稀释100倍，取1ml稀释液注入预先制备的无菌普通液体培养基中于37℃培养24h；然后将0. 5ml培养液注入预先制备的普通平板固体培养基上，用无菌玻璃刮刀进行涂布，以上全部在无菌环境下操作。

然后将平板倒置于37℃温箱中进行培养， 24h后生长的单菌落数为12个，将菌落挑出，分别在固体培养基上划线分离，得到纯菌落后接种到固体斜面培养基上，置于37℃温箱中培养24h，得到12株菌，经过微生物生理生化鉴定，其中芽孢杆菌5株，微球菌3株，气
单胞菌1株，节杆菌1株，大肠杆菌2株。

其中大肠菌、微球菌、芽孢杆菌分别属于典型的对紫外线低度抗性、中度抗性、高度抗性菌群，保存以备后续实验。

本次实验采用大肠杆菌、气单胞菌、微球菌、节杆菌、芽孢杆菌的混合液，细菌总数为8×104个/ ml，投加无菌黄土增加水体浊度。

图1 实验流程示意图
1.4监测方法
浊度：采用美国hach2001a型浊度仪；细菌总数：平板计数法。

2.影响紫外线杀菌效能的因素
实践表明，在功率和强度一定的情况下，主要是穿透率（即原水的浊度）和照射时间对紫外线的杀菌效能产生影响。

显然照射时间越长，杀菌效果越好，但过长的照射时间不仅是能源的浪费，而且影响紫外灯的寿命。

另外，若水中的浊度过高，紫外线会被大量吸收，影响其穿透率，降低杀菌效果。

因此，要使紫外线具有最佳的杀菌效能，原水的极限浊度和最佳照射时间具有重要的实践指导意义。

2.1最佳照射时间的确定
将提取出的大肠杆菌、气单胞菌、微球菌、节杆菌用无菌水洗脱混合到装有200ml普通无菌液体低营养培养基的三角瓶中，然后在温箱中培养24h，最后将培养后的菌液倒入密封的配水箱中，注入蒸馏水，充分混合后通过图1所示装置，调节进水流量和控制
照射时间，照射时间分别按0. 7、0. 8、1、1. 3、2、4、8、16min8个时间梯度进行，测定紫外灯出水后的细菌总数，实验结果见图2。

由图2可知，当照射时间为0. 7min时，出水的细菌总数几乎没有变化，紫外灯几乎没有起到杀菌作用，这主要是因为原水流量过大，紫外线照射时间
图2 细菌在不同照射时间下的去除率
过短，来不及对其作用细菌就随水流出。

随着照射时间的延长，细菌的去除率逐渐升高，当照射时间为4min时紫外线的杀菌率可达到99%，但出水细菌总数仍然达到102数量级。

当照射时间为
8min时，细菌总数为50个，细菌的去除率为99. 93%，出水已符合国家饮用水标准，当照射时间为12min时，杀菌率最高，达到100%。

根据实际工程中生物活性炭出水的细菌总数只有102～103数量级，因此，确定紫外线的最佳照射时间为8min。

2.2紫外线杀菌极限浊度的确定
将浊度分为0. 1、0. 5、1. 0、2. 0、3. 0、5. 0、7. 0、10. 0、12. 0、15. 0、18. 0、20. 0、25. 0、30. 0、35. 0ntu15个浊度梯度进行实验。

实验菌种仍为混合菌液。

为避免细菌本身所带来的浊度影响，实验中减少细菌个数，增加无菌土量来提高水体浊度，细菌总数为3×102，照射时间为8min，结果见图3。

图3 原水浊度对紫外线杀菌效果的影响
由图3可知，当原水浊度小于5ntu时，紫外线的杀菌效率能
保持在90%以上，在浊度为0. 5ntu时，紫外线的杀菌率可达98%。

