CN103991920A - 基于光动力的饮用水消毒方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于光动力的饮用水消毒方法，其包括：第一步，在水中加入姜黄素；第二步，采用光源照射第一步获得的加入姜黄素的水进行消毒。通过将食品级姜黄素与特殊波长的光配合使用，采用物理化学相结合的方式，光动力杀菌之后不会产生有害副产物，不会对环境水体造成二次污染，解决了现有生活水消毒技术中存在的不足，使水体内细菌总数和色度均满足水质标准要求。运行安全性高、成本低、过程简单、易操作。对海水以及放置一段时间的矿泉水和桶装水均具有很好的消毒效果。

Description

基于光动力的饮用水消毒方法

技术领域

本发明涉及饮用水消毒技术领域，尤其涉及一种基于光动力的饮用水消毒方法。

背景技术

饮用水的安全问题举世关注。饮用水处理过程中的消毒技术，一直是水科技工作者讨论的重要话题。

传统的消毒技术主要存在的问题有：紫外线消毒，紫外光源灯管表面结垢影响消毒效果、无持续杀菌能力、会引起微生物的繁殖、设备投资较大等；氯气消毒时常与水中的有机物作用，发生一系列取代反应，产生有致癌、致畸作用的有机氯衍生物，严重影响人类的身体健康，伴随味觉与嗅觉的不适感。长期使用该种杀菌剂，细菌易产生抗药性，使氯气的用量逐年增加，副作用愈来愈大；二氧化氯很不稳定，与空气混合的体积比大于10％时，受到强光或强烈振动就可能发生爆炸，通常需要现用现制，带来许多不便；臭氧用于饮用水处理，灭菌效果好，无二次污染，并且兼有脱色、除味，去除铁、锰、氧化分解有机物和助凝作用等。然而，臭氧的制备和存储复杂且价格较贵。

光动力灭活(photodynamic inactivation，PDI)是一种可选择性灭活恶性细胞和致病性微生物的新方法。它是利用无毒的光敏剂在一定波长的光激活下，产生具有强氧化作用的活性氧物质，从而达到灭活恶性细胞和致病性微生物的目的。天然光敏剂作为天然产物，材料来源安全、广泛、成本低、无污染且具有光活性。

目前，光动力在饮用水消毒中的应用国内外尚未见报道。本发明对饮用水的消毒方法原料来源广泛、操作简单、安全、成本低、耗时短，克服了传统紫外线消毒方法的无持续性、灯套管易结垢、设备投资大；氯消毒产生的具有致癌作用的氯化消毒副产物等缺点，能够为饮用水的消毒提供一个全新的安全、可靠的策略。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种新型的基于光动力的饮用水消毒方法，其能够克服现有的饮用水消毒技术中存在的诸多缺陷，对饮用水消毒具有安全、可靠、快捷的优势。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种新型的基于光动力的饮用水消毒方法，其包括：

第一步，在水中加入姜黄素；

第二步，采用光源照射第一步获得的加入姜黄素的水进行消毒。

其中，所述第一步中所述姜黄素优选为食品级的姜黄素，纯度为95％以上。

其中，所述姜黄素在水中的浓度为0.5uM。

其中，所述第二步中所述光源为LED蓝色光源，波长范围为能激发姜黄素的425nm～480nm。

其中，所述照射时间为≥60s。

其中，所述的水可以是自来水、海水、桶装水或矿泉水，优选自来水。

本发明还提供了一种饮用水，其是通过光动力消毒的方法获得的，所述光动力消毒的方法包括：

第一步，在自来水中加入食品级的姜黄素，所加入的姜黄素在自来水中的浓度为0.5uM；

第二步，采用能激发姜黄素的波长范围为425nm～480nm的LED蓝色光源照射第一步中获得的加入姜黄素的自来水，照射时间为≥60s，从而获得饮用水，

所述饮用水的水体中细菌总数相对于未消毒的自来水降低了18.3倍。

本发明的有益效果：

本发明通过将食品级姜黄素与特殊波长的光配合使用，采用物理化学相结合的方式，光动力杀菌之后不会产生有害副产物，不会对环境水体造成二次污染，解决了现有生活水消毒技术中存在的不足，使水体内细菌总数和色度均满足水质标准要求。运行安全性高、成本低、过程简单、易操作。对海水以及放置一段时间的矿泉水和桶装水均具有很好的消毒效果。

