[发明专利]饮用水活性炭工艺出水中炭菌复合体的UV/TiO2光催化消毒方法

说明书

技术领域

本发明涉及水处理技术领域，具体地说是涉及饮用水活性炭工艺出水中炭菌复合体的UV/TiO₂光催化消毒方法。

背景技术

随着我国饮用水水源的微污染问题日益突出，常规水处理工艺对微污染原水中的有机物、色、臭及藻毒素类物质不能有效去除，使得供水水质难保证。针对原水有机微污染的活性炭深度处理技术正得到越来越多的应用。该工艺对于控制饮用水中微污染有机物，消毒副产物、藻毒素及臭和味等具有重要作用。活性炭工艺多设置在过滤之后、消毒之前。活性炭的吸附性能使炭粒附近营养物和溶解氧浓度较高，且微生物附着于炭粒的多孔表面可减弱水力剪切作用，为微生物的生长提供了良好的条件，使得炭层中积累了大量生物颗粒和非生物颗粒。这些微生物颗粒会随活性炭床的出水一起流出，活性炭出水中细菌数常常远高于砂滤池出水，有时高达数万个/升，细菌被出水中细小活性炭颗粒所吸附而形成炭菌复合体(炭菌)。由于活性炭各种表面官能团的存在和还原性活性炭对消毒化合物的去除作用，对氯化消毒有较大抗性，即普通氯消毒难以有效控制。出水中炭菌可在管壁上形成生物膜，造成二次生物污染，并对管网中余氯的灭活起到抑制作用。引发新的出水生物安全性问题。研究发现，活性炭出水中的细菌包括肺炎克雷伯杆菌、假单胞菌属、黄质菌属、产碱杆菌属、不动杆菌属和色杆菌属等。研究针对性的炭菌安全消毒工艺具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种饮用水活性炭工艺出水中炭菌复合体的UV/TiO₂光催化消毒方法。

本发明针对活性炭工艺出水中的炭菌复合体由于炭粒对于细菌的保护导致其对氯消毒的抗性而难以杀灭的问题，基于UV具有的强穿透性和消毒能力可破坏炭粒对细菌的保护，UV/TiO₂可产生强氧化性·OH，其协同作用进一步增强了对炭菌的灭活能力，研发了针对炭菌的UV/TiO₂光催化消毒方法，为炭菌消毒控制技术研究提供必要的手段。

本发明方法的实施步骤：

一种饮用水活性炭工艺出水中炭菌复合体的UV/TiO₂光催化消毒方法，其特征在于建立了以UV/TiO₂光催化为核心的炭菌消毒方法，其消毒步骤如下：

(1)取稳定运行的活性炭出水，经微滤膜浓缩前处理后洗脱液待用；

(2)采用溶胶-凝胶法制备玻璃基纳米级负载型TiO₂光催化薄膜材料；

(3)取步骤(1)所述前处理后洗脱液置入自制UV/TiO₂光催化反应器，以0.2mw/cm²UV光强，消毒时间分别为25、50、75、150、300s，使其相应的UV剂量分别为5、10、15、30、60mJ/cm²进行炭菌消毒；

(4)分别取步骤(1)消毒前和步骤(3)消毒后的洗脱液水样，分别通过R₂A培养基平板计数法测定其细菌总数，以消毒前后细菌灭活率来评价消毒效率。

在步骤(1)中所述的浓缩前处理是将活性炭出水经过0.45-0.8μm微滤膜截留细小炭粒，用无菌水快速冲洗微滤膜，收集洗脱液以备消毒。

步骤(2)所述的TiO₂光催化薄膜材料制备方法是移取678ml无水乙醇置于1000ml烧杯，缓慢搅拌下加入170ml钛酸四丁酯，再加入30ml三乙醇胺，制成前驱体备用；另取100ml无水乙醇，加入15ml水，搅拌均匀，再加入浓盐酸，调解其pH为3，在强烈搅拌下将该溶液缓慢加入到上述前驱体中，加完继续搅拌60min，得到淡黄色溶胶，溶胶陈化24h后备用；将要镀膜的玻璃材料浸入上述溶胶中，以2cm/min的速度缓慢提拉挂膜，然后在105℃烘干后再次提拉挂膜，重复3-4次以后形成负载型光催化薄膜，挂好膜的材料置入马弗炉中以2℃/min缓慢升温到480℃，保持2h，自然冷却。所制备的薄膜材料TiO₂形态为具光催化活性的锐钛型，该材料表面成膜均匀，TiO₂粒径在12-28nm之间。

步骤(3)所述的消毒方法是以自制的UV/TiO₂光催化反应器进行炭菌消毒，在12-15mJ/cm²的UV剂量下达到2-2.5lg的灭活率。

步骤(4)所述的消毒效率评价是通过对消毒前细菌总数N₀和消毒后细菌总数N，以消毒前后细菌对数灭活率lg＝N₀/N来评价消毒效率。