楊 曦 余 剛 孔令仁
清華大學環境科學與工程系，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滅菌的基礎上，利用光敏化劑在可見光下產生多種形式的活性氧，大大提高了滅菌率和光的利用率，同時減少了細菌的光復活。1985年，首次利用日光光敏化進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，為該技術的實際應用提供理論依據。

研究方法

　　NDC-III型光化學反應儀和300W中壓汞燈[5]，PIX型生化恒溫培養箱（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（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。
　　細菌測試方法見《水和廢水標準檢驗法》[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。

結果與討論

　　1) 日光光敏化試驗結果
　　結果見圖1。曲線2表明細菌存活數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，可以認為滅菌僅依靠MB的光敏化作用。暗對照試驗顯示細菌的存活數無明顯變化（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
　　試驗結果見圖2，曲線2表明細菌存活數隨時間增加而減少，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的對照樣中細菌數幾乎沒有變化（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I對滅菌率的影響。光強大，MB敏化產生的活性氧（1O2）多，滅菌率高。這與光化學反應速率正比于光強是一致的。
　　4) 充氣對滅菌率的影響
　　充氣試驗是使細菌數為1.2×105個/ml污水的滅菌率達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作用下產生單重態氧。
　　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99.9%，4min后達100%。中壓汞燈發出的光譜范圍廣，其滅菌作用首先是可見光對MB的光敏化；其次是反應儀的石英器皿能透過光源的UV而使細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才能使滅菌率達到100%，顯然是沒有光敏化作用所致。
　　6) 光復活試驗
　　結果見表1。表明僅用中壓汞燈滅菌，然后在日光下細菌呈現光復活。在次條件下細菌受傷害主要是UV作用，有關光復活機理已有許多報道[8]。但是，若體系中存在MB，細菌則同時受到1O2的傷害，其氧化過程和產物在日光下是不能逆轉的。表1也顯示，光照滅菌后污水置于暗處，細菌幾乎不出現復活。

表1 日光下細菌的光復活細菌光復活數/個.ml 復活時間
/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100%。MB是一種陽離子型染料，膨潤土對它的吸收能力很強，其吸收量接近于其陽離子交換量[2]。

結 論

　　本試驗結果表明，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出UV，可直接損害細胞組織。光敏化后剩余的MB能用膨潤土去除。

參考文獻

　　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. 環境化學實驗. 南京大學出版社, 南京, 1989.
　　6. 宋仁元等譯, 美國公共衛生協會等編著. 水和廢水標準檢驗法(第15版), 中國建筑工業出版社, 北京, 1985.
　　7. Larson R A, Berenbaum M R. Phtotoxicity. Envion. Sci. Technol., 1988, 22(4):354.
　　8. 武漢大學、復旦大學生物系編. 微生物學(第2版). 高等教育出版社, 北京, 1987.