附图说明

图1为不同浓度姜黄素介导的光动力照射30s对水样的消毒效果图。

图2为不同浓度姜黄素介导的光动力照射30s前后水样的颜色对比图。

图3为0.5uM姜黄素介导的光动力照射不同时间水样的消毒效果图。

图4为0.5uM姜黄素介导的光动力照射不同时间水样的颜色对比图。

图5为0.5uM姜黄素介导的光动力照射60s对海水、桶装水和矿泉水消毒的应用。

具体实施方式

本发明提供了一种新型的基于光动力的饮用水消毒方法，其包括：

第一步，在水中加入姜黄素；

第二步，采用光源照射第一步获得的加入姜黄素的水进行消毒。

其中，所述第一步中所述姜黄素优选为食品级的姜黄素，纯度为95％以上。

其中，所述姜黄素在水中的浓度为0.5uM。

其中，所述第二步中所述光源为LED蓝色光源，波长范围为425nm～480nm，而姜黄素的激发波长范围为410nm～450nm，因此，此蓝色光源能激发姜黄素，产生活性氧，进而灭活微生物。

其中，所述照射时间为≥60s。

其中，所述的水可以是自来水、海水、桶装水或矿泉水，优选自来水。

本发明还提供了一种饮用水，其是通过光动力消毒的方法获得的，所述光动力消毒的方法包括：

第一步，在自来水中加入食品级的姜黄素，所加入的姜黄素在自来水中的浓度为0.5uM；

第二步，采用能激发姜黄素的波长范围为425nm～480nm的LED蓝色光源照射第一步中获得的加入姜黄素的自来水，照射时间为60s，从而获得饮用水，

所述饮用水的水体中细菌总数相对于未消毒的自来水降低了18.3倍。

水体颜色符合生活饮用水的色度要求。

姜黄素(Curcumin)是从姜科姜黄属(Curcumalonga)植物姜黄、莪术、郁金等的根茎中提取的一种天然的黄色酸性酚类物质，是姜黄发挥药理作用的最主要的活性成分。姜黄素多产于日本、印度、中国等热带、亚热带国家。在亚洲各国，其应用历史悠久、用处广泛，姜黄素既可用来当作药物，亦可当作着色剂、调味品、香料及防腐剂。传统医药学认为姜黄素能行气、驱虫、散风活血、通经止痛等，具有良好的医疗保健作用；常常用于治疗厌食、鼻炎、肝胆疾患、风湿病等疾病。姜黄素目前是世界上销量最大的七大天然食用色素之一。姜黄素不但可以调节吞噬细胞的活性，还可以抑制病毒、真菌、细菌。研究表明，姜黄素具有强烈的广谱抗菌作用，对红色毛癣菌、金黄色葡萄球菌、大肠杆菌等有强烈的抑制作用，可以治疗皮肤病或改善肠道菌群。

本发明根据食品添加剂限量标准及生活饮用水卫生标准，筛选了消毒浓度的食品级姜黄素(纯度为95％以上)为0.5uM和光照时间为60s，在此条件下细菌总数及饮用水色泽达到生活饮用水卫生标准的要求。

本发明提供的方法可在短时间内杀死大量细菌，克服了传统紫外线消毒方法的无持续性、灯套管易结垢、设备投资大；氯消毒产生的具有致癌作用的氯化消毒副产物等缺点，饮用水经过添加0.5uM的食品级姜黄素，LED蓝色光源(425-480nm)光照60s的杀毒工艺，使细菌总数降低了18.3倍，达到了生活饮用水卫生标准要求，水体颜色符合生活饮用水的色度要求，所需姜黄素的成本约为0.485元/吨水，耗电成本约为0.175元/吨水。因此采用本具体实施方式提供的技术方案，具有如下的技术效果：

