CN102976534A

CN102976534A - 一种杀灭污水中金黄色葡萄球菌的方法及装置

Info

Publication number: CN102976534A
Application number: CN2012104611429A
Authority: CN
Inventors: 王洪波; 于小迪; 李梅; 刘雷; 陈淑芬
Original assignee: Shandong Jianzhu University
Current assignee: Shandong Jianzhu University
Priority date: 2012-11-16
Filing date: 2012-11-16
Publication date: 2013-03-20

Abstract

本发明提供一种杀灭污水中金黄色葡萄球菌的方法及装置，该方法是按0.005g/L-2.5g/L的比例在含有金黄色葡萄球菌的污水中投加粒径450nm-600nm的光催化剂二氧化钛，并用15W或40W的紫外灯管照射10分钟-60分钟，通过中空纤维膜将二氧化钛催化剂过滤后得到消毒后的产水；该装置包括池体，池体一侧设有进水管，池体底部设有放空管，池体内设置有光催化氧化装置、曝气装置、过滤产水装置和反冲洗装置；本发明将光催化氧化工艺用于污水的处理，杀灭污水中的致病微生物，采用紫外辐射加二氧化钛催化剂的方法可以使杀菌效力更均衡，穿透力更强，有效破坏微生物的细胞膜，杀菌装置结合了传统悬浮式反应器和固载式反应器的优点，使催化剂更方便的与产水分离。

Description

一种杀灭污水中金黄色葡萄球菌的方法及装置

技术领域

本发明涉及一种用于对污水中金黄色葡萄球菌进行杀灭的方法和装置，属于污水处理技术领域。

背景技术

金黄色葡萄球菌 (Staphyloccocusaureus ) 是人类的一种重要病原菌，隶属于葡萄球菌属（Staphylococcus），有“嗜肉菌"的别称，是革兰氏阳性菌的代表，可引起许多严重感染。金黄色葡萄球菌在自然界中无处不在，空气、水、灰尘及人和动物的排泄物中都可找到，且具有较强的抵抗力，按照常规的水处理方法很难去除。科技人员进行了大量的研究工作，提出了各种金黄色葡萄球菌的杀灭方法，然而，针对于污水处理领域的研究并不多。

目前的水处理工艺有以下几种消毒方法：1）利用氯来对水进行消毒是至今仍被广泛采用的一种方法，氯的杀菌作用与有效氯含量成正比，然而氯消毒会产生很多有害的消毒副产物，而且液氯的储存和运输也是很危险的。2）二氧化氯的杀菌和消毒作用，要远远的超过运用氯及氯化剂消毒，然而由于成本较高，仍无法大范围的应用。3）O₃消毒技术，在杀菌的同时能够使水中溶解氧增加，实现水的脱色和去臭，能够杀灭水中的藻类，但是其生产的设备比较庞大，生产的流程又比较复杂，对其运行和管理的水平要求也比较高。4）运用紫外线对水进行消毒既方便又快捷，但是其消毒的效果却受到多方面因素的影响，消毒之后的水还应该进行必要的预处理。

之前的研究与实践多是将光催化技术用于供水领域来分解微量难降解有机物，或单独的将紫外光杀菌技术用于污水领域，现有的消毒技术产生的消毒副产物对人体毒害较大，需将现有消毒技术进行改进。

发明内容

本发明针对现有水处理技术存在的不足，提供一种简单方便、成本低、效果好的杀灭污水中金黄色葡萄球菌的方法。

本发明的杀灭污水中金黄色葡萄球菌的方法，是：

按0.005g/L-2.5g/L的比例在含有金黄色葡萄球菌的污水中投加粒径450nm-600nm的光催化剂二氧化钛，并用15W或40W的紫外灯管照射10分钟-60分钟，通过中空纤维膜将二氧化钛催化剂过滤后得到消毒后的产水。

实现上述杀灭污水中金黄色葡萄球菌方法的装置，采用以下技术方案：

该装置，包括池体，池体一侧设有进水管，池体底部设有放空管，池体内设置有光催化氧化装置、曝气装置、过滤产水装置和反冲洗装置；光催化氧化装置包括设置在池体内壁的紫外灯管；曝气装置包括位于池体底部的曝气管，曝气管与进气管连接；过滤产水装置包括纤维滤元和出水管，出水管与纤维滤元的上部连接，纤维滤元均匀成束的粘合在固定圆管上，固定圆管通过支架固定在池体内；反冲洗装置包括反冲洗管，反冲洗管与纤维滤元的下部连接。