当原水浊度在小于20ntu时，经紫外线杀菌后的出水都能达到国家饮用水标准，出水细菌总数在100个/ ml以内。

当原水浊度增加时，水中悬浮物对紫外线的吸收作用也逐渐增加，紫外线的杀菌效率急剧降低。

原水浊度达到40ntu时紫外线杀菌率达到最低点只有12. 7%。

当浊度再增加时，紫外线的杀菌率也不会有太多的变化，总是保持在13%左右，这说明即使在穿透率很低的情况下，紫外线也会保持一定的杀菌效率。

综上所述，确定紫外线杀菌的极限浊度为40ntu，为了获得最佳的杀菌效率，原水浊度应小于5ntu。

3.紫外线对不同细菌杀灭效果的研究
本试验筛选采用3种对紫外线抗性不同的代表菌进行了研究。

3.1受试对象
大肠杆菌，代表对紫外线低度抗性；微球菌，代表对紫外线中度抗性；芽孢杆菌，代表对紫外线高度抗性[ 2]。

3.2实验过程
将分离好的大肠杆菌、微球菌及芽孢杆菌分别用无菌水洗脱，各自装入含有200ml普通无菌液体低营养培养基的三角瓶中，然后在恒温箱中培养24h，最后将培养后的菌液倒入密封的配水箱中，注入蒸馏水，配置成细菌总数为4×103个/ ml，浊度为5ntu的原水。

将原水通过图1所示装置，调节进水流量和控制照射时间，照射时间分别按2、4、6、8、10、12、14、16、18、20min9个时
间梯度进行，测定紫外灯出水后的细菌总数。

3.3实验结果
3.3.1紫外线对大肠杆菌的去除效果
当照射时间为2min时，紫外线对大肠杆菌的杀灭效率已达到98%，照射时间为4min时达到99. 5%， 6min时达到100%。

这一实验结果充分反映了紫外线对大肠杆菌的高效杀灭作用，同时也说明不仅在饮用水消毒处理中，而且对于生活污水及医院废水等对大肠杆菌指标要求非常严格的水处理工程，紫外线杀菌仍是一种安全、可靠、高效的手段。

3.3.2紫外线对微球菌的杀灭效果
当照射时间为2min时，细菌总数被去除了96%，照射时间增加，去除效率也随着增加，当照射时间为12min时，出水细菌数量为0，紫外线的去除率达到100%。

由于酵母菌和微球菌同属于对紫外线中度抗性的细菌，因此，当对啤酒废水或酵母车间废水处理并有一定的细菌指标要求时，紫外线是行之有效的杀菌方法。

其最佳照射时间为10min。

3.3.3紫外线对芽孢杆菌的杀灭效果
芽孢是某些细菌抵抗不良环境的有利武器，当外界环境急剧恶化时，细菌就从营养体变成休眠体（芽孢），此时的细菌处于一种休眠状态，不进行代谢，采用芽孢杆菌来说明紫外线对有高抗性细菌的杀灭作用。

当照射时间为2min时，紫外线对芽孢杆菌的去除率只有81%，充
分显示了芽孢对紫外线或外界不良环境的抵抗作用，当照射时间为4min时，紫外线对芽孢杆菌的去除率已达92%，当照射时间为10min时，才可使出水达到饮用水标准，而大肠杆菌和微球菌已经被完全去除。

即使芽孢杆菌对紫外线具有很高的抗性，但当照射时间在16min时，去除率也可达到100%。

从这一点可以看出，在合适的进水浊度和照射强度下，无论微生物对紫外线抗性如何，只要将紫外线的照射时间适当延长，就会有较好的杀菌效果。

4 .结论
（1）由于紫外线杀菌效率较高，紫外线杀菌将会有良好的应用前景。

（2）在紫外线照射强度一定的情况下，最佳的照射时间为8min 时，紫外线对细菌的杀灭率高达99. 93%。

（3）要获得最佳的杀菌效率，进水浊度应保持在5ntu以内。

（4）照射时间为6min时紫外线对大肠杆菌的去除率为100%；照射时间为12min时，对微球菌的杀灭率达到100%；照射时间为16min时，对芽孢杆菌一类高抗性的细菌杀灭率达100%。

（5）紫外线不仅在饮用水处理方面具有高效的杀菌作用，而且在废水处理方面也会有很好的前景。