1、将食品级姜黄素与可见光配合使用，可以避免传统紫外线消毒方法的无持续性、灯套管易结垢、设备投资大；氯消毒产生的具有致癌作用的氯化消毒副产物，不会对环境水体造成二次污染；

2、食品级姜黄素来源广泛、安全、成本低、光动力杀菌效果好且时间短。

以下采用实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。

实施例1：

将自来水中添加不同浓度(0.25uM、0.5uM、0.75uM、1uM)的食品级姜黄素，应用LED蓝色光源(425-480nm)光照30s进行杀毒，细菌总数由空白对照组(单纯的自来水)的765cfu/mL分别降低到420cfu/mL、180cfu/mL、135cfu/mL、104cfu/mL，降低倍数分别为1.8、4.3、5.7、7.4倍。根据生活饮用水卫生标准的色度要求及消毒效果，我们选定0.5uM的姜黄素浓度，优化杀毒时间，分别设置光照30s、45s、60s。细菌总数由空白对照组的427cfu/mL，分别降低到141cfu/mL、111cfu/mL、23cfu/mL，降低倍数分别为3.0、3.8、18.3倍。因此姜黄素浓度为0.5uM，光照时间为60s的饮用水消毒方法，达到了生活饮用水卫生标准要求，水体颜色也达到了生活饮用水的色度要求。

实施例2：

本发明进一步应用到不同水质(海水、桶装水及矿泉水)的消毒中。将新鲜海水、开放放置3天前后的桶装水和矿泉水中分别添加0.5uM的食品级姜黄素，应用LED蓝色光源(425-480nm)光照60s进行消毒。由于桶装水及矿泉水都是经过消毒处理的，为了评价本发明的消毒效果，需将样品开放放置3天左右进行验证。结果显示：0.5uM姜黄素介导的光动力照射60s之后，海水平均细菌总数由895cfu/mL降到41cfu/mL，降低了21.6倍，桶装水平均细菌总数由413cfu/mL降到21cfu/mL，降低了19.4倍，矿泉水平均细菌总数由96cfu/mL降到10cfu/mL，降低了9.6倍，均实现了很好的消毒效果。

所有上述的首要实施这一知识产权，并没有设定限制其他形式的实施这种新产品和/或新方法。本领域技术人员将利用这一重要信息，上述内容修改，以实现类似的执行情况。但是，所有修改或改造基于本发明新产品属于保留的权利。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (7)

1.一种新型的基于光动力的饮用水消毒方法，其特征在于，包括：

第一步，在水中加入姜黄素；

第二步，采用光源照射第一步获得的加入姜黄素的水进行消毒。

2.如权利要求1所述的饮用水消毒方法，其特征在于：所述第一步中所述姜黄素优选为食品级的姜黄素，纯度为95％以上。

3.如权利要求1或2所述的饮用水消毒方法，其特征在于：所述姜黄素在水中的浓度为0.5uM。

4.如权利要求1至3所述的饮用水消毒方法，其特征在于：所述第二步中所述光源为LED蓝色光源，波长范围为425nm～480nm。

5.如权利要求1至4所述的饮用水消毒方法，其特征在于：所述照射时间为≥60s。

6.如权利要求1至5所述的饮用水消毒方法，其特征在于：所述的水可以是自来水、海水、桶装水或矿泉水，优选自来水。

7.一种饮用水，其特征在于：所述饮用水是通过光动力消毒的方法获得的，所述光动力消毒的方法包括，

第一步，在自来水中加入食品级的姜黄素，所加入的姜黄素在自来水中的浓度为0.5uM；

第二步，采用能激发姜黄素的波长范围为425nm～480nm的LED蓝色光源照射第一步中获得的加入姜黄素的自来水，照射时间为≥60s，从而获得饮用水，

所述饮用水的水体中细菌总数相对于未消毒的自来水降低了18.3倍。