本发明将光催化氧化工艺用于污水的处理，杀灭污水中的致病微生物，采用紫外辐射加二氧化钛催化剂的方法可以使杀菌效力更均衡，穿透力更强，有效破坏微生物的细胞膜，使细菌裂解死亡。杀菌装置结合了传统悬浮式反应器和固载式反应器的优点，使催化剂更方便的与产水分离。

附图说明

图1是本发明中杀灭污水中金黄色葡萄球菌的装置的结构示意图。

图2是图1的俯视图。

图3是杀灭污水中金黄色葡萄球菌的装置中的纤维滤元的结构示意图。

图4是不同催化剂浓度下金黄色葡萄球菌的灭菌率对比图。

图5是有无催化剂情况下金黄色葡萄球菌灭菌率随时间的变化示意图。

图6是金黄色葡萄球菌灭菌率随光照时间的变化示意图。

图7是光照强度对金黄色葡萄球菌灭菌率的影响对比图。

其中：1、池体，2、进水管，3、纤维滤元，4、光催化剂二氧化钛，5、曝气泡，6、电磁式空气泵，7、进气管，8、电磁阀，9、反冲洗泵，10、截止阀，11、放空管，12、曝气管，13、紫外灯管，14、电源，15、出水管，16、出水水泵，17、电磁阀，18、固定孔管。

具体实施方式

本发明的杀灭污水中金黄色葡萄球菌的装置如图1和图2所示，包括池体1，池体1的一侧设有进水管2，池体1的底部设有放空管11，放空管11上设有截止阀 10。池体1的内部设置有光催化氧化装置、曝气装置、过滤产水装置和反冲洗装置。

光催化氧化装置，包含设置在池体1内四角处的紫外灯管13，可在紫外灯管 13上套有石英套管。紫外灯管 13与外部的电源14电连接。

曝气装置，包括位于池体1底部的曝气管12，曝气管12与进气管 7连接，曝气管12上分布有曝气孔。进气管 7与电磁式空气泵6连接，进气管 7上可以连接流量调节阀、空气流量计和压力表，以对进气量进行调节。

过滤产水装置，包括纤维滤元3和出水管 15，出水管 15的一端与纤维滤元 3的上部连接，一端与出水水泵16连接，出水管 15上连接有电磁阀17。如图3所示，纤维滤元3均匀成束的粘合在固定孔管 18上，固定孔管18通过支架固定在池体1内。纤维滤元3采用醋酸纤维素。

反冲洗装置，包括反冲洗管，反冲洗管的一端与纤维滤元3的下部连接，一端与反冲洗泵9连接，反冲洗管上还设有电磁阀8。

上述装置的运行过程如下所述：

污水通过进水管 2进入池体1内，与按比例投加到池体1内的光催化剂二氧化钛4混合，池体1底部的曝气管12开始曝气，产生曝气泡5，同时紫外灯管13开启，进行光催化杀菌反应。杀菌过程完毕后，开启出水水泵16和电磁阀17，池体内的污水通过纤维滤元3过滤后经出水管15排出，较大颗粒的二氧化钛催化剂继续留在池体内，关闭出水水泵16和电磁阀17。杀菌过程完毕后，放空管11上的截止阀10打开，池体1内的二氧化钛催化剂随剩余液体排出，用于回收利用。关闭截止阀10，开启反冲洗装置中的反冲洗泵9和电磁阀8，通过反冲洗管对纤维滤元3进行反冲洗，冲洗完毕后再次进行放空操作，一个反应周期结束。

上述装置耦合了膜分离技术，既能保证对催化剂的高效利用，又能利用分离膜（纤维滤元3）的优良分离能力对颗粒态光催化剂进行分离回收，采用中空纤维膜（纤维滤元3）可以保证完全将二氧化钛催化剂从产水中去除，且二氧化钛回收率高，利于催化剂回收利用，降低成本；在进行光催化反应时均匀曝气，保证催化剂的均匀悬浮状态，防止催化剂重力沉淀；整体结构简单，不需要人工参与运行操作方便。

