UV-LED灭活水中大肠杆菌效能研究

发布时间：2020-09-05 08:19

　　 用水安全问题一直以来都是人们生活关注的重点。消毒是水处理流程中必不可少的工艺,是保障人们用水安全及控制水体污染的重要环节。通过消毒可以有效地杀死水中的病原微生物。《生活饮用水标准》(GB5749-2006)中规定总大肠菌群数(MPN/1 OOmL或CFU/1OOmL)不得检出,《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)中一级A标准规定粪大肠菌群数≤103个/L。本课题探讨了单独UVC-LED及UVA-LED协同臭氧灭活大肠杆菌的效果,并对其灭活机理进行了初步研究。目前我国常用的消毒方法主要有,液氯消毒、二氧化氯消毒、紫外消毒、臭氧消毒等。但从安全、环保、成本等角度考虑,这些传统的消毒方法均存在着一定的问题。UV-LED作为一种新型紫外光源,同样具备有效的杀菌能力,且无需添加化学药剂、无消毒副产物、环保、无污染、高效节能,其在水处理领域具有广阔的应用前景。UV-LED按波长从高到低可以分为三个波段,即 UVA-LED(315-400nm)、UVB-LED(280-315nm)、UVC-LED(200-280nm)。本试验选用了 UVC-LED(275nm)和 UVA-LED(365nm)两种光源。试验探讨了 UVC-LED灭活水中大肠杆菌的效果,紫外辐照剂量为24.48mJ/cm2时,大肠杆菌灭活对数值即可超过4。考察了 UV-LED参数(波长、紫外辐照强度),各种水质因素(温度、pH值、浊度、HA与无机离子)对UVC-LED灭活大肠杆菌的影响。UV-LED波长越短,对大肠杆菌灭活效果越好;UVC-LED辐照强度越强,对大肠杆菌灭活效果越好;温度、pH值、浊度、HA对大肠杆菌灭活效果影响不大;Cu2+存在较利于UVC-LED灭活大肠杆菌;Ca2+存在不利于灭活大肠杆菌;Zn2+、Cl-,CO32-,SO42-存在对UVC-LED灭活大肠杆菌效果无明显影响。与UVC-LED相比,单独UVA-LED处理对大肠杆菌的灭活效果不佳,试验探讨了UVA-LED协同臭氧灭活大肠杆菌的效果。UVA-LED辐照可以提高臭氧的氧化能力,两者共同作用可以在一定程度上提高大肠杆菌灭活对数值。考察了臭氧投加剂量,各种水质因素(温度、pH值、浊度、HA与无机离子)对UVA-LED协同臭氧灭活大肠杆菌的影响。臭氧投加剂量越高,大肠杆菌灭活效果越好;温度和浊度对大肠杆菌灭活效果影响不大;降低pH值可以促进UVA-LED协同臭氧灭活大肠杆菌;在一定范围内,HA将抑制协同作用下大肠杆菌的灭活。Cu2+存在促进UVA-LED协同臭氧灭活大肠杆菌;Ca2+、CO32-存在抑制大肠杆菌的灭活;Zn2+、Cl-、SO42-存在对UVA-LED协同臭氧灭活大肠杆菌无明显影响。通过扫描电镜观察,体系溶解性蛋白以及核酸溢出情况检测研究了 UVC-LED及UVA-LED协同臭氧灭活大肠杆菌的机理。UVC-LED主要通过破坏大肠杆菌核酸达到杀菌效果,同时UVC-LED对大肠杆菌的蛋白质也具有一定的破坏能力。而UVA-LED协同臭氧主要通过三种机制灭活大肠杆菌:UVA-LED通过紫外辐照直接杀死大肠杆菌;臭氧分子直接与部分细胞器发生氧化作用,使大肠杆菌失活;臭氧分子自行或在UVA-LED辐照下分解释放活性氧原子,与各部分细胞器发生间接氧化作用,最终使大肠杆菌溶解死亡。
【学位单位】：沈阳建筑大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TU991.2
【部分图文】：

２．２试验装置与方法逡逑２．２．１试验装置逡逑本试验装置如图２－１所示，装置主体为内管直径８ｃｍ、外管直径１２ｃｍ的套管，其高逡逑度为３０ｃｍ。装置内管外部用锡纸封住以排除其他光源干扰，外管与低温恒温槽相连，以逡逑维持整个反应体系处于某一恒定温度。消毒试验过程中，将制备好的菌悬液注入反应器内逡逑管中，采取浸入式对菌悬液进行ＵＶ－ＬＥＤ辐照。逡逑

以４０ｍＡ的恒定正向电流工作，每个ＵＶＣ－ＬＥＤ单元在４０ｍＡ电流下的正向电压约为６．９Ｖ，逡逑输出功率为２．８ｍＷ。其在温度为２２．３°Ｃ，湿度５５％下以４０ｍＡ恒定电流工作，测得光谱数逡逑据如图３－１所示：逡逑１．０邋一邋■逡逑０邋８邋一邋ＪＴ逡逑０．６逦ｙ￣＼逦逡逑０２邋一ＴＶ逡逑0．0邋逦逦逦逦逡逑２００逦２５０逦３００逦３５０逦４００逡逑波长（ｎｍ邋）逡逑图３－１邋ＵＶＣ－ＬＥＤ光谱数据逡逑Ｆｉｇ．３－１邋Ｓｐｅｃｔｒａｌ邋ｄａｔａ邋ｏｆ邋ＵＶＣ－ＬＥＤ逡逑本试验装置如图２－１所示，光源由两个ＵＶＣ－ＬＥＤ阵列组成，两个阵列相对布置于石逡逑

图３－２辐照时间对大肠杆菌灭活效果的影响逡逑Ｆｉｇ．３－２邋Ｅｆｆｅｃｔ邋ｏｆ邋ｉｒｒａｄｉａｔｉｏｎ邋ｔｉｍｅ邋ｏｎ邋ｉｎａｃｔｉｖａｔｉｏｎ邋ｏｆ邋Ｅｓｃｈｅｒｉｃｈｉａ逡逑由图３－２可以看出，在不同波长ＵＹ－ＬＥＤ作用下，随着辐照时间的延长，灭活对数值逡逑随之增加，且２７５ｎｍＵＶＣ－ＬＥＤ对大肠杆菌的灭活效果要远远好过３６５ｎｍＵＶＡ－ＬＥＤ。当逡逑辐照时间为５ｍｉｎ时，２７５ｎｍＵＶＣ－ＬＥＤ对大肠杆菌的灭活对数值便能超过５，而对于３６５ｎｍ逡逑ＵＶＡ－ＬＥＤ，大肠杆菌灭活对数值为０．２３。而将辐照时间延长至６０ｍｉｎ时，ＵＶＡ－ＬＥＤ灭活逡逑

【参考文献】

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本文编号：2812786