本发明利用上述装置针对市政污水处理厂消毒前的工艺出水进行消毒，杀灭水中致病性的金黄色葡萄球菌，具体过程如下：使污水进入图1所示的杀灭污水中金黄色葡萄球菌的装置中，并按光催化剂二氧化钛与污水0.005g/L-2.5g/L的比例投加二氧化钛催化剂，用15W或40W的紫外灯管照射10分钟-60分钟，通过纤维滤元3（中空纤维膜）将二氧化钛催化剂滤去得到消毒后的产水。二氧化钛的粒径为450nm-600nm，在此粒径范围下，配合孔径为200nm的滤膜（纤维滤元3）能达到最佳截留效果，二氧化钛粒径太小无法截留，粒径太大则相对比表面积太小，处理效果不好。

为了分析杀菌率，在污水厂消毒前的工艺出水口取得水样，将水样用灭菌后的生理盐水稀释10倍，再将稀释样品液稀释到10倍，进行两到三次的递增稀释，每次稀释10倍。将适宜稀释度的样品接种到固体培养基上；在36℃下培养48小时，计数典型的金黄色葡萄球菌菌落，计算污水中含有的金黄色葡萄球菌数量。按同样的方法测量产水中的金黄色葡萄球菌的数量。

图4给出了不同催化剂浓度下金黄色葡萄球菌的灭菌率对比。当紫外光强度均为40W以及二氧化钛催化剂在污水中的投加比例分别为0.005g/L、0.01 g/L、0.05 g/L、0.2 g/L、0.5 g/L、1 g/L、1.5 g/L、2 g/L、2.5 g/L时，对金黄色葡萄球菌的灭菌率分别为100％、99％、94％、97％、99％、100％、100％、100％、100％，除催化剂浓度为0.05 mg/L外，对金双色葡萄球菌的杀灭率都在95％以上。

图5给出了有无催化剂情况下金黄色葡萄球菌灭菌率随时间的变化。当紫外光强度为15W，二氧化钛催化剂在污水中的投加量为0.5g/L，接触反应时间分别为1分钟、5分钟、10分钟、30分钟、60分钟时，灭菌率分别为98％、99％、100％、100％、100％。而作为对照，在同样的紫外光强度下，不投加催化剂，接触反应时间分别为1分钟、5分钟、10分钟、30分钟、60分钟时，灭菌率分别仅有89％、91％、95％、95％、96％。

图6给出了金黄色葡萄球菌灭菌率随光照时间的变化。在紫外光强度为40W，催化剂投加量为0.5 g/L，反应时间分别为0.5分钟、1分钟、2分钟、4分钟、5分钟、6分钟、8分钟、10分钟、20分钟、25分钟、30分钟、40分钟、50分钟、60分钟时，灭菌率分别为97.5％、97.7％、99.4％、99.4％、99.4％、99.4％、99.4％、99.4％、99.9％、99.8％、100％、100％、100％、100％，在这个条件下，仅反应0.5分钟灭菌率就能达到97％以上，在运行10分钟后更能达到100％，灭菌效率高且灭菌速度快。

图7给出了光照强度对金黄色葡萄球菌灭菌率的影响。当紫外光强度为15W、催化剂投加量为0.5g/L时，反应0.5分钟灭菌率为96％，反应4分钟后达到98％，之后随着反应时间的延长，灭菌率一直较稳定。将光照强度提升至40W，其它条件相同，反应0.5分钟灭菌率就能达到接近98％，反应2分钟灭菌率就能接近100％。低的紫外光照强度就能达到较好的杀菌效果，提高紫外光强度也能提升杀菌率。

Claims

1.一种杀灭污水中金黄色葡萄球菌的方法，其特征是：按0.005g/L-2.5g/L的比例在含有金黄色葡萄球菌的污水中投加粒径450nm-600nm的光催化剂二氧化钛，并用15W或40W的紫外灯管照射10分钟-60分钟，通过中空纤维膜将二氧化钛催化剂过滤后得到消毒后的产水。

2.一种杀灭污水中金黄色葡萄球菌的装置，包括池体，池体一侧设有进水管，池体底部设有放空管，其特征是：池体内设置有光催化氧化装置、曝气装置、过滤产水装置和反冲洗装置；光催化氧化装置包括设置在池体内壁的紫外灯管；曝气装置包括位于池体底部的曝气管，曝气管与进气管连接；过滤产水装置包括纤维滤元和出水管，出水管与纤维滤元的上部连接，纤维滤元均匀成束的粘合在固定圆管上，固定圆管通过支架固定在池体内；反冲洗装置包括反冲洗管，反冲洗管与纤维滤元的下部连接。